CRT-монітор (стр. 1 из 2)

CRT-монітор

Вступ

Сьогодні найпоширеніший тип моніторів – це CRT (Cathode Ray Tube (катодно-променева трубка)) монітори. Іноді CRT розшифровується і як Cathode Ray Terminal, що відповідає вже не самій трубці, а пристрою, на ній заснованому.

1. Конструкція CRT-моніторів

Найважливішим елементом монітора є кінескоп, який зветься також електронно-променевою трубкою.

Кінескоп складається з герметичної скляної трубки, усередині якої вакуум. Один з кінців трубки вузький і довгий – це горловина, а інший – широкий і досить плаский – це екран. Із фронтальної сторони внутрішня частина скла трубки покрита люмінофором (luminophor). Як люмінофори для кольорових CRT використовуються сполуки на основі рідкоземельних металів – іттрія, ербію та ін.

Для створення зображення в CRT-моніторі використовується електронна гармата, звідки під дією сильного електростатичного поля виходить потік електронів. Крізь металеву маску або ґрати вони потрапляють на внутрішню поверхню скляного екрана монітора, покриту різнобарвними люмінофорними крапками.

Конструкція CRT-моніторів

Потік електронів (промінь) може відхилятися у вертикальній і горизонтальній площині, що забезпечує послідовне влучення його на все поле екрана. Відхилення променя відбувається за допомогою відхиляючої системи. Відхиляючі системи розділяються на сідлоподібно-тороїдальні та сідлоподібні. Останні більш поширені, оскільки створюють знижений рівень випромінювання. Відхиляюча системи складається з декількох котушок індуктивності, розміщених у горловини кінескопа. За допомогою змінного магнітного поля дві котушки створюють відхилення пучка електронів у горизонтальній площині, а інші дві – у вертикальній.

Зміна магнітного поля виникає під дією змінного струму, що протікає через котушки й змінюється за пилкоподібним законом у часі, при цьому котушки надають променю потрібний напрямок. Шлях електронного променя на екрані схематично показаний на рис. 2. Суцільні лінії – це активний хід променя, пунктир – зворотний.

Розгорнення променів на екрані CRT

Частота переходу на нову лінію називається частотою горизонтального (або рядкового) розгорнення. Частота переходу з нижнього правого кута в лівий верхній називається частотою вертикального (або кадрового) розгорнення.

Після відхиляючої системи потік електронів на шляху до фронтальної частини трубки проходить через модулятор інтенсивності та прискорювальну систему, що працюють за принципом різності потенціалів. Внаслідок цього електрони здобувають більшу енергію, частина з якої витрачається на світіння люмінофора.

Електрони потрапляють на люмінофорний шар, після чого енергія електронів перетворюється на світло, тобто потік електронів змушує крапки люмінофора світитися. Ці світлові крапки люмінофора формують зображення, що ви бачите на вашому моніторі. Як правило, у кольоровому CRT моніторі використовується три електронні гармати, на відміну від однієї гармати, застосовуваної в монохромних моніторах, які зараз практично не виробляються. Відомо, що око людини реагує на основні кольори: червоний (Red), зелений (Green) і синій (Blue) та на їхні комбінації, які створюють нескінченну кількість кольорів.

Люмінофорний шар, що покриває фронтальну частину електронно-променевої трубки, складається з трьох типів різнобарвних часток, чиї кольори відповідають основним кольорам RGB (звідси й назва групи з люмінофорних елементів – тріади). Люмінофор починає світитися, як було сказано вище, під впливом прискорених електронів, які створюються трьома електронними гарматами. Кожна з трьох гармат відповідає одному з основних кольорів і посилає пучок електронів на різні люмінофорні частки, чиє світіння основними кольорами з різною інтенсивністю комбінується та внаслідок чого формується зображення з необхідним кольором. Наприклад, якщо активувати червоні, зелені й синю люмінофорні частки, то їхня комбінація сформує білий колір.

Для управління CRT необхідна управляюча електроніка, якість якої багато в чому визначає і якість монітора. До речі, саме поняття як управляюча електроніка, створювана різними виробниками, є одним із критеріїв, що визначають різницю між моніторами 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 має впливати на люмінофор зеленого або синього кольорів. Щоб досягти такої дії, використовується спеціальна маска, чия структура залежить від типу кінескопів від різних виробників, що забезпечує дискретність (растровість) зображення.

CRT можна розбити на два класи – трипроменеві з дельтоподібним розташуванням електронних гармат і з планарним розташуванням електронних гармат. У цих трубках застосовуються щілинні й тіньові маски, хоча вірніше сказати, що вони всі тіньові. При цьому трубки із планарним розташуванням електронних гармат ще називають кінескопами із самосвідомістю променів, тому що вплив магнітного поля Землі на три планарно розташованих променя практично однаковий і при зміні положення трубки відносно поля Землі не потрібно робити додаткові регулювання.

2. Тіньова маска

Тіньова маска (shadow mask) – це найпоширеніший тип масок, вона застосовується з часу винаходу перших кольорових кінескопів. Поверхня в кінескопів з тіньовою маскою зазвичай сферичної форми (опукла). Це зроблено для того, щоб електронний промінь у центрі екрана й по краях мав однакову товщину. Тіньова маска складається з металевої пластини із круглими отворами, які займають приблизно 25% площі.

Тіньова маска CRT

Знаходиться маска перед скляною трубкою з люмінофорним шаром. Як правило, більшість сучасних тіньових масок виготовляють з інвару. Інвар (InVar) – магнітний сплав заліза [64%] з нікелем [36%]. Цей матеріал має гранично низький коефіцієнт теплового розширення, тому, незважаючи на те, що електронні промені нагрівають маску, вона не створює негативного впливу на чистоту кольору зображення.

Отвори в металевій сітці працюють як приціл (хоча й не точний), саме цим забезпечується те, що електронний промінь потрапляє тільки на необхідні люмінофорні елементи й тільки в певних областях.

Тіньова маска створює ґрати з однорідними крапками (інша назва – тріади), де кожна така крапка складається з трьох люмінофорних елементів основних кольорів – зеленного, червоного й синього, які світяться з різною інтенсивністю під впливом променів з електронних гармат. Зміною струму кожного з трьох електронних променів можна досягти довільного кольору елемента зображення, утвореного тріадою крапок.

Одним зі «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 тіньової маски. Кращим матеріалом маски є інвар.

Недоліки тіньової маски добре відомі: по-перше, це мале співвідношення пропускаємих та затримуваних маскою електронів (лише близько 20–30% проходить через маску), що вимагає застосування люмінофорів з великою світловіддачею, а це в свою чергу погіршує монохромність світіння, зменшуючи діапазон передачі кольору, а по-друге, забезпечити точний збіг трьох променів, що лежать в одній площині, при відхиленні їх на більші кути досить важко.

Тіньова маска застосовується в більшості сучасних моніторів – Hitachi, Panasonic, Samsung, Daewoo, LG, Nokia, View Sonic.

Мінімальна відстань між люмінофорними елементами однакового кольору в сусідніх рядках називається кроком крапок (dot pitch) та є індексом якості зображення.

Крок крапок однакового кольору в сусідніх рядках

Крок крапок зазвичай вимірюється в міліметрах (мм). Чим менше значення кроку крапок, тим вище якість відтвореного на моніторі зображення. Відстань між двома сусідніми крапками по горизонталі дорівнює кроку крапок, помноженій на 0,866.

3. Апертурні грати

Є ще один вид трубок, у яких використовуються Aperture Grille (апертурні ґрати). Ці трубки стали відомі під назвою Trinitron і вперше були представлені на ринку компанією Sony в 1982 р. У трубках з апертурними ґратами застосовується оригінальна технологія, де є три променеві гармати, три катоди й три модулятори, але при цьому є одне загальне фокусування.

Апертурні ґрати CRT

Апертурні ґрати – це тип маски, використовуваний різними виробниками у своїх технологіях для виробництва кінескопів, що носять різні назви, але однакові по суті, наприклад технологія Trinitron від Sony, Diamond Tron від Mitsubishi і SonicTron від View Sonic. Це рішення не містить у собі металеві ґрати з отворами, як у випадку з тіньовою маскою, а має ґрати з вертикальних ліній. Замість крапок з люмінофорними елементами трьох основних кольорів апертурні ґрати містять серію ниток, що складаються з люмінофорних елементів вибудуваних у вигляді вертикальних смуг трьох основних кольорів.

Така система забезпечує високу контрастність зображення і добру насиченість кольорів, що разом забезпечує високу якість моніторів із трубками на основі цієї технології. Маска, застосована в трубках фірми Sony (Mitsubishi, View Sonic), являє собою тонку фольгу, на яку нанесені тонкі вертикальні лінії.

Вона тримається на горизонтальному (одному в 15», двох в 17», трьох і більше в 21») дротику, тінь від якої видна на екрані. Цей дротик застосовується для гасіння коливань і називається damper wire. Його добре видно, особливо при світлому фоні зображення на моніторі. Деяким користувачам ці лінії принципово не подобаються, інші ж навпаки задоволені й використовують їх як горизонтальну лінійку.