[我分享] PGU-TFT背光设计

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发表于 2023-2-15 16:53 | 显示全部楼层 |阅读模式

首先根据HUD根据其中光机投影技术路线的不同，可分成TFT-LCD、DLP、LCoS等三种方案:TFT-LCD技术成熟且成本较低，在W-HUD中广泛应用;
DLP性能优秀且可以防止阳光倒灌，被认为是AR-HUD的首选方案;

LCoS则可摆脱DLP受德州仪器(TI)知识产权垄断而无法实现定制化的局限，在华为入局后倍受关注。

目前设计的光源采用的是欧司朗的某款灯珠，采用的是TFT-LCD显示器。薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD):是一个电信号控制的光开关装置，由LED背光源(背光模组+灯管)、TFT基板(薄膜晶体管+储存电容+ITO电极)、液晶、彩色滤光器基板、偏光板等组成。

原理:LED背光源发光后，TFT基板上的薄膜晶体管产生电压，电压高低可以控制位于两片透明导电铟锡氧化物(ITO)电极之间的液晶排列方向，而液晶的排列方向与光线的穿透量有关，进而造成画素的亮暗程度不同，即灰阶。经过TFT液晶单元后，显示屏上显示的图像开始进行反射，并最终投射到挡风玻璃上。

对于此次背光部分设计主要采用的是TIR、单片式和两片式；目前所存在的问题在于单灯珠都可以做到光照均匀、能量利用率高，但是对于多灯珠的拼接会出现严重的拼缝问题。目标：1. 图像全画面均匀度>80%;2.头动均匀度>80%；3.能量利用率>50%

存在问题1. 圆形光斑拼接会造成LCD暗角出现；2. 如果对于透镜阵列进行六边形或者矩形拼接，容易出现亮条纹；3. 使用菲涅尔透镜容易形成菲涅尔纹路，造成画面不细腻；4. 拼接会造成能量利用率低。

解决办法：光斑整形，使圆形光斑变成方形光斑

TIR仿真结果

结论：LCD表面光源均匀性好，光源利用率达到>75%；但是其光斑面积是小于透镜尺寸，所以存在无法拼接问题。

方案2：菲涅尔+微透镜阵列

针对拼接出现拼缝的问题，采用凹面镜对其光线进行发散处理，使其相邻透镜边缘光线照射拼接出。

结论：使用菲涅尔透镜+微透镜阵列的方式，实现了LED阵列化和LCD表面照度均匀；但是，其存在效率低和空间结构复杂的问题。

方案3：自由曲面+微透镜阵列

方案描述：根据方案2设计结果，呈现出效率低的问题；主要原因在于大角度的光线无法进入雷竞技下载找ray666点vip系统，光源距离菲涅尔透镜的距离较远，造成大量的光线损耗。因此基于此等情况，采用自由曲面代替菲涅尔透镜的方法来实现。

均匀度达到83%，能量利用率达到59.3%;但是其还存在结构太长的缺点。

方案4：两片式

为了提高LED光能利用率，必须改善收光角度。此方案按照160°的发散角进行设计，采用球面透镜+非球面的组合。根据热仿真结果，第一面球面透镜选用玻璃材料。(大于160°的光线都属于无效光线，进入系统只能成为杂光)。光源的设置为了更切合实际，都是采用的面光源设置。采用RAID提取了各个视场的主光线角度

为了拼接采用的外接六边形，拼接方式。下面为一个单元拼接效果图

根据LCD尺寸，最终拼接效果

以上只是对于灯珠的仿真，加入PGU整体结构，仿真结果如下

此方法实现了高均匀度和高能量利用率，但是存在玻璃镜片造成了成本过高；所以目前这个设计还不是最优解，对于单个灯珠的设计都可以满足要求，但是对于多灯珠的拼接还是存在很大的问题。大家如果有什么好的想法可以一起交流一下，对于激光雷达和HUD大家更看好哪一个。春招想找个好工作

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发表于 2023-2-16 08:47 | 显示全部楼层

对于激光雷达不太了解，HUD最大的难点在于与车厂的交流TAT o(TヘTo)

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楼主| 发表于 2023-2-16 20:57 | 显示全部楼层

Nancyyy 发表于 2023-2-16 08:47
对于激光雷达不太了解，HUD最大的难点在于与车厂的交流TAT o(TヘTo)

对于HUD，目前的应用还是以新能源汽车为主；感觉后期的发展的前景比价受限，而对于激光雷达来说应用肯定是大于HUD的。不知道那块进去涉及的雷竞技下载找ray666点vip多一些，能让自己尽快成长起来

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佛跳墙

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发表于 2023-2-16 21:52 | 显示全部楼层

HUD的难点在于光路布置、合理且准确的评价指标和杂散光，相对来说对设计能力要求要低一些。激光雷达的设计一般就是望远镜这种收发系统，内容上会偏向传统的镜头类雷竞技下载找ray666点vip设计，然后会接触到激光这个大类。我感觉激光雷达后面会好些。

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Nancyyy

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小白

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发表于 2023-2-17 08:23 | 显示全部楼层

菜百小发表于 2023-2-16 20:57
对于HUD，目前的应用还是以新能源汽车为主；感觉后期的发展的前景比价受限，而对于激光雷达来说应用肯定 ...

国内很多车都上了HUD，新能源占的比例还比较小

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楼主| 发表于 2023-2-17 18:23 | 显示全部楼层

佛跳墙发表于 2023-2-16 21:52
HUD的难点在于光路布置、合理且准确的评价指标和杂散光，相对来说对设计能力要求要低一些。激光雷达的设计 ...

HUD感觉不同的车型，它的内部空间已经限制比较严重；优化的话主要还是自由曲面、反射镜和PGU的位置关系，以及自由曲面的面型问题。激光雷达的发射和接收端确实需要考虑到激光的一些问题，但是考虑成本上来看还是主要以两片式为主，基本上跟传统镜头没法比。

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十一月的萧邦

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2024-11-4 10:18

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发表于 2023-11-21 15:37 | 显示全部楼层

1、我看很多应用里面，都是将LCD和光轴以一定角度倾斜放置，比如倾角15度。此时倾斜后的亮度均匀性还能做到90%以上吗？2、LCD屏幕倾斜后的均匀性有什么方法可以控制嘛？

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楼主| 发表于 2023-11-23 14:28 | 显示全部楼层

十一月的萧邦发表于 2023-11-21 15:37
1、我看很多应用里面，都是将LCD和光轴以一定角度倾斜放置，比如倾角15度。此时倾斜后的亮度均匀性还能做到 ...

加毛玻璃，或者菲涅尔透镜，实际的效果还得做实验

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happychenwen

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无聊
2024-10-29 09:10

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[LV.6]常住居民II

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发表于 2024-7-1 13:37 | 显示全部楼层

你好，请问一下设计过程中均匀度主要看亮度均匀度还是照度均匀度呢？现在我遇到个问题就是亮度照度仿真后的那个圆半径不一致，拼接不确定以哪个为准，另外您如果针对亮度进行了仿真，请问你的亮度探测器设置是什么样的呢？

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xhs001

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2024-9-14 10:53

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[LV.2]偶尔看看I

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小白

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发表于 2024-7-8 21:55 | 显示全部楼层

那TFT能量利用率有50%？，LCOS和DLP有多少？

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