Šodien ir gandrīz neiespējami atrast cilvēku, kurš joprojām lietotu CRT monitoru vai vecu CRT televizoru. Šo metodi ātri un veiksmīgi aizstāja LCD modeļi, kuru pamatā ir šķidrie kristāli. Taču ne mazāk svarīgas ir arī matricas. Kas ir šķidrie kristāli un matricas? To visu uzzināsiet no mūsu raksta.
Pamatstāsts
Pirmo reizi pasaule par šķidrajiem kristāliem uzzināja 1888. gadā, kad slavenais botāniķis Frīdrihs Reinicers atklāja dīvainu vielu esamību augos. Viņš bija pārsteigts, ka dažas vielas, kurām sākotnēji ir kristāliska struktūra, karsējot pilnībā maina savas īpašības.
Tātad 178 grādu pēc Celsija temperatūrā viela vispirms kļuva duļķaina un pēc tam pilnībā pārvērtās šķidrumā. Bet atklājumi ar to nebeidzās. Izrādījās, ka dīvainais šķidrums elektromagnētiski izpaužas kā kristāls. Toreiz parādījās termins "šķidrie kristāli".
Kā darbojas LCD matricas
Tas ir matricas pamatā. Kas ir matrica? toneskaidrs termins. Viena no tā nozīmēm ir klēpjdatora displejs, LCD monitors vai moderns TV ekrāns. Tagad uzzināsim, uz kā balstās viņu darba princips.
Un tas ir balstīts uz parasto gaismas polarizāciju. Ja atceraties skolas fizikas kursu, tad tas tikai stāsta, ka dažas vielas spēj pārraidīt tikai viena spektra gaismu. Tāpēc divi polarizatori, kas atrodas 90 grādu leņķī, var vispār nepārraidīt gaismu. Gadījumā, ja starp tām ir kāda ierīce, kas var pagriezt gaismu, varēsim regulēt mirdzuma spilgtumu un citus parametrus. Kopumā šī ir visvienkāršākā matrica.
Vienkāršota matricas izkārtojums
Parasts LCD displejs vienmēr sastāvēs no vairākām pastāvīgām daļām:
- Apgaismojuma lampas.
- Atstarotāji, kas nodrošina iepriekšminētā apgaismojuma vienmērīgumu.
- Polarizatori.
- Stikla pamatne ar vadošiem kontaktiem.
- Neliels daudzums bēdīgi slaveno šķidro kristālu.
- Cits polarizators un substrāts.
Katrs šādas matricas pikselis ir veidots no sarkaniem, zaļiem un ziliem punktiem, kuru kombinācija ļauj iegūt jebkuru no pieejamajām krāsām. Ja tos visus ieslēdzat vienlaikus, rezultāts ir b alts. Starp citu, kāda ir matricas izšķirtspēja? Šis ir pikseļu skaits uz tā (piemēram, 1280 x 1024).
Kas ir matricas?
Vienkārši sakot, tie ir pasīvi (vienkārši) un aktīvi. Pasīvs - visvienkāršākais, tajospikseļi tiek aktivizēti secīgi, rindu pēc rindas. Attiecīgi, mēģinot izveidot displeju ražošanu ar lielu diagonāli, izrādījās, ka ir nepieciešams nesamērīgi palielināt vadītāju garumu. Rezultātā ne tikai ievērojami pieauga izmaksas, bet arī pieauga spriegums, kas izraisīja strauju traucējumu skaita pieaugumu. Tāpēc pasīvās matricas var izmantot tikai tādu lētu monitoru ražošanā, kuriem ir maza diagonāle.
Aktīvās monitoru šķirnes, TFT, ļauj kontrolēt katru (!) no miljoniem pikseļu atsevišķi. Fakts ir tāds, ka katru pikseli kontrolē atsevišķs tranzistors. Lai šūna priekšlaicīgi nezaudētu lādiņu, tai tiek pievienots atsevišķs kondensators. Protams, pateicoties šādai shēmai, bija iespējams būtiski samazināt katra pikseļa reakcijas laiku.
Matemātiskais pamatojums
Matemātikā matrica ir objekts, kas uzrakstīts kā tabula, kuras elementi atrodas tās rindu un kolonnu krustpunktā. Jāņem vērā, ka matricas parasti plaši izmanto datoros. To pašu displeju var interpretēt kā matricu. Tā kā katram pikselim ir noteiktas koordinātas. Tādējādi jebkurš attēls, kas tiek veidots klēpjdatora displejā, ir matrica, kuras šūnās ir katra pikseļa krāsas.
Katra vērtība aizņem tieši 1 baitu atmiņas. Mazliet? Diemžēl pat šajā gadījumā tikai viens FullHD kadrs (1920 × 1080) aizņems pāris MB. Cik daudz vietas nepieciešams 90 minūšu filmai? Tāpēcattēls ir saspiests. Šajā gadījumā noteicošajam faktoram ir liela nozīme.
Starp citu, kas ir matricas determinants? Tas ir polinoms, kas apvieno kvadrātveida matricas elementus tādā veidā, ka tā vērtība tiek saglabāta, izmantojot transponēšanu un rindu vai kolonnu lineāras kombinācijas. Šajā gadījumā matrica tiek saprasta kā matemātiska izteiksme, kas apraksta pikseļu izvietojumu, kurā ir kodētas to krāsas. To sauc par kvadrātu, jo tajā esošo rindu un kolonnu skaits ir vienāds.
Kāpēc tas ir tik svarīgi? Fakts ir tāds, ka kodēšanā tiek izmantota Hāra transformācija. Būtībā Haar transformācija ir par punktu rotāciju tā, lai tos varētu ērti un kompakti kodēt. Rezultātā tiek iegūta ortogonāla matrica, kuras dekodēšanai tiek izmantots determinants.
Tagad apskatīsim galvenos matricas veidus (mēs jau esam noskaidrojuši, kas ir pati matrica).
TN+filma
Viens no mūsdienās lētākajiem un visizplatītākajiem displeja modeļiem. Tam ir salīdzinoši ātrs reakcijas laiks, bet diezgan vāja krāsu atveide. Problēma ir tāda, ka kristāli šajā matricā atrodas tā, ka skata leņķi ir niecīgi. Lai cīnītos pret šo parādību, ir izstrādāta īpaša filma, kas ļauj iegūt nedaudz plašākus skata leņķus.
Šajā matricā esošie kristāli ir sakārtoti kolonnā, tādējādi atgādinot karavīrus parādē. Kristāli ir savīti spirālē, pateicoties kam tie perfekti cieši piekļaujas viens otram. Lai slāņi labi pieliptu pie pamatnēm, speciālārobi.
Katram kristālam ir pievienots elektrods, kas regulē spriegumu uz tā. Ja nav sprieguma, tad kristāli griežas par 90 grādiem, kā rezultātā gaisma brīvi iet caur tiem. Izrādās parastais matricas b altais pikselis. Kas ir sarkans vai zaļš? Kā tas darbojas?
Tiklīdz tiek pielikts spriegums, spirāle tiek saspiesta, un saspiešanas pakāpe ir tieši atkarīga no strāvas stipruma. Ja vērtība ir maksimālā, kristāli parasti pārstāj pārraidīt gaismu, kā rezultātā veidojas melns fons. Lai iegūtu pelēko krāsu un tās nokrāsas, kristālu novietojums spirālē tiek noregulēts tā, lai tie ielaistu nedaudz gaismas.
Starp citu, pēc noklusējuma šajās matricās vienmēr tiek aktivizētas visas krāsas, kā rezultātā tiek iegūts b alts pikselis. Tāpēc ir tik viegli identificēt sadegušo pikseļu, kas vienmēr parādās kā spilgts punkts monitorā. Ņemot vērā, ka šāda veida matricām vienmēr ir problēmas ar krāsu atveidi, ir ļoti grūti panākt arī melnu displeju.
Lai kaut kā labotu situāciju, inženieri novietoja kristālus 210° leņķī, kā rezultātā uzlabojās krāsu kvalitāte un reakcijas laiks. Bet pat šajā gadījumā bija dažas pārklāšanās: atšķirībā no klasiskajām TN matricām bija problēma ar b altajiem toņiem, krāsas izrādījās izskalotas. Tā radās DSTN tehnoloģija. Tās būtība ir tāda, ka displejs ir sadalīts divās daļās, no kurām katra tiek vadīta atsevišķi. Displeja kvalitāte ir dramatiski uzlabojusies, betpalielināja monitoru svaru un izmaksas.
Šī ir matrica TN+film tipa klēpjdatorā.
S-IPS
Hitachi, pietiekami cietis no iepriekšējās tehnoloģijas trūkumiem, nolēma vairs nemēģināt to uzlabot, bet vienkārši izgudrot kaut ko radikāli jaunu. Turklāt 1971. gadā Ginters Baurs atklāja, ka kristālus var novietot nevis savītu kolonnu veidā, bet gan likt paralēli vienu otram uz stikla pamatnes. Protams, šajā gadījumā tur ir piestiprināti arī raidošie elektrodi.
Ja uz pirmā polarizējošā filtra nav sprieguma, gaisma brīvi iet caur to, bet saglabājas uz otrā substrāta, kura polarizācijas plakne vienmēr ir 90 grādu leņķī attiecībā pret pirmo. Pateicoties tam, ne tikai dramatiski palielinās monitora reakcijas ātrums, bet arī melnā krāsa ir patiešām melna, nevis tumši pelēka nokrāsa. Turklāt paplašinātie skata leņķi ir liela priekšrocība.
Tehnoloģijas trūkumi
Diemžēl, bet kristālu, kas ir paralēli viens otram, rotācija aizņem daudz vairāk laika. Un tāpēc vecāku modeļu reakcijas laiks sasniedza patiesi ciklopisku vērtību, 35-25 ms! Dažreiz no kursora pat bija iespējams novērot cilpu, un lietotājiem bija labāk aizmirst par dinamiskām ainām rotaļlietās un filmās.
Tā kā elektrodi atrodas uz viena un tā paša substrāta, ir nepieciešams daudz vairāk jaudas, lai pagrieztu kristālus vajadzīgajā virzienā. Un tāpēc vissIPS monitori reti nopelna Energy Star ekonomijas dēļ. Protams, lai apgaismotu pamatni, ir jāizmanto arī jaudīgākas lampas, un tas neuzlabo situāciju ar palielinātu enerģijas patēriņu.
Šādu matricu izgatavojamība ir augsta, un tāpēc vēl nesen tās bija ļoti, ļoti dārgas. Īsāk sakot, šie monitori ar visām priekšrocībām un trūkumiem ir lieliski piemēroti dizaineriem: to krāsu kvalitāte ir lieliska, un dažos gadījumos var tikt upurēts reakcijas laiks.
Tas ir IPS panelis.
MVA/PVA
Tā kā abiem iepriekšminētajiem sensoru veidiem ir trūkumi, kurus praktiski nav iespējams novērst, Fujitsu ir izstrādājis jaunu tehnoloģiju. Faktiski MVA / PVA ir modificēta IPS versija. Galvenā atšķirība ir elektrodi. Tie atrodas uz otrā substrāta savdabīgu trīsstūru veidā. Šis risinājums ļauj kristāliem ātrāk reaģēt uz sprieguma izmaiņām, un krāsu atveide kļūst daudz labāka.
Kamera
Un kas ir matrica kamerā? Šajā gadījumā tas ir vadītāja kristāla nosaukums, ko sauc arī par uzlādes savienojumu ierīci (CCD). Jo vairāk šūnu kameras matricā, jo labāk tā ir. Kad kameras aizvars atveras, elektronu plūsma iet cauri matricai: jo vairāk to ir, jo spēcīgāka ir strāva. Attiecīgi tumšajās daļās strāva neveidojas. Matricas apgabali, kas ir jutīgi pret noteiktām krāsām, inrezultāts un izveidot pilnīgu attēlu.
Starp citu, kāds ir matricas izmērs, ja runājam par datoriem vai klēpjdatoriem? Tas ir vienkārši - šāds ir ekrāna diagonāles nosaukums.
