CN204178088U - 一种具备夜视兼容功能的智能背光模组 - Google Patents

Abstract

一种具备夜视兼容功能的智能背光模组，背光模组连接智能控制模块，智能控制模块有嵌入式处理器MCU，嵌入式处理器MCU连接亮度采集单元、温度采集单元、对外通信接口和电源模块；智能控制模块的嵌入式处理器MCU分别对背光电路中的白色LED、橙色LED、绿色LED和蓝色LED进行控制，根据嵌入式处理器MCU采集的亮度信号对白色LED、橙色LED、绿色LED和蓝色LED进行不同混光比例的控制。智能背光模组具备昼/夜两种工作模式，其具备夜视功能的同时不影响日常的显示效果。通过对不同颜色LED的发光控制还能扩展其对不同夜视成像系统的兼容性，拓展了其适应范围。

Description

一种具备夜视兼容功能的智能背光模组

技术领域

本实用新型属于显示器的背光模组,特别涉及一种具备夜视兼容功能的智能背光模组。

背景技术

随着国家经济的高速发展，航空机载设备的需求也日益提高，在大多数情况下，航空机载设备的显示器均要求与夜视成像系统(NVIS)兼容，对其的光谱分布特性、亮度、色度、辐亮度等均有及其严格的要求。因此，满足夜视兼容性的显示器不会与夜视成像系统相干涉，并可以保持裸眼可视。这也就意味着敌方的夜视成像系统很难或不可能发现搭载具备夜视兼容性显示器的飞机。

目前，航空显示器已经普遍使用LCD作为其屏幕材质，背光源也基本采用发光LED产品，而不再使用CCFL灯管。显示器采用LED背光源具有以下优势：1批次产品波长一致性好，主峰波长误差可以控制在±5nm以内。便于保证夜视兼容光源的主波长的一致性和准确性；2光谱能量分布相对波长集中，一般产品约99.9％的能量集中在主峰波长的±20nm之内。其能量分布下降曲线非常类似理想滤色片的截止曲线；3亮度、波长对温度稳定性好，在-40℃～+85℃范围内，亮度相对常温变化率≤-15％，波长相对常温变化量±5nm。便于保证夜视兼容广元的产品环境稳定特性；4有较完整的产品系列可供设计选择，从紫外到红外，包括可见光范围内的LED产品在技术上已经成熟，便于夜视兼容光源的产品设计。由于具有以上所述优势，行业内目前大量采用混光的方式实现夜视兼容绿A、夜视白等国军标要求的夜视兼容光源。但目前行业内大量采用的混光方式均为对不同光源输出同样的PWM控制信号，然后利用不同的限流电阻以获得所需的混光亮度，使得其光学指标满足国军标要求。这种方式虽然具有硬件电路相对简单、亮度可调节等优点，但同时也有以下缺点：1同一批次的LED产品一致性较好，但不同批次产品则存在一定的差异性，为了获得良好的一致性，LED需要进行大量的筛选工作，必要时还需改变限流电阻的阻值，这又提高了不同批次产品维修、维护的难度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种具备夜视兼容功能的智能背光模组。

本实用新型的技术方案是：

一种具备夜视兼容功能的智能背光模组，其特征在于：背光模组由背光板和其上的导光板与分散片组成；背光板有结构背光，结构背光上面是背光电路，背光电路上面是反射膜；导光板与分散片的上下两面是有机玻璃板，在有机玻璃板上面上是下扩散片，下扩散片上面是增光膜，增光膜上面是上扩散片，上扩散片上面是上有机玻璃板；

背光模组连接智能控制模块，智能控制模块有嵌入式处理器MCU，嵌入式处理器MCU连接亮度采集单元、温度采集单元、对外通信接口和电源模块；嵌入式处理器MCU输出连接背光控制端口，背光控制端口连接背光模组的昼、夜背光电路；在光模组内有温度传感器，温度传感器连接温度采集单元。

智能控制模块的嵌入式处理器MCU分别对背光电路中的白色LED、橙色LED、绿色LED和蓝色LED进行控制，根据嵌入式处理器MCU采集的亮度信号对白色LED、橙色LED、绿色LED和蓝色LED进行不同混光比例的控制。

本实用新型效果是：

本一种具备夜视兼容功能的智能背光模组具备昼/夜两种工作模式，其具备夜视功能的同时不影响日常的显示效果。智能背光模组采用了双背光设计方式。在背光板上采用了两套背光系统：日光模式使用白色LED光源，夜视兼容模式使用符合夜视兼容性的橙色、绿色和蓝色LED光源。两套背光源共用一个电源供电，该电源输出电压根据负载的不同可自动调节；而两套背光源的每种LED光源负极则由主控单元分别控制，以实现两套背光源的自动切换。

不同颜色LED分别通过软件控制，软件和限流电阻相结合的方式进行混光，通过对不同颜色LED的发光控制还能扩展其对不同夜视成像系统的兼容性，拓展了其适应范围。针对不同批次LED光源，只需改变软件配置，无需改动硬件电路即可保持产品的一致性。

附图说明

图1是智能控制模块组成示意图

图2是MCU对背光控制电路图

图3是背光模组分层示意图

图3.1是背光模组分层的导光板与分散片示意图

图3.2是背光模组分层的背光板示意图

图4是智能背光模组的软件流程图

具体实施方式

如图所示一种具备夜视兼容功能的智能背光模组，如图3所示的背光模组由背光板1和其上的导光板与分散片2组成；背光板有结构背光3，结构背光上面是背光电路4，背光电路上面是反射膜5；导光板与分散片的上下两面是有机玻璃板：上有机玻璃板6、下有机玻璃板7；在下有机玻璃板上面是下扩散片8，下扩散片上面是增光膜9，增光膜上面是上扩散片10，上扩散片上面是上有机玻璃板6；

如图1所示的背光模组连接智能控制模块，智能控制模块有嵌入式处理器MCU，嵌入式处理器MCU连接亮度采集单元、温度采集单元、对外通信接口和电源模块；

嵌入式处理器MCU输出连接背光控制端口，背光控制端口连接背光模组的昼、夜背光电路；在光模组内有温度传感器，温度传感器连接温度采集单元。

如图2所示的智能控制模块的嵌入式处理器MCU分别对背光电路中的白色LED、橙色LED、绿色LED和蓝色LED进行控制，根据嵌入式处理器MCU采集的亮度信号对白色LED、橙色LED、绿色LED和蓝色LED进行不同混光比例的控制。

综合以上情况，开发出了不同颜色LED分别通过软件控制，软件和限流电阻相结合的方式进行混光，通过对不同颜色LED的发光控制还能扩展其对不同夜视成像系统的兼容性，拓展了其适应范围。针对不同批次LED光源，只需改变软件配置，无需改动硬件电路即可保持产品的一致性。

这套具备夜视兼容功能的智能背光模组主要由智能控制模块、背光模组组成。

系统主要组成：

智能控制模块功能

如图1所示，智能控制模块由嵌入式处理器(MCU)、亮度采集单元、温度采集单元、对外通信接口、电源模块等组成。智能控制模块一方面可以通过RS232与外部控制系统进行通信，实现外部控制系统背光亮度调节、温度读取等相关功能；另一方面，可以对亮度和温度进行采集，实时调整亮度以适应当前环境，通过软件和硬件配合调整夜模式的模式和各种LED的混光比例，保证各批次背光模组的光学指标的一致性。

嵌入式处理器负责对外通信处理，亮度和温度的采集以及对背光的控制功能，电源部分负责将输入的电平转换为控制电路和背光电路的供电电平。智能控制电路通过系统编程应用动态算法实现光谱混合来达到产品对色度、光谱能量及亮度的要求。通过是否点亮橙色LED以及调整绿色和蓝色LED的混光比例可以实现绿A和夜视白两种模式的切换。MCU对背光控制电路示意图如图2所示，对每种LED均进行单独的控制。

背光模组

图3是背光模组的部件分解图，从图中可以看出背光模组的结构较为复杂，它采用了多层功能块进行叠加设计的思想。

总体来说，背光模组由背光结构件、增光膜、扩散片、夹层防反射玻璃等组成，其中背光板的设计尤为关键。从图3可以看出背光模组采用了直下式LED光源照射的方式，LED光源发出的光直接向上传播，通过精确计算得出液晶屏平面垂直方向的光程，光学模组部分则使背光更加均匀，同时保证背光亮度。

软件流程图

智能背光模组的软件主要实现了以下功能：

●与外部控制系统之间通过串口进行数据通信

智能背光模组与外部控制系统之间通过标准的RS232串口进行通信，符合标准232通信协议。智能背光模组接收到外部控制系统发来的命令会产生一个中断，对相关命令进行处理并返回对应的命令，然后结束中断，返回主程序。

●实时监控智能背光模组内部温度

智能背光模组会实时监控背光电路和液晶屏的温度，当处于高温环境时会根据背光电路的温度适当降低LED亮度，以降低发热量。

●对背光亮度和模式进行控制和切换

智能背光模组的软件程序可以根据外部控制系统的命令对背光亮度进行调节，还可以对昼夜模式进行切换以及在不同的夜视兼容模式间切换，以满足夜视兼容的相关要求。亮度调节通过PWM方式进行调节，亮度级数可达256级，确保调节的准确性。

夜视兼容的LED光源 夜视兼容的LED光源的选择最关键的是较长波长的LED选择，它对辐亮度计算结果的影响极大，另外一个或两个波长的LED主要是配合长波长的LED混色形成所需要的光源色度(色坐标)。对满足夜视兼容要求的彩色显示器，其夜视白色光源必须有红、绿、蓝三色LED。对满足绿A标准夜视兼容要求的单色显示器，其夜视绿光源必须有绿、蓝两色LED。辐亮度积分计算方法参见GJB1394-92《与夜视兼容系统兼容的飞机内部照明》。

配色基本方法依据CIE1976UCS图谱颜色分布和配色一般规则，两原色可配颜色范围较小，配制光源色彩在该两色LED波长的相关线上，三原色或四原色法可配制NTSC范围内70％以上的颜色光源。

智能控制模块 LED驱动电路的设计采用了恒压限流的方式驱动LED光源，亮度的调节使用PWM方式进行调节，每一个颜色的LED亮度分别控制，方便对其进行打开或关闭操作，同时实现不同夜视模式的切换。在硬件电路的处理上，每个颜色的LED均使用相同的限流值，使用软件进行色坐标的微调，这样可以针对不同批次的LED光源进行软件的适配即可保持智能背光模组的光学性能的一致性，避免了硬件电路产生众多的适配版本，降低了后期的维修和维护成本。

背光模组 智能背光模组具备昼/夜两种工作模式，其主要目的是要求其具备夜视功能的同时不影响日常的显示效果。为了实现这一功能，智能背光模组采用了双背光设计方式。在背光板上我们采用了两套背光系统：日光模式使用白色LED光源，夜视兼容模式使用符合夜视兼容性的橙色、绿色和蓝色LED光源。两套背光源共用一个电源供电，该电源输出电压根据负载的不同可自动调节；而两套背光源的每种LED光源负极则由主控单元分别控制，以实现两套背光源的自动切换。

Claims (2)

1.一种具备夜视兼容功能的智能背光模组，其特征在于：背光模组由背光板和其上的导光板与分散片组成；背光板有结构背光，结构背光上面是背光电路，背光电路上面是反射膜；导光板与分散片的上下两面是有机玻璃板，在有机玻璃板上面上是下扩散片，下扩散片上面是增光膜，增光膜上面是上扩散片，上扩散片上面是上有机玻璃板；

背光模组连接智能控制模块，智能控制模块有嵌入式处理器MCU，嵌入式处理器MCU连接亮度采集单元、温度采集单元、对外通信接口和电源模块；

嵌入式处理器MCU输出连接背光控制端口，背光控制端口连接背光模组的昼、夜背光电路；在光模组内有温度传感器，温度传感器连接温度采集单元。

2.根据权利要求1所述的一种具备夜视兼容功能的智能背光模组，其特征在于：智能控制模块的嵌入式处理器MCU分别对背光电路中的白色LED、橙色LED、绿色LED和蓝色LED进行控制，根据嵌入式处理器MCU采集的亮度信号对白色LED、橙色LED、绿色LED和蓝色LED进行不同混光比例的控制。