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.

Elektryczna maszyna do pisania 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

Obecnie używany jest monitor - ekran komputerowy, obsługiwany 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 graficzej za pośrednictwem złącz BNC, a każdy z kolorów jest przesyłany oddzielnie, co zmniejsza liczbę zniekształceń. Istnieją także monitory podłączane do gniazda cyfrowego, gdzie sygnał do monitora przesyłany jest w postaci cyfrowej. Podział: Monitor CRT - Przypomina zasadą działania i po części wyglądem telewizor. Głównym elementem monitora CRT jest kineskop. Monitor LCD - inaczej panel ciekłokrystaliczny. Jest znacznie bardziej płaski od monitorów CRT. Zasada generowania obrazu jest odmienna niż w monitorach CRT. (patrz wyświetlacz ciekłokrystaliczny)

Rozwój monitorów kineskopowych lub monitorów CRT (ang Rozwój monitorów kineskopowych lub monitorów CRT (ang. cathode ray tube) trwa stosunkowo krótko. Odkąd powstały - a było to u schyłku XX wieku - w formie zmieniły się nieznacznie. Jednak w treści postępy są poważne: udoskonalono technologię generowania obrazu, dzięki której można wyprodukować większe ekrany, o większej rozdzielczości i bardziej płaskie - a wszystko to przy ciągle spadających cenach. Monitory oparte na tranzystorach cienkowarstwowych lub monitory TFT (ang. thin film transistor), czyli monitory LCD coraz częściej stają w szranki z monitorami CRT. Ich główną zaletą jest to, że zajmują mało miejsca. Stopniowo więc zastępują monitory tradycyjne, szczególnie tam, gdzie miejsce jest bezcenne, a koszt nie gra roli, czyli na przykład na parkietach giełd.

Opis działania monitorów CRT

CRT (ang. Cathode-Ray Tube) czy też monitory CRT - to przyjęte w języku polskim potoczne oznaczenie dla modeli monitorów komputerowych, których ekran oparty jest na kineskopie od którego pochodzi nazwa CRT. Właściwe określenie to monitory kineskopowe. 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. Określenie CRT zaistniało w języku polskim po wprowadzeniu na rynek alternatywnych sposobów wyświetlana obrazu w monitorach komputerowych oraz odbiornikach telewizyjnych.

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.

Kineskop Kineskop jest rodzajem lampy obrazowej. Cechą odróżniającą kineskop od lampy oscyloskopowej jest 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 dało się rozświetlić każdy punkt powierzchni ekranu wiązka musi być odchylana w dwóch kierunkach - pionowym i poziomym. 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) 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.

Kineskopy mogą być wykonywane jako monochromatyczne, zwane też 'czarno-białymi' (choć niekoniecznie muszą świecić na biało, w użyciu są też inne kolory, np. zielony) lub kolorowe, czyli świecące jednocześnie w trzech kolorach podstawowych - czerownym, zielonym i niebieskim, co zgodnie z addytywną teorią barw 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. W środku tuż przed powierzchnią ekranu umieszczona jest blacha z małymi otworkami (tzw. maska), która rozdziela trzy strumienie i kieruje do trzech oddzielnych plamek luminoforu 1 - czerwonego, zielonego i niebieskiego - umieszczonych bardzo blisko siebie. 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 1. Luminofor – substancja chemiczna wykazująca luminescencję (tzw. zimne świecenie, jarzenie - zjawisko emisji fal świetlnych przez ciała).

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

CRT kolorowy

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 analogowo-cyfrowej 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. poduszkowo-zbalansowane (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

Technologia LCD Określenie "ciekłe kryształy" nie powstało w ubiegłym stuleciu. Termin ten powstał w roku 1889! Określenie to wywodzi się nie z elektroniki, a z botaniki. Tym niemniej, dopiero w 1969 roku zjawiskiem tym zainteresowała się firma Radio Corporation of America i to jej zawdzięczamy wynalezienie wyświetlacza ciekłokrystalicznego. W roku 1969 James Fergason odkrył efekt skręconego nematyka (twisted nematic - TN). Było to odkrycie o fundamentalnym znaczeniu, ponieważ wszystkie wyświetlacze LCD działają właśnie w oparciu o zasadę rotacji płaszczyzny polaryzacji. W roku 1973 George Gray odkrył ciekłe kryształy stabilne w normalnej temperaturze i pod normalnym ciśnieniem. Już w 1986 roku NEC wyprodukował pierwszy przenośny komputer z ekranem ciekłokrystalicznym (Liquid Crystal Display - LCD). W roku 1995 rozpoczęto produkcję paneli LCD dużych przekątnych - przekraczających 28'' (71 cm).

LCD (ang. Liquid Crystal Display) - to 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. 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

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. Ciekawa jest za to zasada działania: LCD nie emituje światła, ale działa jak swego rodzaju przełącznik, co powoduje, że 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

Najważniejsze pojęcia dotyczące monitorów Co to jest monitor CRT? CRT (cathode-ray tube): ogólnie przyjęta nazwa dla monitorów, których konstrukcja ekranu oparta jest o kineskopy - monitory kineskopowe.  W monitorach tego typu obraz powstaje poprzez wiązkę elektronów, która wystrzeliwana jest przez działo elektronowe. Przechodząc przez magnetyczne układy odchylania pionowego i poziomego wiązka ta pada na luminofor, który pobudzony (poprzez energię przekazaną przez elektrony) zaczyna świecić. Aktualnie monitory CRT stanowią coraz mniejszy odsetek sprzedawanych urządzeń i niebawem zostaną całkowicie wyeliminowane przez monitory LCD oraz plazmowe. Co to jest monitor LCD? LCD (liquid crystal display): monitory, których zasada działania opiera się o tzw. ciekłe kryształy – monitory ciekłokrystaliczne. Między dwoma szklanymi płytami znajduje się substancja aktywna (właśnie ciekłe kryształy), która poddawana jest oddziaływaniu napięcia elektrycznego. Napięcie elektryczne pozwala kryształom na zmianę ułożenia w cieczy, a pozycja kryształu w cieczy określa przepuszczoną ilość światła pochodzącą z lampy podświetlającej. Na dzień dzisiejszy technologia LCD spowszedniała i jest już praktycznie dostępna dla wszystkich, a wolumen sprzedaży monitorów LCD z roku na rok praktycznie podwaja się.

Co to jest piksel? Piksel (rozmiar plamki w mm): jest to wielkość najmniejszej składowej cząstki obrazu, którą można wyświetlić na ekranie. Z reguły rozmiar plamki wynosi od 0,2 mm do 0,42 mm. Im mniejszy rozmiar piksela w danym monitorze, tym bardzie dokładny, ostry i bardziej kontrastowy obraz można uzyskać.

Co to jest 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.

Co to jest rozdzielczość monitora? Rozdzielczość monitora (w pikselach): maksymalna ilość pikseli jaką może wyświetlić dany monitor. Wartość podawana jest następująco: ilość pikseli w poziomie na ilość pikseli w pionie. Typowe rozdzielczości to 640x480, 800x600, 1024x768,  1280x960, 1600x1200. Co to jest tryb graficzny? Tryb graficzny: określony jest przez liczbę punktów w linii, liczbę linii na ekranie i częstotliwość odświeżania obrazu, np. 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. Wyświetlenie przez kartę graficzną obrazu w trybie nieobsługiwanym przez monitor spowoduje zniekształcenie obrazu. Co oznacza skrót TFT? TFT (Thin Film Transistor): tranzystor cienkowarstwowy. W tej technologii za włączenie lub wyłączenie każdego subpiksela w monitorze LCD odpowiada specjalny tranzystor. Technologia TFT (aktywna matryca) wykorzystana w monitorach ciekłokrystalicznych pozwala na uzyskanie jeszcze lepszych parametrów obrazu (czytelność obrazu, kąt widzenia) niż stosowana wcześniej matryca pasywna (dual scan).

Co to jest czas reakcji matrycy? Czas reakcji matrycy (w ms): jest to czas, po którym piksel w matrycy reaguje na polecenie zmiany stanu (zapalenie lub zgaszenie). Co to jest czas reakcji matrycy dla odcieni szarości? Czas reakcji matrycy dla odcieni szarości (GTG w ms): czas ten mierzony jest nieco inaczej niż dla typowego pomiaru reakcji matrycy. Powód takiego postępowania producentów, to uzyskanie czasu reakcji, którego wartość byłaby lepsza niż typowa - pozornie lepsze parametry matrycy. Co to jest podświetlenie ekranu? Podświetlenie  ekranu: biały kolor w ekranach ciekłokrystalicznych uzyskiwany jest poprzez umieszczenie źródła światła za warstwą ciekłych kryształów. Źródłem światła w monitorach LCD są świetlówki CCFL (światło rozpraszane jest przez dyfuzor na warstwę ciekłych kryształów) albo diody LED (elektroluminescencyjne). W przypadku wykorzystania do podświetlenia diod LCD uzyskuje się większą liczbę kolorów, jednak kosztem znacznie wyższej ceny.

Jak mierzy się rozmiar monitora? Rozmiar monitora (w calach): mierzony po przekątnej ekranu. W chwili obecnej standardem stały się monitory o przekątnej 17 cali. Oczywiście nadal dostępne są monitory o mniejszej przekątnej, jednak jeśli stać Cię na zakup większego monitora, to sugerujemy wybór między 17” a 19”. Zaletą dużych monitorów jest znacznie większy komfort pracy z nimi zarówno przy aplikacjach biurowych, jak i programach rozrywkowych (gry, filmy, etc.). Pamiętaj, aby zapewnić sobie odpowiednią odległość - dystans - przy pracy z monitorami. Zbyt bliskie lub zbyt dalekie oddalenie od monitora będzie powodowało dyskomfort i szybsze męczenie wzroku. Co to jest obszar widzialny? Obszar widzialny (w calach): parametr, który dla monitorów kineskopowych oznacza faktyczny rozmiar obszaru widzianego przez użytkownika monitora. Jest on nieco mniejszy niż przekątna kineskopu i: • dla monitorów 15” wielkość obszaru widzialnego waha się pomiędzy 13,8 a 14,1 cala • dla monitorów 17” wielkość obszaru widzialnego waha się pomiędzy 15,9 a 16,1 cala • dla monitorów 19” wielkość obszaru widzialnego waha się pomiędzy 18,0 a 18,1 cala • dla monitorów 20” wielkość obszaru widzialnego wynosi średnio 20 cali Dla monitorów LCD obszar widzialny z reguły wynosi tyle, co przekątna ekranu, czyli rozmiar monitora.

Co to jest pionowa częstotliwość odchylania? Pionowa częstotliwość odchylania (w Hz): jest to częstotliwość powtarzania obrazu i dla typowego monitora CRT wynosi od 50 do 120 Hz, czyli wyświetlanych jest kilkadziesiąt obrazów w ciągu sekundy. Dla zobrazowania: w kinie w ciągu sekundy wyświetla się 24 obrazy, w telewizji 25 (w Europie) lub 30 (w USA). Mała częstotliwość powtarzania obrazu wywołuje efekt migotania. Co to jest pozioma częstotliwość odchylania? Pozioma częstotliwość odchylania (w kHz): parametr ten określa liczbę linii kreślonych przez strumień elektronów wystrzeliwanych przez działo elektronowe kineskopu w ciągu sekundy. Zwykle wartość tego parametru mieści się pomiędzy 15 a 64 kHz, czyli kilkadziesiąt tysięcy linii na sekundę. Co to jest przeplot? Przeplot (interlacing): oznacza pozorne wyświetlanie dwukrotnie większej liczby obrazów pomimo niskiej poziomej częstotliwości odchylania. Jeśli dwa monitory wyświetlają tę samą liczbę obrazów w ciągu sekundy przy czym jeden jest bez przeplotu, a drugi z przeplotem, to ten pierwszy jest lepszy. Wniosek: należy wybierać monitory z oznaczeniem „non interlacing”. Sprawa przeplotu dotyczy raczej starszych konstrukcji monitorów. W tej chwili to raczej nie problem ponieważ praktycznie wszystkie monitory CRT są bez przeplotu. Co to jest analogowe złącze D-Sub? Analogowe złącze D-Sub: służy najczęściej do doprowadzenia sygnału wideo z komputera za pomocą kabla D-Sub (15 pinowego). Analogowe sygnały są dość podatne na zewnętrzne zakłócenia i dlatego coraz bardziej popularne są złącza cyfrowe przez które transmitowane są sygnały cyfrowe (DVI).

Co to jest cyfrowe złącze DVI? Cyfrowe złącze DVI:  Digital Video Interface służy do transmisji sygnałów cyfrowych. Za pośrednictwem łącza DVI między komputerem a monitorem przesyłane są tylko dane cyfrowe (logiczne 0 i 1). Podstawową zaletą takiego rozwiązania jest wysoka jakość sygnału oraz odporność na zakłócenia zewnętrzne. Co to jest temperatura barw? Temperatura barw: ogólnie rzecz ujmując sposób postrzegania przez ludzkie oko barw zależy od oświetlenia. 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). Co to jest korekcja gamma? Korekcja gamma: ułatwia rozróżnianie jaśniejszych i ciemniejszych szczegółów na obrazach wyświetlanych na monitorze. Regulacja krzywej gamma to istotna funkcja, bez której trudno jest wiernie reprodukować barwy w obrazie (ma to znaczenie przy wielu pracach związanych z grafiką komputerową).

Co to jest sRGB? sRGB: zakres barw zdefiniowany przez firmy Microsoft® i Hewlett-Packard.  Służy zapewnieniu dopasowania barw między programami a urządzeniami (monitorami, skanerami, drukarkami i aparatami cyfrowymi). Co to jest współczynnik kształtu? Współczynnik kształtu: stosunek rozdzielczości ekranu w poziomie do jego rozdzielczości pionowej. Typowymi współczynnikami kształtu są 4:3, 5:4 czy 16:9 (odpowiednio 800x600, 1280x1024, 1440x810 pikseli). Co to jest martwy piksel? Martwy piksel: (nie występuje przy monitorach CRT) w przypadku monitorów LCD jest to punkt zawsze zgaszony albo zapalony (zobacz „Jakie są typy martwych pikseli?”). Jakie są typy martwych pikseli? Typy martwych pikseli:  jasny piksel: jeden piksel (czyli składowe trzy subpiksele: czerwony, zielony i niebieski) jest stale zapalony. Czarny piksel: jeden piksel (czyli składowe trzy subpiksele: czerwony, zielony i niebieski) jest stale zgaszony. Subpiksel: jeden z subpikseli (czerwony, zielony lub niebieski) 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? Norma ISO 13406-2: określa typ i liczbę możliwych do wystąpienia wadliwych pikseli na 1 milion pikseli. Dzieli ona monitory ciekłokrystaliczne 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.

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

KONIEC