Heute ist es fast unmöglich, jemanden zu finden, der noch einen CRT-Monitor oder einen alten CRT-Fernseher benutzt. Diese Technik wurde schnell und erfolgreich von LCD-Modellen auf Basis von Flüssigkristallen abgelöst. Aber Matrizen sind nicht weniger wichtig. Was sind Flüssigkristalle und Matrizen? All dies erfahren Sie in unserem Artikel.
Vorgeschichte
Zum ersten Mal erfuhr die Welt 1888 von Flüssigkristallen, als der berühmte Botaniker Friedrich Reinitzer die Existenz seltsamer Substanzen in Pflanzen entdeckte. Er war erstaunt, dass manche Stoffe, die ursprünglich eine kristalline Struktur haben, ihre Eigenschaften beim Erhitzen komplett verändern.
Also, bei einer Temperatur von 178 Grad Celsius wurde die Substanz zuerst trübe und verwandelte sich dann vollständig in eine Flüssigkeit. Aber die Entdeckungen endeten nicht dort. Es stellte sich heraus, dass sich die seltsame Flüssigkeit elektromagnetisch als Kristall manifestiert. Damals tauchte der Begriff "Flüssigkristall" auf.
Wie LCD-Matrizen funktionieren
Darauf basiert die Matrix. Was ist eine Matrix? Dasmehrdeutiger Begriff. Eine seiner Bedeutungen ist ein Laptop-Display, ein LCD-Monitor oder ein moderner Fernsehbildschirm. Jetzt werden wir herausfinden, worauf das Prinzip ihrer Arbeit basiert.
Und es basiert auf der üblichen Polarisation des Lichts. Wenn Sie sich an den Schulphysikkurs erinnern, dann sagt er nur, dass einige Substanzen nur Licht eines Spektrums durchlassen können. Aus diesem Grund lassen zwei Polarisatoren in einem Winkel von 90 Grad möglicherweise überhaupt kein Licht durch. Falls sich zwischen ihnen ein Gerät befindet, das das Licht drehen kann, können wir die Helligkeit des Leuchtens und andere Parameter anpassen. Im Allgemeinen ist dies die einfachste Matrix.
Vereinfachte Matrixanordnung
Ein normales LCD-Display besteht immer aus mehreren festen Teilen:
- Beleuchtungslampen.
- Reflektoren, die die Gleichmäßigkeit der obigen Beleuchtung gewährleisten.
- Polarisatoren.
- Glassubstrat mit leitfähigen Kontakten.
- Einige Menge der berüchtigten Flüssigkristalle.
- Noch ein Polarisator und Substrat.
Jedes Pixel einer solchen Matrix besteht aus roten, grünen und blauen Punkten, deren Kombination es Ihnen ermöglicht, jede der verfügbaren Farben zu erh alten. Wenn Sie sie alle gleichzeitig einsch alten, ist das Ergebnis weiß. Übrigens, was ist die Auflösung der Matrix? Dies ist die Anzahl der Pixel darauf (z. B. 1280x1024).
Was sind Matrizen?
Um es einfach auszudrücken, sie sind passiv (einfach) und aktiv. Passiv - das einfachste in ihnenPixel werden nacheinander Zeile für Zeile ausgelöst. Dementsprechend stellte sich beim Versuch, die Produktion von Displays mit großer Diagonale zu etablieren, heraus, dass es notwendig war, die Länge der Leiter überproportional zu erhöhen. Dadurch stiegen nicht nur die Kosten erheblich, sondern auch die Spannung, was zu einem starken Anstieg der Anzahl von Störungen führte. Daher können passive Matrizen nur bei der Herstellung von preiswerten Monitoren mit kleiner Diagonale verwendet werden.
Aktive Varianten von Monitoren, TFT, ermöglichen es Ihnen, jeden (!) der Millionen von Pixeln separat zu steuern. Tatsache ist, dass jedes Pixel von einem separaten Transistor gesteuert wird. Um zu verhindern, dass die Zelle vorzeitig ihre Ladung verliert, wird ihr ein separater Kondensator hinzugefügt. Aufgrund eines solchen Schemas war es natürlich möglich, die Reaktionszeit jedes Pixels erheblich zu verkürzen.
Mathematische Begründung
In der Mathematik ist eine Matrix ein als Tabelle geschriebenes Objekt, dessen Elemente sich am Schnittpunkt seiner Zeilen und Sp alten befinden. Es sei darauf hingewiesen, dass Matrizen im Allgemeinen in Computern weit verbreitet sind. Dieselbe Anzeige kann als Matrix interpretiert werden. Da jedes Pixel bestimmte Koordinaten hat. Somit ist jedes Bild, das auf dem Laptop-Display entsteht, eine Matrix, deren Zellen die Farben jedes Pixels enth alten.
Jeder Wert belegt genau 1 Byte Speicherplatz. Ein wenig? Leider benötigt auch in diesem Fall nur ein FullHD-Frame (1920 × 1080) ein paar MB. Wie viel Platz braucht man für einen 90-Minuten-Film? Genau deswegenDas Bild wird komprimiert. In diesem Fall ist die Determinante von großer Bedeutung.
Übrigens, was ist die Matrixdeterminante? Es ist ein Polynom, das die Elemente einer quadratischen Matrix so kombiniert, dass ihr Wert durch Transposition und lineare Kombinationen von Zeilen oder Sp alten erh alten bleibt. Unter einer Matrix wird dabei ein mathematischer Ausdruck verstanden, der die Anordnung von Pixeln beschreibt, in denen deren Farben kodiert sind. Es heißt quadratisch, weil die Anzahl der Zeilen und Sp alten darin gleich ist.
Warum ist das so wichtig? Tatsache ist, dass die Haar-Transformation beim Codieren verwendet wird. Im Wesentlichen geht es bei der Haar-Transformation darum, Punkte so zu drehen, dass sie bequem und kompakt codiert werden können. Als Ergebnis erhält man eine orthogonale Matrix, für deren Dekodierung die Determinante verwendet wird.
Jetzt schauen wir uns die Haupttypen der Matrix an (wir haben bereits herausgefunden, was die Matrix selbst ist).
TN+film
Eines der billigsten und gängigsten Display-Modelle heute. Es hat eine relativ schnelle Reaktionszeit, aber eine eher schlechte Farbwiedergabe. Das Problem ist, dass die Kristalle in dieser Matrix so angeordnet sind, dass die Betrachtungswinkel vernachlässigbar sind. Um diesem Phänomen entgegenzuwirken, wurde eine spezielle Folie entwickelt, die etwas breitere Betrachtungswinkel ermöglicht.
Die Kristalle in dieser Matrix sind in einer Säule angeordnet und ähneln so Soldaten auf einer Parade. Die Kristalle sind zu einer Spirale verdreht, wodurch sie perfekt fest aneinander haften. Damit die Schichten gut auf den Substraten haften, werden spezielleKerben.
An jedem Kristall ist eine Elektrode angeschlossen, die die Spannung an ihm reguliert. Wenn keine Spannung anliegt, drehen sich die Kristalle um 90 Grad, wodurch Licht ungehindert durch sie hindurchgeht. Es stellt sich das übliche weiße Pixel der Matrix heraus. Was ist rot oder grün? Wie funktioniert es?
Sobald die Spannung angelegt wird, wird die Spirale komprimiert, wobei der Grad der Kompression direkt von der Stromstärke abhängt. Wenn der Wert maximal ist, hören die Kristalle im Allgemeinen auf, Licht zu übertragen, was zu einem schwarzen Hintergrund führt. Um die graue Farbe und ihre Schattierungen zu erh alten, wird die Position der Kristalle in der Spirale so angepasst, dass sie etwas Licht einlassen.
Übrigens sind in diesen Matrizen standardmäßig immer alle Farben aktiviert, was zu einem weißen Pixel führt. Deshalb ist es so einfach, einen eingebrannten Pixel zu identifizieren, der immer als heller Punkt auf dem Monitor erscheint. Da solche Matrizen immer Probleme mit der Farbwiedergabe haben, ist es sehr schwierig, auch eine schwarze Darstellung zu erreichen.
Um das Problem irgendwie zu beheben, platzierten die Ingenieure die Kristalle in einem Winkel von 210°, was zu einer verbesserten Farbqualität und Reaktionszeit führte. Aber auch in diesem Fall gab es einige Überschneidungen: Anders als bei den klassischen TN-Matrizen gab es ein Problem mit Weißabstufungen, die Farben fielen verwaschen aus. So wurde die DSTN-Technologie geboren. Das Wesentliche ist, dass das Display in zwei Hälften unterteilt ist, die jeweils separat gesteuert werden. Die Anzeigequalität hat sich dramatisch verbessert, abererhöhte das Gewicht und die Kosten von Monitoren.
Dies ist, was eine Matrix in einem TN+Film-Laptop ist.
S-IPS
Hitachi, der genug unter den Mängeln der vorherigen Technologie gelitten hatte, beschloss, nicht mehr zu versuchen, sie zu verbessern, sondern einfach etwas radikal Neues zu erfinden. Außerdem fand Günter Baur 1971 heraus, dass man Kristalle nicht in Form von verdrehten Säulen, sondern parallel zueinander auf einem Glassubstrat ablegen kann. Dort sind natürlich auch die Sendeelektroden angebracht.
Wenn am ersten Polarisationsfilter keine Spannung anliegt, tritt das Licht ungehindert hindurch, wird aber auf dem zweiten Substrat zurückgeh alten, dessen Polarisationsebene immer in einem Winkel von 90 Grad zum ersten steht. Aus diesem Grund erhöht sich nicht nur die Reaktionsgeschwindigkeit des Monitors dramatisch, sondern die schwarze Farbe ist wirklich schwarz und keine Variation eines dunkelgrauen Farbtons. Außerdem sind die erweiterten Betrachtungswinkel ein großer Vorteil.
Technische Mängel
Ach, aber die Drehung der Kristalle, die parallel zueinander stehen, dauert viel länger. Und deshalb erreichte die Reaktionszeit bei älteren Modellen einen wahrhaft zyklopischen Wert, 35-25 ms! Manchmal war es sogar möglich, eine Schleife vom Cursor aus zu beobachten, und es war besser für Benutzer, dynamische Szenen in Spielzeug und Filmen zu vergessen.
Da sich die Elektroden auf demselben Substrat befinden, wird viel mehr Kraft benötigt, um die Kristalle in die gewünschte Richtung zu drehen. Und damit allesIPS-Monitore verdienen selten einen Energy Star für Wirtschaftlichkeit. Natürlich erfordert die Beleuchtung des Substrats auch den Einsatz leistungsstärkerer Lampen, was die Situation bei erhöhtem Stromverbrauch nicht verbessert.
Die Herstellbarkeit solcher Matrizen ist hoch und daher waren sie bis vor kurzem sehr, sehr teuer. Kurz gesagt, mit allen Vor- und Nachteilen sind diese Monitore großartig für Designer: Ihre Farbqualität ist ausgezeichnet, und die Reaktionszeit kann in einigen Fällen geopfert werden.
Das ist ein IPS-Panel.
MVA/PVA
Da beide oben genannten Sensortypen Schwachstellen aufweisen, die praktisch nicht zu beseitigen sind, hat Fujitsu eine neue Technologie entwickelt. Tatsächlich ist MVA / PVA eine modifizierte Version von IPS. Der Hauptunterschied sind die Elektroden. Sie befinden sich auf dem zweiten Substrat in Form von eigentümlichen Dreiecken. Durch diese Lösung können Kristalle schneller auf Spannungsänderungen reagieren und die Farbwiedergabe wird viel besser.
Kamera
Und was ist eine Matrix in einer Kamera? In diesem Fall ist dies der Name des Leiterkristalls, der auch als Charge-Coupled Device (CCD) bezeichnet wird. Je mehr Zellen in der Kameramatrix sind, desto besser ist sie. Wenn sich der Kameraverschluss öffnet, fließt ein Elektronenstrom durch die Matrix: Je mehr es gibt, desto stärker ist der auftretende Strom. Dementsprechend wird in den dunklen Teilen kein Strom gebildet. Bereiche der Matrix, die für bestimmte Farben empfindlich sind, inErgebnis und bilden ein vollständiges Bild.
Übrigens, wie groß ist die Matrix, wenn wir von Computern oder Laptops sprechen? Ganz einfach - so heißt die Bildschirmdiagonale.
