Σήμερα είναι σχεδόν αδύνατο να βρεθεί κάποιος που θα εξακολουθούσε να χρησιμοποιεί μια οθόνη CRT ή μια παλιά τηλεόραση CRT. Αυτή η τεχνική αντικαταστάθηκε γρήγορα και με επιτυχία από μοντέλα LCD που βασίζονται σε υγρούς κρυστάλλους. Αλλά οι πίνακες δεν είναι λιγότερο σημαντικοί. Τι είναι οι υγροί κρύσταλλοι και οι μήτρες; Όλα αυτά θα τα μάθετε από το άρθρο μας.
Backstory
Για πρώτη φορά ο κόσμος έμαθε για τους υγρούς κρυστάλλους το 1888, όταν ο διάσημος βοτανολόγος Friedrich Reinitzer ανακάλυψε την ύπαρξη περίεργων ουσιών στα φυτά. Έμεινε έκπληκτος που ορισμένες ουσίες, οι οποίες αρχικά έχουν κρυσταλλική δομή, αλλάζουν εντελώς τις ιδιότητές τους όταν θερμαίνονται.
Έτσι, σε θερμοκρασία 178 βαθμών Κελσίου, η ουσία αρχικά θόλωσε και στη συνέχεια μετατράπηκε εντελώς σε υγρό. Όμως οι ανακαλύψεις δεν τελείωσαν εκεί. Αποδείχθηκε ότι το παράξενο υγρό εκδηλώνεται ηλεκτρομαγνητικά ως κρύσταλλος. Τότε εμφανίστηκε ο όρος «υγρός κρύσταλλος».
Πώς λειτουργούν οι πίνακες LCD
Σε αυτό βασίζεται η μήτρα. Τι είναι μια μήτρα; τοδιφορούμενος όρος. Μία από τις έννοιές του είναι μια οθόνη φορητού υπολογιστή, οθόνη LCD ή σύγχρονη οθόνη τηλεόρασης. Τώρα θα μάθουμε σε τι βασίζεται η αρχή της δουλειάς τους.
Και βασίζεται στη συνήθη πόλωση του φωτός. Αν θυμάστε το μάθημα της σχολικής φυσικής, τότε απλώς λέει ότι ορισμένες ουσίες είναι ικανές να μεταδίδουν φως μόνο ενός φάσματος. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο δύο πολωτές υπό γωνία 90 μοιρών μπορεί να μην μεταδίδουν καθόλου φως. Στην περίπτωση που υπάρχει κάποια συσκευή μεταξύ τους που μπορεί να γυρίσει το φως, θα μπορούμε να προσαρμόσουμε τη φωτεινότητα της λάμψης και άλλες παραμέτρους. Γενικά, αυτός είναι ο απλούστερος πίνακας.
Απλοποιημένη διάταξη πίνακα
Μια κανονική οθόνη LCD θα αποτελείται πάντα από πολλά μόνιμα μέρη:
- Λαμπτήρες φωτισμού.
- Ανακλαστήρες που εξασφαλίζουν την ομοιομορφία του παραπάνω φωτισμού.
- Polarizers.
- Γυάλινο υπόστρωμα με αγώγιμες επαφές.
- Μερική ποσότητα από τους διαβόητους υγρούς κρυστάλλους.
- Άλλος πολωτής και υπόστρωμα.
Κάθε pixel μιας τέτοιας μήτρας σχηματίζεται από κόκκινες, πράσινες και μπλε κουκκίδες, ο συνδυασμός των οποίων σας επιτρέπει να λάβετε οποιοδήποτε από τα διαθέσιμα χρώματα. Αν τα ενεργοποιήσετε όλα ταυτόχρονα, το αποτέλεσμα είναι λευκό. Παρεμπιπτόντως, ποια είναι η ανάλυση του matrix; Αυτός είναι ο αριθμός των pixel σε αυτό (1280x1024, για παράδειγμα).
Τι είναι οι πίνακες;
Για να το θέσω απλά, είναι παθητικά (απλά) και ενεργητικά. Παθητικό - το πιο απλό, σε αυτάτα pixel ενεργοποιούνται διαδοχικά, γραμμή προς γραμμή. Κατά συνέπεια, όταν προσπαθούσαμε να δημιουργήσουμε την παραγωγή οθονών με μεγάλη διαγώνιο, αποδείχθηκε ότι ήταν απαραίτητο να αυξηθεί δυσανάλογα το μήκος των αγωγών. Ως αποτέλεσμα, όχι μόνο αυξήθηκε σημαντικά το κόστος, αλλά αυξήθηκε και η τάση, γεγονός που οδήγησε σε απότομη αύξηση του αριθμού των παρεμβολών. Επομένως, οι παθητικές μήτρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο για την παραγωγή φθηνών οθονών με μικρή διαγώνιο.
Οι ενεργές ποικιλίες οθονών, TFT, σας επιτρέπουν να ελέγχετε κάθε (!) από τα εκατομμύρια pixel ξεχωριστά. Το γεγονός είναι ότι κάθε pixel ελέγχεται από ένα ξεχωριστό τρανζίστορ. Για να αποφευχθεί η πρόωρη απώλεια φόρτισης του στοιχείου, προστίθεται ένας ξεχωριστός πυκνωτής σε αυτό. Φυσικά, λόγω ενός τέτοιου σχήματος, ήταν δυνατό να μειωθεί σημαντικά ο χρόνος απόκρισης κάθε pixel.
Μαθηματική αιτιολόγηση
Στα μαθηματικά, ένας πίνακας είναι ένα αντικείμενο γραμμένο ως πίνακας, τα στοιχεία του οποίου βρίσκονται στη διασταύρωση των γραμμών και των στηλών του. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι πίνακες χρησιμοποιούνται γενικά ευρέως στους υπολογιστές. Η ίδια οθόνη μπορεί να ερμηνευτεί ως μήτρα. Αφού κάθε pixel έχει συγκεκριμένες συντεταγμένες. Έτσι, κάθε εικόνα που σχηματίζεται στην οθόνη του φορητού υπολογιστή είναι μια μήτρα, τα κελιά της οποίας περιέχουν τα χρώματα κάθε pixel.
Κάθε τιμή καταλαμβάνει ακριβώς 1 byte μνήμης. Λίγο? Δυστυχώς, ακόμα και σε αυτήν την περίπτωση, μόνο ένα καρέ FullHD (1920 × 1080) θα πάρει μερικά MB. Πόσο χώρο χρειάζεστε για μια ταινία 90 λεπτών; Να γιατίη εικόνα συμπιέζεται. Σε αυτή την περίπτωση, ο καθοριστικός παράγοντας έχει μεγάλη σημασία.
Με την ευκαιρία, ποια είναι η ορίζουσα μήτρας; Είναι ένα πολυώνυμο που συνδυάζει τα στοιχεία ενός τετραγωνικού πίνακα με τέτοιο τρόπο ώστε η τιμή του να διατηρείται μέσω μεταφοράς και γραμμικών συνδυασμών σειρών ή στηλών. Σε αυτήν την περίπτωση, ένας πίνακας νοείται ως μια μαθηματική έκφραση που περιγράφει τη διάταξη των pixel στην οποία κωδικοποιούνται τα χρώματά τους. Ονομάζεται τετράγωνο επειδή ο αριθμός των σειρών και των στηλών σε αυτό είναι ο ίδιος.
Γιατί είναι τόσο σημαντικό; Το γεγονός είναι ότι ο μετασχηματισμός Haar χρησιμοποιείται στην κωδικοποίηση. Ουσιαστικά, ο μετασχηματισμός Haar αφορά σημεία περιστροφής με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να κωδικοποιηθούν άνετα και συμπαγή. Ως αποτέλεσμα, λαμβάνεται ένας ορθογώνιος πίνακας, για την αποκωδικοποίηση του οποίου χρησιμοποιείται η ορίζουσα.
Τώρα θα δούμε τους κύριους τύπους του πίνακα (έχουμε ήδη ανακαλύψει τι είναι ο ίδιος ο πίνακας).
TN+ταινία
Ένα από τα φθηνότερα και πιο κοινά μοντέλα οθόνης σήμερα. Έχει σχετικά γρήγορο χρόνο απόκρισης, αλλά μάλλον κακή αναπαραγωγή χρωμάτων. Το πρόβλημα είναι ότι οι κρύσταλλοι σε αυτή τη μήτρα βρίσκονται έτσι ώστε οι γωνίες θέασης να είναι αμελητέες. Για την καταπολέμηση αυτού του φαινομένου, έχει αναπτυχθεί μια ειδική μεμβράνη που επιτρέπει ελαφρώς μεγαλύτερες γωνίες θέασης.
Οι κρύσταλλοι σε αυτή τη μήτρα είναι διατεταγμένοι σε μια στήλη, μοιάζοντας έτσι με στρατιώτες στην παρέλαση. Οι κρύσταλλοι είναι στριμμένοι σε μια σπείρα, χάρη στην οποία προσκολλώνται τέλεια μεταξύ τους. Για να προσκολληθούν καλά οι στρώσεις στα υποστρώματα, ειδικάεγκοπές.
Ένα ηλεκτρόδιο συνδέεται σε κάθε κρύσταλλο, το οποίο ρυθμίζει την τάση σε αυτόν. Αν δεν υπάρχει τάση, τότε οι κρύσταλλοι περιστρέφονται κατά 90 μοίρες, με αποτέλεσμα το φως να περνά ελεύθερα μέσα από αυτούς. Αποδεικνύεται το συνηθισμένο λευκό pixel της μήτρας. Τι είναι κόκκινο ή πράσινο; Πώς λειτουργεί;
Μόλις εφαρμοστεί η τάση, η σπείρα συμπιέζεται και ο βαθμός συμπίεσης εξαρτάται άμεσα από την ισχύ του ρεύματος. Εάν η τιμή είναι μέγιστη, τότε οι κρύσταλλοι γενικά παύουν να μεταδίδουν φως, με αποτέλεσμα ένα μαύρο φόντο. Για να αποκτήσετε το γκρι χρώμα και τις αποχρώσεις του, η θέση των κρυστάλλων στη σπείρα ρυθμίζεται έτσι ώστε να αφήνουν λίγο φως.
Με την ευκαιρία, από προεπιλογή, όλα τα χρώματα ενεργοποιούνται πάντα σε αυτούς τους πίνακες, με αποτέλεσμα ένα λευκό pixel. Γι' αυτό είναι τόσο εύκολο να αναγνωρίσετε ένα καμένο pixel, το οποίο εμφανίζεται πάντα ως φωτεινή κουκκίδα στην οθόνη. Δεδομένου ότι οι πίνακες αυτού του τύπου έχουν πάντα προβλήματα με την αναπαραγωγή χρώματος, είναι πολύ δύσκολο να επιτευχθεί και μαύρη εμφάνιση.
Για να διορθώσουν με κάποιο τρόπο την κατάσταση, οι μηχανικοί τοποθέτησαν τους κρυστάλλους σε γωνία 210°, με αποτέλεσμα βελτιωμένη ποιότητα χρώματος και χρόνο απόκρισης. Αλλά ακόμη και σε αυτήν την περίπτωση, υπήρχαν κάποιες επικαλύψεις: σε αντίθεση με τις κλασικές μήτρες TN, υπήρχε πρόβλημα με τις αποχρώσεις του λευκού, τα χρώματα αποδείχθηκαν ξεπλυμένα. Έτσι γεννήθηκε η τεχνολογία DSTN. Η ουσία της είναι ότι η οθόνη χωρίζεται σε δύο μισά, καθένα από τα οποία ελέγχεται ξεχωριστά. Η ποιότητα της οθόνης έχει βελτιωθεί δραματικά, αλλάαύξησε το βάρος και το κόστος των οθονών.
Αυτό είναι ένα matrix σε φορητό υπολογιστή τύπου TN+film.
S-IPS
Η Hitachi, έχοντας υποφέρει αρκετά από τις ελλείψεις της προηγούμενης τεχνολογίας, αποφάσισε να μην προσπαθήσει άλλο να τη βελτιώσει, αλλά απλώς να εφεύρει κάτι ριζικά νέο. Επιπλέον, το 1971 ο Günter Baur ανακάλυψε ότι οι κρύσταλλοι μπορούν να τοποθετηθούν όχι με τη μορφή στριμμένων στηλών, αλλά να τοποθετηθούν παράλληλα μεταξύ τους σε ένα γυάλινο υπόστρωμα. Φυσικά, σε αυτή την περίπτωση, εκεί είναι προσαρτημένα και τα ηλεκτρόδια εκπομπής.
Εάν δεν υπάρχει τάση στο πρώτο φίλτρο πόλωσης, το φως διέρχεται ελεύθερα μέσα από αυτό, αλλά συγκρατείται στο δεύτερο υπόστρωμα, το επίπεδο πόλωσης του οποίου βρίσκεται πάντα σε γωνία 90 μοιρών σε σχέση με το πρώτο. Λόγω αυτού, όχι μόνο αυξάνεται δραματικά η ταχύτητα απόκρισης της οθόνης, αλλά το μαύρο χρώμα είναι πραγματικά μαύρο και όχι μια παραλλαγή μιας σκούρας γκρι απόχρωσης. Επιπλέον, οι εκτεταμένες γωνίες θέασης είναι ένα μεγάλο πλεονέκτημα.
Ελαττώματα της τεχνολογίας
Αλλοίμονο, αλλά η περιστροφή των κρυστάλλων, που είναι παράλληλοι μεταξύ τους, απαιτεί πολύ περισσότερο χρόνο. Και επομένως, ο χρόνος απόκρισης σε παλαιότερα μοντέλα έφτασε σε μια πραγματικά κυκλώπεια τιμή, 35-25 ms! Μερικές φορές ήταν ακόμη δυνατό να παρατηρήσουν έναν βρόχο από τον κέρσορα και ήταν καλύτερο για τους χρήστες να ξεχάσουν τις δυναμικές σκηνές σε παιχνίδια και ταινίες.
Επειδή τα ηλεκτρόδια βρίσκονται στο ίδιο υπόστρωμα, απαιτείται πολύ περισσότερη ισχύς για να περιστραφούν οι κρύσταλλοι προς την απαιτούμενη κατεύθυνση. Και επομένως τα πάνταΟι οθόνες IPS σπάνια κερδίζουν Energy Star για οικονομία. Φυσικά, για να φωτιστεί το υπόστρωμα απαιτείται επίσης η χρήση πιο ισχυρών λαμπτήρων, και αυτό δεν βελτιώνει την κατάσταση με την αυξημένη κατανάλωση ρεύματος.
Η δυνατότητα κατασκευής τέτοιων πινάκων είναι υψηλή, και ως εκ τούτου, μέχρι πρόσφατα, ήταν πολύ, πολύ ακριβές. Εν ολίγοις, με όλα τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα, αυτές οι οθόνες είναι ιδανικές για τους σχεδιαστές: η ποιότητα των χρωμάτων τους είναι εξαιρετική και ο χρόνος απόκρισης μπορεί να θυσιαστεί σε ορισμένες περιπτώσεις.
Αυτό είναι ένα πάνελ IPS.
MVA/PVA
Δεδομένου ότι και οι δύο παραπάνω τύποι αισθητήρων έχουν ελαττώματα που είναι σχεδόν αδύνατο να εξαλειφθούν, η Fujitsu έχει αναπτύξει μια νέα τεχνολογία. Στην πραγματικότητα, το MVA / PVA είναι μια τροποποιημένη έκδοση του IPS. Η κύρια διαφορά είναι τα ηλεκτρόδια. Βρίσκονται στο δεύτερο υπόστρωμα με τη μορφή ιδιόμορφων τριγώνων. Αυτή η λύση επιτρέπει στους κρυστάλλους να ανταποκρίνονται ταχύτερα στις αλλαγές τάσης και η απόδοση των χρωμάτων γίνεται πολύ καλύτερη.
Κάμερα
Και τι είναι η μήτρα σε μια κάμερα; Σε αυτήν την περίπτωση, αυτό είναι το όνομα του κρυστάλλου αγωγού, ο οποίος είναι επίσης γνωστός ως συσκευή σύζευξης φορτίου (CCD). Όσο περισσότερα κελιά στη μήτρα της κάμερας, τόσο καλύτερη είναι. Όταν ανοίγει το κλείστρο της κάμερας, ένα ρεύμα ηλεκτρονίων διέρχεται από τη μήτρα: όσο περισσότερα είναι, τόσο ισχυρότερο είναι το ρεύμα που εμφανίζεται. Κατά συνέπεια, δεν σχηματίζεται ρεύμα στα σκοτεινά μέρη. Περιοχές της μήτρας που είναι ευαίσθητες σε ορισμένα χρώματα, σεαποτέλεσμα και σχηματίστε μια πλήρη εικόνα.
Με την ευκαιρία, ποιο είναι το μέγεθος της μήτρας, αν μιλάμε για υπολογιστές ή φορητούς υπολογιστές; Είναι απλό - αυτό είναι το όνομα της διαγώνιου της οθόνης.
