Светодиодная система для подсветки жидкокристаллического индикатора

Полезная модель направлена на увеличение яркости, равномерности и стабильности свечения жидкокристаллического индикатора. Указанный технический результат достигается тем, что светодиодная система для подсветки жидкокристаллического индикатора содержит световодную пластину, два оптических излучателя (ОИ), расположенных вдоль противоположных граней световодной пластины. Каждый ОИ состоит из основания и N светодиодов, расставленных так, что оптические оси светодиодов первого ОИ внутри световодной пластины не совпадают с оптическими осями светодиодов второго ОИ. Основание каждого ОИ выполнено из жесткого теплопроводящего материала в форме вытянутого прямоугольного параллелепипеда, на продольной грани которого закреплена теплопроводящая диэлектрическая подложка с проводящим слоем, который разделен на N+1 изолированных друг от друга контактных площадок, между которыми установлены светодиоды, с подключением выводов светодиодов к соседним контактным площадкам. Диаграмма направленности излучения светодиодов соответствует угловой апертуре световодной пластины. Контактные площадки в промежутках между светодиодами покрыты слоем диффузно отражающего материала. Светодиоды каждого ОИ по питанию объединены в М групп, в каждой из которых светодиоды включены последовательно и запитаны от раздельных выходов блока управления режимами ОИ. Блок управления режимами ОИ содержит датчик температуры, установленный на основании ОИ, регулятор яркости, 2 М регуляторов тока и блок формирования режимов ОИ с их связями. В светодиодной системе более полно используется световой поток светодиодов путем согласования угловых апертур светодиодов и световодной пластины и покрытия промежутков между светодиодами слоем диффузно отражающего материала, а также обеспечивается временная и температурная стабилизация светового потока.

Полезная модель относится к технике систем для подсветки жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ) пропускающего типа и может быть использована преимущественно в малогабаритных бортовых индикаторах, работающих в экстремальных условиях.

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.

Известны светодиодные системы для подсвета ЖКИ, отличающиеся разным конструктивным построением (US 2004228107, МПК F 21 V 7/04, 2004; US 2004008474, МПК G 06 F 1/116, G 02 F 1/1333, 2004; WO 03021565, МПК G 09 G 3/34, 2003).

Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату является светодиодная система подсветки по патенту (JP 2004079488, МПК F 21 V 8/00, G 02 B 6/00, G 02 F 1/13357, 2004), которая содержит световодную пластину, два оптических излучателя (ОИ), расположенных вдоль противоположных граней световодной пластины, причем каждый ОИ состоит из основания и некоторого количества светодиодов, расставленных так, что оптические оси светодиодов первого ОИ внутри световодной пластины не совпадает с оптическими осями светодиодов второго ОИ. Световодная пластина обеспечивает гомогенизацию и излучение света, падающего на поверхности, расположенные на двух противоположных гранях, в направлении, перпендикулярном плоскости пластины. В указанной светодиодной системе подсветки частично решена проблема по обеспечению однородности распределения светового потока на поверхности ЖКИ.

Задача, на решение которой направлена данная полезная модель, заключается в увеличении яркости, равномерности и стабильности свечения ЖКИ.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящей полезной модели, заключается в создании светодиодной системы подсветки ЖКИ с более широкими функциональными возможностями: повышении яркости и однородности

распределения светового потока на поверхности ЖКИ, его временной и температурной стабильности.

Поставленная задача с достижением упомянутого выше технического результата решается тем, что в светодиодной системе для подсветки жидкокристаллического индикатора, содержащей световодную пластину, два оптических излучателя (ОИ), расположенных вдоль противоположных граней световодной пластины, причем каждый ОИ состоит из основания и N светодиодов, расставленных так, что оптические оси светодиодов первого ОИ внутри световодной пластины не совпадают с оптическими осями светодиодов второго ОИ, основание каждого ОИ выполнено из жесткого теплопроводящего материала в форме вытянутого прямоугольного параллелепипеда, на продольной грани которого закреплена теплопроводящая диэлектрическая подложка с проводящим слоем, который разделен на N+1 изолированных друг от друга контактных площадок, между которыми установлены светодиоды, диаграмма направленности излучения которых соответствует угловой апертуре световодной пластины, с подключением выводов светодиодов к соседним контактным площадкам, контактные площадки в промежутках между светодиодами покрыты слоем диффузно отражающего материала, светодиоды каждого ОИ по питанию объединены в М групп, в каждой из которых светодиоды включены последовательно и запитаны от раздельных выходов блока управления режимами ОИ, который содержит датчик температуры, установленный на основании ОИ, регулятор яркости, 2 М регуляторов тока и блок формирования режимов ОИ, при этом выход регулятора яркости и выход датчика температуры соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования режимов ОИ, третий вход-выход которого соединен двухсторонней связью с входами 2 М регуляторов тока, выходы которых являются выходами блока управления режимами ОИ.

Технический результат достигается также тем, что количество светодиодов N, установленных в каждом ОИ, рассчитывают по формуле:

а количество групп светодиодов М рассчитывают по формуле:

где: L₀ - заданная яркость свечения светодиодной системы подсвета ЖКИ [кд/м ²];

S - площадь светоизлучающей поверхности световодной пластины [м²];

I_LCD - интенсивность излучения одного светодиода [кд];

N - количество последовательно включенных светодиодов в группе.

Повышение яркости и однородности распределения светового потока по полю ЖКИ обеспечивается за счет более полного использования светового потока светодиодов путем согласования световых апертур светодиодов и световодной пластины и использования слоев диффузно отражающего материала, а также временной и температурной стабилизации тока светодиодов.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображено:

на фиг.1 - взаимное расположение световодной пластины и оптических излучателей;

на фиг.2 - конструкция оптического излучателя;

на фиг.3 - структурная электрическая схема блока управления режимами ОИ.

Световодная система (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. Первый ОИ 2 и второй ОИ 3 расположены вдоль противоположных граней световодной пластины 1. Каждый ОИ 2 и 3 содержит (фиг.2) основание 4, которое выполнено из жесткого теплопроводящего материала в форме вытянутого прямоугольного параллелепипеда, на продольной грани которого закреплена диэлектрическая подложка 7 с проводящим слоем 8. Проводящий слой 8 разделен на N+1 контактных площадок, между которыми установлены светодиоды 5-1...5-N (6-1...6-N), выводы которых подключены к соседним контактным площадкам 9-1...9-(N+1). Светодиоды 5 на первом ОИ 2 и светодиоды 6 на втором ОИ 3 расставлены так, что оптические оси светодиодов 5 первого ОИ 2 расположены между оптическими осями светодиодов 6 второго ОИ 3.

Контактные площадки 9 в промежутках между светодиодами покрыты слоем диффузно отражающего материала 10.

Светодиоды каждого ОИ по питанию объединены в М групп, в каждой из которых светодиоды включены последовательно и запитаны от раздельных выходов блока 12 управления режимами ОИ. Количество светодиодов, установленных в каждом ОИ 2 и 3, рассчитывают по формуле (1), а количество групп светодиодов - по формуле (2).

Блок 12 содержит датчик 11 температуры, установленной на основании 4 одного из ОИ, регулятор 13 яркости, 2 М регуляторов 15 тока и блок 14 формирования режимов

ОИ. Выход датчика 11 температуры и выход регулятора 13 яркости соединены соответственно с первым и вторым входами блока 14 формирования режимов ОИ, третий вход-выход которого соединен двухсторонней связью с входами 2 М регуляторов 15 тока, выходы которых являются выходами блока 12.

Датчик 11 температуры, установленный на основании 4 из теплопроводящего материала, практически измеряет температуру свето диодов.

Провода питания групп светодиодов от блока 12 подключены к контактным площадкам, например, через отверстия в основании и подложке.

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 и 3 обеспечивает гомогенизацию и излучение света в направлении, перпендикулярном плоскости пластины. Более полное использование излучаемого светодиодами светового потока обеспечивается за счет согласования угловых апертур светодиодов и световодной пластины, а также за счет удержания светового потока в световодной пластине при многократных переотражениях от слоев диффузно отражающего материала 10. Однородность распределения светового потока по полю ЖКИ обеспечивается за счет смещения оптических осей светодиодов первого ОИ 2 и ОИ 3 в световодной пластине, а также за счет одинаковой яркости свечения светодиодов.

Современные светодиоды белого цвета создают интенсивность излучения от 1 до 40 кд в зависимости от типа светодиода. Для получения светового потока системы подсветки, который обеспечивает уровень яркости свечения ЖКИ пропускающего типа, достаточный для восприятия изображения в условиях прямой солнечной засветки, требуется количество светодиодов N, установленных в каждом ОИ 2 и 3, которое рассчитывают по формуле 1. Так, например, для обеспечения яркости свечения системы подсветки L ₀=10000 кд/м² при интенсивности свечения одного светодиода I_LCD=5 кд (например, светодиод типа EP204K-150RD2) и площади светоизлучающей поверхности пластины, соответствующей 6-ти дюймовому индикатору, требуется не менее 10 светодиодов в каждом ОИ.

Одинаковая яркость свечения светодиодов обеспечивается за счет равенства токов, протекающих через светодиоды, при их последовательном включении. Питание светодиодов и стабилизация тока обеспечивается регуляторами 15 тока. Необходимость

разбиения светодиодов на М групп и их подключение к отдельным М регуляторам 15 тока связана с ограниченными возможностями выпускаемых промышленностью регуляторов тока. Регуляторы тока (например, DC/DC конвертор LT 1618) обеспечивают питание до 6 последовательно включенных светодиодов. В рассматриваемом примере М=2.

Управляющее напряжение, поступающее на вход регуляторов 15 тока, формируется в блоке 14, который может быть выполнен на универсальном микроконтроллере, и определяется положением регулятора 13 яркости и датчика 11 температуры, измеряющего температуру светодиодов, что обеспечивает регулировку яркости и температурную стабилизацию светового излучения системы подсветки.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемой полезной модели, подтвержден экспериментально. При применении в 6-ти дюймовом ЖКИ заявляемой светодиодной подсветки с 12-ю светодиодами в каждом ОИ 2 и ОИ 3, вместо системы подсветки на основе 2-х флюоресцентных ламп с холодным катодом, обеспечивается увеличение яркости излучения ЖКИ в 1,5 раза при меньшей на 20% потребляемой мощности. При этом обеспечивается лучшая равномерность яркости по полю ЖКИ со спадом в переферийных областях не более 10%.

Таким образом, при осуществлении заявляемой полезной модели обеспечивается повышение яркости и однородности распределения светового потока по полю ЖКИ, его временная и температурная стабилизация.

1. Светодиодная система для подсветки жидкокристаллического индикатора, содержащая световодную пластину, два оптических излучателя (ОИ), расположенных вдоль противоположных граней световодной пластины, причем каждый ОИ состоит из основания и N светодиодов, расставленных так, что оптические оси светодиодов первого ОИ внутри световодной пластины не совпадают с оптическими осями светодиодов второго ОИ, отличающаяся тем, что основание каждого ОИ выполнено из жесткого теплопроводящего материала в форме вытянутого прямоугольного параллелепипеда, на продольной грани которого закреплена теплопроводящая диэлектрическая подложка с проводящим слоем, который разделен на N+1 изолированных друг от друга контактных площадок, между которыми установлены светодиоды, диаграмма направленности излучения которых соответствует угловой апертуре световодной пластины, с подключением выводов светодиодов к соседним контактным площадкам, контактные площадки в промежутках между светодиодами покрыты слоем диффузно отражающего материала, светодиоды каждого ОИ по питанию объединены в М групп, в каждой из которых светодиоды включены последовательно и запитаны от раздельных выходов блока управления режимами ОИ, который содержит датчик температуры, установленный на основании ОИ, регулятор яркости, 2 М регуляторов тока и блок формирования режимов ОИ, при этом выход датчика температуры и выход регулятора яркости соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования режимов ОИ, третий вход-выход которого соединен двухсторонней связью с входами 2 М регуляторов тока, выходы которых являются выходами блока управления режимами ОИ.

2. Светодиодная система по п.1, отличающаяся тем, что количество светодиодов N, установленных в каждом ОИ, рассчитывают по формуле

а количество групп светодиодов М рассчитывают по формуле

где L₀ - заданная яркость светодиодной системы подсвета ЖКИ, кд/м² ;

S - площадь светоизлучающей поверхности световодной пластины, м²;

I_LCD - интенсивность излучения одного светодиода, кд;

N _гр - количество последовательно включенных светодиодов в группе.