Panevropski univerzitet „APEIRON“ Fakultet informacionih tehnologija Banja Luka
MONITORI ( SEMINARSKI RAD )
MENTOR
KANDIDAT
Doc. dr Nedim Smailović
Nikola Tomaš 38-09/VIT
Banjaluka, Septembar 2011.
1. UVOD U savremenoj industriji koja se tako brzo razvija, donekle iznenađuje činjenica da je tehnologija koja stoji iza monitora i televizije stara 100 godina. Katodnu cijev, ili CRT (cathode-ray tube) pronašao je njemački naučnik Ferdinand Braun 1897. godine, ali je ona upotrebljena u prvim televizorima tek kasnih 1940-ih godina. Mada su katodne cevi koje se danas nalaze u savremenim monitorima pretrpjele modifikacije da bi se poboljšao kvalitet slike, one se još uvijek zasnivaju na istim osnovnim principima. Uprkos predviđanjima njihovog bliskog kraja, izgleda da će se prevlast katodnih cijevi još dugo zadržati na tržištu monitora za PC računare. Dok se konkurentske tehnologije, kao što su displeji sa tečnim kristalima (LCD - liquid cristal display) ili displeji sa gasnom plazmom i same ustanovljavaju u specijalizovanim oblastima, izgleda da ćemo prilično zaći u novi milenijum prije nego što ravni ekrani brojčano nadmaše katodne cijevi kod naših stonih računara.
2
2. KATODNI (CRT) MONITOR Katodni monitor ili CRT monitor je grafički izlazni uređaj temeljen na katodnoj cijevi koju je izumio Karl Ferdinand Braun. Ovaj način prikazivanja se koristi u većini današnjih monitora, kao i što se katodna cijev koristi u TV-u, osciloskopu i drugim uređajima. Karakteriše ih velika težina, veliko zauzimanje prostora kao i visoka potrošnja el.energije, ali zato imaju veoma dobru kvalitetu i oštrinu slike. Danas, katodni monitori gube primat koji preuzimaju LCD i Plazma monitori. CRT monitor radi na principu katodne cijevi. Ekran CRT monitora se sastoji od miliona sićušnih crvenih, zelenih i plavih fosfornih tačkica koje svijetle kada ih "udari" elektron što potom stvara sliku na ekranu. Unutar katodne cijevi, katoda je zagrijana nit koja se nalazi u vakuumskoj staklenoj cijevi.
Slika 1: CRT monitor Unutrašnjost katodne cijevi: 1. Elektronski top; 2. Elektronski snop; 3. Maska za razdvajanje snopa za crvene, zelene i plave dijelove slike; 4. Fosforni sloj sa crvenim, zelenim i plavim zonama; 5. Uvećani prikaz unutrašnjosti ekrana
Slika 2: Unutrašnjost monitora
koji je prekriven fosforom.
Katodno zračenje je ustvari tok elektrona koji stvara elektronski top. Elektroni su negativni (katoda), dok je anoda pozitivna što privlači elektrone koji su pažljivo usmjereni prema usmjerivaču koji ih pomoću magnetnog ili električnog polja u snopovima skreće ka anodi i ekranu. Ekran je prekriven fosfornim materijalom koji praktično svijetli ako je "pogođen" elektronom. Fosforni sloj se sastoji od crvenih, zelenih i plavih zona pomoću kojih se dobija boja i na taj način se dobiva osnovna slika na ekranu koja se potom filtrira da bi se dobila konačna slika koju mi vidimo na
3
ekranu. Ima nekoliko vrsta filtriranja, tri su najpoznatija: Shadow-mask, Aperturegrill i Slot-mask pomoću kojih se dobiva konačna slika koju mi vidimo.
2.1. POJMOVI I OSOBINE CRT MONITORA 2.1.1. Promjenljiva rezolucija Rezolucija je broj piksela na ekranu koji se sastoji od vodoravnih kolona ("X") i uspravnih ("Y") redova piksela, standard je da se prvo piše broj vodoravnih piksela (npr. 1024), a onda broj uspravnih piskela (npr. 768), što je u konačnici 1024 x 768 rezolucija. CRT monitor može podržati više rezolucija čiji kvalitet ovisi o veličini tačke (piksela). Za razliku od LCD monitora koji dobro rade samo na njihovoj prirodnoj rezoluciji, CRT monitor ima istu ili sličnu kvalitetu slike i na manjim ili većim rezolucijama. To, prije svega, zavisi od fizičke veličine monitora i veličina piksela (dot pitch), iako CRT monitor može koristiti i manje i veće rezolucije, on ima svoju preporučenu rezoluciju na kojoj će raditi idealno, a ta preporučena rezolucija obično je ispisana u priručniku proizvođača monitora, tako da nije preporučljvio (zbog tehničkih razloga, ali i zdravstvenih) stavljati rezoluciju na najveću moguću.
2.1.2. Veličina monitora U današnje vrijeme se koriste veličine od 15" do 22"(inča) i više. Do sada najviše prodavani su 17" modeli za obične korisnike koji su prilično jeftini a nude ipak dovoljnu rezoluciju za rad (1024 x 768 preporučljiva). Napredniji korisnici obično vole imati više prostora za rad na računaru i korištenje više programa istovremeno, tu kategoriju korisnika zadovoljava 19" monitor (1280 x 1024 preporučena rezolucija), dok grafički profesionalci ne bi trebali uzimati monitore manje od 21" (1600 x 1200 preporučena rezolucija). Veličina monitora se mjeri u inčima ("), ali to nije stvarna veličina prikaza (ekrana), obično ako je veličina monitora 19", stvarna veličina ekrana je za jedan inč manja, 18".
4
2.1.3. Dot pitch (veličina tačkice; broj tačkica na dužini 1 inča) Od veličine i broja tačkica zavisi i kvaliteta slike, te njena oštrina. Ako su tačkice bliže jedna drugoj i ako su manje, slika će biti oštrija i razumljivija, dok se veličina tačkice mjeri u milimetrima (mm). Raspodjela tačkica nije ista na svakom monitoru, jer monitori koji koriste Aperture grill tehniku nemaju isti raspored tačkica kao Shadow mask filtriranje. Tačkice se mogu vidjeti i golim okom sa nekom vrstom povećala.
2.1.4. Brzina osvježavanja (Refresh Rate) Refresh rate označava koliko puta je slika na monitoru isrctana svake sekunde. Ovo ljudsko oko ne može registrovati, iako većina primjećuje razliku ako je brzina osvježavanja na 60Hz (tada je slika oštra, ali i nemirna i neugodna za rad jer slika treperi) ili 75Hz (tada je slika malo mutnija, ali bitno stabilnija i ugodnija za rad). Uzmimo za primjer da nam je brzina osvježavanja naštimana na 85Hz (to je u većini slučajeva preporučena vrijednost), to znači da se slika u toku jedne sekunde osvježi 85 puta. Što je veća vrijednost refresh rate-a to je slika stabilnija i ugodnija za rad, ako je vrijednost manja, slika na monitoru je oštrija, ali zato mnogo treperi što nije preporučljivo za čovjeka i ljudsko oko. Mjeri se u Hercima (Hz).
2.1.5. Dubina boje Dubina boje (color depth) se odnosi na broj bitova kojim se opisuje jedan piksel. Što je veća dubina boje to monitor može prikazati više boja i nijansi. Današnji monitori su sposobni prikazati 16,777,216 (32 bit, True Color) boja i nijansi. Prije su se koristili i 8, 16 te 24 bitni prikazi. 2.1.6. Priključci Danas se većinom koristi VGA priključak koji se nalazi na skoro svim grafičkim karticama. VGA priključak je analogni kao i CRT monitor, ali analogne signale u digitalne pretvara sama grafička kartica koja šalje signal na monitor. Moguće je
5
koristiti i više monitora odjednom, to zavisi od broja ulaza u računaru, tačnije grafičkih kartica.
2.1.7. Opasnost zračenja Iako CRT monitori zrače X-zrake one su uglavnom bezopasne jer gotovo sve zrake zaustavlja debeli ekran, a one što prođu uglavnom ne mogu nanijeti nikakvu štetu. Također i brzina osvježavanja monitora je zamorna za ljudsko oko, iako je to u današnje vrijeme skoro i riješen problem (preko 75Hz skoro da se oči i ne zamaraju). Starost monitora je također bitna, ako je monitor suviše star njegova slika postaje mutnija što je za ljudsko oko veoma naporno. Iako u društvu vlada mišljenje da zračenje monitora najviše zamara oči to ipak nije posve tačno, jer samo gledanje neke promjenljive slike sa male udaljenosti duže vrijeme je mnogo veći napor za ljudsko oko, nego li neznatno zračenje koje je u većini slučajeva bezopasno.
2.2. MASKE I RASTOJANJE IZMEĐU TAČAKA Maksimalna rezolucija monitora ne zavisi samo od njegove najviše frekvencije skeniranja. Drugi činilac je korak između tačaka, odnosno fizičko rastojanje između susjednih fosfornih tačaka iste boje na unutrašnjoj površini katodne cijevi. Tipično, ono je između 0,22 mm i 0,3 mm. Što je taj broj manji, finije i bolje se razlažu detalji. Međutim, pokušavanje da se dobije suviše mnogo piksela na monitoru bez dovoljnog rastojanja izmedju tačaka prouzrokuje da veoma fini detalji, kao što su na primer natpisi ispod ikona, djeluju zamagljeno. Postoji više načina da se grupišu tri čestice obojenog fosfora - zaista, nema razloga zašto one ne bi bile okrugle čestice. Trenutno je u upotrebi veći broj različitih šema, pa treba obratiti pažnju kada se porede specifikacije rastojanja između tačaka različitih tipova. Kod standardnih maski za tačke, korak između tačaka je rastojanje od centra do centra dvije najbliže susjedne fosforne tačke iste boje, mjereno po dijagonali. Horizontalno rastojanje između tačaka je 0,866 puta korak između tačaka. Za maske koje koriste trake a ne tačke, korak je jednak horizontalnom rastojanju. To znači da bi korak tačaka na standardnoj katodnoj cijevi sa maskom za tačke trebalo pomnožiti sa 0,866 prije nego što se on poredi sa korakom između tačaka tih drugih tipova monitora. Teškoća pri direktnom poređenju
6
vrijednosti koraka između tačaka različitih pokazivača znači da drugi činioci - kao što je konvergencija, video propusni opseg i oštrina - često predstavljaju bolju osnovu za poređenje monitora od rastojanja između tačaka.
2.2.1. Trio tačaka Većina monitora za računare koristi okrugle čestice fosfora i raspoređuje ih u trougaonoj formaciji. Ove grupe se zovu "trijade" (ili "trojke"), a raspored je konstrukcija poznata kao trio tačaka. Maska je smještena direktno ispred sloja fosfora - svaka rupica odgovara jednom triju tačaka - i pomaže da se maskiraju nepotrebni elektroni, čime se izbjegava njihovo rasipanje i zamagljivanje konačne slike. Maska u sredini ekrana se više zagrijava, zato što je tu rastojanje između izvora elektrona i njihovog odredišta manje od onog na ivicama. Slika 3: Invar maska Da bi se spriječilo da se ona deformiše i da netačno preusmjeri elektrone proizvođači je tipično konstruišu od Invar-a, legure sa veoma malim koeficijentom širenja na toploti. Sve je to vrlo dobro, izuzev činjenice da maska koja služi za sprječavanje rasipanja elektrona zauzima veliki deo površine ekrana. Tamo gdje su djelovi maske, nema fosfora da svjetli, a manje svjetla znači tamniju sliku. Sjaj slike je najvažniji za video punog pokreta i, pojavom multimedije, postaje sve važniji tržišni činilac, tako da je urađen veliki broj unapređenja da bi se konstrukcije sa triom tačaka učinile svjetlijim. Nove šeme filtriraju blještanje bez većeg uticaja na osvetljenost slike. Katodna cijev Microfilter firme Toshiba postavlja poseban filter nad svakom fosfornom tačkom, što omogućava da se koristi različit fillter boje za svaku obojenu tačku. Filtri nad crvenim tačkama, na primjer, puštaju da svjetli crveno, ali oni takođe apsorbuju druge boje od ambijentalnog svjetla koje pada na ekran - boje koje bi se inače reflektovale kao blještanje. Rezultat su jasnije, čistije boje, sa manje blještanja. Druge firme nude slična poboljšanja. Katodna cijev Crystal Vision firme Panasonic koristi tehnologiju koja se zove fosfor sa enkap-suliranom bojom, koja omotava svaku česticu fosfora sa njegovim sopstvenim filtrom, a ViewSonic nudi ekvivalentnu mogućnost kao deo njihovih SuperClear ekrana.
7
2.2.2. Rešetka otvora U 1960-im godinama, firma Sony je razvila alternativnu cjevnu tehnologiju poznatu kao Trinitron. Ona je kombinovala tri posebna elektronska topa u jednom uređaju, što Sony zove Pan Focus sistem. Što je najinteresantnije, cjevi Trinitron bile su napravljene od djelova cilindra, vertikalno ravnih, a horizontalno zakrivljenih, suprotno od konvencionalnih cjevi, koje koriste djelove sfere zakrivljene u obe ose. Slika 4: Aperture-grill maska Umjesto da grupišu tačke crvenog, zelenog i plavog fosfora u trijade, cjevi Trinitron postavljaju svoje obojene fosfore u neprekidne vertikalne trake. Dakle, radije nego da koriste čvrstu perforiranu ploču, cjevi Trinitron upotrebljavaju maske koje razdvajaju cjele trake umjesto svake tačke - što Sony zove "rešetka otvora". To zamjenjuje masku nizom traka od legure koji ide vertikalno preko unutrašnjosti cjevi. Umjesto da koriste uobičajene trojke fosfornih tačaka, cjevi zasnovane na rešetki otvora imaju fosforne linije bez horizontalnih prekida i tako se pouzdaju u tačnost elektronskog mlaza da definiše gornju i donju ivicu piksela. Kako je na taj način manji deo površine ekrana zauzet maskom, a fosfor neprekinut vertikalno, više fosfora svjetli, što rezultuje jasnijim prikazom. Kod monitora sa rešetkom otvora, mjera ekvivalentna rastojanju između tačaka je "rastojanje između traka". Obzirom da su trake rešetke otvora veoma uske, postoji mogućnost da bi one mogle da se pomjeraju, zbog širenja ili vibracija. U pokušaju da se to eliminiše, montirane su horizontalne žice za prigušenje, da bi se povećala stabilnost. To smanjuje mogućnost razdešenosti rešetke otvora, koja može da prouzrokuje pojave vertikalnih prekida i zamagljenja. Loša strana rešenja je u tome što žice za prigušenje preprečuju put elektronima ka fosforu i vide se pri pažljivijem gledanju iz blizine. Cjevi Trinitron ispod oko 17 inča mogu da izađu na kraj sa jednom žicom, dok one veće zahtjevaju dvije. Slijedeći nedostatak je mehanička nestabilnost. Lak udarac monitora Trinitron sa strane može da prouzrokuje kolebanje slike koje se zapaža u trenutku. To je razumljivo, obzirom da se fine vertikalne žice učvršćuju horizontalno samo na jednom ili dva mesta. Mitsubishi je slijedio Sony-jevo vođstvo svojom sličnom konstrukcijom cjevi Diamondtron.
8
2.2.3. Maska sa prorezima Koristeći prednosti oba prethodno opisana pristupa, firma NEC je razvila hibridni tip maske koji primjenjuje konstrukciju maske sa prorezima, pozajmljenu iz tehnologije TV monitora razvijenih kasnih 1970-ih godina u firmama RCA i Thorn. Gotovo svi ne-Trinitron TV prijemnici koriste eliptično oblikovane fosfore, vertikalno grupisane i razdvojene pomoću maske sa prorezima. Da bi se omogućilo da veća količina elektrona prođe kroz masku, standardne
okrugle
perforacije
su
zamjenjene
sa
vertikalno uređenim prorezima. Slika 5: Slot maska Konstrukcija trijada je takođe drugačija, pa su pravolinijski fosfori uređeni tako da omogućavaju najbolje iskorišćenje povećanog broja elektrona. Konstrukcija maske sa prorezima je mehanički stabilna zbog ukrštanja horizontalnih sekcija maske, ali izlaže više fosfora od konvencionalne konstrukcije trija tačaka. Rezultat nije tako sjajan kao rešetka otvora, ali je mnogo stabilniji i svjetliji nego onaj koji daje trio tačaka. Ovaj sistem je jedinstven za firmu NEC koja je iskoristila njegovu stabilnost početkom 1996. godine, kada je napravila prve monitore ChromaClear na tržištu sa zvučnicima i mikrofonima i proglasila ih "novim multimedijskim standardom". 2.2.4. Povećano rastojanje između tačaka (EDP - Enhanced Dot Pitch) EDP je najnovija tehnologija maskiranja koju je krajem 1997. godine razvila i izbacila na tržište firma Hitachi, najveći konstruktor i proizvođač katodnih cijevi na svijetu. Tu je preduzet nešto drugačiji pristup koji se više usredsređuje na implementaciju fosfora nego na masku ili rešetku otvora. Kod tipične katodne cijevi sa maskom, trijade fosfora su poređane manje-više ravnostrano, čineći tako trougaone grupe ravnomjerno raspoređene preko unutrašnje površine cijevi.
9
Slika 6: Enhanced Dot Pitch Firma Hitachi je smanjila razmak između fosfornih tačaka po horizontali, stvorivši trijadu tačaka koja je sličnija jednakokrakom trouglu. Da bi se izbjeglo ostavljanje razmaka između trijada, koji bi umanjio prednosti ovakvog rasporeda, same tačke su izdužene, tako da su više ovalne nego okrugle. Glavna prednost konstrukcije EDP se najviše zapaža u predstavljanju finih vertikalnih linija. Kod konvencionalnih katodnih cijevi, linija koja ide od vrha ekrana do njegovog dna biće u izvjesnoj mjeri u "cikcak" obliku od jedne trijade tačaka do druge ispod nje, i tako dalje. Dovođenje susjednih horizontalnih tačaka bliže jedne drugoj smanjuje se ovaj efekat i utiče na jasnoću svih slika.
2.3. DIGITALNE KATODNE CIJEVI Skoro 99 procenata od svih video displeja prodatih 1999. godine bili su priključeni upotrebom analogne VGA sprege, što je stara tehnologija koja predstavlja minimalni standard za displej PC računara. U stvari, današnji VGA predstavlja prepreku usvajanju novih tehnologija displeja sa ravnim panelima, uglavnom zbog dodatnih troškova koji su potrebni da bi se ti sistemi osposobili da podržavaju analognu spregu.
Slika 7: Digitalna katodna cijev Drugi fundamentalni činilac je pogoršanje kvaliteta slike koje se javlja kada se digitalni signal pretvori u analogni, a zatim opet u digitalni, da bi se upravljalo LCD displejem sa analognim ulazom. U jesen 1998. godine formirana je Radna grupa za
10
digitalne displeje (DDWG - Digital Display Working Group) u koju su ušli industrijski prevodnici Intel, Fujitsu, Hewlett-Packard, IBM, NEC i Silicon Image, sa ciljem isporuke robustne, sveobuhvatne i proširljive specifikacije sprege između digitalnih displeja i PC računara visokih performansi. U proljeće 1999. godine, DDWG je odobrila prvu verziju specifikacije Digitalne vizuelne sprege (DVI - Digital Visual Interface), zasnovanu na tehnologiji PanelLink firme Silicon Image, koja je koristila protokol digitalnog signala Diferencijalne signalizacije sa minimiziranim prijelazom (TMDS - Transition Minimised Differential Signaling). Dok je prvenstveno od koristi za displeje sa ravnim panelom - koji sada mogu da rade u standardizovanom potpuno digitalnom okruženju bez potrebe da izvode analognodigitalnu konverziju na signalima od grafičke kartice do uređaja displeja specifikacija DVI može da ima posljedice i na monitore sa katodnim cijevima. Većina žalbi na slab kvalitet slike na katodnim cijevima može da se poveže sa nekomaptibilnim grafičkim kontrolerima na matičnoj ploči ili grafičkoj kartici. Na današnjem tržištu koje pokreće cijena, marginalni kvalitet signala je sve sem nečeg neuobičajenog. Ujedinjavanje sprege DVI i tradicionalnog analognog monitora sa katodnom cijevi će omogućiti da se konstruišu monitori da primaju digitalne signale, uz izvođenje potrebne digitalno-analogne konverzije na samom monitoru. To će dati proizvodjačima dodatnu kontrolu nad kvalitetom krajnje slike, čineći njihovo raslojavanje zasnovano na kvalitetu slike mnogo značajnijim faktorom nego što je to bilo do sada. Međutim, primjena sprege DVI na monitorima sa katodnim cijevima nije baš jednostavna. Jedan od nedostataka sprege DVI je da ima relativno mali propusni opseg od 165 MHz, s obzirom da je prvobitno projektovana za upotrebu sa digitalnim ravnim panelima. To znači bi radna rezolucija od 1280x1024 piksela mogla biti podržana sa brzinom osvežavanja do 85 Hz. Mada to nije problem za monitore sa tečnim kristalima (LCD), to je vrlo ozbiljno sporno pitanje za displeje sa katodnim cijevima. Specifikacija DVI podržava maksimalnu rezoluciju od 1600x1200 na brzini osvežavanja od samo 60 Hz - što je potpuno nerealno u svijetu u kome se stalno povećava performansa grafičkih kartica i u kome su sve veći i jeftiniji monitori sa katodnim cevima. Predloženo rješenje je da se obezbjedi dodatni propusni opseg za horizontalne i vertikalne intervale između dva iscrtavanja - što se postiže putem dva TMDS linka. Sa takvim rasporedom, digitalne katodne cijevi saglasne sa VESA Generalizovanom vremenskom formulom (GTF) bi bile u stanju da podržavaju rezolucije koje prevazilaze 2,75 miliona piksela sa brzinom osvježavanja od 85 Hz. 11
Drugi problem je u tome što je skuplje digitalno skaliranje brzine osvežavanja monitora od upotrebe tradicionalne konstrukcije analogne multisinhronizacije. To bi moglo da dovede digitalne katodne cijevi do toga da budu skuplje od njihovih analognih rivala. Alternativa je da digitalne katodne cijevi imaju fiksiranu frekvenciju i rezoluciju kao displeji sa tečnim kristalima i tako eliminišu potrebu za multisinhronizacionom
tehnologijom.
DVI
predviđa
da
će
u
budućnosti
funkcionalnost osvježavanja ekrana postati dio samog displeja. Biće potrebno da se novi podaci prenose samo kada bude trebalo da se prikažu promjene podataka. Sa selektivnom spregom za osvežavanje, DVI može da održava visoke brzine osvježavanja koje su zahtjevane da bi displej sa katodnom cevi ergonomski zadovoljavao, dok izbjegava vještački velike brzine osvježavanja između grafičkog kontrolera i displeja. Naravno, monitor bi morao da ima memoriju bafera kadra da bi omogućio ovu karakteristiku. Do početka 2000. godine ostalo je nejasno koliko će DVI sprega biti značajna za konvencionalne monitore, jer su neki bili uvjereni da DVI predstavlja budućnost tehnologije katodnih cijevi, dok su drugi bili više skeptični.
2.4. ERGONOMIJA Dok su kvalitet monitora i grafičke kartice i, posebno, brzina osvježavanja na kojoj ta kombinacija može da radi, od suštinske važnosti u osiguravanju da korisnici koji provode mnoge časove ispred monitora sa katodnom cijevi mogu to da rade sa što je moguće više udobnosti, to nisu jedini činioci o kojima treba voditi računa. Fizičko zauzimanje položaja je takođe važno i ekspertski savet u ovoj oblasti je nedavno bio izmjenjen. Ranije se mislilo da središte monitora treba da bude u visini očiju. Sada se vjeruje da bi, u cilju da se zamor svede na najmanju mjeru, vrh ekrana trebalo da bude u visini očiju, a sam ekran između 0 i 30 stepeni ispod horizontale i malo nagnut na gore. Međutim, to nije lako moguće postići sa namještajem projektovanim u skladu sa prethodnim pravilima, bez izazivanja drugih problema koji se odnose na sjedeći položaj i, na primjer, udobno smještanje tastature i miša. Isto tako je važno sjediti direktno ispred monitora, a ne sa strane, kao i da se postavi ekran tako da se izbjegnu refleksije i sjaj od spoljašnjih izvora svetlosti.
12
3. LCD MONITOR Tečne kristale je krajem 19. vijeka prvi pronašao austrijski botaničar Friedrich Reinitzer, a sam termin "tečni kristal" smislio je malo kasnije njemački fizičar Otto Lehmann. Tečni kristali su gotovo providne supstance, koji imaju osobine i čvrste i tečne materije. Svjetlo koje prolazi kroz tečne kristale prati poredak molekula od kojih se oni sastoje - što je osobina čvrste
materije.
1960-ih
godina
otkriveno
je
da
naelektrisavanje tečnih kristala mjenja njihov molekularni poredak i samim tim i način kako svetlo prolazi kroz njih što je osobina tečnosti. Slika 8: LCD monitor Od njihove pojave kao medijuma za displeje 1971. godine, tečni kristali su ušli u različite oblasti koje obuhvataju minijaturnu televiziju, digitalne fotoaparate, video kamere i monitore, a danas mnogi veruju da je LCD tehnologija koja će najverovatnije zamjeniti monitor sa katodnom cijevi. Od svog početka, tehnologija se značajno razvila, tako da današnji proizvodi više ne liče na stare, nespretne monohromatske uređaje. Ona se pojavila prije tehnologija ravnih ekrana i ima neosvojiv položaj u oblasti prenosnih i ručnih PC računara, gdje je na raspolaganju u dva oblika: 1• jeftiniji DSTN (dual-scan twisted nematic - obrnuti nematik sa dvostrukim skeniranjem) i 2• tranzistor sa tankim filmom TFT (thin film transistor) za sliku visokog kvalieta. LCD monitor (eng. liquid crystal display) je ravni, tanki monitor čiji je ekran sastavljen od određenog broja piksela koji su poredani ispred nekog svjetlosnog izvora. LCD monitori rade na principu promjene polarizacije svjetlosti pomoću tečnih kristala koji su pod određenim naponom. Troše veoma malo električne energije i zauzimaju malo prostora, što je idealno za prenosive uređaje sa ekranima. Prvi put su proizvedeni 1971. godine od tvrtke ILIXCO, a koja se danas naziva LDS
13
Incorporated. Tečni kristal je želatinozna masa, koja je smještena između prozirnih elektroda. Pod djelovanjem upravljačkog napona na elektrode, čestice kristala se orijentišu u određenom smjeru i počinju ispoljavati polarizirajući efekat, propuštajući samo određeni dio svjetlosnog spektra. Propuštanjem
željenog
dijela
spektra i blokiranjem neželjenog određuje
se
intenzitet
i
boja
svjetlosnog elementa (pixela) i na taj način se može generisati slika kao matrica upravljivih piksela. Slika 9: Presjek LCD-a Postoje dva osnovna tipa LCD ekrana: monohromatski i kolor. Monohromatski su osjetno jednostavniji i samim tim jeftiniji. Kolor varijante su puno kompleksnije, a samim tim i skuplje. Slika se formira osvjetljavanjem jedne linije za drugom ekrana, dok se ne iscrta cijela slika. To znači da je vrijeme osvjetljaja osnovnog elementa slike Tes = Ts/480, gdje je Ts vrijeme formiranja cijele slike. Ovako malo Tes se negativno odražava na nivoe osvjetljaja i kontrasta. Slika je blijeda, a kontrast iznosi svega 1:10. Kontrast je odnos najsvjetlijeg i najtamnijeg elementa slike. Pošto se slika formira iz linija, prva linija mora zadržati osvjetljaj dok se ne iscrta zadnja linija slike. To znači da se moraju koristiti ekrani sa velikom perzistencijom. Visoka perzistencija znači tromost ekrana, pa se na ovakvim ekranima ne mogu prikazivati filmovi i slični video sadržaji, jer ekran ne može pratiti dinamiku slike. Broj upravljačkih tranzistora je minimalan Nut=640+480=1120. Obzirom na relativno slab kvalitet slike, a dobru robusnost, ovi ekrani se koriste za situacije gdje dinamika prikaza nije od posebnog značaja (POS terminali, signalizacija na aerodromima, table za obavještenja itd.). Tehnologija proizvodnje ovih ekrana poznata je pod imenom TFT (en. Thin Film Transistor), a naziv potiče od načina proizvodnje upravljačkih tranizistora. Kod kolor ekrana upravlja se svakim elementom slike posebno, pa je broj upravljačkih tranzistora Nut jako velik. Za rezoluciju ekrana 640*480, Nut=640*480*3=921600, što je uporedljivo sa P-om 80486. Obzirom da se svaki elemenat slike sastoji od 3 podpixela i da se može upravljati osvjetljajem svakog subpixela, moguće je postići potpuni kolor efekat. Obzirom da se upravlja pojedinačnim elementima slike Tes = 14
Ts, pa perzistencija ekrana nije problem i može biti minimalna. Dinamika slike više ne zavisi od perz. ekrana, ali se kao problem javlja tromost samog tečnog kristala. Tehnološki napredak je dovoljan da ovi ekrani mogu prikazivati filmove i video sadržaj, ali su ipak mogući problemi u dinamici slike pri sportskim prijenosima, filmovima i sličnim dinamičkim sadržajima. Za razliku od monitora sa katodnim cijevima, dijagonalna mjera displeja sa tečnim kristalima je ista kao i njegova površina za gledanje, tako da nema tradicionalnog gubitka od oko jednog inča iz prednje ploče monitora. U tabeli su prikazane kombinacije iz kojih se vidi da bilo koji displej sa tečnim kristalima odgovara katodnoj cijevi koja je 2 do 3 inča veća:
Slika 10: Tabela poređenja veličina LCD i CRT monitora Danas se većina monitora sa tečnim kristalima uključuju i uobičajeni 15-pinski analogni VGA priključak na računaru i koriste analogno-dititalni konvertor da pretvore signal u oblik koji panel može da upotrebi. Međutim VESA radi na specifikaciji za digitalni video priključak za koji se očekivalo da će biti odobren kao industrijski standard početkom 1998. godine. Razumno je očekivati da će, kada se standard jednom usvoji, LCD monitori imati i analogne i digitalne ulaze. Kako LCD monitori postaju sve rasprostranjeniji, to bi trebalo da se dogodi i sa digitalnim izlaznim priključcima na PC računarima i grafičkim karticama.
4. TFT displeji Mnoga preduzeća su usvojila tehnologiju tranzistora tankog filma (TFT - Thin Film Transistor) da bi poboljšala ekrane u boji. U TFT ekranu, takođe poznatom i kao aktivna matrica, na LCD panel je povezana dodatna matrica tranzistora - po jedan tranzistor za svaku boju (crvenu, zelenu i plavu) svakog piksela. Ovi tranzistori upravljaju pikselima, eliminišući jednim udarcem i problem parazitnih dupliranja slika i malu brzinu odziva koji muče ne-TFT displeje sa tečnim kristalima. Rezultat su vremena odziva ekrana reda 25 ms, odnosi kontrasta u oblasti od 200:1 do 400:1 i 15
vrijednosti osvetljaja između 200 i 250 cd/m2 (kandela po kvadratnom metru). Elementi svakog piksela od tečnih kristala su uređeni tako da u njihovom normalnom stanju (bez uključenog napona) svjetlost koja dolazi kroz pasivni filtar je "pogrešno" polarisana i zato zaustavljena. Ali, kada se napon priključi na elemente tečnih kristala, oni se obrću do devedeset stepeni u srazmjeri sa naponom, mjenjajući svoju polarizaciju i puštajući da prođe više svjetlosti. Tranzistori upravljaju stepenom obrtanja i shodno tome intenzitetom crvenih, zelenih i plavih elemenata svakog piksela koji uobličava sliku na ekranu. TFT ekrani mogu da se naprave mnogo tanjim od LCD-ova, što ih čini lakšim, a brzine osvježavanja se sada približavaju onima koje imaju katodne cijevi, jer ovi najnoviji rade oko deset puta brže od DSTN ekrana. VGA ekrani zahtijevaju oko 921000 tranzistora (640x480x3), dok je za rezoluciju od 1024x768 potrebno 2359296 tranzistora i svaki treba da bude besprijekoran. Kompletna matrica tranzistora treba da se proizvede na jednoj jedinoj skupoj silicijumskoj pločici i prisustvo ne više od nekoliko nečistoća znači da cijela pločica mora da se odbaci. To dovodi do velikog rasipanja i glavni je razlog za visoku cenu TFT displeja. To je takođe razlog zašto je u svakom TFT displeju vjerovatno da će se naći nekoliko neispravnih piksela čiji su tranzistori otkazali. Postoje dva fenomena koji definišu neispravan LCD piksel: 1• "Upaljen" piksel, koji se javlja kao jedan ili više slučajno rasporedjenih crvenih, plavih i/ili zelenih piksel elemenata na potpuno tamnoj pozadini, ili 2• "nedostajući" ili "mrtav" piksel koji se javlja kao crna tačka na potpuno beloj pozadini. Prvi je češći i rezultat je slučajnog kratkog spoja tranzistora, što ima za posljedicu da je piksel (crveni, zeleni ili plavi) stalno uključen. Nažalost, posle sklapanja uređaja, popravka samog tranzistora nije moguća. Može se onesposobiti neispravan tranzistor pomoću lasera. Međutim, to će samo stvoriti crne tačke koje će se pojaviti na bijeloj pozadini. Stalno uključivanje piksela je prilično česta pojava u proizvodnji displeja sa tečnim kristalima, pa proizvođači postavljaju granice - zasnovane na troškovima proizvodnje i povratnim informacijama od korisnika - koliko neispravnih piksela je još uvijek prihvatljivo za dati LCD panel. Cilj postavljanja tih granica je da se održi razumna cijena proizvoda uz minimizaciju odvraćanja korisnika zbog lošijeg kvaliteta u pogledu neispravnih piksela. Na primjer, panel sa rezolucijom od 1024x768 - koji sadrži ukupno 2359296 (1024x768x3) piksela i koji ima 20 neispravnih piksela, imao bi procent neispravnih piksela od (20/2359296)*100 = 0.0008. 16
5. Plazma displeji Plazma displej paneli (PDP) su slični katodnim cevima po tome što su emisivni i koriste fosfor, a LCD displejima po tome što koriste X i Y rešetku elektroda odvojenih dielektričnim slojem magnezijum oksida (MgO) i okruženih mješavinom inertnih
gasova
kao što su argon, neon ili ksenon da
bi
adresirali
individualne elemente Oni
slike.
rade
na
principu da gas pod pritiskom
niskim stvara
svijetlo
kada
prolazi
kroz
visoki napon.
Slika 11: Presjek plazma displeja
U suštini, PDP može da se posmatra kao matrica malih fluorescentnih cijevi kojima se upravlja na promišljen način. Svaki piksel, ili ćelija, sastoji se od malog kondenzatora sa tri elektrode. Električno pražnjenje preko elektroda čini da plemeniti gasovi zatvoreni u ćeliji prelaze u stanje plazme kada se jonizuju. Plazma je električno neutralna, veoma jonizovana materija koja se sastoji od elektrona, pozitivnih jona i neutralnih čestica. Pošto je električno neutralna, ona sadrži podjednake količine elektrona i jona i po definiciji je dobar provodnik. Kada im se jednom dovede energija, ćelije plazme emituju ultraljubičastu (UV) svetlost koja onda udara o crvene, zelene i plave fosfore na prednjoj strani svakog piksela i oni počinju da svetle. U okviru svake ćelije su stvarno tri podćelije od kojih jedna sadrži crveni fosfor, druga plavi, a treća zeleni fosfor. Da bi se stvorile nijanse boja, intenzitetom svake od tri osnovne RGB boje mora da se upravlja nezavisno. Dok se to kod katodnih cevi radi modulisanjem struje elektronskog mlaza i samim tim i intenziteta emitovane svetlosti, kod PDP displeja se nijansiranje postiže impulsnom kodovanom modulacijom (PCM -
17
Pulse Code Modulation). Djeljenjem jednog polja na osam podpolja od kojih je svako sa impulsnim težinskim faktorom prema bitovima u 8-bitnoj reči, postiže se da je moguće podesiti širine adresiranih impulsa u 256 koraka. Kako je oko mnogo sporije od impulsne kodovane modulacije, ono će integrisati intenzitet u vremenu. Modulisanje širina impulsa na ovaj način prevodi se u 256 različitih intenziteta svake boje - dajući ukupan broj kombinacija od 256 x 256 x 256 = 16777216. Činjenica da su PDP displeji emisivni i da koriste fosfor znači da oni imaju izvanredan vidni ugao i performansu boje. U početku, PDP displeji su imali problem sa poremećajima prouzrokovanim međusobnim uticajem impulsne kodovane modulacije i brzo pokretnih slika. Međutim, ovaj problem je bio eliminasan finim podešavanjem šeme impulsne kodovane modulacije. Konvencionalni plazma ekrani su tradicionalno patili od malog kontrasta. Uzrok tome je bila potreba da se "pripreme" ćelije, priključenjem konstantnog niskog napona na svaku od njih. Bez takve pripreme, plazma ćelije bi imale isto loše odzivno vreme kao i fluorescentne cijevi koje se upotrebljavaju u domaćinstvu, što bi ih učinilo nepraktičnim. Međutim, njen suprotan efekat je da bi pikseli koji su isključeni još uvek emitovali izvjesnu svjetlost, što smanjuje kontrast. Kasnih 1990-ih godina u firmi Fujitsu su ublažili ovaj problem pomoću nove upravljačke tehnologije, što je poboljšalo odnose kontrasta sa 70:1 na 400:1. Najveća prepreka koju treba savladati kod plazma panela je njihova nesposobnost da postignu glatku linearnu promjenu od potpuno bijelog do potpuno tamnog. Poseban problem su tamne nijanse sivog, što se posebno vidi prilikom prikazivanja filmova ili drugih video programa sa tamnim scenama. Tehnički terminima izraženo, ovaj problem je posljedica nedovoljne kvantizacije, ili digitalnog uzorkovanja nivoa osvjetljaja. To znači da prikazivanje tamnog ostaje važno pitanje za PDP displeje. Proizvodnja je jednostavnija nego u slučaju LCD displeja, a troškovi su slični onima kod proizvodnje katodnih cijevi u istoj količini. U poređenju sa TFT ekranima, koji koriste fotolitografske i visokotemperaturne procese u sobama sa visokim stepenom čistoće, PDP displeji mogu da se proizvode u manje čistim fabrikama, uz niske nemperature i jeftine direktne procese štampanja. Međutim, uz životni vijek displeja od oko 10000 sati, činilac koji se obično ne uzima u obzir kod displeja za PC računare - cijena po satu ulazi u igru. Za prezentacije u salama za sastanke to nije problem, ali za stotine stonih PC računara opšte namjene u velikim preduzećima, to je sasvim druga stvar. Ipak, dokazalo se da je osnovno ograničenje plazma ekrana veličina piksela. Za sada proizvođači ne mogu da vide kako da dobiju veličine piksela ispod 0,3 mm, čak ni na 18
duži rok. Iz tih razloga, nije vjerovatno da će PDP displeji imati ulogu na glavnom tržištu PC računara. Na srednji rok, oni će vjerovatno ostati najpogodniji za TV i prezentacije za više gledalaca, uz upotrebu velikih ekrana u rasponu od 25 do 70 inča. Već više godina firme Fujitsu i Hitachi su vodeći proizvodjači plazma displeja. Međutim, broj izdatih patenata za tehnologiju plazma displeja povećao se poslednjih nekoliko godina i sada mnogo velikih elektronskih kompanija vjeruje da će PDP displeji postati značajan potrošački proizvod.
6. CRT VS. LCD Jedan od glavnih problema monitora sa katodnom cijevi je njihova veličina. Što je veća vidljiva površina, to se povećava dubina katodne cijevi. Dugo važeće pravilo iz prakse je da dubina monitora odgovara dijagonali njegove katodne cijevi. Proizvođači katodnih cijevi su pokušavali da smanje dubinu pomjeranjem uobičajenog otklona od 90 stepeni na 100 ili 110 stepeni. Međutim, što se više skreće elektronski mlaz, teže je održavati njegov fokus. Radikalne mjere koje se primjenjuju uključuju i stavljanje otklonskih namotaja unutar stakla katodne cijevi; normalno, oni se nalaze oko vrata katodne cijevi. Većina žalbi na slab kvalitet slike na katodnim cijevima može da se poveže sa nekompatibilnim grafičkim kontrolerima na matičnoj ploči ili grafičkoj kartici. Na današnjem tržištu koje pokreće cijena, marginalni kvalitet signala je sve sem nečeg neuobičajenog. Obzirom na to da je krenula 100 godina prije konkurentskih ekrana, katodna cijev je još uvijek izvanredan proizvod. Ona je zasnovana na opšte razumljivim principima i koristi uobičajene raspoložive materijale. Rezultat su monitori čija je proizvodnja jeftina, odličnih performansi, koji daju stabilne slike u vjernim bojama i sa visokim rezolucijama displeja. Međutim, bez obzira koliko je dobra, katodna cijev ima i slijedeće očigledne nedostatke: • troši mnogo električne energije; • njen jedini elektronski mlaz je sklon poremećajima fokusa; 1• greške u konvergenciji i promjene boje po ekranu; 2• njena nezgrapna visokonaponska kola i jaka magnetna polja stvaraju štetno 3 elektromagnetsko zračenje; 4• ona je, prosto, suviše velika.
19
Danas, kada čak i oni čiji je interes za katodne cijevi najveći troše ogromna sredstva na nova istraživanja i razvoj, neizbježno je da će jedna od više tehnologija displeja sa ravnim panelom, na duži rok pobijediti katodne cijevi. Problemi ugla gledanja se javljaju na displejima sa tečnim kristalima zato što je ta tehnologija transmisivni sistem koji radi pomoću modulacije svetlosti koja prolazi kroz displej, dok su katodne cijevi, naprotiv, emisivne. Kod emisivnih displeja, postoji materijal koji emituje svijetlost na prednji deo displeja, što se lako vidi pod širokim uglovima. Kod displeja sa tečnim kristalima, dok prolazi kroz željeni piksel, koso emitovana svjetlost prolazi kroz susjedne piksele, što prouzrokuje izobličenje boje. Na monitoru od 1024 x 768 piksela, postoje po tri ćelije za svaki piksel - po jedna za crveno, zeleno i plavo - što čini blizu 2,4 miliona ćelija (1024 x 768 x 3 = 2359296). Mala je šansa da sve one budu perfektne; vjerovatnije je da će neke od njih da otkažu, bilo da ostanu upaljene (stvarajući grešku "cigle") ili da se isključe (što je "tamna" greška). Neki od kupaca mogu da pomisle da im veća cijena LCD displeja garantuje besprijekorne ekrane, što nažalost nije tačno. Jedna od najvećih prednosti LCD monitora je u tome što su znatno lakši i po dimenzijama manji od CRT monitora. LCD monitor ima tanak ekran za razliku od duge elektronske cijevi CRT monitora. To znači da će i na radnom stolu zauzeti manje prostora. Slika na CRT monitorima može se posmatrati bez uočljivih problema u velikom rasponu vidnog ugla. LCD monitori imaju znatno manji vidni ugao za optimalno posmatranje. Bočno posmatrana slika na LCD monitoru može izgledati blijedo ili sa izmjenjenim bojama. Novije verzije se rade sa sve većim vidnim uglom, a problem vidnog ugla se rješava velikom horizontalnom i vertikalnom pokretljivošću LCD ekrana. LCD monitori troše znatno manje energije od CRT monitora pa se zato obavezno koriste u prijenosnim kompjuterima kod kojih je ušteda energije radi dužeg trajanja baterije veoma važan parametar. CRT monitori su u pogledu cijene u velikoj prednosti nad LCD monitorima ali ta razlika se sve više smanjuje. Međutim, početna cijena nije jedini parametar uštede. LCD monitori troše manje energije; to može izgledati zanemarivo za jednog korisnika ali u sistemima sa velikim brojem monitora, ušteda u dužem vremenskom periodu može biti vrlo značajna.
Banjaluka, Septembar 2011.
LITERATURA
1.www.elitesecurity.org 2.http://bs.wikipedia.org 3.Kompjuterska grafika i dizajn, mr Nedim Smailović, Banjaluka, 2006.
21
Sadržaj SADRŽAJ 1. UVOD ....................................................................................................................2 2. KATODNI (CRT) MONITOR..................................................................................3 2.1. POJMOVI I OSOBINE CRT MONITORA........................................................4 2.1.1. Promjenljiva rezolucija................................................................................4 2.1.2. Veličina monitora.........................................................................................4 2.1.3. Dot pitch (veličina tačkice; broj tačkica na dužini 1 inča)...........................5 2.1.4. Brzina osvježavanja (Refresh Rate).............................................................5 2.1.5. Dubina boje..................................................................................................5 2.1.6. Priključci......................................................................................................5 2.1.7. Opasnost zračenja.........................................................................................6 2.2. MASKE I RASTOJANJE IZMEĐU TAČAKA.................................................6 2.2.1. Trio tačaka....................................................................................................7 2.2.2. Rešetka otvora..............................................................................................8 2.2.3. Maska sa prorezima......................................................................................9 2.2.4. Povećano rastojanje između tačaka (EDP - Enhanced Dot Pitch)...............9 2.3. DIGITALNE KATODNE CIJEVI....................................................................10 2.4. ERGONOMIJA.................................................................................................12 3. LCD MONITOR......................................................................................................13 4. TFT displeji..............................................................................................................15 5. Plazma displeji.........................................................................................................17 6. CRT VS. LCD..........................................................................................................19 Sadržaj..........................................................................................................................22
22
BANJALUKA, MART 2011.
