SEMINARSKI RADKompjuterska grafika i dizajn

CRT Monitori

Pripremio: Goran Kovačević

13

Travnik; 2009. Godine

13

SADRŽAJ

SADRŽAJ...............................................................................................................2PRINCIP RADA CRT MONITORA............................................................................3ZRAČENJE CRT MONITORA...................................................................................5REZOLUCIJA I VELIČINA EKRANA..........................................................................8FREKVENCIJA OSVJEŽAVANJA............................................................................11KARAKTERISTIKE PRIKAZA ZNAKOVA.................................................................11POLOŽAJ MONITORA.........................................................................................12ODSJAJ (refleksija).............................................................................................14KUĆIŠTE I KONTROLE........................................................................................14LITERATURA.......................................................................................................15

13

PRINCIP RADA CRT MONITORA

Monitor je, kao što je poznato, analogni uređaj koji s računarom komunicira pomoću grafičke kartice. Pošto računar generiše digitalne signale potrebno je u komunikaciji između računara i monitora napraviti konverziju i prilagođavanje signala, što je, zapravo, i zadatak grafičke kartice. Prije prikaza na ekranu, slika se pohranjuje u memoriju grafičke kartice kao neka vrsta virtuelnog ekrana. Grafički procesor tada generiše raster (pravougaona mreža grafičkih elemenata) koji reguliše pomjeranje elektronskog snopa (engl. electron beam) preko ekrana slijeva nadesno, od vrha prema dnu. Kada elektronski snop iscrta jedan red, on se isključuje, pomiče se na lijevu ivicu ekrana i počinje iscrtavati sljedeći red. Ova tehnika se naziva rasterski sken (engl. raster scan). Podaci na svakoj poziciji tog rasterskog skena preuzimaju se iz virtuelnog ekrana u memoriji grafičke kartice i prebacuju na ulaz D/A pretvarača kako bi se kontrolisao intenzitet crvene, zelene i plave zrake. Nakon iscrtavanja cijelog ekrana pomoću rasterskog skena, cijeli proces se ponavlja.

CRT (Cathode Ray Tube) monitori se zasnivaju na tehnologiji koju je još 1897. godine patentirao njemački naučnik Ferdinand Braun. Katodna cijev je u stvari vakumirana staklena boca. Počinje s tankim vratom koji se širi u široku bazu. Ta baza predstavlja ekran monitora, iznutra obložen tankim slojem fosfora. Taj sloj je, zapravo, matrica sastavljena od mnoštva malih nakupina (engl. phosphor dots) koje su satavljene od po tri čestice fosfora: crvena, zelena i plava. Ove nakupine se nazivaju grafičkim elementima (engl. pixel, picture element). Važna osobina fosfora je ta da pod djelovanjem elektronskog snopa emituje svjetlost različitih valnih dužina, zavisno o vrsti (boji) fosfora.

Slika 1. Presjek monitora

U “vratu” katodne cijevi nalaze se tri elektronska topa (engl. electron gun) na koje se dovodi električni signal za tri boje. Elektroni iz ovih topova podvrgavaju se djelovanju sistema

13

za otklon (engl. deflection yoke) koji ih usmjerava, te pogađaju odgovarajuće čestice fosfora većim ili manjim intenzitetom, a one onda u zavisnosti o jačini snopa emituju svjetlost. Prije nego što dođe do fosfora, elektronski snop mora proći kroz mrežastu strukturu, tzv. masku. Maska se sastoji od niza otvora za svku pojedinačnu boju koji tačno usmjeravaju elektrone na pojedina zrna za sve tri boje. Razlikujemo dvije vrste maski po kojima se razlikuju i monitori s katodnom cijevi. To su sitasta maska (shadow mask, invar ili dot pitch maska) i aperture grille maska (trinitron ili stripe pitch maska).

Invar maska (shadow mask) sastoji se od niza kružnih otvora koji su poredani u nizu ili u trougaonom rasporedu. Naziv invar potječe od legure koja se koristi u izradi maske, a koja ima vrlo mali koeficijent termičke ekspanzije, što omogućava nedeformisan prikaz i najsvjetlijih slika. S ergonomskog aspekta, prednosti shadow mask tehnologije su u jasnijem prikazu znakova na manjim veličinama, nepostojanju dvaju horizontalnih linija koje su prisutne kod trinitron tehnologije, te realnijem prikazu boja.

Slika 2. Invar maska

Trinitron (aperture grille) maska sastoji se od poredanih uspravnih traka između kojih se nalaze otvori za prolaz elektrona. Ovaj tip maski omogućio je proizvodnju monitora s izrazito ravnim ekranom. Kako se prilikom transporta ove trake ne bi klatile, u gornjem i donjem dijelu ekrana nalaze se dvije horizontalne niti koje ih pridržavaju i vidljive su. Cijevi koje koriste trinitron masku nemaju tačke, nego linije fosfora na ekranu. Prednosti ove tehnologije su u tome što monitori imaju bolji kontrast, i u cilindričnom obliku, za razliku od sfernog kod invar tehnologije, koji smanjuje refleksije od izvora svjetlosti.

13

Slika 3. Trinitron maska

Prije nekoliko godina, na tržištu se pojavila i slott mask cijev koju je patentirala firma NEC i koja kombinuje dvije osnovne vrste cijevi. Ova cijev koristi vertikalne pruge fosfora kao kod trinitron cijevi, ali se sama maska sastoji od heksagonskih ili pravougaonih otvora.

ZRAČENJE CRT MONITORA

Kada se u kontekstu videoterminala govori o zračenju tada se misli na električna i magnetna polja kojima je osoba u njihovoj blizini izložena. Naša čula su takva da mogu registrovati djelovanje ovih polja, što izaziva strah kod operatera na samoj opremi. Iako neka istraživanja ukazuju na mogući zdravstveni rizik, potrebno je znati da se ona provode na laboratorijskim životinjama i kod višestruko jačih električnih i magnetnih polja nego što su to polja u videoterminalima. Elektromagnetna zračenja mogu biti jonizirajuća i nejonizirajuća.

Kada elektromagnetno zračenje ima malu valnu dužinu (reda veličine stotinjak nanometara) govorimo o jonizirajućem zračenju. Ono ima dovoljnu energiju da može odvojiti elektrone od atoma koji upijaju energiju zračenja. Tako nastaju električni nabijene molekule ili joni. Nejonizirajuće zračenje karakteriše veća valna dužina i količina energije dovoljna tek za električno pobuđivanje atoma, ali ne i za odvajanje elektrona i nastanak jona. Pri mjerenju svojstava elektromagnetnih polja potrebno je obratiti pažnju na ukupnu gustoću snage emitovanog zračenja, te na frekvencijsku analizu. Važno je odrediti nalaze li se emitovane frekvencije u području rezonantnih frekvencija ljudskog organizma, odnosno

13

pojedinih organa. Biološki učinak je u tom slučaju višestruko uvećan zbog poznatih osobina rezonantnih pojava.

Slika 4 Podjela zračenja pa frekfenciji

Jonizirajuće zračenje. Kao što je poznato, u katodnoj cijevi monitora nastaje elektronski snop kojim se pod djelovanjem visokog istosmjernog napona bombarduje fluorescentni materijal (najčešće fosfor). Taj materijal primljenu energiju od elektrona emituje kao vidljivu svjetlost. Unutar katodne cijevi nastaje i mala količina X-zraka (imaju karakteristike jonizirajućeg zračenja) koje se apsorbuju prolaskom kroz staklo katodne cijevi tako da se ispred ekrana obično i ne može otkriti običnom mjernom opremom.

Nejonizirajuće zračenje obuhvata svjetlosno zračenje, izmjenična električna i

magnetna polja, te elektrostatatičko polje.

Svjetlosno zračenje. Udaranjem snopa elektrona u fosforni sloj na unutrašnjoj površini ekrana stvara se vidljiva svijetlost pomoću koje uspijevamo vidjeti ono što zraka opisuje na ekranu. Pored korisne vidljive svjetlosti, ovdje nastaju i nevidljivo infracrveno i vrlo slabo ultraljubičasto svjetlo velike valne dužine (UVA) čija je količina zanemariva u odnosu na onu u dnevnom svjetlu. Međutim, razlika u odnosu na dnevno svjetlo je u tome što gledajući u monitor zapravo direktno gledamo u izvor ultraljubičastog svjetla, što nije slučaj s dnevnom svjetlošću. Videoterminali ne proizvode UVB i UVC ultraljubičaste zrake kraćih valnih dužina.

Izmjenična električna polja. Izvori električnog i magnetnog polja u frekvencijskom području 5 Hz do 2 kHz jesu jedinice za napajanje frekvencije 50 Hz. U ovo područje dolazi i generator napona koji određuje broj promjena slika u sekundi (refresh rate). Ta je

13

frekvencija kod današnjih monitora je povećana i iznosi u prosjeku 70 do 120 Hz. Od proizvođača se različitim propisima zahtijeva da smanje jačinu polja na najniži mogući nivo, međutim, probleme često predstavljaju loše karakteristike električnih instalacija (loše postavljena “nula” i slično), te razni drugi otežavajući uticaji. Izvori izmjeničnog električnog i magnetnog zračenja u frekventnom području (2 kHz do 400 kHz) su generatori vodoravne linijske frekvencije, tj. upravljanja brojem horizontalnih linija. Njihove frekvencije se kreću u rasponu od 15 kHz do 100 kHz.

Magnetna polja. Protok električne struje kroz vod proizvodi magnetno polje. Ova polja uvijek oblikuju zatvorenu petlju oko voda koji ih je uzrokovao. Ako je električna struja izmjenična, ona proizvodi izmjenično magnetno polje. Kod videoterminala ovo polje nastaje u namotajima za otklon elektronskih zraka koji su smješteni na vrhu katodne cijevi. Kako bi se postigli željeni otkloni katodne zrake, oba magnetska polja moraju imati zubčasti oblik. Iako magnetna polja na ovim frekvencijama neometano prolaze kroz tijelo korisnika i pri tome proizvode električne struje, njihova jačina je jedva uporediva s jačinom zemljinog magnetnog polja što znači da se ova vrsta zračenja može zanemariti. U blizini monitora jačina magnetnog polja iznosi nekoliko mT, ali se jako brzo smanjuje s povećanjem udaljenosti tj. odmicanjem od monitora.

Elektrostatička polja. Svaki monitor u sebi ima visokonaponski ispravljač čiji je izlazni napon u granicama od 10 kV do 30 kV. Ovako visoki naponi potrebni su da bi elektronski snop imao dovoljno veliku energiju za pobuđivanje svjetlosti na fosfornom plaštu katodne cijevi. Uslijed visokog pozitivnog napona unutar katodne cijevi, pojavljuje se na prednjoj strani stakla cijevi električni naboj čija količina zavisi i o vlažnosti okolnog zraka, vrsti materijala odjeće operatera, izvedbi radne plče, poda itd. Iako u uslovima suhog zraka statički naboj može poprimiti razmjerno visoke iznose, može doći do pojave pražnjenja pri dodiru sa ekranom, jačina elektrostatičkog polja opada s kvadratom udaljenosti od monitora. Da bi se neutralisala pojava statičkog naboja proizvođači računarske opreme pribjegavaju različitim metodama njegovog neutralisnja. Najčešće se na tastature ugrađuje vodljiva razmaknica (tipka space) koja odvodi statički elektricitet.

Uz sve rečeno, treba imati na umu da monitor ne zrači samo naprijed, već i oko sebe. Najmanji razmak između dva uporedna monitora ne bi smio biti manji od 30 cm, a udaljenost susjednog operatera od zadnje strane monitora ne manja od 50 cm.

13

REZOLUCIJA I VELIČINA EKRANA

Veličina ekrana obično se odnosi na veličinu stakla na kraju katodne cijevi mjerenu dijagonalno između uglova. Stvarna veličina je oko 1“ manja kod CRT monitora (vidljiva dijagonala).

Slika 5. Sony GDM-F400 19" i Panasonic P110 21" monitori

Slika 6. Philips 201b10 20" monitor

Rezolucija je broj grafičkih elemenata (pixel, picture element) koji koristi grafička kartica za prikaz slike na ekranu. Izražava se proizvodom horizontalne i vertikalne vrijednosti (npr. broj 640x480 znači da se koristi 640 grafičkih elemenata horizontalno i 480 vertikalno). Mnoge tehničke karakteristike monitora utiču na njegovu rezoluciju, neke od njih i tako da ograničavaju njen maksimalni iznos. Najvažnije od tih karakteristika su razmak između susjednih trijada fosfora (dot pitch) i širina frekfentnog pojasa (bandwidth).

13

Razmak između trijada fosfora (dot pitch) utiče na rezoluciju na taj način da manji razmak između susjednih trijada omogućava postavljanje više njih po jedinici dužine, što povećava moguću maksimalnu rezoluciju monitora. Manji razmak takođe znači i finije i bolje detalje na slici. Važno je naglasiti i to da ako forsiramo veću rezoluciju nego što to omogućava dot pitch može doći do pojave zamagljivanja finih detalja kao što su potpisi ispod ikona i sl. Tipična vrijednost ovog parametra kreće se između 0,25mm i 0,28mm. Kod trinitron monitora, dot pitch predstavlja razmak između dvaju susjednih setova fosfornih pruga.

Slika 7. Razmak između trijada fosfora (dot pitch) kod invar i trinitron monitora

Širina frekfentnog pojasa (bandwidth) je također važan parametar koji određuje rezoluciju monitora. Odnosi se na sposobnost prikazivanja najfinijih detalja na ekranu monitora, tj. na sposobnost video sklopova u monitoru da koriguju deformacije nastale na

13

signalu pri prenosu od računara do monitora. Izražava se u MHz i predstavlja maksimalnu frekvenciju color signala koju monitor može podržati, tj. broj pixela koje monitor može adresirati u sekundi. Veća radna rezolucija zahtijeva i veći bandwidth. Rezultati lošeg bandwidtha ogledaju se u različitoj osvijetljenosti horizontalnih i vertikalnih linija na ekranu, što predstavlja veliki problem u CAD i DTP aplikacijama, i u gubitku oštrine slike, tako da ona izgleda horizontalno deformisana, što je vidljivo pri prikazu teksta.

Slika 8. Bandwidth

Ustaljeno mišljenje u pogledu veličina ekrana je da više ujedno znači i bolje. Međutim, za ovo se ne može reći da vrijedi uopšteno jer izbor pravih vrijednosti veličine i rezolucije monitora zavisi od primjene, odnosno svrhe samog uređaja. Različiti korisnici imaju i različite zahtjeve (CAD/CAM i DTP operaterima odgovaraju monitori s većom dijagonalom i rezolucijom – obično 19” i rezolucijom od 1600 x 1200, dok operateri na DOS i sličnim aplikacijama nemaju tako rigorozne zahtjeve). Rezolucije se kreću u rasponu od 640x480 pixela pa do 1600x1200 pixela. Danas najčešće nailazimo na 1024x768 pixela, što je i Microsoft-ova preporuka za korištenje Windowsa. Posebno je važno izabrati pravu rezoluciju u odnosu na veličinu ekrana. Prevelika rezolucija na malom ekranu može predstavljati problem jer mnogi softveri koriste tekst fiksne veličine koji se onda u takvim slučajevima slabije vidi. S druge strane, povećanje veličine monitora bez povećanja rezolucije može dovesti do toga da se slike na ekranu čine “tačkastima” (engl. dotty).

Nominalna veličina monitora

(dijagonala)

Tipična veličina (dijagonala)

Minimalna rezolucija

Maksimalna rezolucija

Potrebna horizontalna frekvencija

15" 13,5" - 14" 640*480 1024*768 38kHz - 60kHz17" 15,5" - 16" 800*600 1280*1024 47kHz - 80kHz19" 17,5" - 18,1" 1024*768 1280*1024 60kHz - 80kHz20"/21" 19" - 20" 1024*768 1600*1200 60kHz - 80kHz24" 21" - 22" 1600*1200 1920*1200 80kHz - 95kHz

13

FREKVENCIJA OSVJEŽAVANJA

Frekvencija osvježavanja (refresh rate, vertical frequency) je broj koji govori koliko se puta u sekundi slika na ekranu osvježi (ponovno iscrta). Ako je ona premala, slike se ne mijenjaju dovoljno brzo, ljudsko oko primjećuje promjene i stvara se dojam trepereće slike (flicker). Karakteristike oka su takve da se ovo treperenje bolje primjećuje na rubovima vidnog polja nego ako se gleda direktno. Kod različitih osoba različita je i osjetljivost na treperenje, ali za većinu je ono neprimjetno na frekvencijama većim od 75Hz. Zbog toga su danas različitim standardima propisane vrijednosti frekvencije osvježavanja od najmanje 85Hz za monitore manje od 20”, a preporučuje se 100Hz.

Povećanje frekvencije osvježavanja ditrktno utiče i na cijenu monitora, pa se na razne načine pokušalo napraviti kompromis. Jedan od takvih pokušaja bio je i primjena interlaced tehnike iscrtavanja kod koje se slika iscrtava u dva prolaza. U prvom prolazu elektronski snop iscrtava neparne linije, a u drugom parne. Iako se ovom tehnikom mogu postići više rezolucije prikaza slike nego u non-interlaced načinu, ona takođe dovodi i do pojave treperenja, pa ju današnji monitori uglavnom i ne koriste. Non-interlaced tehnika prikaza je danas standardna zbog toga što se slika iscrtava u jednom prolazu, pa je samim tim i stabilnija, bez treperenja.

KARAKTERISTIKE PRIKAZA ZNAKOVA

Boja prikaza znakova. U ovom kontekstu važno je razmotriti rezultate koje izazivaju crvena i plava boja prikaza. Kada se iz daljine gleda crveno svjetlo veće valne dužine ono se fokusira iza retine i može uticati na pojavu dalekovidnosti. Plavo svjetlo kraćih valnih dužina fokusira se na prednji dio retine oka i može doprinijeti pojavi kratkovidnosti. Plava i crvena boja jedna uz drugu ili preklopljene stvaraju dojam trodimenzionalnosti koji ponekad može biti nepotreban i iritantan.

Oštrina znakova. Zavisi o kvalitetu sloja fosfora na katodnoj cijevi. Krupna zrna (engl. coarse-grained phosphore) degradiraju definiciju rubova znakova. Oštrina također zavisi i o sistemu upravljanja elektronskim snopom, posebno njegovom podsusistemu za fokusiranje koji, ako ne zadovoljava kvalitetom, dovodi do pogoršanja, posebno na vanjskim rubovima slike. Slabija oštrina znakova dovodi do povećanog naprezanja i umora oka.

Oblik znakova. Znakovi se na ekranu predstavljaju pomoću grafičkih elemenata (engl. pixel) koji čine matricu znaka. Rezolucija matrice znaka predstavlja proizvod broja horizontalnih i vertikalnih pixela. Da bi se znakovi prikazali nedeformisani minimalna rezolucija matrice mora biti 11 x 14 pixela.

Veličina znakova. Još jedan od važnih parametara prikaza znakova. Ona ima najveći utiecaj na čitljivost. Kako bi se bez problema moglo čitati s udaljenosti od 60 cm do 70 cm visina znakova mora biti između 3,5 mm i 4,5 mm.

13

Razmak između redova. Ovaj razmak mora biti takav da se descenderi na slovima poput g, j, p itd. ne preklapaju s dijakritičkim znakovima na velikim slovima (Č, Ž, Š itd.). Minimalni dozvoljeni razmak je onaj od jedne horizontalne linije (engl. scan line), a za dobru čitiljivost preporuča se razmak od 2 horizontalne linije ili omogućavanje korisniku da sam namjesti vrijednost ovog parametra.

POLOŽAJ MONITORA

Udaljenost od monitora. Jedan od najčešćih razloga zamora očiju pri radu s računarom jeste preblizu postavljen monitor. Prilično je teško točno odrediti minimalnu udaljenost na koju monitor treba postaviti, ali razna su istraživanja pokazala da bi zadovoljavajuća vrijednost iznosila oko 60 cm. Do ove se vrijednosti došlo razmatranjem udaljenosti na kojoj naš pogled konvergira kada ne gledamo u neki određeni objekt (npr. kada gledamo u nebo ili pri gledanju u potpunom mraku). Pri toj udaljenosti (engl. resting point of vergence) zamor očiju je najmanji. Kod većine ljudi ona iznosi oko 110 cm pri gledanju ravno i oko 90 cm pri gledanju prema dole s nagibom od približno 30 stepeni. Gledanje u konkretne objekte na udaljenosti značajno manjoj od ove izaziva primjetan zamor očiju. Potrebno je udaljenost od monitora što više približiti opisanim vrijednostima.

Slika 10. Udaljenost monitora i položaj osvjetljenja

Vertikalni nagib monitora. Pri normalnom gledanju objekti u gornjem dijelu našeg vidnog polja su obično udaljeniji od onih u donjem dijelu. Kao posljedica ove činjenice došlo je do prilagođavanja našeg vidnog sistema tako da on djeluje optimalno kada je vrh ravnine vidnog polja udaljeniji od oka nego njen donji dio. Zbog toga naginjemo novine ili knjige dok

13

ih čitamo, pa je logično da se pred proizvođače monitora postavljaju zahtjevi za omogućavanjem prilagođavanja vertikalnog nagiba monitora od strane korisnika. Potrebni iznos nagiba je između 5 i 20 stepeni. Pored ovoga iznosa, potrebno je osigurati i da monitor bude postavljen nešto niže od nivoa očiju. Postavljanje u nivo očiju dovodi do bolova u vratu i leđima te do osjećaja “suhih očiju” (engl. Dry Eye Syndrome). Spuštanjem monitora smanjuje se izlaganje očne jabučice i time održava oči dovoljno vlažnima.

Slika 11. Ispravan i pogrešan ugao gledanja

U novije vrijeme dosta se pažnje poklanja istraživanjima i razvoju raznih ergonomskih pomagala kako bi se što više poboljšali uslovi na radnim mjestima.

Slika 12. Philips Wall Mount Slika 13. 3M Monitor Arm

13

ODSJAJ (refleksija)

Problemi s refleksijom javljaju se obično na monitorima s negativnim polaritetom (tamnom pozadinom). Uzrok refleksije najčešće je pogrešno pozicioniranje samog monitora u odnosu na izvore svjetlosti. Kao posljedica refleksije, može doći do zaklanjanja ili otežanog čitanja sa zaslona a i do postavljanja tijela u neprirodan položaj kako bi se izbjegla refleksija. Moderni monitori koriste napredna tehnološka dostignuća kako bi se pojačala otpornost na refleksiju (npr. multi-layer technology). Na starijim uređajima koristili su se optički filteri u raznim izvedbama, ali nisu se održali u upotrebi jer su degradirali druge karakteristike monitora (čitljivost, kontrast itd.). Ipak, nameće se zaključak da je najbolje i najjednostavnije rješenje u pravilnom pozicioniranju monitora na radnoj ploči, te u pravilnom izboru načina i količine osvjetljenja.

KUĆIŠTE I KONTROLE

Dizajn kućišta monitora trebao bi biti jednostavan i neutralan kako bi se izbjeglo odvlačenje pozornosti i ometanje operatera. Također je poželjno izbjegavati jake, upadljive, te previše tamne boje. Pri dizajnu monitora važan parametar je i njegova veličina. Konstantna težnja povećanju dijagonale monitora dovodi i do povećanja “dubine” monitora, što je posljedica korištene tehnologije (povećava se, zapravo, dubina katodne cijevi).

Povećanje upotrebe mikroprocesora u monitorima dovelo je i do primjetnog povećanja broja kontrola na kućištu monitora. Razvijeni su i nezavisni sistemi izbornika (engl. on screen displays) pomoću kojih se omogućava korisniku podešavanje najrazličitijih parametara. Ova sloboda podešavanja ponekad dovede i do neželjenih rezultata jer je omogućeno i pogrešno podešavanje. Problem podešavanja parametara na pogrešne vrijednosti rješava se opcijom zaključavanja pojedinih parametara, osim onih najvažnijih (kontrast i osvijetljenost).

13

LITERATURA  

Za izradu seminarskog rada korišteni su materijali sa raznih internet stranica kao i kompjuterskih časopisa.

www.cet.co.yu

- BUG- VIDI- PC World MIKRO