Міністерство освіти і науки України

Департамент освіти і науки, молоді та спорту Чернівецької ОДА

Буковинська Мала академія наук

Наукове об’єднання Зеленецької ЗОШ «Пошук»

Монітори: порівняльний аналіз та основні характеристики

Зелена – 2014

Дана робота складається із вступу, двох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків.

У першому розділі вивчаються основні характеристики моніторів, їх принцип роботи та вплив на організм людини. Також наведені візуальні характеристики моніторів.

У другому розділі наведені переваги та недоліки деяких типів моніторів, на основі чого розроблена порівняльна характеристика та дані рекомендації щодо експлуатації та збереження власного здоров’я. 

Мета цієї роботи полягала в тому, щоб після вивчення основних трьох типів моніторів навести їхні переваги та недоліки і визначити який же тип є найдосконалішим і найбезпечнішим для людського організму.

Сучасна молодь проводить багато часу за комп’ютером, про що свідчить дослідження, проведене серед учнів 9-11 класів. Також сучасна дитина починає знайомитися з комп’ютером і ґатжетами ще з дошкільного віку і тому потрібно захистити її від їх впливу, що і приводить нас до актуальності даної теми.

Зміст

Вступ

Розділ І. Основні характеристик

1.1 Основні характеристики моніторів

1.2 ЕПТ

1.2.1 Характеристики

1.2.2.Принципи роботи

1.2.3.Вплив на організм людини

1.3 Рідкокристалічний дисплей

1.3.1 Характеристики

1.3.2 Принцип роботи

1.3.3 Вплив на організм людини

1.4  Плазмові монітори

1.4.1 Характеристики

1.4.2 Принцип роботи

1.4.3 Вплив на організм людини

1.5 Візуальні характеристики моніторів

1.5.1 Особливості візуальних характеристик моніторів.

1.5.2 Вплив візуальних характеристик моніторів на зір.

Розділ ІІ. Порівняльний аналіз

2.1 Переваги і недоліки моніторів

2.1.1  ЕПТ

2.1.2 РК-моніторів.

2.1.3 Плазмові монітори

2.2 Порівняльна характеристика

2.3 Рекомендації щодо забезпечення безпечної експлуатації

Висновки

Список використаних джерел

Додатки

Вступ

Монітор - універсальний пристрій візуального відображення всіх видів інформації, який складається з дисплея і пристроїв, призначених для виводу текстової, графічної та відео інформації на дисплей. Розрізняють алфавітно-цифрові та графічні монітори, а також монохромні монітори та монітори кольорового зображення - активно-матричні і пасивно-матричні РКМ.

Століття моніторів з електронно-променевою трубкою невідворотно відходить у минуле. Неймовірно, але за якихось декілька років багатосторінкові журнальні огляди новітніх моделей традиційних моніторів поступилися місцем ґрунтовним описам властивостей плоскопанельних дисплеїв, перш за все рідкокристалічних, а тепер і плазмових. Так, технології не стоять на місці, і ось вже плазма, вищий енергетичний стан речовини, працює там, де потрібна блискавична швидкість обміну інформацією. Проте комерційний цикл будь-якого винаходу не вічний, і ось вже виробники, що запустили масове виробництво LCD-панелей, готують наступне покоління технологій зображення інформації. Пристрої, які прийдуть на заміну рідкокристалічним, знаходяться на різних стадіях розвитку. Деякі, такі як LEP (Light Emitting Polymer - світловипромінюючі полімери), тільки виходять з наукових лабораторій, а інші, наприклад, на основі плазмової технології вже являють собою закінчені комерційні продукти. Хоча плазмовий ефект відомий науці досить давно (він був відкритий в лабораторіях Іллінойського університету в 1966 році), плазмові панелі з’явилися тільки в 1997 році в Японії. Чому так сталося? Це пов’язано і з дорожнечею таких дисплеїв, і з їх відчутною «ненажерливістю». Хоча технологія виготовлення плазмових дисплеїв дещо простіша, ніж рідкокристалічних, але той факт, що вона ще не поставлено на потік, сприяє підтримці високих цін на цей товар. Незрівнянну якість зображення й унікальні конструктивні особливості роблять інформаційні панелі на плазмовій технології особливо привабливими для державного та корпоративного сектора, охорони здоров’я, освіти, індустрії, розваг.

Розділ І. Основні характеристик

1.1 Основні характеристики моніторів

Монітор (monitor – слідкувати) або дисплей (display – відображувати) – електронний пристрій для відображення інформації. Сучасні комп’ютерні монітори бувають кількох типів:

•                 на основі електронно-променевої трубки (CRT).
•                 рідкокристалічні (LCD)
•                 плазмові
•                 проекційні

Основні параметри моніторів

З точки зору користувача, основними характеристиками монітора є розмір по діагоналі, роздільна здатність, частота регенерації (обновлення) та клас захисту.

Розмір монітора. Екран монітора вимірюється по діагоналі у дюймах. Розміри коливаються від 9 дюймів (23 см) до 42 дюймів (106 см). Чим більший екран, тим дорожчий монітор. Найпоширенішими є розміри 14, 15, 17, 19 та 21 дюйми. Монітори великого розміру краще використовувати для настільних видавничих систем та графічних робіт, в яких потрібно бачити всі деталі зображення. Оптимальними для масового використання є 15- та 17-дюймові монітори.

Роздільна здатність. У графічному режимі роботи зображення на екрані монітора складається з точок (пікселів). Кількість точок по горизонталі та вертикалі, які монітор здатний відтворити чітко й роздільно називається його роздільною здатністю. Вираз «роздільна здатність 800×600» означає, що монітор може виводити 600 горизонтальних рядків по 800 точок у кожному. Стандартними є такі режими роздільної здатності: 640×480, 800×600, 1024×768, 1152×864. Ця властивість монітора визначається розміром точки (зерна) екрана. Розмір зерна екрана сучасних моніторів не перевищує 0,28 мм. Чим більша роздільна здатність, тим краща якість зображення. Якість зображення також пов’язана з розміром екрана. Так, для задовільної якості зображення в режимі 800×600 на 15-дюймовому моніторі можна обмежитися розміром зерна 0,28 мм, для 14-дюймового монітора з тим самим розміром зерна в тому самому відеорежимі якість дрібних деталей зображення буде трохи гірша.

Частота регенерації. Цей параметр також називається частотою кадрової розгортки. Він показує скільки разів за секунду монітор може повністю обновити зображення на екрані. Частота регенерації вимірюється в герцах (Гц). Чим більша частота, тим менша втома очей і тим довше часу можна працювати неперервно. Сьогодні мінімально допустимою вважається частота в 75 Гц, нормальною - 85 Гц, комфортною - 100 Гц і більше. Цей параметр залежить також від характеристик відеоадаптера.

Клас захисту монітора визначається стандартом, якому відповідає монітор із точки зору вимог техніки безпеки. Зараз загальноприйнятими вважаються міжнародні стандарти TCO-92, TCO-95 і ТСО-99, які обмежують рівні електромагнітного випромінювання, ергонометричні та екологічні норми, межами, безпечними для здоров’я людини.

1.2 ЕПТ

1.2.1 Характеристики

Електронно-променева трубка, кінескоп – електронний прилад, який має форму трубки, видовженої (часто з конічним розширенням) в напрямку осі електронного променя, що формується в ЕПТ. ЕПТ складається з електронно-оптичної системи, відхиляючої системи і флуоресцентного екрана або мішені.

Екран має наступні функціональні можливості і характеристики:

Діагональ екрану монітора

Діагональ екрану монітора - відстань між лівим нижнім і правим верхнім кутом екрану, що вимірюється в дюймах. Розмір видимої користувачеві області екрану зазвичай трохи менше, в середньому на 1 дюйм, ніж розмір трубки. Виробники можуть вказувати в супровідної документації два розміри діагоналей, при цьому видимий розмір звичайно позначається в дюймах або з позначкою «Viewable size», але іноді вказується тільки один розмір - розмір діагоналі трубки. Як стандарт для ПК виділилися монітори з діагоналлю 15 дюймів, що приблизно відповідає 36-39 см діагоналі видимої області. Для роботи в Windows бажано мати монітор розміром, принаймні, 17 дюймів. Для професійної роботи краще використовувати монітор розміром 20 дюймів або 21 дюйм.

Розмір зерна екрана

Розмір зерна екрана визначає відстань між найближчими отворами в масці використовуваного типу. Відстань між отворами маски вимірюється в міліметрах. Чим менше відстань між отворами в тіньовій масці і чим більше цих отворів, тим вища якість зображення. Всі монітори з зерном більше 0,28 мм відносяться до категорії грубих і коштують дешевше. Кращі монітори мають зерно 0,24 мм, досягаючи 0,2 мм у найдорожчих моделей.

Покриття екрану

Покриття екрану необхідні для надання йому антивідблисків і антистатичних властивостей. Покриття антивідблиску дозволяє спостерігати на екрані монітора тільки зображення, що формується комп’ютером, і не втомлювати очі відображенням об’єктів.

Захисний екран

Захисний екран ( фільтр) повинен бути неодмінним атрибутом ЕПТ-монітора, оскільки медичні дослідження показали, що випромінювання, що містить промені в широкому діапазоні (рентгенівське, інфрачервоне і радіовипромінювання ), а також електростатичні поля, супроводжуючі роботу монітора, можуть дуже негативно позначатися на здоров’ї людини.

Скляні фільтри

Скляні фільтри виробляються в декількох модифікаціях. Прості скляні фільтри знімають статичний заряд, послаблюють низькочастотні електромагнітні поля, знижують інтенсивність ультрафіолетового випромінювання і підвищують контрастність зображення. Скляні фільтри категорії «повний захист» володіють найбільшою сукупністю захисних властивостей: практично не дають відблисків, підвищують контрастність зображення в півтора-два рази, усувають електростатичне поле і ультрафіолетове випромінювання, значно знижують низькочастотне магнітне (менше 1000 Гц ) і рентгенівське випромінювання. Ці фільтри виготовляються зі спеціального скла.

1.2.2.Принципи роботи

Загальні принципи (див. додаток 1)

В балоні 9 створений глибокий вакуум - спочатку викачується повітря, потім всі металеві деталі кінескопа нагріваються індуктором для виділення поглинених газів, для поступового поглинання залишків повітря використовується геттер.

Для того, щоб створити електронний промінь 2, застосовується пристрій, іменований електронною гарматою. Катод 8, нагрівається ниткою напруження 5, випускає електрони. Щоб збільшити випущення електронів, катод покривають речовиною, що має малу роботу виходу (найбільші виробники ЕПТ для цього застосовують власні запатентовані технології). Зміною напруги на керуючому електроді (модуляторі) 12 можна змінювати інтенсивність електронного променя і, відповідно, яскравість зображення (також існують моделі з керуванням по катоду). Крім керуючого електрода, гармата сучасних ЕПТ містить фокусуючи електрод (до 1961 року у вітчизняних кінескопах застосовувалося електромагнітне фокусування за допомогою фокусуючої котушки 3 з сердечником 11), призначений для фокусування плями на екрані кінескопа в точку, прискорюючий електрод для додаткового розгону електронів в межах гармати і анод. Покинувши гармату, електрони прискорюються анодом 14, що представляє собою металізоване покриття внутрішньої поверхні конуса кінескопа, сполучене з однойменною електродом гармати. В кольорових кінескопах з  внутрішнім електростатичним екраном його з’єднують з анодом. У ряді кінескопів ранніх моделей, таких, як 40ЛК1Б (круглий екран), 43ЛК2Б (прямокутний екран), конус був виконаний з металу і представляв анод сам собою. Напруга на аноді знаходиться в межах від 7 до 30 кіловольт. У ряді малогабаритних осцилографічних ЕПТ анод представляє собою тільки один з електродів електронної гармати і живиться напругою до декількох сотень вольт.

Далі промінь проходить через відхиляючу систему 1, яка може змінювати напрямок променя (на малюнку показана магнітна відхиляюча система). У телевізійних ЕПТ застосовується магнітна система як забезпечує великі кути відхилення. В осцилографічних ЕПТ застосовується електростатична відхиляюча система як забезпечують більшу швидкодію.

Електронний промінь потрапляє в екран 10, покритий люмінофором 4. Від бомбардування електронами люмінофор світиться і швидко переміщається пляма змінної яскравості створює на екрані зображення.

Люмінофор від електронів здобуває негативний заряд, і починається вторинна емісія - люмінофор сам починає випускати електрони. В результаті вся трубка здобуває негативний заряд. Для того, щоб цього не було, по всій поверхні трубки знаходиться з’єднаний із загальним проводом шар аквадага - провідної суміші на основі графіту (6).

Кінескоп підключається через виводи 13 і високовольтне гніздо 7.

В чорно-білих телевізорах склад люмінофора підбирають таким, щоб він світився нейтрально-сірим кольором. Люмінофор часто роблять жовтим або зеленим для меншого стомлення очей.

Кут відхилення променя

Кутом відхилення променя ЕПТ називається максимальний кут між двома можливими положеннями електронного променя всередині колби, при яких на екрані ще видно світиться пляма. Від величини кута залежить ставлення діагоналі (діаметра) екрана до довжини ЕПТ. У осцилографічних ЕПТ складає як правило до 40 градусів, що пов’язано з необхідністю підвищити чутливість променя до впливу відхиляють пластин. У перших радянських телевізійних кінескопів з круглим екраном кут відхилення становив 50 градусів, у чорно-білих кінескопів більш пізніх випусків дорівнював 70 градусам, починаючи з 60-х років збільшився до 110 градусів (один з перших подібних кінескопів-43ЛК9Б). У вітчизняних кольорових кінескопів становить 90 градусів.

При збільшенні кута відхилення променя зменшуються габарити і маса кінескопа, однак, збільшується потужність, споживана вузлами розгорнення. В даний час в деяких областях відроджено застосування 70-градусних кінескопів: в кольорових VGA моніторах більшості діагоналей. Також кут в 70 градусів продовжує застосовуватися в малогабаритних чорно-білих кінескопах (наприклад, 16ЛК1Б), де довжина не грає такої істотної ролі.

Іонна пастка

Так як усередині ЕПТ неможливо створити ідеальний вакуум, усередині залишається частина молекул повітря. При зіткненні з електронами з них утворюються іони, які, маючи масу, багаторазово перевищуючу масу електронів, практично не відхиляються, поступово випалюючи люмінофор в центрі екрану і утворюючи так звану іонну пляма. Для боротьби з цим до середини 60 рр. застосовувалася іонна пастка, що володіє великим недоліком: її правильна установка - досить клопітка операція, а при неправильній установці зображення відсутнє. На початку 60 рр. був розроблений новий спосіб захисту люмінофора: алюмінювання екрана, крім того дозволило вдвічі підвищити максимальну яскравість кінескопа, і необхідність в іонної пастці відпала.

Затримка подачі напруги на анод або модулятор

В телевізорі, рядкова розгортка якого виконана на лампах, напруга на аноді кінескопа з’являється тільки після прогріву вихідної лампи рядкової розгортки і демпферного діода. Накал кінескопа до цього часу встигає розігрітися.

Впровадження в вузли рядкової розгортки повністю напівпровідникової схемотехніки породило проблему прискореного зносу катодів кінескопа з причини подачі напруги на анод кінескопа одночасно з включенням. Для боротьби з цим явищем розроблені аматорські вузли, що забезпечують затримку подачі напруги на анод або модулятор кінескопа. Цікаво, що в деяких з них, незважаючи на те, що вони призначені для установки в повністю напівпровідникові телевізори, в якості елемента затримки використана радіолампа. Пізніше почали випускатися телевізори промислового виробництва, в яких така затримка передбачена спочатку.

1.2.3.Вплив на організм людини

Електромагнітне випромінювання

Це випромінювання створюється не самим кінескопом, а відхиляючою системою. Трубки з електростатичним відхиленням, зокрема, осцилографічні, його не випромінюють.

В моніторах для придушення цього випромінювання відхиляючою систему часто закривають феритовими чашками.

Іонізуюче випромінювання

В кінескопах присутнє іонізуюче випромінювання двох видів.

Перше з них - це сам електронний промінь, який представляє собою, по суті, потік бета-частинок низької енергії (25 кЕв). Назовні це випромінювання не виходить, і небезпеки для користувача не представляє.

Друге - гальмівне рентгенівське випромінювання, яке виникає при бомбардуванні екрану електронами. Для ослаблення виходу цього випромінювання назовні до повністю безпечних величин скло легують свинцем. Однак, у випадку несправності телевізора або монітора, яка призводить до значного підвищення анодної напруги, рівень цього випромінювання може збільшитися до помітних величин. Для запобігання таких ситуацій блоки рядкової розгортки обладнують вузлами захисту.

У вітчизняних і зарубіжних телевізорах кольорового зображення, випущених до середини 1970-х років, можуть зустрічатися додаткові джерела рентгенівського випромінювання - стабілізуючі тріоди, що підключаються паралельно кінескопу, які слугують для стабілізації анодної напруги, а значить, і розмірів зображення. В телевізорах «Радуга-5» і «Рубін-401-1» використовуються тріоди 6С20С, в ранніх моделях УЛПЦТ - ГП-5. Оскільки скло балона такого тріода значно тонше, ніж у кінескопа, і не леговане свинцем, він є значно більш інтенсивним джерелом рентгенівського випромінювання, ніж сам кінескоп, тому його поміщають в спеціальний сталевий екран. У більш пізніх моделях телевізорів УЛПЦТ використовуються інші методи стабілізації високої напруги, і це джерело рентгенівського випромінювання виключено.

Мерехтіння

Промінь ЕПТ-монітора, формуючи зображення на екрані, змушує світитися частинки люмінофора. До моменту формування наступного кадру ці частинки встигають згаснути, тому можна спостерігати «мерехтіння екрану» див. додаток 2. Чим вище частота зміни кадрів, тим менш помітно мерехтіння. Низька частота веде до втоми очей і завдає шкоди здоров’ю.

У більшості телевізорів на базі електронно-променевої трубки щомиті змінюється 25 кадрів, що з урахуванням черезрядкового розгорнення становить 50 полів (напівкадрів) в секунду (Гц). У сучасних моделях телевізорів ця частота штучно завищується до 100 герц. При роботі за екраном монітора мерехтіння відчувається сильніше, так як при цьому відстань від очей до кінескопа набагато менше, ніж при перегляді телевізора. Мінімальної рекомендованої частотою оновлення екрану монітора є частота 85 герц. Ранні моделі моніторів не дозволяють працювати з частотою розгортки більш 70-75 Гц. Мерехтіння ЕПТ явно можна спостерігати боковим зором.

Нечітке зображення

Зображення на електронно-променевої трубці є розмитим в порівнянні з іншими видами екранів. Вважається, що розмите зображення - один з факторів, що сприяють втоми очей у користувача.

В даний час в задачах, що не вимогливих до перенесення кольорів, з точки зору ергономіки РК-монітори, підключені через цифровий роз’єм DVI, безумовно бажаніше.

Висока напруга

В роботі ЕПТ застосовується висока напруга. Залишкова напруга в сотні вольт, якщо не вживати ніяких заходів, може затримуватися на ЕЛТ і схемах «обв’язки» тижнями. Тому в схеми додають розряджати резистори, котрі роблять телевізор цілком безпечним вже через кілька хвилин після вимкнення.

Всупереч поширеній думці, напругою анода ЕПТ не можна вбити людину через невеликої потужності перетворювача напруги - буде лише відчутний удар. Однак, і він може виявитися смертельним при наявності у людини вад серця. Він може також призводити до травм, включаючи, летальні, непрямим чином, коли, відсмикнув руку, людина торкається інших кіл телевізора і монітора, що містять надзвичайно небезпечні для життя напруги - а такі ланцюга присутні у всіх моделях телевізорів і моніторів, що використовують ЕПТ, а також включаючи чисто механічні травми, пов’язані з раптовим безконтрольним падінням, викликаним електричної судомою.

Отруйні речовини

Будь-яка електроніка (в тому числі ЕПТ) містить речовини, шкідливі для здоров’я і навколишнього середовища. У числі їх: свинцеве скло, з’єднання барію в катодах, люмінофори.

Використані ЕПТ в більшості країн вважаються небезпечним сміттям, і підлягають вторинній переробці або захороненню на окремих полігонах.

Вибух ЕПТ

Оскільки всередині ЕПТ вакуум, за рахунок тиску повітря на один тільки екран 17-дюймового монітора доводиться навантаження близько 800 кГ - вага легкового автомобіля. Через особливості конструкції тиск на екран і конус ЕПТ є позитивним, а на бічну частину екрану - негативним, що викликає небезпеку вибуху. При роботі з ранніми моделями кінескопів правила техніки безпеки вимагали використання захисних рукавиць, маски та окулярів. Перед екраном кінескопа в телевізорі встановлювався скляний захисний екран, а по краях - металева захисна маска.

Починаючи з другої половини 60-х років небезпечна частина кінескопа прикривається спеціальним металевим вибухозахисним бандажем, виконаним у вигляді суцільнометалевої штампованої конструкції або намотаною в кілька шарів стрічки. Такий бандаж виключає можливість самовільного вибуху. В деяких моделях кінескопів додатково використовувалася захисна плівка, що вкривала екран.

1.3 Рідкокристалічний дисплей

1.3.1 Характеристики

Рідкокристалічний дисплей (англ. liquid crystal display (LCD) – це електронний пристрій візуального відображення інформації (дисплей), принцип дії якого ґрунтується на явищі електричного переходу Фредерікса в рідких кристалах. Дисплей складається з довільної кількості кольорових або монохромних точок (пікселів), і джерела світла або відбивача (рефлектора).

Основні характеристики:

• Тип матриці - технологія виготовлення РК дисплею
• Роздільна здатність - кількості пікселів в кожному з вимірів, що може бути відображена.
• Розмір пікселя - відстань між центрами сусідніх пікселів.
• Яскравість - світлова характеристика тіл, які є джерелами світла.
• Контрастність - міра виявлення об’єкта на фоні.
• Час відгуку - мінімальний час, необхідний пікселю для зміни своєї яскравості.
• Кут огляду - кут відносно перпендикуляра до центру матриці, при спостеріганні котрого контрастність зображення у центрі матриці падає до 10:1.

Тип матриць

• TN+FILM - (Twisted Nematic + film), інколи можна зустріти назву TN. Один з найстаріших і найпоширеніших типів матриць.
• IPS(SFT) - IPS (In-Plane Switching)/SFT (Super Fine TFT). Технологія була розроблена компаніями Hitachi та NEC. На даний час єдиний тип матриць котрі передають повну глибину кольору RGB – 24 біти, по вісім біт на канал. Починаючи з 1998 року розвитком даної технології зайнялися компанії: Hitachi, NEC та LG. Окрім цього також була створена технологія ACE (Advanced Coplanar Electrode) від компанії Samsung, але дана технологія не використовується при створенні моніторів.

Етапи розвитку технологій можна розглянути в додатку 3.

• MVA - (Multi-Domain Vertical Alignment). Була розроблена компанією Fujitsu у 1996 році. MVA має ті самі переваги що і IPS матриці і при цьому мають менший час відгуку. Недоліком є те що час переходу молекул кристалів у проміжні стани триває менше ніж у крайові - це може призвести до змазування зображення при перегляді фільмів, або у динамічних іграх.
• PVA - (Patterned Vertical Alignment). Була розроблена компанією Samsung, як альтернатива MVA. Даний тип матриць демонструє гарну контрастність, але як і MVA матриці має проблеми з яскравістю та часом відгуку.

1.3.2 Принцип роботи

Робота РК-дисплея заснована на явищі поляризації світлового потоку. Кристали-поляроїди здатні пропускати тільки ту складову світла, вектор магнітної індукції якої лежить у площині, паралельній оптичній площині поляроїда. Для решти світлового потоку поляроїд буде непрозорим. У такий спосіб поляроїд ніби просіває світло. Цей процес називається поляризацією світла. Із відкриттям класу рідких речовин, довгі молекули яких чутливі до електростатичного й електромагнітного поля і здатні повертати площину поляризації світла, з’явилася можливість керувати поляризацією. Ці аморфні речовини за схожість із кристалічними речовинами за електрооптичними властивостями, а також за здатність приймати форму посудини, назвали рідкими кристалами.

Проходження світла

Рідкокристалічна панель освітлюється джерелом світла (у залежності від того, де воно розташоване, рідкокристалічні панелі працюють на відображення або на проходження світла). Площина поляризації світлового променя повертається на 90° при проходженні однієї панелі.

Якщо до комірки прикласти електричне поле, молекули рідких кристалів частково вибудовуються вертикально уздовж поля, кут повороту площини поляризації світла стає відмінним від 90 градусів.

Поворот площини поляризації світлового променя непомітний для ока, тому виникає необхідність додати до скляних панелей ще два інших шари, що виконують роль поляризаційних фільтрів. Ці фільтри пропускають тільки складову світлового променя із заданою поляризацією. Тому при проходженні поляризатора пучок світла буде ослаблений у залежності від кута між його площиною поляризації і віссю поляризатора. При відсутності напруги комірка прозора, тому що перший поляризатор пропускає тільки світло з відповідним вектором поляризації. Завдяки рідким кристалам вектор поляризації світла повертається і до моменту проходження пучком до другого поляризатора він уже повернутий так, що проходить через другий поляризатор без перешкод.

У присутності електричного поля поворот вектора поляризації відбувається на менший кут, тим самим другий поляризатор стає тільки частково прозорим для випромінювання. Якщо різниця потенціалів буде такою, що повороту площини поляризації в рідкому кристалі не відбудеться зовсім, то світловий промінь буде цілком поглинутий другим поляризатором, і освітлений ззаду екран буде здаватися чорним (промені підсвічування цілком поглинаються екраном). Якщо розташувати велике число електродів, що створюють різні електричні поля в окремих місцях екрана (комірках), то з’явиться можливість при правильному керуванні потенціалами цих електродів відображати на екрані елементи зображення. Електроди інкапсулюють в прозорий пластик і надають їм будь-яку форму. Технологічні нововведення дозволили обмежити їхні розміри величиною маленької крапки, відповідно на маленькій ділянці екрана можна розташувати більше число електродів, що збільшує роздільну здатність LCD-монітора і дозволяє відображати навіть складні зображення в кольорі. Для виводу кольорового зображення необхідне підсвічування монітора ззаду, таким чином, щоб світло виходило із задньої частини LCD. Це необхідно для того, щоб можна було спостерігати зображення з гарною якістю, навіть якщо навколишнє середовище не є світлим. Для отримання кольорового зображення використовують три фільтри, що виділяють з випромінювання джерела білого світла три основні компоненти - червоний, зеленій та синій кольори. Завдяки комбінуванню цих трьох основних кольорів для кожної точки або пікселя екрана з’являється можливість відтворити будь-який колір. Наочно принцип роботи можна ілюструється в додатку 4.

1.3.3 Вплив на організм людини

Всі дисплеї - ЕЛТ і РК (які вважаються безпечними) - шкідливі для очей. Як з’ясувалося, згубний вплив моніторів криється не в електромагнітному випромінюванні, а в тому, що люди менше моргають при роботі за комп’ютером.

Дослідження американських вчених з університету штату Огайо (Ohio State University) довели, що робота за монітором комп’ютера шкідлива для очей.

Однак проблема полягає зовсім не в горезвісному електромагнітному випромінюванні, а в особливостях будови зорового апарату людини. При роботі з ПК користувач змушений часто жмуритися, щоб чіткіше розглянути деталі зображення на екрані або зменшити його яскравість. Це може привести до астенопії (зорового стомлення) і сухості очей. Таким чином, для очей шкідливі не тільки ЕПТ-дисплеї, але і РК.

Чим сильніше людина мружиться - тим рідше вона моргає. При максимальній напрузі зору частота моргання знижується 4 разів на хвилину. Сама по собі така тенденція не небезпечна, проте в результаті недостатнього зволоження очей у користувачів виникає почуття сильного дискомфорту, «піску в очах».

Дослідники вивчили реакції групи добровольців, які повинні були зосередити свою увагу на маленькій чорній точці на екрані монітора. Результати, отримані за допомогою електроміограми, показали, що абсолютна більшість користувачів щуряться при роботі за комп’ютером, навіть якщо самі не усвідомлюють цього. При спробі сфокусувати погляд, навіть якщо людина трохи мружиться, користувач починаєте моргати в два рази рідше - близько 7, а не 15 разів на хвилину.

За словами вчених, вирішенням проблеми можуть стати «розумні» монітори, які підстроюють яскравість і контрастність зображення під конкретну людину.

1.4  Плазмові монітори

1.4.1 Характеристики

Плазмовий дисплей (або газорозрядний екран; також широко застосовується) – пристрій виведення інформації, дисплей, дія якого ґрунтується на явищі свічення люмінофору під впливом ультрафіолетових променів, що виникають при електричному розряді в іонізованому газі, тобто у плазмі.

Екран має наступні функціональні можливості і характеристики:

• Широкий кут огляду як по горизонталі, так і по вертикалі (160° градусів і більше).
• Дуже малий час відгуку (4 мкс по кожному рядку).
• Висока чистота кольору (еквівалентна чистоті трьох первинних кольорів).
• Простота виробництва великоформатних панелей (недосяжна при тонкоплівковій технологічному процесі).
• Мала товщина - газорозрядна панель має товщину близько одного сантиметра, а керуюча електроніка додає ще кілька сантиметрів;
• Відсутність геометричних спотворень зображення.
• Широкий температурний діапазон.
• Відсутність необхідності в юстируванні зображення.

1.4.2 Принцип роботи

Плазмовий ефект відомий науці досить давно: він був відкритий ще в 1966 р. Неонові вивіски й лампи денного світла – лише деякі види застосування цього явища світіння газів під впливом електричного струму. А от виробництво плазмових екранів для моніторів почалося тільки зараз. Лицьова панель такого екрана складається із двох пласких скляних пластин, розташованих на відстані близько 100 мікрометрів одна від одної.

Між цими пластинами знаходиться шар інертного газу (як правило, суміш ксенону й неону), на який впливає сильне електричне поле. Робочим елементом (пікселем), що формує окрему точку зображення, є група з трьох субпікселів, відповідальних за три основних кольори відповідно. Кожен субпіксель являє собою окрему мікрокамеру, на стінках якої перебуває флюоресціруюча речовина одного з основних кольорів. Пікселі знаходяться у точках перетинання прозорих керуючих хром-мідь-хромових електродів, що утворюють прямокутну сітку. Для того щоб запалити піксель, відбувається приблизно таке. На два ортогональних один одному живильний і управляючий електроди, у точці перетину яких перебуває потрібний піксель, подається висока управляюча змінна напруга. Газ в осередку віддає більшу частину своїх валентних електронів і переходить у стан плазми. Іони й електрони поперемінно збираються біля електродів по різні боки камери, залежно від фази управляючої напруги. Для підпалу на скануючий електрод подається імпульс, однойменні потенціали складаються, вектор електростатичного поля подвоює свою величину. Відбувається розряд  – частина заряджених іонів віддає енергію у вигляді випромінювання квантів світла в ультрафіолетовому діапазоні (залежно від газу). У свою чергу, флюоресцуюче покриття, перебуваючи в зоні розряду, починає випромінювати світло у видимому діапазоні, що й сприймає спостерігач. 97% ультрафіолетової складової випромінювання, шкідливого для очей, поглинається зовнішнім склом. Яскравість світіння люмінофора визначається величиною управляючої напруги.

Наочно принцип роботи можна ілюструється в додатку 5.

1.4.3 Вплив на організм людини

Плазмові монітори зовсім не створюють шкідливих електромагнітних полів, 97% ультрафіолетової складової випромінювання, шкідливого для очей, поглинається зовнішнім склом.

1.5 Візуальні характеристики моніторів

1.5.1 Особливості візуальних характеристик моніторів. 

Зорова система людини пристосована для сприйняття об’єктів у відбитому світлі (картин природи, малюнків, друкованих текстів і т. п.), а не для роботи з дисплеєм. Зображення на дисплеї принципово відрізняється від звичних оку об’єктів спостереження - воно світиться; складається з дискретних точок; воно мерехтить, тобто ці точки з певною частотою запалюються і гаснуть; кольорове комп’ютерне зображення не відповідає природним кольорам (спектри випромінювання люмінофорів відрізняються від спектрів поглинання зорових пігментів у колбочках сітківки ока, які відповідальні за наше колірний зір).

Але не тільки особливості зображення на екрані викликають зорове стомлення. При роботі на комп’ютері годинами біля очей не буває необхідних фаз розслаблення, очі напружуються, їх працездатність знижується. Велику навантаження орган зору відчуває при введенні інформації, так як користувач змушений часто переводити погляд з екрана на текст і клавіатуру, що знаходяться на різній відстані і по-різному освітлені.

Характерною особливістю праці за комп’ютером є необхідність виконання точних зорових робіт на світному екрані в умовах перепаду яскравостей у полі зору, наявності мигтіння, нестійкості і нечіткості зображення. Об’єкти зорової роботи знаходяться на різній відстані від очей користувача (від 30 до 70 см) і доводиться часто переводити погляд в напрямках екран-клавіатура-документація (згідно хронометражних даними від 15 до 50 разів на хвилину). Нерідко на екранах спостерігається дзеркальне відображення джерел світла та оточуючих предметів. Все вище викладене ускладнює роботу і призводить до порушень основних функцій зорової системи.

1.5.2 Вплив візуальних характеристик моніторів на зір.

За даними Північно-Західного Наукового центру гігієни та громадського здоров’я, при тривалій практично всі користувачі відчувають біль в очах, швидке стомлення і затуманення зору, труднощі при перенесенні погляду з ближніх об’єктів на дальні і з далеких на ближні предмети, позірна зміна забарвлення предметів, їх двоїння, неприємні відчуття в області очей - відчуття печіння, «піску», почервоніння повік. Комплекс виявлених порушень був охарактеризований фахівцями як «професійна офтальмопатія».

Вже в перші роки комп’ютеризації було відзначено специфічне зорове стомлення у користувачів дисплеїв, що отримало загальну назву «комп’ютерний зоровий синдром» (CVS-Computer Vision Syndrome).

Робота за дисплеєм дитини може викликати необоротні наслідки для очей. Оптичний апарат у підлітковому й молодому віці ще продовжує формуватися. І при тривалій роботі з дисплеями часто виникає і швидко прогресує придбана короткозорість (на думку експертів ВООЗ, зі швидкістю до 1,0 діоптрії у рік). Несприятливий вплив комп’ютерної роботи на стан зорового аналізатора у школярів 1-3-х класів відзначено в 45,4 +3,0% досліджень, експертні опитування дозволяють стверджувати, що в дні роботи на ПК 55-85% старших школярів скаржаться на втому очей. Зорова і нервово-психічне навантаження від роботи дітей за комп’ютером, крім порушення зору, може приводити до спазмів мускулатури особи, головних болів, що отримав назву «синдром відеоігрової епілепсії».

Важливе зауваження: екран сучасного телевізора також не природний для зорової системи людини! Але в телевізорі ми розглядаємо зображення в цілому і здалеку - нам важливий сюжет, загальний план, динаміка подій і немає потреби напружувати зорову систему, щоб розгледіти сережки у співачки або малюнок краватки ведучого телевізійних новин. Інша справа зображення на дисплеї, з яким ми працюємо, вводимо або читаємо текст, таблиці, малюємо графіки або вивчаємо деталі креслення. У цьому сенсі гри на комп’ютері ближче до роботи на дисплеї, ніж до перегляду телепередач: і відстань спостереження менше, і деталі зображення в комп’ютерній грі важливі, тому ви маєте пам’ятати про необхідність забезпечення ергономічної безпеки та ігрових автоматів, і ігрових приставок до телевізорів.

Розділ ІІ. Порівняльний аналіз

2.1 Переваги і недоліки моніторів

2.1.1  ЕПТ

 Основними перевагами моніторів на основі ЕПТ є висока контрастність вона коливається від 350 : 1 до 700 : 1, великий кут огляду по контрастності більше 150º, відсутності не працюючих пікселів, хороше масштабування при різних розширеннях, фото реалістичність, ЕПТ - мотінори мають високу частоту кольору, та максимально малий час інерції. Підтримуються різні розширення. При всіх підтримуваних розширеннях монітор можна використовувати оптимальним чином. Обмеження накладається тільки на  частоту регенерації.

 До основних недоліків можна віднести  присутнє електромагнітне випромінювання, проте їх рівень залежить від того, чи відповідає ЕПТ якому-небудь стандарту безпеки. Споживання енергії в робочому стані на рівні 60 - 150 Вт. Багато незручності приносить габаритна конструкція та аналоговий інтерфейс.

2.1.2 РК-моніторів.

До основних переваг можна віднести: малий розмір і вага в порівнянні з ЕПТ. У РК-моніторів, на відміну від ЕПТ, немає видимого мерехтіння, дефектів фокусування і зведення променів, перешкод від магнітних полів, проблем з геометрією зображення і чіткістю. Енергоспоживання РК-моніторів в 2-4 рази менше, ніж у ЕПТ і плазмових екранів порівнянних розмірів. Енергоспоживання РК-моніторів на 95% визначається потужністю ламп підсвічування або світлодіодної матриці підсвічування (англ. Backlight - задній світло) РК-матриці. У багатьох моніторах для настройки користувачем яскравості світіння екрана використовується широтно-імпульсна модуляція ламп підсвічування частотою від 150 до 400 і більше герц. Світлодіодне підсвічування в основному використовується в невеликих РК дисплеях, хоча в останні роки вона все ширше застосовується в ноутбуках (ноутбуки Sony - лідери) і навіть в настільних моніторах. Незважаючи на технічні труднощі її реалізації, вона має і очевидні переваги перед флуоресцентними лампами, наприклад більш широкий спектр випромінювання, а значить, і колірної охоплення.

РК-монітори мають і недоліки, які часто принципово варто усувати, наприклад: На відміну від ЕПТ моніторів, можуть відображати чітке зображення лише в одній роздільній здатності. Решта досягаються інтерполяцією з втратою чіткості. Причому занадто низькі роздільні здатності (наприклад 320 × 200) взагалі не можуть бути відображені на багатьох РК моніторах. Колірне охоплення РК моніторів і точність передачі кольору нижче, ніж у плазмових панелей і ЕПТ відповідно. На багатьох моніторах є невиправна нерівномірність передачі яскравості (смуги в градієнтах). Багато з РК-моніторів мають порівняно малий контраст і глибину чорного кольору. Підвищення фактичного контрасту часто пов’язано з простим посиленням яскравості підсвічування, аж до некомфортних значень (тому багато дизайнерів працюють на ЕПТ моніторах). Широко застосовується глянцеве покриття матриці впливає лише на суб’єктивну контрастність в умовах зовнішнього освітлення. Через жорсткі вимоги до постійної товщині матриць існує проблема нерівномірності однорідного кольору (нерівномірність підсвічування). Фактична швидкість зміни зображення також залишається нижче, ніж у ЕПТ і плазмових дисплеїв. Технологія overdrive вирішує проблему швидкості лише частково. Залежність контрасту від кута огляду цих пір залишається істотним мінусом технології. Масово вироблені РК-монітори погано захищені від ушкоджень. Особливо чутлива матриця, незахищена склом. При сильному натисканні можлива необоротна деградація. Також існує проблема дефектних пікселів. Гранично допустима кількість дефектних пікселів, залежно від розмірів екрану, визначається в міжнародному стандарті ISO 13406-2. Стандарт визначає 4 класи якості РК-моніторів. Найвищий клас перший, він взагалі не допускає наявності дефектних пікселів в РК моніторі. Найнижчий клас четвертий, допускає наявність до 262 дефектних пікселів на 1 мільйон працюючих в моніторі. Всупереч розхожій думці пікселі РК-моніторів деградують, хоча швидкість деградації найменша з усіх технологій відображення, за винятком лазерних дисплеїв не схильних деградації пікселів. Перспективною технологією, яка може замінити РК-монітори, часто вважають OLED-дисплеї. З іншого боку, ця технологія зустріла складності в масовому виробництві, особливо для матриць з великою діагоналлю

2.1.3 Плазмові монітори

До позитивних якостей плазмових моніторів також можна додати невеликий час їх регенерації (час між посиланням сигналу на зміну яскравості пікселя та фактичною її зміною), відсутність перекручувань зображення й проблем видимості електронних променів та їхнього фокусування. Це дозволяє використовувати такі монітори для перегляду відео, що у свою чергу робить такі монітори просто незамінними помічниками на різних відео конференціях і презентаціях.

Основним недоліком є їх висока ціна. Також дуже істотним недоліком плазмового монітора є досить висока потужність споживання, яка зростає зі збільшенням діагоналі монітора. Цей недолік пов’язаний вже безпосередньо із самою технологією одержання зображення з використанням плазмового ефекту. Цей факт призводить до збільшення експлуатаційних витрат на даний монітор.Ще одним недоліком плазмових моніторів є досить низька роздільна здатність, обумовлена більшим розміром елемента зображення. Але, з огляду на той факт, що ці монітори переважно використовуються на презентаціях, конференціях, а також як різні інформаційні і рекламні табло, то зрозуміло, що основна маса глядачів перебуває на значній відстані від екранів цих моніторів. А це сприяє тому, що видима на маленькій відстані зернистість просто зникає на великій відстані.

Ще одним досить значущим недоліком плазмових моніторів є порівняно невеликий термін служби. Це пов’язане з досить швидким вигорянням люмінофорних елементів, властивості яких швидко погіршуються, і екран стає менш яскравим. Для приклада, уже через кілька років інтенсивної експлуатації яскравість світіння екрана може знизитися вдвічі. Тому термін служби плазмових моніторів обмежений і становить 5-10 років при досить інтенсивній експлуатації або близько 10000 годин. Ще один, напевно, останній неприємний ефект, можливий у плазмових моніторів – це інтерференція. По суті, інтерференція – це взаємодія світла з різними довжинами хвиль, випромінюваного із сусідніх елементів екрана. Внаслідок цього явища певною мірою погіршується якість зображення.

2.2 Порівняльна характеристика

2.3 Рекомендації щодо забезпечення безпечної експлуатації

Щоб не боліли очі від комп’ютера, дотримуйтесь наступних правил:

Стіл слід поставити збоку від вікна так, щоб світло падало зліва. Якнайкраще освітлення для роботи з комп’ютером – розсіяне непряме світло, яке не дає відблисків на екрані. У полі зору користувача не повинно бути різких перепадів яскравості, тому вікна бажано закривати шторами або жалюзі. Штучне ж освітлення має бути загальним і рівномірним, в той же час використання одних тільки настільних ламп неприпустимо. Екран монітора повинен бути абсолютно чистим. Якщо ви працюєте в окулярах, вони теж повинні бути абсолютно чистими. Протирайте екран монітора (краще спеціальними серветками та / або рідиною для протирання моніторів) мінімум раз на тиждень, стежте за кришталевою прозорістю окулярів кожен день.

Верхній рівень монітора повинен розташовуватися трохи нижче рівня очей, одночасно нижня частина монітора нахилена під невеликим кутом (тобто, розташована ближче). Такий стан оптимізує рівень нахилу зорової осі, зменшуючи втому очей. Екран монітора повинен бути віддалений від очей мінімум на 50-60 сантиметрів. Якщо на такій відстані ви погано бачите зображення, виберіть для роботи шрифт більшого розміру. Так само при роботі з текстом рекомендується, щоб колір шрифту був темним, а колір фону – світлим (ідеально – чорний шрифт на білому фоні). При наборі текстів з паперу рекомендується помістити джерело якомога ближче до монітора. Це дозволить уникнути частих рухів головою і очима. Включіть в раціон продукти, які здатні ефективно зміцнювати судини сітківки, «підживлювати» очі: чорниця, чорна смородина. Якщо у вас короткозорість, необхідно регулярно їсти печінку тріски та зелень: петрушку, кріп, зелена цибуля. З напоїв виключно корисні зелений чай, заварені листя і плоди глоду. І, звичайно ж, гризіть молоду моркву, заїдаючи її чайною ложкою сметани або рослинного масла. Регулярно (через кожні 2 години роботи) виконуйте спеціальну «очну» зарядку.

Зарядка для очей при роботі з комп’ютером

Розслаблення. Щільно закрийте очі і постарайтеся розслабитися. Для виконання цієї вправи варто пригадати які-небудь приємні моменти життя. У кожної людини є свої радісні спогади.

Кругові руху. Зробіть кругові рухи відкритими очима: спочатку за годинниковою стрілкою, потім проти годинникової. Руху по прямих лініях. Інтенсивно порухайте очима по горизонталі: направо і наліво, і вертикалі: вгору і вниз.

Моргання. Інтенсивно стискайте і розтискайте очі.

Діагоналі. Направте погляд у лівий нижній кут, тобто подивіться як би на ліве плече і зосередьте погляд на цій точці. Після трьох моргань повторіть в праву сторону.

Дзеркальна діагональ. Аналогічно попередній вправі скосите очі в лівий верхній кут, потім в правий.

Темне розслаблення. Покладіть на заплющені очі теплі долоні, пальці схрещені на лобі. Розслабтеся і постарайтеся домогтися глибокого чорного кольору.

Моргання. Не менш ста разів легко і швидко поморгайте очима.

Косі очі.  Зведіть очі до носа. Для виконання цієї вправи до перенісся поставте кінчик вказівного пальця і подивіться на нього – тоді очі легко з’єднаються.

Робота очей на відстані. Підійдіть до вікна, уважно подивіться на близьку деталь. Нею може бути листочок дерева, що росте за вікном, або невелика паперова точка, наклеєна на скло на рівні очей. Потім над обраною точкою проведіть уявну пряму лінію, що йде вдалину, і спрямуйте свій погляд далеко вперед, намагаючись побачити максимально віддалені предмети.

Висновки

 У даній роботі розглядаються основні типи моніторів, які використовуються серед населення. Також наводиться їх характеристика, глибокий аналіз та принцип роботи. Опрацювавши матеріал, можна зробити такий висновок: монітори на основі ЕПТ є найдоступніші й найпростіші у своїй будові, але в свою чергу є і найнебезпечнішими. Ці монітори є пережитком ХХ століття і в найближчий час будуть повністю витіснені.

Опитування, проведене серед учнів старших класів, (див. додаток 6) показує, що 8% респондентів працюють саме за такими моніторами, що не є високим показником, але з іншого боку це є вагомий вплив на їхнє здоров’я. 70% опитаних учнів використовує монітори на основі РК і 22% - плазмові монітори. Посилаючись на порівняльну характеристику і опитування учнів, можна зробити такий висновок:  монітори на основі РК є одними з найенергонічнішими, тобто вони поєднують в собі надійність, безпечність та задовільність в ціні. Монітори на основі РК поступаються по деяких пунктах передачі кольору і якості картинки плазмовим, але основний недолік плазмових моніторів - це велика енергетична та фінансова затратність, які і не дають їм повністю заполонити ринок.

Який ви б не обрали монітор, можна сміливо гарантувати, що він не є цілком безпечний, тому потрібно дотримуватися санітарних вимог щодо експлуатації. Опитування дало сумну статистику безперервної роботи за ПК (див. додаток 6). У межах норми знаходяться лише 37% опитуваних, що є дуже малою кількістю, оскільки решта проводить за ПК більше однієї години, що може привести до негативних наслідків. Тому були проведені бесіди і дані рекомендації щодо забезпечення правильної експлуатації та роботи і відпочинку.

Список використаних джерел:

1. Маценко В. Г. Комп’ютерна графіка: Навчальний посібник. – Чернівці: Рута, 2009 – 343 с.
2. http://uk.wikipedia.org/wiki/
3. http://books.google.com.ua/
4. http://wiki.kspu.kr.ua/
5. https://sites.google.com/site/principirobotikomputeriv/displej
6. http://www.computer-museum.ru/
7. http://www.ego-info.ru/Source/descript/classlcdmon.html
8. http://www.krugosvet.ru/

Додатки

Додаток 1

Принцип роботи монітора на основі ЕПТ

Додаток 2

Мерехтіння монітора на основі ЕПТ

Додаток 3

Розвиток технологій РК моніторів

Додаток 4

Принцип роботи монітора на основі РК

Додаток 5

Принцип роботи плазмового монітора

Додаток 6

Опитування серед учнів 9-11 класів