Budowa i zasada działania monitorów CRT i LCD

1-2 Budowa, zasada działania oraz podstawowe parametry monitorów CRT.
3-4 Budowa, zasada działania oraz podstawowe parametry wyświetlaczy LCD.

Monitor  jest  urządzeniem  służącym  do  wyprowadzania  informacji  z  komputera  w  postaci  obrazów  (tekstu  lub
grafiki). Obecnie możemy spotkać monitory z lampą kineskopową – CRT i z ekranem ciekłokrystalicznym – LCD.

Monitory CRT
Podstawowym elementem monitora CRT jest kineskop. Tradycyjne kineskopy stosowane w monitorach kolorowych
mają  trzy  oddzielne  tzw.  działa  elektronowe,  z  których  każde  emituje  wiązkę  elektronów,  odpowiedzialną  za
wyświetlenie  jednej  z  trzech  podstawowych  barw  czerwonej,  zielonej  i  niebieskiej.  Wiązki  elektronów  są
odpowiednio  ogniskowane  przez  zespół  soczewek  i  pryzmatów  elektronowych.  Stanowią  je  cewki  siodłowe  lub
toroidalne,  umieszczone  tuż  za  działem  elektronowym  (są  przyklejone  do  tzw.  szyjki  kineskopu).  Dzięki  temu
otrzymuje  się  odpowiednią  zbieżność  kolorów,  czystość  oraz  geometrię  obrazu.  W  takim  przypadku  wewnętrzna
część  ekranu  nie  jest  pokryta  jednolitym  luminoforem,  tak  jak  to  ma  miejsce  w  przypadku  kineskopów
monochromatycznych, ale trzema warstwami i to w taki sposób, iż ekran pokryty jest pojedynczymi triadami RGB
(Red  Green  Blue),  składającymi  się  z  leżących  obok  siebie  trzech  mikroskopijnej  wielkości  plamek  R,  G  i  B,  (po
jednej z każdej warstwy).
Wiązka z pojedynczego działa elektronowego (np. Red) pada na odpowiadającą jej plamkę (Red), itp. Dzięki trzem
niezależnym strumieniom elektronów każda z tych cząstek może być naświetlana z inną intensywnością. Nawet jeśli
zostaną wzbudzone wszystkie trzy plamki i  spojrzymy na nie z pewnej  odległości, będą one zlewały się w całość,
tworząc jednolitą barwę pochodną. Możliwe jest to dzięki wykorzystaniu ograniczonej rozdzielczości oka ludzkiego.
Swobodna  zmiana  natężenia  poszczególnych  strumieni  pozwala  na  uzyskanie  pełnej  palety  barw.  Aby  wiązki
elektronowe  z  odpowiednich  dział  RGB  trafiały  we  właściwe  plamki  RGB  i  nie  powodowały  świecenia  plamek
sąsiednich,  stosuje  się  specjalnej  budowy  maskownicę.  Ponadto  kineskopy  kolorowe  wyposażone  są  w  tzw.  pętlę
rozmagnesowującą (oplata ona bańkę kineskopu), wytwarzającą niewielkie stałe pole magnetyczne, zabezpieczające
kineskop  przed  rozproszonymi  polami  magnetycznymi.  Proces  rozmagnesowywania  ma  miejsce  najczęściej  po
włączeniu zasilania, lub może być inicjowany specjalnym przyciskiem (degauss).

Typy lamp kineskopowych
We współczesnych monitorach spotyka się maskownice perforowane, szczelinowe oraz kratowe. Maska perforowana
to nic innego jak cienka metalowa folia z ogromną ilością mikroskopijnych dziurek, przez które przechodzą wiązki
elektronów.  To  właśnie  dzięki  właściwemu  rozmieszczeniu  tych  otworów  działa  elektronowe  „trafiają"  tylko  we
właściwe  punkty  luminoforu.  W  masce  szczelinowej  funkcję  elementów  zapewniających  odpowiednie
pozycjonowanie  strumieni  elektronów  pełnią  cienkie  druciki,  rozpięte  pionowo  na  całej  szerokości  ekranu.  Zaletą
takiej konstrukcji maski jest to, iż ze względu na jej specyficzną budowę do luminoforu docierają wiązki elektronów
o  większej  energii.  W  rezultacie  obraz  uzyskiwany  na  kineskopach  z  maską  szczelinową  cechują  zwykle  nieco
jaśniejsze i żywsze kolory, niż ma to miejsce w przypadku maski perforowanej. Maskownice szczelinowe z reguły
charakteryzują  się  także  nieco  mniejszymi  rozmiarami  plamki.  Jest  to  niezbędne,  ponieważ  duża  „przepustowość"
szczelin  powoduje  w  konsekwencji  nieznaczne  rozmycia  obrazu,  które  nie  występują  w  maskownicach
perforowanych.  O  ile  powierzchnia  maski  perforowanej  ze  względu  na  konieczność  właściwego  zogniskowania
wiązki na powierzchni luminoforu jest zawsze wycinkiem sfery, o tyle maska szczelinowa ma postać wycinka walca
(w  starszych  konstrukcjach)  bądź  jest  zupełnie  płaska.  Znacznie  zmniejsza  to  zniekształcenia  geometrii  podczas
wyświetlania obrazu, redukuje także męczące dla użytkownika odbicia światła od powierzchni ekranu.

Rozdzielczość i częstotliwość odświeżania
Jednymi  z  najważniejszych  cech  monitora,  które  wpływają  na  jakość  obrazu  są  rozdzielczość  i  częstotliwość
odświeżania. Ważny jest także odpowiedni dobór możliwości monitora do współpracującej z nim karty graficznej.

Rozdzielczość
Jest  to  liczba  pikseli,  której  używa  karta  graficzna  do  zaprezentowania  obrazu.  Wyraża  się  stosunkiem  pikseli  w
poziomie  i  pionie.  Standardowa  rozdzielczość  VGA  to  640x480  pikseli.  SVGA  ma  już  rozdzielczość  800x600
pikseli, a XGA 1024x768. Częstotliwość odświeżania - lub też częstotliwość skanowania pionowego - jest mierzona
w hercach (Hz). Wartość ta mówi, ile klatek jest wyświetlanych na ekranie w czasie sekundy. Jeśli wartość ta jest za
mała, oko ludzkie zauważy przerwy pomiędzy kolejnymi odświeżeniami obrazu. Zakłada się, że minimalna wartość
ergonomiczna  wynosi  75  Hz,  co  pozwala  na  komfortową  pracę  przy  monitorze.  Z  kolei  częstotliwość  poziomą
skanowania mierzymy w kilohercach kHz.

Przykładowe przeliczenia
Maksymalna częstotliwość odświeżania w monitorze CRT wynosi: VSF=HSF/liczba poziomych linii x 0,95 gdzie:
VSF  -  częstotliwość  skanowania  w  pionie;  HSF  -  częstotliwość  skanowania  w  poziomie.  Jeśli  monitor  ma  na
przykład  częstotliwość  odświeżania  poziomego  96  kHz,  a  rozdzielczość  1280x1024,  to  maksymalna  możliwa  do
uzyskania  częstotliwość  odświeżania  pionowego  wynosi:  VSF=96000/1024x0,95  =  89  Hz  Analogiczne  obliczenia
można przeprowadzać dla innych rozdzielczości i częstotliwości odświeżania.

Plamka
Maksymalna  rozdzielczość  monitora  zależy  nie  tylko  od  częstotliwości  skanowania  poziomego  i  pionowego.
Ważnym  czynnikiem  jest  także  plamka,  czyli  odległość  pomiędzy  punktami  fosforu  tego  samego  koloru,  które
ułożone są po wewnętrznej  stronie kineskopu. Najczęściej odległość ta wynosi  0,22-0,3 mm.  Im  mniejsza przerwa
pomiędzy  punktami,  tym  dokładniejszy  obraz.  Należy  zwrócić  uwagę,  że  ze  względu  na  różnice  w  konstrukcji
kineskopów  wykonanych  w  różnych  technologiach,  dane  na  temat  plamki  należy  analizować  w  odniesieniu  do
konkretnego rodzaju wyświetlacza. Przy standardowej masce plamka mierzona jest jako odległość między środkami
dwóch punktów fosforu tego samego koloru, które są najbliżej położone od siebie po przekątnej. Różnica pomiędzy
punktami  w  poziomie  to  0,866  wielkości  plamki.  Maski  zbudowane  z  pasów,  a  nie  punktów,  wymuszają  inne
podejście  do  tego  zagadnienia.  Wielkość  plamki  jest  wtedy  poziomą  odległością  pomiędzy  dwoma  paskami  tego
samego  koloru.  Oznacza  to,  że  plamka  standardowej  maski  powinna  zostać  pomnożona  przez  0,866,  zanim
porównamy  ją  z  plamką  maski  paskowej.  Niektórzy  producenci  podają  informacje  nie  o  wielkości  plamki,  a  o
wielkości plamki maski. Ponieważ maska jest zawsze przed warstwą fosforu, aby uzyskać wiarygodną informację o
wielkości  plamki,  należy  założyć  niewielkie  jej  powiększenie  po  przejściu  przez  warstwę  maski.  Na  przykład
wielkość plamki maski 0,21 mm w ostatecznej formie wyniesie ok. 0,22 mm.

Kształty ekranów
Monitory kineskopowe  mają ekrany, których kształt  można podzielić na trzy kategorie: powstały  z wycinka kuli  -
cylindryczny, powstały z wycinka walca (używany w monitorach z maską szczelinową) oraz prostokątny (wycinek
kuli na tyle duży, że sprawia wrażenie prawie płaskiego).

Wady i zalety technologii kineskopowej
Podstawowe wady monitorów kineskopowych:



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.

Podstawowe zalety monitorów kineskopowych:



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/m



dobrze poznana technologia pozwala na produkcję tanich produktów na masową skalę.

Monitory LCD
Ciekłe kryształy to  substancje prawie  przezroczyste, mogące przyjmować stan zarówno stały, jak  i  ciekły. Światło
przechodzące przez ciekłe kryształy podąża za ułożeniem tworzących je molekuł.
Zasada działania monitora LCD polega na zmianie polaryzacji światła, na skutek zmian położenia cząstek ciekłego
kryształu pod wpływem pola elektrycznego.
W oparciu o ciekłe kryształy buduje się obecnie monitory ciekłokrystaliczne zwane monitorami  LCD (ang. Liquid
Crystal Display). Wszystkie obecnie produkowane monitory ciekłokrystaliczne składają się z czterech podstawowych
elementów:
- komórek, w których zatopiona jest mała ilość ciekłego kryształu,
- elektrod będących źródłem pola elektrycznego działającego bezpośrednio na kryształ,
- dwóch cienkich folii: polaryzatora i analizatora,
- źródła światła.
Polaryzator  jest  urządzeniem  optycznym  przepuszczającym  światło  o  określonej  polaryzacji  liniowej.  Analizator  to
polaryzator,  w  którym  określona  jest  płaszczyzna  polaryzacji.  Za  ekranem  znajduje  się  źródło  światła  np.  lampa
fluorescencyjna.  W  zależności  od  wielkości  panelu  LCD  ilości  tych  lamp  waha  się  od  dwóch  (monitory  15")  do
ośmiu (monitory 20-21"). Panele 17" najczęściej mają zamontowane 4 lampy fluorescencyjne. Światło pochodzące
od  źródła  światła  przechodzi  w
początkowej fazie przez tzw. dyfuzor -
element  zapewniający  równomierne
oświetlenie  całego  panelu  LCD.  W
następnej

kolejności

światło

przepuszczane jest przez pierwszy filtr
polaryzacyjny czyli grupę elektrod
sterujących ułożeniem cząstek ciekłego
kryształu.

Następnie

światło

przedostaje

się

przez

warstwę

orientującą - warstwę ustawiającą
molekuły

ciekłego

kryształu

odpowiednim

stanie

(najczęściej

spoczynkowym). Znajdująca się dalej
warstwa ciekłego kryształu odchyla
(skręca)

płaszczyznę

polaryzacji

światła o 90

. Ciekły kryształ ma

krystaliczną

strukturę.

Cząsteczki

kryształu  mają  kształt  pręcików,  są
ustawiane  w  równoległych  rzędach  i
steruje  się  nimi  przy  użyciu  pola
elektrycznego.

Substancja

ciekłokrystaliczna jest umieszczona w
kilku

milionach

pojedynczych

komórek.  Komórki  te  tworzą  matrycę
pikseli.  Aby  światło  mogło  ulec
skręceniu  musi  nastąpić  odpowiednie
ułożenie pałeczkowatych cząstek. Aby
takie  ułożenie  uzyskać  stosuje  się
wyżej

wymienione

warstwy

orientujące. Światło po przejściu przez
ciekły kryształ napotyka drugi filtr
polaryzacyjny. W zależności od kąta padania światła w stosunku do osi polaryzacji filtra światło wydostaje się z
panela LCD, a użytkownik widzi jasny punkt na ekranie.

Świecenie kryształu
Ekran LCD zbudowany jest z dwóch warstw ciekłych
kryształów umieszczonych pomiędzy dwiema odpowiednio
wyprofilowanymi powierzchniami, z których jedna jest
ustawiona pod kątem 90 stopni wobec drugiej. Monitor LCD
w przeciwieństwie do modeli CRT pracuje z maksymalną
jakością tylko w rozdzielczości rzeczywistej, bo LCD ma stałą
liczbę pikseli. Oczywiście prezentacja obrazu z inną
rozdzielczością jest możliwa, jednak wtedy mamy do wyboru
dwa sposoby oglądania obrazu - wyświetlany na fragmencie
matrycy odpowiadającej danej rozdzielczości (np. 640x480 na
panelu o rzeczywistej rozdzielczości 1024x768) lub
prezentowany  na  całej  powierzchni  ekranu  przy  użyciu
algorytmów skalowania.

Filtr selektywny.
Występuje  na  powierzchni  ekranu  monitora  LCD.
Kieruje  w  stronę  oczu  dwa  obrazy  o  różnej
perspektywie.

Mózg

przetwarza

otrzymaną

informację i tworzy trójwymiarową scenę.

Zalety monitorów LCD:
- mała waga,
- mały rozmiar,
- brak emisji szkodliwego promieniowania,
- małe zapotrzebowanie na energię,
- obraz wysokiej jakości,
Wady monitorów LCD:
-

trudny do uzyskania kontrast,

pochłanianie części światła,

obraz widziany pod kątem zanika,

Matryce monitorów LCD możemy podzielić na pasywne i aktywne.
Kryształy w matrycach pasywnych (zwane czasem ekranami STN(..

Twisted Nemetic)

, DSN lub TSN) są adresowane

poprzez ładunki lokalne, przy czym nic nie powstrzymuje ładunków elektrycznych przed rozpływaniem się na boki i

wpływaniem na położenie kryształów sąsiednich. Stąd rozmyty obraz matrycy pasywnej, smugi i cienie ciągnące się
za  obiektami.  Pasywna  matryca  LCD  składa  się  z  kilku  warstw.  Tylną  stanowi  element  podświetlający,  czyli
najczęściej  lampa  jarzeniowa.  Światło  powstałe  w  ten  sposób  przechodzi  przez  element  rozpraszający  tak,  aby
możliwie  równomiernie  podświetlić  cały  panel.  Następną  warstwą  jest  filtr  polaryzacyjny,  a  zaraz  za  nim
przezroczyste elektrody umieszczające ciekłe kryształy w położeniu spoczynkowym. Za tym elementem znajduje się
warstwa  ciekłych  kryształów  powodująca  skręcenie”  światła  o  90°.  W  ten  sposób  uzyskujemy  obraz  na  ekranie
panelu. Jeśli obraz na panelu ma być kolorowy, to niezbędna jest dodatkowa warstwa z filtrem trzech podstawowych
barw.
Wykorzystywane w zegarkach, kalkulatorkach i pierwszych laptopach.
Matryce  aktywne  zbudowane  są  z  tranzystorów  cienkowarstwowych  (thin  film  transistor,  TFT),  które  gromadzą  i
utrzymują  ładunki  elektryczne,  zapobiegając  ich  rozlewaniu  się  na  inne  piksele.  Taki  tranzystor  przekazuje
odpowiednie  napięcie  tylko  do  jednego  kryształu,  dzięki  czemu  nie  ma  smużenia  ani  rozmycia  obrazu.  Obecnie
stosuje  się  praktycznie  wyłącznie  matryce  aktywne.  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.
Panele typu IPS(In-Plane Switching)- obraz na płaskim ekranie można obserwować pod kątem 60

w każdym

kierunku.

pałeczkowate cząsteczki ciekłego kryształu zawsze są ułożone równolegle do siebie i do powierzchni ekranu -

zmianie ulega jedynie ich ułożenie z pionowego w poziome. W położeniu neutralnym - przy wyłączonym napięciu - molekuły
ustawione są prostopadle do płaszczyzny polaryzacji światła wpadającego do komórki ciekłokrystalicznej i wytłumiają wiązkę
światła (nie skręcają!). Piksel ekranu pozostaje czarny. Aby wyświetlić jasny punkt obrazu, kryształy muszą zostać ustawione
równolegle w stosunku do osi polaryzacji filtrów. Do wytworzenia pola elektrycznego wykorzystywane są dwie elektrody,
które w przypadku paneli IPS znajdują się na jednej powierzchni wyświetlacza. W przeciwieństwie do stosowanej w ekranach
TFT technologii TN ciekłe kryształy w monitorach IPS tworzą zawsze jednorodne struktury, co ma korzystny wpływ na
wygląd wyświetlanego obrazu. Z komórek wyświetlacza nie wydostaje się praktycznie żaden błędnie skierowany strumień
światła, dzięki czemu możliwe jest uzyskanie czerni o dużym nasyceniu, a tym samym obrazu o wysokim kontraście.
MVA (Multi-Domain Vertical Alignment). W wyświetlaczach tego typu cząsteczki ciekłego kryształu w stanie spoczynku są
skośnie ustawione w stosunku do powierzchni wyświetlacza, pochłaniając całe światło - wtedy komórka ekranu jest ciemna.
Sterując odpowiednio przykładanym do komórki napięciem, reguluje się kąt pochylenia molekuł, a więc jasność
obserwowanego piksela. W przypadku paneli MV A jasność punktu jest ściśle uzależniona od kąta i miejsca, z którego
obserwujemy obraz na ekranie. Główną rolę w technice MVA odgrywa podział każdej komórki wyświetlacza na dwa lub
więcej obszarów nazywanych domenami (stąd słowo multi-domain w nazwie technologii), w których znajdują się ukośnie
ułożone w stosunku do siebie cząsteczki ciekłego kryształu. Jeśli się przyjrzymy się pod różnymi kątami pojedynczemu
pikselowi podzielonemu na kilka domen, okaże się, że „błędy" powstające w poszczególnych obszarach komórki wzajemnie się
znoszą. Ogólna jasność danego piksela pozostaje zachowana, a kontrast i paleta barw nie zmieniają się nawet w przypadku
dużego kąta widzenia sięgającego nawet powyżej 85 stopni. Panele MVA charakteryzują się znacznie krótszym czasem reakcji
niż wyświetlacze IPS. Ze względu na zastosowanie trójwymiarowych struktur (niezbędnych do podziału na domeny)
wyświetlacze MV A są drogie w produkcji, a oferowana przez nie barwa czarna jest mniej nasycona niż w panelach
IPS.

Odświeżanie w LCD
Każdy piksel matrycy LCD jest aktywowany oddzielnie i znajduje się w stanie włączonym albo wyłączonym. Dzięki
większej  bezwładności  w  monitorach  LCD  prezentacja  stabilnego  obrazu  nie  wymaga  częstego  odświeżania.
Wystarczy częstotliwość rzędu 60 Hz.
Martwe punkty
Tzw.  martwy  punkt  (ang.  dead  pixel)  to  taki,  w  którym  komórka  czerwona,  zielona  lub  niebieska  pozostaje  trwale
włączona lub trwale wyłączona. Najczęściej komórki "zastygają" w trybie aktywności. Ich nieprzyjemną cechą jest
silne  wyróżnianie  się  na  ciemnym  tle  (jako  czerwone,  zielone  lub  niebieskie  kropki).  Mimo  że  nawet  kilka  takich
punktów  na  ekranie  może  być  dość  nieprzyjemną  usterką,  producenci  stosują  dość  zróżnicowane  kryteria  przy
określaniu jaka liczba martwych punktów kwalifikuje wyświetlacz do wymiany. Bywa, że istotna jest nie tylko ich
liczba,  ale  i  położenie.  Na  szczęście,  ciągłe  ulepszanie  technik  produkcji  zmniejsza  prawdopodobieństwo,  że
będziemy musieli oglądać takie zjawisko na nowo zakupionym ekranie.

Budowa i zasada działania monitorów organicznych OLED (ang. Organic Light Emitting Diodes)
Panel ciekłokrystaliczny monitorów
LCD nie świeci sam z siebie i musi być
zawsze podświetlony od tyłu. Ciekłe
kryształy

sterują

zaś

wyłącznie

natężeniem  przechodzącego  przez  nie
światła.  Taka  konstrukcja  wyświetlacza
zwiększa zużycie energii, które jest i tak
mniejsze niż w monitorach CRT, ale jest
to  szczególnie  ważne  w  przypadku
urządzeń

przenośnych.

Ponadto

mniejszy jest też kontrast generowanego
obrazu.  Tych  wad  pozbawione  są
najnowsze typy wyświetlaczy wykonane
w  technologii  OLED  (Organic  Light
Emitting Diodes).
Panel  OLED  składa  się  z  kilku
elementów,  a  jego  konstrukcja  jest
zdecydowanie  prostsza  niż  matrycy
LCD.  Dwa  polimerowe  półprzewodniki
typu  p  i  n  muszą  zostać  ze  sobą
złączone,  a  następnie  należy  przez  nie  przepuścić  prąd.  Skutkiem  zachodzących  w  tym  procesie  zmian jest  emisja
światła. Problemem przy konstrukcji panelu  OLED jest za to  uzyskanie równomiernego rozświetlania powierzchni
tworzywa. Różnice w szybkości przepływu ładunków dodatnich i ujemnych sprawiają, że w prosty sposób nie można
równomierne  rozświetlić  ekranu.  W  celu  zapewnienia  równomierności  rozprowadzania  ładunków  elektrycznych
stosuje  się  specyficzne  substancje.  Innego  rodzaju  środki  chemiczne  niezbędne  są  do  uzyskania  powierzchni
świecącej  kolorami  czerwonym,  zielonym  i  niebieskim  (czyli  barwami  podstawowymi).  Wyświetlacze  OLED  są
aktywne lub pasywne.

Monitory plazmowe
Zasada działania:
każdy subpiksel to mikroskopijna lampa fluorescencyjna, emitująca jedną z barw podstawowych - kolor
czerwony, zielony lub niebieski. Dzięki zróżnicowaniu intensywności światła emitowanego przez subpiksele
możliwe jest uzyskanie wielu odcieni barw.
gaz szlachetny (na przykład argon) jest zamknięty w rurce. Na obu końcach rurki znajdują się elektrody, do których
dostarczane jest wysokie napięcie (kilkaset Voltów). Gaz szlachetny jest elektrycznie obojętny, ale prąd elektryczny
przekształca go w plazmę - gaz złożony z wolnych elektronów i jonów dodatnich. Z powodu różnicy potencjałów
elektrony przemieszczają się do dodatniej elektrody, a jony dodatnie są przyciągane przez ujemną końcówkę rurki.
Te ruchy prowadzą do zderzeń atomów. Gdy atomy zderzają się, uzyskują dodatkową energię, a ich elektrony
przemieszczają się na wyższe orbity. A gdy powracają na orbitę początkową, emitują foton: cząsteczkę światła.
Emitowane światło jest efektem ruchu plazmy w silnym polu elektrycznym. Ale różnica potencjałów na końcach
rurki nie wystarcza. Aby emitować światło, plazma musi być w ciągłym ruchu, dlatego też do końcówek podawany
jest prąd zmienny. Powoduje to migrację jonów z jednego końca na drugi, tam i z powrotem.
Jest jednak jeden problem. Światło emitowane przez plazmę nie jest widoczne: jest to promieniowanie ultrafioletowe,
którego nie rejestruje oko ludzkie. Dlatego też należy je zmienić w widzialne. Aby to osiągnąć, ściany rurki
pokrywane są emitującą białe światło substancją czułą na ultrafiolet. Ta substancja, zwana też fosforem, to luminofor,
który służy do zamiany jednego rodzaju promieniowania na inny.
Lampa kineskopowa (CRT) zawiera także luminofor,
który zamienia strumień elektronów na czerwone,
zielone, lub niebieskie światło.
Każdy piksel składa się z trzech identycznych
mikroskopijnych otworów zawierających gaz szlachetny
(ksenon) i posiadających dwie elektrody - przednią i
tylną. Plazma w otworach porusza się wzbudzana
silnym prądem zmiennym przebiegającym przez

elektrody. Plazma emituje promieniowanie UV, które uderza w luminofor na dnie każdego otworu. Każdy z nich
emituje jeden podstawowy kolor - czerwony, zielony, lub niebieski. Kolorowe światło przechodzi przez szybę i jest
widoczne dla użytkownika.

Choć piksele plazmowe działają podobnie do lamp fluoroscencyjnych, to produkcja ekranów składających się z
ogromnej liczby pikseli jest dość skomplikowana. Pierwszą trudnością, jaką napotykają producenci jest rozmiar
samych pikseli. Wymiary subpiksela to 200μm x 200μm x 100μm i wcale nie jest łatwo umieścić obok siebie kilka
milionów takich pikseli. Przednia elektroda musi być maksymalnie przezroczysta. Do w tym celu używany jest
tlenek cynowo-indowy (indium tin oxide - ITO), ponieważ równocześnie przewodzi prąd i jest przezroczysty.
Wyświetlacze plazmowe są tak duże, a warstwa ITO tak cienka, że opór elektryczny materiału staje się zbyt duży,
aby zapewnić odpowiednią propagację napięcia (ok. 300 Voltów). Dlatego też często dodaje się cienką warstwę
chromu, który jest dobrym przewodnikiem, ale niestety nie jest całkowicie przezroczysty. Potrzebne są też
odpowiednie scyntylatory (czyli luminofory). Dobór odpowiedniego luminoforu do piksela zależy od koloru
emitowanego światła:
· Zielony: Zn

SiO

:Mn

/ BaAl

:Mn

· Czerwony: Y

:Eu

/ Y

0,35

:Eu

· Niebieski: BaMgAl

:Eu

Te trzy luminofory wytwarzają fale o długość 510-512 nm dla zielonego, 610 nm dla czerwonego i 450 nm dla
niebieskiego. Wyświetlacz plazmowy o rozdzielczości 1280x768 to ok. 3 miliony subpikseli i 6 milionów elektrod.
Niemożliwe jest wytyczenie 6 milionów niezależnych linii do kontroli subpikseli, więc są one multipleksowane
(łączone). Przednie linie są wspólne dla całego rzędu, a tylnie dla całej kolumny. Specjalne układy elektroniczne
wyświetlacza decydują, które piksele należy podświetlić. Dzieje się to bardzo szybko i jest niezauważalne przez
użytkownika - proces ten przypomina skanowanie w monitorach CRT.

Istnieje kilka rodzajów wyświetlaczy plazmowych. Najpopularniejszy obecnie wariant to ACC (alternative coplanar
current – prąd zmienny współpłaszczyznowy).
Charakteryzuje się on nie dwiema, a trzema elektrodami
dla jednego piksela

Monitory 3D

Widzenie trójwymiarowe jest efektem współpracy obu oczu, które rejestrują nieznacznie różniące się płaskie obrazy, co jest
efektem przesunięcia położenia każdego oka. Jedną z najprostszych metod do oglądania obrazów 3D są okulary w których
zastosowano dwa kolory „szkła" (niebieskie i czerwone).

Ekrany dotykowe - nakładki na zwykłe monitory lub na LCD, popularne.
Okulary projekcyjne - rzucają obraz prosto na siatkówkę. Potencjalnie bardzo wysoka rozdzielczość obrazu, technologia
początkowo opracowana dla wojska

Panele FED (Field

Emission Display), zwane też ThinCRT, całkiem płaskie, cienkie ekrany katodowe, tańsze i

energooszczędne, jakość zwykłych monitorów. Mają miliony działek elektronowych.

Normy i dane techniczne
Każde  urządzenie  zasilane  energią  elektryczną,  bez  względu  czy  jest  to  odcinek  przewodu,  czy  monitor,  emituje  pole
elektryczne  i  magnetyczne.  Wartości  natężeń  tych  pól  nie  mogą  przekroczyć  pewnych  ustalonych  wartości  granicznych,
ponieważ  w  innych  przypadku  byłyby  szkodliwe  dla  organizmu  ludzkiego  i  mogłyby  wywoływać  różne  choroby.
Najpopularniejszymi normami są MPR II i TCO 92 oraz TCO 95 i najaktualniejsza TCO 99.
MPR II
Pierwszą znaną normą, która definiowała maksymalne wartości dla elektrycznych i magnetycznych pól jest norma MPR II,
stworzona przez SWEDAC
(The Swedish Board for Technical Accreditation). Aktualnie norma MPR II odgrywa drugorzędna rolę, ponieważ wartości,
jakie narzucają normy TCO, są dużo surowsze.
TCO 92
TCO  (  The  Swedish  Confederation  of  Professional  Employees)  to  organizacja  zrzeszająca  ponad  1,3  miliona  członków  z
różnych  branży,  którzy  muszą  pracować  przy  lub  z  monitorem.  Z  osobistych  doświadczeń  członków  organizacji  powstała
znaczna  część  norm  TCO,  służąca  ochronie  zdrowia  ludzkiego.  Norma  TCO  92  zawiera  niejako  w  sobie  normę  MPR  II,
zaostrzając jednocześnie jej wartości graniczne. Ponadto nie ogranicza się tylko do określenia norm emisji pól elektrycznego i
magnetycznego,  ale  uwzględnia  także  aspekty  ochrony  środowiska.  Dzięki  temu  monitory  muszą  być  wyposażone  w
automatyczny wyłącznik, który w przypadku zaprzestania używania, przełącza monitor na tryb Stand-By, w którym pobór mocy
nie może przekraczać 30 Wat. Dodatkowo monitor musi być w stanie powrócić do pełnej sprawności w ciągu trzech sekund od
momentu  dotknięcia  klawiatury lub poruszenia  myszą.  Norma TCO  92  zawiera  także  regulacje,  które nakazują  producentom
dostosować monitory do europejskich norm, dotyczących ochrony pożarowej i zabezpieczenia przed porażeniem prądem.
TCO 95
Ta  norma  nie  przewiduje  żadnych  nowych  wartości  dla  maksymalnych  dopuszczalnych  emisji,  jest  swego  rodzaju
rozszerzeniem  normy  TCO  92.  Zawiera  regulacje  dotyczące  zastosowania  materiałów  ekologicznych  w  samym  procesie
produkcji  monitora.  Na  przykład  do  budowy  kineskopu  nie  można  używać  kadmu,  a  inne  elementy  elektroniczne  nie  mogą
zawierać rtęci.
TCO 99
Mimo, że zarówno norma TCO 92 jak i 95 wyznaczają wyraźne zalecenia dotyczące ochrony zdrowia, to ciągle nie określają
parametrów,  które  pozwoliłyby  ocenić  ergonomię  monitora.  Po  co  nam  niski  poziom  promieniowania,  skoro  jakość  obrazu
może  być  niska?  Tutaj  zastosowanie  ma  norma  TCO  99,  która  nie  tylko  zawiera  w  sobie  uregulowania  normy  TCO  95
dotyczące pól magnetycznych i elektrycznych, ale także definiuje kryteria ergonomiczne. Dodatkowo regulacje normy TCO 99
rozciągnięte zostały na ekrany ciekłokrystaliczne, klawiatury i kompletne zestawy, stacje komputerowe.

Monitory testowane są pod kątem następujących kryteriów:



równomierne oświetlenie, jasność: na powierzchni całego ekranu natężenie jasności musi być na tym samym poziomie.
Intensywne przebarwienia, np.: na białym tle nie mogą występować.



polepszona ostrość: czytelność tekstu musi być zachowana na powierzchni całego ekranu. Szczególnie w rogach ekranu
zwraca się uwagę na ostrość tekstu.



brak  migotania:  aby  oko  ludzkie  nie  postrzegało  poszczególnych  elementów  składowych  ekranu,  musi  on  być
wyświetlany  z  odpowiednią  częstotliwością,  która  w  znacznym  stopniu  zależy  od  wielkości  ekranu.  W  przypadku
monitorów 17-calowych przy rozdzielczości 1024 x 768 zalecana częstotliwość wynosi przynajmniej 85 Hz.



dodatkowym parametrem wpływającym na migotanie jest odporność monitora na zewnętrzne pola elektromagnetyczne.
Monitor powinien być odporny na tego rodzaju zakłócenia i wyposażony w filtry, które np.: będą w stanie zredukować
przesunięcie fazy w sieci w taki sposób, że nie dojdzie do zakłóceń obrazu.



redukcja refleksów świetlnych: refleksy świetlne powinny być ograniczone w maksymalny stopniu tak, aby ich
występowanie nie powodowało zbędnego obciążenia wzroku użytkownika i zniekształceń czytelności ekranu.



ograniczenie  hałasu:  głośne  monitory,  z  których  np.:  podczas  użytkowania  wydobywają  się  nieprzyjemne  dźwięki
wywołują  stres  i  są  uciążliwe  dla  użytkownika.  Zgodnie  z  normą  TCO  99  monitor  nie  może  wydawać  żadnych
uciążliwych dźwięków akustycznych.

Spis głównych różnic między monitorami LCD a CRT.

LCD (TFT)

Kineskop (CRT)

Jasność

(+) 170 do 300 cd/m

(~) 80 do 120 cd/m

Kontrast

(-) 150:1 do 450:1

(+) 350:1 do 700:1

Kąt widzenia

(~) 90° do 170°

(+) ponad 150°

Błędy zbieżności

(+) brak

(~) 0.20 do 0.30 mm

Ostrość

(+) bardzo dobra

(~) satysfakcjonująca lub

bardzo dobra

Geometria

(+) perfekcyjna

(~) możliwe defekty

Liczba uszkodzonych
pikseli

(-) do 8

(+) brak

Sygnał wejściowy

(+) analogowy lub cyfrowy

(~) tylko analogowy

Możliwe rozdzielczości

(-) ustalona z góry lub

interpolowana

(+) wiele

Gamma (dopasowywanie
kolorów dla oka ludzkiego)

(~) satysfakcjonująca

(+) jakość fotograficzna

Jednorodność obrazu

(~) często jaśniejszy przy

krawędziach

(~) często jaśniejszy w

centrum

Czystość/jakość kolorów

(-) zła do umiarkowanej

(+) bardzo dobra

Migotanie

(+) brak

(~) niewidoczne powyżej

Wrażliwość na pole
magnetyczne

(+) brak

(-) zależna od ekranowania,
możliwa spora

Czas odpowiedzi

(-) 20 do 50 ms

(+) niemożliwy do

zauważenia

Pobór mocy

(+) 25 do 40 W

(-) 60 do 160 W