شاشات CRT كيفية العمل

الجزء الأغلى في أي جهاز كمبيوتر هو دوماً الشاشة، ومع ذلك فإن أكثر الأشخاص لا يعلمون كيف تعمل هذه الشاشات أو كيف يبتاعون واحدة!
بعد قراءتك لهذه الدروس ستعرف كيف تختار الشاشة التي تناسبك إن شاء الله، حيث سنتحدث في الدرس الأول عن شاشات CRT ونتحدث في الدرس الثاني عن شاشات LCD ثم نعرض مقارنة بينهما.
قبل البدء بهذا الدرس: قد تجده طويلاً نوعاً ما، لأني حاولت جمع كل ما يتعلق بالموضوع ومن ثم تقديمه بالمختصر المفيد في درس واحد

شاشات سي آر تي CRT Monitors:

شاشات العرض CRT حيث أنها اختصار لـ Cathode Ray Tube وتعني أنبوب أشعة الكاثود. تستخدم في أغلب أجهزة التلفاز، وجدت منذ 60 سنة تقريباً وخلال هذه المدة الطويلة فإن تقنيات العمل التي تتبعها لم تتغير كثيراً!
فكرة عملها الأساسية هي انطلاق الإلكترونات من خلف الشاشة إلى أن تصل إلى سطح العرض المبطن بطبقة من مادة الفسفور، شدة الانطلاق يسبب أشعاعات مختلفة للإلكترونات المندفعة، شعاع الإلكترون هذا يمر خلال سلسلة من طبقات مغناطيسية متينة والتي بدورها وضعت بطريقة تسمح لها بتوجيه الإشعاع إلى أماكن مختلفة في سطح العرض، فحينما تصل هذه الإشعاعات إلى زجاج سطح العرض تصطدم بطبقة الفسفور الموجودة عليها مسببة نقطة متوهجة مؤقتاً، كل نقطة تمثل بكسل واحد في شاشة العرض. إن دقة التحكم بالجهد الكهربائي لكل إلكترون تسمح بتوهج البقعة التي يسببها في السطح توهجاً ساطعاً أو أقل سطوعاً مما يعطي اللونين الأبيض والأسود. قديماً: كان التلفاز الأبيض والأسود يحتوي على مدفع واحد للإلكترونات وطبقة واحدة من الفسفور، بعد ذلك أضيفت عدة مدافع في شاشات العرض من هذا النوع حتى أن طبقات الفسفور أصبحت تلون بنقط متقطعة ومنفصلة!

لعرض صورة على الشاشة، يسبح شعاع الإلكترون خلال خط(horizontal line (scan line مبتدئاً من أعلى الشاشة، من اليسار إلى اليمين، مضيئاً نقاط طبقة الفسفور ومسبباً فيها توهج تختلف شدة سطوعه باختلاف جهد الإلكترون الكهربي كما ذكرنا، السرعة التي يرسم بها خط أفقي واحد في الشاشة تسمى horizontal frequency وتقاس بالكيلو هيرتز (kilohertz (kHz.
وعندما يصل الشعاع إلى نهاية الخط، يتوقف للحظة تسمى "فترة الخمول الأفقية horizontal blanking interval" ثم يعاد إعداد المغناطيس كي يبدأ برسم الخط السفلي الجديد، تعاد هذه العمليات مسببة رسم خطاً بعد خط على الشاشة، حتة تمتلئ الشاشة، هنا يتوقف الشعاع للحظة أيضاً ولكن هذه اللحظة تسمى "فترة الخمول الرأسية vertical blanking interval".
يعاد إعداد المغناطيس كي تعاد كل العملية من جديد فترسم صورة أخرى على الشاشة مبتدئة من الركن العلوي الأيسر. السرعة التي ترسم بها الشاشة واجهتها الداخلية تسمى "معدل أو تردد التحديث العمودية vertical refresh rate or frequency" وتقاس بالهيرتز(hertz (Hz.

في بداية عصر التلفاز، واجه المهندسون مشكلة تقنية بسبب سوء جودة مادة الفسفور المستخدمة وقتها، مما يؤدي إلى اختفاء توهج بعض النقاط قبل الانتهاء من رسم الصورة كاملة! فتوصلوا إلى حل لهذه المشكلة وذلك بجعل الصورة ترسم على مرحلتين، في المرحلة الأولى يرسم شعاع الالكترون الخطوط الفردية (1، 3، 5، ...) ثم إذا انتهى منها تبدأ المرحلة الثانية فيعود الشعاع إلى أعلى الشاشة ويقوم برسم الخطوط الزوجية (2، 4، 6، ...) وإذا انتهى منها تكون الصورة قد اكتملت، كل مرحلة من هذه تسمى "حقل field" والحقلين مجتمعة تسمى "إطار frame". في أنطمة NTSC يوجد 60 حقل مما يعني رسم 30 frame في الثانية، أما في أنظمة PAL TV يوجد 50 حقل، أي 25 frame في الثانية! أما الأنظمة الأقل من هذه، فإن مقتنوا التلفزيونات التي تستخدم هذه الأنظمة سيلاحظون رداءة عرض الصور على شاشات التلفاز سريعاً.

والتلفاز الملون لا يختلف كثيراً عن التلفاز الأبيض والأسود، إلا أنه يوجد به ثلاث مدافع للإلكترونات بدلاً من واحد، كما أن النقاط وحيدة اللون في طبقة الفسفور التي تغلف زجاج الشاشة من الداخل تستبدل في بنقاط ثلاثية اللون، الألوان الثلاث هي: الأحمر، الأخضر والأزرق، وبخلط هذه الألوان الثلاث بنسب متفاوتة نستطيع الحصول على جميع الألوان الأخرى، هذا الخلط يتم عن طريق تغيير كثافة كل لون من هذه الألوان على طبقة الفسفور كما توضح الصور التالية (في الواقع فإن دماغ الإنسان يستخدم نفس الطريقة في الخلط).
وصنع صور من هذه الثلاث ألوان فقط يتطلب دقة في التحكم بمدافع الإلكترونات وطبقات المغناطيس كي تصوب النقطة بدقة على طبقة الفسفور مع منع الانتشار الزائد للون، ولضمان ذلك وصل المهندسون إلى طريقتين للحل:

*

الحل الأول: قناع الظل Shadow Mask:
في الشاشات التي تعتمد هذا الحل: توضع ذرات الفسفور في طبقة الفسفور بألوان ثلاث (أحمر، أخضر، وأزرق) كما توضح الصورة التالية:

وقناع الظل عبارة عن طبقة معدنية مثقّبة توضع في مقابل طبقة الفسسفور، تصنع هذه الطبقة من معدن يسمى"invar". يسمح هذا القناع للأشعة المصوبة بدقة إلى أماكن محددة بالشاشة بالعبور خلاله عن طريق الثقوب والوصول إلى طبقة الفسفور، أما الأشعة الغير مصوبة بدقة فإنها تمنع من العبور كما توضح الصور الثلاث التالية:




الحل الثاني: الحاجز المتصالب المثقب Aperture Grille:
في هذا الحل توضع نقاط الفسفور في طبقة الفسفور كخطوط رأسية دقيقة جداً من الألوان الثلاث كما توضح الصورة التالية:

أما في العصر الحالي..عصر الكومبيوتر، فقد حسنت جودة كلاً من الفسفور والإلكترونات فلم تعد هناك حاجة للتشابك في رسم الصورة! وفي حين أن الكمبيوتر يعمل كثيراً مع النصوص؛ كان لابد من زيادة دقة العرض resolution. ففي التلفاز القياسي يكون معدل التحديث الأفقي 13.5 كيلوهيرتز مقابل معدل تحديث عمودي يساوي 25 إلى 30 هيرتز، أما شاشات الكمبيوتر فإن لها المقدرة على الرسم بمعدل تحديث أفقي 60 كيلو هيرتز مقابل معدل تحديث عمودي يساوي 85 هيرتز!
ملاحظة: نعني بالـresolution هو تمايز الشاشة أو دقة العرض وتعني العدد الكلي لعناصر الشاشة(pixels) أفقياً و عمودياً.