MULTIMEDIA

monitory

1/44

MONITORY

1. Monitor typu CRT (Cathode Ray Tube)
1.1.elementy składowe

Wzmacniacz wideo - potęguje sygnał o napięciu rzędu 1 V z karty graficznej

do wielkości rzędu kilku tysięcy V, wymaganej do wystrzelenia wiązki elektronów.

Monitory:

•

monochromatyczne - pojedynczy wzmacniacz wideo,

•

kolorowe - potrójny, trzy sygnały do kolorów RGB

Wzmacniacze odchylania pionowego i poziomego - sterowane z karty

graficznej sygnałami synchronizacji (poziomej i pionowej) - kontrolują pracę cewek
odchylających wiązkę elektronów w kineskopie, dzięki nim strumień cząsteczek
omiata ekran z lewa na prawo i z góry na dół.

Obraz – tworzony z punktów pobudzonych do świecenia. Złożone obiekty na

ekranie są kompozycją zapalonych i wygaszonych, barwnych (RGB) punktów, które z
daleka dają złudzenie pełnego obrazu.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

2/44

Kineskop - lampa katodowa (1930) -

najstarszy elektroniczny elemente do

wyświetlania obrazu. Tuba szklana, pozbawiona powietrza, wypełniona obojętnym gazem
pod niskim ciśnieniem.

Działo elektronowe (katoda - ładowana ujemnie)

na końcu wąskiej szyjki -

wyrzuca wiązki elektronów w kierunku anody - drugiej, ładowanej dodatnio elektrody.
Elektrony uderzają w powłokę luminoforu i przekazują nabytą podczas „strzału” energię
kinetyczną atomom luminoforu (fosfor), które z kolei wypromieniowują tą energię w postaci
fali elektromagnetycznej.

Barwne punkty luminoforu pogrupowane w triady (każdy punkt w obrębie jednej

triady świeci w jednym z trzech kolorów podstawowych). Elementy jednej triady widoczne z
daleka tworzą pojedynczy, barwny punkt zwany plamką.

Kineskopy z jednym lub kilkoma działami elektronowymi - w kolorowych -

najczęściej trzy osobne działa, każde dla innego koloru podstawowego. Strumień elektronów
napotyka po drodze maskę.

Maska -

cienka przesłona z otworami lub szczelinami. Eliminuje cząsteczki, które nie

trafiły dokładnie w punkt docelowy. Każdy otwór przesłony (maski perforowanej), odpowiada jednej
kropce na powierzchni luminoforu. Dzięki temu zapalane są tylko te punkty, które mają być
rozświetlone - inne pozostają ciemne. Wykonany ze stopu metali zwanego inwarem, umieszczony
tuż przed luminoforem. Zapewnia dokładne pozycjonowanie wiązki, koryguje drobne rozbieżności,
poprawia ogniskowanie.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

3/44

Budowa monitora CRT: www.enter.pl

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

4/44

1.1.1. Maski

maska perforowana, inwarowa (delta)

Maska: www.enter.pl

maska szczelinowa – Sony (1968)

technologia Trinitron - szczeliny zamiast
otworów. Rodzaj ‘sita’ z cienkich, naprężonych,

gęsto

rozmieszczonych pionowych drutów.
Większa (niż w masce otworowej) ilość
elektronów dociera do luminoforu
(większa jaskrawość, lepsze trafianie
strumieniem w kolorowe plamki).

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

5/44

Dla mechanicznej stabilizacji obrazu stosowane są (często) dwa poziome druty

rozmieszczone na jednej trzeciej i dwóch trzecich wysokości ekranu (efekt ‘pukania’).

Trinitron - lepsze, w porównaniu z przesłoną perforowaną, nasycenie kolorów i

kontrast, mniejsza odblaskowość i większa płaskość (wycinek cylindra, a nie kuli).

Wady: błędy przy wyświetlaniu dużych jednobarwnych powierzchni - ze

względu na brak maskowania w poziomie konieczne są precyzyjne (drogie) układy
elektroniczne, wrażliwość na pola elektromagnetyczne.

Diamondtron - 1993 Mitsubishi - maska szczelinowa. Różnica do technologii

Sony - w konstrukcji katody - Sony wykorzystywał jedno działo elektronowe dla
wszystkich trzech kolorów, Mitsubishi - trzy, po jednym dla każdego koloru
podstawowego.

Maska kratowa - CromaClear - NEC - efekt połączenia opisanych wyżej

dwóch technologii. Szczeliny o wiele krótsze niż w przypadku maski szczelinowej,
pogrupowane w triady i przesunięte względem siebie. W powiększeniu przypominają
dziurkowane sito maski perforowanej z prostokątnymi otworami. Zachowuje zalety
swoich poprzedniczek, przy jednoczesnej redukcji ich wad. Kolory są tu żywsze, obraz
bardziej kontrastowy i jednocześnie stabilny. Stosunkowo drogie.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

6/44

1.2. Własności

Żeby ekran monitora mógł wyświetlić obraz dobrej jakości, musi pracować

przy dużej rozdzielczości obrazu, zapewniać wysoką częstotliwość odświeżania,
posiadać duży zapas regulacji jasności i kontrastu.

1.2.1. Rozdzielczość

Rozdzielczości i odpowiednich do nich wielkości ekranu.

Rozdzielczość Liczba pikseli obrazu

Zalecana wielkość ekranu

640 x 480

307 200

14”, 15”

800 x 600

480 000

15”, 17”

1024 x 728

786 432

15”, 17”, 19”

1152 x 864

995 328

17”, 19”, 21”

1280 x 1024

1 310 720

19”, 21”

1600 x 1200

1 920 000

21”

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

7/44

1.2.2. Częstotliwość odświeżania

Pionowa częstotliwość - problemy z obrazami o dużej rozdzielczości.
Odświeżanie

Typ ekranu

monitora

Maksymalna częstotliwość

odświeżania przy rozdzielczości

800 x 600 1024 x 768 1280 x 1024

Standardowy 15”

75 Hz

60 Hz

-

Dobrej jakości

15” (np. Trinitron)

85 Hz

75 Hz

60 Hz

Trinitron 17”

100 Hz

90 Hz

80 Hz

Pozioma częstotliwość - musi być odpowiednio wysoka aby wyświetlić

niektóre rozdzielczości przy określonej powej częstotliwości odświeżania,
np.: w przypadku 17” 1024x768/85 Hz minimalna częstotliwość pozioma to 69 kHz.
Zapas częstotliwości (ok.10%) - praca nie na maksymalnych ustawieniach.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

8/44

Częstot. pozioma = częstot. odświeżania obrazu * (rozdz. pionowa + 10%)

Częstotliwości odświeżania

Rozdzielczość

Częstotliwość
odświeżania
(pionowa)

Pozioma
częstotliwość
odświeżania

640x480

72 Hz

37,8 kHz

800x600

75 Hz

46,9 kHz

800x600

85 Hz

53,7 kHz

1024x768

75 Hz

60,0 kHz

1024x768

85 Hz

68,8 kHz

1152x864

85 Hz

77,6 kHz

1280x1024

75 Hz

80,0 kHz

1280x1024

85 Hz

91,2 kHz

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

9/44

1.2.3. Efekt mory

Efekt mory - niepożądane regularnie przyciemnione wzory (niektóre piksele

przytłumione przez maskę, inne zaś wyświetlane są normalnie) - przy wyświetlaniu
obrazu z rozdzielczością bliską fizycznej rozdzielczości mozaiki.

Rozwiązania

- częściowe rozogniskowanie wiązki elektronów (wpływa na ostrość obrazu)
- cyfrowe układy sterowania odchylaniem i jasnością

- Samsung dynamiczne ogniskowanie plamki,
- EIZO - złożone układy kontroli promienia (monitory wysokiej klasy).

W każdym z tych rozwiązań celem jest skierowanie wiązki elektronów na element
mozaiki najbliższy położeniu wyświetlanego aktualnie punktu.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

10/44

1.2.4. Wypukły oraz płaski ekran

Wypukłość ekranu (kineskop konwencjonalny) - logiczna konsekwencja

konstrukcji układów sterujących promieniem elektronów, wynika z praw geometrii.

Jeżeli powierzchnia ekranu jest wycinkiem kuli, to jednostkowe odchylenie

kątowe promienia odpowiadać będzie liniowo jednostkowemu przemieszczeniu
plamki świetlnej. Jeśli jednak sferyczną powierzchnię ekranu zastąpimy płaszczyzną,
to im większy będzie kąt odchylenia, tym większe przemieszczenie plamki świetlnej
odpowiadać będzie jednostkowemu odchyleniu promienia. Tak stanie się oczywiście
wtedy, gdy sygnały odchylania poziomego i pionowego będą miały liniowy charakter.

Flat Square - nieliniowe kształtowanie sygnałów odchylania oraz zwiększenie

długości kineskopu.

Ale analogowe układy sterujące trudno jest skalibrować, a dłuższy promień

wymaga większego napięcia zasilającego, zwiększa się wtedy energia elektronów, a w
końcowym efekcie – rośnie emisja promieniowania. Długi kineskop był
zaprzeczeniem dążenia do maksymalnego skracania całego monitora.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

11/44

Cyfrowe układy odchylania - umożliwiają programowanie kształtu sygnałów

odchylania, eliminują konieczność stosowania krzywizn ekranu.

Pierwsze konstrukcje kineskopów z płaskim ekranem wcale nie chciały

wyglądać na płaskie! Zasadniczą przyczyną „wklęsłego” wyglądu ekranu była
przeważnie konstrukcja przedniej ścianki bańki kineskopu – płaska z zewnątrz, ale
sferyczna od środka.

Stosowano wiele pomysłowych rozwiązań, eliminujących efekt wklęsłości –

najciekawsze było wykonanie zewnętrznych warstw przedniej ścianki kineskopu ze
szkła niejednorodnego optycznie, dzięki czemu powstał optyczny układ „prostujący”
pozorną wklęsłość.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

12/44

2. Monitory LCD

Wyświetlacze ciekłokrystaliczne - LCD (liquid crystal display), dzięki swoim

szerokim zastosowaniom, zrewolucjonizowały rynek elektroniczny

- zegarki, telefony komórkowe, monitory czy sprzęt medyczny.
Płaskie monitory ciekłokrystaliczne stały się codziennością - z dnia na dzień

rosną wymiary ich ekranów i maleją ceny.
2.1 Zasada działania

Anizotropia – odmieność reakcji na bodźce fizyczne działające w różnych

kierunkach, wynikająca z symetrii (asymetrii) struktur (krystalicznych).

W krysztale - światło napotyka na swojej drodze przez sieć różne liczby

elementów krystalicznych w zależności od kierunku padania,

W cieczach (gdzie molekuły przesuwają się w sposób chaotyczny, pozbawiony

reguł) światło padające z dowolnego kierunku natrafia na tę samą liczbę molekuł.
Ciecz jest zatem izotropowa, nie ma żadnych uprzywilejowanych kierunków.

O. Lehmann oraz F. Reinitzer - niektóre ciecze mają właściwości anizotropowe

- typowe cechy krystaliczne. Lehmann nazwał to “ciekły kryształ”.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

13/44

Właściwości ciekłych kryształów

Szczególne ukształtowanie najmniejszych elementów ciekłych kryształów

(molekuł).

- Ściśle uporządkowana budowa krystaliczna - w stanie stałym.
- Podgrzanie - do pewnego stopienia - powoduje utratę porządku

przestrzennego, jednak orientacja cząsteczek pozostaje niezmieniona.

- Dalsze podwyższanie temperatury - przejście do stanu cieczy izotropowej.

Dwie temperatury topnienia;

•

niższej właściwej temperatury topnienia (przejście ze stanu skupienia stałego
do ciekłego) oraz

•

wyższej, oznaczającej uzyskanie przez ciecz właściwości izotropowych.

W przypadku substancji stosowanych w ekranach LCD decydujące znaczenie

mają wartości obu tych temperatur oraz różnica między nimi (ekrany nie powinny
pracować w zbyt małym zakresie temperatur).

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

14/44

Trzy różne fazy kryształów LCD (różna orientacja molekuł w przestrzeni):



faza nematyczna - wszystkie cząsteczki są uporządkowane w jednym kierunku.



faza smektyczna - cząsteczki są również uporządkowane w jednym kierunku,
lecz są ułożone w warstwach, które łatwo są względem siebie przemieszczane.



faza cholesteryczna - cząsteczki w poszczególnych warstwach wykazują
uporządkowanie w jednym
kierunku, jednak kierunek
ten zmienia się w każdej
warstwie, tworząc linię
śrubową.

Trzy fazy ciekłych

kryształów

i

ich

charakterystyk:
a) faza nematyczna;
b) faza smektyczna;
c) faza cholesteryczna.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

15/44

2.2. Rodzaje komórek ciekłokrystalicznych

Możemy wyróżnić następujące rodzaje komórek ciekłokrystalicznych:



Komórka ciekłokrystaliczna TN (Twisted Nematic)



Komórka ciekłokrystaliczna STN (SuperTwisted Nematic)



Komórka ciekłokrystaliczna DSTN czarno – biała (Double STN)



Komórka ciekłokrystaliczna TSTN (Tripple STN)

 Ferroelektryczne ekrany ciekłokrystaliczne.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

16/44

2.1.3. Zasada działania komórki ciekłokrystalicznej TN (Twisted Nematic)

Ciekły kryształ w fazie nematycznej między dwiema płytami szklanymi (cząsteczki

ukierunkowane równolegle do ograniczających płyt)

Jedna z płyt obrócona o 90° - cząsteczki bezpośrednio przy szkle ‘przyklejają’ się

wykonając taki sam obrót.

W wyniku ww cząsteczki po obu zewnętrznych stronach kryształu obrócone zostały o

90° w stosunku do siebie.

Spolaryzowane światło wychodzi z tylnego

polaryzatora, jest obracane o 90° w linii śrubowej
cząsteczek i wychodzi przez przedni polaryzator.
- bez pola elektrycznego - miejsce to jest jasne,
- z polem - płaszczyzna spolaryzowanego światła
pozostaje niezmieniona i przedni polaryzator nie
przepuszcza światła. Wskutek tego to miejsce jest
ciemne.

Działanie komórki ciekłokrystalicznej TN:

Kontrast ekranów ciekłokrystalicznych TN - 3:1.

(jasny punkt jest 3x jaśniejszy od ciemnego).

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

17/44

2.1.4. Komórka ciekłokrystaliczna STN (SuperTwisted Nematic)

Zasada działania jest podobna w porównaniu z techniką TN.
Zmieniono kąt, o jaki obraca się spolaryzowane światło do wartości 180°¸ 270°

(w technice TN kąt ten wynosił 90°).

Współczynnik kontrastowości przyjmuje wartości do 7:1.
Skutkiem ubocznym, który objawia się w silniejszym stopniu przy rosnącym

kącie obrotu jest dwubarwność. Poszczególne długości fal (a zatem kolory) są w
różnym stopniu absorbowane - tło zamiast mieć czysty kolor biały jest czerwonawe, a
nawet przechodzi w pomarańczowe, natomiast punkt obrazu, który powinien być
czarny, przybiera kolor od niebieskiego do cyjanu.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

18/44

2.1.5. Komórka ciekłokrystaliczna DSTN czarno – biała (Double STN)

Komórka aktywna - komórka, do której doprowadzono pole elektryczne -

ciekły kryształ jest obrócony o 240° w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek
zegara.

Komórka pasywna zawiera materiał nematyczny, który jest obrócony o 240° w

kierunku zgodnym z ruchem zegara.

Obie komórki są obrócone względem siebie w taki sposób, że orientacja

cząsteczek po stronie wejściowej jest prostopadła do orientacji po stronie wyjściowej.

Folie polaryzacyjne są także obrócone względem siebie o 90°.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

19/44

2.1.6. Komórka ciekłokrystaliczna TSTN

Zastosowano tylko jedną komórkę ciekłokrystaliczną STN.
Zakłócenia kolorów kompensuje się za pomocą dwóch specjalnych folii

umieszczonych po obu stronach komórki, między polaryzatorem a szkłem.

Znacznie poprawiony

współczynnik kontrastowości
(do 18:1), niewielka masa
bardziej płaski ekran oraz
niewielki koszt produkcji
spowodowały, że ta technika
dokonała przełomu.

Schemat nematycznej

komórki ciekłokrystalicznej
triple – supertwisted

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

20/44

2.1.7. Kolorowe ekrany ciekłokrystaliczne

Punkt obrazowy składa się z trzech punktów barwnych RGB - w wyniku ich

zmieszania otrzymujemy wszystkie kolory (w tym czarny i biały).

Dwie metody:

- DSTN i matrycy pasywnej oraz

- NT (TFT) i matrycy aktywnej:

1. filtry barwne - aktywna matryca steruje punktami obrazowymi.

2.

technika TN wraz z filtrami barwnymi i aktywną matrycą sterującą - projekcyjny
obraz z trzech ekranów (czerwonego, zielonego i niebieskiego) - filtry barwne są
ułożone w kształcie delta.

3.

jw. - ale filtry są ułożone w tzw. kształcie stripe - ekrany komputerowe wymagają
raczej statycznych obrazów oraz dokładnie prostych linii.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

21/44

TN+Film (lub TN Wide Angel):
www.enter.pl

Wyświetlacze TN+Film układają molekuły prostopadle do powierzchni

wyświetlacza, (tak jak standardowe wyświetlacze NT). Specjalna warstwa na górnej
powierzchni zwiększa kąt widzenia.

- najprostsze w implementacji
- kąt widzenia pionowego około 90 do maksymalnie 140 stopni
- słaby kontrast
- niski czas reakcji

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

22/44

Technologia IPS (In-Plane Switching lub Super-TFT):

IPS (In-Plane Switching lub
Super-TFT): www.enter.pl

Wyświetlacze IPS różni

od logii TN (lub TN+Film) -
równoległe do powierzchni
ułożenie ciekłych kryształów.

Kąt widzenia do 170 st.

minus:

z

powodu

równoległego ułożenia ciekłych
kryształów elektrody w kształcie grzebienia są zainstalowane na dolnej niższej powierzchni
szklanej.

Prowadzi to do redukcji kontrastu i dlatego wymagane jest silniejsze tylne

podświetlenie dla podniesienia jasności obrazu. Czas reakcji i kontrast praktycznie się nie
polepszyły w porównaniu do TN.

Super IPS (nazywana także Super TFT - Hitachi) polepsza jakość wyświetlanego

obrazu i daje niezmienione kolorów, nawet pod kątem 170 stopni, podwyższa kontrast i czas
wyświetlania obrazu.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

23/44

Technologia MVA (Multi-Domain Vertical Alignment)

MVA (Multi-Domain Vertical Alignment):
www.enter.pl

Litera M w MVA pochodzi od 'multi-

domains'. Domeny to obszary w komórce
koloru. Domeny są formowane przy użyciu
występów. Fujitsu produkuje panele których
pojedyncze komórki zawierają do czterech
takich domen.

VA

pochodzi od 'vertical

alignment' (ustawienie pionowe) i jest trochę
mylące ponieważ molekuły ciekłego kryształu (w stanie statycznym) nie są zupełnie pionowe
z powodu występów (sytuacja 'Off'). Kiedy przez przyłożenie napięcia jest tworzone pole
elektryczne, kryształy są ułożone poziomo i światło z tylnego źródła może przechodzić przez
różne warstwy.

MVA oferuje szybszy czas reakcji niż technologie IPS i TN+Film, co jest istotnym

czynnikiem dla wydajności w video i grach.

Kontrast jest lepszy, jednak może się zmieniać w zależności od kąta patrzenia.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

24/44

2.2. Sterowanie macierzowe

Macierz bierna - większy ekran nie może być zrealizowany w technice

sterowania pojedynczych komórek - ponad 300 000 doprowadzeń dla VGA.

Sterowanie macierzowe punktów obrazowych - umieszcza się przelotowe

przezroczyste ścieżki przewodzące, na przedniej i tylnej płytce prostopadle do siebie.

Macierz aktywna - ekrany z macierzą TFT (ang. thin film transistor).
Przy pojedynczych punktach obrazowych znajdują się cienkowarstwowe

tranzystory polowe nanoszone na nośnik szklany. Do wysterowania tranzystorów jest
potrzebna bardzo mała moc elektryczna, dzięki temu efekty rozproszenia wzdłuż
ścieżek przewodzących są pomijalnie małe.

Ekrany z macierzą aktywną pracują szybciej niż z macierzą bierną.
Wada - potrzeba użycia tranzystorów o wąskich tolerancjach parametrów.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

25/44

Różnica - odmienny sposób adresowania (sposób przykładanego ładunku).

Piksele w matrycy aktywnej są adresowane bezpośrednio, a w pasywnej pośrednio.

Zasada działania taka sama - ładunki są rozprowadzane pionowymi i

poziomymi wiązkami przewodów. Tam, gdzie się krzyżują, znajdują się miejsca
pobudzania kryształów do zmiany kąta.

Kryształy w matrycach pasywnych (STN, DSN lub TSN) są adresowane

poprzez ładunki lokalne, przy czym nic nie powstrzymuje ładunków przed
rozpływaniem się na boki i wpływaniem na położenie kryształów sąsiednich (rozmyty
obraz matrycy pasywnej, smugi i cienie ciągnące się za obiektami takimi jak okna
dialogowe).

Matryce aktywne poprzez tranzystor cienkowarstwy sterują pikselem,

gromadzący i utrzymujący w sobie ładunki elektryczne - zapobiega to ich rozlewaniu
na inne piksele.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

26/44

2.3. Rozdzielczości LCD

Ponieważ do każdego elementu kolorowego tworzącego piksel potrzebny jest

jeden tranzystor, ekran o rozdzielczości 1024 x 768 wymaga 2 359 296 tranzystorów.
Jeśli choćby niektóre z nich okażą się wadliwe (co nierzadko zdarza się w procesach
produkcyjnych), cały ekran nadaje się do wyrzucenia.

Ekrany LCD mają ustalone rozdzielczości, dlatego uzyskanie obrazu 800 x 600

na wyświetlaczu 1024 x 768 można zrealizować tylko przez zredukowanie obszaru
roboczego. Podobnie rozdzielczość 1280 x 1024 uzyskuje się tylko wirtualnie: nie
można widzieć całej zawartości takiego obszaru roboczego jednocześnie - trzeba za
każdym razem przesuwać „okno”, przez które widzi się tylko wycinek ekranu
wirtualnego.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

27/44

2.4. Interfejsy: analogowe a cyfrowe

Cyfrowy sygnał, generowany w karcie graficznej, jest konwertowany na sygnał

analogowy do przesłania tylko po to, aby został skonwertowany z powrotem na sygnał
cyfrowy w wyświetlaczu.

- podwójna konwersja - utrata jakości obrazu, i większy koszt.

Zakłócenia pikselowe (pixel jitter), najbardziej nieprzyjemny efekt pływania - gdy

zegar i faza nie są zsynchronizowane w 100% z sygnałem analogowym. Poszczególne
piksele zaczynają wtedy pływać, co jest najbardziej wyraźne i też najbardziej irytujące w
znakach i liniach. Cyfrowe TFT likwidują potrzebę synchronizacji zegara i fazy zupełnie, a
co za tym idzie, nie mają tego problemu.

Cyfrowy interfejs - sensowne rozwiązanie dla płaskich wyświetlaczy ale

wyświetlacze z analogowym interfejsem VGA ciągle są obecne na rynku.
Usprawiedliwienie – długo na rynku nie było sprzętu zarządzającego odpowiednikami
cyfrowymi i brak odpowiednich standardów.

Dziś analogowe wyświetlacze TFT są niepotrzebne - niemniej jeszcze są na

rynku. Powodem tego jest fakt, że te urządzenia są sprzedawane głównie do istniejącej
infrastruktury, która się zmienia powoli.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

28/44

2.4.1. Standardy cyfrowe intrefejsów

Plug-and-Display (P&D)

VESA - pierwsza wersja standardu Plug-and-Display (P&D) w 1997.
Minął się z rzeczywistością - przewidziany jako typ wielofunkcyjnego złącza,

okazał się niewygodnym elementem. Jako standard przegrał z USB i
IEEE1394/Firewire.

DFP - Grupa Digital Flat Panel

VESA zaadoptowała standard DFP jako standard zastępczy.
DFP to praktycznie ograniczone złącze P&D – bez specjalnych funkcji takich,

jak sygnał analogowy, USB czy też IEEE1394.

Dość tanie.
Jedyną wadą jest ograniczenie maksymalnej rozdzielczości do SXGA (1280 x

1024 pikseli). Złącza DFP były obecne m.in. na kartach ATI Rage Pro LT, Voodoo3
3500 i Number Nine SR9.

Ich przyszłość jest określona - ograniczona maksymalnaj rozdzielczość.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

29/44

DVI - Digital Visual Interface

Standard Digital Visual Interface - zaprojektowany przez grupę Digital Display

Working Group (DDWG).

DVI nie zostało zaakceptowane jako standard przez VESA.

Bardzo dobre perspektywy na przyszłość,
Posiada dwa kanały przesyłowe, co podwaja maksymalne pasmo przenoszenia

(pixel rate) - rozdzielczości ponad 1280 x 1024 pikseli.

Inna zaleta - przenoszenie sygnału analogowego przez DVI.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

30/44

2.5. Zalety i wady monitorów LCD

Monitory LCD:

- koszty niższe z miesiąca na miesiąc

- oszczędność miejsca

- przyjemny dla oka, stabilny i kontrastowy obraz, z pozoru lepszy od CRT

- duża trwałość – 60 tys.godz. (CRT-40 tys.)

- aspekt zdrowotny

- monitory CRT (pomimo zgodności z najsurowszymi normami) i

tak emitują minimalne promieniowanie elektromagnetyczne, ale w szerokim zakresie
częstotliwości - od pól statycznych do promieniowania X włącznie.

- monitory ciekłokrystaliczne - wręcz ‘klinicznie’ czyste

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

31/44

Niedostatki płaskiego ekranu są nieco mniej znane, podobnie jak znajomość

barier, na które prędzej czy później musi natknąć się technologia wyświetlaczy
ciekłokrystalicznych.

- ograniczenie kąta widzenia – obraz jest widziany z optymalną jasnością i

kontrastem tylko wtedy, gdy oś wzroku jest prostopadła do powierzchni ekranu (nawet
inwersja kontrastu)

- możliwość obrotu w prawo/lewo (wokół osi pionowej)
- obrót do pozycji pionowej (przydatne w DTP).
- częstotliwość odświeżania ekranu (w CRT szalenie istotna) w przypadku

LCD jest mniej krytyczny – dzięki niedoskonałości LCD. Bezwładność piksela,
(nawet w przypadku „szybkich” wyświetlaczy TFT), sprawia, że np. 60-hercowe
odświeżanie ekranu (nie do przyjęcia w zwyczajnym monitorze) na ekranie LCD nie
wydaje się męczące.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

32/44

Schemat budowy monitora LCD

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

33/44

3. Nowe technologie
3.1. Wyświetlacze plazmowe (PDP - Plasma Display Panels).

Płaskie wyświetlacze o przekątnych od 25 do 70”.
Zasada działania zbliżona do świetlówek - promieniowanie UF wytworzone

podczas

wyładowania

elektrycznego w mieszaninie
gazów szlachetnych pobudza
odpowiednio

dobrany

luminofor, który pod jego
wpływem emituje światło
widzialne.

Ekran PDP wyposażony w

miliony takich „świetlówek”
zgrupowanych w trójki RGB.

Adresowanie –jak w LCD.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

34/44

-

Duża jasność - regulowana długością impulsów napięcia sterującego

-

Ponad 16 milionów barw, głęboka czerń.

-

Szeroki kąt widzenia, miękki obraz.

-

Wysoki kontrast – 500:1 i więcej

-

Produkcja PDP jest dużo prostsza (i tańsza!) niż LCD.

Mała trwałość - około 10 tysięcy godzin, duże zużycie energii
Największa wada PDP - niska rozdzielczość – min. średnica piksela to ok. 0,3

mm - mniejszy odstęp między punktami to ryzyko powstania zakłóceń. Wyświetlacze
PDP nie nadają się na osobiste monitory, jedynie jako monitory prezentacyjne.

ALiS Fujitsu (Alternate Lighting of Surfaces) - z przeplotem - uniknięcie zakłócania

sąsiednich pikseli. Przy tej samej liczbie elektrod uzyskano dwukrotnie większą
rozdzielczość, zaś wyeliminowanie ciemnych odstępów między liniami pozwoliło zwiększyć
jasność obrazu.

PALCD (Plasma Addressed LCD - połączenie PDP i LCD. Obraz powstaje na jak w

LCD, z tą różnicą, że do zmiany orientacji cząsteczek kryształu wykorzystywane jest
wyładowanie elektryczne w mieszaninie gazów. Zaleta - brak półprzewodników sterujących
pikselami (mniejsze tłumienie światła, niższe wymagania produkcyjne, niższa cena).
Zastosowanie - wyświetlacze prezentacyjne.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

35/44

Schemat budowy monitora plazmowego

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

36/44

3.2. Wyświetlacze OLED (Organic Light Emitting Diode)

Technika przyszłości rokująca duże nadzieje (Sanyo i Kodak)

Organiczne diody świetlne bazują na elektroluminescencji materiałów

organicznych, same są źródłem światła.

Cienkie (3-5 mm), elastyczne, lżejsze i energooszczędniejsze niż LCD.
Bardzo wysoka jasność (kontrast, jasność i nasycenie kolorów)
Tańsze w produkcji (obecnie 50% droższe od LCD)
Małe zużycie energii
OLED jest ciągle w stadium rozwoju.

Szybkie zużycie warstwy emitującej światło
Kłopot z dużymi rozmiarami

Zastosowanie - do wyświetlaczy aparatów cyfrowych i telefonów

komórkowych, także monitory

W końcu 2005 roku Kodak i Sanyo - wspólny prototyp wyświetlacza OLED o

przekątnej 15 cali.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

37/44

Zasada budowy wyświetlaczy organicznych:

Pomiędzy dwie metalizowane warstwy wsunięta jest warstwa polimeru.
Napięcie przyłożone na oba kontakty wytwarza prąd dziurowy elektronów,

pobudzający polimer do emisji światła (elektroluminescencja).

Jednakże polimer pod

wpływem środowiska (wody) rozpada
się - cała struktura musi być
zabudowana w odpowiednim,
otoczeniu i zakonserwowana przed
późniejszymi kontaktami z wodą
powietrzem.

Wyświetlacz OLED:

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

38/44

Schemat budowy monitora OLED

13” wyświetlacz OLED –
zastosowano w najcieńszym
(marzec 2008) laptopie AIR
MacBook

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

39/44

3.3. SED Surface-conduction Electron-emiter Display

SED Surface-conduction Electron-emiter Display – wyświetlacz z

powierzchniową emisją elektronów

Toshiba i Cannon
Miliony mikrokineskopów zamkniętych w szklanej tafli
Produkcja – techniką druku powierzchniowego
Premiera w 2006 (ogólnie dostępne w 2008)

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

40/44

4. Normy i dane techniczne

Każde urządzenie zasilane energią elektryczną, bez względu czy jest to

odcinek przewodu, czy monitor, emituje pole elektryczne i magnetyczne.

Wartości natężeń tych pól nie mogą przekroczyć pewnych ustalonych wartości

granicznych, ponieważ w innych przypadku byłyby szkodliwe dla organizmu
ludzkiego i mogłyby wywoływać różne choroby.

Najpopularniejszymi normami są MPR II i TCO 92 oraz TCO 95 i TCO 99.

4.1. MPR II

Pierwszą znaną normą, która definiowała maksymalne wartości dla

elektrycznych i magnetycznych pól jest norma MPR II, stworzona przez SWEDAC
(The Swedish Board for Technical Accreditation).

Aktualnie norma MPR II odgrywa drugorzędna rolę, ponieważ wartości jakie

narzucają normy TCO, są dużo surowsze.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

41/44

4.2. TCO 92

TCO ( The Swedish Confederation of Professional Employees ) to organizacja

zrzeszająca ponad 1,3 miliona członków z różnych branży, którzy muszą pracować
przy lub z monitorem.

Z osobistych doświadczeń członków organizacji powstała znaczna część norm

TCO, służąca ochronie zdrowia ludzkiego.

Norma TCO 92 zawiera niejako w sobie normę MPR II, zaostrzając

jednocześnie jej wartości graniczne.

Nie ogranicza się tylko do określenia norm emisji pól elektrycznego i

magnetycznego, ale uwzględnia także aspekty ochrony środowiska. Dzięki temu
monitory muszą być wyposażone w automatyczny wyłącznik, który w przypadku
zaprzestania używania, przełącza monitor na tryb Stand-By, w którym pobór mocy nie
może przekraczać 30 Wat. Dodatkowo monitor musi być w stanie powrócić do pełnej
sprawności w ciągu trzech sekund od momentu dotknięcia klawiatury lub poruszenia
myszą.

Nakazuje producentom dostosować monitory do europejskich norm,

dotyczących ochrony pożarowej i zabezpieczenia przed porażeniem prądem.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

42/44

4.3. TCO 95

Rrozszerzenie normy TCO 92.
Zawiera regulacje dotyczące zastosowania materiałów ekologicznych w

samym procesie produkcji monitora. Na przykład do budowy kineskopu nie można
używać kadmu, a inne elementy elektroniczne nie mogą zawierać rtęci.

4.4. TCO 99

TCO 99 tylko zawiera w sobie uregulowania normy TCO 95 dotyczące pól

magnetycznych i elektrycznych, ale także definiuje kryteria ergonomiczne.

Dodatkowo regulacje normy TCO 99 rozciągnięte zostały na ekrany

ciekłokrystaliczne, klawiatury i kompletne zestawy oraz stacje komputerowe.

Maksymalny pobór energii w trybie stand-by ustalono na 15 W, a w trybie

uśpienia 5 W.

Nie można w procesie produkcji używać rozpuszczalników chloropochodnych,

a zastosowane elementy plastikowe, nie mogą zawierać ognioodpornych substancji
bromo- i chloropochodnych. Ponadto producent musi mieć podpisana umowę z firmą,
która zapewni recycling jego produktów.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

43/44

Monitory testowane są pod kątem kryteriów:

1.

równomierne oświetlenie, jasność:

na powierzchni całego ekranu natężenie jasności

musi być na tym samym poziomie. Intensywne przebarwienia, np.: na białym tle nie
mogą występować.

2.

polepszona ostrość:

czytelność tekstu musi być zachowana na powierzchni całego

ekranu. Szczególnie w rogach ekranu zwraca się uwagę na ostrość tekstu.

3.

brak migotania:

aby oko ludzkie nie postrzegało elementów składowych ekranu,

obraz musi być wyświetlany z odpowiednią częstotliwością, która zależy od wielkości
ekranu. Dla 17” i 1024 x 768 min 85 Hz.

Dodatkowym parametrem wpływającym na migotanie jest odporność monitora na

zewnętrzne pola elektromagnetyczne. Monitor powinien być odporny na tego rodzaju zakłócenia i
wyposażony w filtry, które np.: będą w stanie zredukować przesunięcie fazy w sieci w taki sposób, że
nie dojdzie do zakłóceń obrazu.

4.

redukcja refleksów świetlnych:

refleksy świetlne powinny być ograniczone w

maksymalny stopniu tak, aby ich występowanie nie powodowało zbędnego obciążenia
wzroku użytkownika i zniekształceń czytelności ekranu.

5.

ograniczenie hałasu:

głośne monitory, z których np.: podczas użytkowania

wydobywają się nieprzyjemne dźwięki wywołują stres i są uciążliwe dla użytkownika.
Zgodnie z normą TCO 99 monitor nie może wydawać żadnych uciążliwych dźwięków
akustycznych.

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]

MULTIMEDIA

monitory

44/44

4.5. MPR II i TCO - porównanie wartości granicznych

Wartości norm TCO w porównaniu do normy MPR II są znacznie zaostrzone.

Ponadto natężenie pól w przypadku normy MPR II mierzone jest w odległości 50 cm
od przedniej strony monitora, podczas gdy w przypadku norm TCO, odległość ta w
wielu przypadkach zmniejszona jest do 30 cm.

Zmienne pole elektryczne

Zakres częstotliwości

MPR

TCO 92/95/99

0 Hz (pole statyczne) =< +-500 V

=< +-500 V

5 Hz - 2 kHz

=< 25 V/m

=< 10 V/m*

2 kHz - 400 kHz

=< 2,5 V/m =< 1,0 V/m*

Zmienne pole magnetyczne

Zakres częstotliwości

MPR

TCO 92/95/99

5 Hz - 2 kHz

=< 250 nT

=< 200 nT*

2 kHz - 400 kHz

=< 25 nT

=< 25 nT

Dr inż. Andrzej Celmerowski

[e-mail]