СВЕТОДИОДНАЯ ДВУХРЕЖИМНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПОДСВЕТКИ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ИНДИКАТОРА

Полезная модель относится к технике систем для подсветки жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ) пропускающего типа и может быть использована преимущественно в бортовых индикаторах летательных аппаратов (ЛА) при пилотировании ЛА в ночных условиях экипажем с применением приборов ночного видения (ПНВ) на основе электронно-оптических преобразователей.
Системы для подсветки ЖКИ на основе светодиодов более устойчивы к температурным, вибрационным и ударным воздействиям, благодаря чему получают все большее распространение в бортовых индикаторах, предназначенных для применения на летательных аппаратах, морских судах и других объектах, где требуются высокие показатели яркости, прочности конструкции и термостойкости.
При пилотировании ЛА с использованием ПНВ пилот осматривает закабинную обстановку через ПНВ, а за изображением на экране бортового индикатора, размещенном на приборной доске, наблюдает глазами. Оптическое излучение бортового индикатора, не сопряженное по спектральным характеристикам с ОНВ, создает как фоновую, так и прямую засветку ПНВ. Это приводит к нарушению работы ПНВ, уменьшает контраст при обзоре закабинной обстановки и снижает дальность обнаружения закабинных объектов.
Известны светодиодные системы для подсветки ЖКИ, отличающиеся разным конструктивным построением (US 2004228107, МПК F21V 7/04, 2004. US 2004008474, МПК G06F 1/116, G02F 1/1333, 2004. WO 03021565, МПК G09G 3/34, 2003. JP 2004079488, МПК F21V 8/00, G02B 6/00, G02F 1/13357, 2004).
Известны способы и устройства освещения приборного оборудования, основанные на изменении спектрального состава потока оптического излучения светотехнического оборудования ЛА при наблюдении их через пилотажные ОНВ (RU 2133973 С1, МПК 6 G02B 23/12, B64D 47/02, 1999. RU 2110452 C1, МПК 6 B64D 47/02, 1998). Однако эти изобретения не обеспечивают изменения спектрального состава оптического излучения бортового индикатора в указанных выше условиях работы ПНВ.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату является светодиодная система подсветки по патенту на полезную модель (RU №45838 U1, МПК G02F 1/133, 2005), которая содержит световодную пластину, два оптических излучателя (ОИ), расположенных вдоль противоположных граней световодной пластины. Каждый ОИ состоит из основания и N светодиодов, расставленных так, что оптические оси светодиодов первого ОИ внутри световодной пластины не совпадают с оптическими осями светодиодов второго ОИ. Основание каждого ОИ выполнено из жесткого теплопроводящего материала в форме вытянутого прямоугольного параллелепипеда, на продольной грани которого закреплена теплопроводящая диэлектрическая подложка с проводящим слоем, который разделен на N+1 изолированных друг от друга контактных площадок, между которыми установлены светодиоды, диаграмма направленности излучения которых соответствует угловой апертуре световодной пластины, с подключением выводов светодиодов к соседним контактным площадкам. Контактные площадки в промежутках между светодиодами покрыты слоем диффузно отражающего материала. Светодиоды каждого ОИ по питанию объединены в М групп, в каждой из которых светодиоды включены последовательно и запитаны от раздельных выходов блока управления режимами ОИ, который содержит датчик температуры, установленный на основании ОИ, регулятор яркости, 2М регуляторов тока и блок формирования режимов ОИ, при этом выход датчика температуры и выход регулятора яркости соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования режимов ОИ, третий вход/выход которого соединен двухсторонней связью с входами 2М регуляторов тока, выходы которых являются выходами блока управления режимами ОИ.
В светодиодной системе, принятой за прототип, наиболее полно используется световой поток светодиодов, а также обеспечивается его временная и температурная стабилизация. Недостатком данной системы является прямая и фоновая засветка ПНВ излучением бортового индикатора при работе в ночных условиях, так как в системе используются светодиоды белого цвета, спектр излучения которых попадает в полосу пропускания ПНВ.
Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в обеспечении работы бортового индикатора в двух режимах излучения: дневном и ночном, совместимом с ПНВ.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящей полезной модели, заключается в уменьшении засветки ПНВ оптическим излучением бортового индикатора в ночных условиях с возможностью работы бортового индикатора в дневных условиях при прямой солнечной засветке.
Поставленная задача с достижением упомянутого выше технического результата достигается тем, что в светодиодную двухрежимную систему для подсветки жидкокристаллического индикатора содержащую световодную пластину, один или более оптических излучателей (ОИ) и блок управления режимами ОИ с раздельными выходами, причем ОИ расположены соответственно вдоль одной или нескольких граней световодной пластины, ОИ состоит из основания и светодиодов белого цвета, основание каждого ОИ выполнено из жесткого теплопроводящего материала в форме вытянутого прямоугольного параллелепипеда, на продольной грани которого закреплена теплопроводящая диэлектрическая подложка с проводящим слоем, который разделен на изолированные друг от друга контактные площадки, между которыми установлены светодиоды, с подключением выводов светодиодов к соседним контактным площадкам, контактные площадки в промежутках между светодиодами покрыты слоем диффузно отражающего материала, светодиоды белого цвета по питанию объединены в одну или несколько групп, в которых светодиоды включены последовательно, в ОИ среди светодиодов белого цвета дополнительно размещены светодиоды ночного режима подсветки, со спектром излучения, находящимся в области нечувствительности приборов ночного видения, при этом светодиоды ночного режима подсветки по питанию объединены в группу, в которой они включены последовательно и подключены к выходу блока управления режимами ОИ непосредственно, а светодиоды белого цвета подключены к раздельному выходу блока управления режимами ОИ через переключатель режима подсветки день/ночь.
Технический результат достигается также тем, что:
в качестве светодиода ночного режима подсветки применяют светодиод белого цвета с наложенным на его излучающую поверхность светофильтром, полоса пропускания которого лежит в зоне нечувствительности приборов ночного видения;
при применении двух ОИ они размещены по противоположным граням световодной пластины, а светодиоды, диаграмма направленности излучения которых соответствует угловой апертуре световодной пластины, расставленных так, что оптические оси светодиодов первого ОИ внутри световодной пластины не совпадают с оптическими осями светодиодов второго ОИ;
блок управления режимами ОИ содержит датчик температуры, установленный на основании ОИ, регулятор яркости, регуляторы тока и блок формирования режимов ОИ, при этом выход датчика температуры и выход регулятора яркости соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования режимов ОИ, третий вход/выход которого соединен двухсторонней связью с входами регуляторов тока, выходы которых являются выходами блока управления режимами ОИ.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - взаимное расположение световодной пластины и двух оптических излучателей;
на фиг.2 - конструкция оптического излучателя;
на фиг.3 - структурная электрическая схема блока управления режимами ОИ.
Д+
H
Д
Д
H
H
Д
Н
Световодная система (фиг.1) содержит световодную пластину 1, имеющую на стороне, противоположной направлению излучения, сформированный рельеф, обеспечивающий выход излучения из пластины в направлении, перпендикулярном к поверхности пластины. В светодиодных системах применяют один и более, например два и четыре ОИ. На фиг.1 приведен пример с применением двух ОИ. Первый ОИ 2 и второй ОИ 3 расположены вдоль противоположных граней световодной пластины 1. Каждый ОИ 2 и 3 содержит (фиг.2) основание 4, которое выполнено из жесткого теплопроводящего материала в форме вытянутого прямоугольного параллелепипеда, на продольной грани которого закреплена диэлектрическая подложка 7 с проводящим слоем 8. Проводящий слой 8 разделен на (NN)+1 контактных площадок 9, между которыми установлены на первом ОИ N светодиодов белого цвета (5-1...5-N) и между ними N светодиодов ночного режима подсветки (17-1...17-N), соответственно на втором ОИ (6-1...6-N) и (18-1...18-N), выводы которых подключены к соседним контактным площадкам 9. Светодиоды 5 (17) на первом ОИ 2 и светодиоды 6 (18) на втором ОИ 3 расставлены так, что оптические оси светодиодов первого ОИ 2 расположены между оптическими осями светодиодов второго ОИ 3.
Контактные площадки 9 в промежутках между светодиодами покрыты слоем диффузно отражающего материала 10.
В качестве светодиода 17 (18) ночного режима подсветки применяют светодиод белого цвета с наложенным на его излучающую поверхность светофильтром 19, полоса пропускания которого лежит в зоне нечувствительности ПНВ. В качестве светофильтра может быть использован, например ночной фильтр фирмы Korry Elektronics Part number 37951-001 (см. http://www.korry.com/products/nightshield/filtering leds.stm), предназначенный
для обеспечения совместимости излучения светодиодов белого цвета в полноцветном ЖКИ с ПНВ. Указанный фильтр обеспечивает затухание на длине волны 650 нм не менее 100 раз.
Светофильтр 19 наклеивается на излучающую поверхность светодиода с помощью оптического клея.
Количество светодиодов, установленных в каждом ОИ 2 и 3, рассчитывают по формуле
а количество групп светодиодов М дневного режима излучения рассчитывают по формуле:
0Д
2
где: L - заданная яркость светодиодной системы подсвета ЖКИ в дневном режиме [кд/м];
2
S - площадь светоизлучающей поверхности световодной пластины [м];
LCDД
I - интенсивность излучения одного светодиода белого цвета [кд];
гр
N - количество последовательно включенных светодиодов в группе;
H
Количество N светодиодов ночного режима подсветки и их расстановку выбирают из условия обеспечения равномерности свечения ЖКИ в ночном режиме.
Блок 12 содержит датчик 11 температуры, установленной на основании 4 одного из ОИ, регулятор 13 яркости, 2М+1 регуляторов 15 тока и блок 14 формирования режимов ОИ. Выход датчика 11 температуры и выход регулятора 13 яркости соединены соответственно с первым и вторым входами блока 14 формирования режимов ОИ, третий вход/выход которого соединен двухсторонней связью с входами 2М+1 регуляторов 15 тока. Светодиоды 17 (18) ночного режима подсветки подключены к выходу (2М+1)-го регулятора 15 тока, а светодиоды 5 (6) белого цвета подключены к выходу других 2М регуляторов 15 тока через переключатель 16 режима подсветки день/ночь. Датчик 11 температуры, установленный на основании 4 из теплопроводящего материала, практически измеряет температуру светодиодов.
Провода питания групп светодиодов от блока 12 подключены к контактным площадкам, например, через отверстия в основании и подложке.
Переключатель 16 режима подсветки день/ночь обеспечивает в режиме ночной подсветки выключение светодиодов 5 (6) белого цвета.
Устройство работает следующим образом.
В ЖКИ пропускающего типа свет, излучаемый системой подсветки, поступает сквозь жидкокристаллическую панель с задней стороны. Для этого система подсвета содержит световодную пластину 1, которая при освещении её с торцов оптическими излучателями 2 и 3 обеспечивает гомогенизацию и излучение света в направлении, перпендикулярном плоскости пластины. Полное использование излучаемого светодиодами светового потока обеспечивается за счет согласования угловых апертур светодиодов и световодной пластины 1, а также за счет удержания светового потока в световодной пластине при многократных переотражениях от слоев диффузно отражающего материала 10. Однородность распределения светового потока по полю ЖКИ обеспечивается за счет смещения оптических осей светодиодов первого ОИ 2 и ОИ 3 в световодной пластине, а также за счет одинаковой яркости свечения светодиодов.
Светодиодная система подсветки работает в двух режимах: дневном и ночном.
В ночном режиме подсветки включены только светодиоды ночного режима подсвета, спектр излучение которых лежит в зоне нечувствительности ПНВ. При этом спектральная плотность энергетической яркости дисплея полностью соответствует требованиям, изложенным в стандарте MIL-STD-3009, USA Departament of Defense, 2 February 2001, который определяет требования к светотехническому оборудованию для обеспечения совместимости с ПНВ третьего поколения.
В дневном режиме подсветки включены как светодиоды ночного режима, так и светодиоды белого цвета, что обеспечивает полноцветное изображение индикатора в дневных условиях.
Д
H
0
LCD
2
Современные светодиоды белого цвета создают интенсивность излучения от 1 до 40 кд в зависимости от типа светодиода. Для получения светового потока системы подсветки, который обеспечивает уровень яркости свечения ЖКИ пропускающего типа, достаточный для восприятия изображения в условиях прямой солнечной засветки, требуется количество светодиодов N+N, установленных в каждом ОИ 2 и 3, которое рассчитывают по формуле 1. Так, например, для обеспечения яркости свечения системы подсветки L=10000 кд/м при интенсивности свечения одного светодиода I=5 кд (например, светодиод типа EP204K-150RD2) и площади светоизлучающей поверхности
пластины, соответствующей 8,4-дюймовому индикатору, требуется не менее 22 светодиодов в каждом ОИ.
Одинаковая яркость свечения светодиодов обеспечивается за счет равенства токов, протекающих через светодиоды, при их последовательном включении. Питание светодиодов и стабилизация тока обеспечивается регуляторами 15 тока. Необходимость разбиения светодиодов белого цвета на группы и их подключение к отдельным регуляторам 15 тока связана с ограниченными возможностями выпускаемых промышленностью регуляторов тока. Регуляторы тока (например, DC/DC конвертор LT 1618) обеспечивают питание до 12 последовательно включенных светодиодов.
Управляющее напряжение, поступающее на вход регуляторов 15 тока, формируется в блоке 14, который может быть выполнен на универсальном микроконтроллере, и определяется положением регулятора 13 яркости и датчика 11 температуры, измеряющего температуру светодиодов, что обеспечивает регулировку яркости и температурную стабилизацию светового излучения системы подсветки.
Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемой полезной модели, подтвержден экспериментально. При применении в 8,4 - дюймовом ЖКИ заявляемой светодиодной подсветки, содержащей в каждом ОИ 2 и ОИ 3 по 18 светодиодов белого цвета и 6 светодиодов ночного режима подсветки, в ночных условиях отсутствует засветка ПНВ, а в дневных условиях возможна работа индикатора в условиях прямой солнечной засветки. При этом обеспечивается однородности распределения светового потока по полю ЖКИ, его временная и температурная стабилизация.