Budowa monitora CRT

CRT to akronim od Cathode-Ray Tube, czyli lampy kineskopowej wyposażonej w działo elektronowe. W języku polskim pod tym słowem przyjęto potoczną nazwę skrótową, synonim dla wyrażenia monitor CRT – czyli oznaczenie modeli monitorów komputerowych, których wyświetlacz oparty jest na lampie obrazowej zwanej kineskopem. Właściwe określenie to monitor kineskopowy.

Zasada działania monitora CRT

Zasada tworzenia obrazu w kolorowym monitorze CRT polega na wysyłaniu w kierunku przedniej szyby powleczonej warstwą luminoforu, trzech wiązek elektronów (po jednej dla każdego składowego koloru RGB) za pomocą trzech dział elektronowych umieszczonych w tylnej części próżniowej tuby kineskopu. Wiązki te są kierowane za pomocą silnego pola magnetycznego (cewki odchylające) tak, aby trafiały w odpowiedni obszar na luminoforze.

Luminofor jest to świecący pigment (fosfor), materiał mający własności świecenia pod wpływem padającego nań promieniowania. Tworząc obraz wiązki przemiatają 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.


Po narysowaniu linii obrazu i osiągnięciu prawego brzegu ekranu wiązki są chwilowo wygaszane, po czym cewki odchylające kierują je na początek następnej linii ku dołowi ekranu i proces następuje od nowa, aż do zapełnienia całego ekranu linia po linii. Gdy cały ekran się zapełni, wiązki znowu zostają wygaszone, po czym cały cykl rysowania obrazu zaczyna się od nowa od góry ekranu (od pierwszej linii).

Rodzaje masek w monitorach CRT

Przed warstwą luminoforu znajduje się tzw. maska (ang. shadow mask), która pełni funkcję filtru dbającego o to, aby elektrony uderzały idealnie w powierzchnię wyznaczonych pól luminoforu (subpikseli) - co pozytywnie wpływa na jakość obrazu.

Wady i zalety monitorów CRT

Wybór rodzaju monitora zależy najbardziej od jego przeznaczenia. Monitory CRT zostały praktycznie całkowicie wyparte z rynku przez monitory ciekłokrystaliczne, niemniej jednak niektóre ich unikatowe właściwości sprawiają, iż nadal używają ich np. fotografowie.

Dobór parametrów monitora CRT

W monitorach CRT rzeczywista powierzchnia robocza ekranu jest nieco mniejsza niż deklaruje producent, a to z powodu wypukłości ekranu, które zawsze występują w monitorze kineskopowym. Nawet w najnowszych modelach mających prawie płaskie ekrany (FST - Flat Square Tube) występują niewielkie wypukłości poziome.


Obecnie w monitorach CRT standardowymi rozdzielczościami są np. 1024×768 (XVGA), 1280×1024 (SXGA) oraz 1600×1200 (UXGA). Ze względu na możliwość wyświetlania wielu rozdzielczości (wieloczęstotliwość) ważne jest tylko, aby monitor zapewnił odpowiednią częstotliwość odświeżania pionowego dla wysokiej rozdzielczości.


W monitorze CRT fizyczny piksel ułożony na powierzchni ekranu nie przekłada się bezpośrednio na piksel "komputerowy" rozumiany jako najmniejszy element obrazu przetwarzanego przez kartę graficzną. Najczęściej w przypadku pracy z monitorem CRT na pojedynczy piksel obrazu komputerowego generowanego przez kartę graficzną przekłada się na kilkanaście pikseli fizycznych maski.

Dlatego aby semantycznie odróżnić pojęcie piksela obrazu przesyłanego z karty graficznej oraz piksela rzeczywistego kineskopu wprowadzono pojęcie plamki. Im mniejsza plamka, tym elementy są gęściej rozmieszczone, co przekłada się na lepszą ostrość obrazu. Najczęstsze wielkości plamki: 0.2mm; 0.24mm; 0.25mm; 0.28mm.


W monitorach kineskopowych (CRT) wyróżnia się poziomą i pionową częstotliwość odświeżania. Częstotliwość odświeżania pionowego informuje, ile razy na sekundę rysowany jest cały ekran. Częstotliwość odświeżania poziomego określa, ile razy w ciągu sekundy wiązka elektronów jest w stanie narysować linię poziomą. Częstotliwość pozioma ma bardzo dużą wartość (wyrażoną w kilohercach), więc z czysto praktycznego punktu widzenia ma małe znaczenie.

Mówiąc więc o częstotliwości odświeżania mamy zawsze na myśli częstotliwość pionową. Częstotliwość poniżej 80Hz szybko zmęczy oczy (widoczne migotanie obrazu), optymalnie powinna wynosić 85-100Hz przy danej rozdzielczości.

Budowa monitora LCD

LCD to akronim od Liquid Crystal Display - wyświetlacz ciekłokrystaliczny to urządzenie, którego zasada działania oparta jest na zmianie polaryzacji światła na skutek zmian orientacji cząsteczek ciekłego kryształu pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego.

Zasada działania monitora LCD

Zasada tworzenia obrazu w kolorowym monitorze LCD jest nieco inna niż w monitorach CRT. Zrezygnowano z działa elektronowego, dzięki czemu monitor ma dużo mniejsze gabaryty i wagę. Źródłem światła są najczęściej cienkie lampy jarzeniowe (albo diody LED w dużo droższych monitorach ledowych). Światło jest przepuszczane przez filtr polaryzacyjny, który przepuszcza fale świetlne o określonej fazie. Następnie strumień światła tafia na filtr z poziomymi szczelinami, po czym przechodzi przez warstwę polikrzemową zwaną ciekłymi kryształami i trafia na drugi filtr z pionowymi szczelinami.

Jeżeli strumień światła nie zostanie załamany o 90° przez warstwę ciekłych kryształów, to światło zostanie całkowicie zatrzymane na drugim filtrze. Jeżeli jednak strumień światła zostanie załamany o 90° przez molekuły ciekłych kryształów, to światło zostanie podane na ekran. Molekułami ciekłych kryształów sterujemy za pomocą tranzystorów - podanie napięcia powoduje odpowiednie zorientowanie cząstek i załamanie strumienia światła o 90° (wzbudzenie). Każdy piksel w monitorze LCD składa się z trzech (tzw. triada) subpikseli odpowiadających kolorom RGB. Każdy subpiksel jest sterowany niezależnie oddzielnym tranzystorem.

Podział matryc w monitorach LCD

Matryce pasywne stosowano w początkach technologii LCD - pojedyncze tranzystory sterowały całymi wierszami i kolumnami pikseli. Monitory oparte na matrycach pasywnych smużyły (miały wolny czas reakcji, pojawiały się smugi i cienie).

W matrycach aktywnych każdy subpiksel sterowany jest oddzielnym tranzystorem cienkowarstwowymi (ozn. TFT - Thin Film Transistor)

Wady i zalety monitorów LCD

Wybór rodzaju monitora zależy najbardziej od jego przeznaczenia. Monitory LCD praktycznie całkowicie wyparły z rynku monitory kineskopowe, niemniej jednak wcale nie oznacza to, iż są pozbawione wszelkich wad.

Dobór parametrów monitora LCD

W monitorach LCD przekątna ekranu wynosi dokładnie tyle, ile deklaruje producent, ponieważ panele ciekłokrystaliczne mają idealnie płaskie ekrany.


Monitory LCD posiadają rozdzielczość natywną - wyświetlają optymalny obraz tylko w jednej rozdzielczości, pozostałe tryby są uzyskiwane poprzez matematyczne skalowanie obrazu, co znacznie pogarsza jego jakość.


Wielkość piksela zależy bezpośrednio od wielkości ekranu LCD i jego rozdzielczości naturalnej. Aby obliczyć wielkość piksela wystarczy zmierzyć (lub zajrzeć do specyfikacji) szerokość powierzchni roboczej ekranu i podzielić przez rozdzielczość poziomą - np. monitor 19 calowy ma zwyczajowo szerokość 376 mm a jego typowa pozioma rozdzielczość naturalna to 1280px. A więc: 376/1280 = 0.294 mm. Różnice wielkości piksela w przypadku stacjonarnych panelów LCD dochodzą do 16.5%, ale gdy pod uwagę weźmiemy jeszcze matryce w notebookach to różnice dochodzą nawet do 36%, a to już bardzo dużo.

Rozważmy 17 calowy panel LCD o rozdzielczości 1280x1024 oraz monitor o krok większy (czyli 19 calowy) mający taką samą rozdzielczość natywną. Monitor o większej przekątnej będzie siłą rzeczy posiadał dużo większy piksel.


Jasność panelu ma znaczący wpływ na różnorodność wyświetlanych kolorów oraz zdolność do prezentowania szczegółów obrazu. Przykładowa wartość: 250 cd/m² (dla porównania typowa jasność monitora CRT to ok. 100÷120 cd/m²). Oczywiście jest to maksymalna jasność; np. podczas pracy biurowej zbyt duża jasność może szybko zmęczyć wzrok.

Niektóre monitory posiadają przełączane tryby, które zmieniają jasność (oraz inne parametry, np. balans kolorów) tak, aby wyświetlana zawartość wyglądała jak najlepiej - dla filmów lub gier stworzono profil o wysokiej jasności, natomiast podczas pracy biurowej korzystamy z profilu o obniżonej jasności.


Porozmawiajmy o kontraście obrazu. Przykładowa wartość: 1000:1. Teoretycznie, im większy współczynnik kontrastu, tym lepsze stają się możliwości prezentowania poszczególnych barw posiada panel. Warto przypomnieć, iż panele LCD mają duże problemy w prezentowaniu czarni, która czasami może być bardziej ciemnozielona niż czarna. Producenci monitorów LCD często podają w specyfikacji urządzenia tzw. kontrast dynamiczny, który może sięgać nawet 1000000:1 w odróżnieniu od dużo mniejszego kontrastu statycznego. Jest to jednak zabieg czysto marketingowy.


Trick z kontrastem dynamicznym polega na na regulacji jasności świecenia lamp jarzeniowych podających światło w zależności od jasności obrazu. Różnica jasności lampy podającej światło powoduje sztuczne zwiększenie różnicy jasności białego i czarnego koloru. Do wyświetlania statycznych obrazów (np. prezentacje slajdów) kontrast dynamiczny słabo się nadaje, ponieważ przy zmianie slajdu zajdzie zauważalna zmiana jasności tła, jednak przy wyświetlaniu filmów zmiany jasności lampy nie będą tak widoczne, a film wydawać się będzie bardziej kontrastowy, choć i tak będzie wyglądał gorzej niż na urządzeniu mającym wyższy kontrast statyczny. Monitor lub telewizor z włączoną funkcją kontrastu dynamicznego nie nadaje się do pracy na komputerze, szczególnie jeśli chodzi o obróbkę dokumentów czy grafiki.

Złącze analogowe DSUB (VGA)

Złącze popularne w czasach monitorów CRT - niepożądane w monitorze LCD, ponieważ zachodzi wówczas dwukrotna konwersja sygnału: zamiana sygnału cyfrowego na analogowy w karcie graficznej oraz sygnału analogowego na cyfrowy w monitorze. Podwójna konwersja powoduje straty w jakości obrazu i zwiększa podatność na zakłócenia. Nazwa DSUB pochodzi od rodzaju złącz przypominających kształtem położoną literę D. Inna nazwa to VGA (od trybu graficznego).

Złącze cyfrowe DVI (Digital Video Interface)

Cyfrowy standard przesyłania sygnału wideo, w odmianach DVI-I oraz DVI-A umożliwia także przesyłanie sygnału analogowego. Kabel łączący monitor z komputerem nie może być dłuższy niż 5m.






Różnica pomiędzy wejściami typu Single Link a Dual Link polega na zwiększonej dwukrotnie mocy, szybkości i jakości transmisji dla wejść Dual Link.

Nowoczesne złącza cyfrowe HDMI oraz Display Port

Złącze HDMI (High Definition Multimedia Interface) to cyfrowy standard przesyłania sygnału audio/wideo umożliwiający transmisję w wysokiej rozdzielczości (HD) oraz dźwięku wielokanałowego. Stosujemy go w odtwarzaczach DVD, Blu-Ray, telewizorach typu LCD i plazmowych oraz konsolach do gier. Maksymalna długość kabla: 15m.


Złącze Display Port - głównym zamierzeniem nowego standardu jest połączenie komputer-monitor lub komputer-system kina domowego (w tym np. projektory, telewizory itp.). DisplayPort już w swojej pierwszej wersji 1.0 osiągnął to, co HDMI udało się osiągnąć dopiero w wersji 1.3b czyli: maksymalna rozdzielczość 2560x1600, 24 bitowa głębia kolorów, maksymalna przepustowość sygnału w granicach około 10 Gb/s. Pełną specyfikację jesteśmy w stanie osiągnąć na kablu o długości 15 metrów, przy dłuższych kablach rozdzielczość zostaje zmniejszona do 1920x1080.

Przyszłość monitorów i wyświetlaczy?

Producenci wciąż prześcigają się w tworzeniu nowych technologii, które zapewnią jeszcze lepsze parametry wyświetlanego obrazu, a jednocześnie mniejsze koszty produkcji. Jaka technologia opanuje rynek w najbliższej przyszłości? Jakie znamy nowatorskie metody budowy wyświetlaczy?

Wykorzystane źródła

• Urządzenia techniki komputerowej. Podręcznik do nauki zawodu technik informatyk. Helion. Tomasz Kowalski
• Urządzenia techniki komputerowej. WSIP. Tomasz Marciniuk
• http://www.neurosoft.edu.pl/zgomolka/CRT_LCD.pdf
• Wikipedia.pl