Модуль подсветки с жидкостным охлаждением
BACKLIGHT MODULE WITH LIQUID COOLING

Область техники
Изобретение относится к устройствам подсветки для средств отображения использующих преимущественно жидкокристаллические дисплеи.
Предшествующий уровень техники
1) Известна подсветка для жидкокристаллического дисплея, состоящая из массива светоизлучающих элементов, например в виде светодиодов, расположенных на корпусе средства отображения таким образом, чтобы освещать жидкокристаллический дисплей через светорассеиватель с его тыльной стороны, при этом корпус является компонентом, рассеивающим тепло, выделяемое светоизлучающими элементами [1].
2) Известна подсветка для жидкокристаллического дисплея, состоящая из светоизлучающих элементов, например в виде светодиодных линеек, расположенных на корпусе средства отображения таким образом, чтобы свет от светоизлучающего элемента попадал на кромку   светорассеивателя, при этом корпус является компонентом, рассеивающим тепло, выделяемое светоизлучающими элементами [2].
Для достижения большей яркости средств отображения, необходимо увеличивать количество светоизлучающих элементов или использовать более мощные источники света, что приводит к избыточному нагреву подсветки, до температуры, большей температуры эксплуатации жидкокристаллических дисплеев. Превышение температуры эксплуатации жидкокристаллических дисплеев приводит к появлению темных пятен на жидкокристаллическом дисплее, так как жидкие кристаллы теряют возможность менять свою ориентацию. Перечисленные выше устройства не могут эффективно отводить тепло от светоизлучающих компонентов, следовательно, есть необходимость в использовании системы охлаждения для модуля подсветки средств отображения состоящих преимущественно из жидкокристаллического дисплея.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1  показан 1-й вариант модуля подсветки с жидкостным охлаждением
На фиг. 2  показан 2-й вариант модуля подсветки с жидкостным охлаждением
На фиг. 3  показан 3-й вариант модуля подсветки с жидкостным охлаждением
На фиг. 4  показан 4-й вариант модуля подсветки с жидкостным охлаждением с тыльной стороны
На фиг. 5 показан модуль подсветки с жидкостным охлаждением, собранный с устройством отображения
На фигурах 1-5 приняты следующие обозначения:
1 – лист для установки светоизлучающих элементов
2 – светоизлучающий элемент
3 – корпус, образующий полость для охлаждающей жидкости
4 – тыльный лист модуля подсветки жидкостного охлаждения
5 – полость, заполненная охлаждающей жидкостью
6 – дистанцирующий элемент
7 - герметик
8 – прокладка
9 – сварочный шов
10 – ввод охлаждающей жидкости
11 – вывод охлаждающей жидкости
12 – светорассеиватель
13 – жидкокристаллический дисплей
14 – корпус устройства отображения
Раскрытие изобретения
Известны светодиодные экраны для уличного использования, представляющие собой сборки из модулей с установленными на ней цветными светодиодами [3]. Данные экраны широко применяются в наружной рекламе и считается, что яркость, необходимая для того, чтобы изображения было видно в солнечный день должна составлять не менее 5000 кд/м2. Чтобы достичь данной яркости при использовании светодиодной подсветки совместно с жидкокристаллическим дисплеем, необходимы сверхъяркие светодиоды и большая плотность их расположения, так как типичная светопропускаемость жидкокристаллических матриц составляет 4-7% и помимо жидкокристаллического дисплея в устройстве отображения используются светорассеиватели, чья светопропускаемость может достигать 65% и защитное стекло, чья светопропускаемость составляет не менее 70%.
2
2
В экспериментальном образце использовались светодиоды с максимальной яркостью 36кд, расположенные на ленте с плотностью 144 светодиода на метр, количество лент 68 штук, длина лент составляет 945 мм, следовательно одна лента содержит 135 диодов. Весь массив лент содержит 9180 светодиодов, яркость которых составляет 330480 кд. Учитывая длину лент равную 945мм и ширину лент равную 8мм, чье количество равно 68 штукам, площадь такого освещения составляет 0,514 м2. Зная эти данные, предполагается, что яркость такой подсветки составляет 642957 кд/м. С учетом светопропускаемости рассеивателя, расположенного перед жидкокристаллическим дисплеем, самого жидкокристаллического дисплея и защитного стекла, расположенного после жидкокристаллической матрицы, получаем, что конечная максимальная яркость, излучаемая устройством отображения уличного исполнения, составляет 14627 кд/м.
Но настолько сильное увеличение яркости влечет за собой сильный нагрев подсветки, так как применяемые в экспериментальном образце светодиодные линейки имеют мощность 14,4 Ватта на один метр. Суммарная потребляемая мощность такой подсветки составляет не менее 925 Ватт. Зная КПД светодиодов, достигает 60%, следовательно в окружающую среду выделяется по меньшей мере 370 Ватт выделяемого тепла.  По экспериментальны данным, это приводит к нагреву поверхностей подсветки до 70 - 90°С, что выше температуры эксплуатации жидкокристаллических дисплеев.
Следовательно, технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение – расширение функциональных возможностей средств отображения состоящих преимущественно из жидкокристаллического дисплея и повышение качества изображения за счет использования жидкостного охлаждения в подсветке устройства отображения.
Под словосочетанием «качество изображения» подразумевается сочетание характеристик изображения получаемого от устройства отображения, которыми являются яркость, равномерность яркости, контрастность изображения и угол обзора изображения с устройства отображения, а также отсутствие артефактов отображения, возникающих при перегреве жидкокристаллического дисплея, например появление на нем черных пятен.
Под расширением функциональных возможностей подразумевается обеспечение работоспособности средства отображения, состоящего из жидкокристаллического дисплея при использовании подсветки с большим тепловыделением и эксплуатации устройства отображения при прямом солнечном свете.
Технический результат, получаемый при осуществлении данного изделия – это охлаждение мощных подсветок для устройств отображения.
Предлагаются 4 варианта реализации модуля подсветки с жидкостным охлаждением.
1-й вариант реализации модуля подсветки с жидкостным охлаждением представлен на фиг. 1. Модуль подсветки с жидкостным охлаждением состоит из листа (1), который может быть выполнен из теплопроводного сплава, например алюминиевого, и/или композитного материала, данный лист (1) предназначен для установки на него матрицы светоизлучающих элементов (2), которые могут представлять собой отдельные светодиоды, набор светодиодных панелей, линеек или лент. С противоположной стороны листа (1) расположены дистанцирующие элементы (6), имеющую высоту, соответствующую высоте полости между листом (1) и корпусом (3), образующим полость для охлаждающей жидкости, которая может представлять собой воду, антифриз, спирт, и иные теплопереносящие жидкости. Дистанцирующие элементы (6) могут быть выполнены из упругого материала, например из резины, силикона или иного упругого полимера, сформированы с помощью клеевого состава, например полиуретанового герметика и предназначены для формирования траектории течения охлаждающей жидкости и/или разграничения полостей для образования нескольких контуров, в которых циркулирует охлаждающая жидкость. Корпус (3), образующий полость для охлаждающей жидкости, может представлять собой лист из теплопроводного материала, например алюминия, или теплопроводного композита, отформованный таким образом, чтобы образовывать по меньшей мере одну полость при сборке с листом (1) для установки светоизлучающих элементов. Полости формируются за счет того, что корпус (3) имеет по меньшей мере одно углубление, а для соединения с листом (1) корпус (3) имеет отформованные площадки по его периметру. Корпус (3) имеет по меньшей мере один ввод охлаждающей жидкости (10) и один вывод охлаждающей жидкости (11) расположенных таким образом, чтобы обеспечить циркуляцию охлаждающей жидкости внутри полостей. Лист (1) и корпус (3) соединяются между собой с помощью сварочного шва или герметика (7).
Подразумевается, что к вводу охлаждающей жидкости будет подсоединяться трубка, идущая от жидкостного насоса, который выкачивает охлаждающую жидкость из накопительного резервуара, а к выводу охлаждающей жидкости подсоединяется трубка, которая ведет к охладителю, который может представлять собой изделие, охлаждающее жидкость с помощью элементов Пельтье или с помощью жидкостного радиатора с вентилятором.
2-й вариант реализации модуля подсветки с жидкостным охлаждением представлен на фиг. 2, данный вариант отличается тем, что корпус (3) содержит углубления, которые формируют траекторию движения жидкости и могут создавать несколько охлаждающих контуров. При этом корпус (3) и лист (1) могут быть склеены друг с другом с помощью герметика, либо сварены между собой в месте контакта корпуса (3) и листа (1), тем самым обеспечивая герметичность полостей, в которых циркулирует охлаждающая жидкость и образуя по меньшей мере один контур циркуляции охлаждающей жидкости и ее траекторию пути.
3-й вариант реализации модуля подсветки с жидкостным охлаждением представлен на фиг. 3, данный вариант отличается от вышеперечисленных тем, что корпус (3) заменяется тыльным листом (4), который, как и лист (1), на котором установлены светоизлучающие элементы, может быть выполнен из теплопроводного сплава, например алюминиевого, и/или композитного материала. Между листом (1) и тыльным листом (4) расположена прокладка (8), которая может быть выполнена из гибкого и упругого полимерного материала, например из силикона, резины или полиуретана, что позволит изгибать модуль подсветки под геометрию жидкокристаллического дисплея. Прокладка (8) соединяется с листами (1, 4) с помощью клеевого соединения. Между листами (1, 4) расположены дистанцирующие элементы (6), образующие траекторию пути движения охлаждающей жидкости и по меньшей мере один контур циркуляции охлаждающей жидкости. Данный вариант осуществления модуля подсветки с жидкостным охлаждением может изгибаться за счет применения гибких и упругих материалов в конструкции, а дистанцирующие элементы (6) не позволяют схлопнуться полостям между листами (1, 4), что делает данное изобретение пригодным для использования вместе с мобильными дисплеями [4, 5, 6] и применяться в мобильной системе информирования [8].
4-й вариант реализации модуля подсветки с жидкостным охлаждением представлен на фиг. 4, данный вариант схож с третьим вариантом, но прокладка (8) помимо того, что является герметизирующим элементом, и дает возможность изгибаться модулю, образует траекторию пути движения охлаждающей жидкости и по меньшей мере один контур циркуляции охлаждающей жидкости.
На фиг. 5 изображен один из вариантов модуля подсветки с жидкостным охлаждением собранный совместно с устройством отображения, состоящим из корпуса (14), светорассеивателя (13) и жидкокристаллической матрицы (12) в разрезе.
Использованные источники:
1. RU 2451237 C2, Осветительный прибор и дисплейной устройство, в котором он используется;
2. RU 2605781 C2, Устройство подсветки и дисплей;
https://mediascreen.pro/resheniya/videoekrany-dlya-ulicy
3. Сайт компании MediaScreen. URL:  (дата обращения 01.06.2021);
4. RU 2671053 C1, Мобильный дисплей
5. RU 2664822 C1, Мобильный гибкий дисплей
6. RU 2748197 C1, Мобильный дисплей
7. RU 2659956 С1, Мобильная система информирования