Жидкокристаллический дисплей

Изобретение относится к области электромагнитной защиты, а именно к электромагнитной защите электронных приборов, и может быть использовано при проектировании жидкокристаллических дисплеев (ЖКД). Технический результат - создание ЖКД, в котором встроенная в устройство подсветки (УП) экранирующая сетка позволяет с одной стороны эффективно пропускать свет от УП и одновременно с этим обеспечивает электромагнитную (ЭМ) безопасность такого ЖКД, а также создание ЖКД с заземленной проводящей сеткой, имеющей период ячеек в диапазоне от 50 до 150 мм, расположенной внутри УП и обеспечивающей эффективное экранирование ЭМ шума ЖКД в диапазоне частот от 10 до 200 МГц без существенного ущерба для однородности подсветки. Технический результат достигается тем, что в жидкокристаллический дисплей, включающий в себя корпус, жидкокристаллический модулятор света, содержащий строчные и колонные управляющие электроды, устройство подсветки, источник света и диффузную пластину, между диффузной пластиной и источником света помещена металлическая проволока. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области электромагнитной защиты, а именно к электромагнитной защите электронных приборов, и может быть использовано при проектировании жидкокристаллических дисплеев (ЖКД).

Известно, что электронные устройства излучают электромагнитные (ЭМ) волны. В зависимости от мощности, электромагнитное излучение (ЭМИ) может влиять на работу окружающих электронных приборов. Поэтому для предотвращения вредных эффектов паразитного ЭМИ требуется сертифицировать оборудование по стандарту ЭМ совместимости, например по стандарту FCC (US Federal Communications Commission).

В частности, известно, что функционирующие ЖКД являются источниками паразитного ЭМИ. Типичная панель ЖКД (фиг.1.1) состоит из активной матрицы (AM) 1, устройства 2 подсветки (УП) и схем управления AM и УП, соединенных с источником питания (не показаны). Типичное УП в ЖКД панели большого формата может содержать диффузную пленку 3, пленку 4, улучшающую яркость (BEF - brightness enhancement film), двойную пленку 5, улучшающую яркость (DBEF - dual brightness enhancement film), диффузную пластину 6, лампы 7 (или светодиоды), отражатель 8.

Известно, что в типичном ЖКД большого формата УП имеет толщину порядка нескольких сантиметров, и управляющие электроды AM ЖКД расположены довольно далеко от заземленной задней плоскости УП. Подобная ЭМ защита ЖКД недостаточно эффективна в случае панелей с размером диагонали более 30 дюймов, так как длина горизонтальных и вертикальных электродов велика, и при приложении электрического поля к AM они начинают излучать ЭМ волны, что может повлиять на функционирование окружающих приборов. С другой стороны, лампы УП (например, широко распространенные лампы с холодным катодом - CCFL), а также платы питания УП и AM могут производить паразитный ЭМ шум во время работы.

Известно, что если диффузную пленку совместить с проводящей сеткой (см. выложенную патентную заявку США 20040004684 [1]), то можно получить диффузор, обладающий способностью гасить мощность проходящих через него электромагнитных волн. Однако данный метод недостаточно эффективен, если размер ячеек сетки плохо коррелирует с диапазоном экранируемых ЭМ волн.

Наиболее близким к заявленному изобретению является жидкокристаллический дисплей имеющий электромагнитный защитный элемент (см. патент США 7030546 [2]), в котором проблема паразитной ЭМ связи между лампами УП и AM ЖКД решается путем введения диффузной пластины, содержащей проводящий экран, который заземлен на корпус устройства. Данная система выбрана в качестве прототипа заявленного изобретения.

Недостатками указанных выше аналога и прототипа заявленного изобретения являются отсутствие данных о влиянии размеров ячеек сетки на ее экранирующую способность, а также сложность и дороговизна изготовления.

Задачей заявленного изобретения является создание ЖКД, в котором встроенная в УП экранирующая сетка позволяет с одной стороны эффективно пропускать свет от УП, и одновременно с этим обеспечивает ЭМ безопасность такого ЖКД.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание ЖКД с заземленной проводящей сеткой, имеющей период ячеек в диапазоне от 50 до 150 мм, расположенной внутри УП и обеспечивающей эффективное экранирование ЭМ шума ЖКД в диапазоне частот от 10 до 200 МГц без существенного ущерба для однородности подсветки.

Существо изобретения состоит в разработке усовершенствованной конструкции жидкокристаллического дисплея, включающего в себя жидкокристаллический модулятор света, содержащий строчные и колонные управляющие электроды, устройство подсветки, источник света и диффузную пластину, в котором между диффузной пластиной и источником света помещена металлическая проволока

В качестве источника света используется либо лампа, либо светодиод.

Что касается характеристик металлической проволоки, то экспериментально установлено, что для оптимальной реализации заявляемого изобретения важно, чтобы металлическая проволока имела поперечный размер в диапазоне от 0,1 до 0,5 мм, при этом металлическая проволока может быть выполнена либо методом вырезания из листа, либо выполнена методом печати, либо выполнена методом наматывания.

Важно также, чтобы металлическая проволока была расположена отрезками, которые лежат в плоскости дисплея параллельно один другому на расстоянии до 150 мм.

Целесообразно также, чтобы металлическая проволока была расположена отрезками, которые лежат в плоскости дисплея в виде прямоугольной сетки так, что часть отрезков параллельна как один другому, так и строчным управляющим электродам дисплея, а остальная часть отрезков параллельна как один другому, так и колонным управляющим электродам дисплея, и все отрезки расположены на расстоянии до 150 мм.

В заявляемой конструкции следует обратить внимание на то, чтобы металлическая проволока либо соприкасалась, либо была встроена в диффузную пластину, либо приклеена к упомянутой диффузной пластине.

Необходимо также, чтобы металлическая проволока была заземлена.

Для лучшего понимания настоящего изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими чертежами.

Фиг.1 - традиционная (вид 1.1) и усовершенствованная в данном изобретении (вид 1.2) структуры ЖКД, где 1 - AM ЖКД, 2 - УП, 3 - диффузная пленка, 4 - BEF, 5 - DBEF, 6 - диффузная пластина, 7 - лампы, 8 - отражатель, 9 - заземленная проводящая проволока.

Фиг.2 - оцениваемая измеренная нормализованная огибающая ЭМИ шума для ЖКД панели размером 46" и расчетная эффективность излучения идеальной проводящей антенны (все огибающие шума были измерены для линейной вертикальной антенны монополя и была произведена оценка по мощности излучательной эффективности в вертикальной плоскости - спектр излучения нормализован на максимальную величину излучения), где

21 - измеренная огибающая спектра ЭМИ шума от УП ЖКД,

22 - измеренная огибающая спектра ЭМИ шума от управляющих электродов AM ЖКД,

23 - суммарная измеренная огибающая спектра ЭМИ шума от УП ЖКД и управляющих электродов AM ЖКД,

24 - расчетная излучательная эффективность идеального проводника,

25 - относительное спектральное распределение мощности паразитного ЭМИ шума от УП ЖКД и AM ЖКД 23, помноженное на расчетную излучательную эффективность идеального проводника 24.

Фиг.3 - модель сетки, где:

31 - прямоугольная сетка,

32 - ЖКД матрица с управляющими электродами,

33 - заземленная задняя плоскость,

34 - лампы УП,

35 - эквивалентный генератор шума, симулирующий шум от управляющих электродов ЖКД,

36 - эквивалентный генератор шума, симулирующий шум от УП ЖКД,

37 - излучение от ламп проходящее через AM ЖКД,

38 - фронтальное излучение от управляющих электродов ЖКД,

а - горизонтальный период сетки,

b - вертикальный период сетки,

d1 - расстояние от сетки до плоскости управляющих электродов ЖКД,

d2 - расстояние от сетки до заземленной задней плоскости ЖКД 33.

Фиг.4 - спектр ослабления сетки в вертикальной плоскости для разных 20 размеров (верт. × гориз.) ячейки сетки (по отношению к излучению ЖКД панели без сетки), где:

41 - ослабление излучения от AM ЖКД для сетки с ячейкой размером 200×285 мм,

42 - ослабление излучения сквозь AM ЖКД для сетки с ячейкой размером 200×285 мм,

43 - ослабление излучения от AM ЖКД для сетки с ячейкой размером 100×140 мм,

44 - ослабление излучения сквозь AM ЖКД для сетки с ячейкой размером 100×140 мм,

45 - ослабление излучения от AM ЖКД для сетки с ячейкой размером 50×70 мм,

46 - ослабление излучения сквозь AM ЖКД для сетки с ячейкой размером 50×70 мм,

47 - ослабление излучения от и сквозь AM ЖКД для сетки с ячейкой размером 25×35 мм.

Проволочная сетка 9, показанная на фиг.1.2, создает блокирующий экран против ЭМИ шума испускаемого лампой (или светодиодом) УП, электродами AM ЖКД, а также платами питания, управления AM ЖКД и лампами подсветки. Также сетка 9 понижает импеданс управляющих электродов AM ЖКД, что в результате снижает ЭМИ от данных электродов.

Проведенное исследование ЭМИ шума ЖКД панели позволило оценить спектр шума излучаемого ЖКД панелью и составить эквивалентную компьютерную модель, которая позволила подобрать параметры экранирующей сетки. В частности, компьютерный расчет позволил оценить спектр и излучательную эффективность отдельно управляющего электрода и УП для ЖКД модели с диагональю размером 46 дюймов. Известно, что излучательная эффективность управляющих электродов ЖКД пропорциональна коэффициенту усиления эквивалентного проводящего антенного монополя. Таким образом, был проведен расчет спектрального коэффициента усиления в вертикальной плоскости для вертикального антенного монополя имеющего длину, которая соответствует высоте панели. Затем коэффициент усиления был пересчитан в спектральную излучательную эффективность и представлен на фиг.2. Кривые 21-25 на фиг.2 нормализованы на собственные максимальные значения. Широкополосный спектральный усредненный шум, описываемый огибающей 21, вызван CCFL лампами УП, которые в расчете рассматривались как проводники. Далее широкополосный спектральный усредненный шум, описываемый огибающей 22, вызван управляющими электродами ЖКД матрицы. Огибающие 21 и 22 шума, усредненные по времени, складываются в огибающую 23 шума. Далее спектральная мощность управляющих сигналов, подаваемых на ЖКД и УП панели 23, была помножена на излучательную эффективность 24 проводника и была получена итоговая огибающая 25 шума. Огибающая 25 связана с паразитным шумом, который может быть устранен соответствующей ЭМИ экранировкой. При этом шум с огибающей 25 является критичным в диапазоне частот от 10 до 200 МГц и является характерным для ЖКД панелей среднего и большого размеров диагонали, что доказано экспериментально. Таким образом, выполненное компьютерное моделирование отражает общую природу ЭМИ шума в ЖКД панелях.

Одним из способов защиты панели от паразитного ЭМИ является сеточный экран или сетка. Такая сетка может быть выполнена в виде линейно натянутых проводов (например, как показано на фиг.1.2) или в прямоугольном виде (см. фиг.3). Параметры сетки определяются частотным диапазоном подавляемого шума и оптическими характеристиками УП, так как сетка может уменьшать апертуру и однородность освещения.

На примере, показанном на фиг.3, проиллюстрировано расчетное ослабление, которое производит прямоугольная сетка, включенная в состав УП для ЖКД с размером диагонали 46 дюймов. Сетка 31 имеет следующие параметры: горизонтальный период а, вертикальный период b, диаметр проволоки D (не показан), расстояние между сеткой и управляющим электродом ЖКД d1, расстояние между сеткой и заземленной плоскостью корпуса ЖКД d2. Сетка 31 из проволоки, имеющей диаметр D=0.1 мм, была расположена между источником света 34 и AM ЖКД 32 на расстоянии d1=1 см и d2=3 см. Отрезки проволоки были расположены параллельно вертикальным и горизонтальным электродам ЖКД матрицы, соответственно. Далее с помощью компьютерного пакета моделирования NEC (Numeric Electromagnetic Currents) параметры сетки а и b были оптимизированы.

В данной модели были использованы два основных источника шума ЭМИ: управляющие электроды 32 ЖКД и лампу 34 УП (здесь, CCFL). Упомянутые источники шума были эквивалентно смоделированы соответствующими генераторами шума: генератор 35 шума находился между заземленной плоскостью 33 и управляющими электродами 32 ЖКД, генератор 36 шума находился между заземленной плоскостью 33 и лампами 34. Спектр 37 шума, излучаемый УП, и спектр 38 шума, излучаемый электродами ЖКД, соответствуют кривым 21 и 22 на фиг.2, соответственно.

Уровень шума ЭМИ построенной модели ЖКД с сеткой 31 был сравнен с уровнем шума ЖКД модели без сетки 31, и разница, т.е. коэффициент ослабления сетки, была приведена на фиг.4, где показаны спектральные коэффициенты ослабления сеток с различными периодами от 25 до 285 мм. Кривая 41 соответствует ослаблению излучения от AM ЖКД 38 сеткой с ячейкой размером 200×285 мм, кривая 42 - ослаблению излучения 37 сквозь AM ЖКД для сетки с ячейкой размером 200×285 мм, кривая 43 - ослаблению излучения 38 от AM ЖКД для сетки с ячейкой размером 100×140 мм, кривая 44 - ослаблению излучения 37 сквозь AM ЖКД для сетки с ячейкой размером 100×140 мм, кривая 45 - ослаблению излучения от AM ЖКД 38 для сетки с ячейкой размером 50×70 мм, кривая 46 - ослаблению излучения 37 сквозь AM ЖКД для сетки с ячейкой размером 50×70 мм, кривая 47 - ослаблению излучения 37 от и сквозь AM ЖКД для сетки с ячейкой размером 25×35 мм.

Таким образом, было установлено, что сетка с периодом от 50 до 150 мм (для обоих - горизонтального а и вертикального b периодов) и диаметром проволоки D в диапазоне от 0,1 до 0,5 мм является оптимальной с точки зрения эффективности ослабления экранируемого ЭМИ шума и обеспечения характеристик УП ЖКД. Так, коэффициент ослабления до -10 дБ достигается в диапазоне от 35 до 190 МГц, и коэффициент ослабления до -20 дБ достигается в диапазоне частот от 55 до 120 МГц.

Важно отметить, что, в случае, когда УП содержит светодиоды или другие типы источников света, сетка также является эффективным экраном против ЭМИ, испускаемого такими источниками света.

Рассмотрим конкретные примеры выполнения заявленного изобретения (Фиг.3).

Пример 1.

В ЖКД панели с размером диагонали 46 дюймов (модель Samsung LTA46), имеющую УП на базе CCFL ламп, на расстоянии 10 мм от плоскости управляющих электродов AM ЖКД была натянута прямоугольная сетка из металлической проволоки диаметром D=0,1 мм и заземлена. Период между отрезками проволоки равнялся а=285 мм и b=200 мм расположенных параллельно строчным и колонным электродам ЖКД. Описанная сетка обеспечивает экранирование ЭМИ шума максимально до -12 дБ.

Пример 2.

В ЖКД панели с размером диагонали 46 дюймов (модель Samsung LTA46), имеющую УП на базе CCFL ламп на расстоянии 10 мм от плоскости управляющих электродов AM ЖКД была натянута прямоугольная сетка из металлической проволоки диаметром D=0,1 мм и заземлена. Период между отрезками проволоки равнялся а=50 мм и b=70 мм, расположенных параллельно строчным и колонным электродам ЖКД. Описанная сетка обеспечивает экранирование ЭМИ шума максимально до -25 дБ.

Технология совместима с современной технологией массового производства УП ЖКД и ЖКД. Упомянутая сетка может быть изготовлена методом печати, наматывания проволоки, или вырезания из листа фольги и затем встроена в ЖКД путем приклеивания к диффузной пластине или вложения в УП ЖКД. Полученную сетку заземляют для достижения максимального эффекта экранирования паразитного ЭМИ.

Хотя указанные выше варианты выполнения изобретения были изложены с целью иллюстрации настоящего изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящего изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.

1. Жидкокристаллический дисплей, включающий в себя корпус, жидкокристаллический модулятор света, содержащий строчные и колонные управляющие электроды, устройство подсветки, источник света и диффузную пластину, в котором между диффузной пластиной и источником света помещена металлическая проволока.

2. Жидкокристаллический дисплей по п.1, отличающийся тем, что источник света содержит лампу.

3. Жидкокристаллический дисплей по п.1, отличающийся тем, что источник света содержит светодиод.

4. Жидкокристаллический дисплей по п.1, отличающийся тем, что металлическая проволока имеет поперечный размер от 0,1 до 0,5 мм.

5. Жидкокристаллический дисплей по п.1, отличающийся тем, что металлическая проволока расположена отрезками, которые лежат в плоскости дисплея параллельно один другому на расстоянии до 150 мм.

6. Жидкокристаллический дисплей по п.1, отличающийся тем, что металлическая проволока расположена отрезками, которые лежат в плоскости дисплея в виде прямоугольной сетки так, что часть отрезков параллельна как один другому, так и строчным управляющим электродам дисплея, а остальная часть отрезков параллельна как один другому, так и колонным управляющим электродам дисплея, и все отрезки расположены на расстоянии до 150 мм.

7. Жидкокристаллический дисплей по п.1, отличающийся тем, что металлическая проволока выполнена методом вырезания из листа.

8. Жидкокристаллический дисплей по п.1, отличающийся тем, что металлическая проволока выполнена методом наматывания.

9. Жидкокристаллический дисплей по п.1, отличающийся тем, что металлическая проволока соприкасается либо встроена в упомянутую диффузную пластину.

10. Жидкокристаллический дисплей по п.1, отличающийся тем, что металлическая проволока приклеена к упомянутой диффузной пластине.

11. Жидкокристаллический дисплей по п.1, отличающийся тем, что металлическая проволока заземлена.