液晶显示激光背光模组关键技术研究

王正 管正祥 黄轲

【摘要】近年来在激光显示领域众多科研工作者针对投影显示技术做了大量工作，取得了辉煌成果，然而关于激光液晶显示技术的研究还是很少。激光液晶显示器结合了激光显示和液晶显示的优点，不仅有重要学术研究空间和价值，还有巨大市场商用前景。本文针对液晶显示器激光背光模组的一些关键技术开展一系列研究。

【关键词】液晶显示；激光背光模组；关键技术

一、机载显示的特殊要求

在机载环境下，飞行员主要依靠驾驶舱中的显示模块来获取如飞行高度、温度、坐标等各种信息，从而做出判断并控制飞机。随着飞行技术的发展及飞机性能的提高，机载液晶显示器需要实时显示各种各样的图文信息，同时还要具有高可靠性及高可读性，能在恶劣飞行条件下保证字符及图像的正常显示。机载环境中显示模块的高可靠性体现在其必须满足一系列的国军标。规定条件并通过测试后才能在飞机上使用。其中，主要有环境温度要求、贮存温度要求、耐高度要求、防湿热要求、防霉菌要求、防盐雾要求、耐加速度要求、耐振动要求、耐冲击要求、电磁兼容要求等。在恶劣的飞行条件下，显示模块的可靠性不仅影响到飞行安全，而且也关系到飞机战术技术性能的充分发挥。

二、背光模组设计基础及要求

（一）背光模组设计的理论基础

背光模组是现行主流TFT—LCD显示系统的重要组成部分，作为LCD的唯一光源供给，其设计在整个液晶显示模块中至关重要。背光模组分为直下式和侧入式，侧入式LED背光模組是本文的研究重点，因此下文中主要针对机载环境下侧入式LED背光模组的设计进行分析。

（二）机载环境下背光模组的设计要求

1.环境适应性要求

机载环境下的液晶显示模块需要通过如GJB150—1986《军用设备环境试验方法》等各种国军标中提出试验后，才能在飞机上使用。相应的，作为液晶显示模块的背光模组，其设计过程中也要充分考虑到这些环境适应性要求。首先，要有良好稳定性，能够通过振动、冲击等试验并正常工作，主要体现在加工及装配过程中的加固工艺上；其次，要有足够亮度，满足强光下可视要求，主要体现在背光的具体设计及光学膜的选择搭配上；再次，要有宽广色域，能让飞行员更好地解读信息，主要体现在背光灯的选型上；最后，要有高均匀性，主要体现在背光灯的布局、导光板网点设计及光学膜的选择搭配上。

2.夜视兼容要求

除了上述环境适应性要求外，机载环境下背光模组的设计还需满足夜视兼容要求，常见的如GJB1394—1992《与夜视成像系统兼容的飞机内部照明》中规定的II型B类标准。夜视兼容，即飞机舱内任何发光物体均不会与NVIS（Night Vision。Imaging System）夜视成像系统相干涉，并且保持裸眼可见。飞机在夜航情况下，飞行员需要佩戴微光夜视仪来执行飞行、侦查等任务。若未经任何处理，机舱内的白炽灯、显示器等光源均会发出红外和近红外波段的光，而微光夜视仪的工作光谱范围恰好在630nm到940nm之间。所以，在佩戴微光夜视仪的情况下，这些红外和近红外波段的光线会对飞行员造成干扰，产生类似裸眼情况下的镁光灯效应，降低了夜视成像系统的可读性，使其无法接收和识别微光信息，甚至会使飞行员感到晕眩，造成飞行危险，无法满足夜间作战和飞行要求。因此，机载环境下的背光模组需要满足夜视兼容要求，才能保证飞行员能够在夜间安全、高效地执行任务。

三、背光模组的设计与仿真

（一）背光模组的设计

背光模组作为LCD的唯一光源供给，其与液晶显示模块的光学性能和夜视兼容特性有着直接的关系。对背光模组进行合理有效的光学设计，通过一定的技术手段能够同时实现显示模块的高亮度及夜视兼容特性。根据背光模组的设计要求，以一种10.4寸机载液晶显示模块为例，分别从背光灯（白灯+彩灯，满足夜视兼容）、导光板（核心光学件）、光学膜（不同的膜系组合）的选择这三个方面来详细分析该背光模组的设计过程。

（二）背光横组的建模与仿真

国际上常用的照明光学设计软件主要有LightTools、Tracepro、Zemax、Code V等，其中LightTools和Tracepro的照明模拟结果可信度最高。LightTools是Optical Research Associates公司开发的现在业界顶尖光学设计及分析软件，其资源库丰富，用户界面友好，仿真速度较快，并且可以通过绘制图形来创建、观察、修改并且分析光学系统。利用LightTools来对背光系统进行分析，可以验证设计，预测结果，使得设计成本大幅度降低，并且缩短了设计时间，提高效率。介LightTools在系统建模、杂散光分析、照明系统设计、光机一体化设计、显示与成像分析等各领域中都发挥着重要作用。因此，本文选用LightTools软件来对背光模组进行设计、仿真并优化。

四、结束语

在机载环境下液晶显示模块中，提高背光模组的光效会降低背光的功耗。现阶段的侧入式背光模组的设计已相对成熟，但其光效仍没有直下式背光模组高，因此，如何提高侧入式背光模组的光效将是以后的研究重点。本人从改变导光板的入光面外型结构出发，提出了一种具有凹槽入光面的导光板，经仿真发现其可大幅提高光效及亮度。

参考文献

[1]焦垚.机载液晶显示模块的背光模组设计与研究[D].芜湖：安徽师范大学，2017.