Tegenwoordig is het bijna onmogelijk om iemand te vinden die nog steeds een CRT-monitor of een oude CRT-tv zou gebruiken. Deze techniek werd snel en met succes vervangen door LCD-modellen op basis van vloeibare kristallen. Maar matrices zijn niet minder belangrijk. Wat zijn vloeibare kristallen en matrices? Je leert dit allemaal uit ons artikel.
Achtergrondverhaal
Voor het eerst hoorde de wereld over vloeibare kristallen in 1888, toen de beroemde botanicus Friedrich Reinitzer het bestaan van vreemde stoffen in planten ontdekte. Hij was verbaasd dat sommige stoffen, die aanvankelijk een kristallijne structuur hebben, bij verhitting hun eigenschappen volledig veranderen.
Dus bij een temperatuur van 178 graden Celsius werd de stof eerst troebel en veranderde toen volledig in een vloeistof. Maar daar hielden de ontdekkingen niet op. Het bleek dat de vreemde vloeistof zich elektromagnetisch manifesteert als een kristal. Het was toen dat de term "vloeibaar kristal" verscheen.
Hoe LCD-matrices werken
Hier is de matrix op gebaseerd. Wat is een matrix? hetdubbelzinnige term. Een van de betekenissen is een laptopscherm, LCD-monitor of modern tv-scherm. Nu zullen we ontdekken waar het principe van hun werk op gebaseerd is.
En het is gebaseerd op de gebruikelijke polarisatie van licht. Als je je de natuurkundecursus op school herinnert, dan vertelt het alleen maar dat sommige stoffen in staat zijn om licht van slechts één spectrum door te laten. Daarom kunnen twee polarisatoren onder een hoek van 90 graden helemaal geen licht doorlaten. In het geval dat er een apparaat tussen zit dat het licht kan draaien, kunnen we de helderheid van de gloed en andere parameters aanpassen. Over het algemeen is dit de eenvoudigste matrix.
Vereenvoudigde matrixindeling
Een normaal LCD-scherm zal altijd uit meerdere permanente onderdelen bestaan:
- Verlichtingslampen.
- Reflectoren die zorgen voor de uniformiteit van de bovenstaande verlichting.
- Polarisatoren.
- Glazen substraat met geleidende contacten.
- Een deel van de beruchte vloeibare kristallen.
- Nog een polarisator en substraat.
Elke pixel van zo'n matrix wordt gevormd uit rode, groene en blauwe stippen, waardoor je door de combinatie een van de beschikbare kleuren kunt krijgen. Als je ze allemaal tegelijk aanzet, is het resultaat wit. Trouwens, wat is de resolutie van de matrix? Dit is het aantal pixels erop (1280x1024, bijvoorbeeld).
Wat zijn matrices?
Om het simpel te zeggen, ze zijn passief (eenvoudig) en actief. Passief - de eenvoudigste, daarinpixels worden opeenvolgend, regel voor regel, geactiveerd. Dienovereenkomstig bleek het bij het proberen om de productie van displays met een grote diagonaal tot stand te brengen dat het nodig was om de lengte van de geleiders onevenredig te vergroten. Hierdoor stegen niet alleen de kosten aanzienlijk, maar nam ook de spanning toe, wat leidde tot een sterke toename van het aantal storingen. Daarom kunnen passieve matrices alleen worden gebruikt bij de productie van goedkope monitoren met een kleine diagonaal.
Actieve soorten monitoren, TFT, stellen je in staat om elk (!) Van de miljoenen pixels afzonderlijk te besturen. Het feit is dat elke pixel wordt aangestuurd door een aparte transistor. Om te voorkomen dat de cel voortijdig lading verliest, wordt er een aparte condensator aan toegevoegd. Dankzij een dergelijk schema was het natuurlijk mogelijk om de responstijd van elke pixel aanzienlijk te verkorten.
Wiskundige rechtvaardiging
In de wiskunde is een matrix een object dat is geschreven als een tabel, waarvan de elementen zich op het snijpunt van de rijen en kolommen bevinden. Opgemerkt moet worden dat matrices over het algemeen veel worden gebruikt in computers. Dezelfde weergave kan worden geïnterpreteerd als een matrix. Omdat elke pixel bepaalde coördinaten heeft. Elke afbeelding die op het laptopscherm wordt gevormd, is dus een matrix, waarvan de cellen de kleuren van elke pixel bevatten.
Elke waarde neemt precies 1 byte geheugen in beslag. Een beetje? Helaas, zelfs in dit geval kost slechts één FullHD-frame (1920 × 1080) een paar MB. Hoeveel ruimte heb je nodig voor een film van 90 minuten? Dat is waaromhet beeld is gecomprimeerd. In dit geval is de determinant van groot belang.
Trouwens, wat is de matrixdeterminant? Het is een polynoom dat de elementen van een vierkante matrix zodanig combineert dat de waarde ervan behouden blijft door transpositie en lineaire combinaties van rijen of kolommen. In dit geval wordt een matrix begrepen als een wiskundige uitdrukking die de rangschikking van pixels beschrijft waarin hun kleuren zijn gecodeerd. Het wordt vierkant genoemd omdat het aantal rijen en kolommen erin hetzelfde is.
Waarom is dit zo belangrijk? Het feit is dat de Haar-transformatie wordt gebruikt bij het coderen. In wezen gaat de Haar-transformatie over het roteren van punten op een zodanige manier dat ze gemakkelijk en compact kunnen worden gecodeerd. Hierdoor wordt een orthogonale matrix verkregen, voor de decodering waarvan de determinant wordt gebruikt.
Nu gaan we kijken naar de belangrijkste typen van de matrix (we hebben al ontdekt wat de matrix zelf is).
TN+film
Een van de goedkoopste en meest voorkomende displaymodellen van vandaag. Het heeft een relatief snelle responstijd, maar een eerder slechte kleurweergave. Het probleem is dat de kristallen in deze matrix zich zo bevinden dat de kijkhoeken verwaarloosbaar zijn. Om dit fenomeen tegen te gaan is er een speciale film ontwikkeld die iets grotere kijkhoeken mogelijk maakt.
De kristallen in deze matrix zijn gerangschikt in een kolom, waardoor ze lijken op soldaten op parade. De kristallen zijn in een spiraal gedraaid, waardoor ze perfect stevig aan elkaar kleven. Om de lagen goed op de ondergrond te laten hechten, is speciaalinkepingen.
Een elektrode is verbonden met elk kristal, die de spanning erop regelt. Als er geen spanning is, draaien de kristallen 90 graden, waardoor licht er vrij doorheen gaat. Het blijkt de gebruikelijke witte pixel van de matrix te zijn. Wat is rood of groen? Hoe werkt het?
Zodra de spanning wordt aangelegd, wordt de spiraal gecomprimeerd en de mate van compressie hangt rechtstreeks af van de sterkte van de stroom. Als de waarde maximaal is, laten de kristallen over het algemeen geen licht meer door, wat resulteert in een zwarte achtergrond. Om de grijze kleur en zijn tinten te krijgen, wordt de positie van de kristallen in de spiraal aangepast zodat ze wat licht binnenlaten.
Trouwens, standaard zijn alle kleuren in deze matrices altijd geactiveerd, wat resulteert in een witte pixel. Daarom is het zo gemakkelijk om een verbrande pixel te herkennen, die altijd als een heldere stip op de monitor verschijnt. Aangezien matrices van dit type altijd problemen hebben met kleurweergave, is het erg moeilijk om ook zwarte weergave te bereiken.
Om de situatie op de een of andere manier te verhelpen, plaatsten de ingenieurs de kristallen onder een hoek van 210°, wat resulteerde in een verbeterde kleurkwaliteit en responstijd. Maar zelfs in dit geval waren er enkele overlappingen: in tegenstelling tot de klassieke TN-matrices was er een probleem met wittinten, de kleuren bleken vervaagd. Dit is hoe DSTN-technologie werd geboren. De essentie is dat het display is verdeeld in twee helften, die elk afzonderlijk worden bestuurd. De weergavekwaliteit is drastisch verbeterd, maarverhoogde het gewicht en de kosten van monitoren.
Dit is wat een matrix is in een laptop van het type TN+film.
S-IPS
Hitachi, die genoeg had geleden onder de tekortkomingen van de vorige technologie, besloot om niet meer te proberen deze te verbeteren, maar gewoon iets radicaal nieuws uit te vinden. Bovendien ontdekte Günter Baur in 1971 dat kristallen niet in de vorm van getwiste kolommen kunnen worden geplaatst, maar parallel aan elkaar op een glazen substraat kunnen worden gelegd. Natuurlijk zijn in dit geval ook de zendelektroden daar bevestigd.
Als er geen spanning op het eerste polarisatiefilter staat, gaat het licht er vrij doorheen, maar wordt het vastgehouden op het tweede substraat, waarvan het polarisatievlak altijd een hoek van 90 graden maakt ten opzichte van het eerste. Hierdoor neemt niet alleen de reactiesnelheid van de monitor enorm toe, maar is de zwarte kleur ook echt zwart en geen variatie op een donkergrijze tint. Daarnaast zijn de grotere kijkhoeken een groot voordeel.
Technische gebreken
Helaas, maar de rotatie van de kristallen, die evenwijdig aan elkaar zijn, kost veel meer tijd. En daarom bereikte de responstijd op oudere modellen een echt cyclopische waarde, 35-25 ms! Soms was het zelfs mogelijk om een lus vanaf de cursor te observeren, en het was beter voor gebruikers om dynamische scènes in speelgoed en films te vergeten.
Omdat de elektroden zich op hetzelfde substraat bevinden, is er veel meer kracht nodig om de kristallen in de gewenste richting te draaien. En daarom allesIPS-monitoren verdienen zelden een Energy Star voor zuinigheid. Om het substraat te verlichten is natuurlijk ook het gebruik van krachtigere lampen nodig, en dit verbetert de situatie met een verhoogd stroomverbruik niet.
De maakbaarheid van dergelijke matrices is hoog en daarom waren ze tot voor kort erg, erg duur. Kortom, met alle voor- en nadelen zijn deze monitoren geweldig voor ontwerpers: hun kleurkwaliteit is uitstekend en in sommige gevallen kan de responstijd worden opgeofferd.
Dit is wat een IPS-paneel is.
MVA/PVA
Omdat beide bovengenoemde typen sensoren gebreken hebben die vrijwel onmogelijk te verhelpen zijn, heeft Fujitsu een nieuwe technologie ontwikkeld. In feite is MVA / PVA een aangepaste versie van IPS. Het belangrijkste verschil zijn de elektroden. Ze bevinden zich op het tweede substraat in de vorm van eigenaardige driehoeken. Met deze oplossing kunnen kristallen sneller reageren op spanningsveranderingen en wordt de kleurweergave veel beter.
Camera
En wat is een matrix in een camera? In dit geval is dit de naam van het geleiderkristal, dat ook wel een ladingsgekoppeld apparaat (CCD) wordt genoemd. Hoe meer cellen in de cameramatrix, hoe beter het is. Wanneer de camerasluiter opengaat, gaat er een stroom elektronen door de matrix: hoe meer er zijn, hoe sterker de stroom die optreedt. Dienovereenkomstig wordt er geen stroom gevormd in de donkere delen. Gebieden van de matrix die gevoelig zijn voor bepaalde kleuren, inresultaat en vorm een compleet beeld.
Trouwens, wat is de grootte van de matrix, als we het hebben over computers of laptops? Het is eenvoudig - dit is de naam van de schermdiagonaal.
