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TFT日光照射仿真太陽光模擬器輻射系統(tǒng)

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TFT日光照射仿真太陽光模擬器輻射系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)直性的同時(shí)可模擬AM1.5G條件下的一個(gè)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(dòng)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(shí)將 TFT置于密閉空間內(nèi), 在有無太陽負(fù)載條件下, 對(duì)模型仿真結(jié)果與實(shí)際測試結(jié)果對(duì)比。

當(dāng) HUD正常工作時(shí), 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(jì)算背光工作時(shí)被TFT屏吸收轉(zhuǎn)換為熱的功率為0.499 W。仿真與測試時(shí)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(jì)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(gè)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(shí)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(shí), 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(shí),HUD 內(nèi) 部環(huán)境溫度為 31.75 ℃。

此時(shí), 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(shí), HUD 的內(nèi)部溫度為 44 ℃, 有太陽負(fù)載時(shí) HUD 內(nèi)部溫度為 50 ℃

當(dāng)外部環(huán)境溫度為32 ℃時(shí), 通過測試發(fā)現(xiàn):

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

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

(1) 仿真結(jié)果與實(shí)際相差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) 從表2與表3 數(shù)據(jù)可以看出, 當(dāng)無太陽倒灌時(shí), TFT支架材料由 塑膠更換為 AL6061 后 TFT 溫度可降 4 ℃左右, 當(dāng)有太陽負(fù)載時(shí), TFT溫度降2 ℃左右。

2.1 太陽光對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)TFT屏導(dǎo)熱影響測試

試驗(yàn)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(duì)流對(duì)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(shí)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  , 達(dá)到65.95 ℃。

2.2.1 室內(nèi)環(huán)境

將被測對(duì)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(duì)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(shí)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 ℃)。

TFT日光照射仿真太陽光模擬器輻射系統(tǒng)

2.2.2 溫箱環(huán)境

將被測對(duì)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(shí)際測試。如圖 11 (a) 所示, HUD用紙箱封閉, 杜絕溫箱內(nèi)對(duì)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。

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(shí), 更換TFT支架后, TFT屏溫度可降低2 ℃相近。

TFT日光照射仿真太陽光模擬器輻射系統(tǒng)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)。



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