ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ЭКРАН Российский патент 2007 года по МПК G02F1/1335 G02F1/13357 

Изобретение относится к области систем отображения оптической информации, в частности к конструкции жидкокристаллических экранов (ЖКЭ), применяемых в качестве авиационных индикаторов.

Известны ЖКЭ, система подсветки которых состоит из блока дневной подсветки и блока ночной подсветки, обеспечивающих высокую яркость и контрастность при солнечном освещении и хороший диапазон для снижения яркости при ночной работе. Для использования совместно с приборами ночного видения блок ночной подсветки имеет светофильтр для исключения инфракрасной и ближайшей к ней красной части спектра. (Патенты США №№5,211,463; 5,442,522; 5,886,681; 6,039,451)

Недостатком аналогов является снижение максимальной яркости изображения ЖКЭ при дневном освещении, вызванное частичным поглощением и рассеянием излучения ламп дневной подсветки светопроводом и рассевающими элементами на нем.

Ближайший аналог описан в патенте США №5,143,433.

В нем трубчатые источники света дневной подсветки расположены непосредственно за жидкокристаллической ячейкой (ЖКЯ) с поляризаторами и формирователем светового потока, а блок ночной подсветки расположен за ними. Для увеличения максимальной яркости при дневной подсветке между источниками света дневной и ночной подсветок установлен отражатель с узкими щелями под трубчатыми источниками света. Под этими щелями установлены светильники ночной подсветки, свет от которых попадает на ЖКЯ через светопровод, образованный баллоном трубчатого светильника.

Недостатком прототипа является недостаточная при ночной подсветке однородность яркости ЖКЭ, к которой глаз при низкой яркости особенно чувствителен, а также необходимость изготовления отражателя сложной формы с критичностью к месту расположения щелей, которые к тому же уменьшают жесткость конструкции.

Целью предлагаемого изобретения является повышение однородности ночной подсветки и надежности ЖКЭ.

Указанный технический результат в предлагаемом изобретении достигается тем, что источники света дневной подсветки расположены сразу за ЖКЯ с поляризаторами и формирователем светового потока, за ними расположен отражатель, за отражателем - блок ночной подсветки, причем отражатель имеет отверстия для прохождения света от блока ночной подсветки. Отверстия в отражателе распределены равномерно по его поверхности и имеют площадь, определяемую допустимыми потерями при отражении света ламп дневной подсветки (верхний предел) и достаточную для обеспечения ночной подсветки (нижний предел).

Люминесцентные или светодиодные источники дневной подсветки занимают площадь, малую по сравнению с площадью освещаемой поверхности ЖКЯ, и не препятствуют прохождению света от расположенного за ними блока ночной подсветки. Области полутени, отбрасываемые ими, нивелируются тем, что прозрачные корпуса светильников, как и в прототипе, выполняют функцию светопровода для света ночной подсветки, а расположенный за светильниками дневной подсветки отражатель имеет отверстия, характерный размер которых обеспечивает дифракционное рассеяние света ночной подсветки. Указанное дифракционное рассеяние в предлагаемом изобретении обеспечивается тем, что отверстия в отражателе имеют характерный размер в пределах от где λ - максимальная длина волны видимого света, a L - расстояние от отражателя до ЖКЯ.

Если, например, отверстие круглое и не соблюдается первое условие, то против отверстия световое пятно становится ярче и колец не будет, а если не соблюсти второе условие, то дифракция не будет заметно влиять на картину.

Для исключения оптических аномалий, в т.ч. коллективных интерференционных явлений от множества отверстий, приводящих к неравномерной освещенности ЖКЯ, в предлагаемом устройстве отверстия распределены по отражателю нерегулярно.

Для применения совместно с приборами ночного видения в предлагаемом ЖКЭ, как и в аналогах, использован источник света, снабженный светофильтром для удаления инфракрасной и близкой к инфракрасной составляющих спектра длин волн или выбранный из класса источников, не излучающих на этих длинах волн.

Схемы управления блоками дневной и ночной подсветок - независимые, что позволяет использовать блоки как совместно (в т.ч. с автоматическим переключением при регулировке яркости), так и порознь.

На чертеже изображен вариант предлагаемого изобретения.

Цифрами обозначены: 1 - блок ночной подсветки, 2 - блок дневной подсветки, 3 - ЖКЯ с поляризаторами, 4 - пакет оптических пленок для формирования светового потока, 5 - отражатель с отверстиями, 6 - лампы дневной подсветки, 7 - световой поток в дневном режиме подсветки, 8 - отражатель ламп ночной подсветки, 9 - лампы ночной подсветки, 10 - ИК-светофильтр, 11 - светопроводный блок, 12 - распределенный отражатель, 13 - сплошной отражатель, 14 - световой поток в ночном режиме работы, 15 - корпус модуля подсветки.

Примером конкретного исполнения предлагаемого изобретения может служить ЖКЭ с размером изображения 132,5×99,4 мм (6,5 дюймов по диагонали), разрешающая способность 640×480 полноцветных элементов изображения. В качестве отражателя задней подсветки дневного режима работы ЖКЭ использована световая коробка, стенки и дно которой покрыты белой светотехнической эмалью с коэффициентом отражения 90÷94%.

Отражающие стенки компенсируют уменьшение яркости по периметру ЖКЭ.

На расстоянии 2 мм от отражателя и 18 мм от освещаемой поверхности ЖКЯ расположены 6 электролюминесцентных ламп с холодными катодами диаметром 3 мм и длиной 145 мм, суммарная потребляемая мощность которых 9 Вт. Отражатель имеет по 11 случайным образом расположенных отверстий на каждом квадратном сантиметре (не в среднем!). Диаметр отверстий составляет 0,3±0,1 мм, то есть находится в пределах от т.к. в данном примере λ=0,6 мкм, a L=18 мм.

В качестве блока задней подсветки ночного режима работы ЖКЭ использован плоский светопровод, изготовленный из органического стекла, например, СО-133К толщиной 3 мм. Вдоль двух длинных сторон светопровода на расстоянии 2,0 мм расположены 2 электролюминесцентные лампы диаметром 2,2 мм и длиной 145 мм, суммарная потребляемая мощность которых 2,4 Вт.

Максимальная яркость белого изображения на ЖКЭ в дневном режиме составляет 1280 кд/м². Минимальная яркость белого изображения на ЖКЭ в дневном режиме составляет 5 кд/м².

Максимальная яркость белого изображения на ЖКЭ в ночном режиме без ИК-светофильтров составляет 18 кд/м². Минимальная яркость белого изображения на ЖКЭ в ночном режиме без ИК-светофильтров составляет 0,1 кд/м².

Максимальная яркость белого изображения на ЖКЭ в ночном режиме с ИК-светофильтрами составляет 6 кд/м². Минимальная яркость белого изображения на ЖКЭ в дневном режиме составляет 0,06 кд/м².

Изобретение относится к области систем отображения оптической информации, в частности к конструкции жидкокристаллических экранов (ЖКЭ), применяемых в качестве авиационных индикаторов. Технический результат - повышение однородности ночной подсветки и надежности ЖКЭ. Достигается тем, что в ЖКЭ источники света дневной подсветки расположены сразу за жидкокристаллической ячейкой (ЖКЯ) с поляризаторами и формирователем светового потока, за ними расположен отражатель, за отражателем - блок ночной подсветки, причем отражатель имеет отверстия для прохождения света от блока ночной подсветки. Отверстия в отражателе распределены равномерно по его поверхности и имеют площадь, определяемую допустимыми потерями при отражении света ламп дневной подсветки и достаточную для обеспечения ночной подсветки. Для исключения оптических аномалий отверстия распределены по отражателю нерегулярно и имеют, для повышения равномерности освещения за счет дифракционного рассеяния, размер в пределах от √(λL) до 10√(λL), где λ - максимальная длина волны видимого света, a L - расстояние от отражателя до подсвечиваемой поверхности ЖКЭ. Для использования совместно с приборами ночного видения из спектра ночной подсветки исключены инфракрасная и ближайшая к ней красная части. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Жидкокристаллический экран, включающий жидкокристаллическую ячейку (ЖКЯ) с поляризаторами и формирователем светового потока, блоки дневной и ночной подсветки, электронные схемы управления блоками подсветки, ЖКЯ и изображением, формируемым с ее помощью, отличающийся тем, что блок ночной подсветки расположен за блоком дневной подсветки, а между ними установлен отражатель с равномерно распределенными по его площади круглыми отверстиями, имеющими характерный размер в пределах от до где λ - максимальная длина волны видимого света, L - расстояние от отражателя до ЖКЯ.2. Экран по п.1, отличающийся тем, что количество отверстий в отражателе обеспечивает требуемую равномерность освещения ЖКЯ, а общая площадь отверстий определена допустимыми потерями при отражении света ламп дневной подсветки и необходимым уровнем яркости изображения в ночном режиме.3. Экран по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что использован блок ночной подсветки, спектр излучения которого не содержит инфракрасной и близкой к ней красной областей.