Matrizen - was ist das? Arten von Matrizen

Heute ist es fast unmöglich zu findeneine Person, die immer noch einen CRT-Monitor oder einen alten Fernseher verwenden würde. Diese Technologie ersetzt schnell und erfolgreich LCD-Modelle, die auf Flüssigkristallen basieren. Aber Matrizen sind nicht weniger wichtig. Was sind Flüssigkristalle und Matrizen? Sie werden alles aus unserem Artikel erfahren.

Vorgeschichte

Die Welt erfuhr 1888 erstmals von FlüssigkristallenJahr, als der berühmte Botaniker Friedrich Rainitzer die Existenz von seltsamen Substanzen in Pflanzen entdeckte. Er war erstaunt, dass einige Substanzen, die anfänglich eine kristalline Struktur besaßen, ihre Eigenschaften vollständig veränderten, wenn sie erhitzt wurden.

Also, bei einer Temperatur von 178 Grad Celsiusdie Substanz ist zunächst trübe und dann vollständig in eine Flüssigkeit umgewandelt. Aber die Öffnung dazu endete nicht. Es stellte sich heraus, dass sich eine fremde Flüssigkeit elektromagnetisch als Kristall manifestiert. Zu diesem Zeitpunkt erschien der Begriff "Flüssigkristall".

Das Prinzip der LCD-Matrizen

Dies ist die Grundlage der Arbeit der Matrix. Was ist eine Matrix? Dies ist ein polysemantischer Begriff. Eine seiner Bedeutungen ist ein Laptop-Display, ein LCD-Monitor oder ein moderner TV-Bildschirm. Jetzt wissen wir, worauf das Prinzip ihrer Arbeit beruht.

Und es basiert auf der üblichen Polarisation des Lichts. Wenn Sie sich an den Schulphysikkurs erinnern, dann wird nur gesagt, dass einige Substanzen in der Lage sind, Licht nur eines Spektrums zu übertragen. Deshalb können zwei Polarisatoren in einem Winkel von 90 Grad kein Licht durchlassen. In dem Fall, in dem sich ein Gerät zwischen ihnen befindet, das das Licht drehen kann, können wir die Helligkeit des Glühens und anderer Parameter anpassen. Im Allgemeinen ist dies die einfachste Matrix.

Vereinfachtes Matrix-Gerät

Das übliche LCD-Display besteht immer aus mehreren permanenten Teilen:

• Lampen für die Beleuchtung.
• Reflektoren, die die Gleichmäßigkeit der obigen Beleuchtung sicherstellen.
• Polarisatoren.
• Das Substrat besteht aus Glas, auf dem leitfähige Kontakte abgeschieden sind.
• Einige der berüchtigten Flüssigkristalle.
• Ein weiterer Polarisator und Substrat.

Jedes Pixel einer solchen Matrix wird aus gebildetrote, grüne und blaue Punkte, mit deren Kombination Sie alle verfügbaren Farben erhalten können. Wenn Sie alle gleichzeitig einschalten, ist das Ergebnis weiß. Übrigens, wie ist die Auflösung der Matrix? Dies ist die Anzahl der Pixel (zum Beispiel 1280 x 1024).

Was sind die Matrizen?

Wenn einfach, dann sind sie passiv (einfach)und aktiv. Passiv - am einfachsten werden die Pixel von Zeile zu Zeile sequentiell getriggert. Beim Versuch, die Produktion von Displays mit einer großen Diagonale einzurichten, stellte sich folglich heraus, dass es notwendig war, die Länge der Leiter unverhältnismäßig zu vergrößern. Infolgedessen wurden nicht nur die Kosten signifikant erhöht, sondern auch die Spannung erhöht, was zu einer starken Zunahme der Anzahl von Interferenzen führte. Aus diesem Grund können passive Matrizen nur bei der Herstellung kostengünstiger Monitore mit kleiner Diagonale verwendet werden.

Aktive Monitortypen, TFT, zulassenVerwalten Sie jedes (!) von Millionen von Pixeln separat. Tatsache ist, dass jedes Pixel von einem separaten Transistor gesteuert wird. Um zu verhindern, dass die Zelle vorzeitig ihre Ladung verliert, wird ein separater Kondensator hinzugefügt. Aufgrund dieses Schemas war es natürlich möglich, die Antwortzeit jedes Pixels wiederholt zu reduzieren.

Mathematische Begründung

In der Mathematik ist eine Matrix ein Objektin Form einer Tabelle geschrieben, deren Elemente sich im Schnittpunkt von Zeilen und Spalten befinden. Es ist zu beachten, dass Matrizen im Allgemeinen in Computern weit verbreitet sind. Die gleiche Anzeige kann als Matrix interpretiert werden. Weil jedes Pixel bestimmte Koordinaten hat. Somit ist jedes Bild, das sich auf einer Laptop-Anzeige bildet, eine Matrix, deren Zellen die Farben jedes Pixels enthalten.

Jeder Wert benötigt genau 1 Byte Speicher. Ein bisschen Aber selbst in diesem Fall wird nur ein Frame von FullHD (1920 × 1080) ein paar MB beanspruchen. Und wie viel Platz braucht ein Film für 90 Minuten? Deshalb wird das Bild komprimiert. Die Determinante ist von großer Bedeutung.

Was ist übrigens die Determinante der Matrix? Dabei handelt es sich um ein Polynom, das die Elemente einer quadratischen Matrix so kombiniert, dass der Wert beim Umsetzen und bei linearen Kombinationen von Zeilen oder Spalten erhalten bleibt. In diesem Fall wird unter der Matrix ein mathematischer Ausdruck verstanden, der den Ort der Pixel beschreibt, in denen ihre Farben codiert sind. Es wird quadratisch genannt, da die Anzahl der Zeilen und Spalten gleich ist.

Warum ist das so wichtig? Tatsache ist, dass die Kodierung die Haar-Transformation verwendet. Im Wesentlichen ist die Haar-Transformation die Rotation der Punkte, so dass sie bequem und kompakt codiert werden können. Das Ergebnis ist eine orthogonale Matrix, für deren Decodierung die Determinante verwendet wird.

Nun betrachten wir die Haupttypen der Matrix (was ist die Matrix selbst, wir haben es schon herausgefunden).

TN + Film

Einer der billigsten und häufigstenHeutige Displaymodelle. Es hat eine relativ schnelle Reaktionszeit, aber eine schlechte Farbwiedergabe. Das Problem ist, dass die Kristalle in dieser Matrix so angeordnet sind, dass die Betrachtungswinkel unbedeutend sind. Um diesem Phänomen entgegenzuwirken, wurde ein spezieller Film entwickelt, mit dem Sie die Blickwinkel etwas erweitern können.

Die Kristalle in dieser Matrix sind in einer Reihe angeordnetam meisten wie ein Soldat auf Parade. Die Kristalle sind zu einer Spirale verdreht, dank derer sie idealerweise fest aneinander haften. Um die Schichten gut an die Substrate anzupassen, werden auf ihrer Oberfläche spezielle Rillen angebracht.

An jedem Kristall ist eine Elektrode angebracht.die Spannung darauf regeln. Wenn keine Spannung vorhanden ist, werden die Kristalle um 90 Grad gedreht, so dass das Licht ungehindert durch sie hindurchgeht. Es stellt sich das übliche weiße Pixel der Matrix heraus. Was ist rot oder grün? Wie geht es ihm?

Sobald Spannung anliegt, die Spiralewird komprimiert und der Kompressionsgrad hängt direkt von der Stärke des Stroms ab. Wenn der Wert maximal ist, hören die Kristalle auf, Licht durchzulassen, was zu einem schwarzen Hintergrund führt. Um eine graue Farbe und ihre Schattierungen zu erhalten, wird die Position der Kristalle in der Spirale so eingestellt, dass sie eine bestimmte Menge Licht einlassen.

Übrigens ist der Standard in diesen Matrizen immerAlle Farben werden aktiviert, sodass das Pixel weiß ist. Daher ist es so einfach, ein abgebranntes Pixel zu identifizieren, das auf dem Monitor immer als heller Punkt erscheint. In Anbetracht dessen, dass bei der Farbwiedergabe von Matrizen dieses Typs immer ein Problem auftritt, ist es auch sehr schwierig, eine schwarze Anzeige zu erzielen.

Um die Situation irgendwie zu korrigieren, IngenieureDie Kristalle wurden in einem Winkel von 210 ° angeordnet, wodurch die Qualität der Farbe und die Reaktionszeit zunahmen. In diesem Fall war es jedoch nicht ohne Überlagerungen: Im Gegensatz zu den klassischen TN-Matrizen gab es ein Problem mit Weißschattierungen, und die Farben wurden verschwommen. So entstand die DSTN-Technologie. Das Wesentliche ist, dass die Anzeige in zwei Hälften unterteilt ist, von denen jede separat gesteuert wird. Die Anzeigequalität hat sich dramatisch verbessert, aber das Gewicht und die Kosten der Monitore sind gestiegen.

Das ist, was eine Matrix in einem TN + -Film-Laptop ist.

S-ips

Hitachi-Unternehmen, wie es mit Qual sein sollteNachteile der bisherigen Technologie, beschlossen, nicht mehr zu verbessern, sondern einfach etwas radikal Neues zu erfinden. Außerdem stellte Gunter Baur 1971 fest, dass die Kristalle nicht in Form von verdrehten Säulen angeordnet werden können, sondern parallel zueinander auf einem Glassubstrat liegen können. In diesem Fall sind natürlich auch Sendeelektroden angebracht.

Wenn der erste Polarisationsfilter nicht istSpannung durchläuft das Licht ungehindert, ist jedoch auf dem zweiten Substrat verzögert, dessen Polarisationsebene sich immer in einem Winkel von 90 Grad gegenüber dem ersten befindet. Dadurch erhöht sich nicht nur die Reaktionsgeschwindigkeit des Monitors dramatisch, sondern auch die Farbe Schwarz ist wirklich schwarz und keine dunkelgraue Variation. Ein großer Vorteil sind zudem die erweiterten Blickwinkel.

Nachteile der Technologie

Leider, aber über die Rotation der KristalleParallel dazu ist viel mehr Zeit erforderlich. Deshalb erreichte die Antwortzeit bei alten Modellen wirklich zyklopische Werte von 35 bis 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 Film zu vergessen.

Da sich die Elektroden auf demselben Substrat befinden,Es wird viel mehr Strom benötigt, um die Kristalle in die gewünschte Richtung zu drehen. Daher erhalten alle IPS-basierten Monitore aus Kostengründen nur selten den Energy Star. Um das Substrat zu beleuchten, müssen natürlich auch leistungsstärkere Lampen verwendet werden, was die Situation bei erhöhtem Stromverbrauch nicht verbessert.

Die Herstellbarkeit solcher Matrizen ist hoch,aber weil sie bis vor kurzem sehr, sehr teuer waren. Kurz gesagt, mit allen Vor- und Nachteilen sind solche Monitore für Designer hervorragend: Sie haben eine ausgezeichnete Farbqualität und in manchen Fällen kann die Reaktionszeit geopfert werden.

Dies ist, was eine IPS-Matrix ist.

MVA / PVA

Da haben beide der oben genannten MatrixtypenDefizite, die kaum zu beheben sind, hat Fujitsu eine neue Technologie entwickelt. MVA / PVA ist eine modifizierte Version von IPS. Der Hauptunterschied sind Elektroden. Sie befinden sich in Form einer Art Dreiecke auf dem zweiten Substrat. Diese Lösung ermöglicht es den Kristallen, schneller auf Spannungsänderungen zu reagieren, und die Farbwiedergabe wird viel besser.

Kameras

Und was ist die Matrix in der Kamera? In diesem Fall handelt es sich um den sogenannten Leiterkristall, der auch als Charge-Coupled-Device (CCD) bezeichnet wird. Als in der Matrix der Kamera mehr Zellen, so ist es besser. Wenn sich der Verschluss der Kamera öffnet, durchläuft ein Elektronenstrom die Matrix: Je höher die Anzahl der Elektronen, desto stärker ist der resultierende Strom. Dementsprechend wird in den dunklen Teilen der Strom nicht gebildet. Die Bereiche der Matrix, die für bestimmte Farben empfindlich sind, bilden somit ein vollwertiges Bild.

Übrigens: Wie groß ist die Matrix, wenn wir über Computer oder Laptops sprechen? Es ist ganz einfach - die sogenannte Bildschirmdiagonale.