Anzeigegeräte - Monitore. Monitore

Transkript

1 Monitore Aufbau Die Bilddarstellung erfolgt nach dem Prinzip der Kathodenstrahlröhre (CRT = Cathode Ray Tube) ähnlich den Fernsehröhren. Über drei Elektronenstrahlkanonen werden drei Elektronenstrahlen für die Grundfarben rot, grün und blau erzeugt. In der jeweiligen Strahlrichtung liegt hinter einer Blechmaske oder Metallstreifenmaske die Leuchtschicht für die jeweilige Farbe. Entsprechend der Maskenform unterscheidet man zwischen Lochmaskenröhre, Schlitzmaskenröhre und Trinitronröhre. Entscheidend für die erreichbare Bildschirmauflösung ist der Abstand der Leuchtschichtpunkte bzw. der Leuchtschichtstreifen. Je geringer dieser Abstand ist, desto schärfer kann das Bild dargestellt werden. Dabei liefert ein Lochabstand von z. B. 0,25mm die gleiche Schärfe wie ein Streifenabstand von 0,29mm. Ein Bildpunkt (=pixel) setzt sich aus einem roten, blauen und grünen Leuchtpunkt bzw. Leuchtstreifen zusammen. Das Auge empfindet ein Farbgemisch aus so dicht nebeneinander liegenden Farbpunkten als neue Farbe. Farbgemische aus den drei Grundfarben rot, grün und blau ergeben je nach ihrer jeweiligen Leuchtdichte (=Helligkeit) eine beliebige Farbe. Weiß entsteht wenn alle drei Grundfarben mit größter Helligkeit vorliegen. Seite 1

2 Farbtiefe Die Leuchtdichte der einzelnen Farben ist durch die Stärke des jeweiligen Elektronenstrahl steuerbar. Wird die Leuchtdichte jeder Grundfarbe beispielsweise mit 8 Bits kodiert, so sind insgesamt 24 Bit zur Farbkodierung notwendig. Somit sind 2 24 =16, verschiedene Kombinationen an RGB-Werten möglich und es können 16,7 Mio. Farben dargestellt werden. Man spricht in diesem Fall von einer 24 Bit Farbtiefe (TrueColor). Bei 16 Bit Farbtiefe (HighColor, 2 16 =65536 Farben) werden in der Regel 5 Bit für die Anteile rot und blau und 6 Bit für grün reserviert. 32 Bit Farbtiefe finden zwar hauptsächlich bei Scannern und im Druck Anwendung, aber es gibt inzwischen auch bei Monitoren dafür. Hier werden aber nur 24 Bit für die Farb- und die restlichen 8 Bit für Transparenzinformation verwendet. Bildschirmgröße Um die Größe eines Bildschirmes anzugeben wird die Länge der Diagonale des Leuchtschirmes gemessen und in Zoll umgerechnet. Dabei entsprechen 2,54 cm einem Zoll. Leider ist bei CRTs nicht die gesamte Diagonale sichtbar, da die Kathodenstrahlröhre in ein Gehäuse eingebaut werden muss und der Rahmen einen mehr oder minder breiten Rand des Leuchtschirmes verdeckt. Auflösung Die Auflösung wird stets mit zwei Zahlen angegeben, welche die Anzahl der darstellbaren Pixel in horizontaler und vertikaler Richtung angeben. Sie ist in horizontaler Richtung von den Abständen der Löcher in der Lochmaske bzw. der Streifen bei einer Streifenmaske (jeweils mit dot pitch bezeichnet) und in vertikaler Richtung von der Anzahl der Zeilen abhängig. Typische Auflösungen sind: Auflösung Bildpunkte Bezeichnung 640 x VGA (Video Graphics Adapter ) 800 x SVGA (Super Video Graphics Adapter ) 1024 x XGA (Extended Graphics Adapter ) 1280 x SXGA (Super Extended Graphics Adapter) Bildwiederholfrequenz und Horizontalfrequenz Zur Bilderzeugung werden die drei Elektronenstrahlen zeilenweise über den Bildschirm gelenkt. Mit dem einmaligen Durchlaufen aller Zeilen entsteht für einen kurzen Augenblick durch das Nachleuchten der Leuchtschicht ein Bild. Zur dauerhaften Bilddarstellung muss das Bild kontinuierlich wiederholt werden. Für ein flimmerfreies Bild muss dies mindestens 75 Mal pro Sekunde erfolgen. Man spricht von einer Bildwiederholfrequenz von 75 Hz. Die Horizontalfrequenz gibt an wie oft der Elektronenstrahl pro Sekunde von links nach rechts die Leuchtschicht überstreicht. Seite 2

3 Bildkorrekturen CRTs weisen aufgrund ihres Aufbaus von Haus aus bestimmte Darstellungsfehler (siehe Grafik) auf, die jedoch ausgeregelt werden können. Dies kann entweder manuell über das OSM (=On-Screen Menu) oder automatisch über die Plug-and-Play Funktionalität des Monitors erfolgen. In letzterem Fall identifizieren sie die Art der Grafikkarte über DDC (=Display Data Channel) und stellen sich automatisch auf die Eigenschaften der Grafikkarte ein. Im Gegenzug erhält auch die Grafikkarte Informationen über den Monitor, wie z. B. Angaben über die Ablenkfrequenzen. Ergonomie Beim Betrieb von Bildschirmröhren entstehen sowohl niederfrequente elektromagnetische Felder (z. B. von den Wicklungen zur Ablenkung des Elektronenstrahles), als auch hochfrequente elektromagnetische Strahlung (z. B. Röntgenstrahlung durch das Auftreffen der Elektronen auf der Leuchtschicht). Zum Schutz des Benutzers sind Grenzwerte der Strahlung festgelegt. Strahlungsarme Monitore entsprechen dem MPR-II Standard 1 oder der TCO 2 -Norm 92/95/99. 1 MPR: Mät- och Provräd ; Bezeichnung des schwedischen Amtes für Umweltschutz 2 TCO: Tjänstemännens Centralorganisation ; Dachverband der schwedischen Angestellten und Beamtengewerkschaft; TCO-Norm ist eine Erweiterung des MPR-II Standards. Seite 3

4 Informationen zu den wichtigsten Prüfzeichen auf Monitoren Eines dieser deutschen Siegel bekommt ein auf Gerätesicherheit (Vermeidung von Stromschlägen, Brandgefahr, etc.) getesteter Monitor. Vom TÜV Rheinland wird auch eine Ergonomieprüfung durchgeführt. (Certificat Euopéen) Für Monitore gilt insbesondere die Richtlinie über elektromagnetische Verträglichkeit, d. h. ein Monitor darf durch seine Abstrahlung andere Geräte nicht stören und muss selbst störungssicher arbeiten. TCO und MPR ist eine schwedische Ergonomie-Norm, welche auch die elektrostatische, elektromagnetische und Röntgen-Abstrahlung von Monitoren begrenzt. Es gilt: Je aktueller die Jahreszahl im TCO-Siegel, desto schärfere Grenzwerte werden eingehalten. Umweltsiegel Blauer Engel, das die recyclinggerechte Konstruktion und umweltschonende Produktion bescheinigen. ISO 9[ _] Ein US-amerikanisches Umwelt-Siegel, welches für Computersysteme und Monitore einen Maximalverbrauch von 30W, ab Juli 2000 von 15W im Schlaf-Modus vorschreibt. Eine internationale Norm, die Standards für Produktsicherheit und Qualitätssicherung festlegt. Seite 4

5 Aufgaben 1. Arbeitet ein Bildschirm (CRT) mit additiver oder subtraktiver Farbmischung? 2. Ein CRT weist üblicherweise ein Seitenverhältnis von 4:3 auf. Bestimmen Sie die Breite und Höhe eines 21 Bildschirms in Zentimeter. 3. Berechnen Sie welchen Dot-Pitch ein 19 Monitor mit einer sichtbaren Bildschirmbreite von 376,8 mm und einer Höhe von 301,5 mm für eine maximale Auflösung von 1280 x 1024 aufweisen muss. 4. Geben Sie eine Formel an wie die Horizontalfrequenz eines Monitors aus der Bildwiederholfrequenz berechnet werden kann. 5. Geben Sie 4 Standard-Auflösungen an. Nennen Sie deren Kurzbezeichnungen und berechnen Sie die Anzahl der dargestellten Pixel. 6. Welcher Lochmaskenabstand ist erforderlich um eine Auflösung von 1024 x 768 an einem 17 Monitor bzw x 1024 an einem 21 Monitor darzustellen? 7. Welcher Zusammenhang besteht zwischen Vertikalfrequenz (=Bildwiederholfrequenz), Auflösung und Horizontalfrequenz? 8. Überprüfen Sie bei folgenden Auflösungen und Vertikalfrequenzen die Einhaltung der Ergonomie-Norm. - Auflösung: 800 x 600 H f = 70 kh - Auflösung: 1024 x 768 H f = 70 kh - Auflösung: 1280 x 1024 H f = 75 kh 9. Welche Vor- bzw. Nachteile hat ein Röhrenmonitor gegenüber TFTs? Seite 5

6 Lösung 1. Arbeitet ein Bildschirm (CRT) mit additiver oder subtraktiver Farbmischung? Er arbeitet mit additiver Farbmischung, da er ein aktiv lichterzeugendes Medium ist. Das ist auch an den drei Grundfarben rot, grün und blau erkennbar. 2. Ein CRT weist üblicherweise ein Seitenverhältnis von 4:3 auf. Bestimmen Sie die Breite und Höhe eines 21 Bildschirms in Zentimeter. 4 Länge der Diagonalen in cm: d = 21 2,54 cm/zoll = 53,34 cm Winkel φ: tan φ = 4 / 3 = 1,33 --> φ = 53,13 3 d Höhe der CRT: h = d cos φ = 53,35 cm 32,01 cm Breite der CRT: b = d sin φ = 53,35 cm 42,67 cm φ Alternativer Lösungsweg: d 2 = (3b) 2 + (4b) 2 = 9b b 2 = 25b 2 --> b 2 = d 2 / 25 --> b = d / 5 3 b d 4 b --> Monitorbreite ist stets 4/5 = 80% der Diagonalen. 3. Berechnen Sie welchen Dot-Pitch ein 19 Monitor mit einer sichtbaren Bildschirmbreite von 376,8 mm und einer Höhe von 301,5 mm für eine maximale Auflösung von 1280 x 1024 aufweisen muss. Es sollen in der waagrechten auf 376,8 mm 1280 Pixel dargestellt werden: --> 376,8 mm / 1280 Pixel = 0,29 mm Senkrecht sollen auf 301,5 mm 1024 Pixel angezeigt werden: --> 301,5 mm / 1024 Pixel = 0,29 mm 4. Geben Sie eine Formel an wie die Horizontalfrequenz eines Monitors aus der Bildwiederholfrequenz berechnet werden kann. Horizontalfrequenz = Zeilenzahl x Bildwiederholfrequenz ( % Synchronisation) Seite 6

7 5. Geben Sie 4 Standard-Auflösungen an. Nennen Sie deren Kurzbezeichnungen und berechnen Sie die Anzahl der dargestellten Pixel. Auflösung Bildpunkte Bezeichnung 640 x VGA (Video Graphics Adapter ) 800 x SVGA (Super Video Graphics Adapter ) 1024 x XGA (Extended Graphics Adapter ) 1280 x SXGA (Super Extended Graphics Adapter) 6. Welcher Lochmaskenabstand ist erforderlich um eine Auflösung von 1024 x 768 an einem 17 Monitor bzw x 1024 an einem 21 Monitor darzustellen? Bildschirmbreite = 80% der Bildschirmdiagonalen (siehe Aufgabe 2) Dot-Pitch = (Bildschirmbreite) / (Horizontale Auflösung) --> Für 17 Monitor: Bildschirmbreite = 17 2,54 cm/zoll 0,8 = 34,54 cm Dot-Pitch : 34,54 cm / 1024 = 0,033 cm = 0,33 mm --> Für 21 Monitor: Bildschirmbreite = 21 2,54 cm/zoll 0,8 = 42,67 cm Dot-Pitch : 42,67 cm / 1280 = 0,033 cm = 0,33 mm 7. Welcher Zusammenhang besteht zwischen Vertikalfrequenz (=Bildwiederholfrequenz), Auflösung und Horizontalfrequenz? Vertikalfrequenz = Horizontalfrequenz / (Vertikale Auflösung) 0,95 (Anmerkung: Vertikale Auflösung = Zeilenzahl) 8. Überprüfen Sie bei folgenden Auflösungen und Vertikalfrequenzen die Einhaltung der Ergonomie-Norm. Ergonomie-Norm besagt: Vertikalfrequenz V f > 85 Hz - Auflösung: 800 x 600 H f = 70 khz : V f = (70000 Hz / 600) 0,95 = 111 Hz - Auflösung: 1024 x 768 H f = 70 khz: V f = (70000 Hz / 768) 0,95 = 86,6 Hz - Auflösung: 1280 x 1024 H f = 75 khz: V f = (75000 Hz / 1024) 0,95 = 69,6 Hz X 9. Welche Vor- bzw. Nachteile hat ein Röhrenmonitor gegenüber TFTs? Vorteile: - Eignet sich für alle Arten von Anwendungen (Text, Video, Grafik,...) - kleinere Auflösungen verlieren kaum an Zeichenschärfe (immer Vollbilddarstellung) - kein Schmiereffekt bei schnellen Bewegungen - großer Sichtwinkel - keine Einschränkung der Farbtiefe Seite 7

8 Nachteile: - Leuchtkraft und Zeichenschärfe nehmen mit der Zeit ab - Eckbereiche immer leicht unscharf - großer Platzbedarf - Bildgeometrie muss meist von Hand (nach)justiert werden - Weißflächen flackern bei geringer Bildwiederholrate und hoher Auflösung - höhere Wärmeentwicklung (besonders nachteilig in Großraumbüros) Seite 8