RU109576U1

RU109576U1 - TWO-MODE LED SYSTEM FOR LIGHTING THE LIQUID CRYSTAL INDICATOR

Info

Publication number: RU109576U1
Application number: RU2011114056/28U
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Лазаренко; Александр Сергеевич Войтенков; Сергей Валентинович Гашков; Виталий Владимирович Антипов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро "Дисплей"
Priority date: 2011-04-11
Filing date: 2011-04-11
Publication date: 2011-10-20

Abstract

Двухрежимная светодиодная система для подсветки жидкокристаллического индикатора, содержащая 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, отличающаяся тем, что 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». A dual-mode LED system for illuminating a liquid crystal indicator, containing a light guide plate, optical emitters located along the faces of the light guide plate, which is made in the form of a heat-conducting base with a dielectric substrate and a conductive layer on which the LEDs are arranged, in groups in which they are connected in series and powered from separate outputs of the backlight control unit containing current regulators, a brightness regulator, an LED mode generation unit, Day / Night switch and temperature sensor, characterized in that one half of the optical emitters includes white LEDs, and the second half includes color: red R, green G, blue B and orange O LEDs, and optical emitters with white and optical emitters with colored LEDs are located on adjacent faces of the light guide plate, each group of LEDs contains LEDs of the same color and is connected to the output of one of the current regulators, and the backlight control unit further comprises a white balance adjustment unit, the output of which is connected to the corresponding input of the LED mode generation unit, the other input of which is connected to the output of the Day / Night switch.

Description

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).The utility model relates to the technique of systems for illuminating liquid crystal indicators (LCDs) and can be used primarily in on-board indicators of aircraft during piloting in day and night conditions by the crew using night vision devices (NVD).

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.Systems for backlighting LCDs based on LEDs are more resistant to temperature, vibration and shock, which is why they are becoming more common in on-board indicators intended for use on aircraft, marine vessels and other objects where high brightness, structural strength and heat resistance are required .

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.When piloting an aircraft using night vision devices, the pilot examines the cockpit environment through night vision devices, and observes the image on the on-board indicator screen located on the dashboard with his eyes.

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.The optical radiation of the on-board indicator, which is not conjugated in terms of spectral characteristics with the NVG, creates both background and direct illumination of the NVD. This leads to disruption of the NVD. Reduces contrast when viewing a hull environment and reduces the detection range of hull objects.

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).There are known LED systems for backlighting LCDs, which differ in different structural designs (US 2004008474, IPC G06F 1/116, G02F 1/1333, 2004; US 2004228107, IPC F21V 7/04, 2004; WO 03021565, IPC G09G 3/34, 2003; RU 45838 U1, IPC 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.Closest to the claimed utility model in terms of technical nature and the technical result achieved is a dual-mode LED system for illuminating the liquid crystal display according to the utility model patent (RU 63073 U1, IPC G02F 1/133, 2006), which contains a light guide plate, one or more optical emitters (OI) and the OI mode control unit with separate outputs. OI are located respectively along one or more faces of the light guide plate. The OI contains white LEDs and the LEDs for the night illumination mode placed among them with a radiation spectrum located in the insensitivity region of night vision devices (NVD). The LEDs for the night backlight power mode are combined in a group in which they are connected in series and connected directly to the output of the OI mode control unit, and the LEDs for the daytime backlight mode are combined in one or more groups, in each of which they are connected in series and connected to a separate output of the unit control of OI modes through the Day / Night backlight mode switch. A white LED with a light filter superimposed on its emitting surface, the passband of which lies in the dead band of the NVD, is used as the LED for the night backlight mode.

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.The use of the indicated utility model makes it possible to reduce the illumination of NVD by the optical radiation of the on-board indicator at night with the possibility of the on-board indicator working in the daytime under direct sunlight.

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.The disadvantage of this LCD backlight system is that nighttime compatibility with NVD is achieved by using white LEDs with a light filter superimposed on the emitting surface, which does not pass (cut off) the infrared (IR) region of the emission spectrum by LEDs and attenuates the red part of the spectrum due to due to the fact that the filter cannot have a rectangular spectral transmission characteristic. The slope of the characteristic separating the passband from the stopband has a finite slope, i.e. The IR filter, along with the attenuation of the components of the IR region, attenuates the components of red, orange and yellow. As a result, the white light transmitted through the IR filter acquires a blue-green hue. The color palette and the visibility of reproducible colors, as well as displayed objects on the indicator screen, sharply narrows. Moreover, the pilot needs more time and attention for the perception of colored objects, inscriptions, etc.

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.In daylight mode in this device, the color temperature of white (the degree of whiteness of white) is determined mainly by the emission spectrum of the applied white LEDs. The formation of the observed white color also involves the use of LCD filters. In this case, the resulting white color may differ from the desired. This device does not have the ability to adjust white for a specific user.

Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в улучшении эргономических характеристик ЖКИ при одновременном обеспечении совместимости с ПНВ.The problem the real utility model is aimed at is to improve the ergonomic characteristics of the LCDs while ensuring compatibility with the NVD.

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».The problem is solved in that in a two-mode LED system for illuminating a liquid crystal indicator containing a light guide plate, optical emitters located along the faces of the light guide plate, which is made in the form of a heat-conducting base with a dielectric substrate and a conductive layer on which the LEDs are combined in groups, which they are connected in series and powered from separate outputs of the backlight control unit, containing current controllers, brightness control, block the formation of LED modes, a Day / Night mode switch and a temperature sensor, one half of the optical emitters includes white LEDs, and the second half includes color: red R, green G, blue B and orange O LEDs, and optical emitters with white and optical emitters with colored LEDs are located on adjacent faces of the light guide plate, each group of LEDs contains LEDs of the same color and is connected to the output of one of the current regulators, and the backlight control unit is additional it contains a white balance adjustment unit, the output of which is connected to the corresponding input of the LED mode generation unit, the other input of which is connected to the output of the Day / Night switch.

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.The technical result of using the utility model is to ensure optimal visual conditions for the pilot, to obtain a better white color due to the ability to adjust the color temperature for a specific user, as well as to facilitate the distinction between colored objects on the LCD by expanding the color palette and increasing color saturation.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображено:The utility model is illustrated by drawings, which depict:

фиг.1 - взаимное расположение световодной пластины и оптических излучателей;figure 1 - the relative position of the light guide plate and optical emitters;

фиг.2 - конструкция оптического излучателя;figure 2 - design of the optical emitter;

фиг.3 - структурная электрическая схема блока управления подсветом.figure 3 is a structural circuit diagram of a backlight control unit.

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.The dual-mode LED system for backlighting the LCD (Fig. 1) contains a light guide plate 1 having a relief formed on the side opposite to the radiation direction, providing radiation to exit the plate in a direction perpendicular to the plate surface. Four optical emitters (OI) 2, 3 and 4, 5 are located along opposite sides of the light guide plate 1. OI 2 and 3 include white W LEDs, and OI 4 and 5 are colored; red R, green G, blue B and orange O. LEDs of the same color are combined into N groups of white and M groups of color. Each OI includes a base 6 (figure 2) with a dielectric layer 7 and a conductive layer 8. The conductive layer 8, which forms a system of contact pads and printed conductors, provides the inclusion of LEDs 9 in the electrical circuit. The spaces between the LEDs 9 are covered with a layer of diffusely reflecting material 10. A temperature sensor 11 is located on the conductive layer 8 of the optical sensor 3.

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.The backlight control unit 12 (Fig. 3) contains a LED mode generation unit 13, the outputs of which are connected to the inputs of the current regulators 14, providing a stable current supply to all N groups of white W and M color groups (red R, green G, blue B and orange O ) LEDs. The LEDs of each color are connected in series in groups connected to the current regulators 14.

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.The outputs of the backlight dimmer 15, the day / night switch 16, the white balance adjustment block 17 and the temperature sensor 11 are connected to the inputs of the LED mode generation unit 13.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

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.In a transmissive LCD, the light emitted from the backlight system enters through the liquid crystal panel from the rear. For this, the illumination system contains a light guide plate 1, which, when illuminated from its ends by optical emitters 2, 3 and 4, 5, provides color mixing and light emission in the direction perpendicular to the plane of the plate. The full use of the light flux emitted by the LEDs is ensured by matching the angular apertures of the LEDs and the light guide plate 1, as well as by keeping the light flux in the light guide plate during repeated reflections from the diffusely reflecting material 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.The uniformity of the distribution of the light flux over the LCD field is ensured by the identical brightness of the LEDs, due to the equality of the currents flowing through the LEDs when they are switched on in series. Power LEDs and current stabilization is provided by the current regulators 14.

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».The control voltage supplied to the input of the current regulators 14 is generated in block 13 and is determined by the magnitude of the signals from the sensor 11, which measures the temperature of the LEDs, from the backlight dimmer 15, the white balance adjustment block 17, as well as the state of the Day / Night switch 16 that provides brightness control, temperature stabilization of the light radiation of the backlight system, white balance in the selected mode "Day" or "Night".

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.In the "day" mode on-board LCD display brightness should be about 1000 cd / m ^2. The main share of the required brightness is obtained due to the glow of white LEDs, which are powered by a relatively large current. In addition to white in the "Day" mode, RGB LEDs work. Acting on the on-board indicator controls, the operator, through the white balance adjustment unit, has the option, at his discretion, to change the ratio of RGB LED currents and, accordingly, the white color temperature, thereby setting the white color to be the best for perception. Using only white for LCD backlighting has another drawback: the primary colors of the image on the LCD screen are not saturated enough (“diluted” with white). This narrows the color palette of reproducible colors. In the proposed device, the additional inclusion of RGB LEDs weakens this disadvantage.

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.In the "night" brightness of the LCD board is 0,1 ÷ 10 cd / m ^2. In the spectrum emitted by the LCD, there should be no components falling into the passband of the NVD. At the same time, the color of the radiation, the color of the radiation when reproducing a white field should be white. To resolve this contradiction in the proposed device, when the “Night” signal is received from the Day / Night mode switch in the forming unit of LED modes, the forming unit reduces the brightness of green G and blue B LEDs, turns off white W and red R, and additionally turns on orange O LEDs . Using the on-board indicator controls via the white balance adjustment unit, the operator can set the desired white temperature in the "Night" mode. Turning off the white W LEDs and replacing the red color with orange allows compatibility with NVD due to the shift of the radiation spectrum to the short-wavelength region.

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».The technical result of the claimed utility model is confirmed experimentally. As part of the development work (OKR) “Basis”, design documentation was developed and three samples of color modules MDTs-104N were made. This module is an integral part of the on-board indicator and contains the claimed backlight system. The display module has unique characteristics among devices of this class in terms of white quality in Day / Night modes, while being compatible with NVD. The results obtained are confirmed by comprehensive tests in the performance of the ROC “Basis”.

Claims

A dual-mode LED system for illuminating a liquid crystal indicator, containing a light guide plate, optical emitters located along the faces of the light guide plate, which is made in the form of a heat-conducting base with a dielectric substrate and a conductive layer on which the LEDs are arranged, in groups in which they are connected in series and powered from separate outputs of the backlight control unit containing current regulators, a brightness regulator, an LED mode generation unit, Day / Night mode switch and temperature sensor, characterized in that one half of the optical emitters includes white LEDs, and the second half includes color: red R, green G, blue B and orange O LEDs, and optical emitters with white and optical emitters with colored LEDs are located on adjacent faces of the light guide plate, each group of LEDs contains LEDs of the same color and is connected to the output of one of the current regulators, and the backlight control unit further comprises a white balance adjustment unit, the output of which is connected to the corresponding input of the LED mode generation unit, the other input of which is connected to the output of the Day / Night switch.