Днес е почти невъзможно да се намери човек, който все още би използвал CRT монитор или стар CRT телевизор. Тази техника беше бързо и успешно заменена от LCD модели, базирани на течни кристали. Но матриците са не по-малко важни. Какво представляват течните кристали и матриците? Всичко това ще научите от нашата статия.
Предишна история
За първи път светът научава за течните кристали през 1888 г., когато известният ботаник Фридрих Райницер открива съществуването на странни вещества в растенията. Той беше изумен, че някои вещества, които първоначално имат кристална структура, напълно променят свойствата си при нагряване.
И така, при температура от 178 градуса по Целзий, веществото първо стана мътна, а след това напълно се превърна в течност. Но откритията не свършиха дотук. Оказа се, че странната течност електромагнитно се проявява като кристал. Тогава се появи терминът "течен кристал".
Как работят LCD матриците
На това се основава матрицата. Какво е матрица? тодвусмислен термин. Едно от значенията му е дисплей на лаптоп, LCD монитор или модерен телевизионен екран. Сега ще разберем на какво се основава принципът на тяхната работа.
И се основава на обичайната поляризация на светлината. Ако си спомняте училищния курс по физика, тогава той просто казва, че някои вещества са способни да предават светлина само от един спектър. Ето защо два поляризатора под ъгъл от 90 градуса може изобщо да не пропускат светлина. В случай, че между тях има някакво устройство, което може да върти светлината, ще можем да регулираме яркостта на сиянието и други параметри. Като цяло, това е най-простата матрица.
Опростена матрична подредба
Обикновеният LCD дисплей винаги ще се състои от няколко постоянни части:
- Лампи за осветление.
- Отражатели, които осигуряват еднаквост на горното осветление.
- Поляризатори.
- Стъклен субстрат с проводими контакти.
- Някое количество от прословутите течни кристали.
- Друг поляризатор и субстрат.
Всеки пиксел от такава матрица се формира от червени, зелени и сини точки, комбинацията от които ви позволява да получите всеки от наличните цветове. Ако ги включите всички едновременно, резултатът е бял. Между другото, каква е разделителната способност на матрицата? Това е броят на пикселите върху него (1280x1024, например).
Какво представляват матриците?
С прости думи, те са пасивни (прости) и активни. Пасивни - най-простите, в тяхпикселите се задействат последователно, ред по ред. Съответно, при опит да се установи производството на дисплеи с голям диагонал, се оказа, че е необходимо непропорционално да се увеличи дължината на проводниците. В резултат на това не само цената се увеличи значително, но и напрежението се увеличи, което доведе до рязко увеличаване на броя на смущенията. Следователно пасивните матрици могат да се използват само при производството на евтини монитори с малък диагонал.
Активните разновидности на монитори, TFT, ви позволяват да контролирате всеки (!) от милионите пиксели поотделно. Факт е, че всеки пиксел се управлява от отделен транзистор. За да се предотврати преждевременната загуба на заряд на клетката, към нея се добавя отделен кондензатор. Разбира се, благодарение на такава схема беше възможно значително да се намали времето за реакция на всеки пиксел.
Математическа обосновка
В математиката матрицата е обект, написан като таблица, чиито елементи са в пресечната точка на нейните редове и колони. Трябва да се отбележи, че матриците обикновено се използват широко в компютрите. Същият дисплей може да се интерпретира като матрица. Тъй като всеки пиксел има определени координати. По този начин всяко изображение, което се формира на дисплея на лаптопа, е матрица, клетките на която съдържат цветовете на всеки пиксел.
Всяка стойност заема точно 1 байт памет. Малко? Уви, дори в този случай само един FullHD кадър (1920 × 1080) ще отнеме няколко MB. Колко място ви трябва за 90-минутен филм? Ето защоизображението е компресирано. В този случай детерминантата е от голямо значение.
Между другото, какъв е матричният детерминант? Това е полином, който комбинира елементите на квадратна матрица по такъв начин, че стойността му се запазва чрез транспониране и линейни комбинации от редове или колони. В този случай матрицата се разбира като математически израз, който описва подреждането на пикселите, в които са кодирани техните цветове. Нарича се квадрат, защото броят на редовете и колоните в него е един и същ.
Защо това е толкова важно? Факт е, че трансформацията на Хаар се използва в кодирането. По същество трансформацията на Хаар е свързана с въртене на точки по такъв начин, че да могат да бъдат удобно и компактно кодирани. В резултат на това се получава ортогонална матрица, за чието декодиране се използва детерминанта.
Сега ще разгледаме основните типове на матрицата (вече разбрахме какво представлява самата матрица).
TN+film
Един от най-евтините и разпространени модели на дисплея днес. Има сравнително бързо време за реакция, но доста лошо възпроизвеждане на цветовете. Проблемът е, че кристалите в тази матрица са разположени така, че ъглите на видимост са незначителни. За борба с това явление е разработен специален филм, който позволява малко по-широки ъгли на видимост.
Кристалите в тази матрица са подредени в колона, като по този начин наподобяват войници на парад. Кристалите са усукани в спирала, благодарение на което се прилепват идеално плътно един към друг. За да могат слоевете да прилепнат добре към субстратите, специалнипрорези.
Електрод е свързан към всеки кристал, който регулира напрежението върху него. Ако няма напрежение, тогава кристалите се въртят на 90 градуса, в резултат на което светлината преминава свободно през тях. Оказва се обичайният бял пиксел на матрицата. Какво е червено или зелено? Как работи?
Веднага след като се приложи напрежението, спиралата се компресира и степента на компресия директно зависи от силата на тока. Ако стойността е максимална, тогава кристалите обикновено престават да предават светлина, което води до черен фон. За да получите сивия цвят и неговите нюанси, позицията на кристалите в спиралата се регулира така, че да пропускат малко светлина.
Между другото, по подразбиране всички цветове винаги са активирани в тези матрици, което води до бял пиксел. Ето защо е толкова лесно да се идентифицира изгорял пиксел, който винаги се появява като ярка точка на монитора. Като се има предвид, че матриците от този тип винаги имат проблеми с възпроизвеждането на цветовете, е много трудно да се постигне и черен дисплей.
За да коригират по някакъв начин ситуацията, инженерите поставиха кристалите под ъгъл от 210°, което доведе до подобрено качество на цвета и време за реакция. Но дори и в този случай имаше някои припокривания: за разлика от класическите TN-матрици, имаше проблем с нюансите на бялото, цветовете се оказаха измити. Така се роди DSTN технологията. Същността му е, че дисплеят е разделен на две половини, всяка от които се управлява отделно. Качеството на дисплея се е подобрило драстично, ноувеличи теглото и цената на мониторите.
Ето какво представлява матрицата в лаптоп тип TN+film.
S-IPS
Hitachi, след като страда достатъчно от недостатъците на предишната технология, реши да не се опитва повече да я подобрява, а просто да изобрети нещо радикално ново. Освен това през 1971 г. Гюнтер Баур открива, че кристалите могат да се поставят не под формата на усукани колони, а успоредно един на друг върху стъклен субстрат. Разбира се, в този случай предавателните електроди също са прикрепени там.
Ако на първия поляризационен филтър няма напрежение, светлината преминава свободно през него, но се задържа върху втория субстрат, чиято равнина на поляризация винаги е под ъгъл от 90 градуса спрямо първия. Поради това не само скоростта на реакция на монитора се увеличава драстично, но черният цвят е наистина черен, а не вариант на тъмносив нюанс. В допълнение, разширените ъгли на видимост са голямо предимство.
Недостатъци на технологията
Уви, но въртенето на кристалите, които са успоредни един на друг, отнема много повече време. И следователно времето за реакция при по-старите модели достигна наистина циклопска стойност, 35-25 ms! Понякога дори беше възможно да се наблюдава цикъл от курсора и беше по-добре потребителите да забравят за динамичните сцени в играчките и филмите.
Тъй като електродите са на една и съща основа, е необходима много повече мощност за завъртане на кристалите в желаната посока. И следователно всичкоIPS мониторите рядко печелят Energy Star за икономия. Разбира се, за осветяване на субстрата е необходимо и използването на по-мощни лампи, а това не подобрява ситуацията с повишена консумация на енергия.
Производимостта на такива матрици е висока и затова доскоро те бяха много, много скъпи. Накратко, с всички предимства и недостатъци, тези монитори са чудесни за дизайнери: тяхното качество на цветовете е отлично, а времето за реакция може да бъде пожертвано в някои случаи.
Ето какво представлява IPS панелът.
MVA/PVA
Тъй като и двата горепосочени типа сензори имат недостатъци, които са практически невъзможни за отстраняване, Fujitsu разработи нова технология. Всъщност MVA / PVA е модифицирана версия на IPS. Основната разлика са електродите. Те са разположени върху втория субстрат под формата на своеобразни триъгълници. Това решение позволява на кристалите да реагират по-бързо на промените в напрежението и цветопредаване става много по-добро.
Камера
А какво е матрица в камерата? В този случай това е името на проводящия кристал, който е известен още като устройство със зареждане (CCD). Колкото повече клетки са в матрицата на камерата, толкова по-добре е тя. Когато затворът на камерата се отвори, поток от електрони преминава през матрицата: колкото повече има, толкова по-силен е токът, който възниква. Съответно не се образува ток в тъмните части. Области на матрицата, които са чувствителни към определени цветове, врезултат и образуване на пълно изображение.
Между другото, какъв е размерът на матрицата, ако говорим за компютри или лаптопи? Просто е - това е името на диагонала на екрана.
