Idag är det nästan omöjligt att hitta en person som fortfarande skulle använda en CRT-skärm eller en gammal CRT-TV. Denna teknik ersattes snabbt och framgångsrikt av LCD-modeller baserade på flytande kristaller. Men matriser är inte mindre viktiga. Vad är flytande kristaller och matriser? Du kommer att lära dig allt detta från vår artikel.
Backstory
För första gången lärde världen sig om flytande kristaller 1888, när den berömda botanikern Friedrich Reinitzer upptäckte förekomsten av konstiga ämnen i växter. Han var förvånad över att vissa ämnen, som till en början har en kristallin struktur, helt ändrar sina egenskaper när de värms upp.
Så, vid en temperatur på 178 grader Celsius, blev ämnet först grumligt och förvandlades sedan helt till en vätska. Men upptäckterna slutade inte där. Det visade sig att den märkliga vätskan elektromagnetiskt manifesterar sig som en kristall. Det var då som termen "flytande kristall" dök upp.
Hur LCD-matriser fungerar
Det här är vad matrisen är baserad på. Vad är en matris? Dettvetydig term. En av dess betydelser är en bärbar datorskärm, LCD-skärm eller modern TV-skärm. Nu ska vi ta reda på vad principen för deras arbete bygger på.
Och den är baserad på den vanliga polariseringen av ljus. Om du kommer ihåg skolans fysikkurs, så berättar den bara att vissa ämnen kan sända ljus av endast ett spektrum. Det är därför två polarisatorer i en vinkel på 90 grader kanske inte sänder ljus alls. Om det finns någon enhet mellan dem som kan vända ljuset, kommer vi att kunna justera ljusstyrkan på glöden och andra parametrar. I allmänhet är detta den enklaste matrisen.
Förenklat matrisarrangemang
En normal LCD-skärm kommer alltid att bestå av flera permanenta delar:
- Belysningslampor.
- Reflektorer som säkerställer enhetligheten hos ovanstående belysning.
- Polarisatorer.
- Glassubstrat med ledande kontakter.
- Någon mängd av de ökända flytande kristallerna.
- Ännu en polarisator och substrat.
Varje pixel i en sådan matris bildas av röda, gröna och blå prickar, vars kombination gör att du kan få någon av de tillgängliga färgerna. Slår du på dem alla samtidigt blir resultatet vitt. Förresten, vad är upplösningen på matrisen? Det här är antalet pixlar på den (till exempel 1280x1024).
Vad är matriser?
För att uttrycka det enkelt, de är passiva (enkla) och aktiva. Passiv - den enklaste, i dempixlar avfyras sekventiellt, rad för rad. Följaktligen, när man försökte etablera produktionen av displayer med en stor diagonal, visade det sig att det var nödvändigt att oproportionerligt öka ledarnas längd. Som ett resultat ökade inte bara kostnaden avsevärt, utan spänningen ökade också, vilket ledde till en kraftig ökning av antalet störningar. Därför kan passiva matriser endast användas vid produktion av billiga monitorer med en liten diagonal.
Aktiva varianter av bildskärmar, TFT, låter dig kontrollera varje (!) av miljontals pixlar separat. Faktum är att varje pixel styrs av en separat transistor. För att förhindra att cellen tappar laddning i förtid läggs en separat kondensator till den. Naturligtvis, tack vare ett sådant schema, var det möjligt att avsevärt minska svarstiden för varje pixel.
Matematisk motivering
I matematik är en matris ett objekt skrivet som en tabell, vars element är i skärningspunkten mellan dess rader och kolumner. Det bör noteras att matriser i allmänhet används i stor utsträckning i datorer. Samma display kan tolkas som en matris. Eftersom varje pixel har vissa koordinater. Sålunda är varje bild som bildas på den bärbara datorns skärm en matris, vars celler innehåller färgerna för varje pixel.
Varje värde tar upp exakt 1 byte minne. Lite? Tyvärr, även i det här fallet tar bara en FullHD-bildruta (1920 × 1080) ett par MB. Hur mycket utrymme behöver du för en 90 minuters film? Det är därförbilden är komprimerad. I det här fallet är determinanten av stor betydelse.
Förresten, vad är matrisdeterminanten? Det är ett polynom som kombinerar elementen i en kvadratisk matris på ett sådant sätt att dess värde bevaras genom transponering och linjära kombinationer av rader eller kolumner. I det här fallet förstås en matris som ett matematiskt uttryck som beskriver arrangemanget av pixlar där deras färger är kodade. Det kallas kvadrat eftersom antalet rader och kolumner i det är detsamma.
Varför är detta så viktigt? Faktum är att Haar-transformen används i kodning. I huvudsak handlar Haar-transformen om att rotera punkter på ett sådant sätt att de enkelt och kompakt kan kodas. Som ett resultat erhålls en ortogonal matris, för vars avkodning determinanten används.
Nu ska vi titta på huvudtyperna av matrisen (vi har redan tagit reda på vad själva matrisen är).
TN+film
En av de billigaste och vanligaste displaymodellerna idag. Den har en relativt snabb svarstid, men ganska dålig färgåtergivning. Problemet är att kristallerna i denna matris är placerade så att betraktningsvinklarna är försumbara. För att bekämpa detta fenomen har en speciell film tagits fram som möjliggör lite bredare betraktningsvinklar.
Kristallerna i denna matris är ordnade i en kolumn och liknar alltså soldater på parad. Kristallerna vrids till en spiral, tack vare vilken de klamrar sig perfekt fast vid varandra. För att skikten ska fästa bra på underlagen, specialhack.
En elektrod är ansluten till varje kristall, som reglerar spänningen på den. Om det inte finns någon spänning, roterar kristallerna 90 grader, vilket leder till att ljus passerar fritt genom dem. Det visar sig den vanliga vita pixeln i matrisen. Vad är rött eller grönt? Hur fungerar det?
Så snart spänningen läggs på komprimeras spiralen, och kompressionsgraden beror direkt på strömstyrkan. Om värdet är maxim alt slutar kristallerna i allmänhet att sända ljus, vilket resulterar i en svart bakgrund. För att få fram den grå färgen och dess nyanser justeras kristallernas placering i spiralen så att de släpper in lite ljus.
Förresten, som standard är alla färger alltid aktiverade i dessa matriser, vilket resulterar i en vit pixel. Det är därför det är så lätt att identifiera en bränd pixel, som alltid visas som en ljus prick på skärmen. Med tanke på att matriser av den här typen alltid har problem med färgåtergivningen är det mycket svårt att få svart skärm också.
För att på något sätt åtgärda situationen placerade ingenjörerna kristallerna i en vinkel på 210°, vilket resulterade i förbättrad färgkvalitet och svarstid. Men även i det här fallet fanns det några överlappningar: till skillnad från de klassiska TN-matriserna var det problem med nyanser av vitt, färgerna visade sig vara tvättade. Så här föddes DSTN-tekniken. Dess kärna är att displayen är uppdelad i två halvor, som var och en styrs separat. Skärmkvaliteten har förbättrats dramatiskt, menökade vikten och kostnaden för bildskärmar.
Det här är vad en matris är i en bärbar dator av TN+filmtyp.
S-IPS
Hitachi, efter att ha lidit tillräckligt av bristerna med den tidigare tekniken, bestämde sig för att inte försöka förbättra den längre, utan helt enkelt uppfinna något radik alt nytt. Dessutom upptäckte Günter Baur 1971 att kristaller inte kan placeras i form av vridna kolonner, utan läggas parallellt med varandra på ett glassubstrat. Naturligtvis, i det här fallet är sändningselektroderna också fästa där.
Om det inte finns någon spänning på det första polariserande filtret, passerar ljus fritt genom det, men hålls kvar på det andra substratet, vars polarisationsplan alltid är i en vinkel på 90 grader i förhållande till det första. På grund av detta ökar inte bara bildskärmens svarshastighet dramatiskt, utan den svarta färgen är verkligen svart och inte en variant av en mörkgrå nyans. Dessutom är de utökade betraktningsvinklarna en stor fördel.
Flaws of technology
Ack, men rotationen av kristallerna, som är parallella med varandra, tar mycket mer tid. Och därför nådde svarstiden på äldre modeller ett verkligt cyklopiskt värde, 35-25 ms! Ibland var det till och med möjligt att observera en slinga från markören, och det var bättre för användare att glömma dynamiska scener i leksaker och filmer.
Eftersom elektroderna är på samma substrat krävs mycket mer kraft för att vrida kristallerna i önskad riktning. Och därför alltIPS-skärmar tjänar sällan en Energy Star för ekonomin. För att belysa underlaget krävs förstås också användning av kraftfullare lampor, och detta förbättrar inte situationen med ökad strömförbrukning.
Tillverkbarheten av sådana matriser är hög, och därför var de tills nyligen väldigt, väldigt dyra. Kort sagt, med alla fördelar och nackdelar är dessa bildskärmar fantastiska för designers: deras färgkvalitet är utmärkt och svarstiden kan offras i vissa fall.
Det här är vad en IPS-panel är.
MVA/PVA
Eftersom båda ovanstående typer av sensorer har brister som är praktiskt taget omöjliga att eliminera, har Fujitsu utvecklat en ny teknik. Faktum är att MVA / PVA är en modifierad version av IPS. Den största skillnaden är elektroderna. De är belägna på det andra substratet i form av märkliga trianglar. Denna lösning låter kristaller reagera snabbare på spänningsförändringar och färgåtergivningen blir mycket bättre.
Camera
Och vad är en matris i en kamera? I det här fallet är detta namnet på ledarkristallen, som också är känd som en laddningskopplad enhet (CCD). Ju fler celler i kameramatrisen, desto bättre är den. När kameraslutaren öppnas passerar en ström av elektroner genom matrisen: ju fler det finns, desto starkare blir strömmen. Följaktligen bildas ingen ström i de mörka delarna. Områden i matrisen som är känsliga för vissa färger, iresultat och bildar en komplett bild.
Förresten, hur stor är matrisen om vi pratar om datorer eller bärbara datorer? Det är enkelt - det här är namnet på skärmens diagonal.
