一种矿用大尺寸本质安全型液晶显示屏的制作方法
专利名称：一种矿用大尺寸本质安全型液晶显示屏的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种矿用安全显示装置，具体的说，是涉及一种适用于煤矿井下等工作环境含有爆炸性气体的场所中的液晶显示装置。
背景技术：
液晶显示屏，由于其外形尺寸小、耗电量低、无辐射、平面直角显示以及影像不闪烁的优势，成为当前主流的显示设备。煤矿井下存在瓦斯等爆炸性气体，常规的液晶显示屏由于不符合防爆要求无法直接应用。目前，煤矿井下应用的液晶显示屏分为本质安全型和隔爆型两种，前者由于电压和功率的本安要求限制使得屏幕尺寸较小，一般小于7英寸，适合少量数据的显示；后者封闭在由金属壳体和玻璃板组成的密封腔体内，不仅体积大、重量重，而且安装使用极不方便。下面对常规大尺寸液晶显示屏不能应用于煤矿井下的原因作出分析液晶显示屏是被动发光型的显示器件，需借助背光灯来实现屏幕的发光，因此要显示色彩丰富的优质图像，要求背光灯具有宽光谱。液晶屏的背光光源通常采用光谱范围较宽的冷阴极荧光灯。冷阴极荧光灯是气体放电发光器件，构造类似普通日光灯，不同之处是采用了无需加热即可发射电子的冷阴极代替钨丝等热阴极，且灯管内充有低气压汞气。在强电场的作用下，冷阴极发射电子使灯管内的汞原子激发和电离，产生灯管电流并辐射出 253. 7nm紫外线，再激发管壁上的荧光粉涂层而发光。冷阴极荧光灯是一个高非线性负载， 其触发电压是工作电压的三倍。冷阴极荧光灯启动时，当电压没有达到触发值时，灯管呈正电阻，达到触发值时灯管内部发生电离放电产生电流，灯管两端电压下降呈负阻特性，因此冷阴极荧光灯触发点亮后，电路上必须设置限流装置，将灯管工作电流限制在一个额定值上，否则电流过大会烧毁灯管，电流过小亮度又难以维持。冷阴极荧光灯的供电电源必须是交流正弦800V 1600V，频率40KHz ΙΟΟΚΗζ，电压远远超过矿用本质安全型设备的允许电压。以12英寸液晶显示屏为例，当亮度为400流明时功耗大于15W，就已经无法满足矿用本质安全设备的要求。
发明内容为了解决背景技术中提出的现有技术问题，本实用新型提供一种矿用大尺寸本质安全型液晶显示屏，该种矿用大尺寸本质安全型液晶显示屏能够用于存在爆炸性气体场合，具有使用方便、安全可靠的特点。本实用新型的技术方案是该种矿用大尺寸本质安全型液晶显示屏，包括液晶屏幕及数字信号驱动电路，此外，所述液晶显示屏还包括一个并联的有机发光二极管背光阵列、一个背光供电电路以及一个背光控制电路；其中，所述有机发光二极管背光阵列作为所述液晶屏幕的背光光源，向所述液晶屏幕输出图像显示信号。所述背光供电电路由输入电路、变换电路和输出电路构成，其中，输入电路用于将输入的交流电转化为符合要求的开关电源直流电，变换电路用于对带有功率的电源波形进行斩波调制，输出电路将用于输出电压整流成脉动直流并平滑成低纹波直流电压，所述背
3光供电电路将由输入端输入的交流工作电源输入信号转换成5V直流电源信号输出。所述背光控制电路由基准电源电路、采样电路、比较放大电路、V/F转换电路、振荡器、基极驱动电路构成，其中，基准电源电路提供电压基准，采样电路采样所述背光供电电路的输出电压，比较放大电路比较前述采样信号和基准信号后产生误差信号，V/F转换电路将此误差信号转换为频率信号，振荡器将此频率信号转换为高频振荡信号，所述基极驱动电路在数字信号驱动电路的控制下把调制后的高频振荡信号转换成控制信号，用于控制前述变换电路中的电源PMW电路；所述背光控制电路按照所述数字信号驱动电路提供的调制信号调制矩形脉冲，控制所述有机发光二极管背光阵列中二极管的开关频率，并同时调节输出电流以控制二极管的亮度。所述数字信号驱动电路将由输入端输入的视频信号转换为调制信号输出给所述背光控制电路以实现所述液晶屏幕的图像显示控制。为确保安全，所述有机发光二极管背光阵列为3. 3V有机发光二极管背光阵列。本实用新型具有如下有益效果采取上述方案后，在液晶显示屏中采用有机发光二极管阵列作为液晶屏幕的背光光源，由于有机发光二极管的光电转换效率高，从而降低了功耗，即便是较大尺寸的液晶显示屏都能满足矿用本质安全型的电压和功耗要求，因此能够安全地应用于煤矿井下等含有爆炸性气体的工作场所中。
图1是本实用新型的组成示意图。图2是本实用新型中背光供电电路和背光控制电路的工作原理图。图3是本实用新型实施例中的背光供电电路和背光控制电路的电气原理图。图4是本实用新型实施例中的有机发光二极管阵列的电气原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明由图1所示，该种矿用大尺寸本质安全型液晶显示屏，除了常规的液晶显示屏内的液晶屏幕及数字信号驱动电路外，还包括以下部分所述液晶显示屏还包括一个并联的有机发光二极管背光阵列、一个背光供电电路以及一个背光控制电路。其中，所述有机发光二极管背光阵列作为所述液晶屏幕的背光光源，其电气原理图如图4所示，调节此有机发光二极管的开关频率以及输出电流，就能控制有机发光二极管的亮度，从而实现液晶显示屏的图像显示。所述数字信号驱动电路将由输入端输入的视频信号转换为调制信号输出给所述背光控制电路以实现所述液晶屏幕的图像显示控制。如图2所示，所述背光供电电路由输入电路、变换电路和输出电路构成，其中，输入电路用于将输入的交流电转化为符合要求的开关电源直流电，变换电路用于对带有功率的电源波形进行斩波调制，输出电路将用于输出电压整流成脉动直流并平滑成低纹波直流电压，所述背光供电电路将由输入端输入的交流工作电源输入信号转换成5V直流电源信号输出。具体实施时，输入电路将输入电网交流电转化为符合要求的开关电源直流电，可以包括线性滤波、浪涌电流抑制和整流单元，线性滤波用来抑制谐波和噪声，浪涌滤波抑制来自电网的浪涌电流，整流将交流变为直流。变换电路对带有功率的电源波形进行斩波调制和输出，核心器件是开关功率管。输出电路包括整流和滤波，将输出电压整流成脉动直流， 并平滑成低纹波直流电压。所述背光控制电路由基准电源电路、采样电路、比较放大电路、V/F转换电路、振荡器、基极驱动电路构成，其中，基准电源电路提供电压基准，采样电路采样所述背光供电电路的输出电压，比较放大电路比较前述采样信号和基准信号后产生误差信号，V/F转换电路将此误差信号转换为频率信号，振荡器将此频率信号转换为高频振荡信号，所述基极驱动电路在数字信号驱动电路的控制下把调制后的高频振荡信号转换成控制信号，用于控制前述变换电路中的电源PMW电路；所述背光控制电路按照所述数字信号驱动电路提供的调制信号调制矩形脉冲，控制所述有机发光二极管背光阵列中二极管的开关频率，并同时调节输出电流以控制二极管的亮度。具体实施时，为保证安全性，所述有机发光二极管背光阵列为3. 3V有机发光二极管背光阵列。图3是本方案一个实施例中，背光供电电路和背光控制电路的电气原理图，基准电路提供电压基准，采用LM598芯片，通过对输出电压的采样，与基准电压进行比较后， 产生误差信号用于控制电源PWM电路，通过VF变换将误差电压信号转换为频率信号，经振荡器产生高频振荡波，经基极驱动电路把调制后的振荡信号转换成合适的控制信号，驱动晶体管的基极。通过PWM电路，即脉冲宽度调制电路，实现对整个供电电路电压的控制。背光控制部分可采用8位的MCU实现。参见图3，背光板亮度控制的方法主要是利用LM598芯片PWM端的开关频率来调整背光源中的电流大小，达到亮度调节的目的。其中电容C8、电阻R7、三极管Q2、电阻R2、 电阻R1、三极管Ql构成一个电子开关，随着PWM脉冲频率动作，控制供电端波动性，为A、B 端发光二极管阵列供电。为了使LED背光源的发光亮度稳定，LED背光源中流过的电流需要稳定，因此电路中需要进行电流检测，根据电流反馈情况来调整PWM输出，以达到亮度稳定的目的。其中电阻R10、电阻R8、电容C12为电流取样电路，根据与A、B端发光二极管阵列同一回路上的电阻RlO电流值，经电阻R8和电容C12输入到LM598芯片的PBOANO端后，确认A、B端发光二极管阵列的电流值。振荡器产生高频振荡波，经LM598芯片把振荡信号转换成合适的控制信号。其中， 电阻R4、电容C9组成RC振荡电路，产生振荡信号。为确保电路稳定可靠工作，电容C10、 电容C11、电容C13、电阻R5、电阻R9组成自复位电路，开关S3可手动复位。
权利要求1.一种矿用大尺寸本质安全型液晶显示屏，包括液晶屏幕及数字信号驱动电路，其特征在于所述液晶显示屏还包括一个并联的有机发光二极管背光阵列、一个背光供电电路以及一个背光控制电路；其中，所述有机发光二极管背光阵列作为所述液晶屏幕的背光光源，向所述液晶屏幕输出图像显示信号；所述背光供电电路由输入电路、变换电路和输出电路构成，其中，输入电路用于将输入的交流电转化为符合要求的开关电源直流电，变换电路用于对带有功率的电源波形进行斩波调制，输出电路将用于输出电压整流成脉动直流并平滑成低纹波直流电压，所述背光供电电路将由输入端输入的交流工作电源输入信号转换成5V直流电源信号输出；所述背光控制电路由基准电源电路、采样电路、比较放大电路、V/F转换电路、振荡器、 基极驱动电路构成，其中，基准电源电路提供电压基准，采样电路采样所述背光供电电路的输出电压，比较放大电路比较前述采样信号和基准信号后产生误差信号，V/F转换电路将此误差信号转换为频率信号，振荡器将此频率信号转换为高频振荡信号，所述基极驱动电路在数字信号驱动电路的控制下把调制后的高频振荡信号转换成控制信号，用于控制前述变换电路中的电源PMW电路；所述背光控制电路按照所述数字信号驱动电路提供的调制信号调制矩形脉冲，控制所述有机发光二极管背光阵列中二极管的开关频率，并同时调节输出电流以控制二极管的亮度；所述数字信号驱动电路将由输入端输入的视频信号转换为调制信号输出给所述背光控制电路以实现所述液晶屏幕的图像显示控制。
2.根据权利要求1所述的一种矿用大尺寸本质安全型液晶显示屏，其特征在于所述有机发光二极管背光阵列为3. 3V有机发光二极管背光阵列。
专利摘要一种矿用大尺寸本质安全型液晶显示屏。主要解决大尺寸液晶显示屏功耗过大不能应用于煤矿井下的问题。其特征在于液晶显示屏还包括一个并联的有机发光二极管背光阵列、背光供电电路以及背光控制电路；其中，有机发光二极管背光阵列作为所述液晶屏幕的背光光源，向所述液晶屏幕输出图像显示信号；背光供电电路由输入电路、变换电路和输出电路构成，背光控制电路由基准电源电路、采样电路、比较放大电路、V/F转换电路、振荡器、基极驱动电路构成；背光控制电路按照数字信号驱动电路提供的调制信号调制矩形脉冲，控制有机发光二极管背光阵列中二极管的开关频率，并同时调节输出电流以控制二极管的亮度。该种液晶显示屏功耗低，能够用于煤矿井下。
文档编号G09G3/34GK202003651SQ20112003853
公开日2011年10月5日 申请日期2011年2月14日 优先权日2011年2月14日
发明者张建明, 李姜, 李珊, 石智军, 高珺 申请人:煤炭科学研究总院西安研究院
技术领域：
本实用新型涉及一种矿用安全显示装置，具体的说，是涉及一种适用于煤矿井下等工作环境含有爆炸性气体的场所中的液晶显示装置。
背景技术：
液晶显示屏，由于其外形尺寸小、耗电量低、无辐射、平面直角显示以及影像不闪烁的优势，成为当前主流的显示设备。煤矿井下存在瓦斯等爆炸性气体，常规的液晶显示屏由于不符合防爆要求无法直接应用。目前，煤矿井下应用的液晶显示屏分为本质安全型和隔爆型两种，前者由于电压和功率的本安要求限制使得屏幕尺寸较小，一般小于7英寸，适合少量数据的显示；后者封闭在由金属壳体和玻璃板组成的密封腔体内，不仅体积大、重量重，而且安装使用极不方便。下面对常规大尺寸液晶显示屏不能应用于煤矿井下的原因作出分析液晶显示屏是被动发光型的显示器件，需借助背光灯来实现屏幕的发光，因此要显示色彩丰富的优质图像，要求背光灯具有宽光谱。液晶屏的背光光源通常采用光谱范围较宽的冷阴极荧光灯。冷阴极荧光灯是气体放电发光器件，构造类似普通日光灯，不同之处是采用了无需加热即可发射电子的冷阴极代替钨丝等热阴极，且灯管内充有低气压汞气。在强电场的作用下，冷阴极发射电子使灯管内的汞原子激发和电离，产生灯管电流并辐射出 253. 7nm紫外线，再激发管壁上的荧光粉涂层而发光。冷阴极荧光灯是一个高非线性负载， 其触发电压是工作电压的三倍。冷阴极荧光灯启动时，当电压没有达到触发值时，灯管呈正电阻，达到触发值时灯管内部发生电离放电产生电流，灯管两端电压下降呈负阻特性，因此冷阴极荧光灯触发点亮后，电路上必须设置限流装置，将灯管工作电流限制在一个额定值上，否则电流过大会烧毁灯管，电流过小亮度又难以维持。冷阴极荧光灯的供电电源必须是交流正弦800V 1600V，频率40KHz ΙΟΟΚΗζ，电压远远超过矿用本质安全型设备的允许电压。以12英寸液晶显示屏为例，当亮度为400流明时功耗大于15W，就已经无法满足矿用本质安全设备的要求。
发明内容为了解决背景技术中提出的现有技术问题，本实用新型提供一种矿用大尺寸本质安全型液晶显示屏，该种矿用大尺寸本质安全型液晶显示屏能够用于存在爆炸性气体场合，具有使用方便、安全可靠的特点。本实用新型的技术方案是该种矿用大尺寸本质安全型液晶显示屏，包括液晶屏幕及数字信号驱动电路，此外，所述液晶显示屏还包括一个并联的有机发光二极管背光阵列、一个背光供电电路以及一个背光控制电路；其中，所述有机发光二极管背光阵列作为所述液晶屏幕的背光光源，向所述液晶屏幕输出图像显示信号。所述背光供电电路由输入电路、变换电路和输出电路构成，其中，输入电路用于将输入的交流电转化为符合要求的开关电源直流电，变换电路用于对带有功率的电源波形进行斩波调制，输出电路将用于输出电压整流成脉动直流并平滑成低纹波直流电压，所述背
3光供电电路将由输入端输入的交流工作电源输入信号转换成5V直流电源信号输出。所述背光控制电路由基准电源电路、采样电路、比较放大电路、V/F转换电路、振荡器、基极驱动电路构成，其中，基准电源电路提供电压基准，采样电路采样所述背光供电电路的输出电压，比较放大电路比较前述采样信号和基准信号后产生误差信号，V/F转换电路将此误差信号转换为频率信号，振荡器将此频率信号转换为高频振荡信号，所述基极驱动电路在数字信号驱动电路的控制下把调制后的高频振荡信号转换成控制信号，用于控制前述变换电路中的电源PMW电路；所述背光控制电路按照所述数字信号驱动电路提供的调制信号调制矩形脉冲，控制所述有机发光二极管背光阵列中二极管的开关频率，并同时调节输出电流以控制二极管的亮度。所述数字信号驱动电路将由输入端输入的视频信号转换为调制信号输出给所述背光控制电路以实现所述液晶屏幕的图像显示控制。为确保安全，所述有机发光二极管背光阵列为3. 3V有机发光二极管背光阵列。本实用新型具有如下有益效果采取上述方案后，在液晶显示屏中采用有机发光二极管阵列作为液晶屏幕的背光光源，由于有机发光二极管的光电转换效率高，从而降低了功耗，即便是较大尺寸的液晶显示屏都能满足矿用本质安全型的电压和功耗要求，因此能够安全地应用于煤矿井下等含有爆炸性气体的工作场所中。
图1是本实用新型的组成示意图。图2是本实用新型中背光供电电路和背光控制电路的工作原理图。图3是本实用新型实施例中的背光供电电路和背光控制电路的电气原理图。图4是本实用新型实施例中的有机发光二极管阵列的电气原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明由图1所示，该种矿用大尺寸本质安全型液晶显示屏，除了常规的液晶显示屏内的液晶屏幕及数字信号驱动电路外，还包括以下部分所述液晶显示屏还包括一个并联的有机发光二极管背光阵列、一个背光供电电路以及一个背光控制电路。其中，所述有机发光二极管背光阵列作为所述液晶屏幕的背光光源，其电气原理图如图4所示，调节此有机发光二极管的开关频率以及输出电流，就能控制有机发光二极管的亮度，从而实现液晶显示屏的图像显示。所述数字信号驱动电路将由输入端输入的视频信号转换为调制信号输出给所述背光控制电路以实现所述液晶屏幕的图像显示控制。如图2所示，所述背光供电电路由输入电路、变换电路和输出电路构成，其中，输入电路用于将输入的交流电转化为符合要求的开关电源直流电，变换电路用于对带有功率的电源波形进行斩波调制，输出电路将用于输出电压整流成脉动直流并平滑成低纹波直流电压，所述背光供电电路将由输入端输入的交流工作电源输入信号转换成5V直流电源信号输出。具体实施时，输入电路将输入电网交流电转化为符合要求的开关电源直流电，可以包括线性滤波、浪涌电流抑制和整流单元，线性滤波用来抑制谐波和噪声，浪涌滤波抑制来自电网的浪涌电流，整流将交流变为直流。变换电路对带有功率的电源波形进行斩波调制和输出，核心器件是开关功率管。输出电路包括整流和滤波，将输出电压整流成脉动直流， 并平滑成低纹波直流电压。所述背光控制电路由基准电源电路、采样电路、比较放大电路、V/F转换电路、振荡器、基极驱动电路构成，其中，基准电源电路提供电压基准，采样电路采样所述背光供电电路的输出电压，比较放大电路比较前述采样信号和基准信号后产生误差信号，V/F转换电路将此误差信号转换为频率信号，振荡器将此频率信号转换为高频振荡信号，所述基极驱动电路在数字信号驱动电路的控制下把调制后的高频振荡信号转换成控制信号，用于控制前述变换电路中的电源PMW电路；所述背光控制电路按照所述数字信号驱动电路提供的调制信号调制矩形脉冲，控制所述有机发光二极管背光阵列中二极管的开关频率，并同时调节输出电流以控制二极管的亮度。具体实施时，为保证安全性，所述有机发光二极管背光阵列为3. 3V有机发光二极管背光阵列。图3是本方案一个实施例中，背光供电电路和背光控制电路的电气原理图，基准电路提供电压基准，采用LM598芯片，通过对输出电压的采样，与基准电压进行比较后， 产生误差信号用于控制电源PWM电路，通过VF变换将误差电压信号转换为频率信号，经振荡器产生高频振荡波，经基极驱动电路把调制后的振荡信号转换成合适的控制信号，驱动晶体管的基极。通过PWM电路，即脉冲宽度调制电路，实现对整个供电电路电压的控制。背光控制部分可采用8位的MCU实现。参见图3，背光板亮度控制的方法主要是利用LM598芯片PWM端的开关频率来调整背光源中的电流大小，达到亮度调节的目的。其中电容C8、电阻R7、三极管Q2、电阻R2、 电阻R1、三极管Ql构成一个电子开关，随着PWM脉冲频率动作，控制供电端波动性，为A、B 端发光二极管阵列供电。为了使LED背光源的发光亮度稳定，LED背光源中流过的电流需要稳定，因此电路中需要进行电流检测，根据电流反馈情况来调整PWM输出，以达到亮度稳定的目的。其中电阻R10、电阻R8、电容C12为电流取样电路，根据与A、B端发光二极管阵列同一回路上的电阻RlO电流值，经电阻R8和电容C12输入到LM598芯片的PBOANO端后，确认A、B端发光二极管阵列的电流值。振荡器产生高频振荡波，经LM598芯片把振荡信号转换成合适的控制信号。其中， 电阻R4、电容C9组成RC振荡电路，产生振荡信号。为确保电路稳定可靠工作，电容C10、 电容C11、电容C13、电阻R5、电阻R9组成自复位电路，开关S3可手动复位。
权利要求1.一种矿用大尺寸本质安全型液晶显示屏，包括液晶屏幕及数字信号驱动电路，其特征在于所述液晶显示屏还包括一个并联的有机发光二极管背光阵列、一个背光供电电路以及一个背光控制电路；其中，所述有机发光二极管背光阵列作为所述液晶屏幕的背光光源，向所述液晶屏幕输出图像显示信号；所述背光供电电路由输入电路、变换电路和输出电路构成，其中，输入电路用于将输入的交流电转化为符合要求的开关电源直流电，变换电路用于对带有功率的电源波形进行斩波调制，输出电路将用于输出电压整流成脉动直流并平滑成低纹波直流电压，所述背光供电电路将由输入端输入的交流工作电源输入信号转换成5V直流电源信号输出；所述背光控制电路由基准电源电路、采样电路、比较放大电路、V/F转换电路、振荡器、 基极驱动电路构成，其中，基准电源电路提供电压基准，采样电路采样所述背光供电电路的输出电压，比较放大电路比较前述采样信号和基准信号后产生误差信号，V/F转换电路将此误差信号转换为频率信号，振荡器将此频率信号转换为高频振荡信号，所述基极驱动电路在数字信号驱动电路的控制下把调制后的高频振荡信号转换成控制信号，用于控制前述变换电路中的电源PMW电路；所述背光控制电路按照所述数字信号驱动电路提供的调制信号调制矩形脉冲，控制所述有机发光二极管背光阵列中二极管的开关频率，并同时调节输出电流以控制二极管的亮度；所述数字信号驱动电路将由输入端输入的视频信号转换为调制信号输出给所述背光控制电路以实现所述液晶屏幕的图像显示控制。
2.根据权利要求1所述的一种矿用大尺寸本质安全型液晶显示屏，其特征在于所述有机发光二极管背光阵列为3. 3V有机发光二极管背光阵列。
专利摘要一种矿用大尺寸本质安全型液晶显示屏。主要解决大尺寸液晶显示屏功耗过大不能应用于煤矿井下的问题。其特征在于液晶显示屏还包括一个并联的有机发光二极管背光阵列、背光供电电路以及背光控制电路；其中，有机发光二极管背光阵列作为所述液晶屏幕的背光光源，向所述液晶屏幕输出图像显示信号；背光供电电路由输入电路、变换电路和输出电路构成，背光控制电路由基准电源电路、采样电路、比较放大电路、V/F转换电路、振荡器、基极驱动电路构成；背光控制电路按照数字信号驱动电路提供的调制信号调制矩形脉冲，控制有机发光二极管背光阵列中二极管的开关频率，并同时调节输出电流以控制二极管的亮度。该种液晶显示屏功耗低，能够用于煤矿井下。
文档编号G09G3/34GK202003651SQ20112003853
公开日2011年10月5日 申请日期2011年2月14日 优先权日2011年2月14日
发明者张建明, 李姜, 李珊, 石智军, 高珺 申请人:煤炭科学研究总院西安研究院
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