KUVARID (0)

PÄRNU SAKSA TEHNOLOOGIAKOOL
Tarkvara arendus
TAK
REFERAAT „ KUVARID “
Pärnu 2012

Sisukord

1 Mis on kuvar ? 3
2 Terminoloogia 3
3 Kuvari olulisemad näitajad 4
4 Kineskoopmonitor (CRT) 6
5 Plasmakuvar 8
6 LCD monitor 9
7 CRT vs LCD 11
8 Videoliidesed 13
8.1 Lahutusvõime ja pildisuhe 14
9 Ajalugu 15
10 Ohutus 16
11 Lisafunktsioonid 18
11.1 Energiasäästmine 18
11.2 Integreeritud tarvikud 18
11.3 Läikiv ekraan 18
11.4 Puuteekraan 18
12 Kasutatud allikad 19

1 Mis on kuvar?

Kuvar (ka monitor , videoterminal, ekraan jne) on arvuti väljundseade, mis muudab analoog- või digitaalinfo pildiks. Kuvar on üks tähtsamaid arvuti komponente kasutajasuunalise väljundseadmena. Vajadusel kuvatakse klaviatuurilt sisestatud vastused, korraldused ja muu info. Seetõttu on ta personaalarvuti juures kasutajale üks tähtsamaid seadmeid ja ilma selleta on arvutiga ebamugav ja raske töötada. Personaalarvutite juurde lisatakse tavaliselt kas kineskoopkuvar (vt CRT–katoodkiirtetoru), Vedelkristallkuvar (vt LCD), plasmakuvar ja/või OLED-kuvar.
Läbi arvutustehnika ajaloo on kuvarite arendamisel ja tootmisel kasutatud samu või sarnaseid tehnoloogiaid , mis televiisorite tootmisel, kus läbi 20. sajandi teise poole oli peakomponendiks kineskoopmonitor. Viimase taandumisel 21. sajandi alguses on algselt LCD-monitoride tootmises kasutatud tehnoloogiad peale piisavat täiustumist suunatud televiisorite tootmisse.

2 Terminoloogia

Funktsionaalselt saab kuvarit nimetada mitmeti, kui loeme seda arvuti tegevuse jälgimise (monitooring) ja tagasiside seadmeks, siis saab seda nimetada monitoriks. Kui vaadelda seda arvuti videosignaali ( kuva , pilt) lõpp-punktina ( terminal ), mis tekitab pildi, siis saab seda nimetada kuvaterminaliks ehk videoterminaliks. Kui käsitleda kuvarit pildi (kuva) tekkimise pinnana ( ristlõige ruumis), siis võime seda tekkimise pinda nimetada ekraaniks. Kui vaadelda puutetundliku kuvarit sisendina, arvuti juhtimiseks, nt valguspliiatsiga, siis võime kuvarit nimetada kuvakonsooliks, videokonsooliks või lihtsalt konsooliks; võrdle ka süsteemikonsooli, virtuaalkonsooli ja mängukonsooliga.

3 Kuvari olulisemad näitajad

Kuvareid eristatakse peamiselt nende suuruse ja tehniliste parameetrite järgi.
Suurus – väljendatakse seda ekraani diagonaali pikkusega tollides. Levinumad mõõdud on vahemikus 15–24 tolli. Mida suurem on ekraan, seda suuremat ala saab tööpinnast näha.
Pikseli suurus – pildipunkti füüsiline suurus kuval, mõõdetuna millimeetrites
Lahutusvõime ( screen resolution) – väljendatakse ekraanile mahtuvate pikslite arvuna, mis on ekraani lühema külje ja pikema külje pikslite korrutis, näiteks 800×600, 1024×768, 1152×864 . Seega mida suurem on lahutusvõime, seda teravam on pilt.
Joonis 1. Lahutusvõime ja pikslite arv
Kontrast ( contrast ratio ) – näitab, kui suur on musta ja valge värvi vahe. Näiteks kui kontrast oleks 1:1, siis oleks pilt must-valge. Ehk mida suurem on kontrast, seda ilusam on pilt. Must on mustem, valge valgem jne.
Pildi suhe (aspect ratio) – näitab ekraani horisontaali ja vertikaali suhet. Kui ekraan on ruut, siis on suhe 1:1.
Vaatenurk (viewing angle) – näitab seda, kui hästi saab ekraani külje pealt vaadata. Kui on väikene vaatenurk, siis näeb ekraani ainult otse. Vaatenurk on olulisemaks näitajaks televiisoritel, sest arvutimonitori vaadatakse enamasti ikka otse.
Värskendussagedus (refresh rate ) – kui mitu korda sekundis jõuab elektronkiir ekraani täielikult üle joonistada. Mõõdetakse seda hertsides (Hz). Mida väiksem on värskendussagedus, seda värelevam, vilkuvam pilt meile tundub. Mida suurem on värskendussagedus, seda värelusevabam on pilt.
Värelusevaba pildi alampiir on 75 Hz, üle 120 Hz värskendust tavaliselt inimese silm enam ei erista.
Reageerimisaeg (response time) – näitab aega, kui kiirelt ekraan suudab uue pildi kuvada. Mida väiksem aeg, seda parem.
Horisontaalne kaadrisagedus (nt. 30–80 kHz) – näitab, kui kiirelt monitor kaadreid vahetab . Just selletõttu tundub aeglastel monitoridel läbi kaamera vaadates, et jooned liiguvad ülevalt alla.

4 Kineskoopmonitor (CRT)

Joonis 2. Kineskoopmonitor
Põhimõtteliselt töötab traditsiooniline kuvar väga sarnaselt televiisorile. Monitori erinevused televiisoriga võrreldes seisnevad peamiselt selles, et arvutikuvari sisend on kohandatud arvutiandmete erilisele, nimelt numbrilisele kujule ja ergonoomilised nõuded on veidi teistsugused. Monitori juhtseade arvuti graafikakaardil (videokaardil) muundab digitaalsed kahendsignaalid videosignaalideks, et nende abil ekraanil moodustada üksikutest pildipunktidest koosnev terviklik kujutis. Klaasist seadeldis, mille esiküljele ehk ekraanile pilti näidatakse, on elektronkiiretoru ehk kineskoop . See on kuvari kõige tähtsam komponent , mis sisaldab ühes otsas järelhelendavate omadustega luminofooriga kaetud ekraani, teises otsas elektronkahurit elektronkiire tekitamiseks ja nende vahel kiirte hälvitussüsteemi rastri moodustamiseks ekraanil. Heal kuvaril on alati hea kineskoop, mille puudumist ei kompenseeri ükski digitaalreguleerimine ega muud lisavidinad.
Kineskoobi tagumises, peenemas osas on elektronkahur , mis saadab välja elektronkiire. Pärast teravustamist see kiir hälvitatakse sobivasse punkti ekraanil, andes talle samal ajal ka selle punkti jaoks vajaliku intensiivsuse. Ekraanil on luminofoortäpike, mis talle langeva elektronkiire mõjul helendama hakkab. Nii käiakse ridahaaval läbi terve ekraanitäis punkte ja moodustatakse kujutis. Kui seda piisavalt sageli teha, siis ei taju silm punktide vahepealset kustumist, kuna luminofoor jätkab helendumist veel veidi aega pärast kiire edasiliikumist järgmistele punktidele.
CRT monitore toodetakse kumerate kineskoopidega ja lamedate kineskoopidega ehk flat ’idega (ehk siis sirge ekraaniga ). Lamedaid kineskoope loetakse paremateks, kuna valgustusest tulenevaid peegeldusi on vähem. Samas on lamekineskoopi keerulisem toota ning tänu sellele on kasutusel mitmeid liba -flat’e (Dyna-Flat, Near-Flat), kus tegelikult on tegemist kumera monitoriga, millele on ette pandud sirge klaas. Samuti võib erinevatel odavatel flat’idel esineda mõningaid moonutusi ekraani nurkades ja äärtes.

5 Plasmakuvar

Televisiooni vastuvõtja või videokaart, mis kontrollib plasmakuvarit, saadab elektrivoolu kahte sorti elektroodidesse. Aadressi elektroodid , mis asetsevad vertikaalselt plasmakuvari tagaosas määravad, millised kuvari pikslid on mõjutatud, kui elektrienergia läheb läbi teist sorti läbipaistvatest ekraani elektroodidest, mis on paigaldatud horisontaalselt pikslite ette. Need elektroodid kulgevad läbi klaasi ja magneesiumoksiidi kihtide, mis kaitsevad ja isoleerivad elektroode teineteisest. Elektroodid pikendavad pikslite ridade ja veergude pikkuseid ja laiuseid, millest moodustub kuva pind. Elektroodid moodustavad ka ristmikke, mis lõimuvad miljoni piksli kohta rohkem, kui kolmel neljandikul juhtudest.
Pikslid on kui kambrid, mille ümber madalrõhkkond hoiab ära pikslite segunemise. Pikslite seinad värvitakse pihustusmeetodil ühe värvitüübiga kolmest fosforist, mis helendab kas punaselt, siniselt või roheliselt, kui see on aktiivses olekus. Iga piksli sees on kinni ksenoon (Xe) ja neoon (Ne) gaasid.
Kui kuva kontroller tahab kindlat pikslit helendama panna, avab ta aadressi rea, mis viib selle piksli kambrini ( avamine on teostatav vooluringi sulgemisega nii, et elektrivool saaks sellest läbi minna). Samal ajal saadab kontroller elektrivoolu mööda kuvaliini, mis liigub väljavalitud pikslini. Elektrienergia saab avatud aadressi real laengu ja liigub läbi piksli ning läbib vastava vooluringi. Elektripingetest tekkiv energia väljub aatomitest gaasiseguna, muutes gaasi plasmaks.
Mateeria muutub plasmaks, kui energiaallikas läbib normaalolekus stabiilseid gaase nagu neoon ja ksenoon. Elektrivoolus vabalt liikuvad elektronid tabavad gaasi aatomeid, luues ja andes edasi oma energia ioonidele. Need ioonid on aatomid , mis on elektronide tasakaalutuse (sümmeetria puudumise) tõttu positiivselt või negatiivselt laetud. Ioonid on ebastabiilsed ja pöörduvad tagasi oma normaalsesse seisu. Kui see juhtub, kiirgavad ioonid energia, mis nad tekitas valguse ultraviolett kuulikestena, mida nimetatakse footoniteks.
Ultravioletsed footonid tabavad piksli kambri seinades olevat fosforit . Footonite energia läbib fosforit nii, et nad helendavad – sarnaselt katoodkiirte toru (CRT) monitori protsessile. Erinevad fosfori materjalid, mis kumavad kas punast, sinist või rohelist valgust, katavad külgmiste kambrite (pikslite) sisemust ja moodustub üksik loogiline piksel. Muutes vooluhulka, mis liigub igasse kambrisse (pikslisse), muudab kuva kolme põhivärvi kooslust tekitades erinevaid värvitoone.

6 LCD monitor

Joonis 3. Näide LCD monitorist: ViewSonic VX2240w
Quick Specifications:

• Display Type LCD display / TFT active matrix
  
• Diagonal Size 22.0 in - Widescreen
  
• Display interface DVI VGA (HD-15)
  
• Max Resolution 1680 x 1050
  
• EPEAT rating Silver
  
• Aspect ratio 16:10
  
• Contrast ratio 1000:1
  

Vedelkristallide näol on reeglina tegemist molekulidega, mis kitsas temperatuurivahemikus peale sulamistemperatuuri on ruumiliselt orienteeritud. Tavaliselt on tegemist pulgakujuliste molekulidega, mis üksteise suhtes on korrapäraselt asetunud. Lihtsalt öeldes on tegu aine molekulidega, millel on nii vedelike kui ka kristallide omadused.
Omadus, mis LCD ekraanides kasutamist leiab, on vedelkristallide omadus polariseerida valgust.
LCD monitori üks punkt koosneb taustvalgusest, kahest polariseerivast kihist ja vedelkristalli molekulidest ning värvifiltrist nende vahel. Iga värvilise punti kohta ekraanil on tegelikult ekraanil kolm punkti: üks punase värvifiltriga, üks rohelise ja üks sinisega .
Tänu vedelkristallide polariseerivale omadusele saab määrata, kas antud punktist paistab taustvalgus läbi või mitte. Lihtsalt öeldes toimib vedelkristall kui lüliti, mis võimaldab muuta seda, palju selle konkreetse punti kohal taustvalgus läbi paistab. Kui nüüd arvestada, et iga värvi puhul on võimalik määrata, kas ja kui palju selle värvifiltri koha pealt taustvalgus läbi paistab, siis on võimalik erinevate punase-rohelise-sinise kombinatsiooniga tekitada 16 miljonit erinevat värvi (kuna need erinevat värvi punktid asuvad üksteisele nii lähedal, siis tajub inimsilm neid ühe värvina). Seega on ühes tänapäevases 15" LCD ekraanis minimaalselt 1024×768×3 ehk siis 2 359 296 ekraanipunkti (tõsi, inimsilm suudab tajuda 1024×768 punkti).
Iga sellise punktikese „lülitamiseks" läheb vaja mingisugust digitaalset juhtseadet, TFT ( Thin Film Transistor ) tehnoloogia puhul koosneb ekraanipunktide juhtimissüsteem ühest suurest integraalskeemist, mis omakorda sisaldab tihti rohkem transistoreid, kui vanema põlvkonna arvutite protsessorid .
Kui üks ekraanipunkt lakkab mingil põhjusel töötamast, siis tekib ekraanile nn „surnud punkt". Näiteks kui ühe punkti punase värvi ekraanielement lakkab töötamast, siis on see punkt edaspidi valet värvi või kui ühe ekraanipunkti kõik vedelkristallid on kogu aeg pinge all, siis see punkt helendab jäävalt (või on kogu aeg must).

7 CRT vs LCD

Joonis 4. Pixel geometry 01 Pengo.jpg
CRT plussid:
CRT puhul praktiliselt puudub reageerimisaeg. LCD algusaegadel oli reageerimisajaga probleeme ja CRT monitorid olid paremad mängimiseks. Tänapäeva LCD monitoridel on piisav reageerimisaeg.

• CRT kontrastsus on parem kui LCD-l.
  
• CRT võimaldab kasutada erinevaid lahutusi ilma kvaliteedikadudeta.
  
• CRT värvid on paremini kalibreeritavad.
  
• CRT-l ei esine surnud punkte. LCD-l võib esineda surnud punkte, mida ei saa parandada.
  
• CRT on odavam.
  
• CRT on parandatav.
  
• (minu kass eelistas CRT monitori just soojuse eraldumise pärast, samuti ei mahu ta LCD peal enam magama)
  

LCD plussid:

• LCD monitorid on ruumisäästlikumad ja ilusamad. Need kaks argumenti on viimasel ajal nii kontori- kui ka kodukasutajate seas aina rohkem hinda tõusnud. Ka värvilahenduste poolest on valik LCD monitoridel suurem.
  
• LCD monitori pilt on selgem ja värelusevaba. See omakorda ei väsita ruttu silmi ja võimaldab pikemalt arvutiga töötada.
  
• LCD võtab vähem elektrienergiat (LCD 25–40 W, CRT 60–125 W) ja eraldab vähem soojust. Kineskoopmonitorist soojuse eraldumine on tihti suureks probleemiks paljude arvutitega umbsetes kontoriruumides.
  
• LCD pilt on ühtlase heledusega.
  
• LCD-l ei esine moonutusi servades ja nurkades.
  

Kineskoopmonitoride, eriti odavamate mudelite juures on pildi lõplik seadistamine üsnagi keeruline ja nõuab kogenud kätt. Praktiliselt kõiki LCD monitore on võimalik automaatsete seadistustega (auto-adjustment) ideaalilähedaselt paika sobitada.
Kineskoopmonitorid kadusid peagi müügilt, kui LCD tehnoloogiaga monitorid muutusid kättesaadavaks tavatarbijale . Alguses oli LCD tehnoloogia kordades kallim, kuid kvaliteedi ja hinna paranedes tõrjuti CRT monitorid turult. Kuid kineskoopmonitorid ei ole veel kuskile kadunud. Inimestel on neid suurtel hulkadel kodus. Neid ei tohiks kindlasti lihtsalt prügimäele visata , vaid viia jäätmekäitlusesse. Kineskooptelerid ja -kuvarid on ohtlikud kahel põhjusel. Üks põhjus on niinimetatud tinaklaas, millest on tehtud kineskoobi tagaosa ning teine luminofoor, mis on kineskoobi sees.

8 Videoliidesed

Joonis 5. VGA kaabli pistik
Joonis 6. HDMI kaabli pistik
Kolm enamlevinud videosisendit/-väljundit monitoridele on:

• VGA ehk inglise keeles Video Graphics Array on analoogvideoliides, mille lahutusvõime on 640x480 pikselit, mis on saanud arvutites videosignaali edastamisel kõige vähemnõudlikumaks lahutusvõimeks. Tutvustati esmakordselt 1987. aastal IBM PS/2 tüüpi arvutitel, kuid tänu laialdasele levikule hakati seda kasutama standardina.
  
• DVI ehk Digital Visual Interface (digitaalvideoliides). See on aastal 1999 loodud videoliides edastamaks kõrge kvaliteediga pilti. DVI töötati välja asendamaks VGA analoogsignaali ning edastamaks digitaalsignaali pakkimata kujul kuvarini. DVI on osaliselt ühilduv HDMI standardiga digitaalrežiimis ning tagasiühilduv VGA-ga analoogrežiimis.
  
• HDMI ehk inglise keeles High-Definition Multimedia Interface (kõrglahutusega multimeedia kasutajaliides ) loodi aastal 2002 kõrge kvaliteediga pildi ning heli edastamiseks.
  

8.1 Lahutusvõime ja pildisuhe

VGA videostandardi edasiarenduseks sai SVGA (Super Video Graphics Array, 800x600 pikselit), mille asendasid uuemad, nagu XGA (1024x768) ja selle suurendatud variandid, ning kõige lõpuks laiekraani 16:10 (WXGA, 1280x800 ja suuremad) ja siis 16:9 pildisuhtega variandid — HD (i.k. High Definition) ehk kõrglahutus 720p (1280x720) ning Full HD täielik kõrglahutus e. lihtsalt 1080p (1920x1080 pikselit).
Suuremad telerite ja arvutiekraanide tootjad varem standardiks olnud 3:4 lahutusvõimega kuvareid ei tooda enam üldse või ainult vähendatud kogustes , olles need kõigepealt asendanud HD 720p telerite ja 16:10 pildisuhtega monitoridega; valmistades praegusel ajal (2011. seisuga) juba täis-HD 1080p telereid ning mõnedel juhtudel ainult 16:9 pildisuhtega arvutiekraane.
Järgmise põlvkonna seadmete pikslite arv on 4K ja 8K, vt ka UHDTV

9 Ajalugu

Joonis 7.
Sõna monitor tuleneb ingliskeelsest sõnast monitor, mis tähendab kasvatajat, vaatlejat ja hilisemal ajal ka arvuti kuvaseadet ehk kuvarit. Sõna kuvar aga seevastu on pärit hoopis soome keelest ja tähendas kunagi seadet , milles oli ühes tükis nii monitor kui ka klaviatuur (st 70ndate arvutit või suurarvuti videokonsooli). Läbi ajaloo on kasutatud erinevate omadustega kuvareid. Pole ju veel kadunud needki kuvarid, mis suudavad esile tuua vaid ASCII sümboleid ja seetõttu graafilist kasutust suurt ei leia (kui nn "kastigraafika" välja arvata). Enim kasutatakse selliseid aparaate just UNIXi terminalidena (TTY – Telexi terminal), sest seal polegi muid omadusi vaja. Tänapäevastesse arvutikomplektidesse kuuluvad aga juba graafilised monitorid, millede värvilahutus on viimase 10 aasta jooksul märgatavalt paranenud. Sellest aga lähemalt hiljem. Kasutatud on ka erinevate mõõtudega kuvareid, alustades 11–13-tollistest 90ndate algul ja lõpetades 19–24-tolliste kuvaritega tänapäeval. Erinevad ka monitoride ekraanikujud: portrait ehk spetsiaalseid portree tüüpi (kõrgus suurem kui laius) kuvareid kasutatakse näiteks kirjastustes; landscape kuvareid (laius suurem kui kõrgus) kasutatakse igapäevatöös , need on ka levinumad.

10 Ohutus

Monitori kvaliteet on arvutikasutajale väga tähtis. Monitori kvaliteet määrab suures osas arvutikomplekti mõju tervisele. Kehv klaviatuur või hiir muudavad töö ebamugavaks, mürisev ventilaator häirib, aeglane arvuti ajab närvi, kuid "odav" monitor rikub silmad kiiresti. Ei maksa end lasta petta kaitseekraanist – madalakvaliteetne monitor sellest paremat pilti näitama ei hakka, mõne aja pärast tuleb hakata prillidele mõtlema.
Silmadele kasulikum on kindlasti LCD monitor. Tulenevalt LCD ehitusest on LCD tööpõhimõte erinev CRT monitori omast. Peamiseks erinevuseks on see, et kui kineskoopmonitori puhul kirjutati pilti pidevalt üle ning selleks, et see inimese jaoks tunduks paigalseisev, tehti seda lihtsalt piisavalt kiiresti (soovitavalt vähemalt 85 korda sekundis), siis LCD pilt seisab paigal seni, kuni seda tuleb muuta ehk ekraanil muutub midagi.
Peamiselt just selle asjaolu pärast öeldakse, et LCD on inimese silmale palju vähem väsitavam, kui CRT monitor. Esimesel juhul jälgib inimene paigalseisvat pilti ja teisel juhul kogu aeg muutuvat, ühel juhul pingutab silm tunduvalt vähem kui teisel juhul. Kindlasti tuleks vaadata ka monitori suurust. Liiga väikselt ekraanilt lugedes väsivad silmad kiiresti.
Arvutiga töötades on oluline ka õige kehaasend :

• Reied peavad asetuma horisontaalselt ja sääred vertikaalselt
  
• Istme kõrgus peab olema sobiv põlveõndla kõrgusega või olema sellest veidi väiksem
  
• Käte asend peab olema selline, et õlavarred oleksid vertikaalselt, käsivarred horisontaalselt, küünar - ja õlavarre vaheline nurk ei või olla alla 90°
  
• Selg peab olema sirge, pea veidi ette kallutatud (5–7°)
  
• Jalatald peab moodustama säärega mõttelise nurga vähemalt 90°
  
• Mõtteline joon, mis ühendab kahte õlga, peab olema paralleelne pealaetasandiga
  

Joonis 8. Vaatenurk kuvarile.

11 Lisafunktsioonid

11.1 Energiasäästmine

Enamik monitore lülitab ennast energia säästmise režiimi, kui monitori video sisendis ei ole signaali. Selline funktsioon võimaldab uuematel operatsioonisüsteemidel monitori välja lülitada pärast teatud aega arvuti mittekasutamist. Peale selle pikendab antud funktsioon ka monitori eluiga. Mõned monitorid lülitavad ennast ise pärast mõnda aega mittekasutust stand -by režiimi. Uuemate sülearvutite puhul on see funktsioon eriti tähtis, kuna see vähendab ekraani ja aku kulumist ning pikendab aku režiimis kasutatavuse kestvust.

11.2 Integreeritud tarvikud

Osadel monitoridel on olemas integreeritud lisatarvikud või ühendused nende jaoks. Standardsed ühendused kergesti kättesaadavad ja välistavad vajaduse lisakaameratele, mikrofonidele või kõlaritele.

11.3 Läikiv ekraan

Mõnedel ekraanidel, eriti uuematel LCD monitoridel, on asendatud traditsiooniline mitteläikiv pind läikivaga. See suurendab teravust, samas peegeldused pindadelt on väga hästi nähtavad, st päikesevalguses välitingimustes ei ole kuvar kasutamiskõlblik, kuna kuvarilt peegeldub päikesevalgus ja pilti ei näe.

11.4 Puuteekraan

Neid ekraane kasutatakse ka sisendina (vt. puuteekraan). Kirjeid saab valida või liigutada näpu või spetsiaalse pliiatsiga. Samamoodi saab käivitada rakendusi. Uuemad mudelid on võimelised tuvastama igasugust survet ja on võimelised tuvastama kallutamist ning pööramist. Sedatüüpi ekraanid vajavad pidevat puhastamist näpujälgedega määrdumise tõttu.

12 Kasutatud allikad

http://et.wikipedia.org/wiki/Kuvar#CRT_vs_LCD
http://article.techlabs.by/34_7035.html
http://reviews.cnet.com/lcd-monitors/viewsonic-vx2240w/4505-3174_7-32740019.html