基于TFT 投影技術(shù)的車(chē)載抬頭顯示器（HUD），隨視野與投影距離擴(kuò)大提升了駕駛安全性，但光學(xué)放大率增加使 TFT 屏需承受更大背光熱量與太陽(yáng)負(fù)載。TFT 屏依賴(lài)背光照亮，多數(shù)背光能量被吸收產(chǎn)熱，且白天易發(fā)生 “太陽(yáng)倒灌”。為解決過(guò)熱問(wèn)題，本文提出兩種被動(dòng)散熱方案，通過(guò)熱仿真與紫創(chuàng)測(cè)控luminbox太陽(yáng)光模擬器模擬真實(shí)光照工況，驗(yàn)證方案效果，為HUD 熱設(shè)計(jì)提供支撐。

TFT 屏過(guò)熱原因分析

luminbox

熱傳遞圖解

TFT 屏高溫源于兩大核心熱量來(lái)源：一是背光發(fā)熱，HUD 背光由兩顆 LED 組成，單顆工作電壓 3.1V、電流 0.34A，經(jīng)計(jì)算，背光被 TFT 屏吸收轉(zhuǎn)化的熱功率達(dá) 0.499W；二是太陽(yáng)倒灌發(fā)熱，太陽(yáng)光沿HUD 光路逆向匯聚形成光斑，輻照度為入射陽(yáng)光的數(shù)倍至數(shù)十倍，大部分能量被TFT吸收。兩種熱量疊加時(shí)，需通過(guò)散熱方案控制溫度，避免HUD 失效。

被動(dòng)散熱方案設(shè)計(jì)

luminbox

TFT導(dǎo)熱強(qiáng)化方案：在TFT金屬框與支架間填充導(dǎo)熱硅膠，增大接觸面積；并將原塑膠TFT支架替換為高導(dǎo)熱系數(shù)的Al6061鋁合金。熱量傳遞路徑為：TFT 屏→金屬框→導(dǎo)熱硅膠→擴(kuò)散板→Al6061 支架，以提升熱量高效導(dǎo)出。

背光散熱面積增大方案：背光LED 組件自身發(fā)熱會(huì)通過(guò)輻射與傳導(dǎo)影響TFT 屏。增大背光模塊散熱器面積，從原13708 mm2擴(kuò)展至74388 mm2，旨在降低背光對(duì)TFT的熱輻射與傳導(dǎo)。

仿真與陽(yáng)光模擬測(cè)試

luminbox

1.仿真設(shè)置

采用熱仿真工具構(gòu)建模型，輸入SUS304 金屬框、玻璃等材料的導(dǎo)熱性能參數(shù)，設(shè)置背光熱功率0.499 W。借助太陽(yáng)光模擬器模擬真實(shí)光照特性，設(shè)定其照射到屏正面的熱流密度平均值為11496 W/m3，分別模擬無(wú)光照、光照HUD 外殼、光照 HUD 內(nèi)部三種工況，環(huán)境溫度涵蓋常溫（27.5℃、32℃）與高溫（50℃）。

2.陽(yáng)光模擬測(cè)試方案

制作樣品開(kāi)展實(shí)測(cè)，測(cè)試環(huán)境包括室內(nèi)密封環(huán)境、室外環(huán)境及50℃恒溫箱環(huán)境，均采用密封設(shè)計(jì)消除空氣對(duì)流干擾。陽(yáng)光模擬測(cè)試通過(guò)太陽(yáng)光模擬器精準(zhǔn)還原太陽(yáng)倒灌場(chǎng)景，控制光照角度與輻照度，記錄TFT 屏各關(guān)鍵位置及HUD 內(nèi)部環(huán)境溫度，對(duì)比仿真與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

仿真與實(shí)測(cè)一致性驗(yàn)證

luminbox

HUD 產(chǎn)品及測(cè)試結(jié)果（a） 試驗(yàn)樣機(jī) （b） 溫度數(shù)據(jù)

仿真結(jié)果與太陽(yáng)光模擬器測(cè)試數(shù)據(jù)最大差值為4.7℃，表明仿真模型準(zhǔn)確性較高。例如室內(nèi)環(huán)境下，塑膠支架無(wú)導(dǎo)熱硅膠時(shí)，TFT 屏實(shí)測(cè)最高溫度 65.95℃，仿真結(jié)果 62.432℃，差值 3.518℃，滿(mǎn)足工程誤差要求，為方案評(píng)估提供可靠數(shù)據(jù)支撐。

導(dǎo)熱強(qiáng)化方案效果

luminbox

該方案降溫效果與環(huán)境溫度正相關(guān)，環(huán)境溫度越低效果越優(yōu)。無(wú)太陽(yáng)光模擬器模擬的太陽(yáng)負(fù)載時(shí)，常溫下TFT 屏最高溫度可降 4℃左右；有太陽(yáng)光模擬器模擬的太陽(yáng)負(fù)載時(shí)，降溫幅度約2℃；50℃高溫環(huán)境下，降溫僅 2.3℃，整體實(shí)現(xiàn) 2.5~4℃降溫，可緩解中低溫工況過(guò)熱問(wèn)題。

散熱面積增大方案效果

luminbox

太陽(yáng)光模擬器測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，增大背光散熱面積對(duì)TFT 屏降溫影響不顯著，高溫下最大降溫2.25℃，常溫下最小降溫 2.1℃。但該方案對(duì)散熱器自身溫度改善明顯，常溫下降低 14.25℃，高溫下降低 9.9℃，有效提升了背光組件工作穩(wěn)定性。

綜上，實(shí)驗(yàn)提出的兩種被動(dòng)散熱方案均能實(shí)現(xiàn)TFT 屏降溫，經(jīng)仿真與太陽(yáng)光模擬器測(cè)試驗(yàn)證，兩種方案最大降溫幅度不超過(guò)4℃，難以完全解決極端工況過(guò)熱問(wèn)題。研究結(jié)果為車(chē)載HUD 熱設(shè)計(jì)提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)與工程參考，確保車(chē)載HUD在復(fù)雜光照與溫度環(huán)境下穩(wěn)定工作。

Luminbox全光譜準(zhǔn)直型太陽(yáng)光模擬器

luminbox

紫創(chuàng)測(cè)控Luminbox全光譜準(zhǔn)直太陽(yáng)光模擬光源是專(zhuān)為車(chē)載HUD測(cè)試而設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)光源設(shè)備，能精準(zhǔn)模擬自然光環(huán)境，支持光譜/ 亮度 / 色溫調(diào)控，幫助在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行太陽(yáng)直射、光學(xué)干涉與動(dòng)態(tài)光適應(yīng)性等HUD光學(xué)性能測(cè)試與驗(yàn)證。

全光譜覆蓋：350nm-1100nm光譜，貼近自然光權(quán)重

高動(dòng)態(tài)亮度：2 米處20,000-150,000Lux，滿(mǎn)足HUD 亮度響應(yīng)測(cè)試

強(qiáng)光抗擾驗(yàn)證：直射模擬復(fù)現(xiàn)圖像模糊/ 重影問(wèn)題場(chǎng)景

多場(chǎng)景適應(yīng)：支持日間/ 夜間 / 隧道等光照動(dòng)態(tài)切換測(cè)試

紫創(chuàng)測(cè)控Luminbox全光譜準(zhǔn)直型太陽(yáng)光模擬器以精密光學(xué)的工程化應(yīng)用，可有效縮短從基礎(chǔ)研究到工業(yè)驗(yàn)證的周期，為車(chē)載HUD測(cè)試提供可靠的“人工太陽(yáng)”，助力汽車(chē)領(lǐng)域的技術(shù)革新。