Dnes je téměř nemožné najít člověka, který by stále používal CRT monitor nebo starou CRT televizi. Tato technika byla rychle a úspěšně nahrazena LCD modely na bázi tekutých krystalů. Neméně důležité jsou ale matice. Co jsou tekuté krystaly a matrice? To vše se dozvíte z našeho článku.
Backtory
Poprvé se svět dozvěděl o tekutých krystalech v roce 1888, kdy slavný botanik Friedrich Reinitzer objevil existenci podivných látek v rostlinách. Byl ohromen tím, že některé látky, které mají zpočátku krystalickou strukturu, při zahřívání zcela mění své vlastnosti.
Při teplotě 178 stupňů Celsia se tedy látka nejprve zakalila a poté se úplně změnila na kapalinu. Tím ale objevy neskončily. Ukázalo se, že podivná kapalina se elektromagneticky projevuje jako krystal. Tehdy se objevil termín „tekutý krystal“.
Jak fungují matice LCD
Na tom je založena matice. Co je matice? tonejednoznačný termín. Jedním z jeho významů je displej notebooku, LCD monitor nebo moderní televizní obrazovka. Nyní zjistíme, na čem je založen princip jejich práce.
A je založen na obvyklé polarizaci světla. Pokud si pamatujete školní kurz fyziky, pak jen říká, že některé látky jsou schopny přenášet světlo pouze jednoho spektra. To je důvod, proč dva polarizátory pod úhlem 90 stupňů nemusí vůbec propouštět světlo. V případě, že mezi nimi bude nějaké zařízení, které dokáže roztočit světlo, budeme moci upravit jas záře a další parametry. Obecně se jedná o nejjednodušší matici.
Zjednodušené maticové uspořádání
Normální LCD displej se bude vždy skládat z několika stálých částí:
- Osvětlovací lampy.
- Reflektory, které zajišťují rovnoměrnost výše uvedeného osvětlení.
- Polarizátory.
- Skleněný substrát s vodivými kontakty.
- Nějaké množství notoricky známých tekutých krystalů.
- Další polarizátor a substrát.
Každý pixel takové matice je tvořen červenými, zelenými a modrými body, jejichž kombinace vám umožňuje získat kteroukoli z dostupných barev. Pokud je zapnete všechny současně, výsledek je bílý. Mimochodem, jaké je rozlišení matice? Toto je počet pixelů (například 1280x1024).
Co jsou matice?
Zjednodušeně řečeno, jsou pasivní (jednoduché) a aktivní. Pasivní - nejjednodušší, v nichpixely se spouštějí postupně, řádek po řádku. Při pokusu o zavedení výroby displejů s velkou úhlopříčkou se tedy ukázalo, že je nutné neúměrně zvětšit délku vodičů. V důsledku toho se nejen výrazně zvýšily náklady, ale také se zvýšilo napětí, což vedlo k prudkému nárůstu počtu rušení. Proto lze pasivní matice použít pouze při výrobě levných monitorů s malou úhlopříčkou.
Aktivní druhy monitorů, TFT, vám umožňují ovládat každý (!) z milionů pixelů samostatně. Faktem je, že každý pixel je řízen samostatným tranzistorem. Aby článek předčasně neztrácel náboj, je k němu přidán samostatný kondenzátor. Samozřejmě díky takovému schématu bylo možné výrazně zkrátit dobu odezvy každého pixelu.
Matematické zdůvodnění
V matematice je matice objekt zapsaný jako tabulka, jejíž prvky jsou v průsečíku jejích řádků a sloupců. Je třeba poznamenat, že matice jsou obecně široce používány v počítačích. Stejné zobrazení lze interpretovat jako matici. Protože každý pixel má určité souřadnice. Každý obrázek, který se vytvoří na displeji notebooku, je tedy maticí, jejíž buňky obsahují barvy každého pixelu.
Každá hodnota zabírá přesně 1 bajt paměti. Trochu? Bohužel i v tomto případě zabere jen jeden FullHD snímek (1920 × 1080) pár MB. Kolik prostoru potřebujete pro 90minutový film? Protoobrázek je komprimovaný. V tomto případě je determinant velmi důležitý.
Mimochodem, co je maticový determinant? Je to polynom, který kombinuje prvky čtvercové matice takovým způsobem, že její hodnota je zachována prostřednictvím transpozice a lineárních kombinací řádků nebo sloupců. V tomto případě je matice chápána jako matematický výraz, který popisuje uspořádání pixelů, ve kterých jsou zakódovány jejich barvy. Říká se mu čtverec, protože počet řádků a sloupců v něm je stejný.
Proč je to tak důležité? Faktem je, že při kódování se používá Haarova transformace. Haarova transformace je v podstatě o rotaci bodů takovým způsobem, že je lze pohodlně a kompaktně zakódovat. V důsledku toho je získána ortogonální matice, pro jejíž dekódování se používá determinant.
Nyní se podíváme na hlavní typy matice (již jsme zjistili, co je matice samotná).
TN+film
Jeden z nejlevnějších a nejběžnějších modelů displeje současnosti. Má poměrně rychlou odezvu, ale spíše špatnou reprodukci barev. Problém je v tom, že krystaly v této matrici jsou umístěny tak, že pozorovací úhly jsou zanedbatelné. Pro boj s tímto jevem byl vyvinut speciální film, který umožňuje mírně širší pozorovací úhly.
Krystaly v této matrici jsou uspořádány do sloupce, takže připomínají vojáky na přehlídce. Krystaly jsou stočeny do spirály, díky čemuž k sobě dokonale těsně přiléhají. Aby vrstvy dobře přilnuly k podkladům, speczářezy.
Ke každému krystalu je připojena elektroda, která na něm reguluje napětí. Pokud není žádné napětí, pak se krystaly otočí o 90 stupňů, v důsledku čehož jimi světlo volně prochází. Ukazuje se obvyklý bílý pixel matice. Co je to červené nebo zelené? Jak to funguje?
Jakmile je přivedeno napětí, spirála je stlačena a stupeň stlačení přímo závisí na síle proudu. Pokud je hodnota maximální, pak krystaly obecně přestanou propouštět světlo, což má za následek černé pozadí. Pro získání šedé barvy a jejích odstínů je poloha krystalů ve spirále upravena tak, aby propouštěly trochu světla.
Mimochodem, ve výchozím nastavení jsou v těchto maticích vždy aktivovány všechny barvy, což má za následek bílý pixel. Proto je tak snadné identifikovat vypálený pixel, který se na monitoru vždy objeví jako světlý bod. Vzhledem k tomu, že matice tohoto typu mají vždy problémy s reprodukcí barev, je velmi obtížné dosáhnout i černého zobrazení.
Aby situaci nějak napravili, inženýři umístili krystaly pod úhlem 210°, což vedlo ke zlepšení kvality barev a doby odezvy. Ale i v tomto případě došlo k určitým přesahům: na rozdíl od klasických TN-matic byl problém s odstíny bílé, barvy se ukázaly jako vymyté. Tak se zrodila technologie DSTN. Jeho podstatou je, že displej je rozdělen na dvě poloviny, z nichž každá se ovládá samostatně. Kvalita zobrazení se dramaticky zlepšila, alezvýšila hmotnost a náklady na monitory.
Toto je matrice v notebooku typu TN+film.
S-IPS
Hitachi, která už dost trpěla nedostatky předchozí technologie, se rozhodla, že se ji už nebude snažit vylepšovat, ale prostě vymyslí něco radikálně nového. Navíc v roce 1971 Günter Baur zjistil, že krystaly mohou být umístěny nikoli ve formě kroucených sloupků, ale paralelně k sobě položených na skleněném substrátu. V tomto případě jsou tam samozřejmě připevněny i vysílací elektrody.
Pokud na prvním polarizačním filtru není žádné napětí, světlo jím volně prochází, ale zadržuje se na druhém substrátu, jehož rovina polarizace je vždy v úhlu 90 stupňů vzhledem k prvnímu. Díky tomu se nejen dramaticky zvyšuje rychlost odezvy monitoru, ale černá barva je skutečně černá a ne variace tmavě šedého odstínu. Velkou výhodou jsou navíc rozšířené pozorovací úhly.
Technologické nedostatky
Bohužel, ale rotace krystalů, které jsou vzájemně rovnoběžné, zabere mnohem více času. A proto doba odezvy u starších modelů dosahovala skutečně kyklopské hodnoty, 35-25 ms! Někdy bylo dokonce možné z kurzoru pozorovat smyčku a pro uživatele bylo lepší zapomenout na dynamické scény v hračkách a filmech.
Protože jsou elektrody na stejném substrátu, je k otočení krystalů požadovaným směrem potřeba mnohem více energie. A proto všechnoMonitory IPS jen zřídka získávají Energy Star za hospodárnost. Osvětlení substrátu samozřejmě také vyžaduje použití výkonnějších lamp a to nezlepšuje situaci se zvýšenou spotřebou energie.
Vyrobitelnost takových matric je vysoká, a proto byly až donedávna velmi, velmi drahé. Stručně řečeno, se všemi výhodami a nevýhodami jsou tyto monitory skvělé pro designéry: jejich kvalita barev je vynikající a doba odezvy může být v některých případech obětována.
Toto je panel IPS.
MVA/PVA
Protože oba výše uvedené typy senzorů mají nedostatky, které je prakticky nemožné odstranit, vyvinula společnost Fujitsu novou technologii. Ve skutečnosti je MVA / PVA upravenou verzí IPS. Hlavním rozdílem jsou elektrody. Jsou umístěny na druhém substrátu ve formě zvláštních trojúhelníků. Toto řešení umožňuje krystalům rychleji reagovat na změny napětí a podání barev je mnohem lepší.
Fotoaparát
A co je matice ve fotoaparátu? V tomto případě se jedná o název krystalu vodiče, který je také známý jako nábojově vázané zařízení (CCD). Čím více buněk v matrici kamery, tím lepší je. Když se otevře závěrka fotoaparátu, proud elektronů prochází matricí: čím více jich je, tím silnější je proud. V temných částech se tedy netvoří žádný proud. Oblasti matice, které jsou citlivé na určité barvy, vvýsledek a vytvoření kompletního obrázku.
Mimochodem, jaká je velikost matice, mluvíme-li o počítačích nebo laptopech? Je to jednoduché – toto je název úhlopříčky obrazovky.
