CRT-монітор
Вступ
Сьогоднінайпоширеніший тип моніторів – це CRT (Cathode Ray Tube (катодно-променеватрубка)) монітори. Іноді CRT розшифровується і як Cathode Ray Terminal, щовідповідає вже не самій трубці, а пристрою, на ній заснованому.
1.Конструкція CRT-моніторів
Найважливішимелементом монітора є кінескоп, який зветься також електронно-променевоютрубкою.
Кінескопскладається з герметичної скляної трубки, усередині якої вакуум. Один з кінцівтрубки вузький і довгий – це горловина, а інший – широкий і досить плаский – цеекран. Із фронтальної сторони внутрішня частина скла трубки покрита люмінофором(luminophor). Як люмінофори для кольорових CRT використовуються сполуки наоснові рідкоземельних металів – іттрія, ербію та ін.
Длястворення зображення в CRT-моніторі використовується електронна гармата, звідкипід дією сильного електростатичного поля виходить потік електронів. Крізьметалеву маску або ґрати вони потрапляють на внутрішню поверхню скляного екранамонітора, покриту різнобарвними люмінофорними крапками.
/>
КонструкціяCRT-моніторів
Потікелектронів (промінь) може відхилятися у вертикальній і горизонтальній площині,що забезпечує послідовне влучення його на все поле екрана. Відхилення променявідбувається за допомогою відхиляючої системи. Відхиляючі системи розділяютьсяна сідлоподібно-тороїдальні та сідлоподібні. Останні більш поширені, оскількистворюють знижений рівень випромінювання. Відхиляюча системи складається здекількох котушок індуктивності, розміщених у горловини кінескопа. За допомогоюзмінного магнітного поля дві котушки створюють відхилення пучка електронів угоризонтальній площині, а інші дві – у вертикальній.
Змінамагнітного поля виникає під дією змінного струму, що протікає через котушки йзмінюється за пилкоподібним законом у часі, при цьому котушки надають променюпотрібний напрямок. Шлях електронного променя на екрані схематично показаний нарис. 2. Суцільні лінії – це активний хід променя, пунктир – зворотний.
/>
Розгорненняпроменів на екрані CRT
Частотапереходу на нову лінію називається частотою горизонтального (або рядкового)розгорнення. Частота переходу з нижнього правого кута в лівий верхнійназивається частотою вертикального (або кадрового) розгорнення.
Післявідхиляючої системи потік електронів на шляху до фронтальної частини трубкипроходить через модулятор інтенсивності та прискорювальну систему, що працюютьза принципом різності потенціалів. Внаслідок цього електрони здобувають більшуенергію, частина з якої витрачається на світіння люмінофора.
Електронипотрапляють на люмінофорний шар, після чого енергія електронів перетворюєтьсяна світло, тобто потік електронів змушує крапки люмінофора світитися. Цісвітлові крапки люмінофора формують зображення, що ви бачите на вашомумоніторі. Як правило, у кольоровому CRT моніторі використовується триелектронні гармати, на відміну від однієї гармати, застосовуваної в монохромнихмоніторах, які зараз практично не виробляються. Відомо, що око людини реагує наосновні кольори: червоний (Red), зелений (Green) і синій (Blue) та на їхнікомбінації, які створюють нескінченну кількість кольорів.
Люмінофорнийшар, що покриває фронтальну частину електронно-променевої трубки, складається зтрьох типів різнобарвних часток, чиї кольори відповідають основним кольорам RGB(звідси й назва групи з люмінофорних елементів – тріади). Люмінофор починаєсвітитися, як було сказано вище, під впливом прискорених електронів, якістворюються трьома електронними гарматами. Кожна з трьох гармат відповідаєодному з основних кольорів і посилає пучок електронів на різні люмінофорнічастки, чиє світіння основними кольорами з різною інтенсивністю комбінується тавнаслідок чого формується зображення з необхідним кольором. Наприклад, якщоактивувати червоні, зелені й синю люмінофорні частки, то їхня комбінаціясформує білий колір.
Дляуправління CRT необхідна управляюча електроніка, якість якої багато в чомувизначає і якість монітора. До речі, саме поняття як управляюча електроніка,створювана різними виробниками, є одним із критеріїв, що визначають різницю міжмоніторами з однаковою CRT. Отже, кожна гармата випромінює електронний промінь(або потік, або пучок), що впливає на люмінофорні елементи різного кольору(зеленого, червоного або синього).
Зрозуміло,що електронний промінь, призначений для червоних люмінофорних елементів, не маєвпливати на люмінофор зеленого або синього кольорів. Щоб досягти такої дії,використовується спеціальна маска, чия структура залежить від типу кінескопіввід різних виробників, що забезпечує дискретність (растровість) зображення.
CRTможна розбити на два класи – трипроменеві з дельтоподібним розташуваннямелектронних гармат і з планарним розташуванням електронних гармат. У цихтрубках застосовуються щілинні й тіньові маски, хоча вірніше сказати, що вонивсі тіньові. При цьому трубки із планарним розташуванням електронних гармат щеназивають кінескопами із самосвідомістю променів, тому що вплив магнітного поляЗемлі на три планарно розташованих променя практично однаковий і при змініположення трубки відносно поля Землі не потрібно робити додаткові регулювання.
2.Тіньова маска
Тіньовамаска (shadow mask) – це найпоширеніший тип масок, вона застосовується з часувинаходу перших кольорових кінескопів. Поверхня в кінескопів з тіньовою маскоюзазвичай сферичної форми (опукла). Це зроблено для того, щоб електроннийпромінь у центрі екрана й по краях мав однакову товщину. Тіньова маскаскладається з металевої пластини із круглими отворами, які займають приблизно 25%площі./> />
Тіньовамаска CRT
Знаходитьсямаска перед скляною трубкою з люмінофорним шаром. Як правило, більшістьсучасних тіньових масок виготовляють з інвару. Інвар (InVar) – магнітний сплавзаліза [64%] з нікелем [36%]. Цей матеріал має гранично низький коефіцієнттеплового розширення, тому, незважаючи на те, що електронні промені нагріваютьмаску, вона не створює негативного впливу на чистоту кольору зображення.
Отворив металевій сітці працюють як приціл (хоча й не точний), саме цимзабезпечується те, що електронний промінь потрапляє тільки на необхіднілюмінофорні елементи й тільки в певних областях.
Тіньовамаска створює ґрати з однорідними крапками (інша назва – тріади), де кожна такакрапка складається з трьох люмінофорних елементів основних кольорів – зеленного,червоного й синього, які світяться з різною інтенсивністю під впливом променівз електронних гармат. Зміною струму кожного з трьох електронних променів можнадосягти довільного кольору елемента зображення, утвореного тріадою крапок.
Однимзі «слабких» місць моніторів з тіньовою маскою є її термічна деформація.Частина променів від електронно-променевої гармати потрапляє на тіньову маску,внаслідок чого відбувається нагрівання й подальша деформація тіньової маски.Зсув отворів тіньової маски призводить до виникнення ефекту строкатості екрана(зсуву кольорів RGB). Істотно впливає на якість монітора матеріал тіньовоїмаски. Кращим матеріалом маски є інвар.
Недолікитіньової маски добре відомі: по-перше, це мале співвідношення пропускаємих тазатримуваних маскою електронів (лише близько 20–30% проходить через маску), щовимагає застосування люмінофорів з великою світловіддачею, а це в свою чергупогіршує монохромність світіння, зменшуючи діапазон передачі кольору, апо-друге, забезпечити точний збіг трьох променів, що лежать в одній площині,при відхиленні їх на більші кути досить важко.
Тіньовамаска застосовується в більшості сучасних моніторів – Hitachi, Panasonic,Samsung, Daewoo, LG, Nokia, View Sonic.
Мінімальнавідстань між люмінофорними елементами однакового кольору в сусідніх рядкахназивається кроком крапок (dot pitch) та є індексом якості зображення.
/>
Кроккрапок однакового кольору в сусідніх рядках
Кроккрапок зазвичай вимірюється в міліметрах (мм). Чим менше значення кроку крапок,тим вище якість відтвореного на моніторі зображення. Відстань між двомасусідніми крапками по горизонталі дорівнює кроку крапок, помноженій на 0,866.
3.Апертурні грати
Є щеодин вид трубок, у яких використовуються Aperture Grille (апертурні ґрати). Цітрубки стали відомі під назвою Trinitron і вперше були представлені на ринкукомпанією Sony в 1982 р. У трубках з апертурними ґратами застосовуєтьсяоригінальна технологія, де є три променеві гармати, три катоди й тримодулятори, але при цьому є одне загальне фокусування.
/>
Апертурніґрати CRT
Апертурніґрати – це тип маски, використовуваний різними виробниками у своїх технологіяхдля виробництва кінескопів, що носять різні назви, але однакові по суті,наприклад технологія Trinitron від Sony, Diamond Tron від Mitsubishi іSonicTron від View Sonic. Це рішення не містить у собі металеві ґрати зотворами, як у випадку з тіньовою маскою, а має ґрати з вертикальних ліній.Замість крапок з люмінофорними елементами трьох основних кольорів апертурніґрати містять серію ниток, що складаються з люмінофорних елементів вибудуваниху вигляді вертикальних смуг трьох основних кольорів.
Такасистема забезпечує високу контрастність зображення і добру насиченістькольорів, що разом забезпечує високу якість моніторів із трубками на основіцієї технології. Маска, застосована в трубках фірми Sony (Mitsubishi, ViewSonic), являє собою тонку фольгу, на яку нанесені тонкі вертикальні лінії.
Вонатримається на горизонтальному (одному в 15», двох в 17», трьох і більше в 21»)дротику, тінь від якої видна на екрані. Цей дротик застосовується для гасінняколивань і називається damper wire. Його добре видно, особливо при світломуфоні зображення на моніторі. Деяким користувачам ці лінії принципово неподобаються, інші ж навпаки задоволені й використовують їх як горизонтальнулінійку.
Мінімальнавідстань між смугами люмінофора однакового кольору називається кроком смуг(strip pitch) і вимірюється в міліметрах (мм) (рис. 7.10). Чим меншезначення кроку смуг, тим вища якість зображення на моніторі. При апертурнихґратах має сенс тільки горизонтальний розмір крапки, оскільки вертикальнийвизначається фокусуванням електронного променя й системою, що відхиляє.
Апертурніґрати використовуються в моніторах від View Sonic, Radius, Nokia, LG, CTX,Mitsubishi, у всіх моніторах від SONY.
4.Щілинна маска
Щілиннамаска (slot mask) – ця технологія широко застосовується компанією NEC під ім'ям«CromaClear». Це рішення на практиці являє собою комбінацію тіньової маски йапертурних ґрат. У цьому випадку люмінофорні елементи розташовані увертикальних еліптичних осередках, а маска зроблена з вертикальних смуг (рис. 5).Фактично вертикальні смуги розділені на еліптичні осередки, які містять групиіз трьох люмінофорних елементів трьох основних кольорів.
/>
Щілиннамаска CRT
Щілиннамаска використовується, крім моніторів від NEC (де осередки еліптичні), умоніторах Panasonic із трубкою Pure Flat (раніше називалася Pan Flat).Зазначимо, що не можна порівнювати розмір кроку для трубок різних типів: кроккрапок (або тріад) трубки з тіньовою маскою вимірюється по діагоналі, у той часяк крок апертурних ґрат, інакше званий горизонтальним кроком крапок, – погоризонталі. Тому при однаковому кроці крапок трубка з тіньовою маскою маєбільшу щільність крапок, ніж трубка з апертурними ґратами. Для прикладу кроксмуг 0,25 мм приблизно еквівалентний кроку крапок, що дорівнює 0,27 мм.
Такожу 1997 р. компанією Hitachi – найбільшим проектувальником і виготовлювачемCRT – була розроблена EDP – новітня технологія тіньової маски. У типовійтіньовій масці тріади розміщені більш-менш рівносторонньо, створюючи трикутнігрупи, розподілені рівномірно поперек внутрішньої поверхні трубки. КомпаніяHitachi зменшила відстань між елементами тріади по горизонталі, тим самимстворивши тріади, ближчі за формою до рівнобедреного трикутника. Длязапобігання виявлення проміжків між тріадами самі крапки були подовжені іявляють собою скоріше овали, ніж коло.
Обидватипи масок – тіньова маска й апертурні ґрати – мають свої переваги та своїхприхильників. Для офісних додатків, текстових редакторів і електронних таблицьбільше підходять кінескопи з тіньовою маскою, що забезпечують дуже високучіткість і достатній контраст зображення. Для роботи з пакетами растрової йвекторної графіки традиційно рекомендуються трубки з апертурними ґратами, якимвластиві чудова яскравість і контрастність зображення. Крім того, робочаповерхня цих кінескопів являє собою сегмент циліндра з більшим радіусомкривизни по горизонталі (на відміну від CRT із тіньовою маскою, що маютьсферичну поверхню екрана), що істотно (до 50%) знижує інтенсивність відблисківна екрані.
/>
EDP-технологіямасці CRT
Електронно-променевітрубки виробляються переважно в Японії. Для деяких серій моніторів Acer,Daewoo, LG Electronics, Philips, Samsung і View Sonic трубки виготовляє концернHitachi. У виробах ADI і Daewoo встановлюються трубки Toshiba. Компанії Apple,Compaq, IBM, MAG і Nokia застосовують CRT Sony Trinitron. Нарешті, Mitsubishiпостачає CRT для фірм CTX, Iiyama і Wyse, а трубки Panasonic (Matsushita) можназустріти в моніторах CTX, Philips і View Sonic. />Найчастішевиробники трубок бувають перевантажені замовленнями, тому у виробництвомоніторів однієї й тієї самої серії вносять вклад різні постачальники.
5.Сучасні CRT
FDTrinitron (Sony).
У цейчас всі вироблені Sony CRT-монітори мають плоску зовнішню поверхню екрана(навіть моделі з діагоналлю 15»). Технологія, використана Sony у своїхмоніторах, розробляється компанією вже понад тридцять років, і не будеперебільшенням сказати, що вона здобула всесвітню популярність. Усе почалося в1968 р., коли була винайдена технологія Trinitron. У 1982 р. Sonyвипустила перший комп'ютерний дисплей, у якому була застосована CRT Trinitron.У 1998 р. компанія представила перший монітор із плоскою поверхнею екрана,виконаний за технологією FD Trinitron.
CRTTrinitron, які всім добре відомі по побутових телевізорах, відрізнялися відзвичайних тим, що мали не сферичну поверхню екрана, а циліндричну. Зупинимосяна цікавих моментах, що відрізняють технологію FD Trinitron. Насамперед цевисокий рівень роздільної здатності. Щоб досягти високої роздільної здатності,необхідна наявність трьох складових – дуже тонкої екранної маски, мінімальногодіаметра електронного променя й безпомилкового позіціонування цього променя навсій поверхні екрана. Таке завдання приховує у собі чимало труднощів.Наприклад, зменшення діаметра електронного променя викликає зниження яскравостізображення. Щоб компенсувати втрати в яскравості, потрібно збільшити потужністьелектрон-ного променя, але це веде до скорочення терміну служби люмінофорногопокриття й катода самої електронної гармати, що служить джерелом електронів.
В FDTrinitron застосована конструкція електронної гармати за назвою SAGIC (SmallAperture G1 with Impregnated Cathode). У ній використовується звичний барієвийкатод, але збагачений вольфрамом, що дозволяє продовжити термін служби CRT.Крім того, діаметр фільтруючого отвору в першому елементі ґрат електронної гарматиG1 зменшений до 0,3 мм порівняно зі звичайними 0,4 мм, що дозволяєодержувати на виході тонкіший електронний промінь.
Якекранну маску Sony використовує апертурні ґрати із кроком 0,22–0,28 мм(Цей показник змінюється не тільки в залежності від моделі монітора. У самомумоніторі крок маски може бути різним у центрі й на периферійних ділянках).Застосування апертурних ґрат замість тіньової маски дозволяє збільшитикількість електронів, що досягають поверхні люмінофорного покриття, а це даєчистішу, краще сфальцьовану та яскраву картинку. Крім того, в електроннійгарматі застосовані спеціальні системи фокусування: DQL (Dynamic QuadropoleLens), MALS (Multi Astigmatism Lens System) і EFEAL (Extended Field EllipticalAperture Lens). Вони дозволяють одержувати тонку й відмінно сфальцьовану плямуелектронного променя в будь-якому місці екрана.
Усімонітори з CRT FD Trinitron мають спеціальне багатошарове покриття (від 4 до 6шарів), що виконує кілька функцій. По-перше, воно дозволяє одержуватиреалістичні кольори на поверхні екрана за рахунок зниження відбитого світла.Крім того, завдяки додатковому спеціальному чорному шару антиблікового покриття(Hi-Con™) підвищується контрастність, значно поліпшена передача сірихвідтінків. На додаток до всього це унікальне для FD Trinitron чорне покриття,яке всмоктує як пряме, так і відбите світло, що підвищує контрастністьзображення.
Flatron(LG Electronics).
Основнавідмінність CRT Flatron від кінескопів інших виробників полягає в тому, що вних для формування зображення використовується абсолютно пласка поверхня екранаяк зовні, так і всередині. Це дозволило збільшити кут огляду та, як наслідок,видиму область зображення. У моніторах LG Flatron використовується щілиннамаска, що дозволяє відтворювати зображення з високою роздільною здатністю (крокмаски в 17» моніторів LG Flatron 775FT і 795FT Plus – 0,24 мм). Крім того,у CRT LG Flatron товщина маски знижена, що підвищує якість формованої на екраніелектронної плями.
У LGFlatron використовується електронна гармата спеціальної конструкції – Hi-Lb-MQGun. У звичайних гарматах по краях екрана електронна пляма має овальну форму.Це веде до появи муару й зниження горизонтального оптичного розділення.Застосована ж у Hi-Lb-MQ Gun система фокусування дозволяє досягати практичноідеальної форми електронної плями по всій поверхні екрана. У конструкцію ґрателектронної гармати також внесені зміни – доданий додатковий фільтруючийелемент G3.
Щеоднією примітною особливістю Flatron є антиблікове та антистатичне покриттяW-ARAS, яке значно знижує кількість відбитого світла й разом з тим дозволяєдосягти найнижчого коефіцієнта світлопропускання екрана (38% проти 40–52% уконкурентів).
ErgoFlat (Hitachi). У CRT Ergo Flat використовується тіньова маска з дуже маленькимкроком (так, у моделі Hitachi CM771 крок маски дорівнює 0,22 мм погоризонталі й 0,14 мм по вертикалі).
DynaFlat(Samsung). У CRT DynaFlat фірми Samsung також використовується тіньова маска здуже маленьким кроком (до 0,20 мм). Крім того, у моніторах цього типузастосовується також антибліковое та антистатичне покриття Smart III. Завідгуками фахівців, монітори з CRT DynaFlat дозволяють одержувати навітьяскравішу й насиченішу картинку, ніж у моніторах на базі FD Trinitron.