ЭЛЕМЕНТ МАТРИЦЫ ПЛОСКОПАНЕЛЬНОГО ЭКРАНА Российский патент 2008 года по МПК H04N9/00 

Изобретение относится к аппаратным средствам плоскопанельных экранов и может быть использовано в матрицах экранов мониторов персональных компьютеров /ПК/ и телевизоров.

За прототип принят элемент матрицы плоскопанельного экрана, выполненного по технологии жидких кристаллов ЖК-экран [с.486-489], и представляющий совокупность элементов из ЖК-ячеек. Каждый элемент ЖК-матрицы образован тремя тонкопленочными транзисторами и триадой /тремя/ управляемых ими ЖК-ячеек [2, с.477].

Каждая ячейка представляет электронно-управляемый светофильтр одного из цветов R, G, В. ЖК-ячейка не генерирует свет, а лишь управляет интенсивностью проходящего света. Принцип 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, с.474], молекулы вещества распологаются параллельно силовым линиям поля. Плоскость поляризации света не совпадает с плоскостью поляризации анализатора, ЖК-ячейка становится непрозрачной. Для получения цветного изображения каждая ЖК-ячейка триады снабжена одним из цветных светофильтров R, G, B. Каждая триада ЖК-ячеек формирует изображение одного цветового пиксела /точки/. Разрешающая способность ЖК-экрана соответствует числу триад ЖК-ячеек в матрице экрана, размер ЖК-ячейки 0,25·0,25 мм [1, c.490]. Размер триады, т.е. элемента матрицы 0,75·0,25 мм [1, с.489. рис.].

Недостатками прототипа-элемента матрицы из триады ЖК-ячеек являются невозможность точно управлять положением жидкого кристалла соответственно коду цветового сигнала, снижение достоверности цветопередачи на экране [3, с.145], высокая инерционность реакции ЖК-ячейки на управляющий сигнал: наименьшее время отклика 10 нс [4, с.357, 360] ограничивает частоту кадров, которая для получения стереоизображения должна быть в два раза выше, ограниченные размеры ЖК-экранов, обусловленные технологией их изготовления [2, с.476], "недостаточно черный" черный цвет на экране из-за пропуска ячейками света от ламп подсветки и при закрытых ячейках [5, с.2].

Цель изобретения - повышение достоверности цветопередачи элементами матрицы соответственно кодов цветовых сигналов и снижение инерционности элементов матрицы при управлении.

Результатом являются получение цветопередачи в 16777216 оттенков цветов и снижение инерционности ячеек до сотни наносекунд. Результат достигается введением для каждых трех ячеек, составляющих элемент матрицы, своего светодиода белого свечения, преобразованием каждой из трех ячеек белого излучения светодиода в излучение своего цвета соответственно его 8-разрядного кода восемью полупрозрачными микрозеркалами и суммированием излучений трех цветов R, G, B, В от 24-х полупрозрачных микрозеркал в изображение пиксела соответствующей формы, размера и цветового тона на экране.

Заявляемый элемент матрицы состоит из светодиода белого излучения, трех ячеек, объединенных в одном непрозрачном корпусе, каждая из ячеек включает микролинзу, являющуюся микрообъективом, цветной светофильтр и расположенные против него последовательно друг за другом полупрозрачные микрозеркала, число которых соответствует числу разрядов в коде, и общее зеркало, принимающее отраженные от всех полупрозрачных микрозеркал цветовые лучи и направляющее суммарное излучение в выходную микролинзу элемента матрицы, формирующую изображение пиксела.

Сущность изобретения в том, что в элемент матрицы, содержащий три ячейки, введен источник белого свечения - светодиод, три ячейки объединены в непрозрачном корпусе, каждая из ячеек включает последовательно расположенные микролинзу и соответствующий цветной светофильтр и расположенные против него последовательно друг за другом полупрозрачные микрозеркала, число которых в каждой ячейке соответствует числу разрядов в коде /8 шт/, пьезоэлементы по числу полупрозрачных микрозеркал /8 шт/, один торец каждого пьезоэлемента закреплен неподвижно в корпусе элемента матрицы и имеет первый и второй управляющие входы, второй подвижный торец присоединен соответствующим образом к краю своего полупрозрачного микрозеркала, введено общее зеркало и выходная микролинза, в фокальной плоскости которой расположено общее зеркало, каждое полупрозрачное микрозеркало имеет два фиксированных положения: в первом положении полупрозрачные микрозеркала ячейки оптически соединены сквозь друг друга, через цветной светофильтр и свою микролинзу с излучающей стороной светодиода, во втором положении каждое полупрозрачное микрозеркало оптически соединяет светодиод с общим зеркалом.

Общий вид справа элемента матрицы - на фиг.1, входной и выходной торцы элемента матрицы - на фиг.2, схема отдельно верхней ячейки - на фиг.3, вид сверху.

Элемент матрицы /фиг.1/ включает светодиод 1 белого излучения, первую 2, вторую 3, третью 4 микролинзы соответственно первой, второй и третьей ячеек, красный светофильтр 5 в первой ячейке, зеленый светофильтр 6 во второй ячейке, синий светофильтр 7 в третьей ячейке, с 1-го по 8-й полупрозрачные микрозеркала первой ячейки, с 1-го по 8-й полупрозрачные микрозеркала 9 второй ячейки, с 1-го по 8-й полупрозрачные микрозеркала 10 третьей ячейки, с первого по восьмой пьезоэлементы 11 в каждой ячейке /фиг.3/, каждый пьезоэлемент имеет первый и второй управляющие входы, общее зеркало 12, выходную микролинзу 13, в передней фокальной плоскости которой расположено общее зеркало 12, и непрозрачный корпус 14 элемента матрицы, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда.

Принцип действия ячейки основан на том, что каждое впереди расположенное полупрозрачное микрозеркало 8 /9, 10/ пропускает на следующее за ним поток излучения, ослабленный в два раза, что соответствует принципу двоичного кода. Для полупрозрачных микрозеркал применяется светоделительное покрытие, выполняющее отношение отраженного излучения к пропущенному как 1:0,5, т.е. каждое микрозеркало 8 /9, 10/ пропускает поток излучения в 50% от отраженного потока [6, с.223]. Для исключения посторонних отражений /световых помех/ на общее зеркало 12 в корпусе элемента матрицы 14 стенки его имеют светопоглащающее покрытие. Ячейки работают идентично. Излучающая плоскость светодиода 1 расположена в фокальных плоскостях микролинз 2, 3, 4. Излучение светодиода 1 собирается каждой микролинзой 2, 3, 4 ячеек и через свои цветные светофильтры 5, 6, 7 поступает на первые полупрозрачные микрозеркала 8, 9, 10. В отсутствие управляющих сигналов на входах пьезоэлементов 11 микрозеркала находятся в первом фиксированном положении. Поток излучения после цветного светофильтра 5 /фиг.3/ проходит сквозь все восемь полупрозрачных зеркал, но не отражается на общее зеркало 12. Каждое полупрозрачное микрозеркало в ячейке ослабляет проходящий через него поток в 2 раза. После первого микрозеркала поток ослабляется в 2 раза, после второго - в 4 раза, после третьего - в 8 раз, четвертого - в 16 раз, пятого - в 32 раза, шестого - в 64 раза и после седьмого в 128 раз, выполняется порядок двоичного кода. При поступлении кода цветового сигнала с блока, формирующего управляющие сигналы для пьезоэлементов трех ячеек, на управляющие входы пьезоэлементов 11 поступают управляющие сигналы длительностью, равной длительности кадра, по амплитуде, равной рабочему напряжению срабатывания пьезоэлемента 11. Исполнительным перемещением пьезоэлемента является изгиб. В качестве пьезоэлементов применяются трубчатые пьезоэлементы, работающие на изгиб. Достоинство их -прочность и надежность [7, с.27]. При изгибе свободный конец пьезоэлемента перемещается на соответствующее число микрометров и переводит свое полупрозрачное микрозеркало во второе положение, при котором отраженное излучение с него поступает на общее зеркало 12, а 50% излучения проходит как и прежде сквозь микрозеркало на следующее за ним. Первая ячейка выполняет преобразование "код R - яркость красного цвета", вторая ячейка, выполняет преобразование "код G - яркость зеленого цвета", третья - "код B - яркость синего цвета". Полупрозрачные микрозеркала трех ячеек, на пьезоэлементы которых поступили управляющие сигналы, переходят во второе положение и направляют отраженные излучения трех цветовых сигналов на общее зеркало 12, расположенное в фокальной плоскости выходной микролинзы 13, которая производит сбор суммарного результирующего излучения с общего зеркала 12 и формирует изображение пиксела соответствующего цветового тона на стекле экрана монитора или телевизора. Вариант размеров элементов матрицы: диаметры микролинз 2, 3, 4 приняты по 0,25 мм, цветных светофильтров 0,25 мм, размер полупрозрачных микрозеркал 0,2·0,2 мм, размер общего зеркала 12 0,5·0,5 мм, размер торцов корпуса элемента матрицы 0,8·0,8 мм. Длина корпуса определяется расстоянием от последнего полупрозрачного зеркала до микролинзы 2 /3, 4/ и составит до 2 см. Число элементов матриц в экране с разрешением 1920·1080 составит 2073600 штук. Исполнение элементов матрицы и их юстировка требуют высокой точности и методов нанотехнологии, как, например, в [2, с.531].

Работа элемента матрицы.

В отсутствии управляющих сигналов полупрозрачные микрозеркала находятся в первом положении, излечение светодиода 1 /фиг.3/ проходит сквозь все полупрозрачные микрозеркала и не отражается от них на общее зеркало 12. При поступлении кода цветового сигнала на управляющие входы пьезоэлементов 11, соответствующих единицам в разрядах кода, поступают управляющие сигналы требуемой амплитуды и длительности, равной длительности кадра. Свободные торцы пьезоэлементов 11 /фиг.3/ под воздействием вправляющих напряжений изгибаются и поворачивают свои микрозеркала на угол, необходимый для отражения излучений светодиода на общее зеркало 12. С зеркала 12 суммарное излучение собирается выходной микролинзой 13, формирующей форму и размер пиксела на стекле экрана. В отсутствии управляющего напряжения пьезоэлемент 11 возвращает свое полупрозрачное микрозеркало в первое положение.

Заявляемый элемент матрицы, выполняя преобразование "код - яркость излучения", обеспечивает получение оттенков цветов, наиболее приближенных к расчетному значению 16777216, реакция на управляющий сигнал уменьшается практически до нуля и не ограничивает размеры плоскопанельных экранов в большую сторону.

Использованные источники

1. В.И.Мураховский. Устройство компьютера. М., 2003, с.486-490, прототип.

2. Колесниченко О.В, Шишигин И.В. Аппаратные средства РС. 5-е издание, СПб, 2004, с.476-477, 473-474, 531.

3. Энциклопедический справочник. Персональный компьютер. М., 2004, Евсеев и др., с.145.

4. В.Мураховский. Железо компьютера. Новые возможности. СПб, "Питер", 2005, с.357, 360.

5. "Домашний компьютер" № 1, 2006, с.2.

6. Б.Н.Бегунов, Н.П.Заказов. Теория оптических систем. М., 1973, с.223.

7. А.Ф.Плонский, В.И.Теаро. Пьезоэлектроника. М., 1979, с.26, 27, 19 строка снизу.

8. И.В.Фридлянд, В.Г.Сошников. Системы автоматического регулирования в устройствах видеозаписи. М., 1988, с.118-122.

Изобретение относится к аппаратным средствам плоскопанельного экрана и может быть использовано в матрицах экранов ПК и телевизоров. Техническим результат - получение достоверной цветопередачи в 16 777 216 оттенков цветов и снижение инерционности ячеек в элементе матрицы до сотни наносекунд достигается тем, что вводят для каждых трех ячеек свой светодиод белого свечения, преобразуют каждую из трех ячеек излучения светодиода в излучение своего цвета соответственно его 8-разрядному коду восемью полупрозрачными микрозеркалами, суммируют излучения трех цветов R, G, В в изображение пиксела соответствующего цветового тона на экране. 3 ил.

Элемент матрицы плоскопанельного экрана, содержащий три ячейки, отличающийся тем, что в него введен источник излучения - светодиод, три ячейки объединены в непрозрачный корпус формой прямоугольного параллелепипеда, ячейки расположены в корпусе друг над другом, каждая включает последовательно расположенные микролинзу и соответствующий цветной светофильтр и расположенные против него последовательно друг за другом полупрозрачные микрозеркала по числу разрядов в коде, включает пьезоэлементы по числу полупрозрачных микрозеркал, один торец каждого пьезоэлемента закреплен неподвижно в корпусе элемента матрицы и имеет первый и второй управляющие входы, второй подвижный торец соответствующим образом прикреплен к своему полупрозрачному микрозеркалу, в элемент матрицы введены общее зеркало и в выходном торце корпуса выходная микролинза, в передней фокальной плоскости которой расположено общее зеркало, каждое полупрозрачное микрозеркало имеет два фиксированных положения: в первом положении полупрозрачные микрозеркала ячейки оптически соединены сквозь друг друга, через цветной светофильтр и свою микролинзу с излучающей стороной светодиода, во втором положении каждое полупрозрачное микрозеркало оптически соединяет светодиод с общим зеркалом.