ЭЛЕМЕНТ МАТРИЦЫ ПЛОСКОПАНЕЛЬНОГО ЭКРАНА
FLAT PANEL DISPLAY MATRIX ELEMENT

Изобретение относится к аппаратным средствам плоскопанельного экрана и может быть использовано в матрицах экранов мониторов персональных компьютеров и телевизоров.
Аналогом является элемент матрицы экранов, выполненный по технологии жидких кристаллов /ЖК-экраны/ [1, с.486-489]. Каждый элемент ЖК-матрицы образован триадой ЖК-ячеек и тремя тонкопленочными транзисторами [2, c.477]. ЖК-ячейка является электронно-управляемым светофильтром одного из основных цветов R, G, В. ЖК-ячейка не генерирует свет, а лишь управляет интенсивностью проходящего света. Для получения цветного изображения каждая Ж-ячейка триады снабжена одним из цветных светофильтров. Триада ЖК-ячеек формирует изображение одного пиксела /точки/. Размер ЖК-ячейки 0,25×0,25 мм [1, с.490].
1-8
1-8
1-8
Размер триады в три раза больше. Недостатками аналога являются: невозможность точно управлять интенсивностью проходящего света, недостаточная достоверность цветопередачи [3, с.145], высокая инерционность реакции ЖК-ячейки на управляющий сигнал /наименьшее время отклика 5 мс/, недостаточно черный цвет на экране из-за пропуска ячейками света от ламп подсветки и при закрытых ячейках [4, c.2]. Прототипом принят элемент матрицы [5, c.3] плоскопанельного экрана, содержащий светодиод белого свечения, выполняющий роль подсвечивающего источника, непрозрачный корпус, в котором расположены три идентичных ячейки /триада/, общее зеркало и в выходном торце корпуса размещена выходная микролинза. Каждая ячейка включает микролинзу, размещенную в переднем торце корпуса, цветной светофильтр одного из основных цветов R, G, В, с первого по восьмой полупрозрачные микрозеркала, расположенные друг за другом по оптической оси микролинзы, и включает с первого по восьмой пьезоэлементы, входы которых являются управляющими входами элемента матрицы. Принцип действия ячейки в том, что каждое впереди расположенное полупрозрачное микрозеркало пропускает в следующее за ним поток излучения, ослабленный в два раза, что соответствует принципу двоичного кода. Прямое преобразование кодов цветовых сигналов в интенсивность потока излучения с выхода элемента матрицы дает высокую достоверность в цветопередачи. Недостатками прототипа являются: сложность формирования суммарного потока излучения в ячейке при большом числе подвижных полупрозрачных микрозеркал и общего зеркала, и необходимость поддержания высокой степени точности в повороте зеркал в процессе эксплуатации: нарушение угла поворота любого из микрозеркал на небольшую величину ведет к грубому искажению в цветопередаче. Цель изобретения - обеспечить длительную надежную работу элемента матрицы по цветопередаче и упрощение его устройства. Техническими результатами является обеспечение надежной работы элементов матрицы по цветопередаче на весь срок эксплуатации и упрощение устройства ячеек в матрице, достигаемое изменением принципа преобразования "код - яркость излучения" в ячейках. Сущность изобретения в том, что в элемент матрицы, включающей светодиод белого свечения, непрозрачный корпус и три идентичные ячейки, каждая из которых содержит цветной светофильтр, микролинзу и микропьезоэлементы, в каждую ячейку вводятся последовательно расположенные друг за другом и по оптической оси микролинзы с первого по восьмой нейтральные микросветофильтры с соответстврощими коэффициентами поглощения излучения. Общий вид элемента матрицы на фиг.1, схема элемента матрицы, вид сверху, на фиг.2, схема верхней ячейки отдельно на фиг.3, размещение элементов в матрице экрана на фиг.4. Каждый элемент матрицы включает /фиг.2/ микросветодиод 1 белого свечения и непрозрачный корпус 2, в котором расположены три идентичные ячейки: первая ячейка 3, излучающая красный цвет R, вторая ячейка 4, излучающая зеленый цвет G, третья ячейка 5, излучающая синий цвет В. Каждая ячейка содержит /фиг.3/ соответствующий цветной светофильтр 6, микролинзу 7, последовательно расположенные друг за другом по оптической оси микролинзы 7 с первого по восьмой нейтральные микросветофильтры 8, каждый с соответствующим коэффициентом поглощения излучения, с первого по восьмой микропьезоэлементы 9 и выходную микролинзу 10. Нейтральные микросветофильтры 8 каждый площадью ≈200 микрометров /15×15 мкм/ имеют коэффициенты поглощения соответственно веса своего разряда, который обслуживает микросветофильтр. Коэффициенты поглощения микросветофильтров приведены в таблице. Стенки корпуса 2 имеют светопоглощающее покрытие. Излучение микросветодиода 1 направляется на цветные светофильтры 6 трех ячеек, после цветных светофильтров излучение собирается в каждой ячейке своей микролинзой 7 и направляется на последовательно расположенные нейтральные микросветофильтры 8. Принцип работы ячейки основан на том, что каждый последовательно расположенный нейтральный микросветофильтр 8 ослабляет излучение соответственно своему коэффициенту поглощения. Значения коэффициентов поглощения соответствуют принципу двоичного кода. В отсутствие управляющих сигналов на входах микропьезоэлементов 9 микоосветофильтры 8 перекрывают поток излучения до уровня ниже предела чувствительности зрения человека. Один торец каждого микропьезоэлемента 9 жестко закреплен в стенке корпуса 2, вторые свободные их торцы соответствующим образом /фиг.3/ соединены с нейтральными микросветофильтрами.
Номер разряда кода
Вес разряда кода
Коэффициент поглощения излучения
1 старший
2<sup>7</sup>         /128/
0,5              <img file="00000001.tif" he="10" wi="10" img-content="undefined" img-format="tif" />
2
2<sup>6</sup>          /64/
0,25            <img file="00000002.tif" he="10" wi="10" img-content="undefined" img-format="tif" />
3
2<sup>5</sup>          /32/
0,125           <img file="00000003.tif" he="10" wi="10" img-content="undefined" img-format="tif" />
4
2<sup>4</sup>          /16/
0,0625         <img file="00000004.tif" he="10" wi="13" img-content="undefined" img-format="tif" />
5
2<sup>3</sup>           /8/
0,03125        <img file="00000005.tif" he="10" wi="13" img-content="undefined" img-format="tif" />
6
2<sup>2</sup>           /4/
0,015625       <img file="00000006.tif" he="10" wi="13" img-content="undefined" img-format="tif" />
7
2<sup>1</sup>           /2/
0,0078125     <img file="00000007.tif" he="10" wi="15" img-content="undefined" img-format="tif" />
8
2<sup>0</sup>           /1/
0,0039        <img file="00000008.tif" he="10" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />
1-8
При поступлении на микропьезоэлемент управляющего импульса /сигнал единицы кода/, по амплитуде соответствующего напряжению срабатывания микропьезоэлемента 9, свободный торец его совершает изгиб и поворачивает микросветофильтр 8 на угол 90°, поток излучения проходит без ослабления. В качестве микропьезоэлементов 9 применяются трубчатые пьезоэлементы, достоинство которых прочность и надежность [6, с.27]. При изгибе свободный торец переводит свой нейтральный микросветофильтр 8 в открытое положение, не препятствующее проходу излучения на следующий микросветофильтр.
Работа элемента матрицы.
1-8
В отсутствие управляющих сигналов нейтральные микросветофильтры 8 находятся в исходном положении - перекрывают весь поток излучения от микросветодиода 1. С приходом сигналов кода на входы микропьезоэлементов 9 свободные торцы микропьезоэлементов, на которые поступили управляющие сигналы, выполняют изгиб и поворачивают свои нейтральные микросветофильтры на 90°, освобождая проход излучению без ослабления. На Фиг.3 приведен момент преобразования кода 10110110 в яркость излучения ячейкой. Каждая ячейка выполняет преобразование "код - яркость излучения" с частотой поступления в нее сигналов единиц кодов в параллельном виде. Исполняющий элемент нейтральный микросветофильтр 8 выполняет свои функции не только при повороте точно на 90°, но и при погрешности поворота на ±10°-15°, что исключает искажение в работе ячейки по точной цветопередачи при длительной эксплуатации, и изготовление этих ячеек менее сложно, чем ячеек прототипа. Предложенная форма корпуса элемента матрицы /фиг.1/ будет удобна при сборке матрицы экрана, каждый элемент изготавливается отдельно, а экран из них набирается. Изготовление ячеек с использованием микротехнологии обеспечит снижение их поперечных размеров в сравнений с размерами аналогов /ЖК-ячеек/.
Источники информации
1. Мураховский В.И. Устройство компьютера. - М., 2003, с.486-490.
2. Колесниченко О.В, Шишигин И.В. Аппаратные средства PC. 5-е изд-е, СПб, 2004, с.477.
3. Энциклопедический справочник. Персональный компьютер. М., 2004, Евсеев и др., с.145.
4. Домашний компьютер, №1, 2006, с.2.
5. Патент РФ №2318297 С1, кл. Н04N 9/00, бюл №6 от 27.02.08. Прототип.
6. Плонский А.Ф., Теаро В.И. Пьезоэлектроника. - М., 1979. с.26-27.