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度和準直角為主要目的，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）。
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特性
1. 輻照強度：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. 準直角≤4°
8. 輻照度不均勻性：≤2%；
9.不穩(wěn)定性：LTI≤± 1.5% ; A+
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抬頭顯示器TFT日光照射仿真太陽光模擬器TFT屏導熱仿真與測試
仿真與測試時將 TFT置于密閉空間內(nèi)， 在有無太陽負載條件下， 對模型仿真結果與實際測試結果對比。
當 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屏吸收轉換為熱的功率為0.499 W。仿真與測試時在 TFT背光接收側設置 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熱硅膠再到擴散板， 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 ℃， 無太陽負載照射 HUD時， HUD 的內(nèi)部溫度為 44 ℃， 有太陽負載時 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） 當有太陽負載進入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。對比仿真結果和測試結論如下：
（1） 仿真結果與實際相差4.7 ℃， 仿真結果準確；
（2） 通過給TFT導熱的散熱效果與 HUD工作的環(huán)境溫度相關， 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， 當無太陽倒灌時， TFT支架材料由 塑膠更換為 AL6061 后 TFT 溫度可降 4 ℃左右， 當有太陽負載時， TFT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)品和增加導熱硅膠與 TFT支架更改為 AL6061 進行仿真仿真， 仿真結果如圖 3~4所示。由仿真結果可以看出更換材料前后TFT屏的溫度差值為5.2 ℃。
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2.1.2 太陽光照射外殼
室內(nèi)環(huán)境為 32℃， 背光溫度設置為 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)品和增加導熱硅膠與 TFT支架更改為 AL6061 仿真， 仿真結果如圖 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)品和增加導熱硅膠與 TFT支架更改為 AL6061 進行仿真， 仿真結果如圖 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屏導熱影響測試
試驗機型如圖 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)品測試結果準確性的影響， HUD密封情況下進行測試。
實測結果如圖 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 ， 達到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 密封情況下進行測試， 在TFT金屬框上貼導熱硅膠， TFT支架材料從塑膠更換為Al6061 進行溫度測試， 產(chǎn)品結構組成如圖 10（a） 所示， 測試結果如圖 10（b） 所示。對比溫度測試結果與續(xù)表1 CAE仿真結果可知， CAE 仿真結果與實際測試結果相差 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密封情況下進行測試， 更換TFT支架 （材料為 Al6061)、 貼導熱硅膠實際測試。如圖 11 （a） 所示， HUD用紙箱封閉， 杜絕溫箱內(nèi)對流風影響測試結果， 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支架之間增加導熱硅膠并將TFT屏支架材料改為 AL6061， 將TFT的熱量導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。
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