Двухрежимная матричная светодиодная система для подсветки жидкокристаллического индикатора
Полезная модель может быть использована преимущественно в бортовых индикаторах летательных аппаратов при пилотировании в дневных и ночных условиях экипажем с применением приборов ночного видения (ПНВ). Техническим результатом использования полезной модели является обеспечение совместимости оборудования с ПНВ, обеспечение оптимальных условий зрительной работы летчика, а также улучшение эргономических характеристик ЖКИ. Двухрежимная матричная светодиодная система для подсветки ЖКИ содержит печатную плату с расположенными на ней в виде матрицы N светодиодами, светоформирующую слоистую структуру, включающую диффузно рассеивающий слой и два призматических слоя. N светодиодов объединены в М столбцов, запитанных от раздельных выходов блока управления подсветом и содержащих К групп светодиодов белого, красного, зеленого, синего и оранжевого цветов. Светодиоды одного цвета в столбце включены последовательно и подключены к выходам 5·М регуляторов тока. Блок управления подсветом, включающий регуляторы тока, регулятор яркости и блок формирования режимов светодиодов дополнительно содержит блок подстройки баланса белого и переключатель режимов «День/Ночь». 4 ил.
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 2004151006 МПК G02F 1/1335, H01J 5/16, 2004; US 2004228107 МПК F21V 7/04, 2004; WO 03021565 МПК G09G 3/34, 2003).
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату является матричная светодиодная система для подсветки жидкокристаллического индикатора по патенту на полезную модель (RU 46865 U1, МПК G02F 1/133, 2005), которая содержит печатную плату, N светодиодов, расположенных в виде матрицы на печатной плате, покрытой в промежутках между светодиодами слоем диффузно отражающего материала, и светоформирующую слоистую структуру, выполненную из последовательно расположенных воздушного слоя, диффузно рассеивающего слоя, установленного над светодиодами, прозрачного световодного слоя, первого и второго призматического слоя. N светодиодов по питанию объединены в М групп, в каждой из которых светодиоды включены последовательно и запитаны от раздельных выходов блока управления режимами светодиодов. В указанной матричной светодиодной подсветке решена проблема по обеспечению яркости, равномерности и временной и температурной стабильности свечения ЖКИ.
Недостатком указанной системы подсветки ЖКИ является прямая и фоновая засветка ПНВ излучением бортового индикатора при работе в ночных условиях, так как в системе используются светодиоды белого цвета, спектр излучения которых попадает в полосу пропускания ПНВ. В дневное время цветовая температура белого цвета (степень белизны белого) определяется в основном спектром излучения примененных белых светодиодов. В данном устройстве отсутствует возможность регулировки его цветовой температуры конкретным пользователем, т.е. корректировки белого цвета.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель заключается в обеспечении работы бортового индикатора в двух режимах излучения: дневном и ночном, совместимом с ПНВ, а также улучшение эргономических характеристик ЖКИ.
Поставленная задача решается тем, что в двухрежимной матричной светодиодной системе для подсветки жидкокристаллического индикатора, содержащей печатную плату, N светодиодов, расположенных в виде матрицы на печатной плате, покрытой в промежутках между светодиодами слоем диффузно отражающего материала, и светоформирующую слоистую структуру, выполненную из последовательно расположенных воздушного слоя, диффузно рассеивающего слоя, установленным над светодиодами, двух призматических слоев, температурный датчик, расположенный на печатной плате, N светодиодов по питанию объединены в М столбцов, в каждом из которых светодиоды включены последовательно и запитаны от раздельных выходов блока управления подсветом, содержащего регуляторы тока, регулятор яркости, блок формирования режимов светодиодов, каждый из М столбцов светодиодов содержит К-групп светодиодов белого, красного, зеленого, синего и оранжевого цветов, причем светодиоды одного цвета в столбце включены последовательно и подключены к выходам 5xМ регуляторов тока, а блок управления подсветом дополнительно содержит блок подстройки баланса белого и переключатель режимов «День/Ночь», выходы которых соединены с соответствующими входами блока формирования режимов светодиодов.
Техническим результатом использования полезной модели является обеспечение совместимости оборудования с ПНВ, обеспечение оптимальных условий зрительной работы летчика в дневное и ночное время при восприятии информации с приборного оборудования, получение более качественного белого цвета благодаря возможности регулировки его цветовой температуры конкретным пользователем, а также расширение цветовой палитры и увеличение насыщенности цветов.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - конструкция заявляемой двухрежимной матричной светодиодной системы;
на фиг.2 - размещение светодиодов в виде матрицы на печатной плате;
на фиг.3 - пример размещения светодиодов в группе на печатной плате;
на фиг.4 - структурная схема блока управления подсветом.
Матричная двухрежимная светодиодная система подсветки ЖКИ (фиг.1) включает в себя печатную плату 1, на которой расположены группы 2 светодиодов белого W, красного R, зеленого G, синего В и оранжевого О цветов. N светодиодов объединены по питанию в М-столбцов (фиг.2). Каждый столбец содержит К-групп (фиг.2, 3) светодиодов пяти цветов, причем светодиоды одного цвета в столбце включены последовательно и образуют пять колонн соответственно белого, красного, зеленого, синего и оранжевого цветов. Светодиоды красного, зеленого и синего цветов могут быть объединены в одном корпусе, образуя трехцветный RGB светодиод (фиг.3). Общее количество светодиодов расположенных на печатной плате 1 определяется по формуле N=5·М·К.
Печатная плата 1 покрыта в промежутках между светодиодами слоем диффузно отражающего материала 3. Светоформирующая слоистая структура, выполнена из последовательно расположенных воздушного слоя 4, диффузно рассеивающего слоя 5, установленного над светодиодами, двух призматических слоев 6 и 7.
На печатной плате 1 установлен температурный датчик 8, измеряющий температуру светодиодов. Для обеспечения тепловой связи между температурным датчиком и светодиодами печатная плата должна быть выполнена из теплопроводного материала.
Блок управления подсветом 9 (фиг.4) содержит блок формирования режимов светодиодов 10, выходы которого соединены со входами 5·М регуляторов 11 тока, обеспечивающих питание стабильным током всех 5·М колонн светодиодов.
Выходы регулятора яркости подсвета 12, переключателя режимов «День/Ночь» 13, блока подстройки баланса белого цвета 14 и термодатчика 8 соединены со входами блока формирования режимов светодиодов 10.
Устройство работает следующим образом.
В ЖКИ пропускающего типа свет, излучаемый системой подсветки, поступает сквозь жидкокристаллическую панель с задней стороны. Светоформирующая слоистая структура подсветки обеспечивает однородность распределения светового потока по полю ЖКИ. Ее два призматических слоя 6 и 7 выполнены в виде BEF пленок (Brightness Ehancement Foil), которые обладают свойствами фронтальной коллимации света. Каждая из пленок коллимирует световой поток в одной плоскости, поэтому для предотвращения потерь светового потока в двух плоскостях и увеличения яркости в заданном телесном угле применены две пленки, призматические структуры которых развернуты на 90°.
Однородность распределения светового потока по полю ЖКИ обеспечивается также одинаковой яркостью свечения светодиодов, за счет равенства токов, протекающих через светодиоды, при их последовательном включении. Питание светодиодов и стабилизация тока обеспечивается регуляторами 11 тока.
Управляющее напряжение, поступающее на вход регуляторов 11 тока, формируется в блоке 10, и определяется величиной сигналов от датчика 8, измеряющего температуру светодиодов, от регулятора яркости подсвета 12, регулятора баланса белого, а также состоянием переключателя режимов «День/Ночь», что обеспечивает регулировку яркости, температурную стабилизацию светового излучения системы подсветки, баланса белого цвета в выбранном режиме «День» или «Ночь».
В режиме «День» яркость изображения бортового ЖКИ должна составлять около 1000 кд/м2. 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.
В режиме «Ночь» яркость бортового ЖКИ составляет 0,1÷10 кд/м2. 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) «Тибет» разработана конструкторская документация и изготовлено четыре образца модулей дисплейных МД-055. 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 «Тибет».
Двухрежимная матричная светодиодная система для подсветки жидкокристаллического индикатора, содержащая печатную плату, N светодиодов, расположенных в виде матрицы на печатной плате, покрытой в промежутках между светодиодами слоем диффузно отражающего материала, и светоформирующую слоистую структуру, выполненную из последовательно расположенных воздушного слоя, диффузно рассеивающего слоя, установленного над светодиодами, двух призматических слоев, температурный датчик, расположенный на печатной плате, N светодиодов по питанию объединены в М столбцов, в каждом из которых светодиоды включены последовательно и запитаны от раздельных выходов блока управления подсветом, содержащего регуляторы тока, регулятор яркости, блок формирования режимов светодиодов, отличающаяся тем, что каждый из М столбцов светодиодов содержит К групп светодиодов белого, красного, зеленого, синего и оранжевого цветов, причем светодиоды одного цвета в столбце включены последовательно и подключены к выходам 5·М регуляторов тока, а блок управления подсветом дополнительно содержит блок подстройки баланса белого и переключатель режимов «День/Ночь», выходы которых соединены с соответствующими входами блока формирования режимов светодиодов.
