Monitory CRT i LCD. Zasada działania, porównanie.

Monitory CRT i LCD Zasada działania, porównanie. VS

Ogólne informacje Monitor to ogólna nazwa jednego z urządzenia we-wy do bezpośredniej komunikacji operatora z komputerem. Zadaniem monitora jest natychmiastowa wizualizacja wyników pracy komputera.

Pierwszy polski komputer XYZ z 1958 r. używał synchroskopu, wyświetlającego na ekranie oscyloskopu, zawartość 16 słów pamięci w postaci 16 rzędów po 36 jasnych i ciemnych punktów. Następnie używany był dalekopis (np. ZAM 41) lub elektryczna maszyna do pisania (np. Odra 1305). Synchroskop Elektryczna maszyna do pisania Dalekopis

Monitory dzielimy na: Monitor CRT - Przypomina zasadą działania i po wyglądem telewizor. Głównym elementem monitora CRT jest kineskop. Monitor LCD - inaczej panel ciekłokrystaliczny. Jest znacznie bardziej płaski od monitorów CRT. Głównym elementem jest matryca LCD.

PODSTAWOWE POJĘCIA

Piksel Piksel (rozmiar plamki w mm): Wielkość najmniejszej składowej cząstki obrazu wyświetlanej na ekranie. Z reguły rozmiar plamki wynosi od 0,1 mm do 0,42 mm. Im mniejszy piksel w monitorze, tym bardziej dokładny, ostry i kontrastowy obraz.

Subpiksel Subpiksel: każdy piksel składa się z trzech subpikseli. Mają one kolor czerwony, zielony i niebieski (standard RGB). Łącząc te trzy subpiksele, można uzyskać wszystkie możliwe kombinacje kolorów tworzące widmo barw.

PARAMETRY MONITORÓW

Rozmiar monitora Rozmiar monitora mierzymy podając przekątną ekranu (w calach)

Obszar widziany Obszar widzialny (w calach) faktyczny rozmiar widziany przez użytkownika. Dla monitorów CRT jest nieco mniejszy niż przekątna kineskopu: dla monitorów 15 wielkość obszaru widzialnego pomiędzy 13,8 a 14,1 cala Dla 17 wielkość obszaru pomiędzy 15,9 a 16,1 cala Dla 19 wielkość obszaru pomiędzy 18,0 a 18,1 cala Dla 20 wielkość obszaru wynosi średnio 20 cali Dla monitorów LCD obszar widzialny z reguły wynosi tyle, co przekątna ekranu, czyli rozmiar monitora.

Rozdzielczość i proporcje ekranu Rozdzielczość monitora (w pikselach): Proporcje (format) ekranu Współczynnik kształtu 1280 Maksymalna ilość pikseli jaką może wyświetlić dany monitor ilość pikseli w poziomie na ilość pikseli w pionie Stosunek ilości pikseli w poziomie do ilości pikseli w pionie, zaokrąglony do liczb całkowitych 1024 Rozdzielczość: 1280 x1024 Format: 5:4

Tryb graficzny Pionowa częstotliwość odchylania (w Hz) Pozioma częstotliwość odchylania (w khz) Liczba punktów w linii, liczbę linii na ekranie i częstotliwość odświeżania obrazu, 1024 768 75 oznacza 1024 punktów w linii, 768 wierszy na ekranie i odświeżanie obrazu na poziomie 75 Hz. Tryby graficzne monitora powinny zgadzać się z trybami graficznymi karty graficznej zainstalowanej w komputerze. częstotliwość powtarzania całego obrazu Dla monitora CRT wynosi od 50 do 120 Hz Mała częstotliwość powtarzania obrazu wywołuje efekt migotania. liczba linii kreślonych przez strumień elektronów wystrzeliwanych przez działo elektronowe kineskopu w ciągu sekundy. Zwykle wartość mieści się pomiędzy 15 a 64 khz, czyli kilkadziesiąt tysięcy linii na sekundę.

Przekątna 1. Który z monitorów jest większy: a) Mający przekątną 17 czy przekątną 40 cm? 2. Dwa monitory mają tę samą przekątną 24.Jeden z nich ma proporcje16:9, a drugi 16:10. Który z nich ma większą powierzchnię ekranu?

Tryb graficzny Pionowa częstotliwość odchylania (w Hz) Pozioma częstotliwość odchylania (w khz) Liczba punktów w linii, liczbę linii na ekranie i częstotliwość odświeżania obrazu, 1024 768 75 oznacza 1024 punktów w linii, 768 wierszy na ekranie i odświeżanie obrazu na poziomie 75 Hz. Tryby graficzne monitora powinny zgadzać się z trybami graficznymi karty graficznej zainstalowanej w komputerze. częstotliwość powtarzania całego obrazu Dla monitora CRT wynosi od 50 do 120 Hz Mała częstotliwość powtarzania obrazu wywołuje efekt migotania. liczba linii kreślonych przez strumień elektronów wystrzeliwanych przez działo elektronowe kineskopu w ciągu sekundy. Zwykle wartość mieści się pomiędzy 15 a 64 khz, czyli kilkadziesiąt tysięcy linii na sekundę.

Przeplot (interlacing) pozorne wyświetlanie dwukrotnie większej liczby obrazów pomimo niskiej poziomej częstotliwości odchylania. Przeplot polega na wyświetleniu w jednym przebiegu linii parzystych, a w drugim nieparzystych. należy wybierać monitory z oznaczeniem non interlacing. Sprawa dotyczy raczej starszych konstrukcji monitorów. Nowsze monitory CRT są bez przeplotu. Korekcja gamma ułatwia rozróżnianie jaśniejszych i ciemniejszych szczegółów na obrazach wyświetlanych na monitorze. Regulacja krzywej gamma to funkcja, bez której trudno jest wiernie reprodukować barwy w obrazie. Temperatura barw sposób postrzegania przez ludzkie oko barw. Na przykład w ciągu dnia światło dzienne ma różne odcienie: rankiem jest niebieskawe, w środku dnia białe, a wieczorem zabarwione jest czerwienią. Temperatura barw (mierzona w stopniach Kelvina) pozwala na dostosowanie kolorystyki wyświetlanych obrazów (głównie ma to wpływ na wygląd koloru białego na monitorze).

MONITORY CRT

Opis działania monitorów CRT

CRT (ang. Cathode-Ray Tube) to potoczne oznaczenie dla modeli monitorów komputerowych, których ekran oparty jest na kineskopie od którego pochodzi nazwa CRT. W monitorach tego rodzaju do wyświetlania obrazu używa się wiązki elektronów wystrzeliwanej z działa elektronowego (najczęściej katoda), która odchylana magnetycznie (przy pomocy płytek odchylania poziomego i pionowego) pada na luminofor, powodując jego wzbudzenie do świecenia.

Działo katodowe w kineskopie wyrzuca elektrony, które, odchylone w polu elektromagnetycznym, bombardują fosforyzujące plamki zawierające triady barw. Tor lotu elektronów jest zaburzany przez cewki elektromagnetyczne, które odchylają go pod odpowiednim kątem w lewo, w prawo, w górę lub w dół, tak aby strumień elektronów uderzał w odpowiednie miejsce na ekranie. Cewki odchylające, zbudowane z pasm materiału elektromagnetycznego ułożonych w odpowiedni wzór, pod wpływem sygnału elektrycznego o odpowiednim przebiegu czasowym kierują początkowo strumień elektronów od lewego górnego rogu ekranu poziomo do prawego końca pierwszego wiersza. Potem następuje wygaszanie strumienia i wiązka (w danej chwili nieobecna) wraca do lewego końca, ale o jeden rząd plamek niżej, skąd znów jest przenoszona do prawego końca. W ten sposób omiatany jest cały ekran z lewej na prawą stronę i z góry na dół. Kiedy wiązka znajdzie się w prawym dolnym rogu, znów następuje wygaszanie i powrót do punktu wyjścia. Operacja jest powtarzana tyle razy w ciągu sekundy, aby oko ludzkie widziało stabilny obraz.

Kineskopy Kineskopy są to bańki szklane "wypełnione" próżnią. Najczęściej mają kształt wycinka kuli. Związane jest to z drogą którą ma przebyć strumień elektronów (jest wtedy równa). Efekt płaskiej części obrazowej uzyskuje się poprzez powiększanie promienia kuli oraz nadlewania szkłem powierzchni czołowej

Podział kineskopów Monochromatyczne Świecące w jednym kolorze (czarno-białe lub inne kolory np. zielony, miodowy) Kineskop taki posiada jedno działo elektronowe. Kolorowe Świecące jednocześnie w trzech kolorach podstawowych - czerwonym, zielonym i niebieskim, co umożliwia uzyskanie wszystkich kolorów z bielą włącznie. Kineskop o takiej konstrukcji zawiera trzy niezależne działa elektronowe, po jednym dla każdego koloru. Wiązki odchylane są przez to samo pole w taki sposób, że trafiają w ten sam punkt na powierzchni ekranu. Tuż przed powierzchnią ekranu jest blacha z małymi otworkami (tzw. maska) rozdzielająca strumienie do trzech oddzielnych plamek luminoforu RGB - umieszczonych bardzo blisko siebie.

CRT monochromatyczny 1. Cewki odchylające 2. Wiązka elektronów 4. Luminofor

CRT kolorowy

Kineskop Kineskop jest rodzajem lampy obrazowej. Obraz uzyskuje poprzez magnetyczne odchylanie elektronów. Elektrony emitowane przez katodę są formowane w wąską wiązkę przez działo elektronowe następnie przyśpieszane przez anodę i uderzają w powierzchnię ekranu pokrytą luminoforem wywołując jego świecenie. Aby rozświetlić każdy punkt powierzchni ekranu wiązka musi być odchylana w dwóch kierunkach - pionowym i poziomym.

Kineskop Do odchylenia wiązki elektronów wykorzystywane jest pole magnetyczne wytwarzane przez cewki odchylające. Kąt odchylenia wiązki elektronów od linii prostej jest proporcjonalny do natężenie pola magnetycznego, czyli do natężenia prądu elektrycznego płynącego przez cewki. Aby uzyskać liniowy przebieg wiązki po powierzchni ekranu (stałą prędkość przesuwania) pole a zatem i prąd w cewkach musi narastać liniowo. (ponieważ powierzchnia ekranu nie jest wycinkiem kuli, to kształt prądu musi nieco odbiegać od prostej)

Kineskop Zaletą odchylania magnetycznego jest możliwość uzyskania bardzo dużego kąta odchylenia, niemalże o 90. umożliwia tworzenie to bardzo krótkich lamp o dużej powierzchni ekranu, odwrotnie niż w lampach oscyloskopowych. Wadą z kolei jest duża moc pobierana przez cewki w celu odchylenia strumienia oraz konieczność używania coraz wyższych napięć wraz ze wzrostem częstotliwości odchylania i rozmiaru ekranu - prędkość poruszania się plamki zależy od szybkości zmian pola magnetycznego, a zmieniające się pole generuje w cewkach odchylających napięcie - tym wyższe im szybciej się zmienia.

Zasada działania monitora kineskopowego Elementem wykonawczym (zamieniającym sygnały w obraz) monitora CRT jest kineskop, czyli próżniowa bańka szklana zaopatrzona w działo elektronowe i płaską powierzchnię prezentacyjną (ekran). Wysyłane przez działo elektrony rozświetlają kolorowe plamki na ekranie, tworząc obraz. Proces zaczyna się już w karcie graficznej, która odpowiednio interpretuje dane wysyłane do niej przez procesor i przekształca je w sygnały sterujące monitorem. Ponieważ sygnały generowane przez kartę graficzną są z natury rzeczy cyfrowe, a monitor wykorzystuje sygnały analogowe, gdzieś po drodze odbywa się konwersja. Jest ona realizowana przez zawarty w karcie graficznej układ konwersji analogowocyfrowej RAMDAC (ang. RAM digital-to-analog converter). Tak uzyskany sygnał analogowy jest przesyłany za pomocą kabli do monitora. Główny element monitora to działo emitujące strumień elektronów. Strumień ten uderza w ekran. Działo uwalnia elektrony z ujemnej elektrody (katody) dzięki ciepłu - dlatego właśnie monitor nie jest zaraz po włączeniu gotowy do pracy i musi się rozgrzać. W rzeczywistości kineskop zawiera nie jedno działo, a trzy, i każde z nich wysyła strumień elektronów. Ale więcej informacji na ten temat nieco dalej.

Podstawowe parametry Jednym z najważniejszych parametrów monitora, określającym jego rzeczywistą wartość, jest rozdzielczość z jaką może on wyświetlać obraz. Jest ona ściśle związana z maksymalną częstotliwością odchylania poziomego i pionowego monitora, dlatego więc te parametry odgrywają największą rolę. Częstotliwość odchylania poziomego określa prędkość, z jaką strumień elektronów wyświetla jedną linię poziomą na ekranie (stanowi ona odwrotność czasu jaki upływa na narysowanie jednego punktu). Natomiast częstotliwość odchylania pionowego (odświeżania obrazu) określa liczbę kompletnych ekranów, które monitor jest w stanie wyświetlić w czasie 1 s. Im obie powyższe częstotliwości są większe, tym rozdzielczość monitora może ulec zwiększeniu. Należy jednak pamiętać aby obraz (o danej rozdzielczości) był wyświetlany z odpowiednią częstotliwością odświeżania. Luminofor, zastosowany w kineskopach świeci tylko krótką chwilę - gdy wiązka elektronów przestaje padać na dany punkt, ulega on wygaszeniu. Jeśli częstotliwość odświeżania jest zbyt niska, możemy zauważyć zjawisko migotania obrazu, które jest bardzo męczące i szkodliwe dla oczu. W celu zapewnienia odpowiedniej stabilności obrazu strumień musi w odpowiednio krótkich odstępach czasu przebiegać przez całą powierzchnię ekranu. W nowoczesnych monitorach częstotliwość odświeżania nie powinna być mniejsza niż 75-82 Hz.

Odchylanie Tor przelotu elektronów przez rurę kineskopu jest odchylany pod odpowiednim kątem (w lewo, w prawo, w górę lub w dół) przez prostopadłe do trajektorii zmienne pole elektromagnetyczne wytwarzane przez uzwojenia cewek sterujących, tak aby strumień elektronów padał na odpowiednie miejsce na ekranie. Cewki odchylające, zbudowane z pasm materiału elektromagnetycznego ułożonych w odpowiedni sposób w przestrzeni, pod wpływem sygnału elektrycznego o zadanym przebiegu czasowym kreują obraz. W górnej części leja kineskopu umiejscowiona jest anoda wysokonapięciowa. Fakt wykorzystywania w monitorach wysokich napięć jest głównym powodem, dla którego nie powinno się nigdy samodzielnie otwierać monitora (porazić prądem może nawet monitor odłączony od zasilania!). Dodatnio naładowana anoda ściąga do siebie ujemne ładunki wytwarzane przez działo. Elektrony podążają w jej kierunku ze stałą prędkością, jednak nigdy do niej nie docierają. Są bowiem kierowane siłą cewek odchylających w stronę ekranu ulokowanego naprzeciw działa. Moduł odchylania kieruje strumień kolejno z lewej strony na prawą, z powrotem do lewej krawędzi i znów z lewej strony na prawą, tylko jeden rząd niżej, zapewniając w ten sposób całkowite pokrycie ekranu strumieniem. Kiedy strumień dotrze do prawego dolnego rogu, cała zabawa zaczyna się od nowa od lewego górnego rogu. Omiatanie ekranu strumieniem jest na tyle szybkie i częste, że triady fosforyzujące nie zdążą jeszcze zgasnąć, kiedy są znów rozświetlane. Dzięki temu unika się migotania obrazu. Parametr decydujący o tym, ile razy obraz jest rysowany w ciągu sekundy, nazywa się częstotliwością odświeżania ekranu. Tak więc częstotliwość 75 Hz oznacza siedemdziesięciopięciokrotne odświeżanie obrazu w ciągu każdej sekundy.

Ostrość Aby zapewnić większą dokładność, z jaką zapalane są punkty świetlne na wewnętrznej powierzchni ekranu, potrzebny jest jakiś mechanizm blokujący błądzące elektrony (strumień nie jest mocno skupiony). Najczęściej stosuje się siatkę maskującą, czyli arkusz metalowy z oczkami wytrawionymi kwasem, przez które mogą przenikać elektrony. Siatka maskująca podczas działania rozgrzewa się i rozciąga, przez co strumieniowi trudniej jest trafiać we właściwe miejsca. Z tego powodu siatka jest zaokrąglana, aby łatwiej było uwzględnić jej rozszerzanie. Dawniej wiązało się to z zakrzywianiem również samego szkła ekranu. Firma Sony, walcząc z zaokrąglonymi kineskopami, opracowała rozwiązanie alternatywne dla siatki maskującej - kratę szczelinową. Zamiast podziurawionego arkusza metalu stosuje się naprężone, gęsto rozmieszczone druty rozciągnięte od górnej do dolnej krawędzi ekranu. Pozwala to większej ilości elektronów na dotarcie do materiału fosforyzującego, a więc daje większą jaskrawość, gwarantując przy tym odpowiednie trafianie strumieniem w kolorowe plamki. Rozwiązanie to firma Sony promuje pod nazwą Trinitron. Licencję na kineskopy o takiej budowie kupiła firma Mitsubishi sprzedająca zaopatrzone w nie monitory pod nazwą Diamondtron.

Wszystkie kineskopy trinitronowe mają pewną wadę, z którą trzeba się pogodzić. Do utrzymania kraty szczelinowej we właściwym miejscu potrzebne są dwa cienkie, ale widoczne gołym okiem druty biegnące pionowo z góry na dół, mniej więcej w 1/3 i 2/3 szerokości kineskopu. Dlatego w każdym kineskopie trinitronowym, jeśli się bliżej przyjrzeć, widać dwie cienkie pionowe szare linie. Niektórzy użytkownicy ich nie zauważają, innych one irytują. Jedynym sposobem sprawdzenia, do której kategorii się należy, jest wypróbowanie monitora (najlepiej przed kupnem!). Inna ujemna strona tego rozwiązania to wrażliwość na pola elektromagnetyczne. Jeśli w pobliżu ekranu położy się głośniki, obraz zacznie się deformować. Kolejne rozwiązanie alternatywne zaproponowała firma NEC. Maska szczelinowa stanowi połączenie siatki maskującej i kraty szczelinowej, bo jest zbudowana z jednolitego arkusza materiału, ale ma otwory w kształcie podłużnym, przypominającym bardziej szczeliny niż koła. Technologia ta dopuszcza więcej światła, ale pozwala uniknąć problematycznych zaokrągleń, typowych dla siatki maskującej.

Kineskopy możemy podzielić na cztery podstawowe typy: Kineskopy typu Delta inwarowe W kineskopie tego typu zastosowano maskownicę (maską) perforowaną. Jest nią cienka, czarna folia posiadająca określoną liczbę okrągłych otworów. Nazwa "Delta" odzwierciedla sposób położenia poszczególnych pikseli: jeden kolorowy punkt na ekranie tworzą trzy leżące obok siebie jednobarwne punkty, tworzące trójkąt równoboczny. Tak samo względem siebie umiejscowione są trzy działa elektronowe. KineskopTrinitron Został skonstruowany dużo później przez firmę Sony. Podstawową różnicą między nim a "Deltą" jest inna konstrukcja maskownicy. Tworzą ją cienkie, czarne pionowo rozpięte, metalowe druciki grubości 0,1 mm. Dzięki takiemu rozwiązaniu wyświetlane na ekranie punkty mają kształt prostokątny, co zapewnia większy kontrast i ostrość oraz lepszą geometrię obrazu. Dodatkową zaletą tego kineskopu jest fakt, iż jest on wycinkiem walca (a nie kuli, jak w przypadku kineskopów Delta), co w efekcie sprawia, że ekran jest bardziej płaski, przez co zniekształcenia geometryczne obrazu są mniejsze, a także posiadają lepsze właściwości przeciwodblaskowe.

Kineskop Diamondtron Stosowany w monitorach firmy Mitsubishi, jest to pewna modyfikacja konstrukcji Sony, maska jest również szczelinowa, ale zastosowane zostały trzy działa elektronowe (po jednym dla każdego koloru) - w kineskopie Trinitron zastosowane jest jedno działo. Kineskop CromaClear Wprowadzony przez firmę NEC, jest połączeniem dwóch wyżej opisanych technologii. W masce kratowej istnieją również szczeliny, są jednak o wiele krótsze niż w przypadku maski szczelinowej, pogrupowane w triady i przesunięte względem siebie. Dzięki temu kolory są żywsze, obraz bardziej stabilny i kontrastowy.

Siatka maskująca: ludzkie oko postrzega lekko zaokrąglone powierzchnie jako płaskie. Jeśli krzywizna jest zbyt duża, obraz robi się wypukły. Jeśli powierzchnia jest zbyt płaska, obraz może wydawać się wklęsły.

Trinitron: technologia opracowana w firmie Sony; optymalizuje wewnętrzną krzywiznę ekranu i pozwala uzyskać prawie płaską powierzchnię zewnętrzną, dającą obraz płaski (dla ludzkiego oka).

Najczęstsze wady obrazu monitorów CRT Zniekształcenia poduszkowo-beczkowe (po lewej) i tzw. poduszkowozbalansowane (po prawej) należą do najczęstszych defektów obrazu, dlatego w OSD niemal każdego monitora znajdziemy opcje pozwalające je usunąć.

Obrócony obraz (po lewej) to typowy objaw zbyt "brutalnego" potraktowania monitora - np. gdy upadł on nam podczas transportu. Opcja regulacji odkształceń narożników obrazu (po prawej) występuje w ok. połowie spośród testowanych modeli.

Zniekształcenia trapezowe (po lewej) i równoległoboczne (po prawej) są stosunkowo łatwe do wyregulowania. Odpowiednie opcje znajdziemy w menu każdego monitora.

Opis działania monitorów LCD

LCD (ang. Liquid Crystal Display) - urządzenie wyświetlające dane lub obrazy oparte na mechanizmie zmiany polaryzacji światła na skutek zmian orientacji uporządkowania cząsteczek chemicznych, pozostających w fazie ciekłokrystalicznej, pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego. Wyświetlacz ciekłokrystaliczny składa się z 4 elementów: 1. komórek, w których zatopiona jest niewielka ilość ciekłego kryształu 2. elektrod, które są źródłem pola elektrycznego działającego bezpośrednio na ciekły kryształ 3. dwóch cienkich folii, z których jedna jest polaryzatorem a druga analizatorem 4. źródła światła

Zasada działania monitora LCD Każdy element (piksel) takiego obrazu to warstewka ciekłego kryształu, umieszczona pomiędzy dwoma filtrami polaryzacyjnymi o prostopadłych płaszczyznach polaryzacji.cechą charakterystyczną stosowanych obecnie ciekłych kryształów nematcznych (twisted nematic) jest skręcanie płaszczyzny polaryzacji przepuszczanego światła; przy odpowiedniej - łatwej do ustalenia dla każdego rodzaju substancji ciekłokrystalicznej - grubości warstwy uzyskujemy skręcenie płaszczyzny polaryzacji o 90 stopni. Taki układ jest optycznie przezroczysty. Jeżeli jednak ciekły kryształ znajdzie się w polu elektrycznym, kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji przepływającego światła maleje wraz ze wzrostem natężenia pola elektrycznego - element staje się coraz mniej przezroczysty. Dalsza konstrukcja ekranu jest już "prosta" - odpowiednie źródło światła, podświetlające całą powierzchnię ekranu od spodu oraz filtry barwne, umożliwiające nadanie poszczególnym elementom barw podstawowych RGB. Ten uproszczony model pojedynczego piksela jest niezależny od technologii, w jakiej wykonano ekran - zarówno w przypadku DSTN (Dual Scan Twisted Nemetic), jak i w technologii TFT (Thin Film Transistor) zasada działania jest identyczna zmienia się tylko sposób sterowania przykładanym polem elektrycznym.

Piksel LCD, podobnie jak w przypadku innych technologii, składa się z trzech subpikseli barw podstawowych. LCD nie emituje światła, ale działa jak przełącznik (wyświetlacze LCD muszą być dodatkowo podświetlane). Światło jest emitowane przez lampę fluoroscencyjną i przechodzi przez ciekłe kryształy, w których przy pomocy filtra jest mu nadawany odpowiedni kolor. Każdy subpiksel jest zbudowany w ten sam sposób - różny jest tylko kolor filtra, w zależności od piksela. Ciekły kryształ, w każdym subpikselu można kontrolować jak zawór. Regulując ilość światła przechodzącego przez kryształ, można kontrolować jasność barw podstawowych emitowanych przez dany piksel.

Światło pochodzące z umieszczonego w tle źródła przechodzi przez dwa filtry polaryzacyjne, filtr koloru (niebieski, czerwony lub zielony) oraz warstwę ciekłego kryształu, po czym dociera do oka użytkownika. Powiększony dolny fragment ekranu przedstawia położenie i skalę rozmiarów tranzystorów sterujących pracą komórek wyświetlacza.

Podstawowa konstrukcja panelu LCD

Ważniejsze pojęcia

Martwe piksele Co to jest martwy piksel? Martwy piksel to piksel wypalony lub z uszkodzonym sterowaniem. W przypadku monitorów LCD jest to punkt zawsze zgaszony albo zapalony. Typy martwych pikseli: Jasny piksel: jeden piksel jest stale zapalony. Czarny piksel: jeden piksel jest stale zgaszony. Subpiksel: jeden z subpikseli RGB jest stale zapalony albo zgaszony. W zależności od rodzaju martwego piksela (ciągle zgaszony lub ciągle zapalony) defekt będzie bardzie widoczny na jasnym albo ciemnym tle. Co określa norma ISO 13406-2 dotycząca wadliwych pikseli w monitorach LCD? Określa typ i liczbę możliwych do wystąpienia wadliwych pikseli na 1 milion pikseli. Dzieli monitory LCD na klasy określające liczbę i rodzaj defektów. Defekty te mogą ale nie muszą wystąpić w danym monitorze. Liczba i położenie defektów na ekranie monitora są podstawą przy określaniu warunków gwarancji dla monitorów LCD.

TFT (Thin Film Transistor): tranzystor cienkowarstwowy, sterujący pojedynczym subpikselem w monitorze LCD. Czas reakcji matrycy (w ms): jest to czas, po którym piksel w matrycy reaguje na polecenie zmiany stanu (zapalenie lub zgaszenie). Czas reakcji matrycy dla odcieni szarości (GTG w ms): czas reakcji matrycy mierzony dla zmiany jasności obrazu. Podświetlenie ekranu: biały kolor w ekranach ciekłokrystalicznych uzyskiwany jest poprzez umieszczenie źródła światła za warstwą ciekłych kryształów. świetlówki CCFL (światło rozpraszane jest przez dyfuzor na warstwę ciekłych kryształów) diody LED (elektroluminescencyjne). W przypadku wykorzystania do podświetlenia diod LCD uzyskuje się większą liczbę kolorów, jednak kosztem znacznie wyższej ceny.

Porównanie LCD-CRT

Normy bezpieczeństwa TCO - szwedzka konfederacja profesjonalnych pracowników, ustalająca normy emisyjne i energetyczne dla monitorów (TCO'91, TCO'92, TCO'95, TCO'99). W TCO'92 dołączono jeszcze normy związane z oszczędzaniem energii, europejskie normy dotyczące bezpieczeństwa przeciwpożarowego i elektrycznego. TCO'99 - kładzie większy nacisk na kwestie ergonomii, zanieczyszczenia środowiska, mniejszej emisji szkodliwego promieniowania i oszczędzania energii. Obecnie większość monitorów jest zgodna przynajmniej z TCO'92. MPR - wytyczne Szwedzkiej Agencji Statskantret, ustalające dopuszczalne poziomy emisji promieniowania elektromagnetycznego i ładunków elektrostatycznych. Norma MPR I została ustalona w roku 1987, obecnie (od 1990) obowiązuje MPR II. Jest to niezbędne minimum w przypadku monitorów CRT, bez niej szkoda zdrowia. TÜV - Technische Überwachungsverein, niemieckie Towarzystwo Nadzoru Technicznego, ustalające normy bezpieczeństwa urządzeń oraz certyfikujące sprzęt. B - znak bezpieczeństwa oznaczający zgodność z polskimi normami i dopuszczenie do handlu na terenie Polski. Przyznawany przez PCBC (Państwowe Centrum Badań i Certyfikacji) m.in. urządzeniom elektrycznym (również monitorom) po przejściu przez nie odpowiednich testów.

Porównanie monitorów CRT i LCD

Wielu użytkowników regularnie zadaje sobie pytanie, który typ monitora jest najlepszy. Ostatecznie wzajemnie się one uzupełniają - zarówno kineskopy jak i technologia LCD, mają swoje plusy i minusy. Na dobór optymalnego rozwiązania mają też wpływ przewidywane zastosowania sprzętu i środowisko pracy. Praca z monitorem CRT nigdy nie była szczególnie łatwa. Migotanie przy wysokiej rozdzielczości, zakłócenia geometrii, plamy kolorystyczne, kiepska konwergencja, słaba czytelność znaków umieszczonych w narożnikach ekranu oraz inne niedostatki - to wszystko może działać na nerwy. Technologia kineskopowa stawia producentowi wysokie wymagania, gdyż liczba potencjalnych problemów jest stosunkowo duża. Ze względu na swoje właściwości fizyczne, monitor LCD zawsze gwarantuje stabilny, wolny od migotania obraz. W odróżnieniu od sprzętu CRT, obraz na ekranie TFT nie musi być ciągle odświeżany. Inne różnice to wysoka, stała czytelność obrazu (także w narożnikach ekranu) oraz brak zakłóceń. Nie występują też błędy konwergencji, tak typowe dla monitorów CRT. Z tego powodu monitory LCD są interesująca propozycją dla osób zajmujących się projektowaniem graficznym.

15 cali LCD = 17 cali CRT Aby nie męczyć wzroku pracą z małymi znakami na ekranie, Rhineland TÜV zaleca wykorzystywanie monitorów o przekątnej minimum 17 cali i rozdzielczości 1024x768 pikseli. Należy jednak pamiętać, że obraz wyświetlany na 15-calowym monitorze LCD ma powierzchnię podobną do tej, jaką uzyskuje się na 17-calowym monitorze CRT. W monitorach CRT część ekranu jest bowiem schowana za plastikową ramką w sprzęcie LCD nie ma tego efektu. Dlatego skromna przekątna o długości 15 cali w wypadku monitora LCD wystarcza, aby spełnić wymogi Rhineland TÜV. Maksymalna wykorzystywana powierzchnia ekranu CRT jest dodatkowo ograniczona a to ze względu na kłopoty z konwergencją, przekłamanie kolorów, nierówną dystrybucję jasności i zakłócenia w rogach ekranu, które wpływają na obniżenie jakości. Ekran monitorów LCD może być wykorzystywany do samych krańców, gdyż jakość obrazu pozostaje niezmieniona na całej powierzchni. Dlatego praca na monitorze LCD o przekątnej 15 cali zapewnia nie tylko obraz o wielkości analogicznej do 17-calowego monitora CRT, ale jest też po prostu bardziej przyjemna i mniej męczy wzrok. Często niedocenianą cechą monitorów LCD jest możliwość obrócenia ekranu o 90 stopni. Dzięki temu strona A4 może być prezentowana w skali 1:1. To bardzo ważne dla wielu firm, szczególnie tych działających w sektorze projektowania i przygotowania do druku. Zanim rozwiązania LCD były dostępne, firmy te musiały wydawać duże kwoty na specjalistyczne monitory CRT. W odróżnieniu od nich monitory LCD mają nie tylko znacznie korzystniejszy stosunek jakości do ceny, ale również zajmują nieporównywalnie mniej miejsca. Z tych samych względów monitory LCD cieszą się rosnącą popularnością w biurach i wszędzie tam, gdzie pracuje się z tekstem.

Jasność i kontrast jak nigdy wcześniej Współczynnik kontrastu we współczesnych monitorach LCD osiąga wartości nawet 300:1 i więcej. Jasność przekracza poziom 250 cd/m2. Monitory CRT z reguły oferują realną luminację na poziomie około 120 cd/m2. Dzięki możliwości ustawienia jasności na poziomie 250 cd/m2, użytkownicy zyskują pewność, że obraz wysokiej jakości będzie można uzyskać nawet na intensywnie oświetlonym stanowisku pracy. Może to pomóc w uzyskaniu lepszego odwzorowania kolorów. Jednak w kwestii przestrzeni barw panele LCD wciąż ustępują rozwiązaniom kineskopowym. W wypadku paneli LCD niemożliwe jest też używanie urządzeń mierzących kolor i pozwalających na precyzyjną kalibrację. Wciąż brak instrumentów kalibracyjnych odpowiednich dla LCD. Z tego powodu monitory CRT wciąż dominują w aplikacjach prepress, gdzie kolor jest najważniejszy. Jasność białej kartki papieru (przy standardowym oświetleniu 500 luksów) to około 150 cd/m2. Wykorzystując monitor LCD łatwo ustawić optymalną luminację w skali 1:1 do oryginału, co nie udaje się wszystkim monitorom CRT. Jednak nie wszystkie monitory LCD uzyskują wysokie poziomy jasności. Obecnie większość modeli 15- calowych charakteryzuje się jasnością z przedziału 130 do 200 cd/m2. To jednak i tak lepiej niż większość monitorów CRT, dlatego rozwiązania LCD są doskonałe dla elektronicznego przetwarzania obrazu i np. elektronicznych kiosków.

Płaski jak kartka papieru Kolejnym przyjaznym dla użytkownika aspektem monitora LCD jest oczywiście jego ekran absolutnie płaski. Pozwala to na przeniesienie tradycyjnych nawyków czytania wprost z papierowych oryginałów. Rozwiązuje to problem z linearnością obrazu, ogranicza też możliwość występowania irytujących refleksów świetlnych. Trzeba jednak podkreślić, że technologia CRT zbliża się w tej kwestii do podobnego poziomu a płaskie monitory kineskopowe mają te same zalety, co urządzenia LCD. Płaskie ekrany są przede wszystkim polecane do aplikacji CAD/CAM, które wymagają maksymalnej możliwej liniowości przy wyświetlaniu projektów. Dzięki temu możliwe jest pobieranie wymiarów wprost z ekranu.

Optymalna dystrybucja jasności bez dodatkowych wysiłków Jeśli chodzi o uniformizację poziomu jasności, monitory LCD uzyskują wyniki, do których rzadko zbliżają się nawet urządzenia CRT najwyższej klasy. Ze względu na tylne podświetlenie ekranu i zdolność ciekłych kryształów do przepuszczania dużej ilości światła, wyświetlacze LCD osiągają proporcjonalną uniformizację luminacji i homogeniczną biel. Zależy to jednak od stałego rozłożenia światła a nie każdy producent kontroluje ten czynnik. Jednak ogólnie można przyjąć, że nawet bez specjalnych zabiegów w monitorach LCD uzyskiwana jest lepsza, bardziej równomierna dystrybucja luminacji niż w urządzeniach CRT. W wypadku monitorów LCD nie ma ryzyka utraty jakości spowodowanej wypalaniem fosforu pokrywającego ekran. Sprzęt LCD nie ma więc problemów ze starzeniem się inaczej niż monitory kineskopowe, w których proces wypalania fosforu może prowadzić do obniżenia jakości obrazu już po 2 latach użytkowania, najczęściej z powodu czynników zewnętrznych (np. światło słoneczne, światło z lamp jarzeniowych itp.). Oczywiście podświetlenie panelu LCD i zdolność kryształów do przepuszczania światła z czasem również ulegają degradacji, jednak ten proces postępuje znacznie wolniej. Nawet po wielu latach matryca TFT nie traci nic z definicji i jasności koloru, co jest kluczowe dla przetwarzania obrazu i prac związanych z drukiem. Co więcej, monitory LCD są zupełnie niewrażliwe na wpływy warunków zewnętrznych takich jak promieniowanie elektromagnetyczne czy zmiany temperatury. Dlatego nie trzeba w nich jak w sprzęcie CRT stosować kosztownych wewnętrznych lub zewnętrznych systemów monitorujących. Miejsce ustawienia monitora LCD może być wybierane zupełnie dowolnie, bez potrzeby uwzględnienia obecności sprzętu generującego zakłócenia jak kable, windy, urządzenia mechaniczne, bliskość innych monitorów itp. Dzięki temu projektanci mają potencjalnie mniej szans, aby się pomylić. Bo jeśli w wypadku monitorów CRT zostaną poczynione błędne założenia, praca sprzętu będzie podlegać zakłóceniom monitor może mieć problemy z liniowością, które trudno jest kontrolować. W efekcie coraz więcej czynników przemawia za stosowaniem w przemyśle monitorów LCD zastępujących trudne w utrzymaniu monitory CRT.

Ergonomia: dla LCD to żaden problem Podczas pracy z monitorem LCD nie istnieje związane z promieniowaniem ryzyko utraty zdrowia. Nie trzeba też obawiać się wywołanych niską jakością obrazu kłopotów ze wzrokiem. W odróżnieniu od urządzeń CRT, które emitują promieniowanie rentgenowskie, gdy elektrony uderzają w warstwę luminoforu, monitory LCD emitują jedynie minimalne fragmenty spektrum elektromagnetycznego, niezbędne do wyświetlania obrazu. Możliwy wpływ na zdrowie użytkownika bóle i zawroty głowy, bezsenność, podrażnienia oczu, stres, kłopoty z oddychaniem i sercem czy trudności z koncentracją został dowiedziony tylko w wypadku pracy z monitorami CRT, lecz nie LCD. Dlatego osoba podejmująca w firmie decyzje o wyborze sprzętu, w wypadku monitorów LCD nie musi obawiać się kłopotów z prawodawcą czy wypełnieniem dyrektyw Komisji Europejskiej dotyczących ergonomii stanowiska pracy.

Ekologia i ekonomia Na większości standardowych stanowisk roboczych wciąż wykorzystywane są monitory CRT. 15-calowy monitor LCD wymaga zaledwie jednej czwartej powierzchni, jaką na biurku zajmuje porównywalny 17-calowy monitor CRT. Oszczędność miejsca jest znacząca i może przyczynić się do efektywniejszego wykorzystania powierzchni w biurach a w efekcie do obniżenia kosztów najmu. Dodatkowo sprzęt LCD produkuje mniejsze ilości ciepła. To istotne w małych pomieszczeniach, jak i w sytuacji, gdy w niewielkiej odległości zgrupowanych jest wiele stanowisk. Monitory nie ogrzewają niepotrzebnie powietrza, oszczędzają też energię. Zwykły 17-calowy monitor CRT potrzebuje 150 Wattów, 15-calowy monitor LCD zaledwie 35 Watów, co obniża opłaty za prąd. I wreszcie co przecież wcale nie jest najmniej istotne monitory LCD są przyjazne dla środowiska!

Rozdzielczość obrazu: większa elastyczność po stronie CRT Jedną z osobliwości rozwiązań TFT jest ich rozdzielczość. W odróżnieniu od monitorów CRT, najwyższa osiągana przez monitor LCD rozdzielczość jest bardzo istotnym parametrem. Odpowiada bowiem dokładnie liczbie dostępnych fizycznie pikseli. Wyświetlacz może uzyskać niższe rozdzielczości bez błędów tylko pomijając całe linie lub kolumny. Dlatego możliwe jest dokładne wyświetlanie tylko takich niższych rozdzielczości, które stanowią pełnoliczbowy czynnik maksymalnej rozdzielczości matrycy (np. 512 x 384 piksele dla panelu o rozdzielczości 1024 x 768 pikseli). Jeśli jednak wyświetlanie rozdzielczości pośrednich jest konieczne, obraz zmienia rozmiar lub jest cyfrowo powiększany tak, aby wypełnić cały ekran. Podczas tego procesu następują niepożądane zmiany kontrastu, co przy pojawiającej się czasowej zmianie grubości linii jest łatwe do zauważenia i bardzo uciążliwe. W tej kwestii monitor CRT jest znacznie bardziej elastyczny i nie ma problemów z wyświetlaniem każdej rozdzielczości poniżej maksymalnej. Przeciwnie: wraz z redukowaniem rozdzielczości obrazu czytelność krawędzi, kontrast i jasność stają się lepsze.

Kineskopy perfekcjoniści skali szarości Jest jeszcze inna dziedzina, w której monitory TFT LCD nie mogą rywalizować z zaawansowanymi technologicznie monitorami CRT dla grafików. To skala szarości rozwiązania LCD nie zbliżają się tutaj nawet do wyników uzyskiwanych przez high-endowe produkty CRT (np. firmy Barco). Drobne wzory z niewielką różnicą w gradacji kolorów mogą być na monitorach TFT niezauważalne. Minimalne nawet różnice w skali szarości są bardzo ważne np. w branży odzieżowej. Zakres odcieni w fotografii również jest uzależniony od skali szarości. Dlatego w pewnych zastosowaniach monitory kineskopowe będą używane jeszcze długo przynajmniej do momentu, w którym uda się skonstruować monitor TFT, w którym problem ten zostanie rozwiązany. Monitory CRT przetrwają też jeszcze przez jakiś czas wśród najtańszego sprzętu, gdyż pomimo zmniejszających się różnic cenowych, sprzęt LCD jest przecież wciąż zauważalnie droższy.

Porównanie LCD-CRT

Wady i zalety CRT / LCD

Przykładowe ceny monitorów (z dnia 29.03.2006)

Ćwiczenie Korzystając z programu typu Everest sprawdź jaki monitor jest używany w twoim zestawie komputerowym. Zapisz nazwę do zeszytu.

Parametry monitorów Wymiary fizyczne (wysokość, szerokość, głębokość), masa Przekątna ekranu Rozdzielczość maksymalna Proporcje ekranu Czas reakcji Odchylenie poziome Odchylenie pionowe Rozmiar plamki Jasność Kontrast Kąt widzenia (poziom i pion) Pobór mocy Złącza wbudowane

Wypisz parametry monitora Monitor Acer 17" LCD V173 DObmd Zapisz je do zeszytu.

KONIEC