Solidworks velje joonis (0)

Järvamaa Kutsehariduskeskus
Arvutid ja võrgud
Referaat
LCD JA CRT
Märt Virunurm
Juhendaja : Egel Aasamets
Järvamaa 2013
1
LCD EHK  VEDELKRISTALL   MONITOR
Ülevaade
Vedelkristallid   ise   valgust   otseselt   ei   kiirga.   LCD’sid   kasutatakse   paljudes   erinevates 
seadmetes   nagu   arvuti   monitorid ,  televiisorid,   seadmete   infotablood,   lennuki  kokpiti 
displeid   jne.   Neid   kasutatakse   väga   laialdaselt   laiatarbeseadmetes   nagu   näiteks 
elektroonilsed   mängud,   (käe) kellad ,  kalkulaatorid  ja   ( mobiil )telefonid.   LCD’d   on 
kompaktsemad,   kergemad,   mobiilsemad,   töökindlamad,   odavamad   ning   kahjutumad 
silmadele kui CRT monitorid. LCD’sid on saada suurem lahutusvõime ja suurusevalikuga. 
Kuna LCD ei kasuta fosforeid, ei teki LCD’del pildi sissepõlemist. 
Tööpõhimõtted
Vedelkristallid,   mida   LCD-ekraanides   kasutatakse,   muudavad  polariseeritud  valguse 
võnkesuunda 90° võrra, kuna molekulid on vedelkristallis teineteise suhtes väändunud. Kui 
vedelkristalli läbib  elektrivool , joonduvad selle molekulid ühises suunas ning ei polariseeri 
enam   valgust.   Neid   omadusi   kasutatakse   vedelkristallekraanides   ära   järgnevalt   (vt   ka 
kõrvalasuv skeem):
1. Tavaline (juhuslike polarisatsioonidega) valgus siseneb ekraani.
2. Vertikaalne polarisaator muudab valguse vertikaalselt polariseerituks.
3. Vedelkristalli läbimine muudab polarisatsioonisuunda (kui pikslit ei läbi vool) 90° 
võrra (horisontaalseks).
4. Valgus   läbib   horisontaalpolarisaatori,   peegeldub   peegelkihilt   ja   läbib   taas 
horisontaalpolarisaatori.
5. Vedelkristalli läbimine muudab polarisatsioonisuunda (kui pikslit ei läbi vool) 90° 
võrra (vertikaalseks).
6. Valgus läbib vertikaalpolarisaatori ja väljub ekraanist, muutes vastava ekraaniosa 
heledaks.
Kui pikslit läbib vool, on selles asuvad vedelkristalli molekulid ühes suunas joondunud ja 
valgus   läbi   seda   polarisatsioonisuunda   muutmata.   Sellisel   juhul   jõuab   vertikaalselt 
polariseeritud valgus horisontaalse polarisaatorini ning ei saa seda läbida ja pikselt paistab 
tume. Taustvalgustusega süsteem toimib samal põhimõttel; valguse  teekond  saab lihtsalt 
alguse ekraani tagumisest osast, kus horisontaalne polarisaator ta polariseerib. Enamus 
3
tänapäeval kasutatavaid ekraane on taustvalgustusega, ilma taustvalgustuseta on näiteks 
käekellade ja kalkulaatorite ekraanid.
Värviline LCD
Värvilised  vedelkristallekraanid  töötavad  samadel  põhimõtetel,  aga  iga  värviline  piksel 
koosneb    punasest ,   rohelisest   ja   sinisest   alapikslist,   mille   kombineerimisel   erinevatel 
tugevustel on võimalik näidata erinevaid värve. Valgele taustvalgustusele  lisavad  värvi 
värvifiltrid.
Materjalid
Klaas  on   põhiline   tugimaterjal   ekraani   erinevate   komponentide   jaoks,   kuid   on   ka 
funktsionaalmaterjal   näiteks   värvifiltrites.   Polarisaatorina   on   kasutusel  PVA 
(polüvinüülalkohol),   mille   molekulid   on   üheteljelise   venitamise   tõttu   samasuunalise 
paiknemisega. Stabiliseeriva  ja toetava  materjalina ümbritseb PVA-d  TAC-i  (triatsetüül 
tselluloosi)   kiht,   mille   peal   võib   olla   ka   peegeldusvastane   kiht.   Vedelkristallidena 
kasutatakse erinevaid pikaahelalisi orgaanilisi aineid, mis sarnanevad omaduste poolest 
paljusti  vedelikega, ent omavad siiski  tahketele  ainetele   omast ühtlast struktuuri. Kuna 
erinevate   vedelkristallide   omadused,   millest   kõige   olulisemad   on   töötemperatuur   ja 
nominaalvool,   on   erinevad   sõltub   materjalivalik   ekraani   iseloomust.   Väga   olulised 
ekraanide  osad on läbipaistvad voolu juhtivad materjalid. Neist esimesena võeti LCD-
ekraanides   kasutusele  ITO  ( indium -tinaoksiid),   mis   on   aga   indiumi   harulduse   ja   ITO 
tootmiseks  vajaliku   vaakumtehnnoloogia   tõttu   kallis.   ITO  alternatiividena   uuritakse   nii 
polümeere   kui   süsiniknanotorusid.   Alternatiivina   on   kasutuses   ka  AZO  ( alumiinium -
tsinkoksiid), ent selle optilised ja  elektrilised  omadused jäävad ITO-le alla. Praegusel ajal 
kasutatakse   kujutise   tekitamiseks   sageli   kiletransistoreid,   millest   on   moodustatud 
pikselitest  koosnev   maatriks   (LCD TFT), milles transistorid on väiksemad kui  tavalised  
ränipõhised   transistorid.   TFT   eelisteks   on   väiksem   elektrikulu   ja   kõrgem   kiirus   ning 
väiksem  interferents , mis tuleneb transistorite paiknemisest vastavate pikslite juures.
Näitajad
LCD-ekraanide   kirjeldustes   on   antud   mitmeid   näitajaid,   mida   on   omavahel   erinevate 
mõõtühikute ja mõõtmismeetodite tõttu raske võrrelda. Mõned tüüpilisemad näitajad:
•
Mõõtmed või diagonaal: Tavaliselt on antud ekraani diagonaali pikkus tollides.
•
Lahutusvõime  ekslikult toortõleg inglise keelest   resolutsioon : Näitab, mitu pikslit 
on  ekraanil . Tavaliselt antud horisontaalse ja vertikaalse piksliarvu korrutisena. See 
tähendab, et 2560x1600 lahutusega kuvaril on  horisontaalselt  reas 2560 pikslit ja 
vertikaalselt 1600 pikslit. HD või Real HD võivad tähendada väga erinevaid asju, 
kuid tavaliselt mõeldakse selle all horisontaalset kuvari lahutusvõimet  1080  pikslit 
ja ekraani kuvasuhet 16:9.
•
Piksli    suurus  või  pikslivahe:  Atnud   on   kas   individuaalsete   pikslite   suurus   või 
kaugus ühe piksli keskpunktist teise. Erinevus suurustes tuleb tühjast alast kahe 
piksli vahel.
•
Pikslitihedus: Pikslitihedus näitab, kui tihedalt pikslid asetsevad. Kuigi seda on 
kuvarite tutvustuses harva välja toodud, on see üks parimaid pilditeravuse näitajaid. 
Tavaline mõõtühik on DPI (pikslit tolli kohta).
•
Kaadrisagedus: Näitab, kui tihti  ekraan  oma andmeid uuendab, Pilt ekraanil aga ei 
muutu   sama   tihedalt,   kuna   andmetöötlus   ja   piksli   oleku   muutmine   nõuavad 
lisaaega. Mõõtühik  herts  (Hz, võnget/korda sekundis).
5
•
Reageerimisaeg :   Aeg,   mis   kulub   pikslil   ühest   värvist   teise   muutumiseks. 
Mõõdetakse   nii  gtg  ( hallist -hallini)   kui  btb  ( mustast -mustani)   aega,   mistõttu 
tulemused pole alati võrreldavad. Mõõtühik  millisekund  (ms).
•
Vaatenurk:   Minimaalne   ja   maksimaalne    kaldenurk ,   kus   180°   on   paralleelne 
vaatajaga.
Kuidas töötab LCD monitor (pildil)
ELEKTRONKIIRETORU  EHK CRT
Tööpõhimõte
Optiline   kujutis  saadakse   peene   elektronkiire   põrkumisel   vastu   ekraani,   mille 
luminofooriga kaetud kiht jätab elektronkiire liikumise teest nähtava jälje. Elektronikahuris 
moodustunud   peen   suunatud    elektronkiir    liigub   ekraanil   vastavalt   hälvitussüsteemi 
toimele.
Koostisosad
Elektronkiiretoru   koosneb  elektronikahurist,  hälvitussüsteemist,  ekraanist  ja   kestast 
(kolvist).
Elektronikahur   koosneb   katoodist,   tüürelektroodist,   mille   pingega   reguleeritakse 
elektronkiire   voolu,   ja   teravustus-   ehk   fokuseerimissüsteemist,   mille   toimel   elektronid 
koondatakse  kiireks .
Hälvitussüsteem,   mis   paneb   elektronkiirele   ekraanil   liikuma,   koosneb   horisontaal-   ja 
vertikaalhälvitussüsteemist, millede abil on võimalik  kiirt  juhtida  igasse  ekraani punkti.
Ekraan moodustatakse kesta sisekülje katmisega fluoerestseeriva ainega.
Ekraanid
Ekraani tähtsaimaks osaks on fluorestseeriva aine kiht. Selleks kasutatakse mitmesuguseid 
metalliühendeid:   tsinksulfiidi,   tsinksilikaati   (villemiiti),   kaltsiumvolframaati   jne. 
Sealjuures    lisatakse   põhimaterjalile   aktivaatoritena   0,001...1%   mitmesuguseid    metalle  
(vaske,   hõbedat,   vismutit   jne).   Kasutatavad   ekraanimaterjalid   erinevad   teineteisest 
põhiliselt kolme parameetri poolest. Nendeks on valgusandlikkus, järelhelenduse kestus ja 
helenduse värvus.
7
Valgusandlikkus on ekraani  valgustugevus  kiire võimsusel 1 W. See  parameeter  ei ole 
konstantne ,   vaid   sõltub   elektronide   kiirusest   (anoodpingest)   ja   kiire   voolutugevusest. 
Kasutatavate materjalide valgusandlikkus on 0,17... 17 cd/W.
Järelhelenduse   kestus   on    ajavahemik ,   mille   vältel   ekraani   heledus   pärast   elektronkiire 
kustumist langeb 1%-ni esialgsest. Kasutusotstarbest sõltuvalt võib järelhelenduse kestus 
olla mõnest mikrosekundist kümnete sekunditeni.
Helenduse värvus sõltub otseselt fluorestseerivast ainest ja tema kiirgusspekter on üsna 
kitsas . Seepärast kasutatakse sageli sobiva helendusega värvuse saamiseks mitmete ainete 
segusid. Nii näiteks annavad tsinksulfiid ja villemiit rohelise helenduse, kuid esimesel on 
järelhelendus pikk, teisel aga lühike. Valge helenduse saamiseks kasutatakse tsinksulfiidi ja 
tsinkkaaliumi   segu,   mis   on   aktiveeritud   kaadmiumi   ja   hõbedaga.   Arusaadavalt   on 
kasutatavad luminofoorimaterjalid sageli firmasaladusteks.
Kuna  ekraanile  langeb töötades pidevalt elektrone, siis peaks ekraan laaduma negatiivselt. 
Tegelikult   aga   esineb   sekundaaremissioon   ja   selle   tulemusena    laadub    ekraan   hoopis 
positiivselt.   Ekraanilt   sekundaaremiteerunud   elektronid   liiguvad   positiivselt   pingestatud 
anoodile. Sekundaaremiteerunud elektronide kiirus on aga ekraani läheduses väike ja tekib 
ruumilaeng, mis hajutab elektronkiirt. Ruumilaengu kõrvaldamiseks kaetakse toru sisekülg 
voolujuhtiva   grafiitemulsiooni    kihiga    (akvadaagiga),   mis   ühendatakse   teise   anoodiga. 
Kasutatakse   ka   alumineeritud   ekraani.   Alumineeritud   ekraani   puhul   kaetakse   ekraani 
sisekülg õhukese, elektronidele "läbipaistva" alumiiniumi kihiga. Et elektronid suudaksid 
alumiiniumikihti edukalt läbida, kasutatakse kõrgemat anoodpinget.
Ekraanile langevate elektronide energiast muutub valguseks 2...3%, ülejäänu aga kuumutab 
ekraani.  Kuumenemise  tulemusena luminofoor vananeb ja ekraan tuhmub. Samuti võib 
tugeva vooluga paigalseisev kiir ekraani langemispunktis "läbi põletada". Seepärast on 
ekraani säilitamise eesmärgil  soovitav  kasutada võimalikult väikest  heledust .
Värvilised kineskoobid
Värvikineskoobi   ekraanil   moodustub   värviline   kujutis   kolme   põhivärvi   kooskiirgusest: 
punane (tähis R - "red"), roheline (tähis G - " green ") ja sinine (tähis B - " blue "). Igale 
värvusele on oma elektronkiir ja luminofoorielemendid. Eri kahurite katoodide kütteniidid 
on ühendatud paralleelselt, kuid iga värvi  katood  on eraldi välja toodud, ühine on  heleduse  
modulaator ning ühised on ka fokuseerimiselektroodid.
On   olemas   kaks   põhitüüpi   värvikineskoope:   aukmaskiga   ja   pilumaskiga.  Aukmaskiga 
kineskoobis paiknevad eri värvi  kiirte  elektronikahurid võrdkülgse kolmnurga tippudes. 
Ekraanil on eri värvi luminofooride mosaiik ja selle ees aukmask, mis tagab, et õiget värvi 
kiir satuks õiget värvi mosaiiktäpile. Mosaiiktäppide arv võrdub aukude arvuga ja mida 
suurem on see arv, seda teravam on tekkiv kujutis.
Pilumaskkineskoobis paiknevad kolm eri värvi elektronikahurit ühes horisontaalreas, nii et 
ka    nendest    väljuvad   elektronkiired   on   ühes   tasapinnas.   Ekraan   koosneb   eri   värvi 
luminofooritriipudest. Need on paigutatud nii, et moodustavad kolmest triibust koosnevad 
triaadid   RGB.   Kiirte   langemiseks   täpselt   triaadile   ja    selliselt ,   et   iga   kiir   tabaks   õiget 
luminofoori, on ekraani sisepinnast umbes 1-5 mm kaugusel pilumask. See on  metall -leht, 
milles iga triaadi kohal on  pilu . Pilud ja neile vastavad triaadid paiknevad astmeliselt. 
Luminofoor võib ekraanil paikneda ka ribadena. Normaalsel vaatamiskaugusel triaadide 
värvused liituvad ja silm  tajub  neid sõltuvalt eri värvi triipude heleduse vahekorrast mingi 
kindla värvusena.
Hälvitusmähised paigaldatakse ja reguleeritakse kineskoopide valmistaja poolt ja ainult 
korrigeerimismagnetid kineskoobi  kaelal  reguleeritakse televiisori valmistaja poolt.
9
Kuvaritorud
Kuvaritorud   (Display    Tube )   on   kineskoopide   eriliigiks,   mille   eripära   tuleneb   nende 
kasutamise   iseärasustest.   Põhiline   erinevus   on   selles,   et   arvuti   kasutaja   vaatab   kuvari 
ekraani palju ligemalt kui televaataja. Sellest tulenevad kiirguse ja ka kujutise teravuse 
erinõuded.   Ka   on   kuvaritorud   reeglina   väiksema   ekraanidiagonaaliga,    kusjuures  
kasutatakse nii aukmaski kui ka ribamaskiga torusid.
Kujutise teravuse ehk lahutusvõime määrab ekraanile  kantud  pildipunktide ehk pikslite 
üldarv. Selleks on reas olevate pildipunktide arv korrutatud ridade arvuga. Iga pildipunkt 
moodustub kolmest ekraani  sisepinnal   olevast  erivärvilisest luminofooritäpist või kolmest 
kõrvutisest   luminofooririba   lõigust.   Lahutusvõime   ja   kujutise   teravus   on   seda   suurem, 
mida   väiksemad   on   pildipunktid.   Nende   suurus   on   tavaliselt   0,25...0,41   mm.   Pikslite 
koguarv sõltub sellest, mis otstarbeks on antud  kuvar tehtud.
Kuvari tähtsaks parameetriks on ka vertikaalhälvitus ehk kaadrisagedus. See näitab, mitu 
korda sekundis joonistab elektronkiir ekraanile kujutise. Kaadrisagedus on tavaliselt 60 Hz 
või   rohkem.   Mida   suurem   on   sagedus,   seda   vähem   väreleb   kujutis.   Ekraanilt   valguse 
peegeldumise   vähendamiseks   on   kallimate   kuvaritorude   pind   kaetud   spetsiaalse 
helkimisvastase aine kihiga.
Kuvari ekraan kiirgab infrapunast, raadio- ja röntgenkiirgust ja tekitab ka elektrostaatilist 
välja.   Kiirgustasemed   on   kuvaritel   normeeritud   ja   kiirguse   vähendamiseks   kasutatakse 
ekraanifiltreid, mis võivad olla ka kuvarisse sisse ehitatud. Uuemad nn. LR- kuvarid  (Low 
Radiation ) ei vaja täiendavaid filtreid.
Elektronkiiretoru ehitus:
1. Elektronrelvad
2. Elektronkiir
3. Fokuseerimisvärten
4. Hälvevärten
5.  Anood
6. Värvieraldusfilter
7. Luminofoorivad
8. Värvide  filter suures plaanis
11
Kasutatud kirjandus:
http://benchmarkreviews.com/index.php ?
option =com_content&task=view&id=169&Itemid=38&limit=1&limitstart=2
http://et.wikipedia.org/wiki/Elektronkiiretoru
http://et.wikipedia.org/wiki/Vedelkristallkuvar
http://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_crystal_display -S-Video - Wikipedia, the free 
encyclopedia 
http://www.liquidcrystaltechnologies.com/LCDMaterials.ht m

Document Outline

• LCD EHK VEDELKRISTALL MONITOR
  • Ülevaade
  • Tööpõhimõtted
  • Värviline LCD
  • Materjalid
  • Näitajad
  • Kuidas töötab LCD monitor (pildil)
• Elektronkiiretoru ehk crt
  • Tööpõhimõte
  • Koostisosad
  • Ekraanid
  • Värvilised kineskoobid
  • Kuvaritorud
  • Kasutatud kirjandus: