РАГИДИЗИРОВАННЫЙ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ЭКРАН
RUGGEDISED LIQUID CRYSTAL SCREEN

Изобретение относится к области систем отображения оптической информации, а именно к конструкции жидкокристаллических экранов (ЖКЭ) для применения в суровых условиях, например в авиации, выполненных путем рагидизации («Применение ЖК-панелей в устройствах отображения информации специального назначения», В.Козлов, А.Войтенков, А.Вильчиков. «Электронные компоненты», 2005 г., №10) ЖКЭ серийного и массового выпуска, т.е. дешевых и хорошо проработанных.
Известны рагидизированные ЖКЭ (РЖКЭ), включающие промышленно выпускаемые жидкокристаллические ячейки (ЖКЯ; ЖКЯ содержат все необходимые для формирования изображения активные и пассивные элементы, жидкокристаллический слой, спейсеры, поляризаторы и пр.), полностью или вырезанные их части, блоки подсветки и блоки управления, в которых:
- для быстрого выхода на рабочий режим выполнены нагреватели в виде резистивных пленок на поверхностях ЖКЯ и/или иных точечных, линейных и распределенных нагревателей (патенты США №4723835, 4773735),
- для поддержания рабочего режима выполнены терморегулирующие элементы в виде пленочных элементов Пельтье, резистивных покрытий, систем обдува, элементов термоизоляции и оптической фильтрации (патент РФ №2304797),
- для исключения искажения изображения, возникающего из-за термического коробления, и для повышения частоты собственных колебаний ЖКЯ выполнены периферийные нагреватели на самом экране или на жестко с ним соединенной рамке (патент США №4775221, патент РФ №2285280),
- для обеспечения высокой яркости изображения в дневное время, низкой - в ночное и для работы совместно с приборами ночного видения (ПНВ) выполнены специальные блоки подсветки (патенты США №5211463; 5442522; 5886681; 6039451; патент РФ №2309441, заявка РФ №2006145532),
- для повышения механической устойчивости выполнены усиливающие и демпфирующие элементы,
- для работы при сильной солнечной засветке выполнены антибликовые и селективно отражающие покрытия.
Наиболее близким по конструкции аналогом предлагаемого изобретения является термокомпенсируемый жидкокристаллический экран, содержащий обрамляющую ЖКЯ рамку с нагревательными элементами, служащую рагидизирующим узлом (Патент РФ №2316799).
Недостатком устройств-аналогов является то, что терморегулирующие, просветляющие, селективно отражающие, экранирующие и другие слои приходится наносить на уже изготовленную ЖКЯ, что накладывает жесткие и подчас невыполнимые требования на условия проведения технологического процесса. Компромиссные решения не дают достичь возможного высокого уровня надежности. Кроме того, особенности (использованная технология, конструкция, размеры и др.) новых серий ЖКЯ серийного и массового производства вынуждают создавать для каждого случая рагидизации особую конструкцию усиления, защиты, терморегуляции, крепления, подсветки, а также технологию их выполнения и т.д.
Целью предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей для создания резистивных, отражающих, термостабилизирующих, экранирующих и других слоев без вовлечения исходной ЖКЯ в процесс их нанесения, а также унификация процесса рагидизации и улучшение эксплуатационных характеристик устройства.
Указанная цель достигается тем, что предлагаемый рагидизированный жидкокристаллический экран (РЖКЭ) состоит из целой или вырезанной части исходной (донорной) ЖКЯ, блока подсветки с формирователем светового потока, блока управления и рагидизирующего узла, выполненного в виде плоской кассеты, состоящей из рамки со встроенными в нее нагревателями, термодатчиками и электровводами и двух прозрачных стенок с нанесенными на их поверхности пленочными слоями (терморегулирующими элементами и термодатчиками, просветляющими, резистивными и экранирующими слоями, оптическими фильтрами и селективными отражателями и т.д. - порознь или в различных сочетаниях), а ЖКЯ закреплена между этими стенками с помощью прозрачного компаунда. ЖКЯ, терморегулирующие слои, нагреватели и термодатчики скоммутированы с блоком управления через электроввод, а блок подсветки с формирователем светового потока установлен на задней прозрачной стенке.
При таком исполнении все необходимые слои и контактные площадки к ним наносятся или наклеиваются на прозрачные стенки предварительно в оптимальных для этого режимах. На задней прозрачной стенке могут быть, кроме того, сформированы или установлены элементы формирователя светового потока: рассеиватели, концентраторы, коллиматоры, селективные отражатели, поляризаторы, светофильтры и т.д.
Размеры кассеты имеют запас в пределах прогнозируемых вероятных размеров используемых донорных ЖКЯ (или фрагментов ЖКЯ). Это позволяет без дорогостоящих разработок и переделок рагидизировать ЖКЯ разных изготовителей, размеры которых при близких параметрах изображения могут иметь слегка отличающиеся размеры. Часть кассеты, не занятая ЖКЯ, закрыта непрозрачной маской или закрашена.
Постоянно происходящее совершенствование ЖКЭ не влечет, при использовании предлагаемого изобретения, существенных усложнений при их рагидизации: ЖКЯ с любыми параметрами могут быть установлены без изменения остальных элементов конструкции.
Блок подсветки, который обычно разрабатывается заново для каждого случая рагидизации, может, при использовании предлагаемого изобретения, не меняться при замене одной ЖКЯ на другую, что существенно при сложной конструкции этих блоков с формирователями световых потоков, обеспечивающих равномерную по поверхности экрана как сверхъяркую дневную, так и ночную, в т.ч. и совместимую с приборами ночного видения, подсветку.
Рамка кассеты снабжена крепежными элементами и может иметь с лицевой стороны декоративные элементы, закрывающие неиспользованную ЖКЯ часть поверхности.
Терморегулирующие элементы могут быть выполнены с виде резистивной пленки и/или многослойного пленочного элемента Пельтье (патент РФ №2310951). Для компенсации неравномерности нагрева экрана терморегулирующие элементы могут быть выполнены многосекционными с самостоятельным питанием каждой секции (патент США №4987289). На переднюю стенку кассеты могут наноситься антибликовые, селективно отражающие, селективно пропускающие, просветляющие, защитные, упрочняющие и другие слои.
Рагидизирующий узел в предлагаемом изобретении является существенной составной частью жидкокристаллического экрана, причем частью, которая улучшает и основные исходные характеристики донорной ЖКЯ, в т.ч. оптические, а не ухудшает их.
Компаунд для закрепления ЖКЯ выбирают, в зависимости от поставленной задачи, из материала с требуемыми характеристиками (для демпфирования ударов, для гашения вибрации, для теплоизоляции, для поглощения вредных излучений и т.п.). Слой компаунда в предлагаемом устройстве способен выполнить эти функции лучше тонкопленочных покрытий, т.к. имеет большую, чем они, толщину.
При необходимости прозрачные стенки в предлагаемом узле могут быть выполнены из особопрочных или пуленепробиваемых материалов.
На чертеже схематично изображен предлагаемый РЖКЭ. Подробности конструкции РЖКЭ (нагреватели, электровводы, блок управления, крепежные элементы и т.п.) опущены.
На чертеже обозначены:
1 - рамка;
2 - жидкокристаллическая ячейка;
3 - передняя прозрачная стенка с оптическими и терморегулирующими слоями;
4 - задняя прозрачная стенка с оптическими и терморегулирующими слоями;
5 - компаунд;
6 - блок подсветки.
Предлагаемое техническое решение позволяет, не разбирая донорную ЖКЯ, улучшить ряд эксплуатационных характеристик экрана:
- механические (прочность, устойчивость к вибрациям, ударостойкость, фиксация формы ЖКЯ - против коробления и изгибов, стойкость к царапинам),
- тепловые (температурные пределы, равномерность нагрева и исключение коробления, параметры холодного запуска, возможность дифференцированного по поверхности регулирования температуры как путем нагрева, так и путем охлаждения, огнестойкость),
- оптические (расширение яркостного диапазона, ночной режим подсветки, работа совместно с приборами ночного видения, антибликовые и селективно отражающие покрытия, спектр подсветки, равномерность подсветки).
Кроме того, в предлагаемом устройстве ЖКЯ защищена от внешней среды (агрессивные газы и аэрозоли, влажность, пыль, абразивное воздействие).
При этом замена одного типа донорной ЖКЯ на другой не приводит к изменению конструкции РЖКЭ: не требуется изменений в схемах термостабилизации, используется такая же кассета с теми же омическими, оптическими и иными слоями, не требуется изменений размеров и узлов крепления, что важно для быстрого внедрения и унификации, тем более в таком ответственном применении, как авиация.
Сроки и стоимость рагидизации с помощью предлагаемого способа значительно ниже, чем при использовании аналогов.
Примером конкретного исполнения может служить РЖКЭ с ЖКЯ из состава ЖКЭ марки G150X1-L01, закрепленного герметиком марки СИЭЛ УФ-152 между двумя стеклами марки Coming 1737F толщиной 1,1 мм, приклеенными черным герметиком марки ABRO к диэлектрической крепежной рамке. Термодатчик марки AD590KF расположен в специальной выборке диэлектрической рамки и приклеен теплопроводящим клеем марки SuperTherm BA-816H01 ф. TRA-CON. На поверхность передней стенки поверх резистивного покрытия ITO с поверхностным сопротивлением 10 Ом/, выполняющего функции тонкопленочного нагревателя и экрана для электромагнитного излучения, нанесен защитный антиотражающий светофильтр. Сопротивление между контактными площадками шириной 3 и 4,5 мм, находящимися вдоль длинных сторон резистивного покрытия, составляет 7÷8 Ом. Для коммутации их использованы плоские провода, проходящие через герметизируемое отверстие в торце рамки. Плата управления работой ЖКЯ вынесена за пределы кассеты. Модуль задней подсветки, формирующий световой поток, проходящий сквозь ЖКЯ, представляет собой сборку, состоящую из основания, радиатора, 24-х полиимидных плат светодиодных линеек, платы светодиодного инвертора, термодатчика, фотодатчика, жгута с электрическим соединителем, и прикреплен к задней стороне кассеты с помощью имеющихся на ее рамке крепежных элементов.