Что мы видим на экране монитора
Обновлено: 19.05.2024
Каждый день мы смотрим на наши телефоны, в экраны компьютеров, умных часов. Мы видим цветное изображение, сформированное с помощью жидких кристаллов, однако, не задумываемся, как работают жидкие кристаллы и ЖК-экраны наших устройств, и почему они так называются.
Капля теории. Жидкий кристалл
Жидкий кристалл – вещество, способное сохранять свойства текучести и твердого кристалла, и способно находиться в каплевидном состоянии.
Мыльный пузырь – самый простой пример, содержащий смектические жидкие кристаллы. Свойство жидких кристаллов известно человечеству с 1888 года Мыльный пузырь – самый простой пример, содержащий смектические жидкие кристаллы. Свойство жидких кристаллов известно человечеству с 1888 годаЖидких кристаллов несколько видов, каждый имеет собственные характерные свойства.
Жидкий кристалл состоит из упорядоченного в кристаллический порядок массива молекул вытянутой формы, сохраняющих подвижность , и похож на вязкую жидкость.
При этом, молекулы меняют свое положение относительно друг-друга при воздействии , например, электрического поля .
Структура жидкого кристалла в «статическом» состоянии и при воздействии электромагнитным полем Структура жидкого кристалла в «статическом» состоянии и при воздействии электромагнитным полемЗдесь и происходит та самая "техномагия", благодаря которому мы можем столь широко пользоваться ЖК-дисплеями. Но нам понадобится еще один важный элемент.
Поляризованный свет
Из школьного курса физики мы помним, что такое поляризованный свет – это свет, упорядоченный в пространстве в одной плоскости , например, специальным фильтром, отсекающим свет в ненужных направлениях.
Демонстрация блокирования света поляризационными фильтрами: первый фильтр пропускает вертикальный пучок, второй, при повороте горизонтально, уже не пропускает свет Демонстрация блокирования света поляризационными фильтрами: первый фильтр пропускает вертикальный пучок, второй, при повороте горизонтально, уже не пропускает светВ матрице ЖК дисплея все происходит по такому же принципу, ведь второй основой ЖК-матрицы являются 2 поляризационных фильтра, с поляризацией в 90 градусов относительно друг друга!
Например, в TN и TN-film матрицах используются нематические (нитевидные) кристаллические структуры ( T wisted N ematic). Молекулы выстроены в ряд друг за другом, как решетка в заборе, и закручены на 90 градусов в спираль. По умолчанию, эти кристаллы проводят свет сквозь свою структуру между поляризованными пластинами экрана и "поворачивают" его, для прохождения во вторую поляризационную пластину. В итоге, точка на экране подсвечивается .
Крайние молекулы тела жидкого кристалла упорядочиваются в специальных директорах (бороздках) на поляризаторах Крайние молекулы тела жидкого кристалла упорядочиваются в специальных директорах (бороздках) на поляризаторахНо когда через кристалл проходит электрическое поле, кристаллы поворачиваются – сжимаются в спирали на определенный уровень , теряют нужную упорядоченность и блокируют прохождение света – кристалл становится непрозрачным, а субпикель - темным .
Вся матрица дисплея состоит из множества субпикселей (их может быть несколько миллионов), каждый из которых управляется парой отдельных электродов на сетке из прозрачных тонкопленочных транзисторов .
Общая схема слоев ЖК-монитора. В каждом мониторе есть источник света – ртутные лампы или светодиоды. Общая схема слоев ЖК-монитора. В каждом мониторе есть источник света – ртутные лампы или светодиоды.От их названия происходит аббревиатура TFT – Thin Film Transistor и часто можно встретить наименование типа экрана как LCD (Liquid Crystal Display) TFT – что будет верно, как для TN , так и для других технологий ЖК-матриц.
Каждый пиксель, формирующий изображение на мониторе состоит из трех субпикселей своего цвета Каждый пиксель, формирующий изображение на мониторе состоит из трех субпикселей своего цветаОдин пиксель содержит в себе 3 субпикселя красного, зеленого или синего цвета (RGB) , образованных с помощью цветовых фильтров. Их подсветка в определенном порядке дает пикселю конкретный цвет , а тонкое изменение напряжения субпикселя может дать оттенок – полное, неполное или отсутствие прохождения поляризованного света через тело жидкого кристалла.
Все вместе эти пиксели формируют изображение на экране.
Такой принцип работы у самого простого и популярного типа ЖК-дисплеев TN и TN-film. Впервые матрица TN была представлена еще в 1973 году и с тех пор получила ряд серьезных улучшений, благодаря которой технология еще не утратила своей актуальности.
А в одной из следующих статей мы также рассмотрим другие матрицы экранов и их преимущества, такие, как IPS, VA, OLED и сравним их с TN .
Интересно почитать:
Вы можете поставить лайк, и сделать репост, если статья была Вам интересна – это очень помогает в развитии канала.
Подписывайтесь на канал, чтобы не пропустить следующие публикации.
Мнение автора является его личным оценочным суждением. Автор не призывает никого следовать его примерам и пользоваться его советами или рекомендациями.
Что общего между, мозаикой, светофором, радугой, человеческим глазом и экраном монитора?
Всем добрый день, вы на канале УчиУрок и с вами я, Алексей. Когда меня спрашивают: как изображения появляется на экране? То я отвечаю просто: Это Магия!
Но все же как это просиходит, каким удивительным, пусть и магическим образом нолики и единички формируют столь прекрасные и приятные глазу образы.
Для ответа на этот вопрос мы проведем небольшой эксперимент, для которого нам понадобятся: небольшая мозайка, увеличительное стекло, смартфон и наше любопытство
Если мы с вами возьмем увеличительное стекло и внимательно посмотрим на экран монитора, мы сможем заметить что все излбражение разбито на маленькие квадратики, одинакового размера
То есть на экране монитора изображение формируется в виде мозаики, в которой каждый элемент изображения имеет одинаковую форму и окрашен в определенный цвет. А как будет по английский элемент изображения. ХМ. кажется picture element. Ух ты, да это же пиксель! Space Invaders
Интересненько, а давайте рассмотрим эти пиксели покрупнее, и для этого мы используем микроскоп и экран смарфона.
А для того чтобы у нас не мелькало перед глазами огромное кол-во разноцветных пикселей, давайте посмортим на одноцветные изображения. Вот к примеру синий квадрат. смотрите, это множество маленьких синих пикселей.
Теперь проверим на красном изображении
И на зеленом изображении
И на последок проверим желтое изображение
Но СТОП что это такое? где желтые пискелии почему мы видим вместо желтых квадратов пары зеленых и красных прямоугольников?
Все дело в том что инжененры, создавшие цветной экран, Знали, что внутренняя поверхность нашего глазного яблока покрыта фоторецепторами: одни называются палочки, благодаря которым мы видим ночью, а вторые колбочки, благодаря которым мы различаем цвета. Колбочки бывают трех типов: чувствительные к красному цвету, к синему и зеленому.
Из курса физики инженеры так же знали что белый свет можно разложить на спектр от красного к фиолетовому, каждому из которых соответсвует некоторая длинна волны электромагнитного колебания. Желтый цвет находится на пересечении красного и зеленого и когда мы видим желтый цвет, то в глазном яблоке возбуждаются красные и зеленые рецепторы в определенном соотношении. То есть если включить две лампочки зеленую и красную, поставить их рядом и отойти на большое расстояние, то мы увидим желтый свет? МАГИЯ
То что мы увидели в качестве прямоугольников в микроскопе - называется субпиксели и их всегда 3 в каждом пикселе (красный, зеленый и синий). И если включить их все сразу, то мы получим белый цвет
А если вы мне не верите, то попросите подобный микроскоп в вашей школе и проведите собственный эксперимент, результаты своих опытов описывайте в коментариях, АААА у меня на этов все. Ставьте палец вверх, подписывайтесь на мой канал. Всем хорошего настроения и добра.
Каждый день вы видите самые разнообразные экраны. В их числе рекламные дисплеи на улице, состоящие из светодиодов, а также читалки, в пикселях которых черный пигмент перемещается во взвеси белого пигмента. Или экран кинотеатра, который вовсе не простой кусок ткани, а холст со специальной фактурой и покрытием. Но сейчас речь пойдет не о них, а о жидкокристаллических экранах и о том, каким образом электричество превращается в конечное изображение.
Источник света
Изначально источником света для ЖК-экранов были газоразрядные лампы с холодным электродом (CCFL).
Под действием газового разряда ртуть излучает ультрафиолетовое свечение, которое, в свою очередь, возбуждает люминофор на стенках колбы и превращается в видимый свет. В отличие от обычных ламп дневного света, у таких ламп электрод без подогрева (что становится ясно из названия). Для нормальной работы им нужно высокое напряжение — до 900 вольт.
Сейчас вместо газоразрядных ламп используют светодиоды. От их типа сильно зависит конечная цена монитора. Так, в бюджетном сегменте используются обычные белые светодиоды W-Led. Основой для белых светодиодов служат синие светодиоды.
Они покрыты слоем люминофора, который преобразует часть синего спектра в другие цвета. В результате из синих светодиодов получаются белые светодиоды.
Обычный люминофор для белых светодиодов состоит из множества редкоземельных металлов: иттрий, гадолиний, церий, тербий, лантан.
В профессиональных устройствах подсветку из белых светодиодов дополняют зелеными светодиодами (GB-LED). Это дешевле люминофора, дающего нужный спектр. Использование же RGB-светодиодов даже в профессиональных устройствах — редкость, хотя это позволяет регулировать цветовую температуру и яркость без нарушения калибровки гамма-кривых монитора.
В последнее время производители обратили внимание не только на обычные люминофоры, изготавливаемые из редкоземельных металлов, но и на квантовые точки.
Квантовые точки не требуют использования редких компонентов и просты в производстве: достаточно в правильных условиях смешать два дешевых реактива. Из-за того, что идеально выдержать условия невозможно, квантовые точки имеют небольшие различия в размере, поэтому ширина спектра излучения составляет порядка 20 нм.
Такой ширины спектра недостаточно для того, чтобы перекрыть REC.2020 на 100%, но это значение находится очень близко.
Подсветка
Подсветка может быть как боковой (Edge), так и прямой (Direct). Изначально боковая подсветка появилась для ртутных ламп. Потом на нее перешли и светодиоды.
Прямая подсветка ограничена довольно маленькими зонами, за которые отвечают отдельные светодиоды. Она более требовательна к качеству светодиодов, но позволяет хоть как-то реализовать технологию HDR не в OLED-устройствах.
Некоторых производителей при реализации HDR не останавливает наличие боковой подсветки, что приводит к большой площади изменения локальной яркости подсветки.
Полноценный HDR возможен только на OLED — это типичное заблуждение. В студиях кинопроизводства используют все те же самые дисплеи TFT LСD, но с одним маленьким отличием. В таких мониторах дополнительная матрица TFT обеспечивает попиксельное затенение подсветки, за счет чего получается монитор, превосходящий OLED почти по всем показателям, включая нескромную цену.
Рассеиватель
Как можно понять из названия, задача этой части ЖК-экрана — получить равномерное освещение, выдаваемое источником света. Первый слой — отражающий, обычно представляет из себя комбинацию белого пластика и фольги. Следующим идет световод.
Тут используется эффект полного отражения света в диэлектрике, а чтобы свет хоть как-то мог выйти, на поверхность световода наносят мельчайшие линзы.
Аналогичный способ используют и в акриловых вывесках и указателях.
Третий и шестой слои — рассеивающая пленка. Она обладает настолько мелкой и хаотичной структурой поверхности, что снимок был сделан на грани возможностей обычного объектива.
Четвертый и пятый слои отражают большую часть света и обладают либо призматическим, либо полуцилиндрическим рельефом.
Здесь снова используется принцип полного отражения в диэлектрическом материале, но уже как в катафотах.
Свет поочерёдно отражается от двух поверхностей, образованных микроклиньями на плёнке, и возвращается обратно.
Использование двух световозвращающих пленок обусловлено тем, что на производстве, чтобы получить более качественный рельеф, проще вытягивать пленку, чем пытаться штамповать заготовку и получить что-то непригодное.
Прямая подсветка устроена по тому же принципу, только вместо световода установлены рассеивающие линзы на светодиодах.
TFT-панель
Можно подумать, что эффект «капель воды» дает антибликовое покрытие, но нет. Это вид со стороны подсветки. Мельчайшие неровности находятся на поверхности первого слоя TFT-панели — поляризующей пленки, которая приклеена к стеклянной подложке.
Основную работу по поляризации в дешевой поляризующей пленке выполняют атомы йода, вшитые внутрь полимера. А за счет 15-кратного вытягивания пленки молекулы полимера ориентируются в пространстве, и пленка получает свойства линейного поляризатора.
В отличие от демонстрационных моделей со шнурком в решетке, в реальности небольшая проводимость йода вдоль цепочки вызывает поглощение в видимом спектре вдоль ориентации.
После первого слоя преполяризатора идет непосредственно матрица TFT (тонкоплёночных транзисторов). Принцип работы всех панелей заключается в изменении поляризации света на тонкопленочных транзисторах. В зависимости от конфигурации электродов получаются разновидности TN(+film), IPS, VA. Современные панели настолько оптимизированы, что в конечном результате могут иметь как достоинства, так и недостатки панелей других типов.
Расположение слоя жидких кристаллов можно увидеть на приведенной выше схеме. Под действием электрического поля жидкие кристаллы меняют ориентацию и тем самым вращают плоскость поляризации проходящего через них света.
За ним следуют светофильтры. Они обеспечивают разбиение белого цвета на цвета субпикселей. В зависимости от полосы пропускания фильтра, меняется конечная цветопередача всего монитора. Поэтому не факт, что, заменив подсветку W-LED на RGB, вы получите монитор, который станет пригоден для решения полиграфических задач.
Анализатор — это та же самая поляризационная пленка, но ориентированная перпендикулярно поляризатору. Она превращает изображение в видимое. Удалив эту пленку с экрана, можно скрыть изображение от посторонних глаз.
Антибликовое покрытие — последний слой. Вариантов его реализации множество, но основных — не так уж много. В первую очередь, это использование пластика с низким коэффициентом преломления света, что, в свою очередь, уменьшает коэффициент отражения от экрана.
Гладкое покрытие дает более контрастную картинку при условии, что за спиной нет сильных источников света. Матовое покрытие рассеивает свет равномерно и независимо от угла падения, что снижает контраст изображения, но при этом не создает отвлекающих бликов на экране.
Компромиссом является полуматовое/глянцевое покрытие, степень рассеивания отраженного света которого зависит от угла падения.
В самых дорогих моделях встречаются и другие типы антибликовых покрытий: с поляризацией, интерференцией и переменным эффективным коэффициентом преломления.
Ну, и какой экран без управляющей электроники. От электроники зависит интерфейс подключения монитора, частота обновления, глубина цветопередачи и маленькие фичи – разгон матрицы, хранение калибровки в самом мониторе, управление подсветкой, наличие технологий синхронизации и не только.
Несмотря на кажущуюся простоту, жидкокристаллические экраны — это очень сложные устройства, объединяющие в себе множество достижений в области химии, физики и электроники.
Монитор является нашим окном в мир интернета и высоких технологий, без него мы не смогли бы насладиться на своем ПК всеми красками и возможностями, которые есть во всемирной паутине.
С каждым годом появляется все больше моделей, они сильно отличаются друг от друга: матрица, дисплей, разрешение экрана и количество Гц. При выборе себе нового монитора важно понимать, что вообще все это значит.
Прошлый материал был посвящен тому, что такое экран, в этой статье мы рассмотрим одну из его реализаций для ПК и других устройств. Вы узнаете, значение и определение термина монитор в информатике, как он работает и его виды.
Что такое монитор
В старых же моделях использовалась технология электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Про них и телевизоры, сделанные на этой технологии, говорили, что они вредны и плохо влияют на зрение, т.к. глаза от них переутомляются и всегда в напряжении. К новым моделям, это не относится.
В начале своего появления их использовали исключительно, как инструмент для вывода информация с ПК, тогда как телевизоры использовались для развлечений, просмотра телепередач и игр. Затем их стали использовать и для развлечений, а в телевизорах появились некоторые функции ПК. Соотношение сторон менялось постепенно, раньше оно было 4:3, затем стало 16:10, а сейчас стандартом является 16:9.
Современные модели можно заменять телевизорами, разве, что на них скорее всего не будет колонок и точно встроенного ТВ тюнера. Технология экранов, устанавливаемая на них одинаковая.
Монитор состоит из:
- Экрана
- Микросхем
- Корпуса
- Источника питания
Сейчас их используют для вывода информации с самых разных устройств. Это может быть: компьютер, мобильное устройство, мини ПК, различная метеоаппаратура и другие.
Немного истории
Т.к. они позволяли отображать лишь ограниченный объем информации, для вывода основных данных программы использовали принтеры. Монитор служил устройством для отслеживания работы программы, а принтер был основным устройство вывода.
Виды мониторов
Мониторы можно классифицировать по разным признакам. Но обычно их разделяют по типам экрана. Рассмотрим основные технологии, используемые в их производстве.
Жидкокристаллический
На данный момент является доминирующим типом. Появились еще 90-х годах и вначале использовались только в ноутбуках, т.е. там был нужен меньший размер и низкое энергопотребление. Отличались высокой ценой.
Свою большую популярность обрели в нулевых годах, благодаря сериалам, фильмам, играм и переходу телевидения на HD разрешение.
Первые доступные мониторы появились благодаря этой технологии. Вначале их встраивали в корпус вместе с клавиатурой и другими компонентами системы в большом корпусе.
Только к концу 80-х годов появились цветные модели, которые смогли качественно отображать картинку в разрешении 1024 х 768 пикселей. Технология CRT довольно долго оставалась доминирующей на рынке и очень популярной, т.к. качество картинки и углы обзора в 180 градусов были для многих очевидным выбором. А ЖК такого на тот момент просто предложить не могли.
Органический светодиод
Интересно! Также есть и другие виды, но они не такие популярные и редко, где используются.
Диагональ
В первую очередь определитесь с диагональю. Чем больше она будет, тем дальше придется сидеть, чтобы было комфортно работать. Поэтому лучше подходить к выбору диагонали по следующим параметрам:
Дом и работа: 20-24 дюйма. Самый оптимальный вариант и для работы, и для развлечений. Глаза разбегаться не будут, монитор будет достаточно большой и будет гармонично смотреться за любым столом.
Важно! Помните, если большой монитор от глаз будет находится в 50-60см. то глаза от большой диагонали будет разбегаться и придется уже часто вертеть головой. Что может оказаться неудобно. Но, все равно это, конечно, дело вкуса.
От 27 дюймов. Берут редко, неходовые модели. Чаще берут для творческой работы фотографы, дизайнеры, игроки и те, кто хочет просто найти замену своему телевизору.
Вообще, золотая середина, это диагональ около 24 дюймов и не маленький, и не огромный. Но смотрите все равно сами, когда будете непосредственно перед ним. У всех людей разное зрение и понятие размера.
Разрешение экрана
Разрешение экрана следует выбирать исходя из диагонали экрана. Тут все просто.
От 24 и выше. Тут уже можно подумать о 2K и более высоких. Но еще раз вспомните, чем выше разрешение, тем больше ресурсов компьютера будет требоваться для обработки графики.
Интересно! Прочитайте материал про то, что такое разрешение экрана для лучшего понимания.
Чем дальше вы сидите от экрана, тем менее заметной для глаза будет разница в количестве пикселей между Full HD и выше разрешением. А вот количество Гц будет заметно всегда, об этом ниже.
Матрица
Чем больше Гц, тем более живая будет картинка. Этот параметр определяет сколько кадров в секунду способен отобразить монитор. Раньше были доступны только модели с 60 Гц, это означало, что максимально он отобразит лишь 60 кадров в секунду. Игры с ФПС более чем 60, на них будут все равно отображаться в 60 кадрах в секунду.
Время отклика
Есть игровые модели с 1мс. Но, помните, когда покупаете вариант с низким откликом для игр, берите и соответствующие мышь и клавиатуру, у которых также будет низкое время отклика. Тогда точно сможете насладится мгновенной реакцией в играх.
Яркость и контрастность
Для работы с графикой лучшим вариантом будет: яркость от 500 и контрастность 1:5000.
Интересно! В остальных моментах: дизайн, есть ли встроенные динамики, USB порты и т.д. смотрите уже по своему желанию. Также обратите внимание на порты подключения к видеокарте, подойдут ли они. Но скорее да, чем нет, т.к. даже на видеокартах 10-ти летней давности есть разъемы DVI и HDMI.
В заключение
Надеюсь вам были интересна и познавательная данная статья. Это основные моменты и, то, что вообще нужно знать по этой теме. Подходите с умом к выбору данной техники, и она всегда вас будет радовать.
Читайте также: