Формирование цветного изображения последовательной цветовой модуляцией.

Формирование цветного изображения последовательной цве­товой модуляцией.

На рис. 1 показана временная последовательность операций последовательной цве­товой модуляции. Формирование цветного изображения осуществляется следующим образом. Для каждого из цветов производится последовательная загрузка ЖК-матрицы из дисплейного ОЗУ. При загрузке (адреса­ции) матрицы источники подсвети выключены. После завершения заг­рузки данных, определяющих яркость точек матрицы (одного из цветов RGB), перед включением од­ного из источников основного цвета выдерживается пауза для того, чтобы завершился переходной процесс в ЖК-ячейках пространственного матричного модулятора (жидкие кристаллы реагируют на управляющее напряжение с некоторой инерцией). Если эту паузу не выдерживать и сразу включать источник подсветки, то получим искажение яркости передачи, поскольку время реакции и релаксации ЖК-ячеек матрицы различно. Процесс ре­лаксации, имеет достаточно большую длительность и зависит от ряда переменных факторов. По­этому продолжительность паузы должна быть больше времени релак­сации. После паузы подсветка вклю­чается подачей питания на массив светодиодов определенного цвета. Длительность цветовой вспышки не­велика (1,22 мс), поэтому пиковая яркость светодиодов должна быть в несколько раз выше, чем у постоянно включенного источника традицион­ной подсветки. Яркость современных (сверхъярких) светодиодов близка к яркости белой люминесцентной лампы, работающей на переменном токе.

Рис. 1. Временная последовательность операций последовательной цве­товой модуляции.

На рис. 2 показана конструк­ция цветного LCD-дисплея со светодиодной подсветкой. Дисбаланс яркости светодиодов разных цветов можно скомпенсировать подборам числа светодиодов каждого цвета в массиве или регулировкой тока по каждому цвету.

    Рис. 2

Для получения равномерного распределения света от точечных ис­точников с малыми оптическими по­терями используются рассеиватели 1 и 2 (на рис. 2), которые выполнены на основе линз Френеля и позволяют при очень малой толщине конструкции управлять подмассивами светодиодов обычными токовыми транзисторными ключами. Сигналы управления токовыми клю­чами формируются на основе сигналов субкадровой развертки частотой 180 Гц (рис. 3).

   Рис. 3

На рис. 4 по­казаны временные соотношения для фаз последовательной цветовой моду­ляции.

Рис. 4

На рис. 5 показана структура управления ЖК-дисплеем с последо­вательной цветовой модуляцией. Этот ме­тод подсветки пока имеет серьезный недостаток – фликкер (глаз за­мечает мерцание яркости, возникающее в процессе развертки и импульсной подсветки). Фликкер можно уменьшить, повышая частоту субкадровой развертки, однако для этого необходимо обеспечивать и большее быстродействие ЖК-ячеек. Решение этой проблемы существенно усложняет и удорожает стоимость дисплея. И все это из-за того, что фазы протекают последовательно во времени, а самая важная для нашего зрения фаза, в течение которой и производится полезная модуляция по цвету и яркости, занимает слишком малую долю времени.

Рис. 5        

Поэтому решили увеличить полезное время модуляции за счет совмещения прохождения фаз по времени. Для этого экран разбили на секторы (сектор – это несколько строк) и сделали источник подсвета по секторам экрана с возмож­ностью раздельного включения и выключения секторов-линеек. Теперь можно, не дожидаясь, пока закончит­ся полная загрузка кадра, произво­дить посекторное включение той части экрана, для которой процесс релаксации ЖК-ячеек уже завершился. Таким образом создается «волна» подс­вета, бегущая следом за загрузкой (разверткой) данных изображения по кадру (на рис. 6 показана структура этого варианта динамической светодиодной подсветки LCD-дисплея).

Рис. 6

Так как время релаксации, загрузки данных, скорость развертки, а также порядок выбора цветов известны, то процесс синхронизация включения цвет­ных секций вдоль направления развертки не представляет проблемы (на рис. 7 показаны фазы конвейерной системы развертки с секторной подсветкой).

Конвейерный ме­тод управления подсветкой дает воз­можность в течение одного кадра последовательно включать источники подсвета всех трех цветов для разных блоков строк, а это дает еще одну воз­можность уменьшения паразитного фликкера, на этот раз связанного с модуляцией но одному цвету в тече­ние одного кадра (поэтому можно обеспечить более однородную по времени под­светку и уменьшить дрожжание яркос­ти и цвета).

Рис. 7

Однако первой на промышленный уровень использования технологий светодиодной подсветки в LCD-мониторах вышла обычная светодиодная подсветка. Яркость мо­дулей светодиодной подсветки не уступает яркости люминесце­нтных ламп с холодным катодом,  долговечность светодиодов значительно выше.

Равномерная яркость и цветовое смешение достигаются благодаря конструкции светорассеивающих линз светодиодов (рис. 8). Спе­циальная форма линзы обеспечивает распространение светового потока от кристалла светодиода в горизон­тальной плоскости. Пространство над светодиодами блокируется специальным диф­фузным фильтром. За счет многок­ратного прохождения и отражения от боковых стенок «коробки» модуля обеспечивается равномерное переме­шивание цветов и достигается равно­мерность яркости подсветки.

Рис. 8

Светодиодная подсветка имеет значительно меньший уровень электромагнитного излучения, поскольку здесь отсутствует высокочастотный преоб­разователь напряжения (частотой 36...60 кГц и амплитудой 250-300 В), отсутствуют и люминисцентные лампы с холод­ным катодом. Использование светодиодной под­светки более экологично и уменьшается утомляемость опе­раторов при работе с такими мони­торами.