СВЕТОДИОДНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПОДСВЕТКИ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ИНДИКАТОРА

Полезная модель относится к технике систем для подсветки жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ) пропускающего типа и может быть использована преимущественно в малогабаритных бортовых индикаторах, работающих в экстремальных условиях.
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.
Известны светодиодные системы для подсвета ЖКИ, отличающиеся разным конструктивным построением (US 2004228107, МПК F 21 V 7/04, 2004; US 2004008474, МПК G 06 F 1/116, G 02 F 1/1333, 2004; WO 03021565, МПК G 09 G 3/34, 2003).
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату является светодиодная система подсветки по патенту (JP 2004079488, МПК F 21 V 8/00, G 02 B 6/00, G 02 F 1/13357, 2004), которая содержит световодную пластину, два оптических излучателя (ОИ), расположенных вдоль противоположных граней световодной пластины, причем каждый ОИ состоит из основания и некоторого количества светодиодов, расставленных так, что оптические оси светодиодов первого ОИ внутри световодной пластины не совпадает с оптическими осями светодиодов второго ОИ. Световодная пластина обеспечивает гомогенизацию и излучение света, падающего на поверхности, расположенные на двух противоположных гранях, в направлении, перпендикулярном плоскости пластины. В указанной светодиодной системе подсветки частично решена проблема по обеспечению однородности распределения светового потока на поверхности ЖКИ.
Задача, на решение которой направлена данная полезная модель, заключается в увеличении яркости, равномерности и стабильности свечения ЖКИ.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящей полезной модели, заключается в создании светодиодной системы подсветки ЖКИ с более широкими функциональными возможностями: повышении яркости и однородности
распределения светового потока на поверхности ЖКИ, его временной и температурной стабильности.
Поставленная задача с достижением упомянутого выше технического результата решается тем, что в светодиодной системе для подсветки жидкокристаллического индикатора, содержащей световодную пластину, два оптических излучателя (ОИ), расположенных вдоль противоположных граней световодной пластины, причем 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, 2 М регуляторов тока и блок формирования режимов ОИ, при этом выход регулятора яркости и выход датчика температуры соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования режимов ОИ, третий вход-выход которого соединен двухсторонней связью с входами 2 М регуляторов тока, выходы которых являются выходами блока управления режимами ОИ.
Технический результат достигается также тем, что количество светодиодов N, установленных в каждом ОИ, рассчитывают по формуле:
а количество групп светодиодов М рассчитывают по формуле:
0
2
где: L - заданная яркость свечения светодиодной системы подсвета ЖКИ [кд/м];
2
S - площадь светоизлучающей поверхности световодной пластины [м];
LCD
I - интенсивность излучения одного светодиода [кд];
N - количество последовательно включенных светодиодов в группе.
Повышение яркости и однородности распределения светового потока по полю ЖКИ обеспечивается за счет более полного использования светового потока светодиодов путем согласования световых апертур светодиодов и световодной пластины и использования слоев диффузно отражающего материала, а также временной и температурной стабилизации тока светодиодов.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - взаимное расположение световодной пластины и оптических излучателей;
на фиг.2 - конструкция оптического излучателя;
на фиг.3 - структурная электрическая схема блока управления режимами ОИ.
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. 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 N+1 контактных площадок, между которыми установлены светодиоды 5-1...5-N (6-1...6-N), выводы которых подключены к соседним контактным площадкам 9-1...9-(N+1). Светодиоды 5 на первом ОИ 2 и светодиоды 6 на втором ОИ 3 расставлены так, что оптические оси светодиодов 5 первого ОИ 2 расположены между оптическими осями светодиодов 6 второго ОИ 3.
Контактные площадки 9 в промежутках между светодиодами покрыты слоем диффузно отражающего материала 10.
Светодиоды каждого ОИ по питанию объединены в М групп, в каждой из которых светодиоды включены последовательно и запитаны от раздельных выходов блока 12 управления режимами ОИ. Количество светодиодов, установленных в каждом ОИ 2 и 3, рассчитывают по формуле (1), а количество групп светодиодов - по формуле (2).
Блок 12 содержит датчик 11 температуры, установленной на основании 4 одного из ОИ, регулятор 13 яркости, 2 М 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 2 М регуляторов 15 тока, выходы которых являются выходами блока 12.
Датчик 11 температуры, установленный на основании 4 из теплопроводящего материала, практически измеряет температуру свето диодов.
Провода питания групп светодиодов от блока 12 подключены к контактным площадкам, например, через отверстия в основании и подложке.
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 ее с торцов оптическими излучателями 2 и 3 обеспечивает гомогенизацию и излучение света в направлении, перпендикулярном плоскости пластины. Более полное использование излучаемого светодиодами светового потока обеспечивается за счет согласования угловых апертур светодиодов и световодной пластины, 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.
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, 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 6-ти дюймовому индикатору, требуется не менее 10 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 на М групп и их подключение к отдельным М регуляторам 15 тока связана с ограниченными возможностями выпускаемых промышленностью регуляторов тока. Регуляторы тока (например, DC/DC конвертор LT 1618) обеспечивают питание до 6 последовательно включенных светодиодов. В рассматриваемом примере М=2.
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 6-ти дюймовом ЖКИ заявляемой светодиодной подсветки с 12-ю светодиодами в каждом ОИ 2 и ОИ 3, вместо системы подсветки на основе 2-х флюоресцентных ламп с холодным катодом, обеспечивается увеличение яркости излучения ЖКИ в 1,5 раза при меньшей на 20% потребляемой мощности. При этом обеспечивается лучшая равномерность яркости по полю ЖКИ со спадом в переферийных областях не более 10%.
Таким образом, при осуществлении заявляемой полезной модели обеспечивается повышение яркости и однородности распределения светового потока по полю ЖКИ, его временная и температурная стабилизация.