Spis treści

1. Wstęp…………………………………………………………………………………	2
2. Budowa i zasada działania monitorów CRT………………………………………	2
2.1. Od obrazów czarnobiałych do kolorowych………………………………..	4
2.2. Mity na temat rozmiaru plamki……………………………………………	5
2.3. Temperatura kolorów……………………………………………………….	5
3. Podsumowanie……………………………………………………………………….	6
4. Literatura…………………………………………………………………………….	7

1. Wstęp

Monitor jest to urządzenie elektroniczne wyposażone w ekran, na którym - w zależności od rodzaju doprowadzonego sygnału elektrycznego - uzyskuje się ruchome obrazy, rysunki, wykresy, zestawienia, wyniki obliczeń i pomiarów, dane w postaci znaków i liter. Ekran monitora stanowi najczęściej płaska część lampy kineskopowej.

2. Budowa i zasada działania monitorów CRT

Już od niemal 70 lat lampa katodowa stosowana jest w różnego rodzaju urządzeniach generujących obraz. Od znanych wszystkim odbiorników telewizyjnych, po laboratoryjne oscyloskopy - wszędzie wykorzystywana jest podobna konstrukcja. Mamy z nią do czynienia także w przypadku monitorów komputerowych. Gdyby przyszło komuś jednym zdaniem opisać zasadę działania komputerowego monitora, wystarczy stwierdzić, że nie jest to nic innego, niż zwyczajny odbiornik telewizyjny, pozbawiony elementów umożliwiających odbiór i dekodowanie sygnału antenowego. „Normalny” telewizor jest wyposażony w tuner i demodulator, w których to modułach drgania elektromagnetyczne konwertowane są do postaci sygnału elektrycznego. Ten ostatni w swej istocie niczym nie różni się od sygnału „używanego” w monitorach. Elementy elektroniczne stosowane do „obróbki” takiego sygnału i jego transformacji w telewizyjny obraz są w przypadku monitorów i telewizorów funkcjonalnie bardzo podobne. Teoretycznie telewizor ogołocony z modułu tunera telewizyjnego można więc nazwać monitorem, jednak przodkiem obecnego monitora jest… również monitor, tyle że znakowy. Takich bowiem urządzeń od dawna używano jako terminali dużych komputerów. Gdy środowisko alfanumeryczne przestało wystarczać, usunięto moduł dekodera znaków i poważnie zmodernizowano istniejące elementy, dostosowując je do współpracy z kartą graficzna, wysokimi rozdzielczościami, kolorem itd.

Ważnym elementem w monitorach CRT jest tzw. wzmacniacz sygnału wideo, którego zadaniem jest zmiana napięcia generowanego przez kartę graficzną o sile 1 wolta do kilku tysięcy woltów; dzięki temu zostaje uwolniona duża wiązka elektronów - a następnie otrzymujemy sygnał (obraz) na ekranie naszego monitora: czarno - biały, jeżeli w monitorze jest tylko jeden wzmacniacz wideo, lub kolorowy - jeżeli w monitorze mamy do czynienia z potrójnym wzmacniaczem wideo „odpowiadający kolorom podstawowym--czerwonemu, niebieskiemu i zielonemu” . Za synchronizację (pionową i poziomą) oraz za odchylenie poziome i pionowe, odpowiedzialna jest również karta graficzna. Następnie uzyskujemy „pracę cewek odchylających wiązkę elektronów w kineskopie; dzięki nim strumień cząsteczek omiata ekran z lewa na prawo i z góry na dół” . Gdy dane cząsteczki zostaną pobudzone, uzyskamy wtedy obraz. Jasność monitora uzyskujemy za pomocą atomów fosforu. Cały obraz na ekranie monitora jest „kompozycją zapalonych i wygaszonych punktów, które z daleka dają złudzenie pełnego obrazu” .

Kineskop w monitorach CRT, zbudowany jest ze szklanej tuby bez zawartości powietrza w jego środku (zawiera w sobie gaz obojętny). Na końcu szklanej tuby - na szyjce, znajduje się ujemna elektroda, której zadaniem jest uwalnianie wiązki elektronów do anody (która naładowana jest dodatnio). Następnie elektrony uderzają w „płaską powłokę luminoforu i przekazują nabytą podczas "strzału" energię kinetyczną atomom fosforu, które z kolei wypromieniowują ją w postaci fali elektromagnetycznej” . Luminofor odpowiedzialny jest za „emisję promieniowania widzialnego (światła) po pobudzeniu przez wiązkę elektronów. Dzięki niemu powstaje obraz na ekranie monitora. Od składu chemicznego zależy kolor emitowanego światła”.

Każdy punkt reprezentuje pojedynczy piksel, czyli element obrazu. Zmieniając odpowiednio napięcie sterujące działem elektronowym, można sprawiać, że punkty na ekranie będą świecić jaśniej bądź ciemniej. Pierwsze czarno-białe telewizory miały kineskopy z jednym działem, zaś warstwa luminoforu była w nich jednorodna. Później zaczęto stosować po kilka dział, zaś luminofor został podzielony na osobne punkty.

Tworząc obraz wiązka przemiata ekran wzdłuż pojedynczej poziomej linii, zwanej linią wybierania, od lewej do prawej, rozświetlając punkty luminoforu i powodując ich jaśniejsze bądź ciemniejsze świecenie, w zależności od chwilowego napięcia sterującego działem elektronowym.

Częstotliwość z jaką monitor rysuje pojedynczą linię wybierania nazywa się częstotliwością poziomą i mierzy się ją w kilohercach (kHz). Po osiągnięciu brzegu ekranu wiązka jest chwilowo wygaszana (następuje odstęp wygaszania odchylania poziomego), magnesy odchylające wiązkę kierują ją na początek następnej linii ku dołowi ekranu i proces następuje od nowa, aż do zapełnienia całego ekranu.

W tym momencie wiązka znowu zostaje wygaszona (odstęp wygaszania pionowego), po czym cały cykl zaczyna się od nowa od góry ekranu. Częstotliwość z jaką monitor rysuje cały obraz nazywa się częstotliwością odświeżania i podawana jest ona w hercach (Hz).

W początkach rozwoju telewizji inżynierowie borykali się z problemami technicznymi, które zmuszały ich do stosowania rozwiązań kompromisowych. Po pierwsze, dostępny wtedy luminofor nie był najlepszej jakości, wobec czego punkty na ekranie zaczynały znikać jeszcze zanim wiązka elektronów zdążyła przebiec cały ekran pionie. Aby obejść to ograniczenie, w telewizji używa się techniki wyświetlania obrazu zwanej przeplataniem, gdzie ekran jest rysowany w dwóch przebiegach, co drugą linię. W pierwszym przebiegu rysowane są tylko linie nieparzyste, po czym wiązka wraca do góry ekranu i rysowane są linie parzyste. Powstają w ten sposób dwa półobrazy, zwane też polami, dwa pola zaś tworzą ramkę.

W standardzie NTSC zdefiniowano 60 pól (30 ramek) na sekundę, zaś w standardzie PAL 50 pól (25 ramek). Dla porównania film kinowy wyświetlany jest z częstotliwością 24 klatek na sekundę. Dla większości ludzi jest to częstotliwość graniczna, poniżej niej daje się już zauważyć migotanie obrazu.

W standardzie NTSC zdefiniowano 60 pól (30 ramek) na sekundę, zaś w standardzie PAL 50 pól (25 ramek). Dla porównania film kinowy wyświetlany jest z częstotliwością 24 klatek na sekundę. Dla większości ludzi jest to częstotliwość graniczna, poniżej niej daje się już zauważyć migotanie obrazu.

Do czasu pojawienia się komputerów jakość luminoforu i elektroniki sterującej poprawiła się do tego stopnia, że nie było potrzeby stosowania wyświetlania z przeplotem. Ponieważ jednak większość pracy przy komputerze związana jest z wyświetlaniem tekstu, zaistniała konieczność zwiększenia rozdzielczości obrazu.

Podczas gdy typowy telewizor działa z częstotliwością poziomą rzędu 13.5 kHz, odświeżanie obrazu zaś następuje z częstotliwością od 25 do 30 Hz, większość monitorów komputerowych jest w stanie wyświetlać obraz z częstotliwością poziomą równą ponad 60 kHz, zaś pionową 85 Hz. Warto ustawić częstotliwość odświeżania na własnym monitorze, tak aby była ona równa co najmniej 85 Hz. Przy niższych częstotliwościach występuje migotanie obrazu męczące oczy, nawet jeśli nie jestemy w stanie go zauważyć.

2.1. Od obrazów czarnobiałych do kolorowych

Kolorowy kineskop działa na niemalże identycznej zasadzie co wyświetlacz czarno-biały. Różnice polegają na zwiększeniu liczby dział elektronowych z jednego do trzech i zastąpieniu jednokolorowych punktów luminoforu triadami punktów w trzech kolorach podstawowych (czerwony, zielony, niebieski), tworzącymi pojedyncze piksele. Każde działo rozświetla punkty w jednym kolorze, za pomocą kombinacji zaś trzech barw podstawowych można uzyskać niemal dowolny kolor (w zasadzie mieszanie kolorów następuje w ludzkim mózgu).

Rys. Maska punktowa

Potrojenie liczby pikseli w kineskopach kolorowych przy jednoczesnym zwiększeniu rozdzielczości ekranu może oznaczać tylko jedno - konieczność umieszczania punktów luminoforu coraz bliżej siebie. Do poprawnej obsługi takiego ekranu wymagana jest też odpowiednio precyzyjna elektronika i magnesy sterujące. Jeśli wiązki nie są kierowane wystarczająco precyzyjnie, mogą one trafiać w przylegające punkty luminoforu powodując rozmazanie obrazu, niewłaściwe wyświetlanie kolorów, bądź też rozmywanie obrazu, dające efekt nieostrości.

Aby obejść ten problem, inżynierowie stosują kilka trików. Jednym z rozwiązań jest użycie maski umieszczonej wewnątrz szklanej bańki tuż przed warstwą luminoforu. Maska taka jest po prostu zwykłym kawałkiem metalu z dziurkami, zazwyczaj wykonanym z materiału zwanego inwarem. Jedynie poprawnie wycelowane wiązki są w stanie przejść przez punkty w masce i trafić w odpowiadające im punkty luminoforu. Maska blokuje przypadkowo odchylone wiązki elektronów i nie pozwala im na dotarcie do luminoforu. Takie rozwiązanie zwane jest maską perforowaną.

Ponieważ naniesienie luminoforu na wewnętrzną stronę ekranu w postaci punktów nie jest takie proste, stosuje się też inną sztuczkę. Luminofor nanosi się w postaci pionowych linii, przed ekranem zaś rozpina się zamiast maski cienkie druty. Druty te służą do wytłumiania zabłąkanych elektronów podobnie jak to ma miejsce w przypadku maski punktowej. Takie rozwiązanie zwane jest z kolei maską szczelinową (aperturową).

Rys. Maska szczelinowa (aperturowa)

Obie techniki mają swoje wady. Generalnie, maski perforowane dają ostrzejszy obraz, podczas gdy maski szczelinowe dają lepsze kolory. Monitory z maską perforowaną są odrobinę ciemniejsze, wadą maski szczelinowej są z kolei dwa poziome druty rozpięte w 1/3 i 2/3 wysokości ekranu w celu zredukowania wibracji drutów tworzących maskę. Jeśli zależy nam na jasnym obrazie i żywych kolorach, nie przeszkadzają nam zaś cienie poziomych drutów, wybierzmy kineskop z maską szczelinową. Jeśli zaś dużo pracuje się z tekstem lub też cienie drutów działają na nerwy, wybierzmy zwykłą maskę perforowaną.

2.2. Mity na temat rozmiaru plamki

Większość ludzi próbując ocenić jakość danego monitora zwróci przede wszystkim uwagę na rozmiar plamki. Generalnie im mniejszy ten rozmiar (mierzony w milimetrach), tym lepszy monitor. Problem tkwi jednak w tym, że rozmiar ten można mierzyć na wiele sposobów, wobec czego nie jest on zbyt miarodajny. Tradycyjnie rozmiar plamki w kineskopach z maską perforowaną jest odległością między dwoma punktami luminoforu w tym samym kolorze, mierzoną po przekątnej od jednej linii wybierania do drugiej. Jednakże w kineskopach z maską szczelinową nie ma punktów, tylko paski luminoforu, wobec czego rozmiar plamki (rozmiar paska) jest mierzony poziomo między dwoma paskami o tym samym kolorze. Z powodów marketingowych producenci kineskopów z maską perforowaną także zaczęli podawać poziomą odległość między punktami. Kilka firm stosuje jeszcze inne podejście i podaje rozmiar plamki mierzony na masce kineskopu.

Ponieważ zaś maska znajduje się około pół cala przed powierzchnią luminoforu, rozmiar plamki w masce równy 0.21 mm oznacza faktyczny rozmiar plamki luminoforu 0.22 mm. Dodatkowo, ponieważ bańki kineskopów są prawie (choć nie zupełnie) płaskie, wiązka elektronów ma tendencję do zmieniania swego kształtu na owalny przy brzegach ekranu. Tak samo zmienia się też rozmiar plamki, jednak tylko niektórzy producenci podają dwa rozmiary plamki - jeden w centrum ekranu, a drugi na jego brzegach.

Podczas gdy liczba i gęstość rozmieszczenia punktów lub pasków luminoforu na ekranie decyduje o optymalnej rozdzielczości monitora, bardziej ważne jest to, czy wiązka elektronów precyzyjnie trafia w luminofor o odpowiednim kolorze. Ta cecha kineskopu nazywa się zbieżnością, i ona decyduje o ostrości wyświetlanego obrazu. Jeśli zbieżność kineskopu nie będzie dobra, wiązka elektronów wycelowana w niebieski punkt może trafić w sąsiadujący z nią punkt koloru czerwonego lub zielonego. Błędy zbieżności pionowej i poziomej są mierzone w dziesiątych częściach milimetra. Duże ich wartości mogą być przyczyną rozmycia kolorów i zmniejszenia czytelności tekstu lub małych detali wyświetlanego obrazu. Niestety tylko kilku producentów kineskopów podaje wartości tych błędów.

2.3. Temperatura kolorów

Jeśli bawiliśmy się opcjami menu OSD dostępnego w naszym monitorze, prawdopodobnie znaleźliśmy opcję zmiany ustawień temperatury kolorów. Większość monitorów pozwala na wybór tej temperatury, mierzonej w stopniach Kelvina, spośród trzech lub więcej zdefiniowanych ustawień. Standardowe ustawienia to 9300 K, 6500 K oraz 5500 lub 5000 K. 9300 K to ustawienie domyślne zazwyczaj, nazywane jest ono "bielą monitora komputerowego".

To ustawienie da jasny obraz, ale będzie on z lekka niebieskawy. 6500 K da wam z kolei jaśniejszy odcień bieli, nazywany czasem "bielą światła dziennego". Jest ono preferowane przez użytkowników związanych z przemysłem wideo. Ustawienie 5000 i 5500 K, nazywane "bielą papieru", jest zazwyczaj używane w przemyśle drukarskim i wydawniczym. Jeśli dużo pracujemy z programami DTP lub drukujecie dużo w kolorze, pewnie będziemy zadowolenie z tego ustawienia.

Pomimo, że niektóre monitory pozwolą na ustawianie waszych własnych temperatur kolorów, a nawet na ustawienie temperatury każdego koloru z osobna, powinniśmy raczej tego unikać, chyba że mamy ściśle zdefiniowany cel i wiecie, co robicie. Generalnie powinniście pozostać przy domyślnym ustawieniu - 9300 K. Korekcja zbieżności W dobrym monitorze nie powinno nigdy być konieczności ustawianie zbieżności, jednakże warto wiedzieć jak to się robi - na wszelki wypadek. Jak wspomnieliśmy wcześniej, zbieżność jest prawdopodobnie najważniejszym czynnikiem, jeśli chodzi o ostry obraz. Profesjonaliści używają specjalnych mierników do pomiarów błędów zbieżności, nam wystarczą ekrany dostępne w programie DisplayMate. Możemy także zastosować sztuczkę z wizytówką. Wyświetlmy na ekranie czarne tło z poziomą białą linią. Przyłóżmy do ekranu wizytówkę i powoli przesuwajmy ją do góry, aż przetnie ona wyświetloną linię pod niewielkim kątem. Jeśli monitor ma problemy ze zbieżnością, będziemy w stanie zobaczyć czerwone, zielone lub niebieskie obramowanie wokół krawędzi wizytówki. Sposobu tego można użyć także do sprawdzania błędów zbieżności pionowej.

3. Podsumowanie

Technologia posuwa się szybkim tempem do przodu. Pomimo iż pojawiają się nowej generacji monitory LCD, to ich cena jest nieporównywalnie większa niż w przypadku monitorów CRT.

4. Literatura

Internet - http://www.mim.pr.radom.pl/student/smaga/index5.html

1

---