ДВУХРЕЖИМНАЯ СВЕТОДИОДНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПОДСВЕТКИ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ИНДИКАТОРА

Полезная модель относится к технике систем для подсветки жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ) и может быть использована преимущественно в бортовых индикаторах летательных аппаратов при пилотировании в дневных и ночных условиях экипажем с применением приборов ночного видения (ПНВ).
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 летательного аппарата 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 характеристиками 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 2004008474, МПК G06F 1/116, G02F 1/1333, 2004; US 2004228107, МПК F21V 7/04, 2004; WO 03021565, МПК G09G 3/34, 2003; RU 45838 U1, МПК G02F 1/133, 2005).
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату является светодиодная двухрежимная система для подсветки жидкокристаллического индикатора по патенту на полезную модель (RU 63073 U1, МПК G02F 1/133, 2006), которая содержит световодную пластину, один или несколько оптических излучателей (ОИ) и блок управления режимами ОИ с раздельными выходами. ОИ расположены соответственно вдоль одной или нескольких граней световодной пластины. ОИ содержит светодиоды белого цвета и размещенные среди них светодиоды ночного режима подсветки со спектром излучения, находящимся в области нечувствительности приборов ночного видения (ПНВ). 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 дневного режима подсветки объединены в одну или несколько групп, в каждой из которой они соединены последовательно и подключены к раздельному выходу блока управления режимами ОИ через переключатель режима подсветки «День/Ночь». В качестве светодиода ночного режима подсветки применяют светодиод белого цвета с наложенным на его излучающую поверхность светофильтром, полоса пропускания которого лежит в зоне нечувствительности ПНВ.
Использование указанной полезной модели позволяет уменьшить засветку ПНВ оптическим излучением бортового индикатора в ночных условиях с возможностью работы бортового индикатора в дневных условиях при прямой солнечной засветке.
Недостатком указанной системы подсветки ЖКИ является то, что совместимость с ПНВ в ночном режиме достигается использованием светодиодов белого цвета с наложенным на излучающую поверхность светофильтром, который не пропускает (отрезает) инфракрасную (ИК) область спектра излучения светодиодами и при этом ослабляет красную часть спектра из-за того, что светофильтр не может иметь прямоугольную спектральную характеристику пропускания. Склон характеристики, отделяющий полосу пропускания от полосы задерживания имеет конечную крутизну, т.е. ИК-фильтр наряду с ослаблением составляющих ИК-области, ослабляет составляющие красного, оранжевого и желтого цветов. В результате белый свет, пропущенный через ИК-фильтр, приобретает сине-зеленый оттенок. Цветовая палитра и различимость воспроизводимых цветов, а также отображаемых объектов на экране индикатора резко сужается. При этом от летчика требуется больше времени и внимания для восприятия цветных объектов, надписей и т.п.
При дневном режиме в данном устройстве цветовая температура белого цвета (степень белизны белого) определяется в основном спектром излучения примененных белых светодиодов. В формировании наблюдаемого белого цвета участвуют также светофильтры ЖК-матрицы. При этом результирующий белый цвет может отличаться от желаемого. В данном устройстве отсутствует возможность корректировки белого цвета для конкретного пользователя.
Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в улучшении эргономических характеристик ЖКИ при одновременном обеспечении совместимости с ПНВ.
Поставленная задача решается тем, что в двухрежимной светодиодной системе для подсветки жидкокристаллического индикатора, содержащей световодную пластину, оптические излучатели, расположенные вдоль граней световодной пластины, которая выполнена в виде теплопроводного основания с диэлектрической подложкой и проводящим слоем, на котором расположены светодиоды объединенные в группы, в которых они включены последовательно и запитаны от раздельных выходов блока управления подсветом, содержащего регуляторы тока, регулятор яркости, блок формирования режимов светодиодов, переключатель режимов «День/Ночь» и датчик температуры, одна половина оптических излучателей включает в себя белые светодиоды, а вторая половина включает в себя цветные: красные R, зеленые G, синие В и оранжевые О светодиоды, причем оптические излучатели с белыми и оптические излучатели с цветными светодиодами расположены на смежных гранях световодной пластины, каждая группа светодиодов содержит светодиоды одного цвета и подключена к выходу одного из регуляторов тока, а блок управления подсветом дополнительно содержит блок подстройки баланса белого, выход которого соединен с соответствующим входом блока формирования режимов светодиодов, другой вход которого соединен с выходом переключателя «День/Ночь».
Техническим результатом использования полезной модели является обеспечение оптимальных условий зрительной работы летчика, получение более качественного белого цвета благодаря возможности регулировки цветовой температуры конкретным пользователем, а также облегчение различения цветных объектов на ЖКИ за счет расширения цветовой палитры и увеличению насыщенности цветов.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображено:
фиг.1 - взаимное расположение световодной пластины и оптических излучателей;
фиг.2 - конструкция оптического излучателя;
фиг.3 - структурная электрическая схема блока управления подсветом.
Двухрежимная светодиодная система для подсветки ЖКИ (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. Четыре оптических излучателя (ОИ) 2, 3 и 4, 5 расположены вдоль противоположных граней световодной пластины 1. ОИ 2 и 3 включают в себя белые W светодиоды, а ОИ 4 и 5 цветные; красные R, зеленые G, синие В и оранжевые О. Светодиоды одного цвета объединены в N групп белых и М групп цветных. Каждый ОИ включает в себя основание 6 (фиг.2) с диэлектрическим слоем 7 и проводящим слоем 8. Проводящий слой 8, образующий систему контактных площадок и печатных проводников, обеспечивает включение светодиодов 9 в электрическую схему. Промежутки между светодиодами 9 покрыты слоем диффузно отражающего материала 10. На проводящем слое 8 ОИ 3 расположен датчик 11 температуры.
Блок управления подсветом 12 (фиг.3) содержит блок 13 формирования режимов светодиодов, выходы которого соединены со входами регуляторов 14 тока, обеспечивающих питание стабильным током всех N групп белых W и М групп цветных (красных R, зеленых G, синих В и оранжевых О) светодиодов. Светодиоды каждого цвета включены последовательно в группах, подключенных к регуляторам 14 тока.
Выходы регулятора 15 яркости подсвета, переключателя 16 режимов «День/Ночь», блока 17 подстройки баланса белого цвета и датчика 11 температуры соединены со входами блока 13 формирования режимов светодиодов.
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, 3 и 4, 5 обеспечивает перемешивание цветов 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 диффузно отражающего материала 10.
Однородность распределения светового потока по полю ЖКИ обеспечивается одинаковой яркостью свечения светодиодов, за счет равенства токов, протекающих через светодиоды, при их последовательном включении. Питание светодиодов и стабилизация тока обеспечивается регуляторами 14 тока.
Управляющее напряжение, поступающее на вход регуляторов 14 тока, формируется в блоке 13 и определяется величиной сигналов от датчика 11, измеряющего температуру светодиодов, от регулятора яркости подсвета 15, блока 17 подстройки баланса белого цвета, а также состоянием переключателя 16 режимов «День/Ночь», что обеспечивает регулировку яркости, температурную стабилизацию светового излучения системы подсветки, баланса белого цвета в выбранном режиме «День» или «Ночь».
2
В режиме «День» яркость изображения бортового ЖКИ должна составлять около 1000 кд/м. Основная доля необходимой яркости получается за счет свечения белых светодиодов, которые питаются относительно большим током. Кроме белых в режиме «День» работают RGB светодиоды. Воздействуя на органы управления бортового индикатора, оператор через блок подстройки баланса белого имеет возможность по своему усмотрению изменять соотношение токов RGB светодиодов и, соответственно, цветовую температуру белого, устанавливая таким образом белый цвет наилучшим для восприятия. Использование только белого цвета для подсветки ЖКИ имеет еще один недостаток: основные цвета изображения на экране ЖКИ получаются недостаточно насыщенными («разбавленные» белым цветом). Это сужает цветовую палитру воспроизводимых цветов. В предлагаемом устройстве дополнительное включение RGB светодиодов ослабляет этот недостаток.
2
В режиме «Ночь» яркость бортового ЖКИ составляет 0,1÷10 кд/м. В спектре, излучаемом ЖКИ, должна отсутствовать составляющие, попадающие в полосу пропускания ПНВ. В то же время цвет излучения цвет излучения при воспроизведении белого поля должен быть белым. Для разрешения указанного противоречия в предлагаемом устройстве при поступлении в блок формирования режимов светодиодов от переключателя режимов «День/Ночь» сигнала «Ночь», блок формирования уменьшает яркость зеленых G и синих В светодиодов, выключает белые W и красные R и дополнительно включает оранжевые О светодиоды. Регулируя с помощью органов управления бортового индикатора через блок подстройки баланса белого, оператор может установить желаемую температуру белого цвета в режиме «Ночь». Выключение белых W светодиодов и замена красного цвета на оранжевый позволяет обеспечить совместимость с ПНВ за счет смещения спектра излучения в коротковолновую область.
Технический результат заявляемой полезной модели подтвержден экспериментально. В рамках опытно-конструкторской работы (ОКР) «Базис» разработана конструкторская документация и изготовлено три образца модулей цветных МДЦ-104Н. Данный модуль является составной частью бортового индикатора и содержит заявляемую систему подсветки. Модуль дисплейный обладает уникальными характеристиками среди приборов данного класса в части качества белого цвета в режимах «День/Ночь» при одновременной совместимости с ПНВ. Полученные результаты подтверждены комплексными испытаниями при выполнении ОКР «Базис».