RU2320096C1

RU2320096C1 - Flat-panel screen matrix element

Info

Publication number: RU2320096C1
Application number: RU2006127313/09A
Authority: RU
Inventors: Борис Иванович Волков (RU); Борис Иванович Волков
Original assignee: Борис Иванович Волков
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-03-20

Abstract

FIELD: hardware components of flat-panel screens, possible use in matrices of screens of monitors and television sets.

SUBSTANCE: in accordance to the invention, three cells which constitute an element of matrix, are combined in one non-transparent body, in output end of which a micro-lens is present, into each cell a white light diode is incorporated, light channel of a cell is constituted by light diode and colored light filter, colored light filters of cells are positioned in focal plane of micro-lens, and inputs of light diodes are connected to outputs of control signal generation block.

EFFECT: increased resolution of matrix of flat-panel screen and trustworthy color rendition of 16 777 216 shades of colors due to reduction of size of matrix elements and each cell in the matrix, transformation of codes of color signals to duration of emission of matrix cells corresponding to them.

5 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратным средствам плоскопанельных экранов и может быть использовано в матрицах экранов мониторов и телевизоров.The invention relates to hardware flat panel screens and can be used in the matrix screens of monitors and televisions.

За прототип принят элемент матрицы плоскопанельного экрана, выполненного по технологии плазменных панелей с.469, 2, с.25, 27, 29, с.3, с.23, 27], представляющий совокупность элементов матриц из газосветных ячеек. Каждый элемент плазменной матрицы состоит из трех излучающих газосветных лампочек, каждая из которых имеет цветной светофильтр R, G или В. Газосветная ячейка включает три газосветных лампочки, каждая из которых излучает свет одного из цветов R, G, В. Уровень яркости получается [3, с.27] за счет скважности: отношение времени, когда лампочка излучает, ко времени, когда не излучает /газовый разряд либо горит, либо нет/. Яркость получается из частоты миганий и длительности каждого из них. Газосветные лампочки имеют постоянное напряжение 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 ячеек из трех газосветных лампочек /элементов матрицы/.The prototype was taken as an element of a matrix of a flat-panel screen made according to the technology of plasma panels p. 469, 2, p. 25, 27, 29, p. 3, p. 23, 27], representing a set of matrix elements from gas-light cells. Each element of the plasma matrix consists of three emitting gas light bulbs, each of which has a color filter R, G or B. A gas light cell includes three gas light bulbs, each of which emits light of one of the colors R, G, B. The brightness level is obtained [3, p.27] due to the duty cycle: the ratio of the time when the bulb emits to the time when it does not emit / a gas discharge is either lit or not /. Brightness is obtained from the frequency of flashing and the duration of each of them. Gas light bulbs have a constant pre-ignition voltage, i.e. all panel elements smolder; on the plasma panel, this background “breathing” is noticeable, which does not allow to obtain a genuine deep black color [2, p.29]. The resolution of the plasma panel corresponds to the number of cells from three gas-light bulbs / matrix elements /.

Недостатки прототипа: наличие высокого напряжения [1, с.489]; технология плазменных панелей не способна создать мелкую плазменную газосветную ячейку [2, с.25, 1-я колонка], панели начинаются с 42", т.е. имеют сравнительно невысокое разрешение; высокая стоимость плазменных панелей [1, с.489]; отсутствует глубокий черный цвет [2, с.29]; отсутствует полнота цветопередачи [2, с.29].The disadvantages of the prototype: the presence of high voltage [1, p. 489]; the technology of plasma panels is not able to create a small plasma gas-light cell [2, p.25, 1st column], the panels start with 42 ", ie they have a relatively low resolution; high cost of plasma panels [1, p.489]; there is no deep black color [2, p.29]; there is no completeness of color rendition [2, p.29].

Цель изобретения - уменьшение размеров элемента матрицы, повышение достоверности цветопередачи. Техническими результатами изобретения являются увеличение разрешения матрицы плоскопанельного экрана и достоверная цветопередача 16777216 оттенков цветов. Результаты достигаются уменьшением размеров элементов матриц /трех ячеек в сборе/ до 0,6×0,6 мм, каждой ячейки 0,3×0,3 мм, полнота цветопередачи достигается преобразованием 8-и разрядных кодов каждого цветового сигнала в соответствующую им длительность излучения светодиода ячейки, в качестве которого в каждую ячейку вводится сверхяркий светодиод белого свечения, и как следствие появление глубокого черного цвета и высокая степень контрастности. Каждая ячейка элемента матрицы включает световой канал из последовательно расположенных светодиода и цветного светофильтра /R, G, В/. А каждый элемент матрицы состоит из трех ячеек, объединенных в один непрозрачный корпус, в выходном торце которого расположена микролинза, цветные светофильтры ячеек расположены в фокальной плоскости микролинзы.The purpose of the invention is to reduce the size of the matrix element, increasing the reliability of color reproduction. The technical results of the invention are to increase the resolution of the matrix of a flat panel screen and reliable color rendering of 16777216 shades of colors. The results are achieved by reducing the size of the matrix elements / three cells in the assembly / to 0.6 × 0.6 mm, each cell 0.3 × 0.3 mm, the color reproduction is achieved by converting 8-bit codes of each color signal into the corresponding radiation duration cell LED, in which an ultra-bright white LED is introduced into each cell, and as a result, the appearance of a deep black color and a high degree of contrast. Each cell of the matrix element includes a light channel from successively arranged LEDs and a color filter / R, G, B /. And each matrix element consists of three cells combined into one opaque body, in the output end of which there is a microlens, color filters of the cells are located in the focal plane of the microlens.

Сущность изобретения в том, что три ячейки, составляющие элемент матрицы и каждая из которых имеет соответствующий цветной светофильтр, объединяются в одном непрозрачном корпусе, в выходном торце которого имеется микролинза, в каждую ячейку вводится светодиод белого свечения, световой канал ячейки составляют последовательно расположенные светодиод и цветной светофильтр, световые каналы ячеек в корпусе элемента матрицы оптически разделены друг от друга, и цветные светофильтры ячеек расположены в передней фокальной плоскости микролинзы.The essence of the invention is that the three cells that make up the matrix element and each of them has a corresponding color filter are combined in one opaque case, in the output end of which there is a microlens, a white LED is introduced into each cell, the light channel of the cell is consisted by a LED and the color filter, the light channels of the cells in the housing of the matrix element are optically separated from each other, and the color filters of the cells are located in the front focal plane of the microline s.

На чертежах изображены:The drawings show:

состав ячейки на фиг.1, корпус элемента матрицы на фиг.2, состав элемента матрицы на фиг.3 /вид сверху/, расположение элементов матрицы в экране на фиг.4, преобразователь "код - длительность излучения" на фиг.5.the composition of the cell in figure 1, the housing of the matrix element in figure 2, the composition of the matrix element in figure 3 / top view /, the location of the matrix elements in the screen of figure 4, the Converter "code - radiation duration" in figure 5.

Элемент матрицы /фиг.3/ включает корпус 3 /фиг.2/, в верхнем ряду которого расположены /фиг.3/ параллельно две ячейки, под ними и посредине расположена третья ячейка. Каждая ячейка представляет собой световой канал из последовательно расположенных светодиода 1 белого свечения и цветного светофильтра 2 /фиг.1 и 3/. Световые каналы ячеек оптически разделены друг от друга перегородками 5 в корпусе 3, в выходном торце которого расположена микролинза 4. Каждый светодиод 1 имеет управляющий вход. Принцип действия ячейки основан на прямо пропорциональной зависимости длительности излучения светодиода 1 от величины кода цветового сигнала. Преобразование "код - длительность излучения" выполняет блок 6 формирования управляющих сигналов /фиг.5/, который включает источник 7 питания /светодиодов/, генератор 8 импульсов и три идентичных канала, каждый из которых включает последовательно соединенные первый ключ 9, вычитающий счетчик 10 импульсов, дешифратор 11 и второй ключ 12. Генератор у импульсов выдает на сигнальные входы первых ключей 9 импульсы частотой 25,51 кГц. Каналы работают идентично. При длительности кадра 10 мс /100 Гц/ коду 00000001 соответствует длительность излучения светодиода в один импульс /

/ 39,2 мкс, коду 00000010 соответствует длительность излучения в два импульса 78,4 мкс, коду 00000011 - три импульса 117 мкс и т.д., коду 11111110 - 254 импульса или 9957 мкс, коду 11111111 - 255 импульсов или 9996 мкс. С началом периода кадра кадровый синхроимпульс U_К открывает первый ключ 9. Первый код сигнала R в параллельном виде поступает на информационные входы счетчика 10 импульсов. Открытый первый ключ 9 пропускает импульсы 25,51 кГц с генератора 8 на счетный вход счетчика 10 импульсов /микросхема 100ИЕ137 [4, с.428]/. Исходное состояние ключей 9, 12 закрытое. Синхроимпульс U_K открывает и второй ключ 12, сигнал питания /3 В/ через открытый ключ 12 запитывает светодиод 1, начинающий излучение. Процесс вычитания в счетчике 10 идет до появления в нем кода 00000000. С приходом в дешифратор 11 кода из одних нулей он выдает сигнал U_З, закрывающий оба ключа 9, 12. Питание светодиода заканчивается, излучение прекращается. Инерционность светодиодов меньше 1 мкс. Длительность излучения светодиода прямо пропорциональна числу импульсов, поступающих в вычитающий счетчик 10 до появления на его выходах кода из нулей. Излучения от трех светодиодов 1, каждое длительностью, соответствующей величине своего кода, проходят цветные светофильтры 2 и собираются микролинзой 4, суммирующей потоки излучения трех цветов и выводящей их в виде пиксела соответствующего тона цвета и яркости на экран. Таким образом, скважность излучения трех цветов формирует яркость и цветовой тон пиксела каждого элемента матрицы. Вариант размеров элементов ячеек: светофильтры принимаются 0,25×0,25 мм, размеры светодиодов должны быть тоже 0,25×0,25 мм, корпус элемента матрицы принимается 0,6×0,6 мм, глубина элемента матрицы определяется толщиной светофильтра 2, размерами светодиода по длине и фокусным расстоянием микролинзы 4 и будет в пределах 10...20 мм. Расположение элементов матриц в экране приведено на фиг.4, число элементов матриц в экране с разрешением формата HДTV /1920×1080/ составит 2073600 штук. Размер такого экрана:The matrix element / Fig. 3/ includes a housing 3 / Fig. 2/, in the upper row of which / Fig. 3/ are located two cells in parallel, under them and in the middle there is a third cell. Each cell represents a light channel from sequentially arranged LEDs 1 with a white glow and color filter 2/1 and 3 /. The light channels of the cells are optically separated from each other by partitions 5 in the housing 3, in the output end of which there is a microlens 4. Each LED 1 has a control input. The principle of operation of the cell is based on a directly proportional dependence of the radiation duration of LED 1 on the value of the color signal code. The conversion "code - radiation duration" is performed by the control signal generating unit 6 / Fig. 5/, which includes a power supply 7 / LEDs /, 8 pulse generator and three identical channels, each of which includes a first key 9 connected in series, subtracting a pulse counter 10 , the decoder 11 and the second key 12. The pulse generator generates pulses with a frequency of 25.51 kHz at the signal inputs of the first keys 9. Channels work identically. With a frame duration of 10 ms / 100 Hz / code 00000001 corresponds to the duration of the emission of the LED in one pulse /

/ 39.2 μs, code 00000010 corresponds to a radiation duration of two pulses 78.4 μs, code 00000011 - three pulses 117 μs, etc., code 11111110 - 254 pulses or 9957 μs, code 11111111 - 255 pulses or 9996 μs. With the beginning of the frame period, the frame clock U _K opens the first key 9. The first signal code R is supplied in parallel to the information inputs of the pulse counter 10. The open first key 9 passes 25.51 kHz pulses from the generator 8 to the counting input of the counter 10 pulses / chip 100IE137 [4, p. 428] /. The initial state of the

keys

9, 12 is closed. The clock pulse U _K opens the second key 12, the power signal / 3 V / through the open key 12 energizes the LED 1, which starts the radiation. The process of subtraction in the counter 10 is until the code 00000000 appears in it. With the arrival of the code from one of the zeros in the decoder 11, it issues a signal U _З that closes both

keys

9, 12. The power of the LED ends, the radiation stops. The inertia of the LEDs is less than 1 μs. The duration of the LED emission is directly proportional to the number of pulses entering the subtracting counter 10 until a code of zeros appears on its outputs. Radiations from three LEDs 1, each with a duration corresponding to the value of its code, pass through color filters 2 and are collected by microlens 4, which sums up the radiation fluxes of three colors and displays them in the form of a pixel of the corresponding color tone and brightness on the screen. Thus, the duty cycle of the three-color radiation forms the brightness and color tone of the pixel of each matrix element. Variant of cell element sizes: filters are adopted 0.25 × 0.25 mm, LED sizes must also be 0.25 × 0.25 mm, the housing of the matrix element is taken 0.6 × 0.6 mm, the depth of the matrix element is determined by the thickness of the filter 2 , the dimensions of the LED along the length and focal length of the microlens 4 and will be in the range of 10 ... 20 mm. The arrangement of the matrix elements in the screen is shown in Fig. 4, the number of matrix elements in the screen with a resolution of HDTV / 1920 × 1080 / format will be 2073600 pieces. Screen Size:

по горизонталиhorizontally 1920×0,6 мм=1152 мм.1920 × 0.6 mm = 1152 mm. по вертикалиvertically 1080×0,6 мм=648 мм, по диагонали 1322 мм.1080 × 0.6 mm = 648 mm, diagonal 1322 mm.

Светодиодов белого свечения требуется 6220800 штук /2073600×3/.White LEDs require 6,220,800 pieces / 2073600 × 3 /.

Работа элемента матрицы.The work of the matrix element.

В отсутствие управляющих сигналов /напряжения питания/ светодиоды 1 не излучают, на выходе элемента матрицы глубокий черный цвет. С применением сверхярких светодиодов белого излучения, например L - 53МWС [5, c.45] с силой света 3 кд, максимальная яркость излучения трех светодиодов составит:In the absence of control signals / supply voltage / LEDs 1 do not emit, at the output of the matrix element a deep black color. Using superbright white LEDs, for example, L - 53МWС [5, p. 45] with a light intensity of 3 cd, the maximum radiation brightness of three LEDs will be:

где 3 - три светодиода в элементе матрицы,where 3 - three LEDs in the matrix element,

3 кд - сила света одного светодиода,3 cd - luminous intensity of a single LED,

1 мм² - площадь излучения светодиодов.1 mm ² is the radiation area of the LEDs.

С учетом потерь излучения в 80% яркость изображения пиксела остается достаточно высокой. При вычислении контрастности [6, с.359] в знаменателе /20-я строка сверху/ будет значение, близкое к нулю, следовательно, и контрастность будет раз в 10 выше, чем у прототипа. При поступлении первого кода кадра в схему 6 на вход светодиода 1 поступает напряжение питания, излучение светодиода проходит цветной светофильтр 2 и по длительности каждый раз соответствует величине кода. Длительности излучения трех цветов после светофильтров 2 определяют результирующие яркость и цветовой тон изображения пиксела с элемента матрицы. Заявляемый элемент матрицы выполняет увеличение разрешения, повышает достоверность цветопередачи, дает полный черный цвет и увеличивает контрастность, вместе с тем упрощается изготовление элемента матрицы, а с ним и удешевление технологии производства плоскопанельного экрана.Given the radiation loss of 80%, the brightness of the pixel image remains quite high. When calculating the contrast [6, p. 359] in the denominator / the 20th line above / will have a value close to zero, therefore, the contrast will be 10 times higher than that of the prototype. Upon receipt of the first frame code in the circuit 6, the supply voltage is supplied to the input of the LED 1, the radiation of the LED passes the color filter 2 and the duration each time corresponds to the code value. The duration of the emission of three colors after the filters 2 determine the resulting brightness and color tone of the pixel image from the matrix element. The inventive matrix element performs an increase in resolution, increases the accuracy of color reproduction, gives a full black color and increases contrast, at the same time, the manufacture of the matrix element is simplified, and with it the cheaper technology for the production of a flat-panel screen.

Источники информацииInformation sources

1. Колесниченко О.В., Шишигин И.В. Аппаратные средства Р С. 5-е изд., СПб, 2004, с.489, прототип.1. Kolesnichenko OV, Shishigin IV Hardware R S. 5th ed., St. Petersburg, 2004, p. 489, prototype.

2. "Домашний компьютер" № 4, 2006, с.25, 27, 29 1-я колонка.2. "Home computer" No. 4, 2006, p.25, 27, 29 1st column.

3. "Домашний компьютер" № 4, 2005, с.23, 27.3. "Home computer" No. 4, 2005, p.23, 27.

4. Цифровые интегральные микросхемы. Справочник. Минск, 1991, с.428.4. Digital integrated circuits. Directory. Minsk, 1991, p. 428.

5. "Радио" № 2, 2006, с.45.5. Radio, No. 2, 2006, p. 45.

6. В.Мураховский. Железо ПК. Новые возможности. СПб, Питер, 2005, с.359.6. V. Murakhovsky. Iron PC. New opportunities. St. Petersburg, Peter, 2005, p. 359.

Claims

A matrix element containing three cells, each of which has a corresponding color filter, characterized in that the cells are combined in one opaque housing, in the output end of which there is a microlens, a white LED is introduced into each cell, the light channel of each cell is made up of a white LED glows and a color filter, two cells in the matrix element housing are located in its upper row, a third cell is located below them, the light channels of the cells are optically separated from each other, and their color filters are located in the front focal plane of the microlens, the input of each white LED is connected to the corresponding output of the control signal generation unit, which includes a power source, a pulse generator and three identical channels, each of which includes a first key connected in series, a subtracting pulse counter, a decoder and a second key, the signal inputs of the first keys are combined and connected to the output of the pulse generator, the first control inputs of the first and of the other keys are combined and are the control input of the control signal generation unit, the second control inputs of the first and second keys in each channel are combined and connected to the output of the decoder of their channel, the output of the power source is connected in parallel to the signal inputs of the second keys, the outputs of which are the first, second and third the outputs of the control signal generating unit and are connected to the inputs of the corresponding LEDs in the cells of the matrix element, 1-3 information inputs of the control signal generating unit Inputs 1-8 are caught subtracting pulse counters respectively first, second and third channels.