Jak powstaje obraz na ekranie?

Pytanie

Pyta Krzysztof

Jakim cudem możliwe jest kierowanie strumieniem elektronów tak, żeby manipulować każdym możliwym pikselem? Jak dokładnie odbywa się to kierowanie światłem i natężeniem prądu? Nic przecież wewnątrz sprzętu nie porusza się z prędkością światła. Wszystko stoi w miejscu, więc jakim cudem obraz zmienia się tak dynamicznie, skoro nic poza prądem i światłem się nie porusza?

Odpowiedź

Odpowiada dr inż. Marta Wacławczyk

Strumień elektronów, odpowiednio odchylany za pomocą pola magnetycznego i padający na fosforyzujący materiał (luminofor) występował w starszego typu monitorach kineskopowych CRT (ang. cathode-ray tube). W monitorach tych wbudowane jest działo elektronowe (katoda) emitujące wiązkę elektronów. Zmiana napięcia sterującego działem elektronowym powoduje zmianę natężenia wiązki, co powoduje mocniejsze lub słabsze świecenie punktu ekranu, na który pada wiązka. Wiązka odchylana jest za pomocą pola magnetycznego wytwarzanego przez cewki. Dzięki temu może ona padać na różne punkty ekranu. W monitorze występują cewki odchylania poziomego i pionowego. Kąt odchylenia wiązki proporcjonalny jest do natężenia prądu płynącego przez cewki.

Jeśli natężenie prądu w cewkach odchylania poziomego zmieniać się będzie liniowo, wiązka przesuwać się będzie wzdłuż  ekranu po linii poziomej ze stałą, w przybliżeniu, prędkością. Kiedy wiązka przebiegnie całą szerokość ekranu zostanie skierowana przez pole magnetyczne na początek kolejnej linii ku dołowi, i tak dalej, linia po linii, cały ekran zostaje zarysowany przez wiązkę. Ilość linii zależy od rozdzielczości ekranu.  Monitor kineskopowy ma pewne charakterystyczne częstotliwości odświeżania poziomego i pionowego. Pierwsza wielkość opisuje ile razy na sekundę wiązka przebiegnie poziomą linię wzdłuż ekranu.

Przyjmijmy, że szerokość ekranu wynosi s=40cm, a częstotliwość odświeżania poziomego np. 120 kHz, tzn. wiązka przebiega szerokość ekranu w t=1/120 000 sekundy.  Wynika z tego, że punkt padania wiązki na ekran przesuwa się z zawrotną prędkością około v=s/t=48 km/s. Jest to jednak znacznie mniej niż prędkość światła, która wynosi około 300 000 km/s.

Częstotliwość odświeżania pionowego informuje o tym ile razy wiązka przebiega cały ekran (wszystkie linie). Przy częstotliwości około 85 Hz ludzkie oko odbiera obraz na ekranie jako płynny. Przy zbyt niskich częstotliwościach odświeżania zauważalne jest natomiast „migotanie” ekranu kineskopowego.

Większość używanych obecnie monitorów to monitory płaskie ciekłokrystaliczne LCD (ang. Liquid Cristal Display), których zasada działania jest inna. Nie ma tam strumienia elektronów, tylko światło lampy jarzeniowej lub diody przepuszczane jest przez układ filtrów ze znajdującą się między nimi siatką z komórkami, w których znajdują się molekuły ciekłego kryształu. Do każdej komórki przyłożenie napięcie, które zmienia położenie znajdujących się w niej molekuł kryształu. W rezultacie układ komórka + filtry może przepuszczać lub zatrzymywać światło. Dzięki temu na ekranie widać określony obraz. W tej technologii nie obserwujemy „migotania” ekranu, a ludzkie oko odbierze obraz jako płynny już przy częstotliwości odświeżania 25 Hz.