CN104793380B - 一种用于低温工作的液晶屏及其加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于低温工作的液晶屏，包括依次层叠设置的液晶显示面板、绝缘导热粘结层、加热辐射板和保温板，加热辐射板和保温板压装为一体化结构，保温板上集成有加热控制电路和温度采集电路，液晶显示面板上分布有温度采集器；所述温度传感器采集所述液晶显示面板的温度信息，温度信息经所述温度采集电路传输至所述加热控制电路，所述加热控制电路控制所述加热辐射板工作，所述加热辐射板实现降低/提高所述液晶显示面板的温度。本发明通过设置加热辐射板以及带有保温、加热控制功能的保温板确保液晶显示面板的温度处于正常工作状态，即使在低温环境下甚至‑55℃以下也能保证正常工作。

Description

一种用于低温工作的液晶屏及其加热方法

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，具体涉及一种用于低温工作的液晶屏及其在低温工作环境下的加热方法。

背景技术

液晶显示器由于其本身液晶材料特性，当温度发生变化时，液晶分子的活动能量发生变化；在低温情况下，液晶分子的活动能量减弱，粘滞系数变大，给液晶分子施加电场的时候，液晶分子受到的粘滞阻力较大，需要较长时间才能达到应有的扭曲角度，故而产生拖尾现象。

目前常用的低温显示方法主要有以下几种方法：

1．提高液晶显示器的驱动电压

当温度下降时，液晶分子粘滞系数变大，通过加大液晶显示器的驱动电压，可以实现液晶显示器在低温下的显示，但是驱动电压不可能无限制的提高，当驱动电压提高到一定程度之后，液晶显示器的对比度会明显下降，甚至会产生黑屏。目前，这种方法只能使液晶显示器的工作温度范围在-15℃~+50℃。

2．利用ITO导电膜在液晶基板与背光源反射腔之间加热

在低温环境下利用ITO导电膜在液晶基板的后端对液晶基板直接加热，可以实现液晶显示器在低温下的正常显示，这种方法需要对液晶显示器拆装改造，操作工艺复杂，且ITO加热膜会因为压接工艺，导致接触电阻产生从而导致ITO膜发热不均，有接触电阻的地方温度会非常高，甚至导致烧坏液晶基板。

3．利用ITO导电膜在液晶基板前面加热

在低温环境下，利用ITO导电膜在液晶基板的前端直接给液晶基板加热，可以实现液晶显示器在低温下的正常显示，但是此种方法会对影响液晶显示的光学效果（亮度、清晰度、反射率等），当环境温度发生改变时，液晶显示器内部温度无法控制，需要根据环境温度调整加热膜的加热功率，有可能造成显示器内部温度过高而烧坏液晶显示器，所以产品的可靠性低。

4．外置加热法

在低温环境下，利用加热电阻固定在液晶显示器背部的板上，整个系统密封在盒子内，通过接口和外部控制电路相连，可以实现液晶显示器在低温下的正常显示。此种方法由于采用外置加热，热量传导到液晶基板速度较慢，大部分热量都耗散到外界环境中，效率较低，加热器与被加热部件之间的温度梯度大，难以控制温度，因此对于大型的液晶显示器，此种方法则不佳，且此种方式加热电阻与控制电路分离，需要通过导线连接到控制电路板，增加系统不可靠因素。

发明内容

发明目的：为了解决液晶屏在低温环境下无法正常工作的问题，本发明提供一种用于低温工作的液晶屏及其加热方法。

技术方案：本发明所述的用于低温工作的液晶屏，包括依次层叠设置的液晶显示面板、绝缘导热粘结层、加热辐射板和保温板，加热辐射板和保温板压装为一体化结构，保温板上集成有加热控制电路和温度采集电路，液晶显示面板上分布有温度采集器；所述温度传感器采集所述液晶显示面板的温度信息，温度信息经所述温度采集电路传输至所述加热控制电路，所述加热控制电路控制所述加热辐射板工作，所述加热辐射板透过所述绝缘导热粘结层吸收、扩散所述液晶显示面板的热量实现降低所述液晶显示面板的温度或者传导、辐射热量到所述液晶显示面板实现提高所述液晶显示面板的温度。通过绝缘导热粘结层将液晶显示面板、加热辐射板粘结在一起，绝缘导热粘结层还起到将液晶显示面板的温度传至加热辐射板的作用，加热辐射板和保温板压装为一体化结构，作为一块标准模块通过绝缘导热粘结层安装在液晶显示面板的背面，加热辐射板在作为液晶显示面板的加热部件的同时为液晶显示面板提供固定和加固的作用；保温板具有一定的隔热保温效果，加热辐射板辐射的热量只能辐射传导至液晶显示面板，而不能穿过保温板辐射、传导，因此保温板的设置使得加热辐射板的热量都辐射传导至液晶显示面板，提高了加热辐射板的热量利用率。

所述保温板的厚度为1.5-2.5mm，保温板厚度的设计保证整体尺寸并未太多增加，相比之下甚至优于部分液晶非宽温显示模块，适用于对液晶显示模块的厚度、重量有限制的场合。

所述加热辐射板采用若干层氧化铟锡或氧化锡导电薄膜材料制成，该材料热转化效率高，同时结合保温板具有一定的刚性，对液晶显示面板起固定和保护作用。

所述加热辐射板的热量分布从中心到四周呈4阶依此增加设置，在设计加热辐射板布局时，考虑到液晶显示面板本身部分功能组件在正常工作时产生热量，对于能够产生热量的区域，利用其自身产生的热量进行辅助加热，同时利于发热部位的散热，防止液晶显示面板在高温工作时因为散热不好导致部分液晶器件过早老化，充分利用液晶面板自身的发热利用率。加热辐射板设计采用了热量分布均匀性和非均匀性的设计方法，使四周的辐射温度高，而中间的温度相对低，成阶梯分布，从而确保液晶显示面板均匀受热，解决了加热辐射板如果温度均匀分布时，会导致中间区域的温度高，而四周由于加热辐射板热量除了向前辐射给液晶面板之外，还会向空间四周区域辐射，从而导致液晶面板热量分布不均的问题。

所述加热控制电路包括单片机、JTAG接口电路、脉宽调制电路一、脉宽调制电路二、脉宽调制电路三、运算放大器一、运算放大器二、运算放大器三和保护电路；单片机的引脚PC0至PC6与JTAG接口电路相连，单片机的引脚P17、引脚PB6、引脚PB5与所述温度采集电路的输出相连，单片机的引脚P44与脉宽调制电路一的输入相连，单片机的引脚P43与脉宽调制电路二的输入相连，单片机的引脚P42与脉宽调制电路三的输入相连，脉宽调制电路一的输出与运算放大器一的输入相连，脉宽调制电路二的输出与运算放大器二的输入相连，脉宽调制电路三的输出与运算放大器三的输入相连，运算放大器一、运算放大器二、运算放大器三的输出控制所述加热辐射板的功率，运算放大器一、运算放大器二、运算放大器三的输出还分别与单片机的引脚P14、引脚P39、引脚P16相连，单片机通过采集输出电流，控制脉宽调制电路一、脉宽调制电路二、脉宽调制电路三的输出PWM信号，使输出电流始终保持恒定值；保护电路分为两路，一路包括防反二极管D1、保险丝F1和接地设置的稳压电阻D3，另一路包括防反二极管D2、保险丝F2和接地设置的稳压电阻D4。

加热辐射板的热量分布从中心到四周呈4阶依此增加设置，外围区域一的热量大于区域二，区域二的热量大于区域三，区域三的热量大于中心区域四。加热控制电路设置脉宽调制电路一、脉宽调制电路二、脉宽调制电路三进行控制，其中加热辐射板中心的区域四和区域三共有一路脉宽调制电路进行控制，区域四的加热源分布相对于区域三的加热源分布较为稀疏；区域一和区域二分别通过不同的脉宽调制电路进行控制。

所述单片机的型号为upsd3212c，单片机连接晶振为4MHz，所述脉宽调制电路一至三均包括型号为IRLR120N 的MOS管，所述运算放大器一至三型号均为OPAMP。整个电路中所有元器件全部采用贴片，做成一体化。

上述液晶屏的加热方法，包括如下步骤：

（1）将加热控制电路、温度采集电路和温度传感器集成设置在保温板上，将保温板和加热辐射板压装为一体化结构，压装后通过绝缘导热粘结层将加热辐射板面粘结到液晶显示面板上；

（2）在液晶显示面板表面设置四个温度采样点，通过均匀贴紧液晶显示面板上的温度传感器采集液晶显示面板的温度信息转化为电压值，电压值经温度采集电路放大传输至加热控制电路，加热控制电路对电压值进行AD转换、运算后得到温度数值，根据所得温度数值进行判断：若加热控制电路判断液晶显示面板的温度高于20度，则断开脉宽调制电路一至三内的MOS管，加热辐射板不工作，同时加热辐射板的导热层透过绝缘导热粘结层吸收、扩散液晶显示面板的热量实现降低液晶显示面板的温度；若加热控制电路判断液晶显示面板的温度低于10度，则导通脉宽调制电路一至三内的MOS管，输出PWM信号，PWM信号经运算放大器一至三后分别控制加热辐射板4个不同加热区域工作，达到均匀加热的效果，实现提高液晶显示面板的温度；

（3）当温度传感器失效时，加热控制电路内设的保护电路切断与加热辐射板的连接。

所述加热控制电路的输入电压范围为3-36V。采用宽电压输入，加热辐射板可以在3-36V范围内进行正常工作。

所述加热控制电路采集运算放大器输出的大小，并控制输出的PWM信号，使脉宽调制电路的电流保持在恒定值。恒流源电路使得输入电源电压波动时，输出依然恒定，保证加热辐射板以稳定功率工作。

加热控制电路增加了保护电路，在温度传感器失效时（短路或者开路）时能够自动切断加热电路，确保电路能够可靠工作。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点：

1. 加热辐射板和保温板通过压接工艺整合在一起，加热控制电路、温度采集电路集成在保温板上，使加热辐射板、保温板、加热控制电路、温度采集电路、温度传感器全部整合形成一块整体的加热保温控制面板，整体的大小可根据液晶显示面板的安装尺寸进行设计，通过绝缘导热粘结层将一体化的加热保温控制面板与液晶显示面板粘接在一起，利用一体化的液晶加热方式达到液晶宽温工作的要求，保证液晶显示面板的温度处于正常工作状态，即使在低温环境下甚至-55℃以下也能保证正常工作。

2.采用一体化设计，本发明实现了低温工作的同时，尺寸并未太多增加，相比之下甚至优于部分液晶非宽温显示模块，适用于对液晶显示模块的厚度、重量有限制的场合。

3．加热控制电路控制加热辐射板的加热过程，采用恒流源控制，在电源电压波动时，仍能以恒定功率工作；设置两路保护电路，保险丝提供过流保护，稳压电阻提供过压保护，防反二极管提供防反接保护，在温度传感器失效时能自动切断加热电路，确保整个电路能够可靠工作。

4．加热辐射板的热量呈阶梯状分布，考虑到液晶显示面板本身部分功能组件在正常工作时产生热量，对于能够产生热量的区域，利用其自身产生的热量进行辅助加热，同时利于发热部位的散热，防止液晶显示面板在高温工作时因为散热不好导致部分液晶器件过早老化，充分利用液晶面板自身的发热利用率。

5．整体结构简单、稳固，安装方便；采用强度较高的加热辐射板及保温板作为液晶显示面板的结构固定，增强液晶显示面板结构的同时，有助于液晶显示面板的固定。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明加热辐射板的热量分布图。

图3为本发明主要结构覆盖结构示意图。

图4为本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：如附图1所示的用于低温工作的液晶屏，包括依次层叠设置的液晶显示面板1、绝缘导热粘结层2、加热辐射板3和保温板4，加热辐射板3和保温板4压装为一体化结构，保温板4上集成有加热控制电路5、温度采集电路6，液晶显示面板1表面设置四个温度采样点，通过均匀贴紧液晶显示面板1上的温度传感器7采集液晶显示面板1的温度信息。如图2所示加热辐射板3的热量分布从中心到四周呈4阶依此增加设置，区域一31的热量大于区域二32，区域二32的热量大于区域三33，区域三33的热量大于区域四34，加热控制电路设置脉宽调制电路一、脉宽调制电路二、脉宽调制电路三进行控制，其中加热辐射板中心的区域四34和区域三33共有一路脉宽调制电路进行控制，区域四34的加热源分布相对于区域三33的加热源分布较为稀疏；区域一31和区域二32分别通过不同的脉宽调制电路进行控制。这样设计充分考虑液晶显示面板1本身部分功能组件在正常工作时产生热量，对于能够产生热量的区域，利用其自身产生的热量进行辅助加热，从而确保液晶显示面板1均匀受热。

温度传感器7采集液晶显示面板1表面的温度信息后经温度采集电路6传输至加热控制电路5，加热控制电路5根据温度信息判断液晶显示面板1不同温度采样点的温度，经过分析比较及运算后，判断：若加热控制电路5判断液晶显示面板1在高温下工作，则控制加热辐射板3不工作，同时加热辐射板3的导热层透过绝缘导热粘结层2吸收、扩散液晶显示面板1的热量实现降低液晶显示面板1的温度；若加热控制电路5判断液晶显示面板1在低温下工作，分别控制加热辐射板4个不同加热区域的开关工作，达到均匀加热的效果，实现提高液晶显示面板1的温度。

如图3所示，将加热辐射板3、保温板4通过压接形成一块整体，作为一块标准的加热保温控制面板安装在液晶显示面板1的后面，同时加热保温控制面板留有结构固定孔，可以进行自由安装。选用加热辐射板3作为液晶显示面板1的加热源，加热辐射板3采用氧化锡导电薄膜材料制成，热转化效率高，加热辐射板3通过绝缘导热粘结层2将热量传导、辐射到液晶显示面板1中，保温板4厚度的设计为2mm，不影响整体尺寸，保温板4设置在加热辐射板3后，这样加热辐射板3辐射的热量只能向前辐射传导，而不能向后辐射、传导，所有的热量都辐射、传导到液晶显示面板1，提高了加热辐射板3的热量利用率。

如图4所示的电路原理图，包括单片机、JTAG接口电路、脉宽调制电路一、脉宽调制电路二、脉宽调制电路三、运算放大器一、运算放大器二、运算放大器三和保护电路；单片机的引脚PC0至PC6与JTAG接口电路相连，单片机的引脚P17、引脚PB6、引脚PB5与温度采集电路的输出相连，单片机的引脚P44与脉宽调制电路一的输入相连，单片机的引脚P43与脉宽调制电路二的输入相连，单片机的引脚P42与脉宽调制电路三的输入相连，脉宽调制电路一的输出与运算放大器一的输入相连，脉宽调制电路二的输出与运算放大器二的输入相连，脉宽调制电路三的输出与运算放大器三的输入相连，运算放大器一、运算放大器二、运算放大器三的输出控制加热辐射板的功率，运算放大器一、运算放大器二、运算放大器三的输出还分别与单片机的引脚P14、引脚P39、引脚P16相连，单片机通过采集输出电流，控制脉宽调制电路一、脉宽调制电路二、脉宽调制电路三的输出PWM信号，使输出电流始终保持恒定值；保护电路分为两路，一路包括防反二极管D1、保险丝F1和接地设置的稳压电阻D3，另一路包括防反二极管D2、保险丝F2和接地设置的稳压电阻D4。

单片机的型号为upsd3212c，单片机连接晶振为4MHz，脉宽调制电路一至三均包括型号为IRLR120N 的MOS管，运算放大器一至三型号均为OPAMP。

基于上述用于低温工作的液晶屏的加热方法，包括如下步骤：

（1）将加热控制电路和温度采集电路集成设置在保温板上，将保温板和加热辐射板压装为一体化结构，压装后通过绝缘导热粘结层将加热辐射板面粘结到液晶显示面板上；

（2）在液晶显示面板表面设置四个温度采样点，通过均匀贴紧液晶显示面板上的温度传感器采集液晶显示面板的温度信息转化为电压值，电压值经温度采集电路放大传输至加热控制电路，加热控制电路对电压值进行AD转换、运算后得到温度数值，根据所得温度数值进行判断：若加热控制电路判断液晶显示面板的温度高于20度，则断开脉宽调制电路一至三内的MOS管，加热辐射板不工作，同时加热辐射板的导热层透过绝缘导热粘结层吸收、扩散液晶显示面板的热量实现降低液晶显示面板的温度；若加热控制电路判断液晶显示面板的温度低于10度，则导通脉宽调制电路一至三内的MOS管，输出PWM信号，PWM信号经运算放大器一至三后分别控制加热辐射板4个不同加热区域工作，达到均匀加热的效果，实现提高液晶显示面板的温度；

（3）当温度传感器失效时，加热控制电路内设的保护电路切断与加热辐射板的连接。

加热控制电路的输入电压范围为3-36V。

加热控制电路采集运算放大器输出的大小，并控制输出的PWM信号，使脉宽调制电路的电流保持在恒定值。

单片机控制脉宽调制电路一至三输出PWM信号的占空比，PWM信号经运算放大器放大输出后控制加热辐射板的功率实现对液晶显示面板加热温度的调节

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (9)

1.一种用于低温工作的液晶屏，其特征在于：包括依次层叠设置的液晶显示面板、绝缘导热粘结层、加热辐射板和保温板，加热辐射板和保温板压装为一体化结构，保温板上集成有加热控制电路和温度采集电路，液晶显示面板上分布有温度采集器；所述温度采集器采集所述液晶显示面板的温度信息，温度信息经所述温度采集电路传输至所述加热控制电路，所述加热控制电路控制所述加热辐射板工作，所述加热辐射板透过所述绝缘导热粘结层吸收、扩散所述液晶显示面板的热量实现降低所述液晶显示面板的温度或者传导、辐射热量到所述液晶显示面板实现提高所述液晶显示面板的温度；所述加热辐射板的热量分布从中心到四周呈4阶依次增加设置。

2.根据权利要求1所述的用于低温工作的液晶屏，其特征在于：所述保温板的厚度为1.5-2.5mm。

3.根据权利要求1所述的用于低温工作的液晶屏，其特征在于：所述加热辐射板采用若干层氧化铟锡或氧化锡导电薄膜材料制成。

4.根据权利要求1所述的用于低温工作的液晶屏，其特征在于：所述加热控制电路包括单片机、JTAG接口电路、脉宽调制电路一、脉宽调制电路二、脉宽调制电路三、运算放大器一、运算放大器二、运算放大器三和保护电路；单片机的引脚PC0至PC6与JTAG接口电路相连，单片机的引脚P17、引脚PB6、引脚PB5与所述温度采集电路的输出相连，单片机的引脚P44与脉宽调制电路一的输入相连，单片机的引脚P43与脉宽调制电路二的输入相连，单片机的引脚P42与脉宽调制电路三的输入相连，脉宽调制电路一的输出与运算放大器一的输入相连，脉宽调制电路二的输出与运算放大器二的输入相连，脉宽调制电路三的输出与运算放大器三的输入相连，运算放大器一、运算放大器二、运算放大器三的输出控制所述加热辐射板的功率，运算放大器一、运算放大器二、运算放大器三的输出还分别与单片机的引脚P14、引脚P39、引脚P16相连，单片机通过采集输出电流，控制脉宽调制电路一、脉宽调制电路二、脉宽调制电路三的输出PWM信号，使输出电流始终保持恒定值；保护电路分为两路，一路包括防反二极管D1、保险丝F1和接地设置的稳压电阻D3，另一路包括防反二极管D2、保险丝F2和接地设置的稳压电阻D4。

5.根据权利要求4所述的用于低温工作的液晶屏，其特征在于：所述单片机的型号为upsd3212c，单片机连接晶振为4MHz，所述脉宽调制电路一至三均包括型号为IRLR120N 的MOS管，所述运算放大器一至三型号均为OPAMP。

6.用于低温工作的液晶屏的加热方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将加热控制电路和温度采集电路集成设置在保温板上，将保温板和加热辐射板压装为一体化结构，压装后通过绝缘导热粘结层将加热辐射板面粘结到液晶显示面板上；

（2）在液晶显示面板表面设置四个温度采样点，通过均匀贴紧液晶显示面板上的温度传感器采集液晶显示面板的温度信息转化为电压值，电压值经温度采集电路放大传输至加热控制电路，加热控制电路对电压值进行AD转换、运算后得到温度数值，根据所得温度数值进行判断：若加热控制电路判断液晶显示面板的温度高于20度，则断开脉宽调制电路一至三内的MOS管，加热辐射板不工作，同时加热辐射板的导热层透过绝缘导热粘结层吸收、扩散液晶显示面板的热量实现降低液晶显示面板的温度；若加热控制电路判断液晶显示面板的温度低于10度，则导通脉宽调制电路一至三内的MOS管，输出PWM信号，PWM信号经运算放大器一至三后分别控制加热辐射板4个不同加热区域工作，达到均匀加热的效果，实现提高液晶显示面板的温度；

（3）当温度传感器失效时，加热控制电路内设的保护电路切断与加热辐射板的连接。

7.根据权利要求6所述的加热方法，其特征在于：所述加热控制电路的输入电压范围为3-36V。

8.根据权利要求6所述的加热方法，其特征在于：所述加热控制电路采集运算放大器输出的大小，并控制输出的PWM信号，使脉宽调制电路的电流保持在恒定值。

9.根据权利要求6所述的加热方法，其特征在于：单片机控制脉宽调制电路一至三输出PWM信号的占空比，PWM信号经运算放大器放大输出后控制所述加热辐射板的功率实现对所述液晶显示面板加热温度的调节。