Компьютерный монитор

Олег

27 сентября 2021

Монитор — устройство вывода информации с компьютера в удобном для человека виде: графическом, текстовом, видео. Монитор ещё могут называть экраном или дисплеем.

Современным персональным компьютером практически невозможно пользоваться без монитора, так что можно считать монитор основным компонентом компьютера. Мы не будем здесь рассматривать частные случаи, когда монитор персональному компьютеру не требуется, такое тоже бывает.

Монитор может быть оснащён сенсорным экраном, тогда он выполняет функции устройства ввода-вывода. В мониторе могут быть встроены колонки, дополнительные USB порты, веб-камера, микрофон. Моноблок — это уже полноценный компьютер в одном корпусе с монитором. Современный простой монитор состоит из экрана, блока питания (внешнего или встроенного), платы управления и корпуса.

Отличие монитора от телевизора

От телевизора монитор принципиально отличается отсутствием встроенного ТВ-тюнера и декодера телевизионного сигнала. К тому же, в обычном мониторе нет встроенных колонок. Изображение на монитор передаётся с видеокарты компьютера, которая может быть встроена в материнскую плату или представлена отдельной платой. Мощные видеокарты могут поддерживать одновременную работу нескольких мониторов.

Современные телевизоры могут иметь разъёмы для подключения к компьютеру, подключаем и смотрим фильмы. Однако постоянно использовать телевизор в качестве монитора не очень удобно. Как правило, компьютерные мониторы обладают более высокой строчной и кадровой частотой и чёткостью, чем телевизоры. На монитор мы смотрим с более близкого расстояния, низкая частота может приводить к усталости глаз, потере остроты зрения, головной боли. Подробнее в блоке "Компьютерный синдром" ниже.

И да, существуют специальные мониторы для телевидения, которые называют видеомониторами. Они отображают телевизионный растр полностью в режиме Underscan, к ним повышены требования к точности цветопередачи. Такие видеомониторы часто выполняются в корпусе для установки в стандартную 19-дюймовую стойку.

Компьютерный синдром

Компьютерный синдром, он же компьютерный зрительный синдром — это негативна реакция организма человека на длительную работу за компьютером. На данный момент его не относят к числу заболеваний.

Человеческий глаз не рассчитан на зрительные нагрузки, возникающие при постоянной работе за монитором. К данным нагрузкам относится постоянная фиксация зрения на экране, сопровождаемая резким уменьшением частоты моргания. В итоге слёзная плёнка, защищающая роговицу глаза, пересыхает.

Изображение на экране монитора мерцает, менее контрастно, дискретно (из пикселей), светится.

Постоянная статичная поза работающего за компьютером человека может привести к возникновению шейного остеохондроза.

Дочитали? Встаём и делаем маленькую разминку! Прямо сейчас.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Компьютерный_синдром

Симптомы:

Потеря остроты зрения.
Сложно быстро перемещать взгляд с близких объектов на дальние и обратно.
Усталость глаз.
Головная боль.
Жжение в глазах.
Покраснение глазных яблок.
Боль при движении глаз.
Боли в шее и в спине.
Общее снижение работоспособности, повышенная утомляемость.

Методы защиты и профилактика:

Повышения частоты монитора, замена монитора.
Использование мониторов с опцией Flicker-Free и Low Blue.
Использование очков с компьютерным спектральным фильтром защищающим от вредного синего света.
Каждые 20 минут по 10 раз медленно открывать и закрывать глаза.
Каждые 40 минут делать короткие перерывы в работе.
Гимнастика для глаз в каком-либо из её вариантов, делается несколько раз в течение рабочего дня.
Регулярные обследования у врача-офтальмолога. Он может посоветовать:
Применение глазных капель, предотвращающих высыхание роговицы.
Приём вовнутрь средств, улучшающих зрение (в первую очередь, препаратов на основе черники). Посоветуйтесь с врачом!
Черника.
При отёках век подходят сосудосуживающие средства. Посоветуйтесь с врачом!

Если у вас есть проблемы при работе с компьютером, не ставьте себе диагноз сами, обратитесь к врачу. Сам был свидетелем случая, когда замена компьютерного кресла избавила от болей в спине, проблема оказалась не в мониторе.

Классификация компьютерных мониторов

Чернику поели, переходим к нашим мониторам.

Мониторы отличаются:

По виду выводимой информации
По способу вывода информации
По типу экрана
По размерности отображения
По типу видеоадаптера
По типу интерфейсного кабеля
По количеству отображаемых цветов
По виду управляющего видеосигнала

Вид выводимой информации

Алфавитно-цифровые дисплеи

Система текстового (символьного) дисплея (character display system). Для современных персональных компьютеров не применяются. Однако востребованы в качестве различного рода бегущих строк, рекламных панелей и мини-гаджетов для ПК, Arduino, Raspberry Pi.

Дисплеи, отображающие только алфавитно-цифровую информацию.
Дисплеи, отображающие псевдографические символы.
Интеллектуальные дисплеи, обладающие редакторскими возможностями и осуществляющие предварительную обработку данных.

Графические дисплеи

Для вывода текстовой и графической (в том числе видео) информации.

Векторные (vector-scan display).
Растровые (raster-scan display) — используются практически в каждой графической подсистеме PC. IBM назвала этот тип отображения информации отображением с адресацией всех точек (All-Points-Addressable, APA).

Векторные мониторы использовались вплоть до 1970-х годов. Принцип действия как у осциллографа. Для современных персональных компьютеров не применяются.

Растровые мониторы получили наиболее широкое распространение и используются для персональных компьютеров. Растровый монитор можно рассматривать как матрицу дискретных ячеек (пикселей), каждая из которых может быть подсвечена. У большинства цветных растровых мониторов цветной пиксель содержит три точки R (red, красный), G (green, зелёный), B (blue, синий) изменяемой яркости.

Способ вывода информации

Растровый (алфавитно-цифровая и графическая информация).
Векторный (вырисовывание лучом каждого символа).
Знакопечатающая ЭЛТ (формирование проходом луча через трафарет с символами).

Как уже говорилось выше, современные мониторы для персональных компьютеров используют растровый способ вывода информации. Знакопечатающая электронно-лучевая трубка интересна больше с исторической и инженерной точки зрения.

Тип экрана

ЭЛТ — монитор на основе электронно-лучевой трубки (cathode ray tube, CRT).
ЖК — жидкокристаллические мониторы (liquid crystal display, LCD).
Плазменный — на основе плазменной панели (plasma display panel, PDP, gas-plazma display panel).
LED-монитор — на технологии LED (light-emitting diode — светоизлучающий диод). Не путать с LED-подсветкой ЖК-мониторов!
OLED-монитор — на технологии OLED (organic light-emitting diode — органический светоизлучающий диод).
qLED-мониторы (QD-LED) - на основе квантовых точек и жк-кристаллов.
Пластиковые (Light Emitting Polymer, LEP) — на основе светоизлучающего пластика.
FED-мониторы (field emission display, или SED surface conduction electron emitter display) — много маленьких излучатели электронов и люминофор.
Виртуальный ретинальный дисплей (Virtual Retinal Display, VRD) — технология устройств вывода, формирующая изображение непосредственно на сетчатке глаза, например электронные очки Google Glass.
Проекционные (лазерные (LPD)) — на основе лазерной панели.
Проецируемые — видеопроектор и экран, размещённые отдельно или объединённые в одном корпусе (как вариант — через зеркало или систему зеркал).

ЭЛТ монитор (CRT)

Электронно-лучевая технология была разработана немецким ученым Фердинандом Брауном в 1897 году в качестве специального инструмента для измерения переменного тока, то есть для осциллографа.

Электронно-лучевая трубка (кинескоп) — самый важный элемент ЭЛТ монитора, он преобразует электрические сигналы в световые.

Цилиндр Венельта
Аноды
Магнитная отклоняющая система
Подогреватель катода
Катод
Электронный пучок
Фокусирующая магнитная система
Люминесцирующий экран

Электронная пушка испускает электроны. Изменением напряжения между управляющим электродом и катодом можно изменять интенсивность электронного луча и, соответственно, яркость изображения. Луч проходит через магнитную отклоняющую систему, которая может менять направление луча, и попадает в экран, покрытый люминофором. От бомбардировки электронами люминофор светится, и быстро перемещающееся пятно переменной яркости создаёт на экране изображение.

Достоинства CRT монитора:

Натуральные цвета без искажений.
Качественное изображение под любым углом.
Нет битых пикселей.
Высокая скорость отклика.
Глубокий черный цвет.
Повышенная контрастность и яркость.
Возможность использования затворных 3D-очков.
Устойчивость к повреждениям.

Недостатки CRT монитора:

Большие габариты и вес.
Проблема с отображением геометрических фигур и их пропорций. Не всегда плоский экран.
Большая рамка.
Электромагнитное излучение.
Потребление электроэнергии.
Я слышу звук работающего монитора.
Статическое электричество.
Требует некоторое время на прогрев для получения качественной картинки.
Возможны блики на глянцевой поверхности.

Сейчас такой монитор найти в продаже сложно, но можно.

ЖК монитор (LCD)

Первый рабочий жидкокристаллический дисплей был создан Фергесоном (Fergason) в 1970 году. ЖК мониторы также называют плоскими панелями, активными матрицами двойного сканирования, тонкопленочными транзисторами.

Конструктивно ЖК монитор состоит из элементов:

ЖК-матрица (первоначально — плоский пакет стеклянных пластин, между слоями которого и располагаются жидкие кристаллы.
Источников света для подсветки.
Контактный жгут (провода).
Блок питания.
Плата управления.
Корпус.

Виды ЖК-матриц:

TN (Twisted Nematic) — скрученный нематик.
STN (Super Twisted Nematic) — нематик с суперскручиванием.
Double STN (Double Super Twisted Nematic) — двухслойная DSTN-ячейка состоит из двух STN-ячеек.
DSTN (Dual-ScanTwisted Nematic) — экран делится на две части, каждая из которых управляется отдельно.
IPS (In-Plane Switching) — молекулы в нормальном состоянии не закручены в спираль, а ориентированы параллельно друг другу вдоль плоскости экрана.
VA (Vertical Alignment) — в матрицах VA-кристаллы при выключенном напряжении расположены перпендикулярно плоскости экрана и пропускают поляризованный свет, но второй поляризатор его блокирует, что делает чёрный цвет глубоким и качественным.

Достоинства LCD монитора:

Малый размер и вес.
Плоские.
Нет мерцания.
Нет электромагнитного излучения.
Нет дефектов фокусировки, помех от магнитных полей, проблем с геометрией и чёткостью.
Низкое энергопотребление.
Диагональ больше чем у CRT мониторов.
Узкая рамка.
Глянцевая или матовая поверхность.
Меньше бликов на матовой поверхности.
Возможность работы в нескольких разрешениях.
Есть изогнутые матрицы.

Недостатки LCD монитора:

Цветопередача хуже чем у CRT мониторов.
Недостаточная глубина чёрного цвета.
Маленький угол обзора.
Неустойчивость к повреждениям.
Возможно наличие битых пикселей, требуется проверка при покупке.
Низкая скорость смены изображения.
Эффект "выгорания" экрана.

Плазменный монитор (PDP)

Плазменная панель была разработана в Университете Иллинойса в процессе создания системы электронного обучения США доктором Дональдом Битцером (Donald Bitzer), Джином Слоттоу (H. Gene Slottow) и Робертом Уиллсоном (Robert Willson). Патент на изобретение они получили в 1964 году. Первый плоский дисплей состоял из одного пикселя. Первый в мире 21-дюймовый (53 см) полноцветный дисплей представила в 1992 году компания Fujitsu. В 1999 году Matsushita (Panasonic) создала перспективный 60-дюймовый прототип.

Прообразом плазменных экранных матриц (Plasma Display Panel, плазменных мониторов, газоразрядных экранов) стали самые обычные лампы дневного освещения. Плазменные мониторы состоят из двух стеклянных панелей, между которыми находится газ. На внутренних стенках выведены микроскопические электроды, образующие две симметричные матрицы. Снаружи эта конструкция покрыта слоем люминофора. На контакты подается ток, возникает разряд, который ионизирует газ и заставляет светиться в ультрафиолете. Как следствие, освещается участок с люминофором, как в обычных ЭЛТ мониторах. Ионизированный газ — это плазма, отсюда и название плазменных мониторов.

Достоинства PDP монитора:

Высокая контрастность.
Глубина цветов.
Стабильная равномерность на чёрном и белом цвете.
Плоские.
Нет мерцания.
Нет дефектов фокусировки, помех от магнитных полей, проблем с геометрией и чёткостью.
Узкая рамка.
Широкий угол обзора, как у CRT мониторов

Недостатки PDP монитора:

Высокое энергопотребление в сравнении с ЖК-панелями.
Крупногабаритные пиксели и, как следствие, только достаточно крупногабаритные плазменные панели обладают достаточным экранным разрешением.
Эффект "выгорания" экрана.

Дорогое удовольствие, используются как видеостены и телевизоры в местах с ярким освещением. В качестве мониторов практически не используются.

LED монитор

ЖК монитор (LCD) требует подсветки, если она сделана с помощью светодиодов (Light Emitting Diode, LED), то такие мониторы производители гордо именуют LED мониторами. Вот и весь секрет.

Достоинства LED подсветки:

Светодиоды небольшого размера, что позволяет их устанавливать в разных местах, даже сбоку. Равномернее яркость.
Светодиоды небольшого размера, что позволяет делать более тонкие корпуса мониторов.
Малое энергопотребление.
Не греется.

Недостатки LED подсветки:

Недолгий срок службы. Сгорание одного светодиода сильно заметно на качестве изображения.

Остальные недостатки и достоинства можно посмотреть в разделе про ЖК монитор (LCD).

OLED монитор

Матрицы с органическими светодиодами (organic light-emitting diode) OLED уже не относятся к типу LCD панелей, поскольку здесь светодиоды выступают не в качестве источника подсветки, а в качестве источника изображения. Диоды в таких матрицах бывают красного, зеленого и синего цвета, и вместе они формируют отдельный пиксель. Качество изображения отличное.

Уровень подсветки в OLED дисплеях остаётся неизменным всегда из-за светодиодов. Немного можно уменьшить яркость понижением напряжения, но не до конца. Яркость уменьшают с помощью ШИМ — широтно-импульсной модуляции. Уровень яркости OLED дисплея определяется не интенсивностью подсветки, а количеством выключений и включений пикселей в секунду. Частота ШИМ в среднем составляет 200 колебаний в секунду.

Достоинства OLED монитора:

Низкое энергопотребление.
Отличная цветопередача – естественные черный и белые цвета.
Большой угол обзора.
Быстрое время отклика (0.2 мс).
Тонкие.
Выделяют на 70% меньше вредного синего цвета, чем LCD дисплеи.

Недостатки OLED монитора:

Малый срок службы из-за использования органических материалов.
Дорогие.
Эффект "выгорания" экрана, сильнее чем у LED.
Мерцание.

QLED монитор

Квантовые точки — это кристаллы, которые светятся под воздействием тока или света. Дисплей на квантовых точках — отображающее устройство, использующее квантовые точки для получения красного, зелёного и синего света. На данный момент существуют модели дисплеев, основанных на квантово-точечных светодиодах QD-LED или QD-OLED.

Исследователи заявляют, что дисплеи на квантовых точках могут иметь сниженное в пять раз энергопотребление по сравнению с обычными ЖК-дисплеями (LCD), а также более продолжительный срок службы по сравнению с OLED-дисплеями.

Достоинства QLED монитора:

Все преимущества LED мониторов.
Более широкий цветовой диапазон по сравнению с LED мониторами.
Низкое энергопотребление.

Недостатки QLED монитора:

Пока что требует подсветки.
Дороже LED.
Эффект "выгорания" экрана. Как LCD.

Достойная альтернатива LED мониторам.

LEP монитор

Нет в продаже, но технология перспективная.

16 февраля 1998 года компании CDT и Seiko-Epson продемонстрировали первый в мире пластиковый телевизионный экран. К 2000 году компания CDT разработала полноцветный полимерный дисплей.

LEP мониторы делают на основе светоизлучающих пластиков (Light Emission Plastics). Под воздействием электрического тока такие пластики способны эмитировать фотоны, т.е. светиться.

LEP мониторы просты и дешевы в производстве. Очень тонкие, даже по сравнению с ЖК мониторами. По многим параметрам светоизлучающие пластики превосходят всех своих конкурентов. Они не подвержены инверсионным эффектам, что позволяет менять картинку с очень высокой частотой. Отличаются низкой электроемкостью, обладают большим углом обзора. Но есть проблемы, например, ограниченный срок службы полимерных матриц или сложностью с цветным изображением.

Достоинства LEP монитора:

Не нужна подсветка.
Возможна гибкая подложка.
Большое разрешение, практически любое. Любая форма пикселя.
Малый вес.
Высокая энергоэффективность.
Высокая частота.
Большая контрастность.
Большой угол обзора.
Тонкий (2мм)

Недостатки LEP монитора:

Нет в продаже.
Ограниченный срок службы.

FED монитор

Нет в продаже, но технология перспективная. К концу 2009 года FED дисплеи в продаже не появились. Японская компания FED, занимающаяся разработкой таких дисплеев, закрылась. К 2010 году Toshiba, Canon и Sony полностью свернули разработки в области SED.

Дисплей состоит из двух стеклянных панелей. Толщина несколько миллиметров. На одной панели нанесены излучатели электронов — мини-аналоги электронно-лучевой пушки. Обычно в качестве излучателей используются нанотрубки. На противоположной — люминофор, аналогичный используемому в обычных ЭЛТ.

FED (Field Emission Display, дисплей с автоэлектронной эмиссией) — одна из дисплейных технологий. Позволяет получать плоские экраны с большой диагональю. Название FED используется компаниями Sony и AU Optronics. Аналогичные дисплеи, создаваемые компаниями Canon и Toshiba, носят название SED (Surface conduction electron Emitter display) дисплей.

Особенностью FED экранов является низкое энергопотребление, широкий угол обзора и безынерционность. FED экраны могут обновлять изображение с частотой до 240 Гц. Ещё одним достоинством FED экранов является то, что даже при выходе из строя до 20% излучателей электронов на дисплее не появятся мёртвые пиксели. Ещё одно достоинство FED — отсутствие развертки как таковой. Изображение создается на экране целиком, по кадру за раз.

Достоинства FED монитора:

Низкое энергопотребление.
Широкий угол обзора.
Большая частота.
Отсутствие мерцания.
Безынерционность.
Любые размеры.
Тонкие.
Долговечность.

Недостатки FED монитора:

Нет в продаже.
Дорогое производство.

Виртуальный ретинальный монитор (VRD)

Виртуальный ретинальный монитор (Virtual retinal display, VRD; retinal scan display, RSD) — технология устройств вывода, проецирующая изображение непосредственно на сетчатку глаза. Пользователь видит изображение, висящее в воздухе перед ним. Технология VRD стала возможной благодаря нескольким разработкам. В частности, это появление LED-систем высокой яркости, позволившие видеть изображение при дневном свете, и появление адаптивной оптики.

Первые образцы VRD были созданы в Университете Вашингтона (Лаборатория технологий интерфейса пользователя) в 1991 году. Большая часть подобных разработок была связана с системами виртуальной реальности.

Достоинства VRD монитора:

Может применяться в системах дополненной реальности, позволяя видеть одновременно и реальный предмет и компьютерное изображение.
3D с высоким уровнем реализма.
Низкое энергопотребление.
Компактные размеры.
Можно носить с собой.

Недостатки VRD монитора:

Нужно надевать как очки.
Работа от батарейки.
Стоимость.
Скромный выбор.

Проецируемый монитор (видеопроектор)

Видеопроектор и экран, размещённые отдельно или объединённые в одном корпусе. Часто применяется и дома и в офисе. Позволяют получить изображение с большой диагональю.

В качестве источника света в видеопроекторе используются газоразрядные лампы, светодиоды или лазеры. О лазерных экранах написано ниже.

Достоинства лампового или LED видеопроектора:

Большая диагональ экрана при компактном размере проектора.
Высокая частота.
Широкий угол обзора.
Можно свернуть экран в рулон.
В качестве экрана можно использовать белую стену.

Недостатки лампового или LED видеопроектора:

Определённое расстояние до экрана до проектора.
Чистое пространство от проектора до экрана, нужно думать как размещать, часто крепят к потолку.
Низкий срок службы ламп.
Низкий уровень яркости.
При ярком освещении низкое качество картинки.
Возможные артефакты в виде вогнутости по краям.
Шумная работа.
Высокое энергопотребление.

Лазерный монитор (видеопроектор)

Лазерные проекторы дороже ламповых, но позволяют снизить расстояние между экраном и проектором, что даёт возможность использовать их в одном корпусе. К тому же срок службы дольше из-за отсутствия ламп-расходников. Дорогие.

Достоинства лазерного видеопроектора:

Расстояние между экраном и проектором снижено до сантиметров.
Не требовательные к поверхности.
Высокая яркость, динамическая контрастность.
Естественные цвета.
Высокая частота.
Широкий угол обзора.
Низкое энергопотребление.
Большой срок службы
Нет ламп и расходников.
Высокое разрешение.
Нет эффекта "выгорания".

Недостатки лазерного видеопроектора:

Не тонкий, корпус в десятки сантиметров.
Стоимость.

Американская компания Prysm представила лазерно-фосфорные дисплеи (laser phosphor display, LPD). С обратной стороны стеклянный LPD экран покрыт слоем светящихся микрочастиц на основе фосфора. При облучении маломощными ультрафиолетовыми лазерами частицы фосфора начинают светиться красным, зелёным или синим за счёт эффекта фотолюминесценции.

LPD экраны больше напоминают старые CRT модели, чем современные LCD. Стоимость производства LPD превышает LCD, однако в долгосрочной перспективе они окупаются за счет меньшего энергопотребления и отсутствия подсветки, которую нужно менять. Эти экраны потребляют лишь четверть той энергии, которая сейчас требуется для LCD экранов. Новые дисплеи можно изготовлять в любом размере и форме, при этом их яркость может варьироваться в широких пределах за счет изменения мощности лазера.

Компания Hisense представила лазерный телевизор с выдвижным экраном. Этот телевизор оснащён большой 77-дюймовой панелью дисплея, собственной технологией скрученного экрана и полноцветной лазерной технологией. Он поддерживает высокое разрешение 4K HDR, сверхширокую цветовую гамму 107% BT.2020 и максимальную яркость 350 кд/м2.

Размерность изображения

2D — двумерный. Одно изображение для обоих глаз.
3D — трёхмерный. Для каждого глаза формируется отдельное изображение для получения эффекта объёма.

Тип видеоадаптера

MDA
HGC
CGA
MCGA
EGA
VGA
XGA
SVGA
и прочие

Тип интерфейсного кабеля

композитный
компонентный
VGA (D-Sub)
DVI
USB
HDMI
DisplayPort
S-Video
Thunderbolt

Количество отображаемых цветов

черно-белые (монохромные)
цветные с фиксированным набором цветов (CGA, EGA)
цветные с неограниченным количеством цветов (аналоговые VGA)

Вид управляющего видеосигнала

аналоговые
цифровые

Основные параметры монитора

Максимальная яркость — измеряется в канделах на квадратный метр (также называемые нит).
Максимальный контраст — соотношение яркости самого светлого оттенка (белый) и самого тёмного (чёрный), которые монитор отображает одновременно. Например, соотношение 20000:1 означает, что яркость белого в 20000 раз выше, чем яркость чёрного.
Соотношение сторон экрана — стандартный (4:3), широкоформатный (16:9, 16:10) или другое соотношение (например, 5:4).
Размер экрана — определяется длиной диагонали, чаще всего в дюймах.
Разрешение — число пикселей по горизонтали и вертикали. Например, 1024x768.
Глубина цвета — количество бит на кодирование одного пикселя (от монохромного до 32-битного). Мониторы с 10 битами на канал показывают больше оттенков цвета (40 бит на все три канала, около миллиарда оттенков цвета), чем те, что показывают лишь 8 бит на канал (32 бит на все три канала, около 16,8 млн оттенков цвета).
Размер зерна или пикселя.
Цветовое пространство — измеряется в координатах цветового пространства CIE 1931. Наиболее широко известны два стандарта: sRGB и Adobe RGB.
Частота обновления экрана (Гц), тесно связано с временем отклика пикселей.
Время отклика пикселей (не для всех типов мониторов).
Угол обзора.