Dzisiaj prawie niemożliwe jest znalezienie osoby, która nadal korzystałaby z monitora CRT lub starego telewizora CRT. Technika ta została szybko iz powodzeniem zastąpiona przez modele LCD oparte na ciekłych kryształach. Ale macierze są nie mniej ważne. Czym są ciekłe kryształy i matryce? Dowiesz się tego wszystkiego z naszego artykułu.
Backstory
Po raz pierwszy świat dowiedział się o ciekłych kryształach w 1888 roku, kiedy słynny botanik Friedrich Reinitzer odkrył istnienie dziwnych substancji w roślinach. Był zdumiony, że niektóre substancje, które początkowo mają strukturę krystaliczną, całkowicie zmieniają swoje właściwości po podgrzaniu.
Więc w temperaturze 178 stopni Celsjusza substancja najpierw zmętniała, a następnie całkowicie zamieniła się w ciecz. Ale na tym odkrycia się nie skończyły. Okazało się, że dziwna ciecz elektromagnetycznie objawia się jako kryształ. Wtedy pojawił się termin „ciekłokrystaliczny”.
Jak działają matryce LCD
Na tym właśnie opiera się macierz. Co to jest macierz? totermin niejednoznaczny. Jednym z jego znaczeń jest wyświetlacz laptopa, monitor LCD czy nowoczesny telewizor. Teraz dowiemy się na czym opiera się zasada ich pracy.
Opiera się to na zwykłej polaryzacji światła. Jeśli pamiętasz szkolny kurs fizyki, to po prostu mówi, że niektóre substancje są w stanie przekazywać światło tylko o jednym spektrum. Dlatego dwa polaryzatory pod kątem 90 stopni mogą w ogóle nie przepuszczać światła. W przypadku, gdy pomiędzy nimi znajdzie się jakieś urządzenie, które może włączać światło, będziemy mogli regulować jasność świecenia i inne parametry. Ogólnie jest to najprostsza macierz.
Uproszczone rozmieszczenie matryc
Normalny wyświetlacz LCD zawsze będzie składał się z kilku stałych części:
- Lampy oświetleniowe.
- Odbłyśniki zapewniające równomierność powyższego oświetlenia.
- Polaryzatory.
- Podłoże szklane ze stykami przewodzącymi.
- Pewna ilość niesławnych ciekłych kryształów.
- Kolejny polaryzator i podłoże.
Każdy piksel takiej matrycy składa się z czerwonych, zielonych i niebieskich kropek, których połączenie pozwala uzyskać dowolny z dostępnych kolorów. Jeśli włączysz je wszystkie w tym samym czasie, wynik będzie biały. Swoją drogą, jaka jest rozdzielczość matrycy? Jest to liczba pikseli na nim (na przykład 1280x1024).
Co to są macierze?
Mówiąc prościej, są pasywne (proste) i aktywne. Pasywny - najprostszy w nichpiksele uruchamiają się sekwencyjnie, linia po linii. W związku z tym, próbując nawiązać produkcję wyświetlaczy o dużej przekątnej, okazało się, że konieczne jest nieproporcjonalne zwiększenie długości przewodników. W rezultacie nie tylko znacznie wzrosły koszty, ale także wzrosło napięcie, co doprowadziło do gwałtownego wzrostu liczby zakłóceń. Dlatego też matryce pasywne mogą być stosowane tylko przy produkcji niedrogich monitorów o małej przekątnej.
Aktywne odmiany monitorów, TFT, pozwalają kontrolować każdy (!) z milionów pikseli osobno. Faktem jest, że każdy piksel jest kontrolowany przez oddzielny tranzystor. Aby zapobiec przedwczesnej utracie ładunku ogniwa, dodaje się do niego oddzielny kondensator. Oczywiście dzięki takiemu schematowi udało się znacznie skrócić czas odpowiedzi każdego piksela.
Uzasadnienie matematyczne
W matematyce macierz to obiekt zapisany jako tabela, którego elementy znajdują się na przecięciu jej wierszy i kolumn. Należy zauważyć, że macierze są powszechnie stosowane w komputerach. Ten sam wyświetlacz można interpretować jako macierz. Ponieważ każdy piksel ma określone współrzędne. Tak więc każdy obraz tworzony na wyświetlaczu laptopa jest macierzą, której komórki zawierają kolory każdego piksela.
Każda wartość zajmuje dokładnie 1 bajt pamięci. Trochę? Niestety, nawet w tym przypadku tylko jedna klatka FullHD (1920 × 1080) zajmie kilka MB. Ile miejsca potrzebujesz na 90-minutowy film? Dlategoobraz jest skompresowany. W tym przypadku wyznacznik ma ogromne znaczenie.
Przy okazji, jaki jest wyznacznik macierzy? Jest to wielomian, który łączy elementy macierzy kwadratowej w taki sposób, że jego wartość jest zachowana poprzez transpozycję i liniowe kombinacje wierszy lub kolumn. W tym przypadku matryca jest rozumiana jako wyrażenie matematyczne opisujące układ pikseli, w którym zakodowane są ich kolory. Nazywa się to kwadratem, ponieważ liczba wierszy i kolumn w nim jest taka sama.
Dlaczego to takie ważne? Faktem jest, że w kodowaniu używana jest transformata Haara. Zasadniczo transformacja Haara polega na obracaniu punktów w taki sposób, aby można je było wygodnie i zwięźle zakodować. W efekcie uzyskuje się macierz ortogonalną, do dekodowania której wykorzystywany jest wyznacznik.
Teraz przyjrzymy się głównym typom matryc (już dowiedzieliśmy się, czym jest sama matryca).
TN+film
Jeden z najtańszych i najpopularniejszych obecnie modeli wyświetlaczy. Ma stosunkowo szybki czas reakcji, ale raczej słabą reprodukcję kolorów. Problem w tym, że kryształy w tej matrycy są tak usytuowane, że kąty widzenia są znikome. Aby zwalczyć to zjawisko, opracowano specjalną folię, która pozwala na nieco szersze kąty widzenia.
Kryształy w tej matrycy są ułożone w kolumnę, co przypomina żołnierzy na paradzie. Kryształy skręcone są w spiralę, dzięki czemu idealnie przylegają do siebie. Aby warstwy dobrze przylegały do podłoży, specjalnenacięcia.
Do każdego kryształu podłączona jest elektroda, która reguluje na nim napięcie. Jeśli nie ma napięcia, kryształy obracają się o 90 stopni, w wyniku czego światło swobodnie przez nie przechodzi. Okazuje się, że zwykły biały piksel matrycy. Co jest czerwone lub zielone? Jak to działa?
Zaraz po przyłożeniu napięcia spirala jest ściskana, a stopień ściśnięcia zależy bezpośrednio od natężenia prądu. Jeśli wartość jest maksymalna, wówczas kryształy na ogół przestają przepuszczać światło, co skutkuje czarnym tłem. Aby uzyskać szary kolor i jego odcienie, położenie kryształów w spirali jest dostosowywane tak, aby wpuszczały trochę światła.
Nawiasem mówiąc, domyślnie wszystkie kolory są zawsze aktywowane w tych macierzach, co daje biały piksel. Dlatego tak łatwo jest zidentyfikować spalony piksel, który na monitorze zawsze pojawia się jako jasna kropka. Biorąc pod uwagę, że matryce tego typu zawsze mają problemy z odwzorowaniem kolorów, bardzo trudno jest również uzyskać czarny wyświetlacz.
Aby jakoś zaradzić tej sytuacji, inżynierowie umieścili kryształy pod kątem 210°, co spowodowało poprawę jakości kolorów i czasu reakcji. Ale nawet w tym przypadku wystąpiły pewne nakładanie się: w przeciwieństwie do klasycznych matryc TN, wystąpił problem z odcieniami bieli, kolory okazały się wyprane. Tak narodziła się technologia DSTN. Jego istotą jest to, że wyświetlacz podzielony jest na dwie połówki, z których każdą sterujemy osobno. Jakość wyświetlania znacznie się poprawiła, alezwiększył wagę i koszt monitorów.
Oto właśnie matryca w laptopie typu TN+film.
S-IPS
Hitachi, wystarczająco cierpiąc z powodu niedociągnięć poprzedniej technologii, postanowił nie próbować już jej ulepszać, ale po prostu wymyślić coś radykalnie nowego. Co więcej, w 1971 roku Günter Baur odkrył, że kryształy można układać nie w formie skręconych kolumn, ale układać równolegle do siebie na szklanym podłożu. Oczywiście w tym przypadku dołączone są również elektrody nadawcze.
Jeśli na pierwszym filtrze polaryzacyjnym nie ma napięcia, światło przechodzi przez niego swobodnie, ale jest zatrzymywane na drugim podłożu, którego płaszczyzna polaryzacji jest zawsze pod kątem 90 stopni w stosunku do pierwszego. Z tego powodu nie tylko gwałtownie wzrasta szybkość reakcji monitora, ale także czarny kolor jest naprawdę czarny, a nie odmiana ciemnoszarego odcienia. Ponadto dużymi zaletami są rozszerzone kąty widzenia.
Wady technologii
Niestety, ale obrót kryształów, które są do siebie równoległe, zajmuje znacznie więcej czasu. I dlatego czas reakcji w starszych modelach osiągnął iście cyklopową wartość 35-25 ms! Czasami można było nawet zaobserwować pętlę z kursora i lepiej było zapomnieć o dynamicznych scenach w zabawkach i filmach.
Ponieważ elektrody znajdują się na tym samym podłożu, do obrócenia kryształów w żądanym kierunku wymagana jest znacznie większa moc. A zatem wszystkoMonitory IPS rzadko otrzymują Energy Star za ekonomię. Oczywiście oświetlanie podłoża wymaga również zastosowania mocniejszych lamp, a to nie poprawia sytuacji przy zwiększonym poborze prądu.
Produkcyjność takich matryc jest wysoka, dlatego do niedawna były one bardzo, bardzo drogie. Krótko mówiąc, ze wszystkimi zaletami i wadami, monitory te są świetne dla projektantów: ich jakość kolorów jest doskonała, a czas reakcji można w niektórych przypadkach poświęcić.
To właśnie jest panel IPS.
MVA/PVA
Ponieważ oba powyższe typy czujników mają wady praktycznie niemożliwe do wyeliminowania, firma Fujitsu opracowała nową technologię. W rzeczywistości MVA/PVA to zmodyfikowana wersja IPS. Główną różnicą są elektrody. Znajdują się na drugim podłożu w postaci osobliwych trójkątów. Takie rozwiązanie pozwala kryształom szybciej reagować na zmiany napięcia, a oddawanie barw staje się znacznie lepsze.
Kamera
A czym jest matryca w aparacie? W tym przypadku jest to nazwa kryształu przewodnika, który jest również znany jako urządzenie ze sprzężeniem ładunkowym (CCD). Im więcej komórek w matrycy aparatu, tym lepiej. Kiedy migawka aparatu się otwiera, strumień elektronów przechodzi przez matrycę: im ich więcej, tym silniejszy prąd. W związku z tym w ciemnych częściach nie powstaje prąd. Obszary matrycy wrażliwe na określone kolory, wwynik i utwórz pełny obraz.
Przy okazji, jaki jest rozmiar matrycy, jeśli mówimy o komputerach lub laptopach? To proste - tak nazywa się przekątna ekranu.
