Monitory kineskopowe (CRT)

Pierwsze informacje na temat technologii powiązanej z późniejszym powstaniem monitorów kineskopowych podano już ponad 100 lat temu. Za osobę, która pierwsza zaprezentowała kineskop, uważa się Karla Ferdinanda Brauna, który w roku 1897 opracował takie właśnie urządzenie. Wtedy to po zasileniu energią elektryczną kontrolowane strumienie elektronów popłynęły z jednego krańca lampy katodowej na drugi.

Pierwsze informacje na temat technologii powiązanej z późniejszym powstaniem monitorów kineskopowych podano już ponad 100 lat temu. Za osobę, która pierwsza zaprezentowała kineskop, uważa się Karla Ferdinanda Brauna, który w roku 1897 opracował takie właśnie urządzenie. Wtedy to po zasileniu energią elektryczną kontrolowane strumienie elektronów popłynęły z jednego krańca lampy katodowej na drugi.

Dopiero 40 lat po tym wydarzeniu pomysł został na tyle rozwinięty, żeby było możliwe skonstruowanie pierwszego telewizora. Mimo daleko idących zmian w dzisiaj stosowanej technologii zasady leżące u podstaw powstawania obrazu w monitorach czy telewizorach kineskopowych są takie same, jak ok. 100 lat temu.

Wady i zalety technologii kineskopowej

Podstawowe wady monitorów kineskopowych można zebrać w kilku punktach:

  • kineskop wymusza stosowanie dużych objętościowo obudów

  • monitory CRT są ciężkie

  • zużywają dużo energii

  • są szkodliwe dla zdrowia z powodu generowania silnego pola elektromagnetycznego

  • migotanie obrazu źle wpływa na wzrok

  • konstrukcje kineskopów nie gwarantują idealnej geometrii obrazu.
Oczywiście urządzenia te mają również wiele zalet:
  • fosfor, którym pokrywa się wewnętrzną stronę ekranu, gwarantuje doskonałe nasycenie barw

  • monitory CRT pozwalają na uzyskanie optymalnej jakości obrazu w różnych rozdzielczościach

  • fosfor emituje światło we wszystkich kierunkach, dlatego kąt widzenia sięga w monitorach CRT 180 stopni

  • dzięki możliwości skupienia elektronów w niewielkim punkcie jasność kineskopu może sięgać 1000 cd/m2

  • dobrze poznana technologia pozwala na produkcję tanich produktów na masową skalę.
Budowa monitora CRT

Schemat budowy działa elektronowego.

Schemat budowy działa elektronowego.

Większość monitorów CRT ma podobną głębokość, jak szerokość ekranu, ponieważ CRT jest szklaną zamkniętą bańką próżniową (nie ma w niej powietrza). Bańka ta zaczyna się wąską szyjką, a następnie rozszerza do rozmiarów, jakie ma obszar ekranu, na którym wyświetlany jest obraz. Ekran pokrywa od środka matryca składająca się z tysięcy fosforowych punktów. Fosfor ma zdolność emisji światła w momencie pobudzenia go wiązką elektronów. Różne punkty emitują światło o odmiennej barwie. Każdy punkt składa się z trzech podpunktów koloryzowanego fosforu: czerwonego, zielonego i niebieskiego. Grupa ta tworzy jeden piksel. W wąskiej szyjce umieszczone jest działo elektronowe, składające się z katody, źródła ciepła i elementów skupiających wiązkę elektronów. Monitory kolorowe mają trzy działa elektronowe, każde do innego koloru. Obrazy są generowane w momencie, gdy elektrony wystrzelone z działa elektronowego zbiegają się i uderzają w odpowiednie punkty fosforu. Działo uwalnia elektrony z ujemnej elektrody (katody) dzięki ciepłu.

Zbieżność

Zbieżność jest zdolnością trzech dział elektronowych do uderzenia w jeden punkt na powierzchni kineskopu. Precyzyjna zbieżność w monitorach CRT jest konieczna, bo wyświetlacz pracuje na zasadzie dodatniej korelacji: kombinacje zielonego, czerwonego i niebieskiego fosforu o różnej intensywności tworzą iluzję milionów kolorów. W momencie, gdy każdy z kolorów podstawowych występuje w identycznej ilości, tworzy się biały punkt. Brak któregokolwiek z trzech kolorów podstawowych powoduje pojawienie się czarnego punktu. Błędy zbieżności przejawiają się cieniami wokół tekstu i obrazów graficznych.

Działo elektronowe

Rola maski perforowanej w koncentracji strumienia elektronów.

Rola maski perforowanej w koncentracji strumienia elektronów.

Działo elektronowe wystrzeliwuje elektrony wówczas, gdy temperatura jest na tyle wysoka, aby uwolnić od katody elektrony o ujemnym ładunku. Aby elektrony mogły dotrzeć do fosforu, najpierw muszą przejść przez elementy skupiające. W momencie wystrzelenia strumień elektronów ma kształt okrągły, lecz im bliżej do fosforu, tym bardziej jest zniekształcany i przyjmuje kształt eliptyczny. Jest to zjawisko analogiczne do astygmatyzmu. W związku z tym prowadzenie strumienia elektronów jest w nowoczesnych monitorach tak pomyślane, aby te zniekształcenia wyeliminować. Elementy skupiające mają sprawić, aby na początku drogi strumień elektronów był możliwie cienki, a następnie, po korekcji astygmatyzmu, został skierowany ściśle tam, gdzie w fazie finalnej uderza w specyficzny punkt pokryty fosforem.

Cewki odchylające wokół szyjki kineskopu tworzą pole magnetyczne, które kontroluje kierunek strumieni elektronów. Dodatnio naładowana anoda ściąga ujemne ładunki wytwarzane przez działo. Elektrony podążają w jej kierunku ze stałą prędkością, ale nigdy do niej nie docierają, bo kierowane są 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, cały proces zaczyna się od nowa od lewego górnego rogu.

Omiatanie ekranu strumieniem odbywa się tak szybko i często, że triady fosforyzujące nie zdążą jeszcze zgasnąć, kiedy są znów rozświetlane.

Powierzchnia kineskopu nie jest kulista, więc strumienie elektronów muszą mieć różne długości. Są krótsze w centrum ekranu i dłuższe w miarę docierania do jego narożników. To oznacza również, że czas, przez który strumienie podlegają odchyleniu, jest różny w zależności od kierunku ich promieniowania. Aby zniwelować to zjawisko, monitory CRT mają układ odchylania dynamicznie dopasowujący siłę swojego działania do miejsca, w którym strumień elektronów uderzy w powierzchnię kineskopu.

Zanim jednak strumień elektronów dotrze do punktów fosforu, przechodzi przez perforowany materiał umieszczony bezpośrednio przed fosforem. Nazywa się go maską.

Maska

Schemat budowy kineskopu.

Schemat budowy kineskopu.

W nowoczesnych monitorach element ten ma różną budowę, dopasowaną do określonych technologii CRT. Maska pełni kilka istotnych funkcji: filtruje strumień elektronów, formuje mniejsze, mniej okrągłe punkty, które mogą uderzać w poszczególne punkty fosforu bardziej precyzyjnie. Pozwala też wychwycić zabłąkane elektrony, dzięki czemu strumień uderza tylko w te punkty, w które powinien. Prowadząc elektrony do powłoki fosforowej o odpowiedniej barwie, pozwala na niezależną kontrolę jasności podstawowych kolorów.

W momencie, gdy strumień rozbija się na przodzie kineskopu, elektrony pobudzają fosfor odpowiadający pikselom obrazu, który ma zostać odtworzony na ekranie. Wtedy też następuje rozjaśnienie obrazu, światło jest emitowane przez indywidualne punkty fosforu. Ich bliskość sprawia, że oko ludzkie widzi tę kombinację jako jeden kolorowy piksel.

Maska szczelinowa

W 1960 roku Sony opracowało alternatywną technologię Trinitron. Jej innowacyjność polega na połączeniu trzech oddzielnych dział elektronowych w jedno urządzenie, które producent nazwał Pan Focus gun. Kolejną nowością było to, że kineskopy Trinitrona były wykonane z wycinka walca, płaskiego w pionie i wygiętego w poziomie (inaczej niż tradycyjne kineskopy, które są wycinkiem kuli wygiętym w obu płaszczyznach). Zamiast umieszczać punkty fosforu w triadach, Sony pokryło wewnętrzną warstwę kineskopu pionowymi pasami fosforu o określonych kolorach. W związku z tym, zamiast stosować perforowane maski, Trinitron korzysta z masek szczelinowych wydzielających całe pasy, a nie pojedyncze punkty fosforu. Maska tego typu pokrywa mniejszą powierzchnię ekranu, więc obraz jest jaśniejszy i bardziej dynamiczny. Maska szczelinowa pozwala także na uzyskanie lepszej ostrości obrazu.

Ponieważ paski maski są bardzo wąskie, mogą się przesunąć. Aby temu zapobiec, stosuje się poziome druty wzmacniające, zwiększające stabilność konstrukcji. Właśnie ten element przeszkadza niektórym użytkownikom podczas pracy z monitorami typu Trinitron czy Diamondtron NEC/Mitsubishi. Na jasnych powierzchniach widzą oni bowiem cień elementu wzmacniającego. W monitorach 17-calowych drut jest jeden, w większych kineskopach stosuje się dwa.


Zobacz również