Анализ и оценка технико-эксплуатационных характеристик дисплеев

28 Содержание Введение….……………………… ………………………………………………..….….. . 3 1 Анализ и оценка технико-эксплутационных характеристик видеотерминальных уст р ойств (дисплеев)……………………………………………………………………. . . 4 1.1 Видеомониторы………… …………………………………………………………….4 1.2 Принци пы работы совре менных дисплеев…………………………………………. 8 1.3 Видеоконтроллеры…………………………………………………………… …… .. 23 Заключение…………………… …………………………………………………………. 26 Приложени я ……… ……………………………………… ………………………..……..28 Вве дение Отчет по производственно-технологической практике студентки 5 курса Комсомольского- на-Амуре филиала НАЧОУ ВПО СГА, группы З Ин - 609, направлени е подготовки - «И нформатика и ВТ » , Т узеев ой Ирин ы Ген надьевн ы . Прохождение производственно-технологической практики осуществлялось в плановом отделе ООО « У правляющая компания «Служба заказчика по многоквартирному дому» » ( « ООО «УК «СЗ по МК Д» ) . Руководитель практики: Тарханцев а А.Е. , директор. Сроки прохождения практики: с 17.01.2011 по 13.02.2011 года, что составляет 4 недели, 160 часов. Тема производственно-технологической практ ики : « Анализ и оценка технико-эксплутационны х характерис тик видеотерминальных устройств ( дисплеев) » , что соответству ет теме выпускной квалификационной работы. Ц елью прохождения практики является — закрепление и уг лубление теоретических знаний, приобретение практ ического опыта, сбор и анализ материала для вы пускной бакалаврской работы, подготовка к написани ю дипломной работы. Задач и производственно-технологической практики : - сформировать четкие знания о новейши х достижениях информационных технологий и систем; - выработать устойчивые навыки использования технической и справочной литературы по разработке программного продук та; - подготовк а студента к выполнению выпускной бакалаврской работы и самостоятельной профессиональной деятельности. Практику проходил а в плановом отделе ООО «УК «Служба заказчика по многоквартирному дому»», где установлены устаревшие мониторы с элек тронно-лучевыми трубками и стоит вопрос о замене их на более современные . 1 Анализ и оценка техник о-эксплутационых характеристик видеотерминальных устр ойств (дисплеев) 1.1 Видеомониторы Те ма моей преддипломной практики « А нализ и оценка технико-эксплутационных характеристик видеотерминальн ых устройств ( дисплеев) » , что соответствует теме дипломного проекта. Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и в идеоконтроллера (адаптера). Видеоконтроллеры входят в состав системног о блока ПК (находятся на видеокарте, устанавливаемой в разъем материнско й платы), а видеомониторы – это внешние устройства ПК. Видеомонитор, дисплей или просто монитор – устройство отображения тек стовой и графической информации на экране (в стационарных ПК – на экран е электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), в портативных ПК – на жидкокристаллич еском плоском экране). Монито м р — универсальное устройство визуального отображения всех видов информац ии, состоящее из дисплея и устройств, предназначенных для вывода текстов ой, графической и видео информации на дисплей. Рассмотрим дисплей на базе ЭЛТ. В состав монитора входят: панель ЭЛТ, блок разверток, видеоусилитель, бло к питания и др. В зависимости от вида управляющего лучом сигнала монитор ы бывают аналоговые и цифровые. Аналоговые мониторы позволяют более качественно, с большим количество м полутонов и цветовых оттенков формировать изображение на экране. Размер экрана монитора задается обычно величиной его диагонали в дюйма х: от 10 до 21 дюйма (наиболее типичн ое значение – 14 дюймов). Важной характеристикой монитора является частота его кадровой разверт ки. Смена изображений (кадров) на экране с частотой 25 Гц воспринимается гл азом как непрерывное движение, но глаз при этом из-за мерцания экрана быс тро устает. Для большей устойчивости изображения и снижения ус талости глаз у современных качественных мониторов поддерживается част ота смены кадров на уровне 70 - 80 Гц; при этом частота строчной развертки дос тигает 40 - 50 кГц и возрастает полоса частот видеосигнала. Поскольку частота разверток в мониторе должна быть согласована с часто тными характеристиками видеоадаптера, более удобны мультичастотные мо ниторы, автоматически подстраивающиеся под адаптер (например, мультича стотные мониторы с частотами кадровой и строчной разверток соответств енно 50 - 120 Гц и 30 - 60 кГц). Строчная развертка может быть построчной и черезстрочной, последняя по зволяет получить большую разрешающую способность, но снижает вдвое фак тическую кадровую частоту, т. е. увеличивает мерцание экрана. Поэтому пре дпочтительнее построчная развертка (есть мониторы, работающие и в том, и в другом режиме – при необходимости получения большего разрешения вкл ючается черезстрочная развертка). Разрешающая способность мониторов. Видеомониторы обычно могут работат ь в двух режимах: текстовом и графическом. В текстовом режиме изображение на экране монитора состоит из символов р асширенного набора ASCII , формируемых знакогенератором (возможны примитив ные рисунки, гистограммы, рамки, составленные с использованием символов псевдографики). В графическом режиме на экран выводятся более сложные изображения и над писи с различными шрифтами и размерами букв, формируемых из отдельных мо заичных элементов – пикселей ( pixel – picture element ). Разрешающая способность мониторов нужна прежде всего в графическом ре жиме и связана с размером пикселя. Измеряется разрешающая способность максимальным количеством пикселе й, размещающихся по горизонтали и по вертикали на экране монитора. Завис ит разрешающая способность как от характеристик монитора, так, даже в бо льшей степени, и от характеристик видеоадаптера. Стандартные значения разрешающей способности современных мониторов: 640x480, 800x600, 1024x768, 1600x1200, но реально могут быть и иные значения. Важной характеристикой монитора, определяющей четкость изображения на экране, является размер зерна (точки, dot pitch ) люминофора экрана монитора. Чем меньше зерно, тем, естественно, выше четкость и тем меньше устает глаз. Вел ичина зерна мониторов имеет значения от 0,41 до 0,18 мм. Следует иметь в виду, что у мониторов с большим зерном не может быть дости гнута высокая разрешающая способность (например, экран с диагональю 14 дюймов имеет ширину 265 мм, для получения разрешающей сп особности 1024 точки по горизонтали размер зерна не должен превышать 265/1024 = 0,22 мм, в противном случае пиксели сл иваются и изображение не будет четким). Совместно с компьютерами IBM PC могут использоваться различные типы монито ров, как монохромные, так и цветные ( см. Прил ожение А ) Монохромные мониторы . Они значительно дешевле цветных, но имеют большую р азрешающую способность. Среди монохромных чаще других используются: · монохромные мониторы пр ямого управления – обеспечивают высокую разрешающую способность при отображении текстовых и псевдографических символов, но не предназначе ны для формирования графических изображений, построенных из отдельных пикселей; работают совместно только с монохромными видеоконтроллерами ; · композитные монохро мные мониторы – обеспечивают качественное отображение и символьной, и графической информации при совместной работе с цветным графическим ад аптером (но выдают, естественно, монохромное: зеленое или чаще всего янта рное изображение). Цветные мон иторы . В качестве цветных мониторов используются: · композитные цветные мон иторы и телевизоры – обеспечивают и цвет, и графику, но имеют довольно ни зкую разрешающую способность; · цветные RGB -мониторы – являются, пожалуй, самыми качественными, обладающими высокой разрешающ ей способностью и графики, и цвета ( RGB – Red - Green - Blue – красный-зеленый-синий, исп ользуют для каждого из этих цветовых сигналов свой провод, а в композитн ых – все три цветовых сигнала идут по одному проводу). RGB -мониторы работаю т совместно с цветным графическим контроллером. В портативн ых ПК часто используются видеопанели различного типа, например электро люминесцентные, жидкокристаллические и др. ( см. приложен ие Б) Для настольных компьютеров используются различные типы видеомониторо в: CD ( Color Display – цветной дисплей), ECD ( Enhanced CD – улучшенный цветной дисплей) и PGS ( Professional Grafics System - профессиональная графическая система) и др. ( см . П риложение Б ). Наибольшую разрешающую способность с хорошей передачей полутонов из п рименяемых в настоящее время мониторов имеют монохромные композитные мониторы с черно-белым изображением типа " paper white " (используемые часто в наст ольных издательских системах); их разрешающая способность при совместн ой работе с видеоконтроллером типа SVGA : 1280x1024 пикселей. Среди прочих характеристик мониторов следует отметить: наличие плоско го или выпуклого экрана (первый вариант предпочтительнее: большая прямо угольность изображения, меньшие блики); уровень высокочастотного радио излучения (увеличивается с увеличением полосы частот видеосигнала, но з начительно уменьшается при хорошем экранировании – мониторы с низким уровнем излучения типа LR ( Low Radiation ); наличие защиты экрана от электростатичес ких полей – мониторы типа AS ( Anti Static ); наличие системы энергосбережения – мо ниторы типа G ( Green ) и др. 1.2 Принципы работы соврем енных дисплеев Жидкокриста ллические дисплеи . Принципы работы с овременных дисплеев . И стория жидких кристаллов началась более ста лет назад с исследований из вестного ботаника Фридриха Рейнитцера (Friedrich Reinitzer). Потрясающая наблюдательность позволила ему заметить, что орга ническое вещество холестерилбензоат при температуре плавления превра щалось в мутную, сильно рассеивающую свет жидкость, которая при дальнейш ем нагревании становилась прозрачной. Феномен наличия у одного веществ а сразу двух температур плавления объяснил немецкий кристаллограф Отт о Леманн (Otto Lehmann), у которого австрийский ученый попросил совета. Леманн откр ыл, что, вопреки первоначальному мнению, мутная фаза принадлежит не твер дому телу, а жидкости, обладающей анизотропией – свойством, как до того с читалось, присущим исключительно кристаллам. За это первооткрыватель и назвал соединение «жидким кристаллом». Миллионы оттенков на экране образуются путем оптического смешения изл учений трех базовых цветов: красного, зеленого и синего В 1924 году этими удивительными веществами заинтересовался великий физик и талантливый экспериментатор (и что отрадно, наш соотечественник) Всево лод Фредерикс, который в результате своих исследований установил неско лько интереснейших свойств молекул жидких кристаллов. В 30-х годах вместе с коллегами В. Золиной и В. Цветковым он провел ряд работ, впоследствии при знанных классическими, посвященных исследованию влияния электрическо го поля на ориентацию нематиков (определенным образом упорядоченных ЖК). Несмотря на открытия группы Фредерикса, интерес научного сообщества к н овым веществам проявился лишь в 1963 году. На сей раз ими занялся американец Дж. Фергюсон (J. Ferguson), решивший использовать способность кристаллов изменят ь цвет под воздействием температуры для обнаружения тепловых полей. Спустя всего два года после этого произошло другое знаменательное собы тие: в США собралась первая международная конференция, посвященная жидк им кристаллам. В 1968 году американские же ученые на основе технологии ЖК ра зработали принципиально новые индикаторы для систем отображения инфор мации. И наконец, в 1973 году группа английских химиков под руководством Джорджа Г рея (George Gray) сделала то, что позволило вывести жидкие кристаллы на качествен но новый уровень развития: синтезировала их из относительно дешевого и д оступного сырья. После этого уникальные соединения получили очень широ кое распространение – начиная от термографии (в микроэлектронике, на пр оизводстве и в медицине) и заканчивая детектированием ультразвуковых в олн. Потребовалось почти 70 лет, для того чтобы жидкие кристаллы «выбрались» и з лабораторий и начали использоваться на практике. Каковы же удивительн ые свойства данных материалов, и от чего они зависят? Вещество, которое от носят к ЖК, находится в определенной фазе и в таком состоянии приобретае т текучесть, присущую жидкостям, но при этом не теряет упорядоченность м олекул, свойственную обычным кристаллам. Именно на данном природном дуа лизме основано различие между тремя типами внутреннего «порядка» жидк их кристаллов – смектическим, нематическим и холестерическим. Смектические ЖК по своему строению ближе к твердым структурам и помимо в заимной ориентации молекул обладают делением на плоскости. Наиболее «п ограничны» нематики, так как у них упорядоченная ориентация (как у крист аллов) сочетается с хаотическим расположением центров тяжести «корпус кул» (как у соединений, обладающих текучестью). И наконец, жидкие кристалл ы с холестерическим порядком напоминают расслоившиеся нематики: кажды й последующий слой в них повернут относительно предыдущего на некоторы й угол, из-за чего холестерики иногда называют «скрученными нематиками» . Кстати сказать, последние два вида кристаллов различаются между собой весьма и весьма условно, поскольку холестерический порядок можно получ ить и при помощи добавления к нематическому материалу специальных доба вок с содержанием хиральных (оптически активных) молекул: они содержат а симметрический атом углерода и являются зеркально-несимметричными (в о тличие от нематиков). Принцип построения жидкокристаллических дисплеев основан на свойстве нематиков поворачивать плоскость поляризации проходящего через них св ета, причем угол поворота зависит от положения кристалла относительно п адающего пучка света. Нематик меняет ориентацию в электрическом поле бл агодаря замечательному свойству, называемому анизотропией диэлектрич еской проницаемости. Таким образом, мы получаем работоспособную конфиг урацию: с одной стороны, электрическое поле будет заставлять молекулы ЖК поворачиваться на нужный угол (в зависимости от значения приложенного н апряжения), а с другой – упругие силы, порожденные межмолекулярными свя зями, будут стремиться вернуть исходную ориентацию директора (вектор ед иничной длины, направление которого совпадает с направлением усреднен ной ориентации длинных осей молекул) при сбросе напряжения. Описанная во врезке технология построения жидкокристаллических диспл еев в виде двух стеклянных пластин с нанесенными на стекло электродами б ыла исторически первой, но на данный момент уже перестала применяться в IT- индустрии. Мониторы, изготовленные таким образом, назывались пассивно-м атричными. В настоящее время во всех типах LCD используется активная матри ца, в которой каждый субпиксель имеет свой собственный управляющий тран зистор, а размер электрода ограничивается размером одного субпикселя. Б олее того, каждая ячейка снабжена параллельно включенным конденсаторо м, позволяющим поддерживать напряжение и, следовательно, ее состояние ко нстантным; таким образом удалось полностью избавиться от мерцания ЖК-экранов. Из-за требования к прозрачности матрицы в целом транзисторы имеют толщину ме нее 0,1 мкм и называются тонкопленочными (Thin Film Transistors, TFT). В настоящий момент существует также несколько различных технологий пр оизводства активно-матричных панелей, различающихся способом располож ения кристаллов и, что куда важнее для конечного пользователя, параметра ми. Панель типа TN (Twisted Nematics) является самой недорогой в производстве, что опред еляет ее доминирование на рынке массовых мониторов. Рассматривать кажд ую из существующих разработок подробно не имеет смысла, поскольку таких материалов в интернете навалом, да и журнал наш изготовлен совсем не из р езины (смайл). Несмотря на успешное решение многих проблем, изначально мешавших широк ому распространению ЖК (таких как маленькие углы обзора, низкая контраст ность, дефективное отображение динамичной картинки, большое время откл ика матрицы и пр.), на сегодняшний день, как мне думается, технология в свое м развитии практически достигла апогея и в дальнейшем каких-либо сенсац ий от нее ждать не стоит. А поскольку сейчас на рынке явно прослеживается тенденция к увеличению диагонали монитора, обитающего на столе среднестатистического пользов ателя, с 17 до 19, а то и до всех 20 дюймов , да и набирающее популярность телевидение высокой четкости требует от дисплея улучшенного качества картинки, все более вероятным мне кажет ся появление некой новой разработки, которая будет экономически выгодн а и удовлетворит возросшие требования потребителей. Почему я делаю став ку именно на новую идею? Да потому что, как вы увидите из следующих частей обзора, существующие и здравствующие ныне системы отображения информа ции либо давно и прочно заняли свою нишу, либо готовятся к переходу в сове ршенно неожиданные области и в связи с этим уже не могут претендовать на роль «дисплея будущего». К примеру, OLED-экраны планируют использовать в самолетах и болидах «Формул ы-1». Плазма . Изучение плазмы, в отличие от исследования ЖК, имеет н е столь длительную историю, поскольку началось только в 60-х годах XX века. Пр омышленное же использование этой технологии относится всего лишь к 90-м г одам. Авторами открытия стали четверо американских ученых: Дональд Битц ер (Donald Bitzer), Джин Слоттоу (Gene Slottow), Роберт Вилсон (Robert Willson) и В. Арора (V. Arora). Первый прототи п матрицы они выпустили спустя всего четыре года после начала работы: он имел размер 4 х 4 пикс. и излучал обыкновенный голубой цвет. Следующим шаго м стал цветной темно-красный экран (16 х 16 точек), изготовленный с применение м неона, – такие панели назывались газоразрядными. Правда, эффективность излучения в газах оказалась довольно слабой. Несм отря на это, технология заинтересовала промышленников, и такие гиганты, как IBM, NEC, Fujitsu и Matsushita, присоединились к ее развитию. Но даже при столь мощной подд ержке на тот момент рынок не породил спроса, оправдывающего дорогостоящ ее производство, поэтому итог был печален: в США осталась лишь горстка эн тузиастов, которые продолжали исследования в этом направлении. Положен ие спасла Япония, у которой была долгосрочная государственная программ а по развитию дисплейной отрасли. В Стране восходящего солнца были орган изованы университеты и институты, посвященные исключительно разработк е плазменных экранов, деятельность которых контролировало правительст во, и результатом всех этих усилий явился выпуск в 90-х годах первой коммер ческой модели. Изучение плазмы, в отличие от ЖК, имеет не столь длительную историю – оно началось лишь в 60-х годах XX века Ячейка газоразрядного дисплея не представляет собой ничего особенного : как и в других видах экранов, она состоит из трех субпискелей, каждый из к оторых излучает один из основных цветов (R, G, B) за счет люминофора. Принципи альное отличие здесь в том, что каждая субъединица представляет собой ми кроскопическую флуоресцентную лампу, а с помощью регулирования яркост и ее свечения можно добиться отображения различных оттенков. Такие ламп ы работают аналогично люминесцентным: они представляют собой запечата нную стеклянную тубу, наполненную инертным газом с небольшой примесью р тути, на концах которой находятся катоды. Образование света происходит при ионизации газа, необходимым условием возникновения которой является достаточно большое пусковое напряжени е (больше 1000 В, подается на несколько сотен микросекунд), которое после обра зования дугового разряда быстро падает до 80-240 В. Инертный газ в обычном сос тоянии нейтрален, но под воздействием тока превращается в плазму, то ест ь распадается на ионы и свободные электроны, которые внутри трубки движу тся к разным полюсам. Подобное поведение приводит к столкновениям с атом ами: они после каждого удара набирают энергию, и электроны переходят на н овый энергетический уровень. Когда электроны возвращаются на изначаль ную орбиту, они испускают фотон – квант света. Итак, излучение света является результатом движения плазмы под действи ем сильного электрического поля, и, чтобы обеспечить это движение, прило жения к полюсам трубки постоянного потенциала недостаточно. Для поддер жания эмиссии фотонов используется переменный ток, таким образом дости гается непрекращающийся «перелет» ионов от одного катода к другому. Плазма излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне, не воспринимаемый ч еловеческим глазом (он имеет длину волны, не попадающую в диапазон видим ых). С одной стороны, это недостаток, а с другой – достоинство, поскольку с помощью люминофора ультрафиолет можно «превратить» в любой цвет. Для эт ого на стенки трубки наносят порошок, чувствительный к УФ-лучам и испуск ающий красный, синий или зеленый свет. «Газоразрядные» панели были не пе рвыми, в которых инженеры применили люминофоры, – исторически им предше ствовали знаменитые ЭЛТ-экраны. Итак, в «плазме» пиксели работают подобно люминесцентным трубкам, но при создании панелей приходится преодолевать ряд трудностей. Первая из них связана с физическим размером ячейки, который равен 200 х 200 х 100 мкм, – а ведь и х нужно уложить на матрице несколько миллионов, один к одному. Вторая зад ача – это обеспечение прозрачности переднего электрода. В качестве кат ода, как правило, используется оксид индия и олова, так как это вещество от вечает вышеприведенным требованиям (кстати, его же применяют и в OLED). К сожа лению, эти экраны могут быть столь большими, а слой оксида – столь тонким , что при протекании больших токов на проводниках будет заметно падать н апряжение, что сильно уменьшит по амплитуде и исказит сигналы. Поэтому и нженеры решили применять в качестве промежуточного соединительного пр оводника хром, который обладает большей устойчивостью, но непрозрачен. И последний вопрос, который возникает в каждой вновь созданной технологии, – это адресация пикселей. В данном случае обеспеч ение независимой адресации каждой субъединицы невозможно, поэтому реш или пойти по пути мультиплексирования, или объединения передних дороже к в строки, а задних – в столбцы. Конечно, существует еще несколько альтернативных технологий построени я плазменных дисплеев, например АСС, в которой используется не два элект рода, а целых три (третий электрод служит для адресации субпикселя); а такж е монолитные панели, которые применяются на коммерческих презентациях; но здесь не имеет смысла их рассматривать, поскольку из вышеизложенного ясен основной принцип работы газоразрядных мониторов. Из преимуществ плазмы перед жидкими кристаллами на память сразу приход ят более сочный и широкий цветовой диапазон, отличные углы обзора, повыш енная контрастность и, конечно, легкость в конструировании экранов боль шого размера при минимальной толщине. Из недостатков – слишком большой размер пикселя, отсутствие хорошей градации темных оттенков, быстрая ут омляемость глаз из-за напряжения периферического зрения, которым челов ек пытается уловить излучение с модуляцией по яркости 85-90 Гц (плазма дает т акое излучение в любом случае); сложности с устранением мерцания и артеф актов и, наконец, выгорание люминофора с течением времени. Однако в целом на сегодняшний день плазма стала лучшим решением для матриц с диагональ ю от 32