Цифровой дисплей

Изобретение относится к аппаратным средствам персонального компьютера /ПК/ и может быть использовано в качестве плоскопанельного дисплея в ПК и в телевизоре. Техническим результатом является исключение высокого напряжения, увеличение яркости изображения, повышение разрешения матрицы экрана и достоверности цветопередачи. Результат достигается исключением из излучающих ячеек газосветных лампочек и введением сверхярких светодиодов белого излучения, уменьшением размеров ячеек, получением разрешения по формату HDTV и преобразованием "код - длительность излучения". Технический результат достигается тем, что в цифровой дисплей вводятся три канала цветовых сигналов, каждый из накопителя кодов кадра и блока формирования управляющих сигналов, три излучающих ячейки элемента матрицы объединены в одном непрозрачном корпусе, в выходном торце которого имеется микролинза, в каждую излучающую ячейку введен светодиод белого свечения и световой канал ее составляют светодиод и цветной светофильтр, расположенный в фокальной плоскости микролинзы. 9 ил.

 

Изобретение относится к аппаратным средствам персонального компьютера /ПК/ и может быть использовано в качестве плоскопанельного дисплея в ПК и в телевизоре. За прототип принят плоскопанельный дисплей, выполненный по технологии плазменных панелей [1 с.489, 2 с.25, 27, 29, 3 c.23, 27], представляющий собой совокупность элементов матрицы из газосветных ячеек. Отдельный элемент плазменной матрицы состоит из трех излучающих газосветных лампочек, каждая из которых имеет один из цветных светофильтров R, G, В. Газосветная ячейка включает газосветную лампочку и цветной светофильтр. Уровень яркости формируется [3 с.27] за счет скважности излучения: отношение времени, когда лампочка излучает, ко времени, когда она на излучает. Яркость получается из частоты миганий и длительности каждого из них. Газосветные лампочки имеют постоянные напряжения предподжига, т.е. все элементы панели тлеют, на плазменной панели заметно это фоновое "дыхание", не позволяющее получить подлинный глубокий черный цвет [2 с.29]. Разрешающая способность плазменной панели соответствует числу элементов матриц /из трех газосветных ячеек каждая/. Недостатки прототипа: наличие высокого напряжения [1 с.489]; технология плазменных панелей не способна создать мелкую плазменную газосветную ячейку [2 с.25], поэтому плазменные панели имеют сравнительно невысокое разрешение; высокая стоимость плазменных панелей [1 с.489]; отсутствует глубокий черный цвет [2 с.29] и отсутствует полнота и достоверность цветопередачи цветовых тонов [2 с.29].

Цель изобретения - исключение высокого напряжения в дисплее, увеличение яркости изображения, повышение разрешающей способности матрицы экрана и достоверности в цветопередаче, техническими результатами являются исключение в дисплее высокого напряжения, увеличение яркости изображения, повышение разрешения матриц экрана и достоверности цветопередачи. Результаты достигаются исключением из излучающих ячеек газосветных лампочек и введением вместо них сверхярких светодиодов белого свечения, уменьшением размеров излучающих ячеек, а следовательно и размеров элементов матриц /0,6×0,6 мм/, получение разрешения по формату НДТV /1920×1080/, увеличение достоверности в цветопередаче достигается преобразованием кодов цветовых сигналов в соответствующие им длительности излучения ячейками преобразованием "код - длительность излучения", достоверность цветопередачи приближается к 16777216 оттенкам цветов. Как следствие появляются глубокий черный цвет и высокая степень контрастности /в 10 и более раз/.

Каждая излучающая ячейка элемента матрицы представляет собой излучающий световой канал из последовательно расположенных светодиода белого свечения и цветного светофильтра. Яркость определяется, как и в прототипе, скважностью излучения светодиода ячейки пропорционально коду цветового сигнала. Каждый элемент матрицы включает три ячейки, излучающих красный, зеленый или синий цвет. Три ячейки объединяются в один непрозрачный корпус, в выходном торце которого располагается микролинза, суммирующая цветовые потоки и выводящая изображение пиксела на экран. Светодиоды ячеек всего экрана по управляющим сигналам с блока формирования управляющих сигналов, определяющих длительность излучения каждого светодиода, синхронно излучают и формируют изображение на экране. Сущность изобретения в том, что в цифровой дисплей, содержащий плоскопанельный экран из элементов матриц, каждый из которых включает три излучающих ячейки, содержащих соответствующий цветной светофильтр, введены три канала цветовых сигналов R, G, В, каждый из которых включает последовательно соединенные накопитель кодов и блок формирования управляющих сигналов, выходы которых подключены к соответствующим входам плоскопанельного экрана, три излучающие ячейки каждого элемента матрицы объединены в один непрозрачный корпус, в выходном торце которого имеется микролинза, в каждую излучающую ячейку введен светодиод белого свечения, световой канал которой составляют последовательно расположенные светодиод и цветной светофильтр, световые каналы в корпусе матрицы оптически разделены, а цветные светофильтры ячеек расположены в передней фокальной плоскости микролинзы.

Схема цифрового дисплея представлена на фиг.1, накопитель кодов кадра - на фиг.2, блок регистров - на фиг.3 и 4, состав излучающей ячейки - на фиг.5, корпус элемента матрицы - на фиг.6, состав элемента матрицы - на фиг.7, расположение элементов матрицы в экране - на фиг.8, блок формирования управляющих сигналов - на фиг.9. Цифровой дисплей воспроизводит с ПК /или приемной части телевизора/ видеорежим 1920×1080×100 Гц. Частота дискретизации составляет: f_д=1920×1080×100 Гц=207,36 МГц,

где: 1920 - число отсчетов в строке, 1080 - число строк в кадре, 100 Гц - частота кадров.

Частота строк: f_с=1080×100 Гц=108 кГц.

Длительность кадра:

Цифровой дисплей включает /фиг.1/ три идентичных канала цветовых сигналов R, G, В, каждый из которых содержит последовательно соединенные накопитель 1 кодов кадра и блок 2 формирования управляющих сигналов, выходы которых подключены к соответствующим входам экрана 3. Блок 2 состоит из каналов формирования управляющих сигналов по числу пикселов в экране 2073600 /1920×1080/. Накопители кодов кадра 1 идентичны /фиг.2/, каждый включает блоки 4 регистров по числу отрок в кадре 4_1-1080. Информационным входом накопителя 1 кодов кадра являются поразрядно объединенные 1-8 входы блоков 4 регистров. Управляющими входами являются: первым - первый управляющий вход U_к /100 Гц/ блока 4₁, вторым - объединенные управляющие входы U_выд /108 кГц/ блоков 4 регистров, третьим - третьи объединенные управляющие входы U_д /207,36 МГц/ блоков 4 регистров. Каждый управляющий выход предыдущего блока 4 регистров является первым управляющим входом последующего блока 4 регистров. Управляющий выход последнего блока 4₁₀₈₀ регистров подключен параллельно к четвертым управляющим входам всех блоков регистров, первым, вторым, третьим управляющими входами цифрового дисплея являются объединенные первые управляющие входы накопителей 1 кодов кадра, объединенные вторые убавляющие входы их и объединенные третьи управляющие входы накопителей 1 кодов кадра. Первым, вторым, третьим информационными входами цифрового дисплея являются соответственно информационные входы накопителя 1 кодов кадра в первом, втором и третьем каналах цветовых сигналов. Блоки 4 регистров идентичны /фиг.3 и 4/, каждый включает первый 5, второй 6 ключи, распределитель 7 импульсов и восемь регистров 8_1-8. Информационным входом блока 4 являются поразрядно объединенные третьи входы разрядов восьми регистров 8. Выходами блока 4 регистров являются параллельные выходы всех разрядов восьми регистров 8_1-8, всего 15360 выходов /1920×1080/ с каждого блока 4 регистров. Управляющими входами являются: первым - первый управляющий вход /100 Гц/ первого ключа 5, вторым - сигнальный вход U_выд, второго ключа 6, третьим - сигнальный вход U_д первого ключа 5, четвертым - первый управляющий вход второго ключа 6, подключенный к управляющему выхода последнего блока 4₁₀₈₀ регистров. Последний выход /1920/ распределителя 7 импульсов подключен к второму управляющему входу ключа 5 и является управляющим выходом блока 4₁ в следующий блок 4₂, и подключен к первому управляющему входу первого ключа 5 в блоке 4₂. Выход первого ключа 5 подключен к распределителю 7 импульсов, выходы которого последовательно с первого по последний /1920/ подключены к первым управляющим входам разрядов параллельно восьми регистров 8_1-8. Выход второго ключа 6 подключен параллельно к вторым управляющим входам всех разрядов восьми регистров 8. Блок 2 предназначен для формирования скважности излечения светодиодов белого свечения в излучающих ячейках, т.е. длительности сигналов питания светодиодов. Экран 3 представляет совокупность 2073600 элементов матриц. Элемент матрицы /фиг.7/ включает корпус 11 /фиг.6/, в верхнем ряду которого расположены параллельно две излучающие ячейки /фиг.7/, под ними и посредине расположена третья излучающая ячейка. Каждая излучающая ячейка представляет собой световой канал /фиг.5/ из последовательно расположенных светодиода 9 белого свечения и цветного светофильтра 10. Световые каналы ячеек оптически разделены друг от друга перегородками 13 /фиг.6, 7/ в корпусе 11 элемента матрицы, в выходном торце которого расположена микролинза 12. Каждый светодиод 9 имеет управляющий вход. Принцип действия излучающей ячейки основан на прямо пропорциональной зависимости длительности излучения светодиода 9 от величины кода сигнала. Преобразование "код - длительность излучения" выполняют каналы блока 2. Число каналов в блоке 2 по числу элементов матриц в экране 3 и составляет 2073600. Блок 2 /фиг.9/ содержит источник 14 питания, генератор 15 импульсов и с первого по 2073600-й каналы формирования отправляющих сигналов, выполняющие преобразование "код - длительность излучения". Каналы идентичны /фиг.9/, каждый включает последовательно соединенные первый ключ 16, вычитающий счетчик 17 импульсов, дешифратор 18 и второй ключ 19. Генератор 15 импульсов выдает на сигнальные входы ключей 16 импульсы частотой 25,51 кГц, Каналы работают идентично. При длительности кадра 10 мс /100 Гц/ коду 00000001 соответствует длительность излучения светодиода 9 в один импульс 39,26 мкс коду 00000010 соответствует длительность излучения в два импульса 78,5 мкс, коду 00000011 - три импульса 117 мкс, и т.д., коду 11111110 - 254 импульса 9958 мкс и коду 11111111 соответствует длительность излучения в 255 импульсов 9997 мкс. Инерционность светодиодов менее 1 мкс. С началом периода кадра синхроимпульс U_к открывает вое первые ключи 16 в блоке 2. Все коды /2073600/ кадра каждого цветового сигнала синхронно в параллельном виде поступают на информационные 1-8 входы вычитающих счетчиков 17 импульсов. Открытые ключи 16 пропускают импульсы 25,51 кГц с генератора 15 на счетные входы вычитающих счетчиков 17 /микросхемы 100ИЕ137 [4 с.428]/. Исходное состояние ключей 16, 19 закрытое. Синхроимпульс U_к открывает и все вторые ключи 19. Напряжение питания 3 В через открытые ключи 19 запитывает светодиоды 9 в излучающих ячейках элементов матриц. Светодиоды начинают излучение. Процесс вычитания в счетчиках 17 идет до появления в них кода 00000000. С приходом в дешифратор 18 кода из одних нулей он выдает сигнал U_з, закрывающий оба ключа 16, 19. Питание светодиода заканчивается, излучение прекращается. Излучения от трех светодиодов 9 элемента матрицы проходят цветные светофильтры 10 /фиг.7/, собираются микролинзой 12 и выводятся ею на экран в виде пиксела, который, соответственно свойствам человеческого глаза, мы видим соответствующего цветового тона и яркости. Таким образом скважность при излучении трех цветов формирует для человеческого зрения цветовые тона и яркости пикселов от всех элементов матриц. Вариант размеров излучающих ячеек: светофильтры 0,25×0,25 мм, светодиоды тоже 0,25×0,25 мм, корпус элемента матрицы 0,6×0,6 мм. Глубина элемента матрицы /и экрана/ ограничивается в 10...20 мм. Расположение элементов матриц в экране 3 на фиг.8. При числе элементов матриц 2073600 разрешение соответствует формату НДТV: 1920×1080. Размер экрана:

по горизонтали 1920×0,6 мм=1152 мм,

по вертикали 1080×0,6 мм=648 мм,

по диагонали 1322 мм или 52 дюйма. Светодиодов белого свечения требуется 6220800 штук /2073600×3/.

Работа цифрового дисплея.

Коды цветовых сигналов R, G, В с соответствующих информационных цифровых выходов ДV1 видеоадаптера ПК поступают в параллельном виде на информационные входы трех накопителей 1 кодов кадра. С соответствующих выходов видеоадаптера ПК на первый, второй, третий управляющие входы накопителей кодов кадра 1 поступают синхроимпульсы частоты кадров U_к 100 Гц, частоты строк U_с 108 кГц и частоты дискретизации U_д 207,36 МГц. За время первого кадра регистры 8 в блоках 4 /фиг.3/ заполняются кодами первого кадра. Каждый блок 4 регистров сосредотачивает коды одной строки, поэтому их в блоках 1 по 1080 штук. За период кадра в каждом блоке 1 накапливаются по 2073600 кодов. Управляющий импульс, поступающий на четвертые управляющие входы блоков 4, выдает из них синхронно и параллельно все коды первого кадра в блоки 2 и обнуляет разряды регистров 8 для приема кодов следующего кадра. В блоке 2 выполняются преобразования "код - длительность излучения". Сигналы с ключей 19 длительностью, соответствующей величине кода, запитывают светодиоды 9 в ячейках матриц. Увеличение яркости изображения на экране против прототипа достигается применением в каждой излучающей ячейке сверхяркого светодиода белого свечения с силой света 3 кд, например L-53MWC фирмы Kingbright [5 с.45|. Максимальная яркость излучения светодиода составляет:

где: 3 кд - сила света светодиода,

0,5 мм² - примерная площадь излучения светодиода.

С учетом потерь излучения в 80% яркость изображения остается еще достаточно высокой. При вычислении контрастности [6 с.359 20-я строка сверху] отсутствие излучения светодиодов в ячейке определяет полный черный цвет и в знаменателе будет значение, близкое к нулю, т.е. контрастность будет много выше, чем у прототипа. Сигналы разрядов кодов поступают на третьи входы разрядов регистров 8. Заполнение регистров 8 кодами строки начинается с открытием импульсом U_к первого ключа 5, который пропускает импульсы U_д на вход распределителя 7 импульсов. Тактовые импульсы с выхода блока 7 поступают последовательно на первые управляющие входы разрядов восьми регистров 8. Сигналы первых разрядов поступают в разряды первого регистра 8, вторых разрядов кодов поступают в разряды второго регистра 8₂ и т.д. По заполнении регистров 8 сигнал с последнего выхода блока 7 закрывает ключ 5 и в качестве управляющего выходного сигнала открывает ключ 5 в блоке 4₂, регистры которого аналогично заполняются кодами второй строки. Таким образом за время кадра заполняются регистры 8 всех блоков 4 регистров. По заполнении регистров 8 управляющий выходной сигнал с блока 4₁₀₈₀ открывает вторые ключи 6 в блоках 4. Импульс U_выд выдает синхронно из всех блоков 4 все коды кадра /2073600/ в блоки 2 и обнуляет разряды регистров 8. В виду непосредственного преобразования кодов в длительности излучения светодиодов цветопередача приближается к расчетному значению 167772I6 цветовых тонов. Исключение при формировании кадра на экране процесса развертки строк достигается многократным /по числу разрешения/ увеличением числа электронных схем. Но идентичность их упрощает выполнение блоков 1 и 2 в виде микросхем. Заявляемый цифровой дисплей выполняет увеличение яркости изображения, повышает разрешение до формата НДТV, повышает достоверность цветопередачи до расчетной, передает черный цвет и увеличивает контрастность. Вместе с тем упрощается изготовление плоскопанельного экрана и производство цифровых плоскопанельных дисплеев.

Источники информации

1. Колесниченко О.В., Шишигин И.В. Аппаратные средства PC. 5-е изд., СПБ, 2004, с.489, прототип.

2. "Домашний компьютер", №4, 2006, c.25, 27, 29, первая колонка.

3. "Домашний компьютер", №4, 2005, с.23, 27.

4. Цифровые интегральные микросхемы. Справочник. Минск, 1991, с.428.

5. "Радио" №2 2006, с.45.

6. В.Мураховский. Железо ПК. Новые возможности. СПб, Питер, 2005, с.359.

Цифровой дисплей, содержащий плоскопанельный экран из элементов матриц, каждый из которых включает три излучающих ячейки, содержащих соответствующий цветной светофильтр, отличающийся тем, что в него введены три канала цветовых сигналов R, G, В, каждый из которых включает последовательно соединенные накопитель кодов кадра и блок формирования управляющих сигналов, выходы которого подключены к соответствующим входам плоскопанельного экрана, первым, вторым и третьим информационными входами цифрового дисплея являются информационные входы накопителя кодов кадра каждого канала цветового сигнала, подключенные к соответствующим информационным выходам видеоадаптера персонального компьютера (ПК), первым, вторым и третьим управляющими входами цифрового дисплея являются объединенные соответственно первые, вторые и третьи управляющие входы накопителей кодов кадра, подключенные соответственно к первому, второму и третьему вправляющим выходам видеоадаптера ПК, накопители кодов кадра идентичны, каждый включает блоки регистров по числу строк в кадре, информационным входом каждого накопителя кодов кадра являются поразрядно объединенные входы блоков регистров, первым управляющим входом является первый управляющий вход первого блока регистров, вторым - объединенные вторые управляющие входы блоков регистров, третьим - объединенные третьи управляющие входы блоков регистров, каждый управляющий выход предыдущего блока регистров является первым управляющим входом последующего блока регистров, управляющий выход последнего блока регистров подключен параллельно к четвертым управляющим входам всех блоков регистров, выходами накопителя кодов кадра являются выходы всех блоков регистров, блоки регистров идентичны, каждый включает первый и второй ключи, распределитель импульсов и восемь регистров, 1-8 информационными входами блока регистров являются поразрядно объединенные третьи входы разрядов восьми регистров, выходы всех разрядов восьми регистров являются параллельными выходами блока регистров, первым управляющим входом блока регистров является первый управляющий вход первого ключа, вторым - является сигнальный вход второго ключа, третьим - сигнальный вход первого ключа, четвертым - первый управляющий вход второго ключа, подключенный к управляющему выходу последнего блока регистров, выход первого ключа подключен к входу распределителя импульсов, выходы которого последовательно с первого по последний подключены к первым управляющим входам разрядов параллельно восьми регистров, последний выход также подключен к второму управляющему входу первого ключа и является управляющим выходом блока регистров, выход второго ключа подключен параллельно к вторым вправляющим входам всех разрядов восьми регистров и к второму управляющему входу второго ключа, каждый блок формирования управляющих сигналов содержит источник питания, генератор импульсов и каналы формирования управляющих сигналов по числу элементов матриц в экране, каналы формирования управляющих сигналов идентичны, каждый включает последовательно соединенные первый ключ, вычитающий счетчик импульсов, дешифратор и второй ключ, информационными входами блока формирования управляющих сигналов являются информационные входы вычитающих счетчиков импульсов всех каналов, управляющим входом являются объединенные первые управляющие входы первых и вторых ключей всех каналов блока, подключенные к первому управляющему входу цифрового дисплея, выходами являются выходы вторых ключей, сигнальные входы которых объединены и подключены к выходу источника питания, сигнальные входы первых ключей объединены и подключены к выходу генератора импульсов, выходы первых ключей подключены к счетным входам вычитающих счетчиков импульсов своего канала, выход каждого дешифратора подключен к вторым управляющим входам первого и второго ключей своего канала, три излучающих ячейки каждого элемента матрицы экрана объединены в один непрозрачный корпус, в выходном торце которого расположена микролинза, две излучающие ячейки расположены параллельно в верхнем ряду корпуса, под ними и посередине расположена третья излучающая ячейка, в каждую излучающую ячейку введен светодиод белого излучения, световой канал излучающий ячейки составляют последовательно расположенные светодиод белого излучения и цветной светофильтр, световые каналы в корпусе матрицы оптически разделены, цветные светофильтры излучающих ячеек расположены в передней фокальной плоскости микролинзы, а управляющий вход каждого светодиода белого излучения подключен к соответствующему выходу в блоке формирования стравляющих сигналов.