液晶顯示激光背光模組關(guān)鍵技術(shù)研究

王正 管正祥 黃軻

【摘要】近年來(lái)在激光顯示領(lǐng)域眾多科研工作者針對(duì)投影顯示技術(shù)做了大量工作，取得了輝煌成果，然而關(guān)于激光液晶顯示技術(shù)的研究還是很少。激光液晶顯示器結(jié)合了激光顯示和液晶顯示的優(yōu)點(diǎn)，不僅有重要學(xué)術(shù)研究空間和價(jià)值，還有巨大市場(chǎng)商用前景。本文針對(duì)液晶顯示器激光背光模組的一些關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展一系列研究。

【關(guān)鍵詞】液晶顯示；激光背光模組；關(guān)鍵技術(shù)

一、機(jī)載顯示的特殊要求

在機(jī)載環(huán)境下，飛行員主要依靠駕駛艙中的顯示模塊來(lái)獲取如飛行高度、溫度、坐標(biāo)等各種信息，從而做出判斷并控制飛機(jī)。隨著飛行技術(shù)的發(fā)展及飛機(jī)性能的提高，機(jī)載液晶顯示器需要實(shí)時(shí)顯示各種各樣的圖文信息，同時(shí)還要具有高可靠性及高可讀性，能在惡劣飛行條件下保證字符及圖像的正常顯示。機(jī)載環(huán)境中顯示模塊的高可靠性體現(xiàn)在其必須滿足一系列的國(guó)軍標(biāo)。規(guī)定條件并通過(guò)測(cè)試后才能在飛機(jī)上使用。其中，主要有環(huán)境溫度要求、貯存溫度要求、耐高度要求、防濕熱要求、防霉菌要求、防鹽霧要求、耐加速度要求、耐振動(dòng)要求、耐沖擊要求、電磁兼容要求等。在惡劣的飛行條件下，顯示模塊的可靠性不僅影響到飛行安全，而且也關(guān)系到飛機(jī)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的充分發(fā)揮。

二、背光模組設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及要求

（一）背光模組設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)

背光模組是現(xiàn)行主流TFT—LCD顯示系統(tǒng)的重要組成部分，作為L(zhǎng)CD的唯一光源供給，其設(shè)計(jì)在整個(gè)液晶顯示模塊中至關(guān)重要。背光模組分為直下式和側(cè)入式，側(cè)入式LED背光模組是本文的研究重點(diǎn)，因此下文中主要針對(duì)機(jī)載環(huán)境下側(cè)入式LED背光模組的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

（二）機(jī)載環(huán)境下背光模組的設(shè)計(jì)要求

1.環(huán)境適應(yīng)性要求

機(jī)載環(huán)境下的液晶顯示模塊需要通過(guò)如GJB150—1986《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法》等各種國(guó)軍標(biāo)中提出試驗(yàn)后，才能在飛機(jī)上使用。相應(yīng)的，作為液晶顯示模塊的背光模組，其設(shè)計(jì)過(guò)程中也要充分考慮到這些環(huán)境適應(yīng)性要求。首先，要有良好穩(wěn)定性，能夠通過(guò)振動(dòng)、沖擊等試驗(yàn)并正常工作，主要體現(xiàn)在加工及裝配過(guò)程中的加固工藝上；其次，要有足夠亮度，滿足強(qiáng)光下可視要求，主要體現(xiàn)在背光的具體設(shè)計(jì)及光學(xué)膜的選擇搭配上；再次，要有寬廣色域，能讓飛行員更好地解讀信息，主要體現(xiàn)在背光燈的選型上；最后，要有高均勻性，主要體現(xiàn)在背光燈的布局、導(dǎo)光板網(wǎng)點(diǎn)設(shè)計(jì)及光學(xué)膜的選擇搭配上。

2.夜視兼容要求

除了上述環(huán)境適應(yīng)性要求外，機(jī)載環(huán)境下背光模組的設(shè)計(jì)還需滿足夜視兼容要求，常見(jiàn)的如GJB1394—1992《與夜視成像系統(tǒng)兼容的飛機(jī)內(nèi)部照明》中規(guī)定的II型B類標(biāo)準(zhǔn)。夜視兼容，即飛機(jī)艙內(nèi)任何發(fā)光物體均不會(huì)與NVIS（Night Vision。Imaging System）夜視成像系統(tǒng)相干涉，并且保持裸眼可見(jiàn)。飛機(jī)在夜航情況下，飛行員需要佩戴微光夜視儀來(lái)執(zhí)行飛行、偵查等任務(wù)。若未經(jīng)任何處理，機(jī)艙內(nèi)的白熾燈、顯示器等光源均會(huì)發(fā)出紅外和近紅外波段的光，而微光夜視儀的工作光譜范圍恰好在630nm到940nm之間。所以，在佩戴微光夜視儀的情況下，這些紅外和近紅外波段的光線會(huì)對(duì)飛行員造成干擾，產(chǎn)生類似裸眼情況下的鎂光燈效應(yīng)，降低了夜視成像系統(tǒng)的可讀性，使其無(wú)法接收和識(shí)別微光信息，甚至?xí)癸w行員感到暈眩，造成飛行危險(xiǎn)，無(wú)法滿足夜間作戰(zhàn)和飛行要求。因此，機(jī)載環(huán)境下的背光模組需要滿足夜視兼容要求，才能保證飛行員能夠在夜間安全、高效地執(zhí)行任務(wù)。

三、背光模組的設(shè)計(jì)與仿真

（一）背光模組的設(shè)計(jì)

背光模組作為L(zhǎng)CD的唯一光源供給，其與液晶顯示模塊的光學(xué)性能和夜視兼容特性有著直接的關(guān)系。對(duì)背光模組進(jìn)行合理有效的光學(xué)設(shè)計(jì)，通過(guò)一定的技術(shù)手段能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)顯示模塊的高亮度及夜視兼容特性。根據(jù)背光模組的設(shè)計(jì)要求，以一種10.4寸機(jī)載液晶顯示模塊為例，分別從背光燈（白燈+彩燈，滿足夜視兼容）、導(dǎo)光板（核心光學(xué)件）、光學(xué)膜（不同的膜系組合）的選擇這三個(gè)方面來(lái)詳細(xì)分析該背光模組的設(shè)計(jì)過(guò)程。

（二）背光橫組的建模與仿真

國(guó)際上常用的照明光學(xué)設(shè)計(jì)軟件主要有LightTools、Tracepro、Zemax、Code V等，其中LightTools和Tracepro的照明模擬結(jié)果可信度最高。LightTools是Optical Research Associates公司開(kāi)發(fā)的現(xiàn)在業(yè)界頂尖光學(xué)設(shè)計(jì)及分析軟件，其資源庫(kù)豐富，用戶界面友好，仿真速度較快，并且可以通過(guò)繪制圖形來(lái)創(chuàng)建、觀察、修改并且分析光學(xué)系統(tǒng)。利用LightTools來(lái)對(duì)背光系統(tǒng)進(jìn)行分析，可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)，預(yù)測(cè)結(jié)果，使得設(shè)計(jì)成本大幅度降低，并且縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，提高效率。介L(zhǎng)ightTools在系統(tǒng)建模、雜散光分析、照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光機(jī)一體化設(shè)計(jì)、顯示與成像分析等各領(lǐng)域中都發(fā)揮著重要作用。因此，本文選用LightTools軟件來(lái)對(duì)背光模組進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真并優(yōu)化。

四、結(jié)束語(yǔ)

在機(jī)載環(huán)境下液晶顯示模塊中，提高背光模組的光效會(huì)降低背光的功耗。現(xiàn)階段的側(cè)入式背光模組的設(shè)計(jì)已相對(duì)成熟，但其光效仍沒(méi)有直下式背光模組高，因此，如何提高側(cè)入式背光模組的光效將是以后的研究重點(diǎn)。本人從改變導(dǎo)光板的入光面外型結(jié)構(gòu)出發(fā)，提出了一種具有凹槽入光面的導(dǎo)光板，經(jīng)仿真發(fā)現(xiàn)其可大幅提高光效及亮度。

參考文獻(xiàn)

[1]焦垚.機(jī)載液晶顯示模塊的背光模組設(shè)計(jì)與研究[D].蕪湖：安徽師范大學(xué)，2017.