BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA MONITORA CRT i

BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA MONITORA CRT i WYŚWIETLACZA LCD
Monitor to urządzenie wejścia/wyjścia do bezpośredniej komunikacji użytkownika z
komputerem. Zadaniem monitora jest wizualizacja wyników pracy komputera.
Monitor obsługiwany jest przez komputer zwykle za pośrednictwem karty graficznej.
Podłączany jest najczęściej do gniazda 15-pinowego. Do monitora sygnały przesyłane są w
postaci analogowej (sygnały RGB). W monitorach profesjonalnych do zastosowań
graficznych stosuje się specjalne karty graficzne i monitory, które podłączane są do karty
graficznej za pośrednictwem złącz BNC, a każdy z kolorów jest przesyłany oddzielnie, co
zmniejsza liczbę zniekształceń.
Budowa i zasada działania monitora CRT
Wyświetlacze kineskopowe w postaci telewizorów znane są już od około 60 lat, przy czym
od tego czasu ich podstawowa zasada działania nie uległa dużym zmianom. Działanie
monitora polega na wysyłaniu w kierunku przedniej szyby powleczonej warstwą luminoforu,
wiązki elektronów za pomocą działa elektronowego umieszczonego w tylnej części bańki
kineskopu. Wiązka ta jest kierowana za pomocą silnego pola magnetycznego tak, aby trafiała
w odpowiedni obszar na ekranie. Kiedy elektron uderza w punkt na ekranie, jego energia
powoduje chwilowe rozświetlenie tego punktu.
Każdy punkt reprezentuje pojedynczy piksel, czyli element obrazu. Zmieniając
odpowiednio napięcie sterujące działem elektronowym, możemy 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 standardzie NTSC 30 ramek na sekundę, zaś w standardzie PAL 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.
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.
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 dowolny kolor.
Wady i zalety technologii kineskopowej
Wady:
•
•
•
•
•
•
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.
Zalety:
• 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,
Budowa kineskopu
Budowa i zasada działania wyświetlacza LCD
Wyświetlacz ciekłokrystaliczny, LCD to urządzenie wyświetlające obraz oparte na
mechanizmie zmiany polaryzacji światła na skutek zmian orientacji uporządkowania
cząsteczek chemicznych, pozostających w fazie ciekłokrystalicznej, pod wpływem
przyłożonego pola elektrycznego.
Wszystkie rodzaje wyświetlaczy ciekłokrystalicznych składają się z czterech
podstawowych elementów:
• komórek, w których zatopiona jest niewielka ilość ciekłego kryształu
• elektrod, które są źródłem pola elektrycznego działającego bezpośrednio na ciekły
kryształ
• dwóch cienkich folii, z których jedna pełni rolę polaryzatora a druga analizatora
• źródła światła
Budowa i zasada działania
Za ekranem znajduje się źródło światła, np. lampa fluorescencyjna. W zależności od
wielkości panelu LCD liczba lamp fluorescencyjnych waha się od dwóch, w małych
monitorach piętnastocalowych, do ośmiu w wyświetlaczach 20-21-calowych. W coraz
popularniejszych panelach siedemnastocalowych montuje się zazwyczaj cztery lampy
fluorescencyjne, które podświetlają matrycę LCD. Światło oświetlające panel od tyłu
przechodzi najpierw przez tzw. dyfuzor, który zapewnia równomierną jasność na całej
powierzchni wyświetlacza. Następnie światło przechodzi przez pierwszy filtr polaryzacyjny,
zespół przezroczystych elektrod sterujących ułożeniem cząsteczek ciekłego kryształu oraz
warstwę orientującą, która ma za zadanie ustawić molekuły ciekłego kryształu w
odpowiednim (tzw. spoczynkowym) położeniu. Znajdująca się bezpośrednio dalej warstwa
ciekłego kryształu skręca o 90° płaszczyznę polaryzacji światła.
Ciekły kryształ (LC) jest substancją organiczną o ciekłej formie i krystalicznej strukturze
molekularnej. Cząsteczki w kształcie pręcików normalnie są ustawione w równoległych
rzędach. Do sterowania nimi używane jest pole elektryczne. W zależności od tego czy
występuje napięcie prądu lub jego braku cząsteczki kryształu odpowiednio się ustawiają, co
powoduje zmianę polaryzacji padającego na nią światła (odpowiednio skręca początkową
płaszczyznę polaryzacji światła lub pozostawić ją bez zmian).
Aby "pałeczkowate" cząsteczki ciekłego kryształu spowodowały skręcanie polaryzacji
światła, muszą zostać najpierw w procesie produkcyjnym odpowiednio przygotowane zorientowane w przestrzeni. Substancję ciekłokrystaliczną umieszcza się w kilku milionach
pojedynczych, niezależnych komórkach, tworzących łącznie matrycę pikseli np. o rozmiarach
1024×768 punktów. Wewnątrz każdej komórki długie "pałeczkowate" molekuły muszą zostać
odpowiednio ułożone. Do tego celu służą tzw. warstwy orientujące. W zależności od typu
wyświetlacza LCD i technologii jego wykonania wymuszają one albo równoległe, albo
prostopadłe w stosunku do płaszczyzny ekranu położenie cząsteczek. Wyświetlacze
ciekłokrystaliczne wykorzystują oba aspekty materii, z której są zbudowane: "ciekłość" i
"kryształowość". Są ruchome - jak ciecze (przy odpowiedniej temperaturze), a ich molekuły
układają się w tym samym kierunku - jak w kryształach.
Ciekłe kryształy są również podatne na pola elektromagnetyczne, które powodują ich
przewidywalne pozycjonowanie. Ciekłe kryształy przewodzą światło w jednym kierunku, co
sprawia, że idealnie nadają się na wyświetlacze.
. Światło po przejściu przez ciekły kryształ napotyka na swojej drodze drugi filtr
polaryzacyjny. W zależności od kąta padania światła w stosunku do osi polaryzacji filtra
światło wydostaje się z panela LCD, a użytkownik widzi jasny punkt na ekranie.
Kolorowe wyświetlacze mają dodatkową warstwę, w skład której wchodzą barwne filtry w
trzech kolorach podstawowych: czerwonym, zielonym lub niebieskim (RGB). Każdej
komórce ekranu odpowiadają trzy subpiksele (zgrupowane po trzy tworzą jeden punkt -
piksel), każdemu subpikselowi przyporządkowany jest jeden taki filtr, a za pomocą trzech
różnobarwnych komórek można uzyskać dowolny kolor piksela.
Wyświetlacz LCD
Wyświetlacz LCD zawiera:
1. Filtr polaryzujący
2. Powłoka szklana
3. Przeźroczyste elektrody (uaktywniają materiały LCD o wysokim współczynniku
przeźroczystości)
4. Warstwa orientująca
5. Ciekły kryształ
6. Izolator (utrzymuje stałą odległość pomiędzy dwiema warstwami szkła)
7. Filtr kolorowy RGB