抬頭顯示器TFT日光照射仿真太陽光模擬器以模擬直射陽光的能量強(qiáng)度和準(zhǔn)直角為主要目的，兼顧了輻照穩(wěn)定性/均勻性且具有較大照射面積（>φ200mm）。在實現(xiàn)高準(zhǔn)直性的同時可模擬AM1.5G條件下的一個太陽常數(shù)  （1000W/m2，以400nm-1100nm區(qū)間能量分布為準(zhǔn)）。

特性

1. 輻照強(qiáng)度：800-1300W/m2

2. 波段：400nm~1100nm

3. 輻照面積：300mm×400mm

4. 工作距離：根據(jù)需求調(diào)整距離

5. 出光方向：左打光，下打光，右打光（方向調(diào)節(jié)：電動控制）

6. 光譜匹配度： A （AM1.5G）

7. 準(zhǔn)直角≤4°

8. 輻照度不均勻性：≤2%；

     9.不穩(wěn)定性：LTI≤± 1.5% ; A+ 

抬頭顯示器TFT日光照射仿真太陽光模擬器TFT屏導(dǎo)熱仿真與測試

仿真與測試時將 TFT置于密閉空間內(nèi)， 在有無太陽負(fù)載條件下， 對模型仿真結(jié)果與實際測試結(jié)果對比。

當(dāng) HUD正常工作時， 背光由兩顆LED組成， 每顆LED工作電壓為 3.1 V， 電流為 0.34 A， 使用積分球測得的發(fā)光效率為 0.252， TFT 屏透過率為 6%， 背光被 TFT 吸收的比例為94%。

據(jù)此可計算背光工作時被TFT屏吸收轉(zhuǎn)換為熱的功率為0.499 W。仿真與測試時在 TFT背光接收側(cè)設(shè)置 0.499 W的熱功率， 根據(jù)陽光福照度能量分布與 HUD光路設(shè)計仿真， 陽光照射到 TFT屏正面的熱流密度平均值為 11 496 W/ m 3 。各種材料導(dǎo)熱性能參數(shù)如表1 所示。

TFT的熱量傳遞方向如圖 2 所示， 通過 TFT屏上的金屬框傳遞至導(dǎo)熱硅膠再到擴(kuò)散板， 最終傳遞至 TFT支架。TFT 屏幕的玻璃和金屬框之間上下有兩個雙面膠， 用來連接玻璃與 金屬 框。金屬 框與TFT的溫度 CAE 模擬分析結(jié)果及測試記過如表2~3所示。

實際測試：在室內(nèi)環(huán)境溫度為27.5 ℃， 無導(dǎo)熱硅膠、 TFT支架為塑膠時， HUD 內(nèi)部溫度為 35.8 ℃。室內(nèi)環(huán)境溫度為25.2 ℃， 增加導(dǎo)熱硅膠， TFT 支架由 塑膠變?yōu)?AL6061 時，HUD 內(nèi) 部環(huán)境溫度為 31.75 ℃。

此時， 由 于環(huán)境溫度相差2.3 ℃， 所得結(jié)果約為：65.95-2.3-59.3=4.35 ℃；在室外環(huán)境， 環(huán)境溫度為 32 ℃， 無太陽負(fù)載照射 HUD時， HUD 的內(nèi)部溫度為 44 ℃， 有太陽負(fù)載時 HUD 內(nèi)部溫度為 50 ℃

抬頭顯示器TFT日光照射仿真太陽光模擬器當(dāng)外部環(huán)境溫度為32 ℃時， 通過測試發(fā)現(xiàn)：

（1） 太陽光照射到 HUD 外殼上， 外殼會吸收熱量， 使HUD整體溫度上升， HUD內(nèi)部空氣溫度會比外部環(huán)境溫度會高10 ℃以上；

（2） 當(dāng)有太陽負(fù)載進(jìn)入HUD 內(nèi)部時， TFT屏溫度升高非常多， 因 HUD內(nèi)部空間有限， 實測 HUD內(nèi)部空氣溫度會上升15 ℃以上。對比仿真結(jié)果和測試結(jié)論如下：

（1） 仿真結(jié)果與實際最大相差4.7 ℃， 仿真結(jié)果準(zhǔn)確；

（2） 通過給TFT導(dǎo)熱的散熱效果與 HUD工作的環(huán)境溫度相關(guān)， 環(huán)境溫度越低效果越好， 環(huán)境溫度越高， 散熱效果不明顯；

（3） 抬頭顯示器TFT日光照射仿真太陽光模擬器從表2與表3 數(shù)據(jù)可以看出， 當(dāng)無太陽倒灌時， TFT支架材料由 塑膠更換為 AL6061 后 TFT 最高溫度可降 4 ℃左右， 當(dāng)有太陽負(fù)載時， TFT最高溫度降2 ℃左右。

2.1 太陽光對TFT溫度影響仿真分析

2.1.1 無太陽光照射

室內(nèi)環(huán)境為27.5 ℃， 背光給TFT的熱功率設(shè)置為 0.499 W，TFT組件置于封閉條件下， 無太陽光照射， 對現(xiàn)狀產(chǎn)品和增加導(dǎo)熱硅膠與 TFT支架更改為 AL6061 進(jìn)行仿真仿真， 仿真結(jié)果如圖 3~4所示。由仿真結(jié)果可以看出更換材料前后TFT屏的溫度差值為5.2 ℃。

2.1.2 太陽光照射外殼

室內(nèi)環(huán)境為 32℃， 背光溫度設(shè)置為 0.499 W， TFT組件置于封閉條件下， 太陽光照射在 HUD 外殼， 未照射到 HUD 內(nèi)部， 將現(xiàn)狀產(chǎn)品和增加導(dǎo)熱硅膠與 TFT支架更改為 AL6061 仿真， 仿真結(jié)果如圖 5~6所示， 由圖可看出更換材料前后TFT屏溫度差值為6.3 ℃。

2.1.3 太陽光照射HUD內(nèi)部

室內(nèi)環(huán)境為 32 ℃， 背光溫度設(shè)置為 0.499 W， TFT組件置于封閉條件下， 太陽光照射在HUD內(nèi)部鏡子上， 對現(xiàn)狀產(chǎn)品和增加導(dǎo)熱硅膠與 TFT支架更改為 AL6061 進(jìn)行仿真， 仿真結(jié)果如圖 7~8所示。由圖可看出更換材料前后TFT屏溫度差值為2.58 ℃。

2.2 環(huán)境對TFT屏導(dǎo)熱影響測試

試驗機(jī)型如圖 9 （a） 所示， 將其置于室內(nèi)環(huán)境， 為了消除空氣對流對產(chǎn)品測試結(jié)果準(zhǔn)確性的影響， HUD密封情況下進(jìn)行測試。

實測結(jié)果如圖 9 （b） 所示， 其中， 1 為 HUD 內(nèi)部環(huán)境溫度 ；2 為 TFT 屏 金屬 框溫度 ；3 為 TFT 背面中 心 溫度 ；5 為 TFT 屏 正面中 心 溫度 。TFT 屏 中 心 溫度 最高 ， 達(dá)到65.95 ℃。

2.2.1 室內(nèi)環(huán)境

將被測對象其置于室內(nèi)環(huán)境， HUD 密封情況下進(jìn)行測試， 在TFT金屬框上貼導(dǎo)熱硅膠， TFT支架材料從塑膠更換為Al6061 進(jìn)行溫度測試， 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成如圖 10（a） 所示， 測試結(jié)果如圖 10（b） 所示。對比溫度測試結(jié)果與續(xù)表1 CAE仿真結(jié)果可知， CAE 仿真結(jié)果與實際測試結(jié)果相差 4 ℃ 左右（HUD內(nèi)部溫度相差35.8-31.75=4.07 ℃）。

2.2.2 溫箱環(huán)境

將被測對象置于溫度為 50 ℃的恒溫箱內(nèi)， HUD密封情況下進(jìn)行測試， 更換TFT支架 （材料為 Al6061)、 貼導(dǎo)熱硅膠實際測試。如圖 11 （a） 所示， HUD用紙箱封閉， 杜絕溫箱內(nèi)對流風(fēng)影響測試結(jié)果， 再將封閉紙箱放入溫箱位置， 如圖 11（b） 所示， 使用測溫儀進(jìn)行溫度測量。

抬頭顯示器TFT日光照射仿真太陽光模擬器抬頭顯示器TFT日光照射仿真太陽光模擬器4所示， 更換TFT支架為鋁 （AL6061） 后， TFT屏最高溫度只降 2.3 ℃， 與表 2 在室外環(huán)境有太陽倒灌時， 更換TFT支架后， TFT屏最高溫度可降低2 ℃相近。

通過分析以上 CAE 仿真和測試數(shù)據(jù)， 可知在 TFT與 TFT支架之間增加導(dǎo)熱硅膠并將TFT屏支架材料改為 AL6061， 將TFT的熱量導(dǎo)走這種方案理論上是有效的， 但TFT屏溫度變化影響很小， 散熱不理想；TFT屏溫度與環(huán)境溫度和 HUD 內(nèi)部空間溫度相關(guān)。