Arvutikuvar

Arvutikuvar (ka arvuti monitor, videoterminal, ekraan) on arvuti väljundseade, mis muudab analoog- või digitaalinfo pildiks. Kuvar on üks tähtsamaid arvuti komponente kasutajasuunalise väljundseadmena. Vajadusel kuvatakse klaviatuurilt sisestatud vastused, korraldused ja muu info. Seetõttu on see personaalarvuti juures kasutajale üks tähtsamaid seadmeid; ilma selleta on arvutiga ebamugav ja raske töötada. Personaalarvutite juurde lisatakse tavaliselt kas kineskoopkuvar (vt CRT-katoodkiirtetoru), vedelkristallkuvar (LCD), plasmakuvar ja/või OLED-kuvar.
Arvutustehnika ajaloo jooksul on kuvarite arendamisel ja tootmisel kasutatud samu või sarnaseid tehnoloogiaid, mis telerite tootmisel, kus läbi 20. sajandi teise poole oli peakomponendiks kineskoopkuvar. Viimase taandumisel 21. sajandi alguses on algselt LCD-kuvarite tootmises kasutatud tehnoloogiad pärast piisavat täiustamist suunatud telerite tootmisse.
Eestikeelsed oskussõnad.
Eesmärgipärase talitluse järgi saab kuvarit nimetada mitmeti. Kui tegu on arvuti tegevuse jälgimise (nt telemeetriaseire) ja tagasiside seadmega, siis saab seda nimetada monitoriks. Kui vaadelda seda arvuti videosignaali (kuva, pilt) lõpp-punktina (terminal), mis tekitab pildi, siis võib seadet nimetada kuvaterminaliks ehk videoterminaliks. Kui käsitleda kuvarit pildi (kuva) tekkimise pinnana (ristlõige ruumis), siis võime seda tekkimise pinda nimetada ekraaniks. Kui vaadelda puutetundlikku kuvarit (puutekuvar) sisendina arvuti juhtimiseks, näiteks valguspliiatsiga, siis võime kuvarit nimetada kuvakonsooliks, videokonsooliks või lihtsalt konsooliks; võrdle ka süsteemikonsooli, virtuaalkonsooli ja mängukonsooliga.
Kuvari olulisemad näitajad.
Kuvareid eristatakse peamiselt nende suuruse ja tehniliste parameetrite järgi.
Suurus – väljendatakse ekraani diagonaali pikkusega tollides. Levinumad mõõdud on vahemikus 15–24 tolli. Mida suurem on ekraan, seda suuremat ala saab tööpinnast näha.
Piksli suurus – pildipunkti füüsiline suurus kuval, mõõdetuna millimeetrites.
Lahutusvõime ("screen resolution") – väljendatakse ekraanile mahtuvate pikslite arvuna, mis on ekraani lühema külje ja pikema külje pikslite korrutis, näiteks 800×600, 1024×768, 1152×864. Seega mida suurem on lahutusvõime, seda teravam on pilt, juhul kui piksel ise on piisavalt väike.
Kontrast ("contrast ratio") – näitab, kui suur on musta ja valge värvi vahe. Näiteks kontrasti 1:1 korral on pilt must-valge. Ehk mida suurem on kontrast, seda ilusam on pilt. Must on mustem, valge valgem jne.
Pildi kuvasuhe ("aspect ratio") – näitab ekraani horisontaali ja vertikaali suhet. Kui ekraan on ruut, siis on suhe 1:1.
Vaatenurk ("viewing angle") – näitab seda, kui hästi saab ekraani külje pealt vaadata. Kui on väike vaatenurk, siis näeb ekraani ainult otse. Vaatenurk on olulisemaks näitajaks televiisoritel, sest arvutikuvarit vaadatakse enamasti ikka otse.
Värskendussagedus ("refresh rate") – kui mitu korda sekundis jõuab elektronkiir ekraani täielikult üle joonistada. Mõõdetakse seda hertsides (Hz). Mida väiksem on värskendussagedus, seda värelevam, vilkuvam pilt meile tundub. Mida suurem on värskendussagedus, seda värelusevabam on pilt.
Värelusevaba pildi alampiir on 75 Hz, üle 120 Hz värskendust tavaliselt inimese silm enam ei erista.
Reageerimisaeg ("response time") – näitab aega, kui kiirelt ekraan suudab uue pildi kuvada. Mida väiksem aeg, seda parem.
Horisontaalne kaadrisagedus (nt 30–80 kHz) – näitab, kui kiiresti kuvari ekraanil kaadreid vahetatakse. Just selletõttu tundub aeglastel ekraanidel läbi kaamera vaadates, et jooned liiguvad ülevalt alla.
Kineskoopkuvar (CRT).
Kineskoopkuvari tööpõhimõte on väga sarnane kineskoopteleri omaga. Nende peamine erinevus seisneb selles, et kuvari sisend on kohandatud arvutiandmete erilisele digitaalkujule ja kuvari ergonoomilised nõuded ei kattu teleri omadega. Kuvari juhtseade arvuti graafikakaardil (videokaardil) muundab digitaalsed kahendsignaalid videosignaalideks, et nende abil ekraanil moodustada üksikutest pildipunktidest koosnev terviklik kujutis. Klaasist seadeldis, mille esiküljele ehk ekraanile pilti näidatakse, on elektronkiiretoru ehk kineskoop. See on kuvari kõige tähtsam komponent, mis sisaldab ühes otsas järelhelendavate omadustega luminofooriga kaetud ekraani, teises otsas elektronikahurit elektronkiire tekitamiseks ja nende vahel kiirte hälvitussüsteemi ekraanile rastri moodustamiseks. Heal kuvaril on alati hea kineskoop, mille puudumist ei kompenseeri digitaalreguleerimine ega muud lisavahendid.
Kineskoobi tagumises, peenemas osas on elektronikahur, mis saadab välja elektronkiire. Pärast teravustamist kiir hälvitatakse sobivasse punkti ekraanil ja antakse sellele samal ajal ka punkti jaoks vajaliku intensiivsus. Ekraanil on luminofoortäpike, mis talle langeva elektronkiire mõjul helendama hakkab. Nii käiakse ridahaaval läbi terve ekraanitäis punkte ja moodustatakse kujutis. Kui seda piisavalt sageli teha, ei taju silm punktide vahepealset kustumist, kuna luminofoor jätkab helendumist veel veidi aega pärast kiire edasiliikumist järgmistele punktidele.
Kineskoopkuvareid toodetakse kumerate ja lamedate kineskoopidega. Lamekineskoope loetakse paremateks, kuna neil on vähem valgustusest tulenevaid peegeldusi. Samas on lamekineskoopi keerulisem toota ning tänu sellele on kasutusel liba-"flat"’e (Dyna-Flat, Near-Flat), kus tegelikult on tegemist kumera kuvariga, millele on ette pandud sirge klaas. Samuti võib odavatel lamekuvaritel esineda moonutusi ekraani nurkades ja servades.
Plasmakuvar.
Televisiooni vastuvõtja või videokaart, mis kontrollib plasmakuvarit, saadab elektrivoolu kahte sorti elektroodidesse. Aadressi elektroodid, mis asetsevad vertikaalselt plasmakuvari tagaosas määravad, millised kuvari pikslid on mõjutatud, kui elektrienergia läheb läbi teist sorti läbipaistvatest ekraani elektroodidest, mis on paigaldatud horisontaalselt pikslite ette. Need elektroodid kulgevad läbi klaasi ja magneesiumoksiidi kihtide, mis kaitsevad ja isoleerivad elektroode teineteisest. Elektroodid pikendavad pikslite ridade ja veergude pikkust ja laiust, millest moodustub kuva pind. Elektroodid moodustavad ka ristmikke, mis lõimuvad miljoni piksli kohta rohkem kui kolmel neljandikul juhtudest.
Pikslid on kui kambrid, mille ümber madalrõhkkond hoiab ära pikslite segunemise. Pikslite seinad värvitakse pihustusmeetodil ühe värvitüübiga kolmest fosforist, mis helendab kas punaselt, siniselt või roheliselt, kui see on aktiivses olekus. Iga piksli sees on kinni ksenoon (Xe) ja neoon (Ne) gaasid.
Kui kuva kontroller tahab kindlat pikslit helendama panna, avab ta aadressi rea, mis viib selle piksli kambrini (avamine on teostatav vooluringi sulgemisega nii, et elektrivool saaks sellest läbi minna). Samal ajal saadab kontroller elektrivoolu mööda kuvaliini, mis liigub väljavalitud pikslini. Elektrienergia saab avatud aadressi real laengu ja liigub läbi piksli ning läbib vastava vooluringi. Elektripingetest tekkiv energia väljub aatomitest gaasiseguna, muutes gaasi plasmaks.
Mateeria muutub plasmaks, kui energiaallikas läbib normaalolekus selliseid stabiilseid gaase nagu neoon ja ksenoon. Elektrivoolus vabalt liikuvad elektronid tabavad gaasi aatomeid, luues ja andes edasi oma energia ioonidele. Need ioonid on aatomid, mis on elektronide tasakaalutuse (sümmeetria puudumise) tõttu positiivselt või negatiivselt laetud. Ioonid on ebastabiilsed ja pöörduvad tagasi oma normaalsesse seisu. Kui see juhtub, kiirgavad ioonid energia, mis nad tekitas valguse ultraviolett kuulikestena, mida nimetatakse footoniteks.
Ultravioletsed footonid tabavad piksli kambri seintes olevat fosforit. Footonite energia läbib fosforit nii, et nad helendavad – sarnaselt katoodkiiretoruga (CRT) kuvari protsessiga. Erinevad fosfori materjalid, mis kumavad kas punast, sinist või rohelist valgust, katavad külgmiste kambrite (pikslite) sisemust ja moodustub üksik loogiline piksel. Muutes vooluhulka, mis liigub igasse kambrisse (pikslisse), muudab kuva kolme põhivärvi kooslust, tekitades erinevaid värvitoone.
Vedelkristallkuvar (LCD-kuvar).
Vedelkristallide näol on reeglina tegemist molekulidega, mis kitsas temperatuurivahemikus peale sulamistemperatuuri on ruumiliselt orienteeritud. Tavaliselt on tegemist pulgakujuliste molekulidega, mis on üksteise suhtes on korrapäraselt asetunud. Lihtsalt öeldes on tegu aine molekulidega, millel on nii vedelike kui ka kristallide omadused.
LCD-ekraanides leiab kasutamist vedelkristallide omadus polariseerida valgust.
LCD-kuvari üks punkt koosneb taustvalgusest, kahest polariseerivast kihist, vedelkristallimolekulidest ja värvifiltrist nende vahel. Iga värvilise punkti kohta ekraanil on tegelikult ekraanil kolm punkti: üks punase, üks rohelise ja üks sinise värvifiltriga.
Tänu vedelkristallide polariseerivale omadusele saab määrata, kas antud punktist paistab taustvalgus läbi või mitte. Lihtsalt öeldes toimib vedelkristall kui lüliti, mis võimaldab muuta seda, palju selle konkreetse punkti kohal taustvalgus läbi paistab. Kui nüüd arvestada, et iga värvi puhul on võimalik määrata, kas ja kui palju selle värvifiltri koha pealt taustvalgus läbi paistab, siis on punase-rohelise-sinise kombinatsiooniga võimalik tekitada 16 miljonit värvi (kuna need eri värvi punktid asuvad üksteisele nii lähedal, siis tajub inimsilm neid ühe värvina). Seega on ühes tänapäevases 15" LCD-ekraanis minimaalselt 1024×768×3 ehk 2 359 296 ekraanipunkti (tõsi, inimsilm tajub vaid kuni 1024 × 768 punkti).
Iga sellise punktikese "lülitamiseks" läheb vaja mingisugust digitaalset juhtseadet, TFT- (Thin Film Transistor) tehnoloogia puhul koosneb ekraanipunktide juhtimissüsteem ühest suurest integraalskeemist, mis omakorda sisaldab tihti rohkem transistore kui vanema põlvkonna arvutite protsessorid.
Kui üks ekraanipunkt lakkab mingil põhjusel töötamast, siis tekib ekraanile "surnud punkt". Näiteks kui ühe punkti punase värvi ekraanielement lakkab töötamast, siis on see punkt edaspidi valet värvi või kui ühe ekraanipunkti kõik vedelkristallid on kogu aeg pinge all, siis see punkt helendab jäävalt (või on kogu aeg must).
CRT ja LCD võrdlus.
CRT plussid:
LCD plussid:
Kineskoopkuvarid kadusid müügilt sedamööda, kuidas LCD-kuvarid muutusid tavatarbijale kättesaadavaks. Algul oli LCD-tehnoloogia CRT-st mitu korda kallim, kuid kvaliteedi ja hinna paranedes tõrjuti CRT-kuvarid turult. Kuid kineskoopkuvarid ei ole veel kuskile kadunud. Inimestel on neid kodudes veel palju. Neid ei tohiks kindlasti lihtsalt prügimäele visata, vaid tuleks viia jäätmekäitlusse. Kineskooptelerid ja -kuvarid on ohtlikud kahel põhjusel. Üks põhjus on nn tinaklaas, millest on tehtud kineskoobi tagaosa, ja teine luminofoor, mis on kineskoobi sees.
Videoliidesed.
Kolm levinumat videosisendit/-väljundit kuvaritel on järgmised:
Lahutusvõime ja kuvasuhe.
VGA videostandardi edasiarenduseks sai SVGA (Super Video Graphics Array, 800 × 600 pikslit), mille asendasid uuemad, nagu XGA (1024 × 768) ja selle suurendatud variandid, ning kõige lõpuks laiekraani 16 : 10 (WXGA, 1280 × 800 ja suuremad) ja siis 16 : 9 kuvasuhtega variandid – HD (inglise "High Definition") ehk kõrglahutus 720p (1280 × 720) ning Full HD täielik kõrglahutus ehk lihtsalt 1080p (1920 × 1080 pikslit).
Suuremad telerite ja arvutiekraanide tootjad ei tooda varem standardiks olnud 3 : 4 kuvasuhtega kuvareid enam üldse või toodavad neid varasemast vähem, olles need kõigepealt asendanud HD 720p telerite ja 16 : 10 kuvasuhtega kuvaritega; valmistades praegu (2011. a seisuga) juba täis-HD 1080p telereid ning mõnel juhul ainult 16 : 9 kuvasuhtega arvutiekraane.
Järgmise põlvkonna seadmete pikslite arv on 4K ja 8K, vt ka UHDTV:
Ajalugu.
Sõna "monitor" tuleb ingliskeelsest sõnast "monitor", mis tähendab kasvatajat, vaatlejat ja hilisemal ajal ka arvuti kuvaseadet ehk kuvarit. Sõna "kuvar" aga on pärit hoopis soome keelest ja tähendas kunagi seadet, milles olid ühes tükis nii monitor kui ka klaviatuur (st 1970. aastate arvutit või suurarvuti videokonsooli).
Läbi ajaloo on kasutatud erinevate omadustega kuvareid. Pole ju veel kadunud needki kuvarid, mis suudavad esile tuua vaid ASCII sümboleid ja seetõttu graafilist kasutust suurt ei leia (kui nn "kastigraafika" välja arvata). Enamasti kasutatakse selliseid aparaate just UNIXi terminalidena (TTY – Telexi terminal), sest seal polegi muid omadusi vaja. Tänapäevastesse arvutikomplektidesse kuuluvad aga juba graafilised kuvarid, mille värvilahutus on viimase 10 aasta jooksul märgatavalt paranenud. Kasutatud on ka eri suuruses kuvareid, alustades 11–13-tollistest 1990. aastate algul ja lõpetades 19–24-tolliste kuvaritega tänapäeval. Erinevad ka kuvarite ekraanikujud: spetsiaalseid püstekraaniga (kõrgus suurem kui laius; inglise "portrait") kuvareid kasutatakse näiteks kirjastustes; rõhtsa ehk horisontaalekraaniga kuvareid (laius suurem kui kõrgus; inglise "landscape") kasutatakse igapäevatöös, need on ka levinumad.
Ohutus.
Kuvari kvaliteet on arvutikasutajale tähtis ja see määrab suures osas arvutikomplekti mõju tervisele. Ebakvaliteetne kuvar võib kahjustada kasutaja silmi ja seda ei suuda takistada isegi mõnikord kasutatav kaitseekraan.
LCD-kuvar on silmadele ohutum kui kineskoopkuvar. Kineskoopkuvaril uuendatakse pilti pidevalt (soovitatavalt vähemalt 85 korda sekundis) ja selline "vilkumine" väsitab silmi, LCD-kuvari puhul on kuvatav pilt stabiilne.
Ohutuse parameeter on ka kuvari suurus, kuna väikeselt ekraanilt lugedes väsivad silmad kiiresti.
Arvutiga töötades on oluline ka õige kehaasend:
Lisafunktsioonid.
Energiasääst.
Enamik kuvareid lülitub energiasäästurežiimi, kui kuvari videosisendis pole signaali. Selline funktsioon võimaldab uuematel operatsioonisüsteemidel kuvari pärast teatud pikkusega arvuti jõudeaega välja lülitada. Peale selle pikendab see funktsioon ka kuvari eluiga.
Mõned kuvarid lülituvad pärast mõnda aega mittekasutust ooterežiimi. Uuemate sülearvutite puhul on see funktsioon eriti tähtis, kuna see vähendab ekraani ja aku kulumist ning pikendab akurežiimis kasutatavuse aega.
Integreeritud tarvikud.
Osadel kuvaritel on integreeritud tarvikud või ühendused nende jaoks. Standardsed ühendused on kergesti kättesaadavad ja välistavad vajaduse lisakaamerate, mikrofonide või kõlarite järele.
Läikiv ekraan.
Mõnedel ekraanidel, eriti odavamatel LCD-kuvaritel, on traditsiooniline matt pind asendatud läikivaga. See suurendab teravust, samas peegeldused pindadelt on väga hästi nähtavad, st päikesevalguses välitingimustes ei ole kuvar kasutamiskõlblik, kuna kuvarilt peegeldub päikesevalgus ja pilti ei näe.
Puuteekraan.
Neid ekraane kasutatakse ka sisendina (vt puuteekraan). Kirjeid saab valida või liigutada sõrme või spetsiaalse pliiatsiga. Samamoodi saab käivitada rakendusi. Uuemad mudelid on võimelised tuvastama igasugust survet ning on võimelised tuvastama kallutamist ja pööramist. Seda tüüpi ekraanid vajavad sõrmejälgedega määrdumise tõttu sageli puhastamist.