LED照明已在航空電子領域得到廣泛采用，幾乎安裝在所有新飛機設計內外的所有地方。它正在越來越多地在現有飛機上進行改裝。合并LED的速度較慢的一個領域是駕駛艙，但隨著儀表顯示器的LED背光變得越來越普遍，現在正在發生變化。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光和顏色穩定性等技術挑戰。

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

將檢查用于照明儀表組的LED的典型示例，包括Lumex QuasarBrite?設備。 LED背光驅動器是背光質量的關鍵。適合航空電子行業嚴格要求的示例包括Atmel和Semtech的驅動程序。意法半導體（STMicroelectronics）和德州儀器（Texas Instruments）的評估套件也值得納入其中。

Tick all the boxes

飛機行業并未慢慢認識和利用LED照明技術引人注目的美學和性能特征。 LED的特性滿足了它們對低功耗，小尺寸，高可靠性和機械穩定性的關鍵要求，為混合物增加了長壽命，靈活的形狀因子和改善的光質量。 LED勾選所有方框。輕型，休閑飛機，公務機，商用飛機和許多軍用飛機的新設計現在“事實上”包括內部和外部的LED照明，從機艙標牌到著陸燈。毫不奇怪，航空電子行業，使用得很好延長產品壽命，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入成本的傳統障礙并未真正成為這一因素。

現有飛機設計正在重新設計而非重新設計，并且大元素被重新用于節省新認證的成本和時間，對于改變LED照明技術存在一些自然的阻力。然而，在許多領域，例如機艙照明，LED正在改裝。一些軍事項目保留了現有的照明技術，通常是因為預計平臺的使用時間不夠長，或者每年的飛行小時數不足以恢復設備和認證的前期成本。

駕駛艙問題但是，飛機的一個區域比飛行甲板更能抵抗LED的吸引力超過大多數時間。在某種程度上，這是由于重復使用經過試驗，測試和認證的儀器單元和布局。在另一部分中，正是由于與LED技術變化相關的技術挑戰。調光是至關重要的，因為明亮的陽光會變成夜晚，并且駕駛艙內各種各樣的屏幕都會持續調光。在駕駛艙內整合一致的調光方案所需的努力和投資并非易事顏色穩定性是另一個需要注意的因素。多年來，駕駛艙儀表顯示的顏色發生了很大變化。幾十年前，紅色駕駛艙照明受到青睞，因為它幫助飛行員保持夜視。今天，紅燈只能用來表示危險。即使黃色/橙色照明也僅限于警報狀態指示。今天的大多數駕駛艙和傳奇照明都是白色的（6500到8000 K的冷色或藍白色）用于信息面板和顯示器，綠色用于正常狀態指示。用于背光的白光LED通常通過應用組合來創建在藍色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生不同的白色調，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。用于復雜圖形和視頻數據的大幅面多色顯示器正變得越來越普遍，需要謹慎處理背光和調光。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所需的顏色混合區域的需要，盡管通常需要稍微復雜的驅動電路。通過混合，典型地，64％綠色，8％藍色和28％紅色，可以產生白光。雖然LED技術正在改進，但已經注意到不同的顏色設備以不同的速率老化，這可以使顏色變得更好隨著時間的推移穩定難以維持。一些LED在較高溫度下表現出輕微的顏色變化，因為磷光體的效率會下降。雖然已注意到紅色LED的光通量明顯減少并且可能需要進行補償，但人眼并不總是能夠察覺到這一點。另外，為了使問題進一步復雜化，盡管LED變暗時的色溫變化可能很小，但這可能并不總是令人滿意的。飛行器可用于傳統電致發光或熒光（CCFL）背光技術調光所產生的效果。

儀表板設計人員在轉向LED時的早期擔憂是LED發射器的圓錐形狀，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域被點亮，除非LED縮回到前面板后面。一些早期設備還在照明區域的中心投射了一個黑點。

過時是一個主要的缺點，盡管這會影響飛機設計的許多技術方面。一方面，飛機儀表設計師熱衷于看到快速發展的發展，使LED非常適合他們的應用。另一方面，他們認識到，與許多不成熟的技術一樣，設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供應和支持10到20年。

克服障礙因此，制造商需要時間來證明LED適合替代駕駛艙應用中使用的各種技術。其中一個更明顯的解決方案是裝箱，現在意味著可以在更高的溫度下測試設備的顏色穩定性。由幾家制造商開發的另一種解決方案是能夠以模仿白熾燈或鹵素燈的方式調暗LED。由于背光應用需要盡可能寬的角度，至少120°，因此出現了更薄的廣角LED。

LED驅動器被證明是背光儀表面板和顯示器的關鍵組件?；赑WM（脈沖寬度調制）的驅動器通常用于隨時間和變化的電流條件提供色彩平衡。 Osram Opto Semiconductor的應用筆記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驅動器，光電晶體管/RGB傳感器等）。

然而，隨著技術的進步，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，儀表組甚至單個照明開關的LED背光越來越普遍。 LED現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境做出了顯著貢獻。較小的尺寸，特別是深度，可以使顯示器更薄，使駕駛艙設計師在布局方面具有更大的靈活性。

商用飛機的抬頭顯示器引導系統的開發，例如羅克韋爾柯林斯公司在波音757中安裝的/767客機，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，白色背光開關以及多色顯示屏。作為夜間進場的一致調光至關重要。

顯示尺寸是一項復雜的業務。一方面，新的大幅面顯示器可能需要比他們更換的原始設備更多的面板空間（除非他們取代基于CRT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，并且一個單元可以取代幾個舊顯示器。

盡管駕駛艙內的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在是一個成長的企業利用新儀器功能的優勢以及大幅改進的航班信息顯示，正在鼓勵運營商升級其飛機駕駛艙，并通過相對適度的投資延長其使用壽命。一些較小的飛機可能會受限于可安裝多少大型顯示器，但這只會產生對較小版本的主流航空電子儀表顯示器的需求。同時，新儀器正在興起。所謂的“NextGen”航空電子應用包括合成視覺系統（SVS），自動相關監視廣播（ADS-B）交通系統，高分辨率地形豐富的地圖，機場地面和出租車地圖，進近圖和上行圖形天氣描寫。在提供附加功能的同時，他們需要更大，更高分辨率的屏幕，以清晰和邏輯地顯示復雜的信息。有效地顯示和背光，這些信息可以帶來更強的態勢感知，從而提高安全性。

直接方法

有效的背光是關鍵。眾所周知，駕駛艙顯示單元的質量很大程度上取決于背光單元的質量。 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量產生重大影響。

根據歐司朗光電半導體的有用應用筆記2，直接背光是優選用于具有高亮度，中等尺寸和有限空間特性的模塊。它給出了一個10.4英寸TFT顯示屏的例子，配備336個白色PowerTOLLED?設備，亮度為600到1000 cd/m2，對振動不敏感，壽命超過10，000小時。包括反射器和PCB在內的整個模塊的高度僅為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COB（板上芯片）封裝器件為5 mm，邊緣照明技術為2至3 mm。聲稱耐用且防陰影，亮度方面的性能可與側光式設備相媲美，但并不總是達到COB背光的水平。

該公司堅持認為，亮度水平足以應對視覺挑戰性應用，包括顯示屏背光，開關和儀表板照明以及飛機機艙。然而，它的主要優點是能夠安裝在彎曲表面上，并包括開關或其他部件的切口。它可與其他LED，LCD，光管和其他平板電腦組件集成。

雖然QuantumBrite技術可在客戶指定的解決方案中使用，但Lumex還單獨提供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設計用于受限制的空間，用于背光LCD和開關，以及其他應用。

標準器件提供30 mcd紅色，40 mcd綠色和20 mcd藍色，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°，堅固耐用，已經應用于裝甲軍事運輸中的儀表板照明等應用。

LED驅動器設備和模塊的選擇可用于背光應用，選擇取決于許多因素，包括串聯連接的LED數量，串數，電路板空間和熱管理問題。考慮到溫度變化和老化，一些驅動器更擅長應對顏色穩定性和持續調光等挑戰。

Atmel提供廣泛的多串LED驅動器產品組合，用于背光應用。諸如“效率優化器”技術，靈活的調光選項以及各種功率級別的可擴展性等特性確保這些器件適用于工業，軍事和航空電子顯示器的直接和側光背光方案。這些設備對駕駛艙設計人員具有潛在的興趣，可為本地和全球調光，電源管理，信號調理和智能接口提供解決方案。效率優化器使多個驅動器能夠通信以控制總體工作電壓，從而使LED保持電流調節。這與片上可編程性相結合，使設計人員能夠補償LED老化并提供熱控制。

數字控制反饋回路管理LED電源，并調節LED電流，每個LED串最高30 mA，最多12個每串LED。 LED調光通過外部PWM信號或內部8位PWM引擎實現。 LED串電流的模擬調光可用于環境光傳感器（ALS）和/或使用熱敏電阻傳感器進行溫度管理，無需外部補償。

LCD面板的典型Atmel LED驅動器是MSL1064，它包含一個電流模式PWM升壓調節器，內置50 V開關和4.75至36 V輸入電壓范圍。它能夠以30 mA（最高48 V）驅動6個LED燈串，每個驅動器可以提供高達72個LED。

圖4：Atmel的MSL106X LED驅動器，帶有數字PWM亮度控制。

Semtech采取了類似的方法。 SC4541是為各種背光應用設計的擴展驅動器系列中的一個示例。它是一個完全集成的高壓升壓（升壓）和降壓（降壓）LED驅動器。輸入電壓范圍為2.9至22 V，輸出電壓高達25 V.該器件能夠驅動多達7個串聯的白光LED。其他功能包括電流模式控制，直接PWM調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轉換器，針對白光LED和OLED背光較小的儀器顯示器。它能夠驅動多達5個串聯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調光的方法，因為它允許燈的色溫保持恒定，而不管其強度如何。這是通過保持LED電流的幅度恒定，但周期性地打開和關閉LED驅動器，從而改變LED的平均電流和光強度來實現的。 TI開發了一種參考設計，可自動調整顯示亮度，以適應不斷變化的環境光線條件。該設計基于PowerWise LM3423 LED驅動器以及5個串聯的LED，輸入電壓為4.5至12 V.LED電流標稱值為100 mA，輸出電壓為15至20 V.開發了一款評估板，展示LM3423與升壓電流調節器配合使用，可在10至26 V的直流輸入電壓下以700 mA的電流驅動多達12個LED.LM3423BS2LYE/NOPB允許設計人員嘗試PWM調光，過壓保護和輸入欠壓鎖定。

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換器和六個受控電流發生器，可管理高達36 V的輸出電壓，相當于10個串聯的白光LED。有用的是，發電機可以在外部編程，以吸收高達30 mA的電流，并可以通過PWM信號調暗。其他功能包括內部功率MOSFET，5 V LDC，用于高達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。遠程熒光粉未來

規劃未來，航空電子行業正密切關注有機OLED和遠程熒光背光等新技術。 OLED技術有望使顯示器更薄。然而，據報道，飛機工業的觀察者不確定OLED的老化特性。與此同時，許多制造商正在試驗遠程熒光粉技術，該技術使用藍色LED，混合室和熒光涂層二次光學器件，與LED光源物理分離。

歐洲正在研究遠程熒光粉顯示器，他們相信有可能在系統簡單性方面帶來實質性好處，使用顏色轉換技術來提高質量，可靠性和功效。

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

通過使用藍色泵浦光源（LED）和外部熒光熒光粉層，研究人員預計藍光將轉換為非常穩定的定制白光。其中一個挑戰是將熒光熒光粉調諧到LCD的濾色器。該項目將監測該裝置隨時間的光學行為，并評估遠程熒光背光概念對直接和側光應用的適用性，特別是在航空電子駕駛艙顯示器中。