抬头显示器TFT日光照射仿真太阳光模拟器

抬头显示器TFT日光照射仿真太阳光模拟器以模拟直射阳光的能量强度和准直角为主要目的，兼顾了辐照稳定性/均匀性且具有较大照射面积（>φ200mm）。在实现高准直性的同时可模拟AM1.5G条件下的一个太阳常数  （1000W/m2，以400nm-1100nm区间能量分布为准）。

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特性

1. 辐照强度：800-1300W/m²

2. 波段：400nm~1100nm

3. 辐照面积：300mm×400mm

4. 工作距离：根据需求调整距离

5. 出光方向：左打光，下打光，右打光（方向调节：电动控制）

6. 光谱匹配度： A （AM1.5G）

7. 准直角≤4°

8. 辐照度不均匀性：≤2%；

     9.不稳定性：LTI≤± 1.5% ; A+ 

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抬头显示器TFT日光照射仿真太阳光模拟器TFT屏导热仿真与测试

仿真与测试时将 TFT置于密闭空间内， 在有无太阳负载条件下， 对模型仿真结果与实际测试结果对比。

当 HUD正常工作时， 背光由两颗LED组成， 每颗LED工作电压为 3.1 V， 电流为 0.34 A， 使用积分球测得的发光效率为 0.252， TFT 屏透过率为 6%， 背光被 TFT 吸收的比例为94%。

据此可计算背光工作时被TFT屏吸收转换为热的功率为0.499 W。仿真与测试时在 TFT背光接收侧设置 0.499 W的热功率， 根据阳光福照度能量分布与 HUD光路设计仿真， 阳光照射到 TFT屏正面的热流密度平均值为 11 496 W/ m 3 。各种材料导热性能参数如表1 所示。

TFT的热量传递方向如图 2 所示， 通过 TFT屏上的金属框传递至导热硅胶再到扩散板， 最终传递至 TFT支架。TFT 屏幕的玻璃和金属框之间上下有两个双面胶， 用来连接玻璃与 金属 框。金属 框与TFT的温度 CAE 模拟分析结果及测试记过如表2~3所示。

实际测试：在室内环境温度为27.5 ℃， 无导热硅胶、 TFT支架为塑胶时， HUD 内部温度为 35.8 ℃。室内环境温度为25.2 ℃， 增加导热硅胶， TFT 支架由 塑胶变为 AL6061 时，HUD 内 部环境温度为 31.75 ℃。

此时， 由 于环境温度相差2.3 ℃， 所得结果约为：65.95-2.3-59.3=4.35 ℃；在室外环境， 环境温度为 32 ℃， 无太阳负载照射 HUD时， HUD 的内部温度为 44 ℃， 有太阳负载时 HUD 内部温度为 50 ℃

抬头显示器TFT日光照射仿真太阳光模拟器当外部环境温度为32 ℃时， 通过测试发现：

（1） 太阳光照射到 HUD 外壳上， 外壳会吸收热量， 使HUD整体温度上升， HUD内部空气温度会比外部环境温度会高10 ℃以上；

（2） 当有太阳负载进入HUD 内部时， TFT屏温度升高非常多， 因 HUD内部空间有限， 实测 HUD内部空气温度会上升15 ℃以上。对比仿真结果和测试结论如下：

（1） 仿真结果与实际相差4.7 ℃， 仿真结果准确；

（2） 通过给TFT导热的散热效果与 HUD工作的环境温度相关， 环境温度越低效果越好， 环境温度越高， 散热效果不明显；

（3） 抬头显示器TFT日光照射仿真太阳光模拟器从表2与表3 数据可以看出， 当无太阳倒灌时， TFT支架材料由 塑胶更换为 AL6061 后 TFT 温度可降 4 ℃左右， 当有太阳负载时， TFT温度降2 ℃左右。

2.1 太阳光对TFT温度影响仿真分析

2.1.1 无太阳光照射

室内环境为27.5 ℃， 背光给TFT的热功率设置为 0.499 W，TFT组件置于封闭条件下， 无太阳光照射， 对现状产品和增加导热硅胶与 TFT支架更改为 AL6061 进行仿真仿真， 仿真结果如图 3~4所示。由仿真结果可以看出更换材料前后TFT屏的温度差值为5.2 ℃。

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2.1.2 太阳光照射外壳

室内环境为 32℃， 背光温度设置为 0.499 W， TFT组件置于封闭条件下， 太阳光照射在 HUD 外壳， 未照射到 HUD 内部， 将现状产品和增加导热硅胶与 TFT支架更改为 AL6061 仿真， 仿真结果如图 5~6所示， 由图可看出更换材料前后TFT屏温度差值为6.3 ℃。

2.1.3 太阳光照射HUD内部

室内环境为 32 ℃， 背光温度设置为 0.499 W， TFT组件置于封闭条件下， 太阳光照射在HUD内部镜子上， 对现状产品和增加导热硅胶与 TFT支架更改为 AL6061 进行仿真， 仿真结果如图 7~8所示。由图可看出更换材料前后TFT屏温度差值为2.58 ℃。

2.2 环境对TFT屏导热影响测试

试验机型如图 9 （a） 所示， 将其置于室内环境， 为了消除空气对流对产品测试结果准确性的影响， HUD密封情况下进行测试。

实测结果如图 9 （b） 所示， 其中， 1 为 HUD 内部环境温度 ；2 为 TFT 屏 金属 框温度 ；3 为 TFT 背面中 心 温度 ；5 为 TFT 屏 正面中 心 温度 。TFT 屏 中 心 温度 ， 达到65.95 ℃。

2.2.1 室内环境

将被测对象其置于室内环境， HUD 密封情况下进行测试， 在TFT金属框上贴导热硅胶， TFT支架材料从塑胶更换为Al6061 进行温度测试， 产品结构组成如图 10（a） 所示， 测试结果如图 10（b） 所示。对比温度测试结果与续表1 CAE仿真结果可知， CAE 仿真结果与实际测试结果相差 4 ℃ 左右（HUD内部温度相差35.8-31.75=4.07 ℃）。

2.2.2 温箱环境

将被测对象置于温度为 50 ℃的恒温箱内， HUD密封情况下进行测试， 更换TFT支架 （材料为 Al6061)、 贴导热硅胶实际测试。如图 11 （a） 所示， HUD用纸箱封闭， 杜绝温箱内对流风影响测试结果， 再将封闭纸箱放入温箱位置， 如图 11（b） 所示， 使用测温仪进行温度测量。

抬头显示器TFT日光照射仿真太阳光模拟器抬头显示器TFT日光照射仿真太阳光模拟器4所示， 更换TFT支架为铝 （AL6061） 后， TFT屏温度只降 2.3 ℃， 与表 2 在室外环境有太阳倒灌时， 更换TFT支架后， TFT屏温度可降低2 ℃相近。

通过分析以上 CAE 仿真和测试数据， 可知在 TFT与 TFT支架之间增加导热硅胶并将TFT屏支架材料改为 AL6061， 将TFT的热量导走这种方案理论上是有效的， 但TFT屏温度变化影响很小， 散热不理想；TFT屏温度与环境温度和 HUD 内部空间温度相关。