Τεχνολογία Οθονών CRT

Περιεχόμενα

Αρχή Λειτουργίας
Χαρακτηριστικά
-- Διάσταση Οθόνης
-- Κουκίδα / Εικονοστοιχείο
-- Βήμα Κουκίδας
-- Ανάλυση Οθόνης
-- Συχνότητα Ανανέωσης
Πλεονεκτήματα / Μειονεκτήματα

Αρχή Λειτουργίας

Η αρχή λειτουργίας της οθόνης του υπολογιστή είναι ακριβώς η ίδια με την λειτουργία της οθόνης της τηλεόρασής μας. Και οι δύο συσκευές βασίζονται στην τεχνολογία καθοδικού σωλήνα (cathode ray tube - CRT). Ο σωλήνας αυτός έχει κωνικό σχήμα (εικ. 1) και εμείς αυτό που βλέπουμε είναι το μπροστά μέρος αυτού του σωλήνα. Στην εσωτερική πλευρά της μπροστά επιφάνειας λοιπόν προβάλλονται οι εικόνες που εμείς βλέπουμε.

		Ο τρόπος με το οποίον προβάλλονται οι εικόνες είναι ο παρακάτω: Η εσωτερική επιφάνεια του μπροστινού μέρους έχει μία ειδική επίστρωση από φώσφορο, μία δέσμη ηλεκτρονίων που εκπέμπεται από το "πυροβόλο" ηλεκτρονίων, χτυπάει πάνω στο φώσφορο και εκείνο το σημείο ακτινοβολεί "φωτίζεται" και το βλέπουμε πάνω στην οθόνη μας. Η δέσμη περνάει μέσα από ένα μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται με τη βοήθεια πηνίων ώστε αλλάζοντας την πολικότητα του πεδίου η δέσμη ηλεκτρονίων να μπορεί να αλλάξει κατεύθυνση.
Εικόνα 1

Σε πρώτη φάση η δέσμη κινείται με αυτόν τον τρόπο οριζόντια στην οθόνη από αριστερά προς τα δεξιά. Όταν φτάσει στο άκρο τότε με τη βοήθεια πάλι των πηνίων παρεκτρέπεται στην από κάτω γραμμή. Η διαδικασία αυτή περάσματος της δέσμης από όλη την επιφάνεια της οθόνης ονομάζεται "σάρωση" της οθόνης. Ανάλογα με την ένταση που θα έχει η δέσμη ηλεκτρονίων όταν περνάει από κάποιο σημείο της οθόνης αυτό το σημείο θα φωτιστεί πολύ ή λίγο ή δεν θα φωτιστεί, αν είναι μηδενική η ένταση. Η κάρτα οθόνης που βρίσκεται στον υπολογιστή μας, είναι υπεύθυνη να στείλει το σωστό σήμα στο "πυροβόλο" ηλεκτρονίων ώστε να δημιουργηθεί η επιθυμητή εικόνα στην επιφάνεια της οθόνης μας.

Στην περίπτωση της έγχρωμης οθόνης τα πράγματα αλλάζουν λίγο. Εδώ για να εμφανιστούν τα χρώματα στην οθόνη ο φώσφορος της επίστρωσης δεν έχει μόνο ένα χρώμα αλλά υπάρχουν τρία χρώματα. Τα βασικά χρώματα που χρειάζονται είναι το Κόκκινο - Πράσινο - Μπλε (γνωστό και ως RGB από τα αρχικά των αγγλικών λέξεων). Η επιφάνεια λοιπόν τώρα καλύπτεται από πολύ μικρές κουκίδες - dots (εικ. 2) όπου κάθε μια αποτελείται από τα τρία βασικά χρώματα. Υπάρχουν επίσης και τρεις δέσμες ηλεκτρονίων όπου κάθε μία είναι ρυθμισμένη να χτυπάει ένα και μόνο χρώμα. Έχοντας πάλι τη δυνατότητα ανάλογα με την ένταση της δέσμης να φωτίσω λιγότερο ή περισσότερο κάθε χρώμα μπορώ να πάρω όλους τους δυνατούς συνδυασμούς αυτών των τριών χρωμάτων. Επειδή τώρα τα χρώματα είναι πολύ κοντά το ένα στο άλλο το ανθρώπινο μάτι βλέπει ένα ενιαίο χρώμα που προκύπτει από την μίξη αυτών των τριών. Με αυτό τον τρόπο η έγχρωμη οθόνη έχει τη δυνατότητα να εμφανίσει προσεγγιστικά οποιοδήποτε χρώμα θέλουμε.

Εικόνα 2

Η ποιότητα της εικόνας εξαρτάται κατά πολύ από το αν η δέσμη ηλεκτρονίων χτυπάει ακριβώς το εικονοστοιχείο που πρέπει να χτυπήσει. Η δέσμη λοιπόν θα πρέπει κατά τη σάρωση της οθόνης, η οποία όπως θα δούμε παρακάτω γίνεται με μεγάλη ταχύτητα, να κατευθύνεται με ακρίβεια εκατοστών του χιλιοστού στο σημείο που πρέπει. Για την αποτροπή της πρόσκρουσης της δέσμης σε γειτονικές κουκίδες, χρησιμοποιείτε η μάσκα επισκίασης (Shadow Mask) η οποία είναι ένα μεταλλικό πλέγμα το οποίο βρίσκεται πριν την επιφάνεια του φωσφόρου και διαθέτει μικροσκοπικές οπές. Κάθε οπή είναι ευθυγραμμισμένη στην αντίστοιχή της κουκκίδα με αποτέλεσμα η δέσμη που περνάει από την οπή να χτυπάει μόνο την συγκεκριμένη κουκίδα. Η τεχνική είναι όπως αν θέλαμε να βάψουμε με ένα σπρέι κάποια γράμματα. Πρώτα θα κόβαμε πάνω στο χαρτί τα γράμματα που θέλουμε και μετά θα το βάζαμε στην επιφάνεια που θα βάψουμε. Το χαρτί δεν θα αφήσει να πάει ο μπογιάς στα σημεία που δεν θέλουμε και έτσι θα φτιάξουμε τα γράμματα μας.
Βέβαια η μάσκα επισκίασης έχει και ένα πλεονέκτημα, μειώνει την ένταση των χρωμάτων που εμφανίζονται στην οθόνη γιατί μπορεί να μην αφήνει τη δέσμη να χτυπήσει άλλες κουκίδες αλλά από την άλλη δεν αφήνει τη δέσμη, αν αυτή δεν χτυπάει ακριβώς πάνω στην κουκίδα, να χτυπήσει με όση ένταση πρέπει.

Χαρακτηριστικά οθονών

Διάσταση οθόνης : Η διάσταση στην οθόνη δίνεται σαν το μήκος σε ίντσες της διαγωνίου από την μία γωνία μέχρι την απέναντί της. Ενδεικτικές τιμές είναι 14", 15", 17" και μεγαλύτερες. Η διάσταση βέβαια αυτή δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο μέγιστό της και έτσι μιλάμε για διάσταση ορατού πλαισίου, αυτό το πλαίσιο δηλαδή που πραγματικά βλέπουμε και η οποία διαφέρει σε οθόνες ίδιας διαστάσεις ανάλογα με την εταιρεία κατασκευής τους και ανάλογα με την συχνότητα ανανέωσης που χρησιμοποιούμε.

Κουκίδα (Dot) - Εικονοστοιχείο (Pixel) : Όπως φαίνεται και στην εικ. 2 η κουκίδα είναι φυσικό στοιχείο της οθόνης και η οποία είναι αμετάβλητη και καθορισμένη κατά την κατασκευή της οθόνης. Το εικονοστοιχείο από την άλλη έχει να κάνει με την ψηφιοποίηση της εικόνας. Κάθε εικόνα λοιπόν που προβάλλεται στην οθόνή μας αποτελείται από ένα σύνολο εικονοστοιχείων που το καθένα έχει και μία τιμή για το χρώμα του.

Βήμα κουκίδας (Dot Pitch) : Το βήμα κουκίδας είναι η απόσταση μεταξύ των κουκίδων και η τιμή του είναι από 0.22 - 0.40 mm. Όσο μικρότερο είναι το μέγεθος κουκίδας τόσο καλύτερη ευκρίνεια παρουσιάζει η οθόνη. Αν κάνει κάποιος μία απλή διαίρεση μεταξύ διάστασης οθόνης και βήμα κουκίδας μπορεί να βρει την μέγιστη πραγματική ανάλυση της οθόνης. Σε μία 14" ιντσών οθόνη το πλάτος του ορατού πλαισίου δεν ξεπερνάει τα 250 mm άρα με βήμα κουκίδας 0.28 η μέγιστη οριζόντια ανάλυση δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 890 εικονοστοιχεία. Ακόμα και αν η οθόνη μπορεί να ανέβει σε μεγαλύτερη ανάλυση π.χ. 1024 x 768 στην πραγματικότητα κάποια από αυτά τα εικονοστοιχεία θα αναφέρονται στην ίδια κουκίδα χρωμάτων.

Ανάλυση Οθόνης (Resolution) : Η ανάλυση της οθόνης αναφέρεται στον μέγιστο αριθμό εικονοστοιχείων που μπορεί να παρουσιάσει η οθόνη μας οριζόντια και κάθετα. Έτσι μία οθόνη με ανάλυση 800 x 600 σημαίνει ότι μπορεί να παρουσιάσει το πολύ 800 εικονοστοιχεία το ένα δίπλα στο άλλο και 600 το πολύ το ένα κάτω από το άλλο. Εφόσον η διάσταση της οθόνης παραμένει σταθερή η αύξηση της ανάλυσης σε μία οθόνη σημαίνει ότι κάθε εικονοστοιχείο μικραίνει σε μέγεθος οπότε η εικόνα μας γίνεται μεν πιο περιεκτική αλλά περισσότερο δυσδιάκριτη. Διάφορες τιμές για αναλύσεις είναι η 640 x 480 που είναι η στάνταρ VGA, η 800 x 600 που είναι η στάνταρ SVGA και μεγαλύτερες όπως 1024 x 768, 1024 x 768, 1280 x 1024 και 1600 x 1200, όπου σε όλες ο λόγος οριζόντιας πλευράς και κάθετης είναι 4:3 εκτός από την 1280 x 1024.

Συχνότητα Ανανέωσης (Refresh Rate) : Όπως αναφέρθηκε παραπάνω η δέσμη ηλεκτρονίων σαρώνει όλα τα σημεία της οθόνης ώστε να δημιουργηθεί η επιθυμητή εικόνα. Υπάρχει κάποιος χρόνος που μεσολαβεί από την στιγμή που φωτιστεί το πρώτο εικονοστοιχείο στην οθόνη μέχρι η δέσμη να φτάσει και στο τελευταίο και ονομάζεται χρόνος ανανέωσης. Όσο πιο γρήγορα μπορεί να κάνει αυτή τη διαδικασία η οθόνη μας τόσο πιο σταθερή θα είναι η εικόνα που θα πάρουμε. Η συχνότητα ανανέωσης δηλώνει πόσες φορές το δευτερόλεπτο ανανεώνεται η εικόνα στην οθόνη μας και η οποία δεν πρέπει να είναι κάτω από 60 Hz ενώ μία τιμή κοντά στο 100 είναι ιδανική. Χαμηλή συχνότητα ανανέωσης έχει σαν αποτέλεσμα η εικόνα να παρουσιάζει κάποιο "τρεμόπαιγμα" (flickering) . Π.χ. σε μια εικόνα με άσπρες περιοχές, το άσπρο χρώμα δεν είναι σταθερό αλλά εμφανίζεται με διακυμάνσεις "τρεμοπαίζει".
Η συχνότητα ανανέωσης εξαρτάται εκτός βέβαια από την ποιότητα κατασκευής της οθόνης και από την ανάλυση που χρησιμοποιούμε εκείνη την στιγμή, γι' αυτό πάντα αναφέρεται μαζί με την εκάστοτε ανάλυση π.χ. 60 Hz στα 800 x 600. Υψηλή ανάλυση οθόνης σημαίνει ότι πρέπει να εμφανιστούν στον ίδιο χρόνο περισσότερα εικονοστοιχεία στην οθόνη με αποτέλεσμα η δέσμη να καθυστερεί να κάνει την σάρωση.
π.χ. σε ανάλυση 800 x 600 κάθε εικόνα περιέχει 480.000 εικονοστοιχεία τα οποία πρέπει η δέσμη να σαρώσει ένα προς ένα. Αν τώρα η οθόνη έχει σε αυτήν την ανάλυση συχνότητα ανανέωσης 60 Hz τότε αυτό σημαίνει ότι σε 1" η δέσμη θα περάσει 60 φορές από τα 480.000 εικονοστοιχεία ή συνολικά θα σαρώσει 28.800.000 εικονοστοιχεία. Αυτή η τιμή λέγεται bandwith στο συγκεκριμένο παράδειγμα το bandwith πρέπει να φτάνει τα 28.8 MHz και είναι καθοριστική για την ανάλυση και συχνότητα ανανέωσης που μπορεί να φτάσει μία οθόνη.

Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα μίας οθόνης CRT.

Σύμφωνα και με τα όσα αναφέρθηκαν παραπάνω μπορούμε να συμπεράνουμε κάποια πλεονεκτήματα και κάποια μειονεκτήματα για τις οθόνες CRT.
Στα πλεονεκτήματα των οθονών CRT είναι η πολύ καλή ποιότητα χρώματος που πετυχαίνουμε, με αρκετή φωτεινότητα και αντίθεση χρώματος από όποια γωνία και αν κοιτάξουμε, πράγμα που τις κάνει να παραμένουν στην κορυφή όσον αφορά τη χρήση τους σε υπολογιστές γραφείου.
Στα μειονεκτήματα που έχουν είναι ο μεγάλος όγκος που έχουν, το βάθος που πρέπει να έχει για να χωράει ο καθοδικός σωλήνας, αρκετό βάρος και ακόμα μεγάλη κατανάλωση ενέργειας. Όλα αυτά είναι απαγορευτικά για χρήση σε φορητούς υπολογιστές για παράδειγμα.
Ένα άλλο μειονέκτημα είναι ότι για να μην υπάρχει παραμόρφωση της εικόνας στις άκρες όλα τα σημεία της οθόνης πρέπει να ισαπέχουν από το "πυροβόλο" ηλεκτρονίων που βρίσκεται στο κέντρο πίσω στον καθοδικό σωλήνα. Αυτό σημαίνει ότι η επιφάνεια της οθόνης πρέπει να είναι καμπύλη. Προσπάθειες για εξάλειψη αυτού του προβλήματος έχουν γίνει κατά καιρούς με θεαματικά αποτελέσματα ώστε να μπορούμε να μιλάμε για οθόνες CRT τελευταίας τεχνολογίας οι οποίες μπορούν να χαρακτηριστούν ως πραγματικά επίπεδες (π.χ. Panasonic Panaflat PF 70).