Оптический затвор с временным мультиплексированием

Оптический затвор с мультиплексированием по времени ( TMOS ) — это технология плоскопанельного дисплея, разработанная, запатентованная и коммерциализированная компанией Uni-Pixel Displays, Inc. TMOS основана на принципах полного внутреннего отражения (TIR), разочарования TIR (FTIR) и последовательного цвета поля. поколение (FSC). Такое сочетание характеристик делает его подходящим для таких приложений, как мобильные телефоны, телевизоры и системы сигнализации. ^[1]^[2]^[3]

Компоненты

Система отображения TMOS состоит из группы подсистем.

система освещения ; Генерация цвета основана на традиционной трехцветной модели, поэтому система состоит из группы красных, зеленых и синих светодиодов.
Световод из высококачественного оптического стекла. К одному из его краев прикреплена система освещения, а остальные три края закрыты зеркалами, чтобы отражаемый свет оставался внутри направляющей.
управление приводом на уровне отдельных пикселей , простая архитектура переменного конденсатора , которая работает как оптический затвор для каждого пикселя в системе. Конденсатор состоит из двух проводящих параллельных плоскостей: прозрачного проводника на световоде и тонкого сплошного слоя проводящего материала, помещенного внутри активного слоя.
Активный слой Opcuity , характерная часть технологии TMOS. Он включает в себя базовую пленку-носитель, проводник и микрооптические структуры, которые определяют светоотдачу системы отображения. Эти структуры обращены к световоду и настолько малы, что на каждый пиксель приходится сотни. из них.
Система управления приводом . Первоначальный прототип имеет всю логику управления, запрограммированную в процессоре FPGA .

Блок TMOS представляет собой набор слоев, размещенных поверх другого в следующем порядке: световод, прозрачный проводящий слой, структура TFT и активный слой Opcuity, включающий проводящий слой.

Принцип работы

Система освещения периодически излучает красный , зеленый и синий свет, каждый цвет меняется в течение одинакового периода времени с очень высокой частотой .
Цветной свет попадает внутрь световода, зеркальные края вызывают постоянные отражения TIR, создавая очень равномерную световую энергию внутри световода.
Свет улавливается в световоде до тех пор, пока напряжений между двумя проводящими слоями конденсатора в любой области пикселя не создается разность . Когда это происходит, две проводящие плоскости притягиваются друг к другу посредством кулоновского притяжения .
Активный слой Opcuity — единственная подвижная часть TMOS, и он опускается до тех пор, пока не коснется световода. Затем конкретный пиксель активируется, и свет проходит через него из-за явления полного внутреннего отражения (FTIR).
Когда разность напряжений исчезает, активный слой возвращается в исходное положение, и свет снова захватывается световодом.

Когда два проводящих слоя находятся в контакте, говорят, что пиксель открыт или активен (ВКЛ) , когда слои разделены, тогда пиксель закрыт или неактивен (ВЫКЛ) . Продолжительность заряда определяет время, в течение которого затвор открыт или закрыт. Для создания изображений на дисплеях предыдущий процесс индивидуален для каждого пикселя. Генерация цвета основана на системе последовательных цветов (FSC).

Генерация цвета

Традиционные дисплеи используют трехчастный пиксель, каждый пиксель создается путем отображения трех точек различной интенсивности (красной, синей и зеленой), расположенных настолько близко друг к другу, что человеческий глаз воспринимает их как один цвет. Этот метод использует преимущества пространственного аддитивного цвета . Однако технология TMOS основана на временном аддитивном цвете и использует временную разрешающую способность зрительной системы человека . Всплески красного, зеленого и синего света излучаются с достаточно высокой частотой, поэтому человеческий глаз воспринимает только отдельные цвета. Разная продолжительность каждой вспышки создает разные цвета.

В TMOS продолжительность излучения каждой вспышки одинакова для трех цветов, но время, в течение которого каждый пиксель остается открытым или закрытым, может составлять только процент от общего времени, контролируемого количеством заряда TFT (промежутком времени, в течение которого каждый пиксель остается открытым или закрытым). активный слой контактирует со световодом). Таким образом, каждый цветной пиксель генерируется с учетом точного времени, в течение которого каждый пиксель остается открытым для каждой цветовой вспышки.

В зависимости от сочетания можно создать миллион цветов. Например:

Чтобы получить белый цвет , пиксель остается открытым в течение 100% общего времени для каждого пакета, а для черного каждый пиксель закрыт все время. Чтобы получить серый цвет , пиксель должен быть активным половину общего времени для каждого пакета (когда три значения трех компонентов равны, получается серый цвет)

Чтобы создать красный цвет , пиксель должен быть закрыт во время вспышки синего и зеленого цвета. Процент красного цикла, в течение которого пиксель открыт, определяет оттенок красного.

Общие характеристики

Яркость : 1400 кд/м ² с 12,1-дюймовым дисплеем с углом обзора 176° и мощностью 13,2 Вт. Даже он может достигать значений 3,430 кд/м. ² на 30 Вт.
Ночное видение : поскольку красный светодиод управляется независимо, нет необходимости добавлять какой-либо инфракрасный фильтр для обеспечения совместимости с ночным видением.
Разрешение : TMOS может достичь Шаг точек 1 ⁄ мм из-за одноклеточной структуры пикселей.
Угол обзора : без дополнительной рулевой оптики можно достичь углов 25° × 12° (12,5° влево, 12,5° вправо, 6° вверх, 6° вниз).
Уровни серого : 24 бита или 36 бит для специальных встроенных систем. Уровни серого для монохроматического инфракрасного диапазона в три раза превышают шкалу серого основного цвета для видимого диапазона.
Диапазон затемнения : 34 дБ
Видеовозможности : 60 кадров/сек.
Удары и вибрация : TMOS обладает значительной устойчивостью к механическим воздействиям во время работы, поскольку приложенные силы распределяются глобально, а не локально по отдельным пикселям. Малая масса и многослойная структура активного слоя смягчают резонансы и моды.
Среднее время между отказами : Ожидается, что первым компонентом, который выйдет из строя в технологии TMOS, является система освещения. Среднее время безотказной работы светодиодов обычно составляет 100 000 часов при непрерывной работе; поскольку TMOS использует светодиоды на 1 ⁄ рабочего цикла , максимальное ожидаемое время безотказной работы составляет 300 000 часов.

Преимущества

Технология TMOS предлагает множество преимуществ по сравнению с другими популярными технологиями, такими как ЖК-дисплей , плазма и OLED .

Простота : Простая структура TMOS дает большинство других преимуществ. Пять слоев ЖК-дисплея становятся только одним в TMOS. Это предполагает упрощение производственного процесса и повышение производительности .

Энергоэффективность : TMOS в десять раз эффективнее ЖК-дисплея. В ЖК менее 5–10% подводимой энергии передается в виде светоотдачи, а в TMOS передается 61% энергии. Низкое энергопотребление делает TMOS идеальным для с батарейным питанием . приложений

Низкая стоимость : благодаря простой структуре TMOS производственный процесс становится проще, а общая стоимость снижается. Устройства TMOS могут быть на 60% дешевле остальных.

Хорошая контрастность и яркость : системы отображения TMOS создают на 10% более четкое изображение и имеют лучший коэффициент контрастности (4500:1) по сравнению с ЖК-дисплеями (2500:1) и другими (700:1).

Среднее время наработки на отказ : срок службы TMOS может достигать 300 000 часов, превысив 10 000 часов OLED, 30 000 часов плазменных дисплеев, 40 000 часов CTRS и 100 000 часов LCD.

Масштабируемость . Гибкость масштабирования — еще одна важная характеристика. TMOS — это первая технология, способная поддерживать различные конфигурации и размеры до 110 дюймов. До сих пор OLED достигал 20″, LCD 54″ и плазменный 72″.

Разнообразие применений : Традиционные дисплеи имеют специфические применения: OLED для мобильных телефонов, плазма для телевидения и ЖК-дисплеи для компьютеров. Благодаря масштабируемости TMOS подойдет для дисплеев мобильных устройств, телевизоров и компьютеров.

Недостатки

Основным недостатком является необходимость очень высокой скорости ; если этого недостаточно, при моргании может появиться эффект радуги.

Будущие разработки

В будущем планируется улучшить эффективность и характеристики экранов такого типа. Некоторые из этих улучшений будут заключаться в новом материале направляющего света, поликарбонате или гибком полимере , а также в расширении гаммы светодиодов. Более того, структура TFT будет устранена, а система полос (строк и столбцов) под названием Simple Matrix обеспечит индивидуальное управление пикселями.

Для дисплеев TMOS исследуются следующие особенности:

Гибкость : радиус кривизны может превышать толщину дисплея в 20 раз. Эта характеристика позволит создавать фотореалистичные изображения, развивать «домашние кинотеатры», окружающие зрителя подобно экранам IMAX .

Читаемость при ярком солнечном свете, поэтому их можно использовать для дорожных знаков, выставок и т. д.

Прозрачность : дисплеи могут иметь прозрачную заднюю часть, поэтому их можно использовать как окна изнутри и как дисплеи снаружи.

Ссылки

^ Ларри Ф. Ходжес, «Стереоскопическая компьютерная графика с мультиплексированием во времени», Компьютерная графика IEEE, март/апрель 1992 г. (том 12, № 2), стр. 20–30 DOI Закладка:
^ Ачинтья К. Бхоумик; Зили Ли; Филип Дж. Бос (31 июля 2008 г.). Мобильные дисплеи: технологии и приложения . Джон Уайли и сыновья. стр. 281–. ISBN 978-0-470-99463-4 .
^ Компьютерное общество IEEE

Внешние ссылки

Сеть Unipixel

[1] Ларри Ф. Ходжес, «Стереоскопическая компьютерная графика с мультиплексированием во времени», Компьютерная графика IEEE, март/апрель 1992 г. (том 12, № 2), стр. 20–30 DOI Закладка:

[BhowmikLi2008-2] Ачинтья К. Бхоумик; Зили Ли; Филип Дж. Бос (31 июля 2008 г.). Мобильные дисплеи: технологии и приложения . Джон Уайли и сыновья. стр. 281–. ISBN 978-0-470-99463-4 .

[3] Компьютерное общество IEEE

[1]

[2]

[3]