LED照明已在航空電子領(lǐng)域得到廣泛采用，幾乎安裝在所有新飛機(jī)設(shè)計(jì)內(nèi)外的所有地方。它正在越來越多地在現(xiàn)有飛機(jī)上進(jìn)行改裝。合并LED的速度較慢的一個(gè)領(lǐng)域是駕駛艙，但隨著儀表顯示器的LED背光變得越來越普遍，現(xiàn)在正在發(fā)生變化。本文將概述為什么駕駛艙采用LED的速度緩慢，以及如何克服一致的調(diào)光和顏色穩(wěn)定性等技術(shù)挑戰(zhàn)。

圖1：先進(jìn)的航空電子系統(tǒng)，如霍尼韋爾Primus Epic即將安裝在下一代巴西航空工業(yè)公司的E-Jet上，正在使用更大的液晶顯示器，其先進(jìn)的圖形需要高質(zhì)量的LED背光。

將檢查用于照明儀表組的LED的典型示例，包括Lumex QuasarBrite?設(shè)備。 LED背光驅(qū)動器是背光質(zhì)量的關(guān)鍵。適合航空電子行業(yè)嚴(yán)格要求的示例包括Atmel和Semtech的驅(qū)動程序。意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）和德州儀器（Texas Instruments）的評估套件也值得納入其中。

Tick all the boxes

飛機(jī)行業(yè)并未慢慢認(rèn)識和利用LED照明技術(shù)引人注目的美學(xué)和性能特征。 LED的特性滿足了它們對低功耗，小尺寸，高可靠性和機(jī)械穩(wěn)定性的關(guān)鍵要求，為混合物增加了長壽命，靈活的形狀因子和改善的光質(zhì)量。 LED勾選所有方框。輕型，休閑飛機(jī)，公務(wù)機(jī)，商用飛機(jī)和許多軍用飛機(jī)的新設(shè)計(jì)現(xiàn)在“事實(shí)上”包括內(nèi)部和外部的LED照明，從機(jī)艙標(biāo)牌到著陸燈。毫不奇怪，航空電子行業(yè)，使用得很好延長產(chǎn)品壽命，特別擅長了解降低生命周期成本的好處。因此，在許多其他照明市場中阻礙LED采用的較高單位成本和進(jìn)入成本的傳統(tǒng)障礙并未真正成為這一因素。

現(xiàn)有飛機(jī)設(shè)計(jì)正在重新設(shè)計(jì)而非重新設(shè)計(jì)，并且大元素被重新用于節(jié)省新認(rèn)證的成本和時(shí)間，對于改變LED照明技術(shù)存在一些自然的阻力。然而，在許多領(lǐng)域，例如機(jī)艙照明，LED正在改裝。一些軍事項(xiàng)目保留了現(xiàn)有的照明技術(shù)，通常是因?yàn)轭A(yù)計(jì)平臺的使用時(shí)間不夠長，或者每年的飛行小時(shí)數(shù)不足以恢復(fù)設(shè)備和認(rèn)證的前期成本。

駕駛艙問題但是，飛機(jī)的一個(gè)區(qū)域比飛行甲板更能抵抗LED的吸引力超過大多數(shù)時(shí)間。在某種程度上，這是由于重復(fù)使用經(jīng)過試驗(yàn)，測試和認(rèn)證的儀器單元和布局。在另一部分中，正是由于與LED技術(shù)變化相關(guān)的技術(shù)挑戰(zhàn)。調(diào)光是至關(guān)重要的，因?yàn)槊髁恋年柟鈺兂梢雇恚⑶荫{駛艙內(nèi)各種各樣的屏幕都會持續(xù)調(diào)光。在駕駛艙內(nèi)整合一致的調(diào)光方案所需的努力和投資并非易事顏色穩(wěn)定性是另一個(gè)需要注意的因素。多年來，駕駛艙儀表顯示的顏色發(fā)生了很大變化。幾十年前，紅色駕駛艙照明受到青睞，因?yàn)樗鼛椭w行員保持夜視。今天，紅燈只能用來表示危險(xiǎn)。即使黃色/橙色照明也僅限于警報(bào)狀態(tài)指示。今天的大多數(shù)駕駛艙和傳奇照明都是白色的（6500到8000 K的冷色或藍(lán)白色）用于信息面板和顯示器，綠色用于正常狀態(tài)指示。用于背光的白光LED通常通過應(yīng)用組合來創(chuàng)建在藍(lán)色LED管芯上的彩色磷光體，通常是紅色和黃色。芯片波長和彩色熒光粉配方的組合會產(chǎn)生不同的白色調(diào)，范圍從1800 K到5500 K以及更高。

圖2：美國航空公司波音777的駕駛艙 - 300。用于復(fù)雜圖形和視頻數(shù)據(jù)的大幅面多色顯示器正變得越來越普遍，需要謹(jǐn)慎處理背光和調(diào)光。但是，較大幅面的LCD通常是多色的，并且多色背光是合適的。 RGB背光消除了對單色LED所需的顏色混合區(qū)域的需要，盡管通常需要稍微復(fù)雜的驅(qū)動電路。通過混合，典型地，64％綠色，8％藍(lán)色和28％紅色，可以產(chǎn)生白光。雖然LED技術(shù)正在改進(jìn)，但已經(jīng)注意到不同的顏色設(shè)備以不同的速率老化，這可以使顏色變得更好隨著時(shí)間的推移穩(wěn)定難以維持。一些LED在較高溫度下表現(xiàn)出輕微的顏色變化，因?yàn)榱坠怏w的效率會下降。雖然已注意到紅色LED的光通量明顯減少并且可能需要進(jìn)行補(bǔ)償，但人眼并不總是能夠察覺到這一點(diǎn)。另外，為了使問題進(jìn)一步復(fù)雜化，盡管LED變暗時(shí)的色溫變化可能很小，但這可能并不總是令人滿意的。飛行器可用于傳統(tǒng)電致發(fā)光或熒光（CCFL）背光技術(shù)調(diào)光所產(chǎn)生的效果。

儀表板設(shè)計(jì)人員在轉(zhuǎn)向LED時(shí)的早期擔(dān)憂是LED發(fā)射器的圓錐形狀，與白熾燈的球形相比它們通常取代的燈。這可能意味著面板的較小區(qū)域被點(diǎn)亮，除非LED縮回到前面板后面。一些早期設(shè)備還在照明區(qū)域的中心投射了一個(gè)黑點(diǎn)。

過時(shí)是一個(gè)主要的缺點(diǎn)，盡管這會影響飛機(jī)設(shè)計(jì)的許多技術(shù)方面。一方面，飛機(jī)儀表設(shè)計(jì)師熱衷于看到快速發(fā)展的發(fā)展，使LED非常適合他們的應(yīng)用。另一方面，他們認(rèn)識到，與許多不成熟的技術(shù)一樣，設(shè)備選擇和可用性也在迅速變化。然而，軍事和航空航天客戶需要持續(xù)供應(yīng)和支持10到20年。

克服障礙因此，制造商需要時(shí)間來證明LED適合替代駕駛艙應(yīng)用中使用的各種技術(shù)。其中一個(gè)更明顯的解決方案是裝箱，現(xiàn)在意味著可以在更高的溫度下測試設(shè)備的顏色穩(wěn)定性。由幾家制造商開發(fā)的另一種解決方案是能夠以模仿白熾燈或鹵素?zé)舻姆绞秸{(diào)暗LED。由于背光應(yīng)用需要盡可能寬的角度，至少120°，因此出現(xiàn)了更薄的廣角LED。

LED驅(qū)動器被證明是背光儀表面板和顯示器的關(guān)鍵組件。基于PWM（脈沖寬度調(diào)制）的驅(qū)動器通常用于隨時(shí)間和變化的電流條件提供色彩平衡。 Osram Opto Semiconductor的應(yīng)用筆記1精確地解釋了它的工作原理以及所需的器件（微控制器，PWM驅(qū)動器，光電晶體管/RGB傳感器等）。

然而，隨著技術(shù)的進(jìn)步，LED照明的基本原理變得更加有力。用于大型顯示器，控制面板，儀表組甚至單個(gè)照明開關(guān)的LED背光越來越普遍。 LED現(xiàn)在通常比儀器本身使用壽命更長，但情況并非總是如此。較少的熱量和眩光對更舒適和更疲勞的環(huán)境做出了顯著貢獻(xiàn)。較小的尺寸，特別是深度，可以使顯示器更薄，使駕駛艙設(shè)計(jì)師在布局方面具有更大的靈活性。

商用飛機(jī)的抬頭顯示器引導(dǎo)系統(tǒng)的開發(fā)，例如羅克韋爾柯林斯公司在波音757中安裝的/767客機(jī)，只有超薄LED背光液晶顯示器才有可能。 （參見下面的圖3和上面的圖1。）

圖3：這架波音767駕駛艙顯示了綠色屏幕的信息，白色背光開關(guān)以及多色顯示屏。作為夜間進(jìn)場的一致調(diào)光至關(guān)重要。

顯示尺寸是一項(xiàng)復(fù)雜的業(yè)務(wù)。一方面，新的大幅面顯示器可能需要比他們更換的原始設(shè)備更多的面板空間（除非他們?nèi)〈贑RT的顯示器）。然而，這些新顯示器更靈活，可以提供比其前輩更多的信息，并且一個(gè)單元可以取代幾個(gè)舊顯示器。

盡管駕駛艙內(nèi)的LED啟動緩慢，但是飛行甲板上的LED背光儀器的改造市場是現(xiàn)在是一個(gè)成長的企業(yè)利用新儀器功能的優(yōu)勢以及大幅改進(jìn)的航班信息顯示，正在鼓勵運(yùn)營商升級其飛機(jī)駕駛艙，并通過相對適度的投資延長其使用壽命。一些較小的飛機(jī)可能會受限于可安裝多少大型顯示器，但這只會產(chǎn)生對較小版本的主流航空電子儀表顯示器的需求。同時(shí)，新儀器正在興起。所謂的“NextGen”航空電子應(yīng)用包括合成視覺系統(tǒng)（SVS），自動相關(guān)監(jiān)視廣播（ADS-B）交通系統(tǒng)，高分辨率地形豐富的地圖，機(jī)場地面和出租車地圖，進(jìn)近圖和上行圖形天氣描寫。在提供附加功能的同時(shí)，他們需要更大，更高分辨率的屏幕，以清晰和邏輯地顯示復(fù)雜的信息。有效地顯示和背光，這些信息可以帶來更強(qiáng)的態(tài)勢感知，從而提高安全性。

直接方法

有效的背光是關(guān)鍵。眾所周知，駕駛艙顯示單元的質(zhì)量很大程度上取決于背光單元的質(zhì)量。 LED，白色和/或RGB的選擇以及直接或間接背光方案的選擇可以對背光質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。

根據(jù)歐司朗光電半導(dǎo)體的有用應(yīng)用筆記2，直接背光是優(yōu)選用于具有高亮度，中等尺寸和有限空間特性的模塊。它給出了一個(gè)10.4英寸TFT顯示屏的例子，配備336個(gè)白色PowerTOLLED?設(shè)備，亮度為600到1000 cd/m2，對振動不敏感，壽命超過10，000小時(shí)。包括反射器和PCB在內(nèi)的整個(gè)模塊的高度僅為20 mm。

Lumex采用了不同的LED背光方法，其QuantumBrite系列采用柔性LED面板。它們采用薄型，超薄型，厚度僅為0.125 mm，而傳統(tǒng)COB（板上芯片）封裝器件為5 mm，邊緣照明技術(shù)為2至3 mm。聲稱耐用且防陰影，亮度方面的性能可與側(cè)光式設(shè)備相媲美，但并不總是達(dá)到COB背光的水平。

該公司堅(jiān)持認(rèn)為，亮度水平足以應(yīng)對視覺挑戰(zhàn)性應(yīng)用，包括顯示屏背光，開關(guān)和儀表板照明以及飛機(jī)機(jī)艙。然而，它的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠安裝在彎曲表面上，并包括開關(guān)或其他部件的切口。它可與其他LED，LCD，光管和其他平板電腦組件集成。

雖然QuantumBrite技術(shù)可在客戶指定的解決方案中使用，但Lumex還單獨(dú)提供QuantumBrite模塊中使用的QuasarBrite系列RGB LED。該器件聲稱是最小的器件，采用緊湊型0404封裝，尺寸僅為1 x 1 x 0.25 mm。 QuasarBrite 0404 RGB LED設(shè)計(jì)用于受限制的空間，用于背光LCD和開關(guān)，以及其他應(yīng)用。

標(biāo)準(zhǔn)器件提供30 mcd紅色，40 mcd綠色和20 mcd藍(lán)色，正向電壓為1.95 V ，分別為2.85 V和2.73 V. LED的工作溫度范圍為-40至85°C，視角為120°，堅(jiān)固耐用，已經(jīng)應(yīng)用于裝甲軍事運(yùn)輸中的儀表板照明等應(yīng)用。

LED驅(qū)動器設(shè)備和模塊的選擇可用于背光應(yīng)用，選擇取決于許多因素，包括串聯(lián)連接的LED數(shù)量，串?dāng)?shù)，電路板空間和熱管理問題。考慮到溫度變化和老化，一些驅(qū)動器更擅長應(yīng)對顏色穩(wěn)定性和持續(xù)調(diào)光等挑戰(zhàn)。

Atmel提供廣泛的多串LED驅(qū)動器產(chǎn)品組合，用于背光應(yīng)用。諸如“效率優(yōu)化器”技術(shù)，靈活的調(diào)光選項(xiàng)以及各種功率級別的可擴(kuò)展性等特性確保這些器件適用于工業(yè)，軍事和航空電子顯示器的直接和側(cè)光背光方案。這些設(shè)備對駕駛艙設(shè)計(jì)人員具有潛在的興趣，可為本地和全球調(diào)光，電源管理，信號調(diào)理和智能接口提供解決方案。效率優(yōu)化器使多個(gè)驅(qū)動器能夠通信以控制總體工作電壓，從而使LED保持電流調(diào)節(jié)。這與片上可編程性相結(jié)合，使設(shè)計(jì)人員能夠補(bǔ)償LED老化并提供熱控制。

數(shù)字控制反饋回路管理LED電源，并調(diào)節(jié)LED電流，每個(gè)LED串最高30 mA，最多12個(gè)每串LED。 LED調(diào)光通過外部PWM信號或內(nèi)部8位PWM引擎實(shí)現(xiàn)。 LED串電流的模擬調(diào)光可用于環(huán)境光傳感器（ALS）和/或使用熱敏電阻傳感器進(jìn)行溫度管理，無需外部補(bǔ)償。

LCD面板的典型Atmel LED驅(qū)動器是MSL1064，它包含一個(gè)電流模式PWM升壓調(diào)節(jié)器，內(nèi)置50 V開關(guān)和4.75至36 V輸入電壓范圍。它能夠以30 mA（最高48 V）驅(qū)動6個(gè)LED燈串，每個(gè)驅(qū)動器可以提供高達(dá)72個(gè)LED。

圖4：Atmel的MSL106X LED驅(qū)動器，帶有數(shù)字PWM亮度控制。

Semtech采取了類似的方法。 SC4541是為各種背光應(yīng)用設(shè)計(jì)的擴(kuò)展驅(qū)動器系列中的一個(gè)示例。它是一個(gè)完全集成的高壓升壓（升壓）和降壓（降壓）LED驅(qū)動器。輸入電壓范圍為2.9至22 V，輸出電壓高達(dá)25 V.該器件能夠驅(qū)動多達(dá)7個(gè)串聯(lián)的白光LED。其他功能包括電流模式控制，直接PWM調(diào)光和集成肖特基整流器。

該系列中的另一款器件是SC4509，被描述為高度集成的升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器，針對白光LED和OLED背光較小的儀器顯示器。它能夠驅(qū)動多達(dá)5個(gè)串聯(lián)LED，輸入電壓范圍為2.7至10 V，輸出電壓為20 V.它的PWM頻率恒定為1.2 MHz。

德州儀器也采用了并且測試了使用PWM調(diào)光的方法，因?yàn)樗试S燈的色溫保持恒定，而不管其強(qiáng)度如何。這是通過保持LED電流的幅度恒定，但周期性地打開和關(guān)閉LED驅(qū)動器，從而改變LED的平均電流和光強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)的。 TI開發(fā)了一種參考設(shè)計(jì)，可自動調(diào)整顯示亮度，以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境光線條件。該設(shè)計(jì)基于PowerWise LM3423 LED驅(qū)動器以及5個(gè)串聯(lián)的LED，輸入電壓為4.5至12 V.LED電流標(biāo)稱值為100 mA，輸出電壓為15至20 V.開發(fā)了一款評估板，展示LM3423與升壓電流調(diào)節(jié)器配合使用，可在10至26 V的直流輸入電壓下以700 mA的電流驅(qū)動多達(dá)12個(gè)LED.LM3423BS2LYE/NOPB允許設(shè)計(jì)人員嘗試PWM調(diào)光，過壓保護(hù)和輸入欠壓鎖定。

STMicroelectronics擁有STEVAL-ILL020V1演示板，用于基于LED7706器件的LCD面板背光。該器件采用高效單片升壓轉(zhuǎn)換器和六個(gè)受控電流發(fā)生器，可管理高達(dá)36 V的輸出電壓，相當(dāng)于10個(gè)串聯(lián)的白光LED。有用的是，發(fā)電機(jī)可以在外部編程，以吸收高達(dá)30 mA的電流，并可以通過PWM信號調(diào)暗。其他功能包括內(nèi)部功率MOSFET，5 V LDC，用于高達(dá)36 V的器件供電，以及恒定頻率峰值電流模式控制。

圖5：ST的LED背光示范板。遠(yuǎn)程熒光粉未來

規(guī)劃未來，航空電子行業(yè)正密切關(guān)注有機(jī)OLED和遠(yuǎn)程熒光背光等新技術(shù)。 OLED技術(shù)有望使顯示器更薄。然而，據(jù)報(bào)道，飛機(jī)工業(yè)的觀察者不確定OLED的老化特性。與此同時(shí)，許多制造商正在試驗(yàn)遠(yuǎn)程熒光粉技術(shù)，該技術(shù)使用藍(lán)色LED，混合室和熒光涂層二次光學(xué)器件，與LED光源物理分離。

歐洲正在研究遠(yuǎn)程熒光粉顯示器，他們相信有可能在系統(tǒng)簡單性方面帶來實(shí)質(zhì)性好處，使用顏色轉(zhuǎn)換技術(shù)來提高質(zhì)量，可靠性和功效。

在歐洲第7屆RTD框架計(jì)劃的運(yùn)輸主題下，提出的概念是目前的LED背光源，基于RGB或白光LED。

通過使用藍(lán)色泵浦光源（LED）和外部熒光熒光粉層，研究人員預(yù)計(jì)藍(lán)光將轉(zhuǎn)換為非常穩(wěn)定的定制白光。其中一個(gè)挑戰(zhàn)是將熒光熒光粉調(diào)諧到LCD的濾色器。該項(xiàng)目將監(jiān)測該裝置隨時(shí)間的光學(xué)行為，并評估遠(yuǎn)程熒光背光概念對直接和側(cè)光應(yīng)用的適用性，特別是在航空電子駕駛艙顯示器中。