RU2580322C2

RU2580322C2 - Heater

Info

Publication number: RU2580322C2
Application number: RU2014130164/07A
Authority: RU
Inventors: Галжиана Хантымировна Абдуева; Рабият Аслановна Башинская; Владимир Михайлович Дятлов; Екатерина Александровна Дятлова; Юлия Владимировна Дятлова; Надежда Михайловна Забалуева; Имангазали Юнусович Нураев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Конструкторское бюро Технотроник"
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2016-04-10
Also published as: RU2014130164A

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention relates to means of heating. Disclosed is a transparent heater for a liquid crystal display with two conductive layers and a dielectric layer separating them, and for more uniform heating across surface of buss of resistive layers are applied on different pairs of sides of heater. Each region of conductive layer disposed in connecting area of conductive layer of another bus, provided with a surface resistance of 1.2-10 times less than in rest of surface.

EFFECT: providing uniform heating over surface of screen.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к средствам нагрева, а именно к средствам обеспечения рабочего температурного режима жидкокристаллических экранов (ЖКЭ) экстремального применения, в частности авиационных дисплеев на основе рагидизированных (приспособленных к суровым условиям эксплуатации) ЖКЭ.The invention relates to heating means, and in particular, to means for ensuring the operating temperature regime of liquid crystal screens (LCDs) of extreme use, in particular, aviation displays based on segregated (adapted to harsh operating conditions) LCDs.

Известны нагреватели для быстрого вывода ЖКЭ на рабочий режим, в которых нагреватели в виде резистивных пленок выполнены на поверхностях ЖКЭ и отдельных его слоях (патенты US 4723835, 4773735).Heaters are known for quickly bringing an LCD to an operating mode in which heaters in the form of resistive films are made on the surfaces of an LCD and its individual layers (US Pat. Nos. 4,723,835, 4,773,735).

Недостатком этих нагревателей является неравномерность нагрева, приводящая, например, при использовании их для вывода на рабочий температурный режим ЖКЭ к изменению оптико-электрических свойств жидкокристаллического материала, к возникновению механических напряжений в многослойной структуре ЖКЭ и, в результате, к искажению изображения и снижению надежности экрана.The disadvantage of these heaters is the unevenness of the heating, leading, for example, when using them to bring the LCD to the operating temperature, to a change in the optoelectrical properties of the liquid crystal material, to mechanical stresses in the multilayer structure of the LCD and, as a result, to image distortion and lower screen reliability .

Особенностью рагидизированных жидкокристаллических экранов является необходимость создания средств прогрева с использованием при этом минимально возможного воздействия на используемую готовую жидкокристаллическую панель, многослойную конструкцию, содержащую жидкокристаллический слой, и другие критичные к дополнительным технологическим операциям компоненты, в том числе тонкопленочные транзисторы.A feature of the staggered liquid crystal screens is the need to create means of heating using the minimum possible impact on the used finished liquid crystal panel, a multilayer structure containing a liquid crystal layer, and other components critical to additional technological operations, including thin-film transistors.

Аналогом предлагаемого изобретения является устройство по патенту RU 2388031, в котором нагреватель выполнен в составе рагидизирующего узла, имеющего вид плоской кассеты, и представляет собой прозрачную проводящую пленку с токоподводящими шинами, нанесенными на поверхность прозрачной передней стенки кассеты, прижатой к передней поверхности ЖКЭ. При такой организации нагрева не требуются вредные для ЖКЭ технологические процедуры.An analogue of the present invention is the device according to patent RU 2388031, in which the heater is made up of a staggering unit, having the form of a flat cartridge, and is a transparent conductive film with current-carrying tires deposited on the surface of the transparent front wall of the cartridge pressed against the front surface of the LCD. With this organization of heating, no harmful procedures are required for the LCD.

Недостатком описанного нагревателя является неравномерность нагрева по поверхности: края экрана холоднее остальных его частей за счет теплоотвода через рамку и детали крепления. Поверхностная неравномерность нагрева приводит к ухудшению качества изображения и к короблению, понижающему надежность ЖКЭ.The disadvantage of the described heater is the unevenness of heating on the surface: the edges of the screen are colder than the rest of its parts due to heat removal through the frame and mounting parts. Superficial unevenness of heating leads to a deterioration in image quality and to warping, which reduces the reliability of the LCD.

Одним из наиболее близких аналогов предлагаемого изобретения является устройство по патенту RU 2316799, в котором для нагрева ЖКЭ применены, совместно с нагревателями собственно экрана, нагреватели, установленные на рамке ЖКЭ, с помощью которых поддерживают температуру рамки не ниже температуры в самой горячей точке экрана.One of the closest analogues of the present invention is the device according to the patent RU 2316799, in which, for heating the LCD, applied, together with the heaters of the screen itself, heaters mounted on the LCD frame, with which they keep the frame temperature not lower than the temperature at the hottest point of the screen.

Недостатком данного нагревателя является необходимость контроля температуры в ряде точек экрана и рамки, необходимость выполнения нагревателей на разных элементах конструкции путем использования разных технологических операций, необходимость контроля температуры в нескольких точках ЖКЭ и автономное регулирования токов отдельных нагревателей, наличие большого количества контактов и датчиков температуры, что снижает стойкость устройства по отношению к вибрациям и агрессивным средам.The disadvantage of this heater is the need to control the temperature at a number of points on the screen and frame, the need to perform heaters on different structural elements by using different technological operations, the need to control the temperature at several points of the LCD and the autonomous control of the currents of individual heaters, the presence of a large number of contacts and temperature sensors, which reduces the resistance of the device to vibrations and aggressive environments.

Наиболее близким аналогом предлагаемого нагревателя является нагреватель, выполненный заодно с жидкокристаллической панелью в виде резистивной прозрачной пленки на ее передней поверхности и с множеством контактов по ее периферии (патент US 4987289).The closest analogue of the proposed heater is a heater made integrally with the liquid crystal panel in the form of a resistive transparent film on its front surface and with many contacts along its periphery (US patent 4987289).

Недостатком его, ухудшающим надежность, является наличие множества электрических контактов к пленочному резистивному слою и малая площадь этих контактов, что понижает вибростойкость ЖКЭ. Другим недостатком является необходимость проведения нежелательных технологических операций с исходной жидкокристаллической панелью.Its disadvantage, worsening reliability, is the presence of many electrical contacts to the film resistive layer and the small area of these contacts, which reduces the vibration resistance of the LCD. Another disadvantage is the need for undesirable technological operations with the original liquid crystal panel.

Задачей предлагаемого изобретения является создание нагревателя для рагидизации ЖКЭ, обеспечивающего равномерный по поверхности нагрев экрана, не требующего технологических операций, вредных для исходной жидкокристаллической панели, простого в изготовлении и применении, а также имеющего повышенную надежность при эксплуатации.The objective of the invention is to provide a heater for the rehydration of the LCD, providing uniform surface heating of the screen that does not require technological operations that are harmful to the original liquid crystal panel, easy to manufacture and use, and also with increased reliability during operation.

Указанная задача решается тем, что прямоугольный в плане прозрачный резистивный нагреватель выполнен в виде двух прозрачных проводящих слоев, разделенных прозрачным диэлектрическим слоем, причем токоподводящие шины первого прозрачного слоя выполнены на двух противоположных сторонах прямоугольника во всю их длину, а токоподводящие шины второго прозрачного слоя выполнены во всю длину двух других сторон прямоугольника.This problem is solved by the fact that a transparent rectangular resistive heater, rectangular in plan, is made in the form of two transparent conductive layers separated by a transparent dielectric layer, wherein the current-conducting buses of the first transparent layer are made on two opposite sides of the rectangle in their entire length, and the current-conducting buses of the second transparent layer are made in the entire length of the other two sides of the rectangle.

Конструктивным несущим элементом предлагаемого нагревателя может служить его диэлектрический слой, который может быть выполнен с заданными упругими и прочностными характеристиками (например, из стекла или пластика). Тепловой контакт такого нагревателя с ЖКЭ может быть осуществлен путем наклеивания его на стенку ЖКЭ, путем механического прижатия к стенке ЖКЭ, путем закрепления нагревателя на заданном расстоянии от стенки ЖКЭ. Механическое прижатие может осуществляться с использованием жидкого промежуточного слоя, например масла (иммерсионный вариант): при этом количество жидкости мало и она не может вытечь даже при нарушении целостности экрана.The structural supporting element of the proposed heater can serve as its dielectric layer, which can be made with specified elastic and strength characteristics (for example, glass or plastic). The thermal contact of such a heater with the LCD can be achieved by gluing it to the wall of the LCD, by mechanical pressing against the wall of the LCD, by fixing the heater at a predetermined distance from the LCD wall. Mechanical pressing can be carried out using a liquid intermediate layer, for example, oil (immersion version): while the amount of liquid is small and it cannot leak even if the integrity of the screen is compromised.

Конструктивным несущим элементом может служить стенка самого ЖКЭ, на который диэлектрический слой и проводящие слои с токоподводящими шинами могут быть напылены или наклеены в виде соответствующих отдельно приготовленных пленочных слоев.The structural bearing element can be the wall of the LCD itself, on which the dielectric layer and conductive layers with current-carrying buses can be sprayed or glued in the form of corresponding separately prepared film layers.

Для обеспечения равномерности нагрева ЖКЭ прозрачные проводящие слои для резистивного нагрева могут быть выполнены с таким распределением поверхностного сопротивления, чтобы обеспечивать возможность заданного распределения тепловыделения по поверхности нагревателя, компенсирующего неравномерность теплоотвода, связанную, например, с конструктивными или эксплуатационными особенностями.To ensure uniform heating of the LCE, the transparent conductive layers for resistive heating can be made with such a distribution of surface resistance to provide the possibility of a given distribution of heat generation over the surface of the heater, compensating for the uneven heat dissipation associated, for example, with structural or operational features.

Для компенсации большего теплоотвода по границе экрана, вызванного необходимостью нагрева сопряженных деталей, удельное сопротивление каждого прозрачного проводящего слоя вдоль сторон прямоугольника, параллельных токоподводящим шинам другого нагревающего слоя, имеет полосы шириной, составляющей 0,5-2,0 от ширины токоподводящих шин, с поверхностным сопротивлением, которое меньше поверхностного сопротивления на остальной поверхности в 1,2-10 раз. При этом тепловыделение (на единицу поверхности) в области каждой из четырех токоподводящих шин, т.е. по всему контуру экрана, превышает тепловыделение в остальных частях экрана на заданную величину, зависящую от конструктивных и эксплуатационных особенностей ЖКЭ.To compensate for the greater heat removal along the screen boundary caused by the need to heat mating parts, the resistivity of each transparent conductive layer along the sides of the rectangle parallel to the current-supplying buses of the other heating layer has a strip width of 0.5-2.0 of the width of the current-carrying tires, with a surface resistance, which is less than surface resistance on the rest of the surface by 1.2-10 times. In this case, heat release (per unit surface) in the area of each of the four current-carrying tires, i.e. along the entire contour of the screen, exceeds the heat in the remaining parts of the screen by a predetermined value, depending on the design and operational features of the LCD.

Токи в двух проводящих пленках предлагаемого нагревателя направлены, благодаря предложенному расположению и взаимной ориентации токоподводящих шин, в направлениях, перпендикулярных друг другу, что приводит к сглаживанию неоднородностей тепловых полей каждого слоя, взятого в отдельности.The currents in the two conductive films of the proposed heater are directed, due to the proposed location and mutual orientation of the current-carrying tires, in directions perpendicular to each other, which leads to smoothing of the inhomogeneities of the thermal fields of each layer taken separately.

Предлагаемый нагреватель снабжен блоком питания, который может работать по заданной программе, иметь обратные связи, использующие датчики температуры, или иметь иную конструкцию и логику работы.The proposed heater is equipped with a power supply that can operate according to a given program, have feedbacks using temperature sensors, or have a different design and logic of operation.

Электрическое подключение двух пленочных элементов нагревателя может быть последовательным, параллельным или независимым.The electrical connection of the two film elements of the heater may be series, parallel or independent.

На чертеже схематически показан жидкокристаллический экран в разрезе.The drawing schematically shows a liquid crystal screen in section.

Цифрами на чертеже обозначены:The numbers in the drawing indicate:

1 - диэлектрический слой;1 - dielectric layer;

2 - токоподводящие шины нагревателя на одной стороне нагревателя (с условно видимыми на разрезе клеммами);2 - heater busbars on one side of the heater (with terminals conditionally visible in the section);

3 - пленочные нагревательные элементы;3 - film heating elements;

4 - токоподводящая шина на другой стороне нагревателя (одна из двух, видимая на разрезе).4 - busbar on the other side of the heater (one of two, visible in the section).

Примером конкретного исполнения прямоугольного плоского нагревателя является нагреватель размером 222×169 мм, выполненный в виде стеклянной пластины толщиной 0,5-1,1 мм с нанесенными на нее с двух сторон пленками ZnO толщиной 1÷2 мкм, с утолщениями до 3 мкм в полосах шириной 2 мм по периметру и с токоподводящими шинами из Cr-Cu-Ni толщиной 1,5 мкм и шириной 1 мм. Нагреватели соединены параллельно для обеспечения выхода на режим, хотя бы и за большее время и с меньшей равномерностью нагрева, в случае нарушения работы одного из пленочных элементов. Подводимая к нагревателю от блока питания постоянного тока напряжением 27 В электрическая мощность составляет 70-140 Вт. Нагреватель наклеивается на переднюю или заднюю стенку жидкокристаллического экрана авиационного дисплея. Время вывода установленного в кабине пилота дисплея на рабочий режим, обеспечивающий коэффициент контраста не менее 200:1 и быстродействие (время реакции + время релаксации) не более 25 мс, при включении нагревателя на полную мощность при температуре окружающего воздуха - 40°C составляет менее 3 мин.An example of a specific embodiment of a rectangular planar heater is a heater measuring 222 × 169 mm, made in the form of a glass plate with a thickness of 0.5-1.1 mm with ZnO films 1 ÷ 2 μm thick applied on both sides, with thickenings up to 3 μm in strips a width of 2 mm around the perimeter and with current-carrying tires made of Cr-Cu-Ni with a thickness of 1.5 μm and a width of 1 mm. Heaters are connected in parallel to provide access to the mode, at least for a longer time and with less uniform heating, in case of malfunction of one of the film elements. The electric power supplied to the heater from a 27 V DC power supply unit is 70-140 W. The heater is glued to the front or back of the aircraft display's LCD screen. The time required to set the display in the cockpit to an operating mode that provides a contrast ratio of at least 200: 1 and speed (reaction time + relaxation time) of no more than 25 ms, when the heater is turned on at full power at an ambient temperature of 40 ° C is less than 3 min

Предлагаемый нагреватель не требует высокотемпературных технологических операций при использовании его для рагидизации жидкокристаллических панелей, обеспечивает равномерный по поверхности нагрев с компенсацией особенностей теплоотвода нагреваемой конструкции, имеет повышенную вибрационную стойкость, высокую надежность, может использоваться без сложных схем питания, прост в изготовлении и применении.The proposed heater does not require high-temperature technological operations when it is used to stiffen liquid crystal panels, provides uniform surface heating with compensation for the heat sink features of the heated structure, has increased vibration resistance, high reliability, can be used without complex power circuits, and is simple to manufacture and use.

Claims

1. The heater is resistive, film, transparent, rectangular, equipped with a power supply and a structural bearing element, characterized in that the means of resistive heating are made in the form of two transparent conductive layers with a given distribution of surface resistance and separated by a transparent dielectric layer, and the current-carrying busbars of the first transparent layers are made on two opposite sides of a rectangular transparent layer in their entire length, and the current-carrying busbars of the second transparent layer are made enes the entire length of two opposite sides of the second rectangular conductive layer, the conductive buses perpendicular to the first conductive layer.

2. The heater according to claim 2, characterized in that each transparent conductive layer along its sides parallel to the current-carrying buses of the other heating layer has strips of a width of 0.5-2.0 of the width of the current-carrying tires, with a surface resistance that is less surface resistance on the remaining surface 1.2-10 times.

3. The heater according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that the transparent dielectric layer is made self-supporting of glass.

4. The heater according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that the dielectric layer is made in the form of a film of a transparent dielectric material, and the supporting element is a heated object.