Плоскопанельный дисплей
Изобретение относится к средствам формирования изображения и может быть использовано в качестве цифрового дисплея в мониторах ПК и в телевизорах. Техническим результатом является обеспечение надежной работы дисплея в цветопередаче при длительной эксплуатации, достигаемое изменением способа преобразования "код - яркость излучения". Результат достигается тем, что в экране плоскопанельного дисплея, представляемого соответствующим числом триад ячеек по числу пикселов, в каждую ячейку после микролинзы вводятся последовательно расположенные друг за другом с первого по восьмой нейтральные микросветофильтры, каждый с соответствующим коэффициентом поглощения излучения по принципу двоичного кода. 8 ил., 1 табл.
Изобретение относится к аппаратным средствам персонального компьютера /ПК/ и может быть использовано цифровым дисплеем в мониторах ПК и в телевизорах.
За прототип принят плоскопанельный дисплей [1], содержащий три идентичных канала цветовых сигналов R, G, В, каждый из которых содержит последовательно соединенные накопитель кодов кадра и блок формирователей импульсов, выходы которых подключены к соответствующим входам плоскопанельного экрана. Блок формирователей импульсов содержит импульсные усилители по числу разрешения кадра и по числу разрядов в коде /1920×1080×8/. Всего импульсных усилителей 16588800 штук. Накопитель кодов, каждый, включает блоки регистров по числу строк в кадре. Экран представляет совокупность 2073600 триад ячеек. Каждая триада включает светодиод белого излучения, а три ячейки объединены в одном непрозрачном корпусе. Ячейка включает последовательно расположенные цветной светофильтр одного из цветов R, G, В и микролинзу, являющуюся микрообъективом ячейки, и расположенные после микролинзы друг за другом полупрозрачные микрозеркала, которых по числу разрядов в коде, включает пьезоэлементы по числу микрозеркал. Один торец каждого пьезоэлемента закреплен жестко в корпусе триады ячеек и имеет управляющий вход, второй свободный и подвижный торец пьезоэлемента соответствующим образом соединен со своим полупрозрачным микрозеркалом. В выходном торце корпуса выходная микролинза, в фокальной плоскости которой в корпусе расположено общее зеркало. Принцип действия основан на том, что каждое впереди расположенное микрозеркало пропускает на следующее за ним поток излучения, ослабленный в два раза, что соответствует принципу двоичного кода. Каждое полупрозрачное микрозеркало пропускает поток излучния в 50%. С поступлением на пьезоэлемент управляющего сигнала свободный торец его поворачивает свое микрозеркало, при этом отраженное излучение с него поступает на общее зеркала, а 50% излучения проходит сквозь него на следующее за ним. Выходная микролинза собирает суммарное излучение с общего зеркала и формирует изображение пиксела на экране. Недостаток прототипа: применяемый способ преобразования "код - яркость излучения" поворотом восьми полупрозрачных микрозеркал на разные углы для попадания отраженных излучений в одно место на общем зеркале требует разных по величине изгибов свободных торцов пьезоэлементов, т.е. на пьезоэлементы нужно подавать управляющие сигналы с разными величинами амплитуд, а это потребует объемной настройки тысяч импульсных усилителей для выставления разных амплитуд выходных управляющих сигналов к пьезоэлементам, незначительное отклонение в повороте полупрозрачного микрозеркала ведет к искажению в цветопередачи. Цель изобретения - уменьшить трудоемкость при изготовлении ячеек триад и обеспечить надежную работу дисплея в цветопередаче. Техническим результатом является обеспечение надежной работы дисплея в цветопередаче при длительной эксплуатации, достигаемое изменением способа преобразования "код - яркость излучения". Сущность изобретения в том, что в экране плоскопанельного дисплея, представляемого соответствующим числом триад ячеек по числу пикселов, в каждую ячейку после микролинзы вводятся последовательно расположенные друг за другом с первого по восьмой нейтральные микросветофильтры, каждый с соответствующим коэффициентом поглощения излучения по принципу двоичного кода.
Функциональная схема плоскопанельного дисплея показана на фиг.1, накопитель кодов кадра - на фиг.2, блок регистров - на фиг.3, 4, общий вид элемента матрицы /триады ячеек/ - на фиг.5, схема триады ячеек /вид сверху/ - на фиг.6, схема одной ячейки /верхней/ - на фиг.7, размещение триад ячеек в матрице экрана - на фиг.8.
Плоскопанельный дисплей воспроизводит с видеоадаптера ПК видеорежим 1920отсч×1080строк×100 Гц. Частота дискретизации кодов цветовых сигналов с ПК: fд = 1920×1080×100 Гц = 207,36 МГц,
где 1920 - число отсчетов в строке, 1080 - число строк в кадре, 100 Гц - частота кадров.
Частота строк fс = 1080×100 Гц = 108 кГц,
длительность кадра 
.
Плоскопанельный дисплей включает /фиг.1/ три идентичных канала цветовых сигналов R, G, В, каждый из которых содержит последовательно соединенные накопитель кодов 1 кадра и блок 2 формирователей импульсов, выходы которых подключены к соответствующим входам плоскопанельного экрана 3. Блок 2 содержит импульсных усилителей по числу пикселов в экране и по числу разрядов в коде /1920×1080×8/, всего число импульсных усилителей в блоке 2 составляет 16588800 штук. Накопители 1 кодов кадра идентичны, каждый включает блоки 4 регистров по числу строк в кадре 41-1080. Информационным входом накопителя 1 кодов кадра являются поразрядно объединенные /фиг.2/ первый-восьмой входы блоков 41-1080 регистров. Управляющими входами являются: первым - первый управляющий вход /Uк/ 100 Гц блока 41 регистров, вторым - объединенные вторые управляющие входы /Uвыд/ 108 кГц блоков 4 регистров, третьим - третьи объединенные управляющие входы /Uд/ 207.36 МГц блоков 4. Каждый управляющий выход предыдущего блока 4 регистров является первым управляющим входом последующего блока 4 регистров /фиг.2/, управляющий выход последнего /1080/ блока регистров подключен параллельно к четвертым управляющим входам всех блоков регистров. Первым, вторым и третьим информационными входами плоскопанельного дисплея являются информационные входы накопителей 1 кодов кадра, а первым, вторым и третьим управляющими входами дисплея являются объединенные соответственно первые, вторые и третьи управляющие их входы. Блоки 4 регистров идентичны /фиг.3, 4/, каждый включает первый 5 и второй 6 ключи, распределитель 7 импульсов и восемь регистров 81-8. Информационным входом блока 4 являются поразрядно объединенные третьи входы разрядов восьми регистров 8. Выходами блока 4 являются параллельные выходы всех разрядов восьми регистров, всего 15360 выходов /1920×8/ с каждого блока 4 регистров. Управляющими входами являются: первым - первый управляющий вход /Uот/ первого ключа 5, вторым - сигнальный вход Uвыд второго ключа 6, третьим - сигнальный вход Uд первого ключа 5, четвертым - первый управляющий вход /Uот/ второго ключа 6, подключенный к управляющему выходу последнего блока 41080 регистров. Выход первого ключа 5 подключен к входу распределителя 7 импульсов, выходы которого последовательно с первого по 1920-й подключены к первым /тактовым/ управляющим входам разрядов параллельно восьми регистров 8, последний /1920/ выход подключен к второму управляющему входу Uз ключа 5 и является управляющим выходом блока 4 регистров в следующий блок 42 регистров. Выход второго ключа 6 подключен параллельно к вторым управляющим входам всех разрядов восьми регистров 8 и к второму управляющему входу Uз своего ключа 6. Блок 2 формирователей импульсов предназначен для формирования параллельно поступающих 16588800 импульсов разрядов кодов по длительности в 10 мс и по амплитуде, соответствующей напряжению срабатывания пьезоэлементов. Экран 3 представляет набор 2073600 элементов матриц - триад ячеек. Каждая триада ячеек включает /фиг.6, 7/ светодиод 9 белого излучения, а три ячейки объединены в непрозрачном корпусе 10. имеющим соответствующую форму фиг.5. Первая ячейка 11 излучает красный цвет R, вторая ячейка 12 излучает зеленый цвет G, третья ячейка 13 излучает синий цвет В, ячейки идентичны, каждая включает микролинзу 14. последовательно расположенные друг за другом по оптической оси микролинзы 14 с первого по восьмой /по числу разрядов в коде/ нейтральные микросветофильтры 151-8, каждый с соответствующим коэффициентом поглощения излучения по принципу двоичного кода, с первого по восьмой пьезоэлементы 161-8 и цветной светофильтр 17, формирующий цвет излучения ячейкой. Нейтральные микросветофильтры 15 каждый площадью ≈200 мкм /15×15 мкм/ имеют коэффициент поглощения излучения соответственно веса своего разряда, который обслуживает микросветофильтр. Коэффициенты поглощения приведены в таблице.
| Номер разряда кода | Вес разряда кода | Коэффициент поглощения излучения |
| 1 старший | 27 /128/ | 0,5 
|
| 2 | 26 /64/ | 0,25 
|
| 3 | 25 /32/ | 0,125 
|
| 4 | 24 /16/ | 0,0625 
|
| 5 | 23 /8/ | 0,03125 
|
| 6 | 22 /4/ | 0,015625 
|
| 7 | 21 /2/ | 0,0078125 
|
| 8 | 20 /1/ | 0,0039 
|
Стенки корпуса 10 имеют светопоглощающее покрытие. Излучение светодиода 9 направляется микролинзой 14 на последовательно расположенные нейтральные микросветофильтры 151-8. Принцип работы ячейки основан на том, что каждый последовательно расположенный нейтральный микросветофильтр ослабляет излучение соответственно своему коэффициенту поглощения, которые соответствуют принципу двоичного кода. В отсутствие управляющих сигналов на входах пьезоэлементов 16 микросветофильтры 15 перекрывают поток излучения до уровня нижнего предела чуствительности зрения человека. Один торец каждого пьезоэлемента 16 закреплен в стенке корпуса 10, свободные торцы пьезозлементов соответствующим образом /фиг.6, 7/ соединены с нейтральными микросветофильтрами 15. При поступлении на пьезоэленент управляющего импульса /сигнал единицы кода/ по амплитуде соответствующий напряжению срабатывания пьезозлемента 16 свободный торец его совершает изгиб и поворачивает микросветофильтр на угол 90°, поток излучения без ослабления проходит на следующий нейтральный микросветофильтр. При изгибе свободный торец переводит свой нейтральный микросветофильтр 15 в открытое положение, которое не препятствует проходу излучения на следующий микросветофильтр /как шлагбаум/. После последнего нейтрального микросветофильтра 158 излучение проходит цветной светофильтр 17, придающий выходному излучению соответствующий цвет, которое и участвует в формировании яркости и цветового тона пиксела видеоизображения. Изготовленные с использованием микротехнологии и не имеющие общего зеркала /как в прототипе/ триады ячеек /элементы матриц/ будут иметь размеры меньше размеров триад прототипа. На фиг.8 приведен момент преобразования кода 10110110 в яркость излучения. Ячейки всех триад матрицы экрана 3 работают синхронно и параллельно по поступающим управляющим сигналов с блоков 2. Исполняющий элемент - нейтральный микросветофильтр 15 - выполняет полностью свои функции не только при повороте точно на 90°, но и при погрешности поворота на ±10°÷15°, что исключает искажения в цветопередаче при длительной эксплуатации и упрощает точность изготовления соединения микросветофильтра с пьезоэлементом.
Работа дисплея.
На 1-3 управляющие входы плоскопанельного дисплея с соответствующих выходов видеоадаптера ПК поступают синхроимпульсы Uк /100 Гц/, синхроимпульсы строк 108 кГц /Uвыд/ и импульсы Uд дискретизации 207,36 МГц. С соответствующих информационных выходов ДV1 видеоадаптера ПК на 1-3 информационные входы дисплея в параллельном виде поступают восьмиразрядные коды сигналов R, G, В. За первый период кадра накопители 1 кодов кадра производят накопление кодов первого кадра, по окончании которого следует выдача синхронно и параллельно всех кодов кадра в блоки 2, а накопители 1 кодов кадра ведут накопление кодов следующего кадра. Сигналы разрядов кодов первого кадра поступают в свои формирователи импульсов блоков 2, где формируются по амплитуде и длительности 10 мс и поступают на входы пьезоэлементов ячеек триад; 2073600 триад образуют на экране 2073600 пикселов, создающих цветное изображение. Идентичность электронных схем в блоках 1 и 2 позволяет выполнить их в интегральном исполнении. Изготовление ячеек триад менее сложно, чем ячеек в прототипе, а повороты всех микросветофильтров на один и тот же угол 90° определяет, что управляющие импульсы должны быть одной амплитуды. Ячейки триад экрана, выполняя преобразование "код - яркость излучения" цветов R, G, B, формируют видеоизображение максимально приближенное по цветовым тонам к снимаемому оригиналу. Предлагаемая форма корпуса 10 /фиг.5/ удобна для сборки матрицы экрана: каждая триада изготавливается отдельно, а экран из них набирается.
Источники информации
1. Патент РФ №2320095 С1, кл. Н04N 5/66, бюл. №8 от 20.03.08, прототип.
2. А.Ф.ПЛОНСКИЙ, В.Д.Теаро. Пьезоэлектроника. M., 1979, с.26, 27.
3. И.В.Фридлянд, В.Г.Сошников. Системы автоматического регулирования в устройствах видеозаписи. М., 1988, с.118-120.
Плоскопанельный дисплей, содержащий три канала цветовых сигналов R, G, В, каждый из которых включает последовательно соединенные накопитель кодов кадра и блок формирователей импульсов, выходы которых подключены к соответствующим входам плоскопанельного экрана, первым, вторым и третьим информационными входами плоскопанельного дисплея являются первый - восьмой информационные входы накопителей кодов кадра каждого канала цветового сигнала, подключенные к соответствующим информационным выходам видеоадаптера персонального компьютера /ПК/, первым, вторым и третьим управляющими входами плоскопанельного дисплея являются объединенные соответственно первые, вторые и третьи управляющие входы накопителей кодов кадра, подключенные соответственно к первому, второму и третьему управляющим выходам видеоадаптера ПК, каждый блок формирователей импульсов включает формирователей импульсов по числу триад ячеек в экране и по числу разрядов в коде, каждая триада ячеек включает светодиод белого излучения, три ячейки объединены в непрозрачном корпусе, и каждая ячейка включает микролинзу, расположенную после светодиода белого излучения, соответствующий цветной светофильтр и по числу разрядов в коде пьезоэлементы, один торец каждого из них закреплен неподвижно в корпусе триады ячеек и имеет управляющий вход, подключенный к соответствующему выходу в блоке формирователей импульсов, второй торец свободен и подвижен, отличающийся тем, что в каждую ячейку триады введены после микролинзы последовательно расположенные друг за другом по оси микролинзы с первого по восьмой нейтральные микросветофильтры, каждый с соответствующим коэффициентом поглощения излучения и соединенный соответствующим образом со вторым подвижным торцом пьезоэлемента, а цветной светофильтр ячейки размещен после восьмого нейтрального микросветофильтра в выходном торце корпуса триады.
