液晶顯示激光背光模組關鍵技術研究

王正 管正祥 黃軻

【摘要】近年來在激光顯示領域眾多科研工作者針對投影顯示技術做了大量工作，取得了輝煌成果，然而關于激光液晶顯示技術的研究還是很少。激光液晶顯示器結合了激光顯示和液晶顯示的優(yōu)點，不僅有重要學術研究空間和價值，還有巨大市場商用前景。本文針對液晶顯示器激光背光模組的一些關鍵技術開展一系列研究。

【關鍵詞】液晶顯示；激光背光模組；關鍵技術

一、機載顯示的特殊要求

在機載環(huán)境下，飛行員主要依靠駕駛艙中的顯示模塊來獲取如飛行高度、溫度、坐標等各種信息，從而做出判斷并控制飛機。隨著飛行技術的發(fā)展及飛機性能的提高，機載液晶顯示器需要實時顯示各種各樣的圖文信息，同時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軍標。規(guī)定條件并通過測試后才能在飛機上使用。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，而且也關系到飛機戰(zhàn)術技術性能的充分發(fā)揮。

二、背光模組設計基礎及要求

（一）背光模組設計的理論基礎

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LCD的唯一光源供給，其設計在整個液晶顯示模塊中至關重要。背光模組分為直下式和側入式，側入式LED背光模組是本文的研究重點，因此下文中主要針對機載環(huán)境下側入式LED背光模組的設計進行分析。

（二）機載環(huán)境下背光模組的設計要求

1.環(huán)境適應性要求

機載環(huán)境下的液晶顯示模塊需要通過如GJB150—1986《軍用設備環(huán)境試驗方法》等各種國軍標中提出試驗后，才能在飛機上使用。相應的，作為液晶顯示模塊的背光模組，其設計過程中也要充分考慮到這些環(huán)境適應性要求。首先，要有良好穩(wěn)定性，能夠通過振動、沖擊等試驗并正常工作，主要體現(xiàn)在加工及裝配過程中的加固工藝上；其次，要有足夠亮度，滿足強光下可視要求，主要體現(xiàn)在背光的具體設計及光學膜的選擇搭配上；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、導光板網(wǎng)點設計及光學膜的選擇搭配上。

2.夜視兼容要求

除了上述環(huán)境適應性要求外，機載環(huán)境下背光模組的設計還需滿足夜視兼容要求，常見的如GJB1394—1992《與夜視成像系統(tǒng)兼容的飛機內(nèi)部照明》中規(guī)定的II型B類標準。夜視兼容，即飛機艙內(nèi)任何發(fā)光物體均不會與NVIS（Night Vision。Imaging System）夜視成像系統(tǒng)相干涉，并且保持裸眼可見。飛機在夜航情況下，飛行員需要佩戴微光夜視儀來執(zhí)行飛行、偵查等任務。若未經(jīng)任何處理，機艙內(nèi)的白熾燈、顯示器等光源均會發(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對飛行員造成干擾，產(chǎn)生類似裸眼情況下的鎂光燈效應，降低了夜視成像系統(tǒng)的可讀性，使其無法接收和識別微光信息，甚至會使飛行員感到暈眩，造成飛行危險，無法滿足夜間作戰(zhàn)和飛行要求。因此，機載環(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。

三、背光模組的設計與仿真

（一）背光模組的設計

背光模組作為LCD的唯一光源供給，其與液晶顯示模塊的光學性能和夜視兼容特性有著直接的關系。對背光模組進行合理有效的光學設計，通過一定的技術手段能夠同時實現(xiàn)顯示模塊的高亮度及夜視兼容特性。根據(jù)背光模組的設計要求，以一種10.4寸機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）、導光板（核心光學件）、光學膜（不同的膜系組合）的選擇這三個方面來詳細分析該背光模組的設計過程。

（二）背光橫組的建模與仿真

國際上常用的照明光學設計軟件主要有LightTools、Tracepro、Zemax、Code V等，其中LightTools和Tracepro的照明模擬結果可信度最高。LightTools是Optical Research Associates公司開發(fā)的現(xiàn)在業(yè)界頂尖光學設計及分析軟件，其資源庫豐富，用戶界面友好，仿真速度較快，并且可以通過繪制圖形來創(chuàng)建、觀察、修改并且分析光學系統(tǒng)。利用LightTools來對背光系統(tǒng)進行分析，可以驗證設計，預測結果，使得設計成本大幅度降低，并且縮短了設計時間，提高效率。介LightTools在系統(tǒng)建模、雜散光分析、照明系統(tǒng)設計、光機一體化設計、顯示與成像分析等各領域中都發(fā)揮著重要作用。因此，本文選用LightTools軟件來對背光模組進行設計、仿真并優(yōu)化。

四、結束語

在機載環(huán)境下液晶顯示模塊中，提高背光模組的光效會降低背光的功耗?，F(xiàn)階段的側入式背光模組的設計已相對成熟，但其光效仍沒有直下式背光模組高，因此，如何提高側入式背光模組的光效將是以后的研究重點。本人從改變導光板的入光面外型結構出發(fā)，提出了一種具有凹槽入光面的導光板，經(jīng)仿真發(fā)現(xiàn)其可大幅提高光效及亮度。

參考文獻

[1]焦垚.機載液晶顯示模塊的背光模組設計與研究[D].蕪湖：安徽師范大學，2017.