1.1 Felbontás
1.2 Árnyalat visszaadás
1.3 Színvisszaadás
1.4 Színmenedzsment, jelek (számok) a képfájltól a megjelenésig
2.1 Képcsöves megjelenítők
2.2 Folyadék-kristályos kijelzők

2. Elektronikus képmegjelenítők

2.1 Képcsöves megjelenítők

2.1.1 Fizikai alapok

Az elektroncsövek használata az elektronikában folyamatosan csökken és mára már csak néhány speciális helyen alkalmazzák őket. Az elektroncső lényegében vákuumban elhelyezett izzított katódból, anódból és vezérlő elektródákból (vezérlőrácsokból) áll. A megfelelően megválasztott anyagú (kis kilépési energiájú) izzított katódból, az anód és a katód között kialakuló elektrosztatikus tér hatására, elektronok lépnek ki és indulnak az anód felé. Ha az anód és a katód közé vezérlőelektródát teszünk, akkor az elektronáram a vezérlőrács és a katód közötti negatív feszültséggel szabályozható.
A képmegjelenítésre használt elektroncsövek kialakítása olyan, hogy az elektronok nagy része elkerüli az anódot és a szembelévő falra felvitt fényporba ütközik, ott felvillanást okoz. A gerjesztés ideje alatti fényemissziót fluoreszcenciának a közvetlen a gerjesztés utánit foszforeszenciának nevezzük. Az utóbbi emissziós folyamatot utánvilágításnak is hívják. (Mivel a foszforeszenciát először a foszforral kapcsolatban figyelték meg, ezért nevezik a fényport az angolszász irodalomban foszfornak.)


50. ábra Elektromágneses fókuszálású és eltérítésű elektroncső általánosított sematikus képe (Forrás: Cathode-Ray Tubes, Radiation Laboratory Sries, McGraw-Hill, New York, 1948)

A mozgó töltéshordozók mind elektrosztatikus, mind mágneses térrel eltéríthetők. Kép megjelenítéséhez az elektronsugarat egy pontba kell fókuszálni, és ezzel a ponttal sorról-sorra végig kell írni a képernyő felületét. Ez megfelelően kialakított elektrosztatikus és, vagy mágneses térrel megoldható.


51. ábra A soros képfelbontás elve

2.1.2 Képcső gamma

Egy képcső elektromos-optikai átviteli függvénye leírja az összefüggést a cső rácsára adott vezérlőfeszültség és a megjelenő fényenergia (cd/m2) között. Ez az összefüggés hatványfüggvénnyel közelíthető. A nemlinearítás a vezérlőfeszültség és az anódáram közötti átvitelnél jelentkezik (trióda karakterisztika). Az áram és fényerő között az összefüggés a maximális fényerő kb75%-ig lineárisnak tekinthető, innen telítődik. Mivel egy átlagos monitor többi alkatrészének átviteli függvénye lineárisnak tekinthető (D/A konverter, videóerősítő, stb.) ezért a teljes rendszer eredő karakterisztikája a következő:

I = A*(k1*D+k2)gamma

ahol k1 és k2 megfelelően az erősítés ill. az ofszet, D a normalizált pixel érték, A a maximális fényerő, I a megjelenő fényerő.
A lényeg, hogy az átvitelt meghatározó gamma érték csak a képcső felépítésétől függ és átlagosan 2.2 értékű, azt szabályozni nem lehet. A felhasználó az erősítést és az ofszetet szabályozhatja a kontraszt és a fényerő gombokkal. Jól beállított monitor esetén, nulla pixelértéknél éppen csak elkezd világítani a képcső, ekkor az átviteli függvény I = A*Dgamma -ra egyszerűsödik.

2.1.3. A színes képcső

A napjainkban alkalmazásra kerülő színes képcsövekben három elektronsugarat használnak a színes kép létrehozására.


52. ábra Színes képcső.(Forrás: HowStuffWorks)



53. ábra Színes képcső elektronágyúja. (Természetesen az elektronsugaraknak nincs színük, a színeket a megfelelő foszfor adja.)(Forrás: HowStuffWorks)

Az ilyen csövekben elektrosztatikus fokuszálást és mágneses eltérítést alkalmaznak. A színes megjelenítőkben további fontos követelmény, hogy a három elektronsugarat a képernyőn egyetlen pontba lehessen fókuszálni. A megfelelő konvergencia elérése érdekében számos segéd mágneses teret alkalmaznak, melyeket az elektronsugár helyzetétől függően vezérelnek. A színes fény létrehozásához három alapszínen világító fényport mátrix elrendezésben visznek fel a képernyőre. A képminőség további javítása érdekében a fényporhoz közel úgynevezett árnyékmaszkot helyeznek el.


54. ábra Elektronsugár árnyékmaszk.(Forrás: HowStuffWorks)

Az árnyékmaszk javítja a fényporba érkező elektronsugár körkörösségét, így javítva a képélességet, kiszűri az elkóborolt elektronokat és a megfelelő elektronsugarat a megfelelő színű fényporhoz vezeti, biztosítva a színek független megjelenítését, tisztaságát.

2.1.4 Képfrekvencia, felbontás

A monitor használatakor fontos, hogy a kijelzett kép stabilan és színhelyesen jelenjen meg a kiválasztott felbontás és képfrekvencia mellet. Mind a felbontás, mind a képfrekvencia növelése egyre nagyobb sávszélességet követel meg a megjelenítőtől. Az un. multi-scanning monitorok, a megengedett határok között, képesek bármely sorfrekvencián üzemelni. Adott sorfrekvencia és képfelbontás esetén adódik a képfrekvencia:

képfrekvencia = sorfrekvencia / sorok száma x 0.95

Az újabb szabványoknak megfelelően, a villódzásmentes képmegjelenítéshez a képfrekvenciát min 75Hz-re kell megválasztani.A megjelenő képfelbontást, élességet több tényező befolyásolja:
- A videokártyán beállított felbontás, amely meghatározza a megjelenítés pixelszámát.
- A videó sávszélesség, amelyet meghatároz a sorfrekvencia és a vízszintes pixelszám. Ha a videokártya, vagy a monitor nem rendelkezik elegendő sávszélességgel képtelen lesz az elektronsugarat ki ill. bekapcsolni az idő alatt, amíg a pásztázás egyik pixeltől a másikig ér. (Pl. 96KHz-es sorfrekvencia mellet 1240 pixel vízszintes felbontásnál Fh>120MHz videó-sávszélesség adódik.)
- Az árnyékmaszk fizikai mérete, jellemzően 0.22 .. 0.3 mm . Ha ezt meghaladó felbontással próbálunk rajzolni a képernyőre, akkor a nagyon apró képrészletek eltűnnek a kijelző pontjai között.

2.1.5 Kontraszt, színvisszaadás

A katódsugárcső fényessége különböző tényezőktől függ, így a felhasznált foszfortól, a gyorsírófeszültségtől, az elektronsugár-áram értékétől, a gerjesztés időtartamától, a képernyő elkészítési módjától. Monitorok esetén a gyakorlatilag megfelelő felületi fénysűrűség 200..500 cd/m2.
A megjeleníthető színeket, vagyis a katódsugárcső színterjedelmét, (colour gamut) elsődlegesen a felhasznált fényporok színkibocsátása határozza meg. Ezen felül, mérések szerint, az alapszínek megjelenése kis mértékben függ a fényerőtől, amely némi áthatásra utal az egyes színcsatornák között.


55. ábra Színterjedelem függése a bemenő jeltől(Forrás: www.cg.tuwien.ac.at)

Elméletileg egy katódsugárcsöves monitoron nulla bemenő jelnél nincs fénykibocsátás és ebből adódóan a kontrasztértéke végtelen. A gyakorlatban a nulla bemenőjelhez tartozó monitorfényességet két tényező befolyásolja. Az egyik a monitor saját null-fénykibocsátása, a másik a környezeti fény tükröződése. Az alapfény csökkenti a kontrasztot és a gamutot is.


56. ábra Színterjedelem függése a környezeti világosságtól. Nagyon nagy környezeti fény mellett, gyakorlatilag már nem is látjuk a monitor színeit.(Forrás: www.cg.tuwien.ac.at)

A jó minőségű képernyő jellemzője, hogy kevéssé tükröz. Elméletileg, a reflexió szempontjából ideális képernyőben, vagy maga a fénypor anyag fekete, vagy fekete mezőben végtelenül kicsi, de nagy fényerővel rendelkező pontok vannak. Mivel a gyakorlati foszforanyagok nem feketék ezért érdemes a pontméretet csökkenteni. A pontméret csökkentése maga után vonja a fényerő csökkenését is. Egy újabb módszer szerint a gyártók a különböző színben világító pontokat, megfelelően, színszűrő bevonattal látják el. Például a piros pont felett elhelyezett piros szűrő kiengedi az alatta levő pont piros fényét, ugyanakkor elnyeli a környezetből származó zöld és kék összetevőket. Ezzel a módszerrel két hatást érnek el. Egyrészt csökken a képernyő reflexiója, másrészt javítható az alapszínek tisztasága, növelhető a gamut.
A katódsugárcsöves monitorok minőségét alapvetően a méret, pontméret, maximális sorfrekvencia, videó-sávszélesség, fényerő, kontraszt (tükröződés), határozzák meg.

1.1 Felbontás
1.2 Árnyalat visszaadás
1.3 Színvisszaadás
1.4 Színmenedzsment, jelek (számok) a képfájltól a megjelenésig
2.1 Képcsöves megjelenítők
2.2 Folyadék-kristályos kijelzők