CRT монитор срещу LCD монитор

Какво представляват течните кристали, електронно-лъчевата тръба и пасивната и активната матрица? Как работят течнокристалните и CRT монитори?

Какви са техните предимства и недостатъци? Тези и други подобни въпроси ще бъдат изяснени в тази статия. Ще бъде обяснен принципа на действие на тези два вида монитори – CRT и LCD.

CRT монитор (Cathode Ray Tube – електронно-лъчева тръба)

—Устройство и начин на действие—

Основния компонент на CRT мониторите е електронно лъчевата тръба (ЕЛТ) или още наричана 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 Анод1 и Анод2. Самото фокусиране се осъществява като се регулира напрежението на първия анод. Така се получава нашият електронен лъч. Следва промяна на неговата посока или от вертикални и хоризонтални пластини (както е на фигурата) 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 напрежение, 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.

Вече си имаме ускорен, фокусиран и преместен електронен лъч. Щом говорим за цветен CRT монитор значи имаме три лъча – за трите основни цвята (RGB – Red, Green, Blue – Червен, Зелен, Син). Сега вече дойде време тези три лъча да „ударят“ вътрешната част на екрана. Но как се получават светлината и цветовете, които виждаме ние? С тази задача се заема луминофорът. 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 тук се намесва графитът, с който е покрита вътрешността на електронно лъчевата тръба. Графитът се свързва електрически с втория анод и служи както за отвеждане на вторичните електрони, така и за изолация от външни смущения.

Всеки от трите електронни лъча „удря“ по един субпиксел от един пиксел на екрана. 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 картинката отдясно можете да видите 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 доло ред по ред) на CRT монитора се извършва много бързо и незабележимо за човешкото око – зависимост от честотата на монитора (60Hz(херца) – 60 пъти (целия екран) в секунда, 75Hz – 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 1280(хоризонтал)х1024(вертикал), то той съдържа 1280х1024=1 310 720 пиксела). Когато закупувате CRT монитор трябва да проверите какви честоти на какви резолюции поддържа той. За безпроблемна работа (без трептене) на монитор със съотношение 4:3 е нужно 15 инчов модел да работи на резолюция 800х600 и честота 85Hz едновременно, 17 инчов на 1024х768 и 85Hz, а 19 инчов на 1280х960 и 85Hz. Не е фатално да работите на честота 75Hz, но е по-неприятно и дразнещо. Друга характеристика, която можете да срещнете е междуточково разстояние (dot pitch). Това е най-малкото разстояние между два субпиксела с еднакъв цвят. Измерва се в милиметри. Колкото е по-малко – толкова по-ясно и отчетливо изображение се получава.

—Предимства на CRT—

–1– Неограничен ъгъл на видимост

Луминофорите излъчват във всички посоки и затова независимо под какъв ъгъл гледате монитора се вижда все така хубаво.

–2– Липса на пикселни грешки

Пикселните грешки се наблюдават при LCD мониторите. Например:

постоянно светещ пиксел;

постоянно не светещ(изгаснал) пиксел;

същите две за някой субпиксел.

–3– Достигане на по-висок контраст

При CRT мониторите винаги е имало по-добър контраст, но вече най-скъпите и качествени LCD монитори достигат доста близко до този на CRT мониторите.

–4– По-високо качество на цветовете

–5– 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-надоло при недостатъците на LCD мониторите ще бъде обяснено.

–6– По-ниска цена

—Недостатъци на CRT—

–1– 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.

–2– Голямо енергопотребление

За работата на електронно лъчева тръба 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).

–3– 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 стойноста 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. За да сте сигурни че то е в норма оглеждайте се за лепенка TCO(картинката отляво) на мониторът който закупувате. Естествено това не означава че такива излъчвания липсват, но все пак са по-малко. Също липсата на такава лепенка неозначава че излъчванията не са в норма, всеки производител сам избира дали да минава тестовете на TCO организацията. Имайте предвид че по-голямата част от предпазните слоеве на монитора са само в предната му част и затова е крайно нежелателно да стоите зад CRT монитор на разстояние по-малко от 2 метра. Може би за повечето хора е ясно, но все пак да уточня че във изключено състояние липсват всякакъв вид излъчвания.

–4– 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.

–5– 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.

–6– Влияят се от магнитни полета

Както казахме по-горе единият от начините за промяна посоката на електронния лъч е чрез магнитно поле. Поради това наличието на такова поле наоколо извън монитора може да доведе до смущения и изкривяване на образа. Например източник на такова поле може да бъде един постоянен магнит (избягвайте да го доближавате до CRT монитор). Друг източник на магнитно поле се явяват вашите тонколонки. Много често те стоят точно до монитора и това някой път довежда до смущения и изкривяване на образа. Не е забранено да са там, но не ги поставайте много близко до него, гледайте да остане колкото може повече разстояние между тях и монитора.

–7–Лоша геометрия

Специфичната форма на тези монитори води до не толкова правилното изобразяване на прави линии около краищата им.

LCD монитор (Liquid Crystal Display – Течнокристален дисплей)

—Устройство и начин на действие—

LCD технологията е съвсем различна от CRT и тук вече не се използва електронно лъчева тръба. Това довежда и до най-очевидната разлика между двете технологии – рамерът на монитора. Точно поради малкият размер на течнокристалния дисплей е възможно той да се използва в редица електронни устройства, като например: дигитални часовници, преносими компютри, CD плейъри, MP3 плейъри, мобилни телефони и други. Тук естествено ще става дума само за монитори, но принципа е дологоре един и същ.

Нека започнем от самото име. Защо се наричат течнокристални и какви са тези течни кристали? Съществуват основно три състояния на веществата – твърдо, течно и газообразно. Молекулите на твърдите вещества са подредени по определен ред и не променят нито положението си една спрямо друга, нито ориентацията си, а молекулите на течните вещества правят точно обратното – променят и положението си една спрямо друга и ориентацията си. Течнокристалното състояние е нещо между твърдо и течно състояние. Молекулите на течните кристали могат да се местят една спрямо друга и същевременно да запазят ориентацията си. Има различни състояния на течни кристали и едно от тях се нарича нематично (nematic). В такова състояние ориентацията им се определя от някакво външно въздействие – например магнитно поле или микроскопични набраздявания по повърхноста на която се намират. Определен вид нематично състояние се нарича усукано нематично (Twisted Nematic – TN) и в това състояние течните кристали са поначало усукани. За да се изправят им се подава електрическо напрежение. Зависимост от това каква е стойността на това напрежение те се изправят до определен ъгъл. Това им свойство се използва в LCD екраните за пропускане на светлина. Мисля че това е достатъчно за течните кристали, сега нека видим какво представлява самия LCD монитор.

Използват се две стъклени плочи, които от едната страна имат поляризиращи филтри, а от другата са финно набраздени в посока съвпадаща с поляризиращите филтри. Филтрите пропускат само светлината, която е ориентирана успоредно на улеите им. От едната набраздена страна на едната плоча се нанасят течните кристали. Тогава молекулите на първия слой течни кристали (най-близкия до плочата) се ориентират по посока на набраздяванията (понеже имат такова свойство както казахме по-горе). След това се добавя втората стъклена плоча (така че кристалите да попаднат между двете плочи) и първия слой течни кристали който се допира до нея се ориентира по нейните набраздявания. Двете стъклени плочи са разположени така една спрямо друга, че направленията на улеите им да бъдат взаимно перпенидкулярни. Така светлината минава през първия филтър после се обръща на 90^o от течните кристали, става успоредна на втория филтър и минава през него. Когато се подава напрежение на кристалите (които са усукани) те се изправят до определен ъгъл, който зависи от стойността на напрежението (това е другото им важно свойство споменато по-горе), а промяната на този ъгъл променя количеството светлина което се пропуска от кристалите. Когато те се изправят напълно светлината не може да премине през втория филтър. Зад тази конструкция от две стъклени плочи с поляризиращи филтри и течни кристали се разполага източник на светлина. Той е нужен понеже течните кристали не излъчват светлина а само я пропускат. За да се получи цветен монитор преди светлината да достигне до всеки един субпиксел тя преминава през цветен филтър – зелен, червен или син.

Крайният резултат е че единствено чрез промяна на напрежение ние регулираме колко светлина ще премине от източника на светлина до предната част на екрана.

Има основно два начина за подаване на това напрежение – чрез пасивна или активна матрица.

При пасивната се изгражда мрежа от прозрачни проводници които се намират от двете страни на течните кристали. От едната страна са колоните на мрежата, а от другата са редовете. Там където се пресичат една колона и един ред се намира един субпиксел. За да се подаде напрежение на тези течни кристали които отговарят за точно определен субпиксел трябва да се използва точно определен ред и колона. Всеки един ред и всяка една колона се управляват от по един транзистор. Пасивната матрица е по-лесен за изработка и по-евтин начин, но определено има недостатъци. Например е трудно да се изправят кристалите отговарящи само за един субпиксел, без да се засегнат съседните. Това води до загуба на контраст на едно изображение. Друг недостатък е високото време за реагиране, което се вижда на екрана като следа оставаща след бързо движещ се обект.

Активната матрица (или TFT (Thin-Film Transistor) екраните) е по-усъвършенствана и елиминира някои недостатъци на пасивната матрица. Тук не се използва мрежа от проводници, а е интегриран транзистор при всеки един субпиксел. Този транзистор управлява само своя субпиксел и по този начин е премахната загубата на контраст, предизвикана от засягането на съседните субпиксели при пасивната матрица.

Също така транзисторът може много по-бързо да управлява подаването на напрежение и затова се подобряват и времената за реакция.

Дотук беше обяснена TN – Twisted Nematic технологията, която се нарича TN TFT ако се използва активна матрица. Естествено съществуват много други LCD технологии, които се стремят да премахнат недостатъците на TN. Тук ще се спрем много набързо само на още две, които са най-популярни.

Първата е разработена от компанията Hitachi и се нарича IPS (In-Plane Switching) или още Super-TFT, като основното постижение е достигането на по-голям ъгъл на видимост – около 170^o. Това е възможно понеже се използва по-прецизен метод за изправяне на течните кристали. Контраста тук не се променя, а времето за реагиране даже расте. Основните разлики с TN технологията са следните:

- Без да се прилага напрежение на течните кристали те са изправени и подравнени вертикално и светлината не може да премине през втория филтър.

- При прилагане на напрежение кристалите се завъртат и светлината вече може да премине през втория филтър.

Поради тези промени, при появата на изгорял пиксел той ще остава черен, а не бял както при TN. Това всъщност е по-добре понеже черния пиксел е по-незабележим.

Втората технология е разработена от компанията Fujitsu и се нарича MVA (Multi-Domain Vertical Alignment). Основната разлика е че самите субпиксели са разделени на области, а поляризиращите филтри на места имат заострена форма. Това кара молекулите на течните кристали при подаване на напрежение да се подредят по друг начин, който можете да видите на картинката отляво. Постига се по-голям ъгъл на видимост, по-добър контраст на черния цвят и по-добро време за реакция. За жалост тази технология е много сложна и трудна за изработка и затова е и много по-скъпа от другите.

—Предимства на LCD—

–1– Малки размери и тегло

Определено в тази насока технологията прави голям напредък и направо „размазва“ CRT мониторите, които са големи и тежки. Например един 19 инчов LCD монитор тежи около 5кг, а един CRT 19 инча около 20кг.

–2– Ниска консумация на ел. енергия

Тук не се използва ЕЛТ и няма толкова високи напрежения както при CRT – това води до ниска консумация. Например мощноста на един 17 инчов е около 20-30W, на 19 инчов около 30-35W, a на 22 инчов около 40-45W (за сравнение: на един CRT 17 инчов монитор е около 80-100W, а на един 19 инчов около 120-150W).

–3– Липса на вредни излъчвания

Отново поради липсата на ЕЛТ липсват и нейните вредни излъчвания (обяснени при недостатъците на CRT мониторите).

–4– Не се използват вредни вещества за направата им

Понеже няма вредни излъчвания, няма смисъл и от предпазни вещества като олово, които въпреки че предпазват нас то също и вредят на околоната среда.

–5– Липса на трептене на образа

Отново без електронно лъчева тръба няма и лъч който да обхожда екрана и не е нужно непрестанното опресняване на екрана, което е така дразнещо и предизвиква главоболие и дразнене на очите.

–6– Не се влияят от магнитни полета

Както казахме по-горе магнитното поле отклонява лъча на CRT мониторите, но тук няма промяна в картината при такива обстоятелства.

–7– Добра геометрия

—Недостатъци на LCD—

–1– Ограничен ъгъл на видимост

Този недостатък е почти премахнат в по-скъпите модели използващи MVA технологията, където се постига ъгъл на видимост от 178^o, но все пак си остава в разпространените TN ТFT монитори.

–2– Възможност за поява на пикселни грешки

Тези грешки се появяват когато някой транзистор управляващ някой субпиксел се повреди. Когато купувате LCD монитор търсете такива които имат гаранция за 0 изгорели пиксели.

–3– По-нисък контраст

И този недостатък постепенно се премахва, като някои професионални модели имат доста висок контраст.

–4– По-ниско качество на цветовете

Примерно има малко затруднение при изобразяването на идеално черен цвят. За да стане перфектно черен цвят е нужно кристалите да са с голяма точност подредени така че да не минава светлината, но при малки смущения в напрежението това не се получава.

–5– Високо време за реагиране на пикселите

Изразява се в замазване при резки движения на обекти и оставяне на следа след движещ се обект. Дължи се главно на две неща:

- Нужно е определено време за да се завъртят кристалите при смяна на цвета на даден пиксел.

- Тук трябва да обвиним също и човешкото око. В окото ни се запечтва всеки образ и е нужно време за да избледнее и да възприеме новия образ. При LCD мониторите пикселите променят цвета си от точно определен цвят до друг точно определен цвят без пауза между смяната и поради това окото няма време да „изчисти“ старото изображение. При CRT мониторите така нареченото трептене или опресняване на екрана ни осигурява това време (времето между всяко едно обхождане на екрана от лъча) и там този ефект не се наблюдава.

–6– По-висока цена