INTERAKCIJA ČOVEK RAČUNARMonitori

Nemanja Bilinacbilinac@live.com

Interakcija između korisnika i računara pre upotrebe monitora

•Sa pojavom prvih računara došlo je do potrebe da korisnik prati rad računara, odnosno stanja u kojima se računar nalazi u određenom trenutku. Kod prve generacije (npr. ENIAC) takva vrsta interakcije računara sa korisnikom obaljala se preko indikatorskih lampica, analognih uređaja za merenje napona, temperature itd.

•Malo nakon toga u računarstvo se uvode monitori. Monitor je osnovni izlazni uređaj računara i kao takav ima primarnu ulogu u interakciji sa korisinikom. Prvi monitori su bili monitori sa katodnim cevima (CRT monitori). CRT (cathode ray tube) displeji su se, pre nego što su uvedeni u računarstvo, koristili u osciloskopima, radarima i drugim sličnim uređajima.

▫CRT monitori•Ova vrsta monitora, koja je do skoro bila

najzastupljenija, je bazirana na TV tehnologiji. Na početku su se koristili monohromatski monitori a su počeli da se koriste monitori sa više boja. Površina ekrana (prednji deo katodne cevi) je pokrivena osnovnim elementima, tj. fosfornim tačkama ili trakama.

•Na zadnjem kraju katodne cevi se nalazi elektronski top (tačnije tri topa za crvenu, plavu i zelenu boju) koji šalje snop elektrona u pravcu pojedinih tačaka i, u zavisnosti od intenziteta zraka, dobija se svetlija ili tamnija tačka date boje na ekranu.

•Kombinovanjem intenziteta crvene, plave i zelene boje se dobija bilo koja željena boja. Snop elektrona se usmerava elektromagnetima promenljive jačine koji se nalaze sa strana katodne cevi (zbog toga dolazi do poremećaja boje slike kada se magnet približi televizoru).

•S obzirom na to da je razvoj tehnologije katodne cevi počeo 100 godina pre konkurentskih tehnologija, katodna cev je još uvek izvanredan proizvod. Ona je zasnovana na opšte razumljivim principima i koristi uobičajene raspoložive materijale. Rezultat su monitori čija je proizvodnja jevtina, odličnih performansi, koji daje stabilne slike u vernim bojama i sa visokim rezolucijama displeja.

Međutim, bez obzira koliko je dobra, katodna cev ima i sledeće očigledne nedostatke:

•troši mnogo električne energije;•njen jedini elektronski mlaz je sklon

poremećajima fokusa;•greške u konvergenciji i promene boje po

ekranu;•njena nezgrapna visokonaponska kola i

jaka magnetna polja stvaraju štetno elektromagnetsko zračenje;

•ona je, prosto, suviše velika.

LCD monitori •LCD monitor (engl. liquid crystal display)

je ravni, tanki monitor čiji je ekran sastavljen od određenog broja piksela koji su poređani ispred nekog svetlosnog izvora. LCD monitori rade na principu promene polarizacije svetlosti pomoću tečnih kristala koji su pod određenim naponom. Troše vrlo malo električne energije i zauzimaju malo prostora, što je idealno za prenosive uređaje sa ekranima. Prvi put ih je 1971. godine prozivela kompanija ILIXCO.

Uvod u tečne kristale•Tečne kristale je krajem 19. veka prvi

pronašao austrijski botaničar Friedrich Reinitzer, a sam termin "tečni kristal" smislio je malo kasnije nemački fizičar Otto Lehmann.

Tečni krstali su gotovo providne supstance, koji imaju osobine i čvrste i tečne materije. Svetlo 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 menja njihov molekularni poredak i samim tim i način kako svetlo prolazi kroz njih - što je osobina tečnosti.

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 zameniti monitor sa katodnom cevi.

•Od svog početka, tehnologija se značajno razvila, tako da današnji proizvodi više ne liče na stare, nespretne monohromatske uređaje. Ona se pojavila pre tehnologija ravnih ekrana i osigurala je svoj položaj u oblasti prenosnih i ručnih PC računara, gde je na raspolaganju u dva oblika:

•jeftiniji DSTN (dual-scan twisted nematic - obrnuti nematik sa dvostrukim skeniranjem) i

•tranzistor sa tankim filmom TFT (thin film transistor) za sliku visokog kvalieta.

•Displeji sa tečnim kristalima imaju brojne prednosti u odnosu na ekrane sa katodnim cevima, u pogledu gabarita, potrošnje električne energije i treperenja, kao i "besprekornu" geometriju. Mane su im mnogo veća cena, lošiji vidni ugao i malo slabije performanse prikaza boja.

•LCD je transmisivna tehnologija. Displej radi tako što propušta promenljive količine belog pozadinskog svetla stalnog intenziteta kroz aktivni filter. Crveni, zeleni i plavi elementi piksela dobijaju se jednostavnim filtriranjem belog svetla.

•Prvi princip jednog LCD displeja sastoji se u postavljanju tečnog kristala u "sendvič" između dve fino izbrazdane površine, gde su brazde na jednoj površini normalne (pod uglom od 90 stepeni) u odnosu na brazde na drugoj površini. Ako su molekuli na jednoj površini poređani u pravcu sever-jug, a molekuli na drugoj u pravcu istok-zapad, onda su oni između prisiljeni da budu u stanju obrtanja od 90 stepeni.

•Svetlost prati poredak molekula i zato se obrne za 90 stepeni dok prolazi kroz tečni kristal. Međutim, na osnovu otkrića u RCA America, kada se tečni kristal stavi pod napon, molekuli se sami poređaju vertikalno, dozvoljavajući svetlu da prođe bez obrtanja.

•Drugi princip jednog LCD displeja oslanja se na osobine polarizujućih filtera i same svetlosti. Talasi prirodne svetlosti su orijentisani pod slučajnim uglovima. Polarizujući filter je jednostavno skup veoma finih paralelnih linija. Ove linije dejstvuju kao mreža, zaustavljajući sve svetlosne talase sem onih koji su (slučajno) orijentisani pralelno tim linijama..

•Superpozicijom dva filtera, tako da linije jednog budu raspoređene normalno u odnosu na linije drugog filtra, svetlos bi bila potpuno zaustavljena. Svelost bi prošla kroz drugi polarizator ako bi njegove linije bile tačno paralelne sa prvim, ili ako bi sama svetlost bila obrnuta tako da odgovara drugom polarizatoru

Adresiranje displeja•Adresiranje je proces određivanja koji će,

i kojim redom, pikseli biti uključeni tj. isključeni u procesu formiranja slike.

•Postoje dve vrste adresiranja:1. direktno i2. višelinijsko - multipleksno adresiranje

• Kontroler mora obezbediti napajaDirektno adresiranje je pogodno za displeje gde se prikazuje samo nekoliko elemenata, tako da svaki piksel ima poseban „životni ciklus“. nje za svaki element posebno. Ova vrsta adresiranja se koristi kod sedmosegmentnih LCD displeja.

•Kod multipleksnog adresiranja adresira se veliki broj piksela. Kada su svi elementi regularno poređani mogu biti adresirani na osnovu njihovih kolona i redova umesto da svaki element bude pozivan pojedinačno.

•Ako imamo displej, sa direktnim adresiranjem, sa 10x10 piksela potrebno je 100 elemenata koji uključuju i isključuju piksele. Kod multipleksong adresiranja potrebno je 20 elemenata, po jedan za svaku kolonu i svaki red.

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 vrednosti 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) svetlost koja dolazi kroz pasivni filter je "pogrešno" polarisana i zato zaustavljena. Ali, kada se napon priključi na elemente tečnih kristala, oni se obrću do devedeset stepeni u srazmeri sa naponom, menjajući svoju polarizaciju i puštajući da prođe više svetlosti.

•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 osvežavanja sa sada približavaju onima koje imaju katodne cevi, jer rade oko deset puta brže od DSTN ekrana. VGA ekrani zahtevaju oko 921000 tranzistora (640x480x3), dok je za rezoluciju od 1024x768 potrebno 2359296 tranzistora i svaki treba da bude besprekoran.

•Kompletna matrica tranzistora treba da se proizvede na jednoj jedinoj skupoj silicijumskoj pločici i samo malo prisustvo nečistoća znači da cela ploča mora da se odbaci. To dovodi do znatnog povećanja troškova proizvodnje i glavni je razlog za visoku cenu TFT displeja. To je takođe razlog zašto u svakom TFT displeju postoji nekoliko neispravnih piksela čiji su tranzistori otkazali.

Plazma monitori •Plazma ekranima, koji se odlikuju slikom

sa izvanrednim bojama, velikim dimenzijama i širokim uglom gledanja. Zbog niske rezolucije i velikih dimenzija tačke ne nalaze se u standardnim kučnim PC konfiguracijama, već imaju primenu u prezentacijama multimedialnog sadrzaja većem broju gledalaca.

•Sličnost sa CRT ekranima je u tome sto su takođe emisivni i koriste fosfor, a sličnost LCD ekranima je ukorišćenju XY matrice elektroda odvojenih dielektrikom da bi adresirali indivudualne delove slike.

•Najveća prepreka koju treba da savljadaju je njihova nesposobnost da postignu glatku linearnu promenu od potpuno belog do potpuno tamnog.

•Proizvodnja je jednostavnija nego u slučaju LCD displeja, a troškovi su sličniji onima kod proizvodnje katodnih cevi, ali uz ograničen životni vek displeja od oko 10000 sati. Međutim, broj izdatih patenata za tehnologiju plazma displeja povećao se poslednjih nekoliko godina i sada mnogo velikih elektronskih kompanija veruje da će PDP displeji postati značajan potrošački proizvod.

•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 mešavinom inertnih gasova - kao što su argon, neon ili ksenon - da bi adresirali individualne elemente slike. Inertni gasovi pri visokom naponu se jonizuju (prelaze u stanje plazme) postaju provodni i emituju svetlost.

•U suštini, PDP može da se posmatra kao matrica malih fluorescentnih cevi kontrolisanih upravljačkim mehanizmom. 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 ćeliji su tri podćelije od kojih jedna sadrži crveni, druga plavi, a treća zeleni fosfor. Da bi se stvorile nijanse boja, intenzitetom svake od tri osnovne RGB boje mora se upravljati 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 - Pulse Code Modulation).

•Deljenjem 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 = 16.777.216.

FED (field emision displays)Svaki piksel ima svoju “mini” katodnu cev.

PALCD

Mešavina PDP i LCD tehnologija

Touchscreen monitoriMonitori osetljivi na dodir

LEP tehnologija

•Light Emitting Polymer tj polimeri koji emituju svetlost

HAD technologija

•Svi ovde razmatrani displeji - bilo da su napravljeni od tečnih kristala, fosfora ili plastike - imaju jednu zajedničku osobinu: oni su dvodimenzionalni.

•Međutim, firma British je pokrenula razvoj Reality Vision projekta u saradnji sa izvesnim brojem stranih kompanija u cilju razvoja HAD tehnologije (eng. holographic autostereoscopic display - holografski autostereoskopski displej) i očekuje da uvede prave trodimenzionalne holografske ekrane na potrošečko tržište .

•HAD je jednostavna konverzija LCD tehnologije, gde je pozadinsko svetlo iz LCD zamenjeno sa holografskim optičkim elementom (HOE - holographic optical element). On je podeljen na dva skupa horizontalnih traka koji odgovaraju svakom oku. Rezultat je da levo oko vidi jednu sliku, a desno drugu, čime se postiže trodimenzionalni efekat.

Zaključak•Sa razvojem svih računarskih komponenti

razvijale su se i monitori. Svaka tehnologija ima svoje prednosti i mane i izbor vrste monitora je na samom korisniku. LCD monitori su nekoliko puta manjih dimenzija i nekoliko puta manje potrošnje, praktično bez zračenja i s boljim dizajnom. Nedostatak plazma monitora je je njihova nesposobnost da postignu glatku linearnu promenu od potpuno belog do potpuno tamnog, kao i teška i skupa popravka kvarova.

•Međutim, od početka su postojali problemi koji su CRT monitore održavali u igri. Ako zanemarimo cenu, vernost prikaza i odziv jesu stvari koje su odvraćale ljude koji obrađuju grafiku i fotografije (pogotovo za štampu) i igrače od kupovine LCD monitora. U početku su LCD monitore kupovali korisnici koji nisu bili preterano zahtevni ni po jednom pitanju, a vremenom je kvalitet rastao, tako da se danas LCD monitori nalaze na sve većem broju radnih stolova PC korisnika i taj trend će se sigurno nastaviti.

•Međutim, od početka su postojali problemi koji su CRT monitore održavali u igri. Ako zanemarimo cenu, vernost prikaza i odziv jesu stvari koje su odvraćale ljude koji obrađuju grafiku i fotografije (pogotovo za štampu) i igrače od kupovine LCD monitora. U početku su LCD monitore kupovali korisnici koji nisu bili preterano zahtevni ni po jednom pitanju, a vremenom je kvalitet rastao, tako da se danas LCD monitori nalaze na sve većem broju radnih stolova PC korisnika i taj trend će se sigurno nastaviti.

LITERATURA• [1] EngineerGuyVideo - LCD Monitor Teardown

http://www.youtube.com/watch?v=jiejNAUwcQ8• [2] Gookin D., “PCs For Dummies”, Wiley Publishing Inc.,

10th edition• [3] IEEE Global History Network, 

"First-Hand Histories: Liquid Crystal Display Evolution - Swiss Contributions", IEEE. Retrieved July 31, 2012.

• [4] PCTechGuide.Com http://www.pctechguide.com/• [5] Williams R., "Domains in liquid crystals", July 1963

HVALA NA PAŽNJI!