Tänään on lähes mahdotonta löytää henkilöä, joka käyttäisi edelleen CRT-näyttöä tai vanhaa CRT-televisiota. Tämä tekniikka korvattiin nopeasti ja menestyksekkäästi nestekidepohjaisilla LCD-malleilla. Mutta matriisit eivät ole vähemmän tärkeitä. Mitä ovat nestekiteet ja matriisit? Opit kaiken tämän artikkelistamme.
Taustatarina
Ensimmäistä kertaa maailma sai tietää nestekiteistä vuonna 1888, kun kuuluisa kasvitieteilijä Friedrich Reinitzer löysi outoja aineita kasveista. Hän oli hämmästynyt siitä, että jotkin aineet, joilla on alun perin kiteinen rakenne, muuttavat ominaisuuksiaan täysin kuumennettaessa.
Joten 178 celsiusasteen lämpötilassa aine ensin sameni ja muuttui sitten kokonaan nesteeksi. Mutta löydöt eivät päättyneet tähän. Kävi ilmi, että outo neste ilmenee sähkömagneettisesti kiteenä. Silloin ilmestyi termi "nestekide".
Kuinka LCD-matriisit toimivat
Tähän matriisi perustuu. Mikä on matriisi? seepäselvä termi. Yksi sen merkityksistä on kannettavan tietokoneen näyttö, LCD-näyttö tai moderni TV-näyttö. Nyt saamme selville, mihin heidän työnsä periaate perustuu.
Ja se perustuu tavalliseen valon polarisaatioon. Jos muistat koulun fysiikan kurssin, niin se kertoo vain, että jotkut aineet pystyvät välittämään vain yhden spektrin valoa. Tästä syystä kaksi 90 asteen kulmassa olevaa polarisaattoria ei välttämättä läpäise valoa ollenkaan. Siinä tapauksessa, että niiden välillä on jokin laite, joka voi kääntää valoa, voimme säätää hehkun kirkkautta ja muita parametreja. Yleensä tämä on yksinkertaisin matriisi.
Yksinkertaistettu matriisijärjestely
Normaali LCD-näyttö koostuu aina useista pysyvistä osista:
- Valaistuslamput.
- Heijastimet, jotka varmistavat yllä olevan valaistuksen tasaisuuden.
- Polarisaattorit.
- Lasisubstraatti johtavilla koskettimilla.
- Jonkin verran pahamaineisia nestekiteitä.
- Toinen polarisaattori ja substraatti.
Jokainen tällaisen matriisin pikseli muodostuu punaisista, vihreistä ja sinisistä pisteistä, joiden yhdistelmän avulla voit saada minkä tahansa saatavilla olevista väreistä. Jos kytket ne kaikki päälle samanaikaisesti, tulos on valkoinen. Muuten, mikä on matriisin resoluutio? Tämä on sen pikselien määrä (esimerkiksi 1280x1024).
Mitä matriisit ovat?
Yksinkertaisesti sanottuna ne ovat passiivisia (yksinkertaisia) ja aktiivisia. Passiivinen - yksinkertaisin niissäpikselit välähtävät peräkkäin, rivi riviltä. Näin ollen, kun yritettiin luoda suuren diagonaalin näyttöjä, kävi ilmi, että johtimien pituutta oli tarpeen lisätä suhteettomasti. Tämän seurauksena kustannukset eivät vain nousseet merkittävästi, vaan myös jännite kasvoi, mikä johti häiriöiden määrän jyrkkään kasvuun. Siksi passiivisia matriiseja voidaan käyttää vain sellaisten halpojen näyttöjen valmistuksessa, joissa on pieni diagonaali.
Aktiiviset näytöt, TFT, antavat sinun hallita jokaista (!) miljoonista pikseleistä erikseen. Tosiasia on, että jokaista pikseliä ohjaa erillinen transistori. Jotta kenno ei menetä varausta ennenaikaisesti, siihen lisätään erillinen kondensaattori. Tietysti tällaisen järjestelmän ansiosta jokaisen pikselin vasteaikaa oli mahdollista lyhentää merkittävästi.
Matemaattinen perustelu
Matriisi on matematiikassa taulukkona kirjoitettu objekti, jonka elementit ovat sen rivien ja sarakkeiden leikkauskohdassa. On huomattava, että matriiseja käytetään yleisesti tietokoneissa. Sama näyttö voidaan tulkita matriisiksi. Koska jokaisella pikselillä on tietyt koordinaatit. Siten mikä tahansa kannettavan tietokoneen näytölle muodostuva kuva on matriisi, jonka solut sisältävät kunkin pikselin värit.
Jokainen arvo vie tasan 1 tavun muistia. Vähän? Valitettavasti tässäkin tapauksessa vain yksi FullHD-kehys (1920 × 1080) vie muutaman megatavun. Kuinka paljon tilaa tarvitset 90 minuutin elokuvaan? Siksikuva on pakattu. Tässä tapauksessa determinantilla on suuri merkitys.
Mikä on muuten matriisin determinantti? Se on polynomi, joka yhdistää neliömatriisin elementit siten, että sen arvo säilyy transponoinnin ja rivien tai sarakkeiden lineaaristen yhdistelmien kautta. Tässä tapauksessa matriisi ymmärretään matemaattiseksi lausekkeeksi, joka kuvaa pikselien järjestelyä, johon niiden värit on koodattu. Sitä kutsutaan neliöksi, koska siinä olevien rivien ja sarakkeiden määrä on sama.
Miksi tämä on niin tärkeää? Tosiasia on, että Haar-muunnosta käytetään koodauksessa. Pohjimmiltaan Haar-muunnos tarkoittaa pyöriviä pisteitä siten, että ne voidaan koodata kätevästi ja kompaktisti. Tuloksena saadaan ortogonaalinen matriisi, jonka dekoodaamiseen käytetään determinanttia.
Nyt tarkastellaan matriisin päätyyppejä (olemme jo selvittäneet, mikä itse matriisi on).
TN+elokuva
Yksi halvimmista ja yleisimmistä näyttömalleista nykyään. Sillä on suhteellisen nopea vasteaika, mutta melko huono värintoisto. Ongelmana on, että tämän matriisin kiteet sijaitsevat niin, että katselukulmat ovat merkityksettömiä. Tämän ilmiön torjumiseksi on kehitetty erityinen elokuva, joka mahdollistaa hieman laajemmat katselukulmat.
Tämän matriisin kiteet on järjestetty pylvääseen, joten ne muistuttavat paraatissa olevia sotilaita. Kiteet on kierretty spiraaliksi, minkä ansiosta ne tarttuvat täydellisesti toisiinsa. Jotta kerrokset tarttuvat hyvin alustoihin, erityistälovia.
Jokaiseen kiteeseen on kytketty elektrodi, joka säätelee sen jännitettä. Jos jännitettä ei ole, kiteet pyörivät 90 astetta, minkä seurauksena valo kulkee vapaasti niiden läpi. Siitä tulee tavallinen matriisin valkoinen pikseli. Mikä on punainen tai vihreä? Miten se toimii?
Heti kun jännite kytketään, spiraali puristuu kokoon, ja puristusaste riippuu suoraan virran voimakkuudesta. Jos arvo on maksimi, kiteet lakkaavat yleensä lähettämästä valoa, mikä johtaa mustaan taustaan. Harmaan värin ja sen sävyjen saamiseksi kiteiden asentoa spiraalissa säädetään niin, että ne päästävät valoa sisään.
Muuten oletusarvoisesti kaikki värit aktivoituvat näissä matriiseissa, jolloin tuloksena on valkoinen pikseli. Siksi on niin helppoa tunnistaa palanut pikseli, joka näkyy aina kirkkaana pisteenä näytössä. Koska tämän tyyppisillä matriiseilla on aina ongelmia värien toistossa, on myös erittäin vaikeaa saada aikaan musta näyttö.
Tilanneen jotenkin korjaamiseksi suunnittelijat asettivat kiteet 210° kulmaan, mikä paransi värin laatua ja vasteaikaa. Mutta myös tässä tapauksessa oli joitain päällekkäisyyksiä: toisin kuin klassisissa TN-matriiseissa, valkoisen sävyissä oli ongelma, värit osoittautuivat pestyiksi. Näin DSTN-tekniikka syntyi. Sen olemus on, että näyttö on jaettu kahteen puolikkaaseen, joista kutakin ohjataan erikseen. Näytön laatu on parantunut dramaattisesti, muttalisäsi näyttöjen painoa ja hintaa.
Tämä matriisi on TN+kalvotyyppisessä kannettavassa tietokoneessa.
S-IPS
Hitachi, kärsinyt tarpeeksi aikaisemman tekniikan puutteista, päätti olla yrittämättä enää parantaa sitä, vaan yksinkertaisesti keksiä jotain radikaalisti uutta. Lisäksi vuonna 1971 Günter Baur sai selville, että kiteitä ei voida sijoittaa kierrettyjen pylväiden muotoon, vaan ne voidaan asettaa yhdensuuntaisesti toistensa kanssa lasialustalle. Tietysti tässä tapauksessa myös lähetyselektrodit kiinnitetään sinne.
Jos ensimmäisessä polarisoivassa suodattimessa ei ole jännitettä, valo kulkee sen läpi vapaasti, mutta pysyy toisella substraatilla, jonka polarisaatiotaso on aina 90 asteen kulmassa ensimmäiseen nähden. Tästä johtuen ei vain näytön vastenopeus kasva dramaattisesti, vaan musta väri on todella musta, eikä tummanharmaasävyn muunnelma. Lisäksi laajennetut katselukulmat ovat suuri etu.
Teknologian puutteet
Valitettavasti, mutta toistensa kanssa samansuuntaisten kiteiden pyöriminen vie paljon enemmän aikaa. Ja siksi vasteaika vanhemmissa malleissa saavutti todella sykloopin arvon, 35-25 ms! Joskus oli jopa mahdollista tarkkailla silmukkaa kursorista, ja käyttäjien oli parempi unohtaa lelujen ja elokuvien dynaamiset kohtaukset.
Koska elektrodit ovat samalla alustalla, tarvitaan paljon enemmän tehoa kiteiden kääntämiseen haluttuun suuntaan. Ja siksi kaikkiIPS-näytöt ansaitsevat harvoin Energy Starin taloudellisuuden vuoksi. Tietysti alustan valaiseminen vaatii myös tehokkaampien lamppujen käyttöä, mikä ei paranna tilannetta lisääntyneen virrankulutuksen myötä.
Tällaisten matriisien valmistettavuus on korkea, ja siksi ne olivat viime aikoihin asti erittäin, erittäin kalliita. Lyhyesti sanottuna nämä näytöt ovat kaikkine eduineen ja haittoineen loistavia suunnittelijoille: niiden värien laatu on erinomainen, ja vasteaika voidaan joissakin tapauksissa uhrata.
Tällaista IPS-paneeli on.
MVA/PVA
Koska molemmissa edellä mainituissa antureissa on puutteita, joita on käytännössä mahdotonta poistaa, Fujitsu on kehittänyt uuden teknologian. Itse asiassa MVA / PVA on IPS:n muunneltu versio. Suurin ero on elektrodit. Ne sijaitsevat toisella alustalla omituisten kolmioiden muodossa. Tämän ratkaisun avulla kiteet reagoivat nopeammin jännitteen muutoksiin, ja värintoisto paranee paljon.
Kamera
Ja mikä on matriisi kamerassa? Tässä tapauksessa tämä on johdinkiteen nimi, joka tunnetaan myös latauskytketyn laitteena (CCD). Mitä enemmän soluja kameramatriisissa on, sitä parempi se on. Kun kameran suljin avautuu, matriisin läpi kulkee elektronien virta: mitä enemmän niitä on, sitä voimakkaampi on esiintyvä virta. Näin ollen tummiin osiin ei muodostu virtaa. Matriisin alueet, jotka ovat herkkiä tietyille väreille, sisääntuloksena ja muodosta täydellinen kuva.
Mikä on muuten matriisin koko, jos puhumme tietokoneista tai kannettavista? Se on yksinkertaista – tämä on näytön diagonaalin nimi.