Dnes je takmer nemožné nájsť človeka, ktorý by stále používal CRT monitor alebo starý CRT televízor. Táto technika bola rýchlo a úspešne nahradená modelmi LCD založenými na tekutých kryštáloch. Ale matice sú nemenej dôležité. Čo sú tekuté kryštály a matrice? To všetko sa dozviete z nášho článku.
Pozadie
Prvýkrát sa svet dozvedel o tekutých kryštáloch v roku 1888, keď známy botanik Friedrich Reinitzer objavil existenciu zvláštnych látok v rastlinách. Bol ohromený tým, že niektoré látky, ktoré majú spočiatku kryštalickú štruktúru, po zahriatí úplne zmenia svoje vlastnosti.
Pri teplote 178 stupňov Celzia sa teda látka najskôr zakalila a potom sa úplne zmenila na kvapalinu. Tým sa však objavy nekončili. Ukázalo sa, že zvláštna kvapalina sa elektromagneticky prejavuje ako kryštál. Vtedy sa objavil výraz „tekutý kryštál“.
Ako fungujú matice LCD
Na tom je založená matica. Čo je matica? tonejednoznačný termín. Jedným z jeho významov je displej notebooku, LCD monitor alebo moderná TV obrazovka. Teraz zistíme, na čom je založený princíp ich práce.
A je založená na obvyklej polarizácii svetla. Ak si pamätáte na školský kurz fyziky, potom hovorí len o tom, že niektoré látky sú schopné prenášať svetlo len jedného spektra. Preto dva polarizátory pod uhlom 90 stupňov nemusia vôbec prepúšťať svetlo. V prípade, že medzi nimi bude nejaké zariadenie, ktoré dokáže natočiť svetlo, budeme môcť nastaviť jas žiary a ďalšie parametre. Vo všeobecnosti ide o najjednoduchšiu maticu.
Zjednodušené maticové usporiadanie
Normálny LCD displej bude vždy pozostávať z niekoľkých stálych častí:
- Osvetľovacie lampy.
- Reflektory, ktoré zaisťujú rovnomernosť vyššie uvedeného osvetlenia.
- Polarizátory.
- Sklenený substrát s vodivými kontaktmi.
- Niektoré množstvo notoricky známych tekutých kryštálov.
- Ďalší polarizátor a substrát.
Každý pixel takejto matice je tvorený červenými, zelenými a modrými bodkami, ktorých kombinácia vám umožňuje získať ktorúkoľvek z dostupných farieb. Ak ich zapnete všetky naraz, výsledok je biely. Mimochodom, aké je rozlíšenie matice? Toto je počet pixelov (napríklad 1280 x 1024).
Čo sú matice?
Zjednodušene povedané, sú pasívne (jednoduché) a aktívne. Pasívne - najjednoduchšie v nichpixely sa spúšťajú postupne, riadok po riadku. Preto sa pri pokuse o zavedenie výroby displejov s veľkou uhlopriečkou ukázalo, že je potrebné neúmerne zväčšiť dĺžku vodičov. V dôsledku toho sa výrazne zvýšili nielen náklady, ale aj napätie, čo viedlo k prudkému nárastu počtu rušení. Preto je možné pasívne matice použiť len pri výrobe lacných monitorov s malou uhlopriečkou.
Aktívne druhy monitorov, TFT, vám umožňujú ovládať každý (!) z miliónov pixelov samostatne. Faktom je, že každý pixel je riadený samostatným tranzistorom. Aby článok predčasne nestratil náboj, je k nemu pridaný samostatný kondenzátor. Samozrejme, vďaka takejto schéme bolo možné výrazne skrátiť dobu odozvy každého pixelu.
Matematické odôvodnenie
V matematike je matica objekt napísaný ako tabuľka, ktorej prvky sú v priesečníku jej riadkov a stĺpcov. Je potrebné poznamenať, že matice sú vo všeobecnosti široko používané v počítačoch. Rovnaké zobrazenie možno interpretovať ako maticu. Pretože každý pixel má určité súradnice. Každý obrázok, ktorý sa vytvorí na displeji prenosného počítača, je teda maticou, ktorej bunky obsahujú farby každého pixelu.
Každá hodnota zaberá presne 1 bajt pamäte. Málo? Bohužiaľ, aj v tomto prípade vám len jeden FullHD snímok (1920 × 1080) zaberie pár MB. Koľko miesta potrebujete na 90-minútový film? Pretoobraz je komprimovaný. V tomto prípade je determinant veľmi dôležitý.
Mimochodom, čo je maticový determinant? Je to polynóm, ktorý kombinuje prvky štvorcovej matice takým spôsobom, že jej hodnota je zachovaná prostredníctvom transpozície a lineárnych kombinácií riadkov alebo stĺpcov. V tomto prípade sa matica chápe ako matematický výraz, ktorý popisuje usporiadanie pixelov, v ktorých sú zakódované ich farby. Nazýva sa štvorcový, pretože počet riadkov a stĺpcov v ňom je rovnaký.
Prečo je to také dôležité? Faktom je, že pri kódovaní sa používa Haarova transformácia. Haarova transformácia je v podstate o otáčaní bodov takým spôsobom, aby ich bolo možné pohodlne a kompaktne zakódovať. V dôsledku toho sa získa ortogonálna matica, na dekódovanie ktorej sa používa determinant.
Teraz sa pozrieme na hlavné typy matice (už sme zistili, čo je matica samotná).
TN+film
Jeden z najlacnejších a najbežnejších modelov displejov súčasnosti. Má pomerne rýchlu odozvu, no skôr slabú reprodukciu farieb. Problémom je, že kryštály v tejto matrici sú umiestnené tak, že pozorovacie uhly sú zanedbateľné. Na boj proti tomuto javu bol vyvinutý špeciálny film, ktorý umožňuje mierne širšie pozorovacie uhly.
Kryštály v tejto matrici sú usporiadané do stĺpca, čím pripomínajú vojakov na prehliadke. Kryštály sú stočené do špirály, vďaka čomu k sebe dokonale pevne priľnú. Aby vrstvy dobre priľnuli k podkladom, špeciálzárezy.
Na každý kryštál je pripojená elektróda, ktorá na ňom reguluje napätie. Ak nie je napätie, kryštály sa otáčajú o 90 stupňov, v dôsledku čoho cez ne voľne prechádza svetlo. Ukazuje sa obvyklý biely pixel matice. Čo je červená alebo zelená? Ako to funguje?
Akonáhle sa pripojí napätie, špirála sa stlačí a stupeň stlačenia priamo závisí od sily prúdu. Ak je hodnota maximálna, potom kryštály vo všeobecnosti prestanú prepúšťať svetlo, výsledkom čoho je čierne pozadie. Aby ste získali sivú farbu a jej odtiene, je poloha kryštálov v špirále upravená tak, aby prepúšťali trochu svetla.
Mimochodom, v predvolenom nastavení sú v týchto matriciach vždy aktivované všetky farby, výsledkom čoho je biely pixel. Preto je také ľahké identifikovať vypálený pixel, ktorý sa na monitore vždy zobrazí ako jasná bodka. Vzhľadom na to, že matrice tohto typu majú vždy problémy s reprodukciou farieb, je veľmi ťažké dosiahnuť aj čierne zobrazenie.
Na nápravu situácie inžinieri umiestnili kryštály pod uhlom 210°, čím sa zlepšila kvalita farieb a čas odozvy. Ale aj v tomto prípade došlo k určitým presahom: na rozdiel od klasických TN-matíc bol problém s odtieňmi bielej, farby sa ukázali ako vyblednuté. Takto sa zrodila technológia DSTN. Jeho podstatou je, že displej je rozdelený na dve polovice, pričom každá sa ovláda samostatne. Kvalita zobrazenia sa dramaticky zlepšila, alezvýšila hmotnosť a náklady na monitory.
Toto je matica v prenosnom počítači typu TN+film.
S-IPS
Hitachi, keďže už dosť trpelo nedostatkami predchádzajúcej technológie, rozhodlo sa, že sa už nebude snažiť vylepšovať, ale jednoducho vymyslí niečo radikálne nové. Okrem toho v roku 1971 Günter Baur zistil, že kryštály nie je možné umiestňovať vo forme skrútených stĺpikov, ale rovnobežne ich položiť na sklenený substrát. Samozrejme, v tomto prípade sú tam pripevnené aj vysielacie elektródy.
Ak na prvom polarizačnom filtri nie je napätie, svetlo ním voľne prechádza, ale zostáva na druhom substráte, ktorého rovina polarizácie je vždy v uhle 90 stupňov vzhľadom na prvý. Vďaka tomu sa nielen dramaticky zvyšuje rýchlosť odozvy monitora, ale čierna farba je skutočne čierna a nie variácia tmavosivého odtieňa. Okrem toho sú veľkou výhodou rozšírené pozorovacie uhly.
Technologické nedostatky
Bohužiaľ, ale rotácia kryštálov, ktoré sú navzájom rovnobežné, trvá oveľa viac času. A preto doba odozvy na starších modeloch dosahovala skutočne kyklopskú hodnotu, 35-25 ms! Niekedy bolo dokonca možné z kurzora pozorovať slučku a pre používateľov bolo lepšie zabudnúť na dynamické scény v hračkách a filmoch.
Keďže sú elektródy na rovnakom substráte, na otočenie kryštálov v požadovanom smere je potrebné oveľa viac energie. A preto všetkoMonitory IPS len zriedka získajú Energy Star za hospodárnosť. Osvetlenie substrátu si samozrejme vyžaduje aj použitie výkonnejších lámp a to nezlepšuje situáciu so zvýšenou spotrebou energie.
Vyrobiteľnosť takýchto matríc je vysoká, a preto boli až donedávna veľmi, veľmi drahé. Stručne povedané, so všetkými výhodami a nevýhodami sú tieto monitory skvelé pre dizajnérov: ich kvalita farieb je vynikajúca a čas odozvy môže byť v niektorých prípadoch obetovaný.
Toto je panel IPS.
MVA/PVA
Keďže oba vyššie uvedené typy senzorov majú nedostatky, ktoré je prakticky nemožné odstrániť, Fujitsu vyvinulo novú technológiu. V skutočnosti je MVA / PVA upravenou verziou IPS. Hlavným rozdielom sú elektródy. Sú umiestnené na druhom substráte vo forme zvláštnych trojuholníkov. Toto riešenie umožňuje kryštálom rýchlejšie reagovať na zmeny napätia a podanie farieb je oveľa lepšie.
Fotoaparát
A čo je matica vo fotoaparáte? V tomto prípade ide o názov kryštálu vodiča, ktorý je známy aj ako nábojovo viazané zariadenie (CCD). Čím viac buniek je v matrici kamery, tým je lepšia. Keď sa uzávierka fotoaparátu otvorí, cez matricu prechádza prúd elektrónov: čím viac ich je, tým silnejší je prúd. V tmavých častiach sa teda netvorí prúd. Oblasti matrice, ktoré sú citlivé na určité farby, vvýsledok a vytvorte úplný obrázok.
Mimochodom, aká je veľkosť matice, ak hovoríme o počítačoch alebo notebookoch? Je to jednoduché – toto je názov uhlopriečky obrazovky.
