液晶显示器在航空器中的应用现状

郝晓东

摘要：显示技术利用电子及光电子技术将电子信息转换为视觉信息，是人机交互的重要手段之一。人机视觉交互手段经过多年的发展，从单一的模拟、数字化发展为现在的多功能图形化，其重要的设备就是图形图象显示器件。在战场、作战指挥、武器控制及信息处理系统中，无论是大型固定设施、运动机械还是便携式仪器，都必须配置显示器以提供各种信息。常规尺寸液晶显示器多用于座舱的多功能显示器或电子飞行指示器，而微显液晶屏一般用于头盔显示器。本文主要对液晶显示器在航空器中的应用进行了简单的探讨，以供相关人员参考。

关键词：液晶显示器;航空;头盔显示器

1、液晶显示器概念以及工作原理

1.1、液晶显示器的概念

液晶显示器是平面且超薄的显示电子设备。它由一定厚度的彩色或黑白高像素液晶组成，并放置在没有光源或光反射的图片前面。由于其低功耗，LCD电子显示器一直受到电子工程师的青睐，并且适用于大量包含电池的电子和电气设备。它的主要工作原理是激发液晶显示器背面的分子灯以恒定电流模式产生点，线和面光，并与液晶显示器背面的旋转配合形成交互式屏幕。

1.2、液晶显示器的工作原理

液晶是一种特殊的化学物质，其性质介于有色固体和其他液体之间。它本身是无色的有机化合物。在正常条件下为无色液体，但其整个分子顺序与其他固体排列在一起。液晶中的晶体也非常规则，因此被称为规则液晶。如果在两端都装有偏光滤镜，则可以直接防止彩色光通过。如果配备有滤色器以改变彩色液晶的输出电压值，则可以直接改变特定端的彩色液晶的透光率，也就是可以生动地解释说，改变施加到液晶两端的输出电压可以直接改变其颜色透射强度。

2、液晶显示器在航空器中的具体应用

2.1、常规尺寸LCD的应用

多数LCD是通过改变电场中液晶分子的排列来调制光以显示信息的。普通扭曲向列型（TN）和超扭曲向列型（STN）LCD的响应速度较慢，适合显示非视频图象，如计算机的文字处理﹑图形等。相比之下，有源矩阵液晶显示器包括MIM和TFT具有较快的响应速度。

应用于军事领域的液晶显示器，其性能指标需符合特殊的使用要求，例如，宽工作温度、宽视角、亮度可调节、阳光下可读﹑色彩饱和、分辨率高等。液晶显示器在军事方面的应用始于80年代。1983～1987年，美国研制出轻型模块显示系统（LMDS），用于海军的F/A-18、F-14D“雄猫”型飞机。液晶显示器在海军的成功应用，推动了其它各军种对液晶显示器的应用，例如，空军E-3A、KC-135、F-15等机型采用的机电式水平态势显示器（HSI）：陆军Sikor-sky飞机的座舱多功能显示器（MFD）等，均被液晶显示器替代。这些液晶显示器具有较好的显示性能：显示幅面为15.9x15.9cm2;象素数为512×512;彩色灰度为6级：10000cd亮度下的对比度为4：1;水平视角为±459、垂直视角为+450～-25。与此同时，还出现了一种包括显示器屏、控制器、处理器及存储部件在内的模块化彩色AMLCD显示系统，能为不同应用领域提供标准模块。90年代以后，美国新研发的军用飞机清一色地采用有源矩阵液晶显示器作为飞行指示终端，而且还着手为大量的改进型飞机改装液晶显示器。

2.2、微型LCD的应用

由于液晶显示器具有轻、薄、小的特点，因此，除了用于飞机座舱多功能显示外，还特别适用于头盔显示器。头盔显示器在民用领域是为虚拟现实技术而开发的，是一种双目视觉模型，可以为使用者提供具有纵深感的立体图象。

头盔显示器采用微显示器作为信息输出元件。一般微显示器显示屏的对角线尺寸为0.24～0.7in（5.6～17.5mm）;象素数为320×240;象素尺寸为10～50um，约为直读式LCD象素尺寸（0.28mm）的10倍。根据分辨率，微显示器有1/4VGA（320×240象素）、VGA（640×480象素）、SVGA（800x600象素）、sXGA（1280×1024象素）、UXGA（1600×1200象素）等幾种，后两种正在研发中。肉眼无法直接观看微显示器的图象，需借助光学放大系统将微显示图象放大为3～20in的虚像。这种AMLCD头盔显示器，多采用单晶复合金属-氧化物-半导体（CMOS）工艺制作。

美国航空系统中心开发的全彩色头盔显示器（HMD），利用AMLCD取代CRT，固定在飞行员的头部。由两个LCD器件输出的图象，通过微型机驱动，产生两幅存在视差的左右眼图象。头盔显示器装有头部位置跟踪部件，例如PolhemusIsotrak传感器，由计算机可以随时得知飞行员头部的位置及运动方向，并相应地改变飞行员视野的图象。这种头部跟踪部件还可以通过增加双眼视差及运动视差，改善用户的深度知觉。估计世界上约有Ⅰ万台HMD安装在北大西洋公约组织及以色列的航空器上。俄罗斯战机，尤其是米格–29战机全部装备了HMD。

总而言之，液晶显示器在军用航空器中的应用正迅速推广，美军甚至打算在今后的平台上全部使用LCD。不过，液晶显示器完全替代CRT还存在一些问题，需要解决或加以改善。坐落在Maryland州Patuxent河畔的美国海军（Navy）实验室，曾对Aydin、BARCO、Codar、GTE、L3通讯、Raytheon、Tech电子提供的1280×1024象素的19in显示器进行了测试。测试结果表明，大尺寸液晶显示器虽然克服了离轴视角问题，但对于快速运动的图象，会出现明显的运动模糊现象。背光源的亮度及均匀性仍然需要进一步解决。另外，液晶显示器的生产成本也是阻碍其规模化生产的障碍之一。

参考文献

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