Электронно-лучевые мониторы. История создания элт - мониторов Сертификаты TCO и MPRII

Изготовители электронно-лучевых трубок еще не исчерпали своего потенциала и словно только пробуют силы, держа в руках давно испытанный, но по-прежнему дорогостоящий компонент, технологический прогресс которого идет болезненно медленно на фоне стремительно развивающихся новинок. Профессиональные мониторы становятся дешевле, и этот факт, несомненно, очень радует пользователей, нуждающихся в высоком качестве картинки на экране. Если раньше они предпочитали только мониторы brand name (от Sony или ViewSonic) - хорошие, конечно, но довольно дорогие, то теперь на рынке появляется все больше моделей, обладающих порой даже более высокими характеристиками и к тому же позволяющих сэкономить ощутимую сумму.

Как устроена электронно-лучевая трубка

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ; Cathode Ray Tube, или CRT) - это традиционная технология формирования изображения на «дне» герметично запечатанной стеклянной «бутылки». Мониторы получают сигнал от компьютера и преобразуют его в форму, воспринимаемую электронно-лучевой пушкой, расположенной в «горлышке» огромной колбы. Пушка «стреляет» в нашу сторону, а широкое дно (куда мы, собственно, и смотрим) состоит из «теневой маски» и люминесцентного покрытия, на котором создается изображение. Электромагнитные поля управляют пучком электронов: отклоняющая система изменяет направление потока частиц таким образом, что они достигают нужного места на экране, проходя через теневую маску, падают на фосфоресцирующую поверхность и формируют изображение (активизированный электронным лучом участок экрана испускает свет, видимый глазом; рис.1). Такая технология называется «эмиссионной».Экран монитора представляет собой матрицу, состоящую из гнезд-триад, определенной структуры и формы (зависящей от конкретной технологии изготовления - см. далее). Каждое такое гнездо состоит из трех элементов (точек, полос или других структур), формирующих RGB-триаду, в которой основные цвета располагаются настолько близко друг к другу, что отдельные элементы неразличимы для глаза.

Таким образом, электронно-лучевые трубки, используемые в современных мониторах, имеют следующие основные элементы:

электронные пушки (по одной на каждый цвет RGB-триады или одну, но испускающую три пучка);
отклоняющую систему, то есть набор электронных «линз», формирующих пучок электронов;
теневую маску, обеспечивающую точное попадание электронов от пушки каждого цвета в «свои» точки экрана;
слой люминофора, формирующий изображение при попадании электронов в точку соответствующего цвета.

С этими элементами и связана непрерывная борьба производителей за качество изображения.

Электронная пушка состоит из подогревателя, катода, испускающего поток электронов, и модулятора, ускоряющего и фокусирующего электроны.

В современных кинескопах применяются оксидные катоды, в которых электроны испускаются эмиссионным покрытием из редкоземельных элементов, нанесенным на никелевый колпачок с расположенной внутри него нитью накала. Подогреватель обеспечивает нагревание катода до температуры 850-880 °C, при которой и происходит испускание (эмиссия) электронов с поверхности катода. Остальные электроды трубки используются для ускорения и формирования пучка электронов.

Соответственно каждая из трех электронных пушек создает пучок электронов для формирования своего цвета. При этом различают ЭЛТ с дельтовидным и планарным расположением пушек.

В случае дельтовидного расположения электронные пушки размещаются в вершинах равностороннего треугольника под углом 1° к оси кинескопа.

Ошибка в значении угла наклона не должна превышать 1’. Наклон пушек выбирается таким образом, чтобы электронные лучи пересекались в некоторой точке (точке схождения) и дальше, расходясь на определенный угол, образовывали на маске небольшой круг, в пределах которого одновременно может находиться только одно отверстие теневой маски и одна RGB-триада (три точки люминофора основных цветов). Соответственно точки люминофора при этом также располагают по вершинам равностороннего треугольника, образующего эту триаду. Центр каждого отверстия в теневой маске расположен напротив оси симметрии данной триады точек люминофора.

Электронные лучи, расходясь после теневой маски, попадают на точки люминофора соответствующего цвета и заставляют их светиться.

Теневая маска

Электронный луч достигает экрана, пройдя через теневую маску, которая может иметь различную (точечную или линейную) структуру. Теневая маска, выполненная из тонкого сплава, направляет электронный луч на флуоресцирующий материал определенного цвета.

При этом маска задерживает 70-85% всех электронов, испускаемых катодами, в результате чего она нагревается до высокой температуры.

Раньше маски изготавливали из сплавов на основе железа, и при сильном нагревании они деформировались, в результате чего отверстия смещались относительно триад люминофора. Для компенсации смещений маска крепилась к экрану при помощи системы «замков» из материала со специально подобранным коэффициентом температурного расширения; при нагревании эти «замки» перемещали маску вдоль оси ЭЛТ в сторону экрана.

В современных моделях применяется теневая маска из инвара - специального сплава с оченьнебольшим коэффициентом температурного расширения, поэтому смещение масок при нагреве остается минимальным.

В кинескопах с планарным расположением пушек используются щелевые маски, а люминофор трех основных цветов наносится на экран в виде вертикальных чередующихся полосок таким образом, чтобы одному щелевидному отверстию соответствовала своя RGB-триада. В таких ЭЛТ все три электронные пушки соосны друг другу, расположены в одной вертикальной плоскости и наклонены под небольшим углом к горизонтальной плоскости. Такое расположение в значительной мере позволяет скомпенсировать воздействие на пучки электронов магнитного поля Земли и упростить сведение лучей.

Расходясь после точки схождения, лучи образуют эллипс, охватывающий одновременно только одно отверстие щелевой маски и соответственно три находящиеся за ней полоски люминофора. Отверстие щелевой маски находится напротив средней (зеленой) полоски люминофора.

Отношение площади отверстий к общей площади маски в электронно-лучевых трубках такого типа значительно выше, чем у теневой маски, поэтому та же яркость свечения может быть достигнута при значительно меньшей мощности электронных пучков и, следовательно, срок службы таких кинескопов существенно больше.

Экран монитора

По достижении поверхности экрана луч взаимодействует с ним, при этом энергия электронов преобразуется в световую. Экран представляет собой обладающую особыми оптическими свойствами стеклянную поверхность, на которой распылен специальный фосфоресцирующий материал. Высокое качество изображения достигается правильным выбором материалов и технологии. Фосфоресцирующий материал должен обеспечивать требуемую энергетическую эффективность, разрешающую способность, долговечность, точную цветопередачу и послесвечение.

Антибликовая панель (AR panel)

Для минимизации отражающих свойств экрана используются специальные антибликовые панели. Не ухудшая изображения, они ослабляют блики, а также уменьшают электромагнитное излучение монитора. Однако, ввиду высокой стоимости таких панелей, они используются в дорогих мониторах с большим разрешением, например в 21-дюймовых. В последнее время вместо антибликовой панели на мониторах с диагональю 21 дюйм и меньше используют антибликовое покрытие. Такое покрытие, как и панели, ограничивает излучение в соответствии со стандартами ТСО. Новые технологии позволяют перейти к коммерческому использованию мониторов с антибликовым покрытием.

Антистатическое покрытие

Антистатическое покрытие экрана обеспечивается с помощью напыления специального химического состава для предотвращения накопления электростатического заряда. Оно требуется в соответствии с рядом стандартов по безопасности и эргономике, в том числе MPR II.

Светопередача монитора

Отношение полезной световой энергии, прошедшей через переднее стекло монитора, к излученной внутренним фосфоресцирующим слоем называется коэффициентом светопередачи. Как правило, чем темнее выглядит экран при выключенном мониторе, тем ниже этот коэффициент. При высоком коэффициенте светопередачи для обеспечения требуемой яркости изображения требуется небольшой уровень видеосигнала и упрощаются схемотехнические решения. Однако при этом уменьшается перепад между излучающими участками и соседними, что влечет за собой ухудшение четкости и снижение контрастности изображения и, как следствие, - ухудшение его общего качества. В свою очередь, при низком коэффициенте светопередачи улучшаются фокусировка изображения и качество цвета, однако для получения достаточной яркости требуется мощный видеосигнал и усложняется схема монитора. Обычно 17-дюймовые мониторы имеют коэффициент светопередачи 52-53%, а 15-дюймовые - 56-58%, хотя в зависимости от конкретно выбранной модели эти значения могут варьироваться. Поэтому при необходимости определения точного значения коэффициента светопередачи следует обращаться к документации производителя.

Горизонтальная развертка

Время горизонтального перемещения луча от левого до правого края экрана называется периодом горизонтальной развертки. Величина, обратно пропорциональная этому периоду, называется частотой горизонтальной развертки, или просто горизонтальной разверткой (иногда встречаются названия «частота строчной развертки», или «строчная частота»), и измеряется в килогерцах (кГц). Например, для монитора с разрешением 1024 x 768 пикселов горизонтальная развертка обратно пропорциональна времени, за которое луч сканирует 1024 пиксела. При увеличении разрешающей способности за тот же период времени лучом должно быть отсканировано большее число пикселов. При увеличении частоты кадров частота горизонтальной развертки также должна быть увеличена.

Вертикальная развертка, или частота кадров

Монитор с электронно-лучевой трубкой обновляет изображение на экране десятки раз в секунду. Это число называется частотой вертикальной развертки, или частотой обновления экрана, и измеряется в герцах (Гц).

Монитор с вертикальной разверткой 60 Гц имеет такую частоту мерцания, как лампа дневного света в США (несколько выше, чем в Европе, где частота сети 50 Гц). Обычно при частотах выше 75 Гц мерцание незаметно для глаза (режим без мерцания). Стандарт VESA рекомендует работу на частоте 85 Гц, считая это важным потребительским показателем эргономичности монитора.

Расчет частоты горизонтальной развертки исходя из частоты кадров: Горизонтальная развертка = (число строк) x (вертикальная развертка) x 1,05. Например, требуемая горизонтальная развертка при вертикальной частоте 85 Гц и разрешении 1024 x 768 составляет: 768 x 85 x 1,05 = 68 500 Гц = = 68,5 кГц.

Разрешение

Разрешающая способность характеризует качество воспроизведения изображения монитором. Для получения высокого разрешения в первую очередьвысококачественным должен быть видеосигнал. Электронные цепи должны обработать его таким образом, чтобы обеспечить правильные уровни и сочетания фокусировки, цвета, яркости и контраста. Разрешающая способность характеризуется числом точек, или пикселов (dot) на число строк (line). Например, разрешение монитора 1024 x 768 означает возможность различить до 1024 точек по горизонтали при числе строк до 768.

Частота пикселов

Например, если горизонтальное разрешение 820 точек, а период отображения данных по горизонтали 10,85 нс = 10,85 x 10-6 с, то требуется частота пикселов (pixel rate) примерно 76 МГц. Монитор с высоким разрешением может выводить на экран в 24 раза больше информации, нежели телевизор.

Контраст, равномерность

Контраст характеризует яркость экрана по сравнению с темной зоной в отсутствие видеосигнала. Контраст можно настроить регулировкой «Усиление», воздействуя на входной видеосигнал.

Под равномерностью понимается постоянство уровня яркости по всей поверхности экрана монитора, которое обеспечивает пользователю комфортные условия для работы. Временная неравномерность цвета может быть устранена размагничиванием экрана. Принято различать «равномерность распределения яркости» и «равномерность белого».

Сведение: статическое, динамическое

Для получения четкого изображения и чистых цветов на экране монитора красный, зеленый и синий лучи, исходящие из всех трех электронных пушек, должны попадать в точно заданное место на экране. Термин «несведение лучей» означает отклонение красного и синего от центрирующего зеленого.

Под статическим несведением понимается несведение трех цветов (RGB), одинаковое на всей поверхности экрана, вызванное незначительной погрешностью при сборке электронной пушки. Изображение на экране может быть откорректировано регулировкой статического сведения.

В то время как в центре экрана монитора изображение остается четким, на его краях может проявиться несведение. Оно вызывается ошибками в обмотках или при их установке и может быть устранено с помощью магнитных пластин.

Динамическая фокусировка

Электронный луч, если не предприняты специальные меры, расфокусируется (увеличивается в диаметре) по мере удаления его от центра экрана. Для компенсации искажения формируется специальный компенсирующий сигнал. Величина компенсирующего сигнала зависит от свойств ЭЛТ и ее отклоняющей системы. Чтобы устранить смещение фокуса, вызванное различием в путях пробега луча (расстоянии) от электронно-лучевой пушки до центра и до краев экрана, требуется увеличивать напряжение с ростом отклонения луча от центра с помощью высоковольтного трансформатора, как показано на рис. 4.

Чистота изображения

Чистота и четкость изображения достигается, когда каждый из электронных лучей RGB падает на поверхность экрана в строго определенной точке. Отсюда следует, что требуется выверенная взаимосвязь между электронной пушкой, отверстиями теневой маски и точками фосфоресцирующей поверхности (люминофора) экрана. Нарушение чистоты и четкости изображения могут быть обусловлены следующими причинами:

наклоном электронной пушки или смещением луча;
смещением центра пушки вперед или назад;
отклонением луча, вызванным влиянием внешних магнитных полей, включая магнитное поле Земли.

Мерцание

Монитору свойственно мерцание. Оно связано с тем, что по истечении определенного времени происходит ослабление излучения света фосфором. Чтобы поддерживать свечение, экран должен быть подвержен периодическому воздействию луча от электронно-лучевой трубки. Мерцание становится заметным, если интервал времени между воздействиями слишком велик или недостаточно время послесвечения фосфоресцирующего вещества экрана.

Эффект мерцания может также усугубляться ярким экраном и большим углом зрения к нему. Устранению мерцания как проблеме эргономики в последнее время уделяется все больше внимания - мерцание экрана, таким образом, становится ключевым коммерческим показателем товара. Уменьшение мерцания достигается увеличением частоты регенерации (обновления) экрана на каждом уровне разрешения. Стандарт VESA рекомендует использовать частоту не менее 85 Гц.

Дрожание (Jitter)

Дрожание изображения возникает вследствие высокочастотных вибраций отверстий маски монитора, вызванных как взаимовлиянием сети, сигналов видео, смещения, блока управления микропроцессорными цепями, так и неправильной организацией заземления. Термин «дрожание» относится к колебаниям с частотами выше 30 Гц. При частотах от 1 до 30 Гц чаще употребляют термин «плавание», а ниже 1 Гц - «дрейф». Дрожание в той или иной степени свойственно всем мониторам. Хотя незначительное дрожание может остаться для пользователя незаметным, оно все же вызывает утомление глаз и должно быть отрегулировано. В части 3 ISO 9241 (Предписания по эргономике) допускается диагональное отклонение точки не более 0,1 мм.

Классификация мониторов по типу маски

Современные мониторы с любой маской имеют практически плоскую форму экрана, благодаря которой существенно снижаются искажения геометрии, особенно по углам. Поэтому тип маски по форме экрана определить не так просто.

На сегодняшний день в ЭЛТ-дисплеях используются три основные технологии формирования матриц и масок для RGB-триад:

трехточечная теневая маска (DOT-TRIO SHADOW-MASK CRT);
щелевая апертурная решетка (APERTURE-GRILLE CRT);
гнездовая маска (SLOT-MASK CRT).

Тип маски можно определить, посмотрев на экран в 10-20-кратную лупу. Однако при создании мониторов помимо масок используются различные отклоняющие системы и другая электроника. Хотя сам экран и является наиболее важным фактором, определяющим эксплуатационные параметры дисплея, отклоняющая система и видеоусилитель также играют важную роль. Поэтому не следует думать, что при использовании одного и того же типа матрицы изготовители получают мониторы с одинаковыми параметрами.

Изготовители различных моделей говорят о больших преимуществах именно своей технологии, но тот факт, что на рынке предлагается несколько моделей и, кроме того, многие производители мониторов выпускают модели с различными типами матриц, показывает, что однозначного выбора не бывает. Предпочтения определяются только вкусами пользователя и его задачами.

ЭЛТ-мониторы с трехточечной теневой маской

Наиболее старая и широко используемая технология с так называемой теневой маской использует перфорированную металлическую пластину, помещаемую перед люминофором. Она маскирует три отдельных луча, каждый из которых управляется собственной электронной пушкой. Маскирование обеспечивает необходимую концентрацию каждого луча и обеспечивает его попадание только на нужный цветовой участок люминофора. Однако практика показывает, что ни один из мониторов не обеспечивает идеального выполнения этой задачи по всей поверхности экрана.

Ранние ЭЛТ-дисплеи с теневой маской имели выраженную криволинейную (сферическую) поверхность. Это позволяло добиваться лучшей фокусировки и уменьшало нежелательные эффекты и отклонения, вызываемые нагревом. В настоящее время большинство профессиональных и специализированных мониторов имеет практически плоский прямоугольный экран (типа FST).

Мониторы с теневой маской имеют свои преимущества:

текст выглядит лучше (особенно при малом размере точек);
цвета «натуральнее» и точнее (что особенно важно для компьютерной графики и в полиграфии);
отлаженная технология обеспечивает лучшее соотношение стоимости и эксплуатационных качеств.

Из недостатков можно отметить меньшую яркость таких мониторов, недостаточную контрастность изображения и более короткий срок службы, по сравнению с другими типами дисплеев.

ЭЛТ-мониторы с щелевой апертурной решеткой

Новую технологию изготовления CRT-дисплеев - с апертурной решеткой вместо традиционной точечной маски - впервые предложила фирма Sony, выпустив мониторы с трубкой Trinitron. В электронных пушках этих трубок используются динамические квадрупольные магнитные линзы, позволяющие формировать очень тонкий и точно направленный пучок электронов.

Благодаря такому решению значительно снижается астигматизм - рассеивание электронного пучка, приводящее к недостаточной резкости и контрастности изображения (особенно по горизонтали). Но главное отличие от технологии с теневой маской здесь состоит в том, что вместо металлической пластины с круглыми отверстиями, выполняющей функции маски, здесь используется вертикальная проволочная сетка (апертурная решетка) и люминофор наносится не в виде точек, а в виде вертикальных полос.

Мониторы с апертурной решеткой имеют следующие преимущества:

в тонкой сетке меньше металла, что позволяет использовать больше энергии электронов на реакцию с люминофором, а значит, меньше рассеивается на решетке и уходит в тепло;
увеличенная площадь покрытия люминофором позволяет повысить яркость излучения при той же интенсивности пучка электронов;
в связи со значительным общим повышением яркости можно использовать более темное стекло и получать на экране более контрастное изображение;
экран монитора с апертурной решеткой более плоский, чем у дисплеев с теневой маской, а в последних моделях даже не цилиндрический, как раньше, а почти абсолютно ровный, что гораздо удобнее в работе и уменьшает количество бликов и отражений.

Из недостатков можно отметить только «неприятные» горизонтальные нити - ограничители, используемые в таких мониторах для придания проволочной сетке дополнительной жесткости. Хотя проволочки в апертурной решетке туго натянуты, в процессе работы они могут вибрировать под воздействием пучков электронов. Демпферная нить (а в экранах больших размеров - две нити) служит для ослабления колебаний и гашения вибрации. По этим нитям мониторы с трубкой Trinitron можно отличить от других моделей. Кроме того, если в процессе работы такого монитора его слегка качнуть, колебания изображения будут видны даже невооруженным глазом. Именно поэтому мониторы с этими трубками не рекомендуется ставить на системные блоки типа desktop.

Остается добавить, что в электронно-лучевых трубках Sony Trinitron используется система трех пучков электронов, излучаемых одной пушкой, а в трубках с подобной апертурной решеткой компании Mitsubishi - Diamondtron - система из трех лучей с тремя пушками.

ЭЛТ-мониторы с гнездовой маской

И, наконец, последний, комбинированный тип электронно-лучевой трубки, так называемый CromaСlear/OptiClear (впервые предложенный фирмой NEC) - это вариант теневой маски, в которой используются не круглые отверстия, а щели, как в апертурной решетке, только короткие - «пунктиром», и люминофор наносится в виде таких же эллиптических полосок, а полученные таким образом гнезда для большей равномерности расположены в «шахматном» порядке.

Такая гибридная технология позволяет сочетать все преимущества вышеописанных типов при отсутствии их недостатков. Четкий и ясный текст, натуральные, но достаточно яркие цвета и высокая контрастность изображения неизменно привлекают к этим мониторам все группы пользователей.

В статье использованы некоторые материалы с русскоязычного Web-сайта компании Samsung Electronics (http://www.samsung.ru).

КомпьютерПресс 5"2000

Устройство ЭЛТ монитора

Изображение создается пучком электронов, падающим на внутреннюю поверхность электронно-лучевой трубки (ЭЛТ или CRT - Cathode Ray Tube), покрытую слоем люминофора (соединение на основе сульфидов цинка и кадмия). Пучок электронов испускается электронной пушкой и управляется электромагнитным полем, создаваемым отклоняющей системой монитора.
Для создания цветного изображения используются три электронные пушки и на поверхность ЭЛТ наносятся три вида люминофора - для создания красного, зеленого и голубого цветов (RGB), которые затем смешиваются. Смешанные с одинаковой интенсивностью, эти цвета дают нам белый цвет.
Перед люминофором ставится специальная <маска> (<решетка>), сужающая пучок и сосредоточивающая его на одном из трех участков люминофора. Экран монитора представляет собой матрицу, состоящую из гнезд-триад определенной структуры и формы, зависящей от конкретной технологии изготовления:

трехточечной теневой маски (Dot-trio shadow-mask CRT)
щелевой апертурной решетки (Aperture-grille CRT)
гнездовой маски (Slot-mask CRT)

ЭЛТ с теневой маской
У ЭЛТ этого типа маска представляет собой металлическую (обычно инваровую) сетку с круглыми отверстиями напротив каждой триады элементов люминофора. Критерием качества (чёткости) изображения является так называемый шаг зерна или точки (dot pitch), который характеризует расстояние в миллиметрах между двумя элементами (точками) люминофора одинакового цвета. Чем меньше это расстояние, тем более качественное изображение сможет воспроизводить монитор. Экран ЭЛТ с теневой маской обычно представляет собой часть сферы достаточно большого диаметра, что может быть заметно по выпуклости экрана мониторов с таким типом ЭЛТ (а может и не быть заметно, если радиус сферы очень большой). К недостаткам ЭЛТ с теневой маской следует отнести то, что большое количество электронов (порядка 70%) задерживается маской и не попадает на люминофорные элементы. Это может привести к нагреву и тепловой деформации маски (что в свою очередь может вызвать искажение цветов на экране). Кроме того, в ЭЛТ такого типа приходится использовать люминофор с большей светоотдачей, что приводит к некоторому ухудшению цветопередачи. Если же говорить о достоинствах ЭЛТ с теневой маской, то следует отметить хорошую чёткость получаемого изображения и их относительную дешевизну.

ЭЛТ с апертурной решёткой
В такой ЭЛТ точечные отверстия в маске (обычно изготавливаемой из фольги) отсутствуют. Вместо них в ней проделаны тонкие вертикальные отверстия от верхнего края маски до нижнего. Таким образом она представляет собой решётку из вертикальных линий. Из-за того что маска изготовлена таким образом она очень чувствительна ко всякому виду вибраций, (которые например могут возникнуть при лёгком постукивание по экрану монитора. Она дополнительно удерживается тонкими горизонтальными проволочками. В мониторах с размером 15 дюймов такая проволочка одна в 17 и 19 две, а в больших три и более. На всех таких моделях заметны тени от этих проволочек особенно на светлом экране. Сначала они могут несколько раздражать, но со временем вы привыкните. Наверное это можно отнести к основным недостаткам ЭЛТ с апертурной решёткой. Экран таких ЭЛТ представляет собой часть цилиндра большого диаметра. В результате он полностью плоский по вертикали и чуть выпуклый по горизонтали. Аналогом шага точки (как для ЭЛТ с теневой маской) здесь является шаг полосы (strip pitch) - минимальное расстояние между двумя полосами люминофора одинакового цвета (измеряется в миллиметрах). Достоинством таких ЭЛТ по сравнению с предыдущим, является более насыщенными цветами и более контрастным изображением, а так же более плоский экран, что достаточно ощутимо снижает количество бликов на нём. К недостаткам можно отнести чуть меньшую чёткость текста на экране.

ЭЛТ с щелевой маской
ЭЛТ с щелевой маской представляет собой компромисс между двумя уже описанными ранее технологиями. Здесь отверстия в маске, соответствующие одной триаде люминофора, выполнены в виде продолговатых вертикальных щелей небольшой длины. Соседние вертикальные ряды таких щелей немного смещены друг относительно друга. Считается, что ЭЛТ с таким типом маски обладают сочетанием всех достоинств, присущих ей. На практике же, разница между изображением на ЭЛТ со щелевой или апертурной решёткой мало заметна. ЭЛТ с щелевой маской обычно имеют названия Flatron, DynaFlat и др

Технические параметры
Технические характеристики мониторов в прайс-листах и на упаковке обычно выражены одной строчкой типа "Samsung 550B/ 15"/ 0,28/ 800х600/ 85Hz", которая расшифровывается так:

15" - размер диагонали экрана в дюймах (38,1 см). Вообще, чем больше монитор, тем он удобнее в работе. Например, при одном и том же разрешении 17-дюймовый монитор воспроизводит изображение так же, как и 15-дюймовый, но сама картинка оказывается физически больше и детали выделяются более ясно. Однако реально часть экрана ЭЛТ по краям скрыта корпусом или лишена люминофора. Поэтому поинтересуйтесь таким параметром, как видимая диагональ. У 17-дюймовых мониторов разных производителей этот параметр может быть от 15,9" и выше.
0,28 - размер точки. Это один из основных показателей качества монитора. Фактически этот параметр характеризует величину каждого пикселя изображения: чем меньше этот размер, тем ближе пиксели друг к другу и тем более детальным оказывается изображение. Более дорогие мониторы имеют размер точки 0,25 или 0,22. Имейте в виду, что при размере точки больше 0,28 теряется значительное количество деталей и на экране появляется зернистость.
800 х 600 - рекомендуемое или максимально возможное разрешение (в примере - рекомендуемое). Это означает, что на экране 800 пикселей в линии по горизонтали и 600 линий по вертикали. При более высоком разрешении (1024х768) на экране вы можете отобразить большее количество различных изображений, данных одновременно или Web-страницу без ее прокрутки. Этот параметр зависит также от свойств видеокарты: некоторые видеокарты не поддерживают высокие разрешения.
85 Hz - максимальная частота обновления экрана (частота регенерации, частота по вертикали, FV). Это значит, что каждый пиксель на экране изменяется 85 раз в секунду. Чем больше раз экран перечеркивается каждую секунду, тем контрастнее и устойчивее изображение. Если вы намерены проводить долгие часы перед монитором, ваши глаза будут меньше уставать, если монитор будет иметь более высокую частоту обновления - не менее 75 Гц. При более высоком разрешении частота обновления экрана может уменьшаться, поэтому нужно следить за сбалансированностью этих параметров. Частота обновления тоже зависит от свойств видеокарты: некоторые видеокарты поддерживают высокие разрешения только при низкой частоте обновления. Экран монитора с матовым (антибликовым) покрытием может быть очень полезен в ярко освещенном офисе. Эту же задачу может решить специальная матовая панель, закрепляемая на монитор.
ТСО 99 - стандарт безопасности. Cтандарты устанавливаются Шведским управлением по технической аккредитации (MPR) или европейский стандарт ТСО. Суть рекомендаций TCO состоит в определении минимально приемлемых параметров мониторов, например, поддерживаемых разрешений, интенсивности свечения люминофора, запаса яркости, энергопотребления, шумности и т. д. Соответствие монитора стандарту ТСО подтверждается наклейкой.

Основные достоинства

Невысокая цена. ЭЛТ-монитор в 1,5-4 раза дешевле ЖК-дисплея аналогичного класса.
Более длительные сроки службы. Наработка на отказ ЭЛТ-монитора в несколько раз выше, чем у ЖК-дисплея . Реальный срок службы ЖК-монитора не превышает четырех лет, в то время как аппараты на ЭЛТ приходится менять по причине скорее морального, чем физического, устаревания. Проблема усугубляется еще и тем, что лампы подсветки у целого ряда моделей ЖК-дисплеев не подлежат замене, а именно они чаще всего и выходят из строя. К тому же качество изображения ЖК-дисплеев со временем деградирует, в частности, появляется посторонний оттенок. У ЭЛТ-экранов нет проблемы "мертвых пикселов", малое количество которых не считается браком. Кроме того, ЖК-матрицы весьма чувствительны к статическому электричеству, толчкам и ударам. Плюс ко всему небольшой вес и малые габариты ЖК-дисплеев обуславливают такие дополнительные риски, как вероятность падения со стола и кража.
Малое время отклика, в то время как на ЖК-дисплеях имеет место существенная инерционность изображения. Так что если стоит задача создания анимаций для Web или презентаций, то ЖК-дисплей будет далеко не лучшим выбором.
Высокая контрастность. На ЖК-дисплеях только в самых последних моделях начались подвижки в лучшую сторону, а в массовых моделях о чистом черном цвете приходится лишь мечтать.
Отсутствие ограничений по углу обзора, в то время как на ЖК-дисплеях они есть, и весьма существенные.
Отсутствие дискретности изображения. Особенности формирования изображения на ЭЛТ таковы, что элементы смазываются и поэтому практически не видны невооруженным взглядом. А на ЖК-дисплеях изображение имеет отчетливую дискретность, особенно при нестандартных разрешениях.
Отсутствие проблем, связанных с масштабированием изображения. На ЭЛТ-мониторе можно в достаточно широких пределах менять разрешение экрана, в то время как на ЖК-дисплее комфортная работа возможна лишь при одном разрешении.
Хорошая цветопередача. На массовых ЖК-дисплеях с матрицами TN+Film и MVA/PVA с этим далеко не все в порядке, и их до сих пор не рекомендуется использовать для работы с цветной полиграфией и видео.

Недостатки

Излучение. Электромагнитное и мягкое рентгеновское излучение. Хотя мониторы и считаются одним из наиболее защищённых офисных устройств, на самом деле излучения от них выше крыши. Пусть, экран монитора защищён. А сзади что? А то, что основное излучение от монитора исходит с его задней части. Так что если в офисе есть несколько компьютеров, лучше не сидеть целый день около задней крышки соседского ЭЛТ-монитора , а переставить мебель так, чтобы он хотя бы в стену упирался. Но и экран, хоть и защищён, всё равно изрядно излучает. Я сам сидел за очень многими моделями мониторов - от монохромных, которые шли в комплекте с машинами 1982 года выпуска (на Intel 8086) - до современных ЭЛТ мониторов высшей ценовой категории. За всеми ощущения примерно одинаковы - через какое-то время (чем монитор лучше, тем, естественно, время больше) ощущался определённый дискомфорт. Даже просто находясь рядом с работающим монитором этого не избежать. Ещё надо сказать о <пользе> защитных экранов. Да, они вроде бы защищают пользователя, но они обычно просто <отодвигают> электромагнитное поле. Получается, что перед самым экраном оно снижено, а где-нибудь метра через полтора, серьёзно повышено.
Мерцание. Теоретически считается, что после 75 герц человеческий глаз мерцания не видит. Но это, уж поверьте мне, не совсем так. Глаз и при более высокой частоте обновления экрана устаёт от этого, пусть незаметного, мерцания. Опять же, иногда заходишь в офис, там стоит компьютер. Вроде бы новый, монитор нормальный, а как посмотришь на него, так сразу дурно делается - частота обновления герц 65. А те, кто за ним уже несколько месяцев работают, ничего не замечают.
Неочевидный фактор - пыль. Дело тут вот в чём. На экран монитора, как и на всё остальное, садится пыль. Экран, пусть даже хорошо защищённый, электризуется и электризует осевшую на него пыль. Из курса физики известно, что одноимённые заряды отталкиваются. И поток пыли начинает потихоньку лететь в сторону ничего не подозревающего пользователя. В результате глаза раздражаются. Иногда очень сильно. Особенно, если человек страдает близорукостью и пытается, сняв очки, поближе присмотреться к изображению.
Выгорании люминофора
Высокое энергопотребление

Поговорим о мониторах - ЖК и ЭЛТ, о том что лучше. Раньше, когда еще были черно-белые выпуклые мониторы - то работа за компьютером для глаз всегда была небезопасной. Но сейчас время изменилось и прогресс мониторов виден невооруженным глазом.

Сравнение ЖК и ЭЛТ

Сегодня мониторы уже очень изменились, они стали совсем другие - на смену ЭЛТ пришли ЖК мониторы, они не большие по сравнению с ЭЛТ и на столе уже не занимают огромного места. А также они меньше потребляют электричества. Но что лучше сегодня, ЭЛТ или ЖК? Обычные пользователи хором ответят что ЖК, но так ли на самом деле?

Монитор, как много в этом слове, часто мы именно на него смотрим больше времени чем на родных или детей, поэтому к сожалению к выбору монитора необходимо подойти очень серьезно и ответственно.

ЭЛТ или электронно-лучевая трубка

ЭЛТ монитор представляет из себя стеклянную трубку, которая заполнена вакуумом. Фронтальной частью монитора выступает люминофор. Для люминофора выступают сложные составы на основе редкоземельных металлов, таких как иттрия, эрбия. Если простыми словами, то люминофор это вещество, которые образует свет, когда на него подают заряженные частицы. Чтобы ЭЛТ-монитор выводил изображение, используется электронная пушка, она пропускает поток электронов через металлическую маску (решетку) на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками.

Если взять к примеру новый монитор ЭЛТ типа, то конечно он будет показывать очень хорошо (при необходимости изображение можно корректировать). У ЭЛТ монитора есть одна сильная сторона, которой обладают только дорогие ЖК — это цветопередача. Как ни крути, но у ЭЛТ она куда лучше, чем у ЖК. Только IPS матрицы в ЖК мониторах позволяют сравнятся с цветопередачей ЭЛТ.

В обычных ЭЛТ-мониторах используются три электронные пушки, когда в старых, еще черно-белых была задействована только одна.

Человеческий глаз может реагировать только на три основных цвета, это красный, синий и зеленый и на их комбинации, они и создают огромное количество цветов или оттенков. Фронтальная часть монитора составляет люминофор, а вернее его слой, и он состоит из точек - настолько маленьких, что их почти невозможно разглядеть. Именно они в прямом смысле воспроизводят основные цвета RGB.

RGB (Red, Green, Blue) - аддитивная цветовая модель, которая описывает метод синтеза цвета для цвето-воспроизведения.

Кроме электронно-лучевой трубки, также присутствует электроника, при помощи которой обрабатывается поступающий сигнал от видеокарты компьютера. Электроника занимается оптимизацией выводимого изображения - усиливает сигнал и стабилизирует, именно поэтому на мониторе картинка стабильная, даже если сигнал нестабильный.

Минусом ЭЛТ-мониторов является то, что они вредны на глаза, а также много берут света. И при этом, со временем они мутнеют, сегодня почти не найти монитора ЭЛТ который показывает так, как ЖК, а если он еще и больше 17-ти дюймов то его «мыльность» будет заметна сразу.

ЖК или жидкокристаллические мониторы

Жидкие кристаллы, на которых основаны ЖК-мониторы, характеры переходным состоянием вещества между твердым и жидким, при этом сохраняется кристаллическая структура молекул и обеспечивается текучесть. Матрица такого монитора действительно в некотором смысле жидкая, к примеру если вы легко надавите пальцем по работающему монитору, то вы увидите как смещается жидкость, которая находится внутри. Это жидкокристаллический раствор. Сперва жидкие кристаллы использовались в дисплеях калькуляторов, а также цифровых часов, затем уже перешли на КПК и мониторы компьютеров.

Сегодня уже не почти, а полностью ЭЛТ вытеснены ЖК-мониторами.

ЖК - это две панели, они сделаны из очень тонкого и чистого стекла (подложка), между этими панелями - тонкий слой жидких кристаллов (называемые пикселями), они и участвуют в построении изображения. В отличии от ЭЛТ-мониторов, у ЖК есть такое понятие как «родное» разрешение - это то, на котором монитор желательно чтобы работал. Именно такое расширение позволит монитору выводи картинку наиболее качественно. Если выставить другое расширение, то изображение будет или вытянуто (резкость ухудшается, присутствуют небольшие искажения), или наоборот - будет изменено расширение, но часть экрана будет заполнена черным цветом, чтобы сохранить качество.

Контрастность мониторов определяется соотношением яркостей между белым (как самым ярким) и черным (самый темный) цветом. Хороший показатель - 120:1. Точно изображение полутонов способны дать мониторы с контрастностью 300:1.

Сравнение ЖК и ЭЛТ

ЖК мониторы хороши тем, что они полностью плоские, картинка более четкая чем у ЭЛТ-монитора, и насыщенность цветом также может быть выше. Отсутствуют любые искажения, а также вечная проблема «мыла» (мутное изображение) - все это отсутствует у «тонких» мониторов, чем они и идут впереди ЭЛТ.

Вот на этой картинке дополнительная информация о разнице мониторов, но интересно то, что картинка немного мутная, размытая, вот именно так сейчас показывают многие ЭЛТ мониторы (так как новые не выпускают уже и они старые):

Поэтому можно сделать выводы, что ЖК монитор - лучше, и ЭЛТ не просто так ушли в прошлое, но если есть возможность то покупайте дорогой монитор, они менее вредны для глаз при длительной работе за компьютером.

Вот вам на заметку. Многие 15-дюймовые ЖК мониторы в работающем режиме потребляют около 20-40 ватт (в режиме ожидания меньше 5-ти ватт), можете это сравнить с 17-дюймовым ЭЛТ монитором, который в работе потребляет от 90 до 120 ватт (в режиме ожидании — 15 ватт). Можете представить? Я вам еще посчитаю — если монитор будет работать примерно восемь часов в день и так всю рабочую неделю, то в год 17-ти дюймовый ЭЛТ будет потреблять 300 кВт, это учитывая режим ожидания в час-два, в то время как 15-ти дюймов ЖК — 60 кВт (17 дюймов не думаю что будет намного больше). Это для вас мелочи, но если в компании компьютеров сто, двести, триста — то есть повод задуматься о новом типе монитора.

Но есть и сильные стороны у ЭЛТ мониторов, как правило они интересны по большой части дизайнерам - цветопередача. Если вы поработаете некоторое время за ЖК, а потом посмотрите на ЭЛТ, то вы хорошо заметите разницу между цветопередачей и обьемностью изображения.

3.5. ВИДЕОСИСТЕМА КОМПЬЮТЕРА

ЭЛТ-МОНИТОР

Мониторы на основе ЭЛТ – наиболее распространенные и старые устройства отображения графической информации. Используемая в этом типе мониторов технология была разработана много лет назад и первоначально создавалась в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, т.е. для осциллографа.

Конструкция ЭЛТ-монитора

Большинство используемых и выпускаемых ныне мониторов построены на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ). В английском языке - Cathode Ray Tube (CRT), дословно - катодно-лучевая трубка. Иногда CRT расшифровывают как Cathode Ray Terminal , что соответствует уже не самой трубке, а устройству, на ней основанному. Электронно-лучевая технология была разработана немецким ученым Фердинандом Брауном в 1897 году и первоначально создавалась в качестве специального инструмента для измерения переменного тока, то есть для осциллографа.Э лектронно-лучевая трубка, или кинескоп, - самый важный элемент монитора. Кинескоп состоит из герметичной стеклянной колбы, внутри которой находится вакуум. Один из концов колбы узкий и длинный - это горловина. Другой - широкий и достаточно плоский - экран. Внутренняя стеклянная поверхность экрана покрыта люминофором (luminophor ). В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов - иттрия, эрбия и т. п. Люминофор - это вещество, которое при бомбардировке заряженными частицами испускает свет. Заметим, что иногда люминофор называют фосфором, но это не верно, так как люминофор, используемый в покрытии ЭЛТ, не имеет ничего общего с фосфором. Более того, фосфор светится только в результате взаимодействия с кислородом воздуха при окислении до P 2 O 5 , и ссвечение длится очень недолго (кстати, белый фосфор - сильный яд).

Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка, откуда под действием сильного электростатического поля исходит поток электронов. Сквозь металлическую маску или решетку они попадают на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками. Поток электронов (луч) может отклоняться в вертикальной и горизонтальной плоскости, что обеспечивает последовательное попадание его на все поле экрана. Отклонение луча происходит посредством отклоняющей системы. Отклоняющие системы подразделяются на седловидно-тороидальные и седловидные . Последние предпочтительнее, поскольку итмеют пониженный уровень излучения.

Отклоняющая система состоит из нескольких катушек индуктивности, размещенных у горловины кинескопа. С помощью переменного магнитного поля две катушки создают отклонение пучка электронов в горизонтальной плоскости, а две другие - в вертикальной. Изменение магнитного поля возникает под действием переменного тока, протекающего через катушки и изменяющегося по определенному закону (это, как правило, пилообразное изменение напряжения во времени), при этом катушки придают лучу нужное направление. Сплошные линии - это активный ход луча, пунктир - обратный.

Частота перехода на новую линию называется частотой строчной (или горизонтальной) развертки. Частота перехода из нижнего правого угла в левый верхний называется частотой вертикальной (или кадровой) развертки. Амплитуда импульсов перенапряжения на катушках строчной развертки возрастает с частотой строк, поэтому этот узел оказывается одним из самых напряженных мест конструкции и одним из главных источников помех в широком диапазоне частот. Мощность, потребляемая узлами строчной развертки, также является одним из серьезных факторов, учитываемых при проектировании мониторов. После отклоняющей системы поток электронов на пути к фронтальной части трубки проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов. В результате электроны приобретают большую энергию (E=mV 2 /2, где E-энергия, m-масса, v-скорость), часть из которой расходуется на свечение люминофора.

Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, то есть поток электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение, которое вы видите на вашем мониторе. Как правило, в цветном CRT мониторе используется три электронные пушки , в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах, которые сейчас практически не производятся.

Известно, что глаза человека реагируют на основные цвета: красный (Red ), зеленый (Green ) и синий (Blue ) и на их комбинации, которые создают бесконечное число цветов. Люминофорный слой, покрывающий фронтальную часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких элементов (настолько маленьких, что человеческий глаз не всегда может различить их). Эти люминофорные элементы воспроизводят основные цвета, фактически имеются три типа разноцветных частиц, чьи цвета соответствуют основным цветам RGB (отсюда и название группы из люминофорных элементов - триады).

Люминофор начинает светиться, как было сказано выше, под воздействием ускоренных электронов, которые создаются тремя электронными пушками. Каждая из трех пушек соответствует одному из основных цветов и посылает пучок электронов на различные люминофорные частицы, чье свечение основными цветами с различной интенсивностью комбинируется и в результате формируется изображение с требуемым цветом. Например, если активировать красную, зеленую и синюю люминофорные частицы, то их комбинация сформирует белый цвет.

Для управления электронно-лучевой трубкой необходима и управляющая электроника, качество которой во многом определяет и качество монитора. Кстати, именно различие в качестве управляющей электроники, создаваемой разными производителями, является одним из критериев определяющих разницу между мониторами с одинаковой электронно-лучевой трубкой.

Итак, каждая пушка излучает электронный луч (или поток, или пучок), который влияет на люминофорные элементы разного цвета (зеленого, красного или синего). Понятно, что электронный луч, предназначенный для красных люминофорных элементов, не должен влиять на люминофор зеленого или синего цвета. Чтобы добиться такого действия используется специальная маска, чья структура зависит от типа кинескопов от разных производителей, обеспечивающая дискретность (растровость ) изображения. ЭЛТ можно разбить на два класса - трехлучевые с дельтаобразным расположением электронных пушек и с планарным расположением электронных пушек. В этих трубках применяются щелевые и теневые маски, хотя правильнее сказать, что они все теневые. При этом трубки с планарным расположением электронных пушек еще называют кинескопами с самосведением лучей, так как воздействие магнитного поля Земли на три планарно-расположенных луча практически одинаково и при изменении положения трубки относительно поля Земли не требуется производить дополнительные регулировки.

Типы ЭЛТ

В зависимости от расположения электронных пушек и конструкции цветоделительной маски различают ЭЛТ четырех типов, используемые в современных мониторах:

ЭЛТ с теневой маской (Shadow Mask )

ЭЛТ с теневой маской наиболее распространены в большинстве мониторов, производимых LG, Samsung , Viewsonic , Hitachi , Belinea , Panasonic , Daewoo , Nokia.Теневая маска (shadow mask ) - самый распространенный тип масок. Она применяется со времени изобретения первых цветных кинескопов. Поверхность у кинескопов с теневой маской обычно сферической формы (выпуклая). Это сделано для того, чтобы электронный луч в центре экрана и по краям имел одинаковую толщину.

Теневая маска состоит из металлической пластины с круглыми отверстиями, которые занимают примерно 25% площади. Находится маска перед стеклянной трубкой с люминофорным слоем. Как правило, большинство современных теневых масок изготавливают из инвара. Инвар (InVar ) - магнитный сплав железа (64%) с никелем (36%). Этот материал имеет предельно низкий коэффициэнт теплового расширения, поэтому, несмотря на то, что электронные лучи нагревают маску, она не оказывает отрицательного влияния на чистоту цвета изображения. Отверстия в металлической сетке работают как прицел (хотя и не точный), именно этим обеспечивается то, что электронный луч попадает только на требуемые люминофорные элементы и только в определенных областях. Теневая маска создает решетку с однородными точками (еще называемыми триады), где каждая такая точка состоит из трех люминофорных элементов основных цветов - зеленного, красного и синего, которые светятся с различной интенсивностью под воздействием лучей из электронных пушек. Изменением тока каждого из трех электронных лучей можно добиться произвольного цвета элемента изображения, образуемого триадой точек.

Одним из слабых мест мониторов с теневой маской является ее термическая деформация. На рисунке ниже, как часть лучей от электронно-лучевой пушки попадает на теневую маску, вследствие чего происходит нагрев и последующая деформация теневой маски. Происходящее смещение отверстий теневой маски приводит к возникновению эффекта пестроты экрана (смещения цветов RGB). Существенное влияние на качество монитора оказывает материал теневой маски. Предпочтительным материалом маски является инвар.

Недостатки теневой маски хорошо известны: во-первых, это малое соотношение пропускаемых и задерживаемых маской электронов (только около 20-30% проходит через маску), что требует применения люминофоров с большой светоотдачей, а это в свою очередь ухудшает монохромность свечения, уменьшая диапазон цветопередачи, а во-вторых, обеспечить точное совпадение трех не лежащих в одной плоскости лучей при отклонении их на большие углы довольно трудно. Теневая маска применяется в большинстве современных мониторов - Hitachi , Panasonic , Samsung , Daewoo , LG, Nokia , ViewSonic .

Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета в соседних строках называется шагом точек (dot pitch ) и является индексом качества изображения. Шаг точек обычно измеряется в миллиметрах (мм ). Чем меньше значение шага точек, тем выше качество воспроизводимого на мониторе изображения. Расстояние между двумя соседними точками по горизонтали равно шагу точек, умноженному на 0,866.

ЭЛТ с апертурной решеткой из вертикальных линий (Aperture Grill )

Есть еще один вид трубок, в которых используется апертурная решетка. Эти трубки стали известны под именем Trinitron и впервые были представлены на рынке компанией Sony в 1982 году. В трубках с апертурной решеткой применяется оригинальная технология, где имеется три лучевые пушки , три катода и три модулятора, но при этом имеется одна общая фокусировка.

Апертурная решетка - это тип маски, используемый разными производителями в своих технологиях для производства кинескопов, носящих разные названия, но одинаковые по сути, например, технология Trinitron от Sony , DiamondTron от Mitsubishi и SonicTron от ViewSonic . Это решение не включает в себя металлическую решетку с отверстиями, как в случае с теневой маской, а имеет решетку из вертикальных линий. Вместо точек с люминофорными элементами трех основных цветов, апертурная решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. Такая система обеспечивает высокую контрастность изображения и хорошую насыщенность цветов, что вместе обеспечивает высокое качество мониторов с трубками на основе этой технологии. Маска, применяемая в трубках фирмы Sony (Mitsubishi , ViewSonic ), представляет собой тонкую фольгу, на которой процарапаны тонкие вертикальные линии. Она держится на горизонтальной (одной в 15", двух в 17", трех и более в 21") проволочке, тень от которой видна на экране. Эта проволочка применяется для гашения колебаний и называется damper wire . Ее хорошо видно, особенно при светлом фоне изображения на мониторе. Некоторым пользователям эти линии принципиально не нравятся, другие же наоборот довольны и используют их в качестве горизонтальной линейки.

Минимальное расстояние между полосами люминофора одинакового цвета называется шагом полос (strip pitch ) и измеряется в миллиметрах (см. рис. 10). Чем меньше значение шага полос, тем выше качество изображения на мониторе. При апертурной решетке имеет смысл только горизонтальный размер точки. Так как вертикальный определяется фокусировкой электронного луча и отклоняющей системой.

ЭЛТ со щелевой маской(Slot Mask )

Щелевая маска (slot mask ) широко применяется компанией NEC под именем «CromaClear ». Это решение на практике представляет собой комбинацию теневой маски и апертурной решетки. В данном случае люминофорные элементы расположены в вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Фактически вертикальные полосы разделены на эллиптические ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов.

Щелевая маска используется, помимо мониторов от NEC (где ячейки эллиптические), в мониторах Panasonic с трубкой PureFlat (ранее называвшейся PanaFlat ). Заметим, что нельзя напрямую сравнивать размер шага для трубок разных типов: шаг точек (или триад) трубки с теневой маской измеряется по диагонали, в то время как шаг апертурной решетки, иначе называемый горизонтальным шагом точек, - по горизонтали. Поэтому при одинаковом шаге точек трубка с теневой маской имеет большую плотность точек, чем трубка с апертурной решеткой. Для примера, шаг полос 0.25 мм приблизительно эквивалентен шагу точек, равному 0.27 мм. Также в 1997 году компанией Hitachi - крупнейшим проектировщиком и изготовителем ЭЛТ - была разработана EDP - новейшая технология теневой маски. В типичной теневой маске триады размещены более или менее равносторонне, создавая треугольные группы, которые распределены равномерно поперек внутренней поверхности трубки. Компания Hitachi уменьшила расстояние между элементами триады по горизонтали, тем самым, создав триады, более близкие по форме к равнобедренному треугольнику. Для избежания промежутков между триадами сами точки были удлинены, и представляют собой скорее овалы, чем круг.

Оба типа масок - теневая маска и апертурная решетка - имеют свои преимущества и своих сторонников. Для офисных приложений, текстовых редакторов и электронных таблиц больше подходят кинескопы с теневой маской, обеспечивающие очень высокую четкость и достаточный контраст изображения. Для работы с пакетами растровой и векторной графики традиционно рекомендуются трубки с апертурной решеткой, которым свойственны превосходная яркость и контрастность изображения. Кроме того, рабочая поверхность этих кинескопов представляет собой сегмент цилиндра с большим радиусом кривизны по горизонтали (в отличие от ЭЛТ с теневой маской, имеющих сферическую поверхность экрана), что существенно (до 50%) снижает интенсивность бликов на экране.

Основные характеристики ЭЛТ-мониторов

Диагональ экрана монитора – расстояние между левым нижним и правым верхним углом экрана, измеряемое в дюймах. Размер видимой пользователю области экрана обычно несколько меньше, в среднем на 1", чем размер трубки. Производители могут указывать в сопровождающей документации два размера диагонали, при этом видимый размер обычно обозначается в скобках или с пометкой «Viewable size », но иногда указывается только один размер - размер диагонали трубки. В качестве стандарта для ПК выделились мониторы с диагональю 15", что примерно соответствует 36- 39 см диагонали видимой области. Для работы в Windows желательно иметь монитор размером, по крайней мере, 17". Для профессиональной работы с настольными издательскими системами (НИС) и системами автоматизированного проектирования (САПР) лучше использовать монитор размером 20" или 21.".

Размер зерна экрана определяет расстояние между ближайшими отверстиями в цветоделительной маске используемого типа. Расстояние между отверстиями маски измеряется в миллиметрах. Чем меньше расстояние между отверстиями в теневой маске и чем больше этих отверстий, тем выше качество изображения. Все мониторы с зерном более 0,28 мм относятся к категории грубых и стоят дешевле. Лучшие мониторы имеют зерно 0,24 мм, достигая 0,2 мм у самых дорогостоящих моделей.

Разрешающая способность монитора определяется количеством элементов изображения, которые он способен воспроизводить по горизонтали и вертикали. Мониторы с диагональю экрана 19" поддерживают разрешение до 1920 * 14400 и выше.

Потребляемая мощность монитора

Покрытия экрана

Покрытия экрана необходимы для придания ему антибликовых и антистатических свойств. Антибликовое покрытие позволяет наблюдать на экране монитора только изображение, формируемое компьютером, и не утомлять глаза наблюдением отраженных объектов. Существует несколько способов получения антибликовой (не отражающей) поверхности. Самый дешевый из них - протравливание. Оно придает поверхности шероховатость. Однако графика на таком экране выглядит нерезко , качество изображения низкое. Наиболее популярен способ нанесения кварцевого покрытия, рассеивающего падающий свет; этот способ реализован фирмами Hitachi и Samsung . Антистатическое покрытие необходимо для предотвращения прилипания к экрану пыли вследствие накопления статического электричества.

Защитный экран (фильтр)

Защитный экран (фильтр) должен быть непременным атрибутом ЭЛТ-монитора , поскольку медицинские исследования показали, что излучение, содержащее лучи в широком диапазоне (рентгеновское, инфракрасное и радиоизлучение), а также электростатические поля, сопровождающие работу монитора, могут весьма отрицательно сказываться на здоровье человека.

По технологии изготовления защитные фильтры бывают: сеточные, пленочные и стеклянные. Фильтры могут крепиться к передней стенке монитора, навешиваться на верхний край, вставляться в специальный желобок вокруг экрана или надеваться на монитор.

Сеточные фильтры практически не защищают от электромагнитного излучения и статического электричества и несколько ухудшают контрастность изображения. Однако эти фильтры неплохо ослабляют блики от внешнего освещения, что немаловажно при длительной работе с компьютером.

Пленочные фильтры также не защищают от статического электричества, но значительно повышают контрастность изображения, практически полностью поглощают ультрафиолетовое излучение и снижают уровень рентгеновского излучения. Поляризационные пленочные фильтры, например фирмы Polaroid , способны поворачивать плоскость поляризации отраженного света и подавлять возникновение бликов.

Стеклянные фильтры производятся в нескольких модификациях. Простые стеклянные фильтры снимают статический заряд, ослабляют низкочастотные электромагнитные поля, снижают интенсивность ультрафиолетового излучения и повышают контрастность изображения. Стеклянные фильтры категории «полная защита» обладают наибольшей совокупностью защитных свойств: практически не дают бликов, повышают контрастность изображения в полтора-два раза, устраняют электростатическое поле и ультрафиолетовое излучение, значительно снижают низкочастотное магнитное (менее 1000 Гц) и рентгеновское излучение. Эти фильтры изготавливаются из специального стекла.

Многие из нас ещё помнят те недалёкие времена, когда для визуального представления информации в ПК использовались мониторы с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), а телевизоры с ЭЛТ ещё до сих пор можно встретить практически в каждом доме. Тем не менее, век кинескопов подошел к концу, а на смену им пришли более совершенные жидкокристаллические и плазменные дисплеи. Обратной стороной этого прогресса явилось необычайно большое количество никому ненужных ЭЛТ-мониторов и телевизоров. По некоторым оценкам ежегодно в различных странах выбрасывается от нескольких тысяч до одного миллиона мониторов и телевизоров, а общее количество устаревшей техники, которая пока ещё хранится в домах владельцев, может исчисляться миллионами. Прогнозируется, что поток данного «электронного мусора» иссякнет лишь к 2020-2025 годам. Однако основной проблемой является то, что кинескопы требуют специальной утилизации.

Чтобы ответить на этот вопрос, давайте рассмотрим устройство техники с ЭЛТ и собственно самого кинескопа, а также материалы, которые применяются для его изготовления.
Основными компонентами компьютерного монитора или телевизора является кинескоп, пластиковый корпус, печатные платы, провода, отклоняющая система, защитные элементы. Кинескоп составляет примерно две трети массовой доли всего монитора или телевизора, как это видно из ниже представленной круговой диаграммы.

Фракционный состав ЭЛТ-монитора или телевизора

В свою очередь основными конструктивными элементами кинескопа является ЭЛТ, конус, экран и внутренний магнитный экран с маской.

Упрощенное схематическое изображение кинескопа

Фракционный состав кинескопа в массовых процентах имеет следующий вид:

Фракционный состав кинескопа

Внутренняя поверхность экрана покрыта четырьмя слоями. Первый слой представляет собой углеродное покрытие с различными добавками поверхностно-активных веществ. Второй слой образует покрытие из люминофоров, на который нанесено воскоподобный слой для выравнивания и защиты поверхности. Покрытие из алюминия образует четвертый слой, наносимое для повышения яркости. В случае же конуса кинескопа, то его внутренняя сторона покрыта слоем оксида железа, а внешняя – графитом. Экран и конус кинескопа соединены между собой с помощью стеклоцемента.

Широко известно, что кинескоп изготовлен из стекла, химический состав которого изменяется в зависимости от выполняемых функций элементов кинескопа. Одной из основных функций стекла является защита от рентгеновского излучения. Для этого в стекло электронной пушки обычно вводят около 34 мас.% PbO. Несколько меньшее количество оксида свинца содержит конус кинескопа (22 мас.% PbO). В случае же экрана кинескопа, то его стекло специально сделано большей толщины для поглощения опасного рентгеновского излучения. Кроме того, данное стекло должно обладать хорошими оптическими свойствами, поэтому его изготавливают из бариево-стронциевого стекла (поглощает рентгеновское излучение примерно в полтора раза хуже, чем свинцовое стекло). Отметим, что в экранах цветных телевизоров выпущенных до 1995 года использовалось стекло содержащее до 5 мас.% PbO. Однако благодаря усилиям немецкого центрального объединения электротехнической и электронной промышленности (ZVEI) по увеличению объёмов утилизации кинескопов большинство производителей с 1996 года полностью перешли на производство экранов без использования оксида свинца. Данному примеру лишь не последовали американские производители Corning и Corning Asahi Video (Thompson RCA перешел в 1998 году).

В черно-белых телевизорах экран и конус кинескопа изготавливается из одного типа стекла, которое, как правило, содержит до 4 мас.% PbO. Данная разница в химическом составе стекол разных типов телевизоров обусловлена более мощным рентгеновским излучением в цветных телевизорах вследствие увеличения ускоряющего напряжения до 20-30 кВ против 10-20 кВ для чёрно-белого телевизора. Усредненный химический состав стекол кинескопа приведен ниже в таблице (в зависимости от производителя состав стекла может несколько меняться).

Как читатель, наверное, уже догадался, основную опасность для окружающей среды представляет оксид свинца, который входит в состав стёкол кинескопа. Количество оксида свинца в одном кинескопе зависит от его размера и может варьироваться от 0,5 до 2,9 кг с увеличением его замеров от 13 до 32 дюймов, соответственно.

Содержания оксида свинца(II)в зависимости от размера кинескопа

Особенностью данных стекол является то, что ионы свинца относительно легко выщелачиваются из стекла и попадают в окружающую среду. Например, при ненадлежащей утилизации кинескопа выщелачивание ионов свинца может происходить под действием органических кислот, которые образуются на полигоне для бытового мусора. Из всех свинецсодержащих компонентов кинескопа наиболее легко выщелачивание происходит из стеклоцемента.
Свинец, как и его соединения, является токсикантом с выраженным кумулятивным действием, вызывающим изменения в нервной системе, крови и сосудах. Данное обстоятельство предполагает необходимость должной утилизации кинескопов путем их захоронения на специальных полигонах или повторной переработки.

Рассмотрим существующие способы утилизации кинескопов.
Как правило, процесс утилизации начинается с ручного демонтажа телевизоров или компьютерных мониторов. На этой операции демонтируется корпус, печатные платы, динамики, провода, защитный металлический кожух, отклоняющая система и электронная пушка. Также в целях безопасности на этой операции из кинескопа стравливается вакуум путем проделывания отверстия на месте высоковольтного вывода или через горловину электронной пушки. Защитный железный хомут поверх соединения конуса кинескопа с экраном также срезается. Все эти компоненты отправляются на дальнейшую переработку. В итоге остается лишь кинескоп, который необходимо разделить на конус и экран ввиду их различного химического состава, что важно при их последующей утилизации.

На практике разделение конуса и экрана наиболее часто выполняется с помощью алмазной пилы, раскаленной нихромовой проволоки или лазера. После этого из разрезанного кинескопа извлекается внутренний магнитный экран с маской, а сам экран отправляется в камеру, в которой с помощью пылесоса собирается люминофор (захоранивается на специальном полигоне). Таким образом, на выходе получают два вида стекла – свинцовое и бариево-стронциевое.

Данный процесс представлен на видео ниже.

Существует также несколько иной способ разделения свинцового и бариево-стронциевого стёкол. Данный способ состоит из следующих технологических операций: дробление кинескопов, выделение магнитной фракции, механическое удаление покрытий, промывка стекла водой, сушка, и, наконец, сепарация на свинцовое, бариево-стронцивое и смешанное стёкла с помощью специальных анализаторов (рентгенофлуоресцентного или ультрафиолетового) и пневмопушек. Отметим, что в данной технологии вода используется в замкнутом цикле, а количество отходов составляет 0,5% (стеклянная пыль, люминофор, покрытия). Данный способ разделения стекол используется компаниями Swissglas AG (Швейцария), RTG GmbH (Германия), SIMS (Великобритания).

Перейдём теперь к наиболее важному вопросу – утилизации свинцового и бариево-стронциевого стекла. До недавнего времени данные стекла в основном отправлялись на заводы для изготовления новых кинескопов. Однако с появлением жидкокристаллических и плазменных дисплеев производство кинескопов прекратилось, что сделало данный способ переработки практически неактуальным. Тем не менее, в Китае существует три предприятия (Shaanxi IRICO Electronic Glass, Henan AnCai Hi-Tech и Henan AnFei Electronic Glass), которые могут использовать до 100 тысяч тонн стекла в год, что составляет лишь незначительную часть от общего количества (5,2 миллионов тонн согласно докладу университета Qinghua).

Следует отметить, что бариево-стронцивое стекло нашло применение в производстве строительных материалов в связи с низкой выщелачиваемостью ионов бария и стронция, концентрация которых не превышает допустимые нормы. Поэтому далее речь пойдет только об утилизации свинцового стекла.

На сегодня единственным и наиболее широко распространенным методом переработки свинцового стекла является применение его в качестве вторсырья для получения свинца. Для этого используют металлургические плавильные печи для свинца, в которых флюс частично замещается свинцовым стеклом. Однако количество печей, которые используют свинцовое стекло в своем технологическом процессе, на весь мир довольно не велико. Например, Doe Run (США), Xstrata и Teck Cominco (Канада), Boliden Rönnskär Smelter (Швеция), Metallo-Chimique (Бельгия).

Ввиду малого количества печей и больших затрат на транспортировку вторсырья к ним, это привело к тому, что было проще отправить свинцовое стекло на полигон. Однако некоторые компании, занимающиеся утилизацией «электронного мусора», выбрали иной путь.
Например, чтобы решить данную проблему, компания SWEEEP Kuusakoski Ltd. (Великобритания) совместно с Nulife Glass, Шеффилдским университетом и университетом Аалто разработали и 30 ноября 2012 года запустили в эксплуатацию печь для получения свинца из стекла. Нагрев печи осуществляется электричеством, а в качестве сырья используется предварительно измельченное и смешанное с восстановителем свинцовое стекло (крошка размером до 3 мм). После процесса восстановления при 1200 o С на выходе получают гранулы свинца и стекло. Данная печь может перерабатывать до 10 тонн стекла или до 2 тысяч больших телевизоров в день.

Репортаж с церемонии открытия

Были предложены также альтернативные методы утилизации свинцового стекла. В целом все они сводятся к идее использования стекла для изготовления строительных материалов (пеностекло, например) или в качестве добавки в такие строительные материалы как кирпич, бетон, цемент, декоративная плитка и др. Строительные материалы с повышенным содержанием свинцового стекла могут использоваться для защиты от рентгеновского излучения. Также было предложено использовать свинцовое стекло в керамической промышленности для создания глазурей, которые стойки к выщелачиванию.

Основным недостатком строительных материалов с добавками свинцового стекла является снижение их механических свойств. Кроме того, результаты проведенных тестов на выщелачиваемость показали, что концентрация ионов свинца в большинстве случаев превышает допустимые нормы (по американским стандартам концентрация ионов свинца не должна превышать 5 мг/л). Также отметим, что во многих странах использование токсических веществ в строительных материалах запрещено законодательно.

Выше обозначенная проблема может быть решена путем специальной химической обработки стекла, суть которой заключается в предварительном выщелачивании свинца. В данном способе выщелачивание, как правило, проводят с помощью азотной кислоты в течение одного часа с последующей промывкой и сушкой измельченного стекла. Далее продукты выщелачивания отправляются на химический завод для дальнейшей переработки, а полученная стеклянная крошка может быть использована в строительных материалах. Данный метод утилизации свинцового стекла применяется в Гонконге.

В заключение следует сказать, что проблема утилизации старых телевизоров и мониторов с ЭЛТ будет актуальной как минимум ещё на протяжении следующего десятилетия. Ситуация же с решением данной проблемы может значительно отличаться в различных странах мира, что прежде всего, связано с отсутствием или наличием технологий и предприятий по переработке, государственной поддержки, культуры утилизации. В странах СНГ, а также в Украине положение дел в этом плане можно сказать имеет удручающее состояние. Лишь не во многих случаях кинескопы оказываются на специальных полигонах, а об их переработке приходиться лишь мечтать.