В основі всіх подібних моніторів лежить катодно-променева трубка, але це дослівний переклад, технічно правильно говорити електронно-променева трубка (ЕПТ). Розглянемо принципи роботи CRT моніторів. CRT або ПТ-МОНИТОР має скляну трубку, усередині якої знаходиться вакуум, тобто все повітря видалене. З фронтальної сторони внутрішня частина скла трубки покрита люмінофором (Luminofor).
Люмінофор ця речовина, яка випускає світло при бомбардуванні його зарядженими частинками. Для створення зображення в CRT моніторі використовується електронна гармата, яка випускає потік електронів крізь металеву маску або грати на внутрішню поверхню скляного екрану монітора, яка покрита різноколірними люмінофорними крапками. Потік електронів на шляху до фронтальної частини трубки проходить через модулятор інтенсивності і прискорюючи систему, працює за принципом різниці потенціалів. В результаті електрони набувають великої енергії, частина з якої витрачається на свічення люмінофора. Електрони потрапляють на люмінофорний шар, після чого енергія електронів перетворюється в світло, тобто потік електронів примушує точки люмінофора світитися. Ці точки люмінофора, що світяться, формують зображення, яке ви бачите на вашому моніторі. Як правило, в кольоровому CRT моніторі використовується три електронні гармати, на відміну від однієї гармати, вживаної в монохромних моніторах, які зараз практично не проводяться і мало кому цікаві.
Всі ми знаємо, що наші очі реагують на основні кольори: червоний (Red), зелений (Green) і синій (Blue) і на їх комбінації, які створюють нескінченне число кольорів.
Люмінофорний шар, що покриває фронтальну частину електронно-променевої трубки, складається з дуже маленьких елементів (настільки маленьких, що людське око їх не завжди може розрізнити). Ці люмінофорні елементи відтворюють основні кольори, фактично є три типу різноколірних частинок, чиї кольори відповідають основним кольорам RGB (звідси і назва групи з люмінофорних елементів – тріади).
Люмінофор починає світитися, як було сказано вище, під впливом прискорених електронів, які створюються трьома електронними гарматами. Кожна з трьох гармат відповідає одному з основних кольорів і посилає пучок електронів на різні частинки люмінофор, чиє свічення основними кольорами з різною інтенсивністю комбінується і в результаті формується зображення з необхідним кольором. Наприклад, якщо активувати червону, зелену і синю люмінофорні частинки, то їх комбінація сформує білий колір.
Для управління електронно-променевою трубкою (ЕПТ) необхідна і електроніка, що управляє, якість якої багато в чому визначає і якість монітора.
ЕПТ можна розбити на два класи - трьохпроменеві з дельтаобразним розташуванням електронних гармат і з планарним розташуванням електронних гармат. У цих трубках застосовуються щілисті і тіньові маски, хоча правильніше сказати, що вони всі тіньові. При цьому трубки з планарним розташуванням електронних гармат ще називають кінескопами з самозведенням променів, оскільки дія магнітного поля Землі на три планарно розташованих променя практично однаково і при зміні положення трубки щодо поля Землі не потрібно проводити додаткові регулювання.
Отже, найпоширеніші типи масок це тіньові, а вони бувають двох типів: "Shadow Mask" (тіньова маска) і "Slot Mask" (щілиста маска).
Тіньова маска (shadow mask) це найпоширеніший тип масок для CRT моніторів. Тіньова маска складається з металевої сітки перед частиною скляної трубки з люмінофорним шаром. Як правило, більшість сучасних тіньових масок виготовляють з інвару (invar - сплав заліза і нікелю). Отвори в металевій сітці працюють як приціл (хоч і не точний), саме цим забезпечується те, що електронний промінь потрапляє тільки на необхідні люмінофорні елементи і лише в певних областях. Тіньова маска створює грати з однорідними крапками (ще званими тріади), де кожна така крапка складається з трьох люмінофорних елементів основних кольорів - зеленного, червоного і синього – які світяться з різною інтенсивністю під впливом променів з електронних гармат. Зміною струму кожного з трьох електронних променів можна добитися довільного кольору елементу зображення, що утворюється тріадою крапок.
Мінімальна відстань між люмінофорними елементами однакового кольору називається dot pitch (або крок крапки) і є індексом якості зображення. Крок крапки звичайно вимірюється в міліметрах (мм). Чим менше значення кроку крапки, тим вище якість відтворного на моніторі зображення.
Щілиста маска (slot mask) це технологія широко застосовується компанією NEC під ім'ям "CromaClear". Це рішення на практиці є комбінацією двох технологій описаних вище. В даному випадку люмінофорні елементи розташовані у вертикальних еліптичних осередках, а маска зроблена з вертикальних ліній. Фактично вертикальні смуги розділені на еліптичні осередки, які містять групи з трьох люмінофорних елементів трьох основних кольорів. Мінімальна відстань між двома осередками називається slot pitch (щілистий крок). Чим менше значення slot pitch, тим вище якість зображення на моніторі.
Апертурна гратка (aperture grill) це тип маски, використовуваний різними виробниками в своїх технологіях для виробництва кінескопів, що носять різні назви, але що мають однакову суть, наприклад технологія Trinitron від Sony або Diamondtron від Mitsubishi. Це рішення не включає металеві грати з отворами, як у випадку з тіньовою маскою, а має грати з вертикальних ліній. Замість крапок з люмінофорними елементами трьох основних кольорів, апертурна гратка містить серію ниток, що складаються з люмінофорних елементів збудованих у вигляді вертикальних смуг трьох основних кольорів. Така система забезпечує високу контрастність зображення і хорошу насиченість кольорів, що разом забезпечує високу якість моніторів з трубками на основі цієї технології. Маска, вживана в трубках фірми Sony, Mitsubishi, ViewSonic, є тонкою фольгою, на якій удряпнуті тонкі вертикальні лінії. Вона тримається на горизонтальному(их) (однієї в "15", двох в "17", трьох і більш в "21") зволіканні, тінь від якої Ви і бачите на екрані. Це зволікання застосовується для гасіння коливань і називається damper wire. Її добре видно, особливо при світлому фоні зображення на моніторі. Деяким користувачам ці лінії принципово не подобаються, інші ж навпаки задоволені і використовують їх як горизонтальну лінійку.
Мінімальна відстань між смугами люмінофора однакового кольору називається strip pitch (або кроком смуги) і вимірюється в міліметрах (мм). Чим менше значення strip pitch, тим вище якість зображення на моніторі.
Зображення на екрані відтворюється в результаті процесу, в ході якого свічення люмінофорних елементів ініціюється електронним променем, що проходить послідовно по рядках в наступному порядку: зліва направо і зверху вниз на екрані монітора. Цей процес відбувається дуже швидко, тому нам здається, що екран світиться постійно. У сітківці наших очей зображення зберігається близько 1/20 секунди. Це означає, що якщо електронний промінь рухатиметься по екрану поволі, ми можемо бачити цей рух як окрему рухому яскраву крапку, але коли промінь починає рухатися, швидко прокреслюючи на екрані рядок хоч би 20 разів в секунду, наші очі не побачать рухомої крапки, а побачать лише рівномірну лінію на екрані. Якщо тепер примусити промінь послідовно пробігати по багатьох горизонтальних лініях зверху вниз за час менше 1/25 секунди, ми побачимо рівномірно освітлений екран з невеликим мерехтінням. Рух самого променя відбуватиметься настільки швидко, що наше око не буде в змозі його відмітити. Чим швидше електронний промінь проходить по всьому екрану, тим менше буде помітне і мерехтіння картинки. Вважається, що таке мерехтіння стає практично непомітним при частоті повторення кадрів (проходів променя по всіх елементах зображення) приблизно 75 в секунду. Проте ця величина в деякій мірі залежить від розміру монітора. Річ у тому, що периферійні області сітківки ока містять світлочутливі елементи з меншою інерційністю. Тому мерехтіння моніторів з великими кутами огляду стає помітним при великих частотах кадрів. Здатність електроніки формувати на екрані дрібні елементи зображення залежить від ширини смуги пропускання (bandwidth). Ширина смуги пропускання монітора пропорційна числу пікселів, з яких формує зображення відеокарта вашого комп'ютера. До ширини смуги пропускання монітора ми ще повернемося. Тепер перейдемо до іншого типа моніторів – LCD.
LCD (Liquid Crystal Display, рідкокристалічні монітори) зроблені з речовини, яка знаходиться в рідкому стані, але при цьому володіє деякими властивостями, властивими кристалічним тілам. Рідкі кристали були відкриті давним-давно, але спочатку вони використовувалися для інших цілей. Молекули рідких кристалів під впливом електрики можуть змінювати свою орієнтацію і внаслідок цього змінювати властивості світлового променя того, що проходить крізь них. Ґрунтуючись на цьому відкритті і в результаті подальших досліджень, стало можливим виявити зв'язок між підвищенням електричної напруги і зміною орієнтації молекул кристалів для забезпечення створення зображення. Перше своє застосування рідкі кристали знайшли в дисплеях для калькуляторів і в кварцовому годиннику, а потім їх сталі використовувати в моніторах для портативних комп'ютерів. Сьогодні, в результаті прогресу в цій області, починають набувати все більшого поширення LCD монітори для настільних комп'ютерів. Далі мова піде тільки про традиційні LCD монітори, так звані Nematic LCD.
Екран LCD монітора є масивом маленьких сегментів (званих пікселями), які можуть маніпулюватися для відображення інформації. LCD монітор має декілька шарів, де ключову роль грають дві панелі зроблені з вільного від натрію і дуже чистого скляного матеріалу, званого субстрат або підкладка, які власне і містять тонкий шар рідких кристалів між собою. На панелях є борозенки, які направляють кристали, повідомляючи їм спеціальну орієнтацію. Борозенки розташовані таким чином, що вони паралельні на кожній панелі, але перпендикулярні між двома панелями. Подовжні борозенки виходять в результаті розміщення на скляній поверхні тонких плівок з прозорого пластика, який потім спеціальним чином обробляється. Стикаючись з борозенками, молекули в рідких кристалах орієнтуються однаково у всіх осередках. Молекули одному з різновидів рідких кристалів у відсутності напруги повертають вектор електричного (і магнітного) поля в такій світловій хвилі на деякий кут в площині, перпендикулярній осі розповсюдження пучка. Дві панелі розташовані дуже близько одна до одної. Рідкокристалічна панель освітлюється джерелом світла (залежно від того, де він розташований, рідкокристалічні панелі працюють на віддзеркалення або на проходження світла). Площина поляризації світлового променя повертається на 90° при проходженні однієї панелі.