RU46865U1 - Матричная светодиодная система для подсветки жидкокристаллического индикатора - Google Patents

Abstract

Полезная модель направлена на увеличение яркости, равномерности и стабильности свечения жидкокристаллического индикатора. Указанный технический результат достигается тем, что матричная светодиодная система для подсветки жидкокристаллической панели, 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, которая выполнена из последовательно расположенных воздушного слоя, диффузно рассеивающего слоя, прозрачного световодного слоя, первого призматического слоя и второго призматического слоя, при этом диффузно рассеивающий слой установлен над светодиодами на расстоянии, которое рассчитывают по формуле

где α - угловая апертура излучения светодиода;

r - интервал расположения светодиодов в матрице.

Светодиоды по питанию объединены в М групп, в каждой из которых светодиоды включены последовательно и запитаны от раздельных выходов блока управления режимами светодиодов, который содержит датчик температуры, установленный на печатной плате, регулятор яркости, М регуляторов тока и блок формирования режимов светодиодов, при этом выход датчика температуры и выход регулятора яркости соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования режимов светодиодов, выход которого соединен с входами М регуляторов тока, выходы которых являются выходами блока управления режимами светодиодов. В матричной светодиодной системе за счет предложенной светоформирующей структуры и схемы управления токами светодиодов более полно используется световой поток светодиодов, обеспечивается равномерность и стабильности свечения жидкокристаллического индикатора.

Description

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 подсветки ЖКИ, отличающиеся разньм конструктивным построением (US 2004151006, МПК G 02 F 1/1335, H 04 J 33/00,2004; US 2004008474, МПК G 06 F 1/116, G 02 F 1/1333, 2004; WO 03021565, МПК G 09 G 3/34, 2003).

Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату является матричная светодиодная система подсветки по заявке (US 2004228107, МПК F 21 V 7/04, 2004), которая содержит печатную плату, N светодиодов, размещенных в виде матрицы на печатной плате, покрытой в промежутках между диодами слоем диффузно отражающего материала. Над печатной платой расположена светоформирующая слоистая структура, содержащая светопроводящий материал, покрывающий печатную плату, при этом светодиоды внедрены в светопроводящий материал, первый диффузный слой, первый линзовый слой, второй линзовый слой и второй диффузный слой. На поверхности или в объёме светопроводящего материала внедрены рассеивающие элементы. В указанной матричной светодиодной системе подсветки частично решена проблема по обеспечению однородности распределения светового потока по полю 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 матричной светодиодной системы подсветки ЖКИ с более широкими функциональными возможностями: повышении яркости и

однородности распределения светового потока по полю ЖКИ, его временной и температурной стабильности.

Поставленная задача с достижением упомянутого выше технического результата решается тем, что в 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, светоформирующая слоистая структура выполнена из последовательно расположенных воздушного слоя, диффузно рассеивающего слоя, прозрачного световодного слоя и двух призматических слоев, при этом диффузно рассеивающий слой установлен над светодиодами на расстоянии l, которое рассчитывают по формуле

где α - угловая апертура излучения светодиода;

r - интервал расположения светодиодов в матрице.

Технический результат достигается также тем, что N светодиодов по питанию объединены в М групп, в каждой из которых светодиоды включены последовательно и запитаны от раздельных выходов блока управления режимами светодиодов, который содержит датчик температуры, установленный на печатной плате, регулятор яркости, М регуляторов тока и блок формирования режимов светодиодов, при этом выход датчика температуры и выход регулятора яркости соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования режимов светодиодов, выход которого соединен с входами М регуляторов тока, выходы которых являются выходами блока управления режимами светодиодов.

Количество светодиодов N, установленных на печатной плате, рассчитывают по формуле:

а количество групп светодиодов М рассчитывают по формуле:

где: L_o - заданная яркость светодиодной системы подсветки ЖКИ [кд/м² ];

S - площадь светоизлучающей поверхности систем подсветки [м²];

I_LSD - интенсивность излучения одного светодиода [кд];

N_гр - количество последовательно включенных светодиодов в группе.

Диффузно рассеивающий слой выполнен из жесткого листового диффузно рассеивающего полиметилакрилата.

Прозрачный световодный слой может быть выполнен из жесткого листового прозрачного полиметилакрилата или в виде воздушного промежутка.

Повышение яркости и однородности распределения светового потока по полю ЖКИ обеспечивается за счет более полного использования светового потока светодиодов путем согласования угловых апертур светодиодов и использования светоформирующей слоистой структуры с меньшими потерями, а также временной и температурной стабилизации тока светодиодов.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображено:

на фиг.1 - конструкция заявляемой матричной светодиодной системы;

на фиг.2 - размещение светодиодов в виде матрицы на печатной плате;

на фиг.3 - рисунок, иллюстрирующий формирование однородного светового потока;

на фиг.4 - структурная электрическая схема блока управления режимами светодиодов.

Матричная светодиодная система (фиг.1) содержит печатную плату 1, N светодиодов 2, расположенных в виде матрицы на печатной плате 1, которая покрыта в промежутках между светодиодами слоем диффузно отражающего материала 3, и светоформирующую слоистую структуру, которая выполнена из последовательно расположенных воздушного слоя 4, диффузно рассеивающего слоя 5, прозрачного световодного слоя 6, первого призматического слоя 7 и второго призматического слоя 8. Диффузно рассеивающий слой 5 установлен над светодиодами 2 на расстоянии, которое рассчитывают по формуле (1). В качестве диффузно рассеивающего слоя 5 применяют пластину из жесткого листового диффузно рассеивающего материала, например, полиметилакрилата.

Прозрачный световодный слоя 6 может быть выполнен из жесткого листового прозрачного материала, например, полиметилакрилата или в виде воздушного промежутка.

Светодиоды по питанию объединены в М групп, в каждой из которых свето диоды включены последовательно и запитаны от раздельных выходов блока 12 управления режимами светодиодов. Количество N установленных на печатной плате 1

светодиодов 2 рассчитывают по формуле (2), а количество М групп светодиодов - по формуле (3).

Блок 9 содержит датчик 10 температуры, установленный на печатной плате 1, регулятор 11 яркости, блок 12 формирования режимов светодиодов и М регуляторов 13 тока. Выход датчика 10 температуры и выход регулятора 11 яркости соединены соответственно с первым и вторым входами блока 12 формирования режимов светодиодов, выход которого соединен с входами М регуляторов 13 тока, выходы которых являются выходами блока 9.

Датчик 10 температуры, установленный на печатной плате 1 (на чертеже не показан), практически измеряет температуру светодиодов 2.

Устройство работает следующим образом.

В ЖКИ пропускающего типа свет, излучаемый системой подсветки, поступает сквозь жидкокристаллическую панель с задней стороны. Более полное использование излучаемого светодиодами светового потока обеспечивается за счет согласования по формуле (1) угловых апертур светодиодов 2 и расстояния до диффузно рассеивающего слоя 5, а также за счет размывания и взаимного перекрытия световых пятен на поверхности прозрачного светопроводящего слоя 6 (см. фиг.3), что обеспечивается заданием толщины слоя 6.

Первый 7 и второй 8 призматические слои 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 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, которое рассчитывают по формуле (2). Так, например, для обеспечения яркости свечения системы подсветки L_o=10000 кд/м² при интенсивности свечения одного светодиода I_LCD=8 кд и площади светоизлучающей

поверхности поля ЖКИ, соответствующего 10-ти дюймовому индикатору, требуется не менее 48 светодиодов.

Одинаковая яркость свечения светодиодов обеспечивается за счет равенства токов, протекающих через светодиоды, при их последовательном включении. Питание светодиодов и стабилизация тока обеспечивается регуляторами 13 тока. Необходимость разбиения светодиодов на М групп и их подключение к отдельным М регуляторам 13 тока связана с техническими возможностями выпускаемых промышленностью регуляторов тока. Регуляторы тока (например, DC/DC конвертор LT 1618) обеспечивают питание до 6 последовательно включенных светодиодов. В рассматриваемом примере М=8.

Управляющее напряжение, поступающее на вход регуляторов 13 тока, формируется в блоке 12 и определяется величиной сигнала от датчика 10, измеряющего температуру светодиодов 2, и величиной сигнала от регулятора 11 яркости, что обеспечивает регулировку яркости и температурную стабилизацию светового излучения системы подсветки. Блок 12 может быть выполнен на универсальном микроконтроллере.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемой полезной модели, подтвержден экспериментально. При применении в 10-ти дюймовом ЖКИ заявляемой светодиодной подсветки с 48-ю светодиодами, вместо системы подсветки на основе 8-и флуоресцентных ламп с холодным катодом, обеспечивается увеличение яркости излучения ЖКИ в 1,5 раза при одинаковой потребляемой мощности. При этом обеспечивается лучшая равномерность яркости по полю ЖКИ со спадом в периферийных 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.

Claims (6)

1. Матричная светодиодная система для подсветки жидкокристаллической панели, 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, отличающаяся тем, что светоформирующая структура выполнена из последовательно расположенных воздушного слоя, диффузно рассеивающего слоя, прозрачного световодного слоя, первого призматического слоя и второго призматического слоя, при этом диффузно рассеивающий слой установлен над светодиодами на расстоянии, которое рассчитывают по формуле

где α - угловая апертура излучения светодиода;

r - интервал расположения светодиодов в матрице.

2. Матричная светодиодная система по п.1, отличающаяся тем, что N светодиодов по питанию объединены в М групп, в каждой из которых светодиоды включены последовательно и запитаны от раздельных выходов блока управления режимами светодиодов, который содержит датчик температуры, установленный на печатной плате, регулятор яркости, М регуляторов тока и блок формирования режимов светодиодов, при этом выход датчика температуры и выход регулятора яркости соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования режимов светодиодов, выход которого соединен с входами М регуляторов тока, выходы которых являются выходами блока управления режимами светодиодов.

3. Матричная светодиодная система по п.2, отличающаяся тем, что количество светодиодов N, установленных на печатной плате, рассчитывают по формуле

а количество групп светодиодов М рассчитывают по формуле

где L_o - заданная яркость светодиодной системы подсветки ЖКП [кд/м];

S - площадь светоизлучающей поверхности систем подсветки [м²];

I_LSD - интенсивность излучения одного светодиода [кд];

N_гр - количество последовательно включенных светодиодов в группе.

4. Матричная светодиодная система по п.1, отличающаяся тем, что диффузно рассеивающий слой выполнен из жесткого листового диффузно рассеивающего полиметилакрилата.

5. Матричная светодиодная система по п.1, отличающаяся тем, что прозрачный световодный слой выполнен из жесткого листового прозрачного полиметилакрилата.

6. Матричная светодиодная система по п.1, отличающаяся тем, что прозрачный световодный слой выполнен в виде воздушного промежутка.