CRT монитори (Cathode-Ray Tube)

В индустрия, в която развитието е толкова бързо, изглежда изненадващо, че технологията, която стои зад начина на производство на телевизорите и мониторите е на 100 години. Произходът на катодово-лъчевата туба или CRT(Cathode-Ray Tube) никога не е бил много ясен. По-голямата част от компютърното общество смята, че германският учен Карл Фердинанд Браун е създал първия контролируем модел на CRT през 1987 г. През късните 40 години на миналия век CRT се използват в първите теливизионни приемници. Въпреки, че днешните CRT, които се използват при компютърните монитори са претърпели модификации с цел подобряване на качеството на картината те все още следват същите основни принципи.

Намаляването на броя потребители, използващи CRT монитори е било предричано доста време, но не и без причина:

те са тежки и заемат доста място
„гладни” са за електрическа енергия – обикновено за 17-инчов монитор са нужни 150 W
тяхното електрическо поле е под високо напрежение, също така високо и ниско честотните магнитни полета и ултравиолетова радиация са доказано вредни за хората
технологията на сканиране, която те използват прави трептенето на образа неизбежно, което води до напрежение в очите и умора
тяхната възприемчивост откъм електромагнитни полета ги прави уязвими във военни условия
тяхната повърхност е или сферична или цилиндрична, което води до не толкова правилното изобразяване на прави линии около краищата на монитора.

Докато конкурентните технологии, например LCD и PDP са се установили в по-специфични области, има няколко добри причини, които обясняват защо CRT мониторите доминираха на пазара в началото на новото хилядолетие:

фосфорите се развиват за много дълъг период от време и предлагат отлична цветова наситеност при много малкия размер на частиците, който се изисква при мониторите с висока разделителна способност(резолюция).
фактът, че фосфорите излъчват светлина във всички посоки означава, че видимоста от всички ъгли около 180 градуса е възможна
поради това, че потока на електрони може да бъде фокусиран в една точка, CRT мониторите могат да предлагат най-високи стойности на осветяване до 1000 cd/m²
CRT мониторите използват проста и зряла технология, следователно могат да бъдат произвеждани по-евтино в много индустриализирани страни
цената им продължава да намалява в сравнение с алтернативните технологии

Както и да е, до 2001 г. съдбата на CRT технологията изгледаше предначертана и доминацията на CRT мониторите наближаваше своя край. През лятото на същата тази 2001 година Philips Electronics – най-големия световен производител на CRT монитори – се съгласява да слее бизнеса си с този на най-големия враг на компанията LG Electronics, Apple пускат на пазара всички свои системи заедно с LCD монитори и Hitachi спират произвеждането на CRT монитори с изявлението, че „няма изгледи за растеж в пазара на CRT монитори”. При положение, че през 1999 г., когато годишните приходи от продажба на CRT монитори са били най-големи и са били около 20 милярда долара, прогнозите за развитието на тази технология хич не са благоприятни. Смята се, че продажбите ще бъдат спаднали на половина до 2007 г.

CRT мониторите обикновено заемат пространство, колкото това на една кутия и често възниква въпроса: „Какво има вътре в този монитор, така че той изисква толкова място колкото и една компютърна кутия?”

Отговорът се крие в CRT. Обикновено CRT има странна форма, нещо като стъклена бутилка, в която няма въздух. CRT започва с тънка част и постепенно се разширява до голяма основа. Тази основа е компютърният екран и от вътрешната си страна е покрита с хиляди малки фосфорни точици. Фосфорите са химикали, които излъчват светлина, когато се „активират” от поток от електрони. При този процес различните фосфори излъчват светлина с различен цвят. Всяка точка се състои от три частици оцветен фосфор – червена, зелена и синя. Тези групи, съставени от по три фосфорни частици образуват така наречения пиксел(pixel – picture cell; клетка от изображението). В по-тънката част на CRT се намира електронния „пистолет”, който е съставен от катод, топлинен източник и фокусиращи елементи. Цветните монитори имат три отделни електронни „пистолети”, като всеки един отговаря за различните фосфорни цветове. Изображенията се съставят, когато електроните, изстреляни от електронните „пистолети” се приближават, за да „оцелят” съответните фосфорни капки.

Приблизителността е способността на три електронни лъча да се съберат в една точка на повърхността на CRT. Прецизната приблизителност е необходима по време на работата на CRT мониторите, защото те работят на принципа на добавъчното оцветяване, докато комбинациите от различни итензитети на червените, зелените и сините фосфори създават изюзията за наличието на милиони цветове. Когато всеки от основните цветове бъде добавен в равни количества се образува бяла точка, докато при липсата на цвят се образува черна точка. Неприблизителността се проявява, например когато около текста и графичните изображения се появяват сенки.

Електронният „пистолет” излъчва електрони, когатo топлинния източник не е достатъчно нагрят, че да освободи електрони(които са отрицателно заредени) от катода. За да достигнат до фосфора, катодите първо трябва да преминат през фокусиращите елементи на монитора. Докато излъчения електронен лъч е кръгов по средата на екрана, той притежава тенденцията да придобива елипсовидна форма и понеже се разпространява във външни области, се образува изкривено изображение, като наименованието на този процес е „астигматизъм”. Фокусиращите елементи са поставени, така че моментално да насочват електронния поток в много тънък лъч и след това, след като са поправили „астигматизма”, да насочват потока в определена посока. Така електронният лъч осветява специфична фосфорна точка и електронните се изрисуват през фосфорните точки в мощен, положително зареден анод, разположен близо до самия екран.

Скобата на пречупване около тънката част на CRT създава магнитно поле, което контролира посоката на електронните лъчи, като ги насочва към правилната позиция на екрана. Това започва в левия ъгъл(от външната страна) и продължава към противоположния край на реда. Когато достигне това място механизма се повтаря на следващия ред. Движението от ляво на дясно се нарича хоризонтално проследяване и се осъществява чрез хоризонталния „премигващ” интервал, така че линиите на „проследяване” са невидими. Лъчът повтаря този процес, докато всички редове на екрана бъдат проследени, което обяснява и начина, по който се изобразяват изображенията от горе на долу.

Поради това, че повърхността на CRT не е напълно сферична, лъчите които трябва да „пътуват” до центъра на екрана биват смалявани, докато тези, които „пътуват” до ъглите на монитора са сравнително по-дълги. Това означава, че периодът от време, в който лъчите са зависими от магнетично пречупване е различен, в зависимост от тяхната посока. За да компенсират, CRT притежават верига на пречупване, която динамично променя коефициента на пречупване в зависимост от позицията на електронните лъчи, които трябва да достигнат до повърхността на CRT.

Преди електронният лъч да достигне фосфорните точки, той трябва да премине през надупчен лист, разположен точно срещу фосфора. Тези надупчени листове, са наричани засенчени маски и са такива има в много форми, измислени за да удовлетворят различните CRT технологии, които са се появили през годините. Те изпълняват няколко много важни функции:

те „маскират” електронния лъч, като формират по-малка и по-закръглена точка, която може да достигне до отделния фосфор „по-чисто”
те филтрират отдалечилите се електронни, като по този начин нама
чрез насочването на електроните до правилните фосфорни цветове те позволяват независим контрол върху яркостта на трите основни цветове на монитора

Когато лъчът се „удари” в екрана, енергитичните електрони се сблъскват с фосфорите, които отговарят на пикселите на изображението, което трябва да бъде изобразено на екрана. Когато това се случи всеки от тях трябва да бъде осветен в по-малка или по-голяма степен и светлината бива излъчена в цвета на отделните фосфорни капки. Това, че са разположени близко води до това, че човешкото око възприема техните комбинации, като единичен пиксел.

Най-важният аспект на един монитор е това дали може да възпроизведе стабилно изображение на избраната разделителна способност(резолюция) и цветова палитра. Монитор, който блещука или трепти, което обикновено се случва, когато по-голямата част от изображението е бяла(като в средата на Windows) може да причини болки и умора в очите, главоболие и мигрена. Също така е важно характеристиките на монитора да бъдат внимателно съпоставени с тези на графичната карта, която го управлява. Не е добре, когато потребителя има крайно бърз графичен ускорител, който е способен да възпроизвежда изключително високи разделителни способности при положение, че монитора не може да улови този сигнал.

Разделителната способност е броя на пикселите, с които графичната способност описва работното поле. Този брой е представен като съотношение на хоризонталната и вертикалната стойност на пикселите. Стандартната VGA резолюция е 640x480 пиксела. Тази резолюция се оказва остаряла в началото на новото хилядолетие, когато средностатистическите разделителни способности на CRT монитори за SVGA и XGA съответно са 800x600 и 1024x768 пиксела.

Скоростта на „освежаване” или refresh rate се измерва в херци(Hz) и представя броя на кадъри, които се възпроизвеждат на екрана за една секунда. Ако този брой е малък, човешкото око ще е в състояние да забележи интервала между тези кадри, което ще доведе до ефекта на „примигване” на изображението. Европейският стандарт за скоростта на освежаване на CRT монитора е 85 Hz.

Максималната разделителна способност на един монитор не зависи само от неговите високи честоти на сканиране. Друг важен фактор, който я определя е разположението на точката (dot pitch) или физическото разстояние между отдалечените фосфорни точки на един и същи цвят във вътрешността на CRT. Обикновено, разположението на точката варира между 0.22 мм и 0.3 мм. Колкото по-малко е това число, толкова по-детайлна ще е картината. Както и да е, за да бъдат осигурени твърде много пиксели за монитор с недостатъчна стойност на разположение на точката води до влошаването на някои детайли, като например това надписите под иконите да изглеждат леко или много замъглени.