НАГРЕВАТЕЛЬ
HEATER

Изобретение относится к средствам нагрева, а именно к средствам обеспечения рабочего температурного режима жидкокристаллических экранов (ЖКЭ) экстремального применения, в частности авиационных дисплеев на основе рагидизированных (приспособленных к суровым условиям эксплуатации) ЖКЭ.
Известны нагреватели для быстрого вывода ЖКЭ на рабочий режим, в которых нагреватели в виде резистивных пленок выполнены на поверхностях ЖКЭ и отдельных его слоях (патенты US 4723835, 4773735).
Недостатком этих нагревателей является неравномерность нагрева, приводящая, например, при использовании их для вывода на рабочий температурный режим ЖКЭ к изменению оптико-электрических свойств жидкокристаллического материала, к возникновению механических напряжений в многослойной структуре ЖКЭ и, в результате, к искажению изображения и снижению надежности экрана.
Особенностью рагидизированных жидкокристаллических экранов является необходимость создания средств прогрева с использованием при этом минимально возможного воздействия на используемую готовую жидкокристаллическую панель, многослойную конструкцию, содержащую жидкокристаллический слой, и другие критичные к дополнительным технологическим операциям компоненты, в том числе тонкопленочные транзисторы.
Аналогом предлагаемого изобретения является устройство по патенту RU 2388031, в котором нагреватель выполнен в составе рагидизирующего узла, имеющего вид плоской кассеты, и представляет собой прозрачную проводящую пленку с токоподводящими шинами, нанесенными на поверхность прозрачной передней стенки кассеты, прижатой к передней поверхности ЖКЭ. При такой организации нагрева не требуются вредные для ЖКЭ технологические процедуры.
Недостатком описанного нагревателя является неравномерность нагрева по поверхности: края экрана холоднее остальных его частей за счет теплоотвода через рамку и детали крепления. Поверхностная неравномерность нагрева приводит к ухудшению качества изображения и к короблению, понижающему надежность ЖКЭ.
Одним из наиболее близких аналогов предлагаемого изобретения является устройство по патенту RU 2316799, в котором для нагрева ЖКЭ применены, совместно с нагревателями собственно экрана, нагреватели, установленные на рамке ЖКЭ, с помощью которых поддерживают температуру рамки не ниже температуры в самой горячей точке экрана.
Недостатком данного нагревателя является необходимость контроля температуры в ряде точек экрана и рамки, необходимость выполнения нагревателей на разных элементах конструкции путем использования разных технологических операций, необходимость контроля температуры в нескольких точках ЖКЭ и автономное регулирования токов отдельных нагревателей, наличие большого количества контактов и датчиков температуры, что снижает стойкость устройства по отношению к вибрациям и агрессивным средам.
Наиболее близким аналогом предлагаемого нагревателя является нагреватель, выполненный заодно с жидкокристаллической панелью в виде резистивной прозрачной пленки на ее передней поверхности и с множеством контактов по ее периферии (патент US 4987289).
Недостатком его, ухудшающим надежность, является наличие множества электрических контактов к пленочному резистивному слою и малая площадь этих контактов, что понижает вибростойкость ЖКЭ. Другим недостатком является необходимость проведения нежелательных технологических операций с исходной жидкокристаллической панелью.
Задачей предлагаемого изобретения является создание нагревателя для рагидизации ЖКЭ, обеспечивающего равномерный по поверхности нагрев экрана, не требующего технологических операций, вредных для исходной жидкокристаллической панели, простого в изготовлении и применении, а также имеющего повышенную надежность при эксплуатации.
Указанная задача решается тем, что прямоугольный в плане прозрачный резистивный нагреватель выполнен в виде двух прозрачных проводящих слоев, разделенных прозрачным диэлектрическим слоем, причем токоподводящие шины первого прозрачного слоя выполнены на двух противоположных сторонах прямоугольника во всю их длину, а токоподводящие шины второго прозрачного слоя выполнены во всю длину двух других сторон прямоугольника.
Конструктивным несущим элементом предлагаемого нагревателя может служить его диэлектрический слой, который может быть выполнен с заданными упругими и прочностными характеристиками (например, из стекла или пластика). Тепловой контакт такого нагревателя с ЖКЭ может быть осуществлен путем наклеивания его на стенку ЖКЭ, путем механического прижатия к стенке ЖКЭ, путем закрепления нагревателя на заданном расстоянии от стенки ЖКЭ. Механическое прижатие может осуществляться с использованием жидкого промежуточного слоя, например масла (иммерсионный вариант): при этом количество жидкости мало и она не может вытечь даже при нарушении целостности экрана.
Конструктивным несущим элементом может служить стенка самого ЖКЭ, на который диэлектрический слой и проводящие слои с токоподводящими шинами могут быть напылены или наклеены в виде соответствующих отдельно приготовленных пленочных слоев.
Для обеспечения равномерности нагрева ЖКЭ прозрачные проводящие слои для резистивного нагрева могут быть выполнены с таким распределением поверхностного сопротивления, чтобы обеспечивать возможность заданного распределения тепловыделения по поверхности нагревателя, компенсирующего неравномерность теплоотвода, связанную, например, с конструктивными или эксплуатационными особенностями.
Для компенсации большего теплоотвода по границе экрана, вызванного необходимостью нагрева сопряженных деталей, удельное сопротивление каждого прозрачного проводящего слоя вдоль сторон прямоугольника, параллельных токоподводящим шинам другого нагревающего слоя, имеет полосы шириной, составляющей 0,5-2,0 от ширины токоподводящих шин, с поверхностным сопротивлением, которое меньше поверхностного сопротивления на остальной поверхности в 1,2-10 раз. При этом тепловыделение (на единицу поверхности) в области каждой из четырех токоподводящих шин, т.е. по всему контуру экрана, превышает тепловыделение в остальных частях экрана на заданную величину, зависящую от конструктивных и эксплуатационных особенностей ЖКЭ.
Токи в двух проводящих пленках предлагаемого нагревателя направлены, благодаря предложенному расположению и взаимной ориентации токоподводящих шин, в направлениях, перпендикулярных друг другу, что приводит к сглаживанию неоднородностей тепловых полей каждого слоя, взятого в отдельности.
Предлагаемый нагреватель снабжен блоком питания, который может работать по заданной программе, иметь обратные связи, использующие датчики температуры, или иметь иную конструкцию и логику работы.
Электрическое подключение двух пленочных элементов нагревателя может быть последовательным, параллельным или независимым.
На чертеже схематически показан жидкокристаллический экран в разрезе.
Цифрами на чертеже обозначены:
1 - диэлектрический слой;
2 - токоподводящие шины нагревателя на одной стороне нагревателя (с условно видимыми на разрезе клеммами);
3 - пленочные нагревательные элементы;
4 - токоподводящая шина на другой стороне нагревателя (одна из двух, видимая на разрезе).
Примером конкретного исполнения прямоугольного плоского нагревателя является нагреватель размером 222×169 мм, выполненный в виде стеклянной пластины толщиной 0,5-1,1 мм с нанесенными на нее с двух сторон пленками ZnO толщиной 1÷2 мкм, с утолщениями до 3 мкм в полосах шириной 2 мм по периметру и с токоподводящими шинами из Cr-Cu-Ni толщиной 1,5 мкм и шириной 1 мм. Нагреватели соединены параллельно для обеспечения выхода на режим, хотя бы и за большее время и с меньшей равномерностью нагрева, в случае нарушения работы одного из пленочных элементов. Подводимая к нагревателю от блока питания постоянного тока напряжением 27 В электрическая мощность составляет 70-140 Вт. Нагреватель наклеивается на переднюю или заднюю стенку жидкокристаллического экрана авиационного дисплея. Время вывода установленного в кабине пилота дисплея на рабочий режим, обеспечивающий коэффициент контраста не менее 200:1 и быстродействие (время реакции + время релаксации) не более 25 мс, при включении нагревателя на полную мощность при температуре окружающего воздуха - 40°C составляет менее 3 мин.
Предлагаемый нагреватель не требует высокотемпературных технологических операций при использовании его для рагидизации жидкокристаллических панелей, обеспечивает равномерный по поверхности нагрев с компенсацией особенностей теплоотвода нагреваемой конструкции, имеет повышенную вибрационную стойкость, высокую надежность, может использоваться без сложных схем питания, прост в изготовлении и применении.