Budowa i zasada działania monitorów CRT i LCD

Monitor jest urządzeniem służącym do wyprowadzania informacji z komputera w postaci obrazów (tekstu lub grafiki). Obecnie możemy spotkać monitory z lampą kineskopową - CRT i z ekranem ciekłokrystalicznym - LCD.

Podstawowym elementem monitora CRT jest kineskop. Tradycyjne kineskopy stosowane w monitorach kolorowych mają trzy oddzielne tzw. działa elektronowe, z których każde emituje wiązkę elektronów, odpowiedzialną za wyświetlenie jednej z trzech podstawowych barw czerwonej, zielonej i niebieskiej. Wiązki elektronów są odpowiednio ogniskowane przez zespół soczewek i pryzmatów elektronowych. Stanowią je cewki siodłowe lub toroidalne, umieszczone tuż za działem elektronowym (są przyklejone do tzw. szyjki kineskopu). Dzięki temu otrzymuje się odpowiednią zbieżność kolorów, czystość oraz geometrię obrazu. W takim przypadku wewnętrzna część ekranu nie jest pokryta jednolitym luminoforem, tak jak to ma miejsce w przypadku kineskopów monochromatycznych, ale trzema warstwami i to w taki sposób, iż ekran pokryty jest pojedynczymi triadami RGB (Red Green Blue), składającymi się z leżących obok siebie trzech mikroskopijnej wielkości plamek R, G i B, (po jednej z każdej warstwy).

Wiązka z pojedynczego działa elektronowego (np. Red) pada na odpowiadającą jej plamkę (Red), itp. Dzięki trzem niezależnym strumieniom elektronów każda z tych cząstek może być naświetlana z inną intensywnością. Nawet jeśli zostaną wzbudzone wszystkie trzy plamki i spojrzymy na nie z pewnej odległości, będą one zlewały się w całość, tworząc jednolitą barwę pochodną. Możliwe jest to dzięki wykorzystaniu ograniczonej rozdzielczości oka ludzkiego. Swobodna zmiana natężenia poszczególnych strumieni pozwala na uzyskanie pełnej palety barw. Aby wiązki elektronowe z odpowiednich dział RGB trafiały we właściwe plamki RGB i nie powodowały świecenia plamek sąsiednich, stosuje się specjalnej budowy maskownicę. Ponadto kineskopy kolorowe wyposażone są w tzw. pętlę rozmagnesowującą (oplata ona bańkę kineskopu), wytwarzającą niewielkie stałe pole magnetyczne, zabezpieczające kineskop przed rozproszonymi polami magnetycznymi. Proces rozmagnesowywania ma miejsce najczęściej po włączeniu zasilania, lub może być inicjowany specjalnym przyciskiem (degauss).

Typy lamp kineskopowych

We współczesnych monitorach spotyka się maskownice perforowane, szczelinowe oraz kratowe. Maska perforowana to nic innego jak cienka metalowa folia z ogromną ilością mikroskopijnych dziurek, przez które przechodzą wiązki elektronów. To właśnie dzięki właściwemu rozmieszczeniu tych otworów działa elektronowe „trafiają" tylko we właściwe punkty luminoforu. W masce szczelinowej funkcję elementów zapewniających odpowiednie pozycjonowanie strumieni elektronów pełnią cienkie druciki, rozpięte pionowo na całej szerokości ekranu. Zaletą takiej konstrukcji maski jest to, iż ze względu na jej specyficzną budowę do luminoforu docierają wiązki elektronów o większej energii. W rezultacie obraz uzyskiwany na kineskopach z maską szczelinową cechują zwykle nieco jaśniejsze i żywsze kolory, niż ma to miejsce w przypadku maski perforowanej. Maskownice szczelinowe z reguły charakteryzują się także nieco mniejszymi rozmiarami plamki. Jest to niezbędne, ponieważ duża „przepustowość" szczelin powoduje w konsekwencji nieznaczne rozmycia obrazu, które nie występują w maskownicach perforowanych. O ile powierzchnia maski perforowanej ze względu na konieczność właściwego zogniskowania wiązki na powierzchni luminoforu jest zawsze wycinkiem sfery, o tyle maska szczelinowa ma postać wycinka walca (w starszych konstrukcjach) bądź jest zupełnie płaska. Znacznie zmniejsza to zniekształcenia geometrii podczas wyświetlania obrazu, redukuje także męczące dla użytkownika odbicia światła od powierzchni ekranu.

Kineskop kolorowy delta:

1. Działo elektronowe (katoda)

2. Wiązki elektronów

3. Cewka ogniskująca

4. Cewki odchylające

5. Przyłącze anody

6. Maska separująca wiązki czerwoną, zieloną i niebieską

7. Luminofor z obszarami czerwonym, zielonym i niebieskim

8. Powiększenie fragmentu luminoforu

Rozdzielczość i częstotliwość odświeżania

Jednymi z najważniejszych cech monitora, które wpływają na jakość obrazu są rozdzielczość i częstotliwość odświeżania. Ważny jest także odpowiedni dobór możliwości monitora do współpracującej z nim karty graficznej.

Rozdzielczość

Jest to liczba pikseli, której używa karta graficzna do zaprezentowania obrazu. Wyraża się stosunkiem pikseli w poziomie i pionie. Standardowa rozdzielczość VGA to 640x480 pikseli. SVGA ma już rozdzielczość 800x600 pikseli, a XGA 1024x768. Częstotliwość odświeżania - lub też częstotliwość skanowania pionowego - jest mierzona w hercach (Hz). Wartość ta mówi, ile klatek jest wyświetlanych na ekranie w czasie sekundy. Jeśli wartość ta jest za mała, oko ludzkie zauważy przerwy pomiędzy kolejnymi odświeżeniami obrazu. Zakłada się, że minimalna wartość ergonomiczna wynosi 75 Hz, co pozwala na komfortową pracę przy monitorze. Z kolei częstotliwość poziomą skanowania mierzymy w kilohercach kHz.

Przykładowe przeliczenia

Maksymalna częstotliwość odświeżania w monitorze CRT wynosi: VSF=HSF/liczba poziomych linii x 0,95 gdzie: VSF - częstotliwość skanowania w pionie; HSF - częstotliwość skanowania w poziomie. Jeśli monitor ma na przykład częstotliwość odświeżania poziomego 96 kHz, a rozdzielczość 1280x1024, to maksymalna możliwa do uzyskania częstotliwość odświeżania pionowego wynosi: VSF=96000/1024x0,95 = 89 Hz Analogiczne obliczenia można przeprowadzać dla innych rozdzielczości i częstotliwości odświeżania.

Plamka

Maksymalna rozdzielczość monitora zależy nie tylko od częstotliwości skanowania poziomego i pionowego. Ważnym czynnikiem jest także plamka, czyli odległość pomiędzy punktami fosforu tego samego koloru, które ułożone są po wewnętrznej stronie kineskopu. Najczęściej odległość ta wynosi 0,22-0,3 mm. Im mniejsza przerwa pomiędzy punktami, tym dokładniejszy obraz. Należy zwrócić uwagę, że ze względu na różnice w konstrukcji kineskopów wykonanych w różnych technologiach, dane na temat plamki należy analizować w odniesieniu do konkretnego rodzaju wyświetlacza. Przy standardowej masce plamka mierzona jest jako odległość między środkami dwóch punktów fosforu tego samego koloru, które są najbliżej położone od siebie po przekątnej. Różnica pomiędzy punktami w poziomie to 0,866 wielkości plamki. Maski zbudowane z pasów, a nie punktów, wymuszają inne podejście do tego zagadnienia. Wielkość plamki jest wtedy poziomą odległością pomiędzy dwoma paskami tego samego koloru. Oznacza to, że plamka standardowej maski powinna zostać pomnożona przez 0,866, zanim porównamy ją z plamką maski paskowej. Niektórzy producenci podają informacje nie o wielkości plamki, a o wielkości plamki maski. Ponieważ maska jest zawsze przed warstwą fosforu, aby uzyskać wiarygodną informację o wielkości plamki, należy założyć niewielkie jej powiększenie po przejściu przez warstwę maski. Na przykład wielkość plamki maski 0,21 mm w ostatecznej formie wyniesie ok. 0,22 mm.

Kształty ekranów

Monitory kineskopowe mają ekrany, których kształt można podzielić na trzy kategorie: powstały z wycinka kuli - cylindryczny, powstały z wycinka walca (używany w monitorach z maską szczelinową) oraz prostokątny (wycinek kuli na tyle duży, że sprawia wrażenie prawie płaskiego).

Wady i zalety technologii kineskopowej

Podstawowe wady monitorów kineskopowych:

• kineskop wymusza stosowanie dużych objętościowo obudów,

• monitory CRT są ciężkie,

• zużywają dużo energii,

• są szkodliwe dla zdrowia z powodu generowania silnego pola elektromagnetycznego,

• migotanie obrazu źle wpływa na wzrok,

• konstrukcje kineskopów nie gwarantują idealnej geometrii obrazu.

Oczywiście urządzenia te mają również wiele zalet:

• fosfor, którym pokrywa się wewnętrzną stronę ekranu, gwarantuje doskonałe nasycenie barw,

• monitory CRT pozwalają na uzyskanie optymalnej jakości obrazu w różnych rozdzielczościach,

• fosfor emituje światło we wszystkich kierunkach, dlatego kąt widzenia sięga w monitorach CRT 180 stopni,

• dzięki możliwości skupienia elektronów w niewielkim punkcie jasność kineskopu może sięgać 1000 cd/m2,

• dobrze poznana technologia pozwala na produkcję tanich produktów na masową skalę.

---