Плоскопанельный дисплей

Изобретение относится к плоскопанельным дисплейным устройствам и может быть использовано в качестве плоскопанельного монитора с получением условий стереоизображения. Технический результат уменьшение реакции ячейки (пиксела) на управляющий сигнал до десятков наносекунд достигается тем, что в плоскопанельный дисплей, включающий плоскопанельный экран из соответствующих ячеек по числу пикселов в кадре, введены три канала цветовых сигналов, каждый из которых включает накопитель кодов и блок формирования импульсов, плоскопанельный экран состоит из светодиодных ячеек (СД-ячеек), каждая из которых включает матрицу из соответствующего числа светодиодов трех основных цветов и микролинзу в выходном торце корпуса СД-ячейки, каждый светодиод имеет нейтральный светофильтр, плотность которого определяется принадлежностью светодиода к соответствующему двоичному разряду кода, и введены ЗД-очки с ИК-приемником на оправе очков, делитель частоты и ИК-передатчик на корпусе СД-экрана. 1 табл., 6 ил.

 

Изобретение относится к плоскопанельным дисплейным устройствам, может быть использовано в качестве плоскопанельного монитора с получением условий стереоизображения.

За прототип принят плоскопанельный дисплей по технологии жидких кристаллов - ЖК-панель [1, с.486-489], которая представляет совокупность ЖК-ячеек, каждая из которых не генерирует свет, а лишь управляет интенсивностью проходящего свата, поэтому используются постоянно излучающие лампы подсветки. ЖК-ячейка представляет электронно-управляемый светофильтр одного из цветов R, G, В.

Принцип ее действия основан на эффекте поляризации световой волны. При отсутствии внешнего электрического поля поступающий в ЖК-ячейку свет проходит ее. При подаче на подложки ячейки напряжения между ними возникает электрическое поле [2, c.474], молекулы жидкокристаллического вещества располагаются параллельно силовым линиям поля, плоскость поляризации света не совпадает с плоскостью поляризации анализатора, ЖК-ячейка становится непрозрачна. Для получения цветного изображения ЖК-ячейки объединяют в триады и каждая ячейка снабжается цветным светофильтром одного из цветов R, G, В. Каждый элемент ЖК-матрицы образован тремя тонкопленочными транзисторами и триалом управляемых ими ЖК-ячеек.

Изменяя уровень поданного на транзистор управляющего сигнала, можно регулировать яркость каждой ячейки триады. Недостатки ЖК-панели: необходимость в источниках постоянного излучения белого цвета, сложность технологии производства ЖК-панелей [3, с.146], инерционность ЖК-ячеек, наименьшее время отклика /реакция на управляющий сигнал/ ячеек 8-10 мс [4, с.357, 360], инерционность ЖК-ячеек ограничивает частоту кадров, что необходимо для условия получения стереоизображения.

Цель изобретения - исключить инерционность ячеек, составляющих плоскую панель. Результатом является уменьшение реакции ячейки на управляющий сигнал до десятков наносекунд [5, с.9], практически до нуля. Результат достигается использованием в ячейках плоской панели светодиодов трех основных цветов в качестве излучателей. Плоскопанельный светодиодный экран /СД-экран/ состоит из соответствующего числа электронно-управляемых светодиодных ячеек /СД-ячеек/, каждая из СД-ячеек является источником излучения трех основных цветов и формирует пиксел кадра. Коды стереопар из правого и левого кадров частотой 120 Гц /60 Гц + 60 Гц/ формируются в видеоадаптере персонального компьютера /ПК/ и в параллельном виде поступают на входы плоскопанельного дисплея. Поочередно воспроизводимые правое и левое изображения стереопары воспринимаются зрителем через электронно-управляемые ЗД-очки [2, с.563, 565].

Сущность изобретения в том, что в плоскопанельный дисплей, содержащий плоскопанельный экран из соответствующих ячеек по числу пикселов в кадре, введены три канала цветовых сигналов R, G, В, каждый из которых включает последовательно соединенные накопитель кодов и блок формирователей импульсов, плоскопанельный экран состоит из светодиодных ячеек /СД-ячеек/, каждая из которых содержит матрицу из соответствующего числа светодиодов трех основных цветов и микролинзу в выходном торце корпуса СД-ячейки, матрица светодиодов содержит число светодиодов каждого цвета по числу разрядов в коде, каждый светодиод имеет нейтральный светофильтр, плотность которого определяется принадлежностью светодиода к соответствующему двоичному разряду кода, и введены ЗД-очки с ИК-приемником на оправе и последовательно соединенные делитель частоты и ИК-передатчик, расположенный на корпусе СД-экрана.

Функциональная схема плоскопанельного дисплея показана на фиг.1, накопитель кодов - на фиг.2, блок регистров - на фиг.3 и 4, СД-ячейка - на фиг.5, матрица светодиодов и расположение нейтральных светофильтров на светодиодах - на фиг.6. Заявляемый плоскопанельный дисплей воспроизводит с видеоадаптера ПК видеорежим 1600×1200×120 Гц.

Частота дискретизации кодов цветовых сигналов, поступающая с ПК, составляет: f_д=120 Гц×1200_стр×1600_отс=230,4 МГц,

где 120 Гц - частота кадров /частота стереопар 60 Гц/.

1200_стр - число строк в кадре.

1600_отс - число отсчетов в отроке.

Частота отрок: f_с=120 Гц×1200=144 кГц,

Длительность кадра:

Частота стереопар:

Плоскопанельный дисплей /СД-дисплей/ включает /фиг.1/ три идентичных канала цветовых сигналов R, G, В, каждый из которых содержит последовательно соединенный накопитель 1 кодов и блок 2 формирователей импульсов, выходы которых подключены к соответствующим входам плоскопанельного светодиодного экрана /СД-экрана/ 3, включает делитель 4 частоты 2:1, для объемного восприятия изображения включает инфракрасный ИК-передатчик 5, расположенный на корпусе СД-экрана, ЗД-очки 6 с ИК-приемником 7 на оправе очков. Накопители 1 кодов идентичны /фиг.2/, каждый включает блоки 8 регистров по числу строк в кадре без одной: 8_1-1199. Информационным входом накопителя 1 кодов являются поразрядно объединенные 1-8 входы блоков 8₁-8₁₁₉₉ регистров. Управляющими входами являются: первым - первый управляющий вход первого блока 8₁ регистров, вторым - объединенные вторые управляющие входы /144 кГц/ блоков 8 регистров, третьим - третьи объединенные управляющие входы /U_д/ 230,4 МГц блоков 8 регистров. Каждый управляющий выход предыдущего блока 8 регистров является первым управляющим входом последующего блока 8_2-1199 регистров. Управляющий выход последнего блока 8₁₁₉₉ регистров подключен параллельно к четвертым управляющим входам всех блоков 8_1-1199 регистров. Первым, вторым и третьим информационными входами СД-дисплея являются информационные входы накопителей кодов. Первым, вторым и третьим управляющими входами СД-дисплея являются объединенные первые управляющие входы накопителей кодов и делителя частоты, объединенные вторые управляющие входы накопителей 1 кодов и объединенные третьи управляющие входы накопителей 1 кодов.

Блоки 8 регистров идентичны /фиг.3 и 4/, каждый включает первый 9 и второй 10 ключи, распределитель 11 импульсов и восемь регистров 12_1-8. Информационным входом блока 8 являются поразрядно объединенные третьи /информационные/ входы разрядов восьми регистров 12. Выходами блока 8 являются выходы всех разрядов параллельно восьми регистров 12, всего 12800 выходов. Управляющими входами являются: первым - первый управляющий вход первого ключа 9, вторым - сигнальный вход /U_выд/ второго ключа, третьим - сигнальный вход /U_д/ первого ключа 9, четвертым - первый управляющий вход второго ключа 10, подключенный к управляющему выходу последнего блока 8₁₁₉₉ регистров. Последний /1600-й/ выход распределителя 11 импульсов подключен к второму управляющему входу ключа 9 и является управляющим выходом блока 8 регистров, подключенный к первому управляющему входу первого ключа 9 в следующем блоке 8₂ регистров. Выход первого ключа 9 подключен к входу распределителя 11 импульсов, выходы которого последовательно с первого по 1600-й подключены к первым управляющим входам разрядов параллельно восьми регистров 12_1-8. Выход второго ключа 10 подключен параллельно к вторым управляющим входам всех разрядов восьми регистров 12 и к второму управляющему входу ключа 10. Блок 2 формирователей импульсов каждый включает формирователи импульсов по числу элементов разрешения /пикселов/ в кадре и по числу разрядов в коде 15347200 /1199×1600×8/. Назначение формирователей импульсов выдавать управляющие сигналы на запитывание светодиодов в СД-ячейках для непрерывного излучения ими в течение длительности кадра /8,3 мс/. Амплитуда управляющих сигналов соответствует рабочему напряжению светодиодов, длительность сигнала соответствует длительности кадра /8,3 мс/, форма управляющего импульса прямоугольная. СД-экран 3 представляет совокупность светодиодных ячеек по числу элементов /пикселов/ разрешения в кадре 1918400 /1199×1600/. Каждая СД-ячейка формирует один пиксел изображения и состоит /фиг.5/ из непрозрачного корпуса 13 формой прямоугольного параллелепипеда, матрицы 14 светодиодов трех основных цветов /R, G, В/ и соответствующей формы микролинзы 15, выполняющей суммирование потоков излучений от светодиодов матрицы и формирования из них пиксела требуемого размера. Светодиодов красного излучения 8 /по числу разрядов в коде/, зеленого 8, синего 8, всего 24 светодиода, которые расположены в фокальной плоскости микролинзы 15. Светодиоды бескорпусного микроминиатюрного исполнения, расположены /фиг.6/ в пять рядов по пять колонок. Диаметр излучающей части светодиода 0,15 мм /чем меньше, тем лучше для разрешения и уменьшения размеров СД-ячейки/. Форма матрицы - квадрат со стороной l=0,7 мм, площадью в 0,5 мм². Торцевые стороны корпуса ячейки квадраты по 0,8 мм. Глубина корпуса соответствует фокусному расстоянию микролинзы 15 /несколько миллиметров/. Излучаемые матрицей три цветовых потока модулируются по яркости преобразованием "код - яркость излучения". Модуляция выполняется применением на каждом светодиоде ослабляющего нейтрального светофильтра, плотность которого соответствует весу разряда в коде, к которому принадлежит конкретный светодиод. Кратность ослабления излучения светодиодов осуществляется соответственно коэффициентам двоичных разрядов кода, к которым принадлежат светодиоды.

Светодиод первого /старшего/ разряда кода не имеет светофильтра, т.е. его светофильтр кратностью 0^х, светодиод второго разряда кода имеет светофильтр плотностью 2^х, светодиод третьего разряда кода имеет светофильтр плотностью 4^х и т.д., светодиод восьмого /младшего/ разряда имеет светофильтр 128^х. Вариант расположения светодиодов трех цветов и их светофильтров показан на фиг.6. Распределение коэффициентов двоичных разрядов кода, соответствующая им плотность нейтральных светофильтров и вес разряда в коде даны в таблице.

Разряды кода	1 старший разряд	2	3	4	5	6	7	8 младший
Двоичные коэффициенты	1	0,5	0,25	0,125	0,0625	0,031	0,0156	0,0078
Нейтральные светофильтры	0х	2х	4х	8х	16х	32х	64х	128х
Вес разряда в коде, в %	50	25	12,5	6,25	3,1	1,57	0,78	0,39%

Излучения светодиодов матрицы 14 суммируются микролинзой 15, на выходе которой яркость, насущенность и цветовой тон результирующего излучения определяется взаимным соотношением составляющих трех цветов соответственно кодов сигналов R, G, В. В СД-экране 3 при разрешении 1600×1199 используется 15347200 светодиодов одного цвета, а трех цветов /R, G, В/ 46041600 штук. Исключение из процесса формирования изображения на экране строчной и кадровой разверток упрощает процесс, но обязывает обеспечить электронной схемой управления каждый светодиод. Для этого каждый блок 2 включает 15347200 формирователей импульсов. Современные технологии позволяют изготавливать микросхемы с десятками миллионов транзисторов в микросхеме [3, с.65, 4, с.26], следовательно, блок 2 можно исполнить в одной микросхеме, а можно и все три блока 2. При размере корпуса СД-ячейки 0,8×0,8 мм размеры СД-экрана составляют:

по горизонтали 1600×0,8 мм = 1280 мм,

по вертикали 1199×0,8 мм = 958 мм,

по диагонали 1600 мм или 63 дюйма.

С соответствующих информационных выходов видеоадаптера ПК на информационные входы накопителей 1 кодов поступают в параллельном виде 8-и разрядные коды сигналов R, G, В. С соответствующих управляющих выходов видеоадаптера ПК на первый, второй и третий управляющие входа накопителей 1 кодов поступают соответственно синхроимпульсы частоты кадров /120 Гц/, частоты строк /144 кГц/ и частоты дискретизации кодов U_д /230,4 МГц/. За время первого /правого/ кадра регистры 12 /фиг.3/ в блоках 1 последовательно заполняются кодами первого кадра. Каждый блок 8 регистров сосредотачивает коды одной строки, поэтому их в накопителе 1 кодов по 1199, по числу строк без одной. За период кадра в накопителе 1 кодов накапливаются 1918400 кодов. Управляющий импульс с последнего блока 8₁₁₉₉ регистров поступает на четвертые управляющие входы блоков 8 регистров, выдает из них синхронно и параллельно все коды в блоки 2 и обнуляет разряды регистров 12 для приема ими кодов следующего кадра. Время 1200-й строки /7 мкс/ используется на выдачу кодов в блоки 2, обнуление разрядов регистров 12 и срабатывание схем формирователей импульсов. В течение длительности кадра /8,3 мс/ идет непрерывное излучение светодиодов, не меняющееся по яркости, а на СД-экране стоит картинка первого кадра в течение 8,3 мс. По заполнении 1199 блоков 8 регистров кодами второго кадра следует параллельная выдача кодов в блоки 2, на экране 3 в течение 8,3 мс картинка второго кадра. Далее следует повторение этих процессов. Так как делитель 4 частоты выполняет деление 2:1, то с его выхода на вход ИК-передатчика 5 /фиг.1/ поступает синхроимпульс второго кадра /левого в стереопаре/, являющийся синхроимпульсом стереопары. ИК-передатчик 5 излучает ИК-импульс соответствующей амплитуды и длительности, принимаемый ИК-приемником 7. Стекла ЗД-очков выполнены по технологии ЖК-ячеек просветного типа [2, с.563, 565], используются как электронно-управляемые фильтры /затворы/, при воспроизведении левого и правого кадров стереопар стекла ЗД-очков поочередно теряют прозрачность. С приходом синхроимпульса стереопары /левый кадр/ ИК-приемник 7 выдает управляющий сигнал в ЖК-ячейку правого стекла, делая его непрозрачным на 8 мс. Зритель видит изображение левого кадра через левое прозрачное стекло ЗД-очков. По окончании длительности кадра /8,3 мс/ ИК-приемник выдает второй управляющий сигнал в ЖК-ячейку левого стекла, затемняя его на слудующие 8 мс. Зритель видит изображение правого кадра через правое прозрачное стекло. Каждый глаз видит свой кадр, что и дает объемное изображение.

С приходом на вход ИК-передатчика следующего импульса стереопары с делителя 4 частоты процессы повторяются.

Работа блоков 8 регистров /фиг.3 и 4/

Сигналы разрядов кодов поступают на третьи входы разрядов регистров 12_1-8 с соответствующего цифрового выхода ДVI видеоадаптера ПК. Заполнение регистров 12 кодами строки начинается с открытием импульсом 120 Гц первого ключа 9, который пропускает импульсы U_д 230,4 МГц на вход распределителя 11 импульсов. Тактовые импульсы с выходов блока 11 последовательно поступают параллельно на первые управляющие входы разрядов восьми регистров 12. Сигналы первых разрядов кодов поступают в разряды первого регистра 12₁, вторых разрядов кодов в разряды второго регистра 12₂ и т.д, восьмых разрядов кодов в регистр 12₈. По заполнении регистров 12 сигнал с последнего /1600/ выхода блока 11 закрывает первый ключ 9 и в качестве управляющего выходного сигнала открывает ключ 9 во втором блоке 8₂ регистров, регистры которого аналогично заполняются кодами второй строки. Таким образом последовательно за 8,3 мс заполняются регистры 12 всех блоков 8_1-1199 регистров. По заполнении регистров 12 во всех блоках 8 управляющий выходной сигнал с блока 8₁₁₉₉ открывает все вторые ключи 10 во всех блоках 8 регистров. Ключи 10 пропускают один импульс U_выд /144 кГц/, который выдает одновременно из всех блоков 8 регистров все коды кадра /1918400/ в блоки 2 формирователей импульсов и обнуляет разряды регистров 12 для приема ими кодов следующего кадра.

Работа СД-дисплея

На 1-3 управляющие входы СД-дисплея с соответствующих выходов видеоадаптера ПК поступают синхроимпульсы U_к /120 Гц/ кадров, синхроимпульсы U_с /144 кГц/ строк и импульсы дискретизации U_д /230,4 МГц/. С соответствующих информационных выходов ДVI видеоадаптера ПК на 1-3 информационные входы СД-дисплея поступают в параллельном виде 8-разрядные коды сигналов R, G, В. За первый период кадра накопители 1 кодов производят накопление кодов первого кадра, по окончании которого следует выдача синхронно и параллельно всех кодов кадра в блоки 2 формирователей импульсов, а накопители 1 кодов ведут накопление кодов следующего кадра. Сигналы разрядов первого кадра параллельно поступают в свои формирователи импульсов, где формируются по амплитуде и длительности 8 мс и поступают в СД-ячейки, вызывая излучение светодиодов в течение длительности кадра. На СД-экране представляется картинка первого кадра, длящаяся 8,3 мс. По окончании длительности 1199 строк второго кадра из накопителей 1 кодов выдаются коды второго кадра в блоки 2, на СД-экране представляется картинка второго кадра. Параллельно идет накопление третьего кадра накопителями 1 кодов. Далее процессы повторяются. Объемное изображение воспринимается зрителем через ЗД-очки. В блоках 2 задействуются 46041600 однотипных формирователей импульсов /1199×1600×8×3/. Идентичность электронных схем облегчает выполнение их в интегральном исполнении. Учитывая наличие большого числа соединительных проводов между накопителями кодов и блоками формирователей импульсов и от них к светодиодам матриц в СД-ячейках /46041600×2/, заявляемый плоскопанельный дисплей, включая накопители кодов и блоки формирователей импульсов, лучше всего исполнить единой, монолитной и неразборной конструкцией и в настольных, и в мобильных вариантах.

Использованные источники

1. В.И.Мураховский. Устройство компьютера. М., АСТ-ПРЕСС КНИГА, 2003, с.486-489.

2. Колесников О.B, Шишигин И.В. Аппаратные средства РС. 5-е изд-е, СПб., 2004, с.474, 477, 478, 563, 565).

3. Энциклопедический справочник: персональный компьютер. М., 2004, c.65, 146.

4. В.Мураховский. Железо ПК. Новые возможности. СПб., "Питер", 2005, с.26, 357, 359, 360.

5. Иванов и др. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. Справочник. М., 1984, с.9 /18 строка сверху/.

Плоскопанельный дисплей, включающий плоскопанельный экран из соответствующих ячеек по числу пикселов в кадре, отличающийся тем, что в него введены три идентичных канала цветовых сигналов R, G, В, каждый из которых включает последовательно соединенные накопитель кодов и блок формирователей импульсов, выходы которых подключены к соответствующим входам плоскопанельного экрана, состоящего из светодиодных ячеек (СД-ячеек) по числу пикселов в кадре, и введены ЗД-очки с ИК-приемником на оправе ЗД-очков, последовательно соединенные делитель частоты и ИК-передатчик, расположенный на корпусе плоскопанельного экрана, первым, вторым и третьим информационными входами плоскопанельного дисплея являются 1-8 информационные входы накопителей кодов каждого канала цветового сигнала, подключенные к соответствующим информационным выходам видеоадаптера персонального компьютера (ПК), первым, вторым и третьим управляющими входами плоскопанельного дисплея являются соответственно объединенные первые управляющие входы накопителей кодов и входа делителя частоты, объединенные вторые управляющие входы накопителей кодов и объединенные третьи управляющие входы накопителей кодов, каждая СД-ячейка содержит непрозрачный корпус, матрицу из соответствующего числа светодиодов трех основных цветов R, G, В и микролинзу в выходном торце корпуса СД-ячейки, матрица светодиодов расположена в фокальной плоскости микролинзы и включает число светодиодов каждого цвета по числу разрядов в коде, а каждый светодиод имеет нейтральный светофильтр, плотность которого определяется принадлежностью светодиода к соответствующему двоичному разряду кода, накопители кодов идентичны, каждый включает блоки регистров по числу строк в кадре без одной, информационным входом каждого накопителя кодов являются поразрядно объединенные 1-8 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 являются выходы всех блоков регистров, блоки регистров идентичны, каждый включает первый и второй ключи, распределитель импульсов и восемь регистров, 1-8 информационными входами 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 управляющим входом 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 управляющим входам всех разрядов восьми регистров и к второму управляющему входу второго ключа, каждый блок формирователей импульсов включает формирователей импульсов по числу пикселов в кадре и по числу разрядов в коде.