Информационни технологии & Интернет

автор: Росица Радева

Интерактивността в компютърната графика изисква визуализация върху устройства, образите върху които може да се променят бързо. Най-широко използувани за тази цел са графичните дисплеи с електронно – лъчева тръба.
В този динамичен свят на бързо развиващи се технологии изглежда изненадващо, че технологията, по която се произвеждат мониторите с електронно-лъчева тръба (или CRT Cathode-Ray Tube, катодно-лъчева тръба ) е на над 100 години. По-голямата част от компютърното общество смята, че германският учен Карл Фердинанд Браун е създал първия контролируем модел на CRT през 1887 г. Към края на 30-те години на миналия век CRT започват да се използват в първите телевизионни приемници. Въпреки, че днешните CRT, които се използват при компютърните монитори са претърпели модификации с цел подобряване на качеството на картината те все още работят на същия основен принцип.

Показателно за развитието на CRT мониторите през годините е напредъка на IBM в тази насока

през 1981 г. IBM представя Color Graphics Adapter(CGA), който е способен да възпроизведе четири цвята, и постига максимална резолюция от 320 пиксела хоризонтално по 200 пиксела вертикално(320х200).
IBM представят Enhance Graphics Adapter(EGA) дисплея през 1984 г. Тази технология позволява до 16 различни цветове и увеличава резолюцията на 640х350 пиксела, като подобрява външния вид на дисплея и прави четенето на текст по-лесно.
През 1987 г. IBM представя Video Graphics Array(VGA) дисплей системата. Повечето компютри в днешно време поддържат този стандарт и много VGA монитори са все още в употреба.
IBM представя Extended Graphics Array(XGA) дисплея през 1990 г., който предлага 800х600 резолюция при истински цветове(true color – 16.8 милиона цвята) и 1024х768 резолюция при 65 536 цвята. Повечето дисплеи, продавани днес поддържат Ultra Extended Graphics Array(UXGA) стандарта.

Устройство и действие на CRT мониторите

Основния компонент на CRT мониторите е електронно-лъчевата тръба (ЕЛТ) или още наричаната катодно-лъчева тръба. От нея идва както името на тези монитори, така и големият им размер.

ЕЛТ служи за преобразуване на електрическия сигнал във видима светлина. За целта нагревателят нагрява катода и от него започват да се отделят електрони, които се ускоряват и фокусират от Анод 1 и Анод 2. Самото фокусиране се осъществява, като се регулира напрежението на първия анод. Така се получава електронен лъч. Следва промяна на неговата посока или от вертикални и хоризонтални пластини или с помощта на магнитно поле. При използването на пластини вертикално отклоняващите определят на кой ред от екрана ще попадне лъчът, а хоризонтално отклоняващите – на коя колона. Ако се използва магнитно поле имаме два случая – с магнитна бобина или с постоянен магнит. Магнитната бобина променя посоката на лъча чрез промяна на своето магнитно поле, а постоянния магнит го прави чрез промяна на положението си. Използването на магнитно поле позволява отклоняване на лъча на по-голям ъгъл (до 110 – 120 градуса), а това от своя страна довежда до направата на по-къси тръби, заемащи по-малко място.

Така се получава ускорен, фокусиран и преместен електронен лъч. Също така когато разглеждаме цветен монитор значи имаме три лъча – за трите основни цвята (RGB – Red, Green, Blue – Червен, Зелен, Син). Тези три лъча “ударят” вътрешната част на екрана. Но как се получават светлината и цветовете, които виждаме ние? С тази задача се заема луминофорът. Луминифорите са вещества, които излъчват светлина с определена дължина на вълната, когато се „активират“ от поток от електрони. При този процес различните луминифори излъчват светлина с различен цвят. Всяка точка се състои от три частици оцветен луминифор — червена, зелена и синя. Тези групи, съставени от по три луминифорни частици образуват така наречения пиксел. (Три субпиксела образуват един пиксел или т. нар. декада). При сблъсъка с електроните, с които го “бомбандираме”, той се засветява. Този сблъсък обаче довежда до допълнително избиване на вторични електрони, които са не само ненужни, но и пречат. Те наелектризират екрана отрицателно и той почва да отблъсква идващите електрони. За да не се случи това се използва графитът, с който е покрита вътрешността на тръбата. Графитът се свързва електрически с втория анод и служи както за отвеждане (екраниране) на вторичните електрони, така и за изолация от външни смущения.

Цветът на определен пиксел зависи от силата, с която светят отделните му субпиксели.

За да се получи едно изображение трите лъча обхождат всички пиксели от екрана ред по ред. На фиг.1 можем да видим техния път. Този начин за изобразяване се нарича растерен (Raster Scan). Когато електронните лъчи се движат по синята линия те предизвикват засветяването на пикселите, а когато се връщат по цикламената линия тяхната сила е рязко намалена и те не засветяват никакви пиксели. Този процес на обхождане на целия екран (отгоре до долу ред по ред) се извършва много бързо и незабележимо за човешкото око – зависимост от честотата на монитора 60Hz – 75Hz – 60 – 75 пъти в секунда и т.н.). Честотата или “refresh rate” зависи пряко от резолюцията на монитора. При по-висока резолюция поддържаната честота намалява. Максималната поддържана резолюция на един CRT монитор се определя от физическия брой на пикселите които съдържа (например, ако максималната му резолюция е 1280х1024, то той съдържа 1280х1024 = 1 310 720 пиксела). Когато закупуваме CRT монитор трябва да проверим какви честоти на какви резолюции поддържа той. За безпроблемна работа (без трептене) е нужно 15 инчов монитор да работи на резолюция 800х600 и честота 85Hz, 17 инчов на 1024х768 и 85Hz, а 19 инчов на 1280х1024 и 85Hz. Не е фатално да работите на честота 75Hz, но е по-неприятно и дразнещо.

Типове дисплей

CRT мониторите най-общо могат да бъдат разделени в две групи – такива с тръба със shadow маска и такива с тръба с апертурна решетка. Тези два типа тръби се различават по няколко неща – начин на подреждане на фосфорните точки (R, G, B), формата на маската използвана за насочване на електронния лъч и формата на повърхността на тръбата

Тръба със shadow маска

При този тип тръби R, G и B представляват точки, подредени във формата на равностранен триъгълник. Маската е с кръгли отвори и е направена от специален метал наречен ‘INVER”, които е устойчив на топлинни деформации. Основен параметър на този тип тръби е междуточковото разстояние (dot pitch). Това е разстоянието между две точки с един и същи цвят – червен, зелен или син. Типичните стойности на този параметър за 17-инчов монитор са 0,26 – 0,28mm. Някои производители на монитори, обаче дават разстоянието между две точки с един и същи цвят по хоризонтала, за което ще стане дума малко по-късно. По отношение формата на повърхността, тези тръби са FST (Flat Square Tube).

Тръба с апертурна решетка

Тук R, G и В са във формата на ивици. Маската се състои от фини вертикални ленти, които са закрепени посредством от две тънки хоризонтални жички наречени “damper wires”, които може да видите на екрана с невъоръжено око. Този тип тръба е въведена за първи път от Sony (известна като Trinitron), а след това в друга форма от Mitsubishi (известна като Diamondtron). Разликата между тях е в това, че при Trinitron се използва една пушка и три лъча, а при Diamondtron – три пушки и три лъча. Разстоянието между фосфорните ивици от един и същи цвят (червен, зелен или син) се нарича stripe pitch, а типичните стойности на този параметър за 17-инчов монитор са 0,25 – 0,26 mm

Chroma clear тръба

При нея R, G и В са във формата на правоъгълници. Маската представлява мрежа с редове от овални отвори и се нарича slot mask. Този тип тръба е разработка на NEC Corporation. Въпреки че е базирана на shadow маска, тя предлага качество на картината близко до това на тръбите с апертурна решетка. Разстоянието между правоъгълниците се нарича отново stripe pitch и обикновено е 0,25 – 0,26mm. По отношение формата на повърхността на екрана, тези тръби са FST. Сравнение между doт и stripe pitch. Тъй като при тръбите със shadow маска и тези с апертурна решетка се използват различни методи за измерване на междуточковото разстояние, не е възможно просто да сравним числовите стойности, за да определим, която от тях предлага по-добра точност на изображението. При shadow маската, реалното разстояние между точките с един и същи цвят се отчита по хоризонтала и то е равно на корен квадратен от 3, делено на 2 х dot pitch. Това ще рече, че за тръба с 0,28 mm dot pitch, разстоянието измерено по хоризонтала е 0,242 mm. Като избирате монитор по този параметър не бива да забравяте, че някои от производителите посочват като стойност dot pitch, а други – хоризонталното разстояние между точките, което понякога може да ви обърка или подведе. За да сравним тръба с shadow маска и такава с апертурна решетка трябва да използваме разстоянието между точките измерено по хоризонтала. Това означава, че тръба с 0,28 mm dot pitch и тръба с 0,25 mm stripe pitch са почти съпоставими по този критерий.

Яркост и контраст

За постигането на ясни и перфектни изображение се нуждаем от по-висок контраст и яркост на монитора. Контраста представлява разликата между светлината и тъмнината (или бялото и черното) показвана на екрана на монитора. Ако контрастът е висок, светлите и тъмните тонове изглеждат доста ясни, но дори едва уловима разлика в цветовете може да доведе до размазване на изображението. За постигането на по-добър контраст е необходимо да се потигне количеството светлина отразявано от повърхността на тръбата. Технологията с филтриране на цветовете е един от най-ефективните методи за повишаване на контраста. При нея за намаляване отражението на екрана се използват неорганични пигментни слоеве със същите цветове както на фосфорните слоеве (червен, зелен и син), които са разположени между лицевия панел и всеки фосфорен слой. Те поглъщат обкръжаващата светлина с изключение на тази с цвета на фосфора. С комбинацията от цветни филтри и панелно стъкло с подходяща проводимост може да се постигне не само по-висок контраст, но и по-висока яркост.
Другият подход за подобряване на контраста е използването на пигментирана фосфорна технология. При този метод намаляването на отразената светлина се постига чрез поглъщането й от пигментни слоеве, с които са покрити самите фосфорни елементи. Съдържанието на пигмент, обаче трябва да бъде намалено, за да се избегне влошаването на яркостта. Благодарение на този технология, при Crystal Pigment Phosphor екраните може да се постигне до 20% по-добър контраст при запазване на същата яркост.
Най-важният аспект на един монитор е това дали може да възпроизведе стабилно изображение на избраната разделителна способност (резолюция) и цветова палитра. Монитор, който блещука или трепти, което обикновено се случва, когато по-голямата част от изображението е бяла (като в средата на Windows) може да причини болки и умора в очите, главоболие и мигрена. Също така е важно характеристиките на монитора да бъдат внимателно съпоставени с тези на графичната карта, която го управлява.

Предимства и недостатъци на CRT мониторите
Предимства

• Неограничен ъгъл на видимост. Луминофорите излъчват във всички посоки и затова независимо под какъв ъгъл и да погледнем монитора се вижда все така хубаво.
• Липса на пикселни грешки. Пикселните грешки се наблюдават при LCD мониторите. Например:
• постоянно светещ пиксел;
• постоянно не светещ (изгаснал) пиксел;
• Достигане на по-висок контраст. При CRT мониторите винаги е имало по-добър контраст, но вече качествените LCD монитори достигат контраст доста близък до този на CRT мониторите.
• По-високо качество на цветовете
• Незабележимо време за реакция на пикселите. Времето за което един пиксел изгасва за да премине в друг цвят тук е незабележимо. Това се дължи на самия начин по който работят CRT мониторите.
• По-ниска цена

Недостатъци

• Големи размери. Поради използването на електронно-лъчева тръба размерите на един CRT монитор са доста големи. Колкото повече инчове е екрана на такъв монитор – толкова е и по-голям монитора в дълбочина. Освен това са и доста тежки – за един 19 инчов монитор – около 20 кг.
• Голямо енергопотребление. За работата на CRT са нужни доста високи напрежения, което предизвиква и доста високо потребление на ел. енергия. Например мощността на един 17 инчов монитор е около 80-100W, а на един 19 инчов около 120-150W (за сравнение: на един LCD 17 инча е около 20-30W, на 19 инчов около 30-35W, a на 22 инчов около 40-45W).
• Вредни излъчвания. CRT мониторите имат два вида вредно излъчване: йонизиращо и нейонизиращо. Йонизиращото включва рентгенови и ултравиолетови лъчи, които са изключително вредни за човека. Поради тази причина има строг контрол и проверка на стойността на тези излъчвания на всеки CRT монитор който се произвежда и поради това на практика те са нищожни и се равняват на стойностите, които бихте получили от кратка разходка навън. Нейонизиращото е електромагнитното излъчване. Действието му е доказано вредно за хората – вреди на костната система, на очите, на сърдечно-съдовата система, отслабва имунитета и други. Особено е опасно за бременни и деца. То не е подложено на строг контрол, но все пак има стандарти, които определят дали то не е в големи количества.
• Използване на вредни за околната среда материали Поради наличието за йонизиращо излъчване се използва олово като предпазен слой. Въпреки, че оловото ни предпазва от вредните излъчвания, то самото е вредно за околната среда и в някои държави е забранено CRT мониторите да се изхвърлят на боклука.
• Трептене на образа. Поради самия начин на работа (който е обяснен по-горе) на CRT мониторите се получава едно дразнещо трептене. Това трептене се забелязва повече при по-ниски честоти на монитора и предизвиква дразнене и главоболие.
• Влияят се от магнитни полета. Наличието на магнитно поле наоколо извън монитора може да доведе до смущения и изкривяване на образа. Например източник на такова поле може да бъде един постоянен магнит. Друг източник на магнитно поле се явяват тонколонките. Много често те стоят точно до монитора и това някой път довежда до смущения и изкривяване на образа.
• Лоша геометрия Специфичната форма на тези монитори води до не толкова правилното изобразяване на прави линии около краищата им.

Още през 2001 г. много компютърни експерти и аналитици предричаха, че съдбата на CRT технологията изгледа вече предначертана – доминирането на CRT мониторите наближава своя край. Apple пускат на пазара всички свои системи с LCD монитори, а Hitachi спряха производството на CRT монитори с изявлението, че „няма изгледи за растеж в пазара на CRT монитори”. През лятото на същата тази 2001 година Philips Electronics – най-големия световен производител на CRT монитори – се съгласява да слее бизнеса си с този на най-големия конкурент на компанията LG Electronics.
Към днешна дата повечето световни производители на монитори са се насочили към производството на LCD дисплей, което води до развитие на тази технология, снижава цените за производството им и ги прави все по-достъпни, а добрите стари CRT монитори остават в миналото.

Сходни статии:

1. Какво е Bluetooth автор: Владислав Николаев Стоянов Bluetooth. Тази безсмислена като превод дума (буквалния й превод е “син зъб”) все по-често се среща в материалите, посветени на компютрите. Най-вероятно вие знаете, че става...