СИСТЕМА ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОГО ДИСПЛЕЯ

Полезная модель предназначена для использования в электронной технике и, в частности, для обеспечения работы электронных дисплеев в районах с холодным климатом (по ГОСТ 15150-69), например, в условиях арктической зоны.
Современная электронная промышленность выпускает жидкокристаллические электронные дисплеи (далее по тексту ЖК-дисплеи) для работы в широком диапазоне температур от минус 30°C до плюс 80°C, как, например, дисплей NL10276BC20-18KD фирмы NTL Technologies, что вполне приемлемо для применения в отсеках и помещениях с регулируемой температурой. Качество отображения информации на ЖК-дисплее обеспечивается комбинацией параметров яркости и контрастности изображения, при этом в условиях высокой освещенности значение контрастности становится превалирующим и для достижения требуемой контрастности на внешнюю поверхность ЖК-дисплея наносится антибликовое покрытие.
Применительно к самолетам безангарного размещения наиболее актуальным является обеспечение работоспособности ЖК-дисплея при температурах ниже минус 30°C. Обычно производители ЖК-панелей гарантируют работоспособность панелей при температурах на 10 градусов ниже заявленной рабочей пониженной температуры. Работоспособность ЖК-панелей при более низких температурах должна быть обеспечена конструкцией ЖК-дисплея, в состав которого входит ЖК-панель.
На этапе полета, когда работают силовые установки летательного аппарата, рабочая температура ЖК-дисплея поддерживается системой терморегулирования салона и собственным теплом, выделяемым ЖК-дисплеем во время работы. Наиболее актуальна проблема запуска ЖК-дисплеев во время подготовки к полету после стоянки. Согласно действующим нормам технической эксплуатации, если время стоянки превышает 2 часа, то на ЖК-дисплеи должны устанавливаться защитные крышки, которые выполняют роль механической защиты и характеризуются низкими теплоизолирующими свойствами. Таким образом, во время продолжительной стоянки температура в кабине экипажа опускается до температуры окружающей среды, которая для холодного климата может составлять минус 45°C и ниже. При подготовке к полету после стоянки время готовности ЖК-дисплея к работе определяется временем подогрева ЖК-панели до ее рабочей температуры.
Известно устройство (Патент US №7023519, G02F 1/333), которое содержит нагревательный элемент в виде слоя ITO для обеспечения подогрева ЖК-панели. Недостатки: при использовании устройства время подготовки к работе ЖК-дисплея составляет от 5 до 15 минут, что недопустимо долго. Размещение нагревающего слоя с двух сторон ЖК-панели также не приводит к существенному уменьшению времени нагрева ЖК-панели, так как скорость нагрева ограничена требованиями равномерности нагрева ввиду риска коробления и расслоения ЖК-панели.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является система для терморегуляции электронного дисплея (Патент RU №2493575, G02F 1/33, Н05К 7/2, опубл. 20.09.2013 в бюл. №26), содержащая ЖК-панель и устройство подсветки, причем система содержит первую камеру, расположенную перед ЖК-панелью и вторую камеру, расположенную позади устройства подсветки ЖК-панели, при этом вторая камера содержит, по меньшей мере, один нагревательный элемент.
Прототип обеспечивает комфортный микроклимат для работы ЖК-панели в условиях повышенной и пониженной температуры, а также в условиях солнечной освещенности, однако наличие камер и воздушных каналов, соединяющих камеры, характеризует техническое решение как габаритное и не применимое для небольших дисплеев, используемых на подвижных объектах. Техническое решение также требует применения мер по поддержанию газа/воздуха в чистоте, что сопровождается затратами на фильтрацию от пыли. Работа вентиляторов сопровождается определенным уровнем шума, что даже при соблюдении допустимого уровня звукового давления нельзя отнести к достоинствам системы. Также, обслуживание дисплея предполагает извлечение его из камеры или частичный демонтаж камеры, что ограничивает свободный доступ к элементам дисплея. Существенным недостатком прототипа является постоянное присутствие системы терморегулирования при кратковременном режиме ее работы.
Техническим результатом заявленной полезной модели является обеспечение терморегулирования режима работы ЖК-панели при температуре окружающей среды от минус 65°C до минус 30°C компактной быстросъемной системой, обеспечивающей тепловое воздействие на ЖК-панель.
Технический результат достигается тем, что система терморегуляции для электронного дисплея содержит ЖК-панель с устройством задней подсветки, причем система содержит первую камеру, расположенную перед ЖК-панелью и вторую камеру, расположенную позади устройства задней подсветки, и содержащую, по меньшей мере, один нагревательный элемент, первая камера выполнена в виде съемной защитной крышки ЖК-панели с дополнительным устройством нагрева, состоящем из теплоизолирующего слоя, отражающего слоя, печатных плат с нагревательными элементами и преобразователем напряжения, при этом отражающий слой расположен между теплоизолирующим слоем и нагревательными элементами. Причем нагревательные элементы выполнены в виде резистивных элементов. Причем нагревательные элементы выполнены в виде светоизлучающих диодов, основное излучение которых находится в инфракрасной области спектра электромагнитного излучения, и которые установлены под острым углом к лицевой поверхности ЖК-панели. Причем нагревательные элементы выполнены в виде светоизлучающих диодов, основное излучение которых находится в инфракрасной области спектра электромагнитного излучения, и которые установлены под прямым углом к лицевой поверхности ЖК-панели. Причем вход преобразователя напряжения связан соединительным кабелем с выходом источника питания ЖК-дисплея.
В качестве нагревательных элементов могут использоваться резистивные нагревательные элементы или светоизлучающие диоды (далее по тексту - СИД), основное излучение которых находится в инфракрасной области спектра электромагнитного излучения. В зависимости от величины угла рассеивания СИД установлены под острым углом к лицевой поверхности ЖК-панели или перпендикулярно к ней. Вход электрического питания преобразователя напряжения дополнительного устройства нагрева (далее по тексту - ДУН) связан с выходом источника питания ЖК-дисплея или с выходом источника питания бортовой системы питания, при этом в защитной крышке выполнены, по меньшей мере, один светосигнализатор и, по меньшей мере, один датчик температуры.
Существенными отличительными признаками заявляемого технического решения являются выполнение первой камеры в виде съемной защитной крышки ЖК-панели с дополнительным устройством нагрева, состоящей из теплоизолирующего слоя, отражающего слоя, печатных плат с нагревательными элементами и преобразователем напряжения, при этом отражающий слой расположен между теплоизолирующим слоем и нагревательными элементами.
В отличие от прототипа указанные отличительные существенные признаки заявленной полезной модели позволяют устройству обеспечивать терморегулирование режима работы ЖК-панели при температуре окружающей среды от минус 65°C до минус 30°C, что достигается при помощи быстросъемной защитной крышки, содержащей ДУН, обеспечивающего тепловое воздействие на ЖК-панель.
Сущность полезной модели, ее реализуемость и возможность промышленного применения поясняются чертежом, где:
1 - ЖК-панель;
2 - устройство задней подсветки;
3 - первая камера;
4 - вторая камера;
5 - нагревательный элемент;
6 - съемная защитная крышка;
7 - ДУН;
8 - теплоизолирующий слой;
9 - отражающий слой;
10 - теплоотвод;
11 - печатные платы;
12 - нагревательный элемент;
13 - преобразователь напряжения;
14 - лицевая поверхность ЖК-панели;
15 - соединительный кабель;
16 - светосигнализатор;
17 - датчик температуры.
Система терморегулирующая для электронного дисплея состоит из ЖК-панели 1, устройства задней подсветки 2, первой камеры 3, расположенной перед ЖК-панелью 1, и второй камеры 4, расположенной позади устройства 2 задней подсветки ЖК-панели 1. Вторая камера содержит, по меньшей мере, один нагревательный элемент 5. Первая камера 4 выполнена в виде съемной защитной крышки 6 с ДУН 7, состоящего из теплоизолирующего слоя 8, отражающего слоя 9, теплоотвода 10, печатных плат 11 с нагревательными элементами 12 ДУН 7, и преобразователем напряжения 13. Нагревательные элементы 12 могут быть выполнены в виде резистивных нагревательных элементов или в виде СИД, основное излучение которых находится в инфракрасной (ИК) области спектра электромагнитного излучения. Нагревательные элементы 12 могут быть установлены под острым углом к лицевой поверхности 14 ЖК-панели 1 или под прямым углом к лицевой поверхности 14 ЖК-панели 1. Вход преобразователя напряжения 13 может быть связан соединительным кабелем 15 с выходом источника питания ЖК-дисплея, (на Фиг. не показан) или с выходом внешнего источника питания (на Фиг. не показан). В съемной защитной крышке 6 выполнены, по меньшей мере, один светосигнализатор 16 и, по меньшей мере, один, датчик температуры 17 и преобразователь напряжения 13 находится в тепловом контакте с защитной крышкой 6.
Устройство работает следующим образом (в частной реализации с использованием ИК СИД). Электрическое питание от источника питания электронного дисплея через соединительный кабель 15 поступает на преобразователь напряжения 13, который формирует необходимое питание ДУН 7 и его нагревательных элементов 12, в частности светодиодов. Нагревательные элементы 12, выполненные в виде светодиодов, выполняют роль делителя теплового потока. Часть потребляемой СИД электрической энергии, порядка 40-45%, преобразуется в ИК-излучение, и поступает в виде лучевого потока непосредственно в тело ЖК-панели 1, и, многократно отражаясь в ней, поглощается в ее объеме. Излучение, покинувшее тело ЖК-панели 1, возвращается обратно, отразившись от отражающего слоя 9. Вторая часть потребляемой энергии в виде теплового излучения СИД выделяется в основание ДУН 7 и через теплоотвод 10 передается внутренним элементам конструкции съемной защитной крышки 6. Элементы конструкции съемной защитной крышки 6, с одной стороны, играют роль радиатора для СИД, обеспечивая их нормальную работу, а с другой стороны, являются элементом нагрева объема первой камеры 3 (между съемной защитной крышкой 6 и ЖК-панелью 1). Тепловое излучение, выделенное преобразователем напряжения 9, также используется для нагрева объема камеры 3. Таким образом, внутри второй камеры 4 обеспечивается нагрев ЖК-панели 1 двумя тепловыми потоками: лучевым и кондуктивным, со стороны лицевой поверхности ЖК-панели 14, нагрев с противоположной стороны обеспечивается элементами камеры 4: устройством подсветки 2 и нагревательным элементом 5, при этом обеспечивается нагрев всего объема ЖК-панели 1. Теплоизолирующий слой 8 частично пропускает тепловые потоки от светодиодов, распространяющие по теплоотводу 10 к крышке 6, обеспечивая с одной стороны требования по отведению тепла от светодиодов и с другой стороны формирующий равномерный нагрев камеры 3 и сохранение тепла при отключении питания ДУН 7. Внутри камеры 3 установлен, по меньшей мере, один датчик температуры 17, который фиксирует температуру внутри первой камеры 1 и выдает сигнал готовности электронного дисплея к работе на светосигнализатор 16, а также сигнал прекращения подачи питания ДУН на преобразователи питания 13.
Предлагаемая полезная модель может быть реализована с применением известных материалов, например:
1) съемная защитная крышка - алюминиевый сплав АМц ГОСТ 21631-76;
2) теплоизолирующий слой - губчатая резина ИРП-1036 ТУ38.105.1902-89;
3) отражающий слой - полигоны печатной платы, покрытые припоем ПОС-61 ГОСТ 21931-76;
4) светодиоды компании VISHAY, OSRAM и.т.п.;
5) ЖК-панель с устройством подсветки и устройством подогрева может быть спроектирована или приобретена в сборе, например, В31АМЖК1024.768.Ц-2.2.1 фирмы ООО «НПО «ГОРИЗОНТ», г. Ростов-на-Дону.
Предлагаемая полезная модель обеспечивает быстрый, порядка 1-2 минут, нагрев ЖК-панели 1 и может работать как самостоятельное устройство, так и в сочетании с имеющимися в составе ЖК-дисплея 1 устройствами, расположенными во второй камере 4 и формирующими нагрев ЖК-панели 1 (устройство задней подсветки 2 и нагревательный элемент 5). Материалы ЖК-панели 1 обладают малым поглощением ИК-излучения, что объясняет мягкое тепловое воздействие теплового потока, созданного системой, на весь объем ЖК-панели. При установке нагревательных элементов 12 в виде СИД с углом рассеивания менее 90° под углом к лицевой поверхности ЖК-панели достаточно просто обеспечивается равномерность нагрева объема ЖК-панели 1. При использовании нагревательных элементов 12 с углом рассеивания более 90°, они могут располагаться перпендикулярно к лицевой поверхности 14 ЖК-панели 1, однако в этом случае требование формирования равномерного распределения интенсивности лучевой энергии становится более жестким и контроль температуры нагрева требует размещения дополнительного количества датчиков температуры.
После выхода ЖК-панели на рабочий режим, защитная крышка 6 снимается и рабочее состояние ЖК-панели 1 поддерживается собственным устройством обогрева или за счет выделения тепла элементами второй камеры 4 ЖК-панели 1 (устройство задней подсветки 2 и нагревательный элемент 5).
В условиях холодного климата при кратковременных стоянках установка предложенного устройства на электронный дисплей позволит поддерживать в рабочем состоянии ЖК-панели и, как следствие, требуемое состояние готовности самолета. При продолжительных стоянках предложенное устройство позволит сократить время готовности дисплеев к работе, и, следовательно, уменьшить время подготовки к полету. Съемная система терморегуляции позволяет выполнять недорогие антибликовые покрытия на поверхности ЖК-панели, что позволяет существенно снизить стоимость электронного дисплея.
Использование предложенной системы терморегуляции обеспечит комфортный микроклимат ЖК-панели, что также повысит срок службы изделия и надежность его в процессе эксплуатации.
В уровне техники не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемой полезной модели. Заявляемая полезная модель технически осуществима, промышленно реализуема на приборостроительном предприятии, проведенные испытания подтверждают достижение заявленного технического результата - обеспечение терморегулирования режима работы ЖК-панели при температуре окружающей среды от минус 65°C до минус 30°C, поэтому она соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».