为了在便携式设备上实现光学影像缩放,不包含机械式移动的光学系统开发是必要的,因此,我们对可电控改变焦距的液晶透镜所组成的光学系统进行研究,研究内容包含液晶透镜焦距对于放大率、变焦比以及对焦范围的关系.由于单片液晶透镜仅能达到对焦功能,因此我们首先利用两片液晶透镜组成的系统来计算不同物体距离的影像缩放条件.接着,我们利用三片液晶透镜,做到与机械式系统相同,可单独控制清楚物体平面距离以及控制影像大小的系统.实验结果表明:利用三片透镜屈光率从-11.3 m-1连续电控调整至24.9 m-1的液晶透镜,可实现清楚物体平面距离由10 cm连续调整至100 cm且缩放比为6.5∶1的光学缩放系统.我们利用不同调焦范围的液晶透镜,根据设计原理,来达成不同对焦范围与不同缩放比的电控光学缩放系统.

采用时域有限差分法(FDTD)研究了胆甾相液晶与蓝相液晶的旋光能力.首先计算了圆偏振光在平面态胆甾相液晶与蓝相液晶中的布拉格反射现象,从晶格结构和分子排列的角度对模拟结果做了讨论,研究了液晶折射率和螺距对布拉格反射现象的影响.其次研究了胆甾相与蓝相液晶夹在两正交偏振片间的漏光情况,用液晶的旋光能力对二者的相似和不同的现象进行了解释.

通过对TFT-LCD制造过程中GOA单元不良原因的研究,提出了改善GOA单元不良的方法.分析表明静电放电(ESD)的发生在于电容瞬间释放的电流过大,导致过细的金属线熔化;沟道桥接和开裂的发生在于显影效应,显影方向以及图案密度,导致局部区域沟道光刻胶厚度偏厚和偏薄.采用静电分散释放的连线设计,ESD的发生率从5.4%降低到004%以下.GOA单元两侧增加测试图样(Dummy Pattern)的设计防止沟道桥接的发生,减压干燥(VCD)抽气曲线的调整和软烘(Soft Bake)底部温度的优化措施防止沟道开裂的发生,沟道桥接和开裂的发生率从13.4%降低到1.22%以下.

图像残像是评价画面质量的最重要因素之一,大部分工程师研究了组合物的材料和液晶面板的制造工艺,以改善影像残留,但之前的研究主要是以正性液晶材料为基础进行探讨的,本文主要以负性液晶材料为基础研究了用边缘场驱动的面板残像.首先为了比较正性液晶与负性液晶,测量了离子密度及电压保持率(VHR),其次为了比较两种配向材料(PI)与液晶材料的搭配特性并选择合适的组合,量测了样品的直流残留(RDC)电压和Vcom电压随时间的变化.从量测结果可知,紫外(UV)光照前负性液晶离子密度是正性液晶的39倍,经过紫外光照,后负性液晶的离子密度为560 Pc/cm,且其紫外光照后电压保持率变化量为2.7%;使用负性液晶搭配PI1的样品A-1 的直流残留电压和Vcom(等效为交流驱动电压的中心值)随时间变化量都是最大的,分别为0.5 V和250 mV,负性液晶搭配PI2材料的面板和正性液晶的面板的直流残留电压均小于0.2 V,其Vcom随时间变化量均在50 mV以内.负性液晶材料的离子浓度含量高,且其稳定性比正性液晶材料差,负性液晶材料比正性液晶材料更容易发生残像;对于使用负性液晶材料,边缘场驱动模式的面板,搭配PI2配向膜材料能够保持低的直流残留电压及低的Vcom电压变化量,从而对改善残像现象有帮助.

随着液晶显示技术的发展,PPI越来越高,像素尺寸越来越小,穿透率的提升是一重要问题.负性液晶相对正性液晶具有高穿透率,较好的画面画质及较低的颜色偏差等优点,使得主流显示模式IPS、FFS使用负性液晶研究逐渐增多.但由于负性液晶自身特性,其影像残留较正性液晶更为严重,特别是模组粘合附近区域的局部面残.为了改善负性液晶局部影像残留,本文研究了实际样品影像残留严重区域与轻微区域不同测量数据,如温度、共电压(Vcom)等,发现影像残留严重区域与轻微区域的公共电压出现漂移现象,分析了影响残影的因素,并提出改善方案,实测结果证明本文改善局部残影的方法是有效的.

高双折射液晶在液晶显示中具有重要的应用价值,但是由于分子结构中含有不饱和共轭结构,在紫外下不稳定,本文对高双折射液晶紫外不稳定的问题进行了研究.首先在混晶母体A中分别加入几种不同结构的添加剂三苯氧膦、丙基双环己基甲醛、丙基苯(3,5-2F)溴苯、UV-P,搅拌使其溶解均匀,将液晶灌入TN-7.0-R测试盒,在紫外下曝光后测试混晶的各项参数.实验结果表明:UV-P明显提高了高双折射液晶的抗紫外性能,因为UV-P的紫外吸收光谱带与高双折射液晶母体A的紫外吸收光谱带最接近.

Oncell触摸技术将触摸感应膜层集合于液晶显示面板上,相较于常规的双层技术方案,具有更轻薄化,透过率更高,制程更优的特点.本文将单层多点电容方案、复合盖板、防反射、防指纹涂层、全贴合等新技术用在了Oncell上.研究了在车载复杂状况下的使用,可匹配不同的液晶显示驱动技术.经过试验测试,最新开发的Oncell触控技术,可以支持3点以上触控,支持戴手套操作,通过头部撞击试验,其表面反射率低于3%,线性度为±1.5 mm,最新开发的Oncell触控技术关键技术问题得到了解决,经过测试,可以满足车载产品苛刻的要求.今后Oncell触摸技术也必将会成为车载触控领域重要的技术方案.

由于液晶显示器中间隔子的均匀性影响着对比度、色调变化等性能,因此,本文对液晶显示屏间隔子均匀性的检测方法进行了研究.首先分别利用干喷和湿喷法制备了对应的液晶盒,然后采用偏光显微镜研究了所制备液晶显示屏间隔子的分布特性.研究发现,正常情况下,液晶盒内间隔子最小距离接近20 μm,最大距离超过100 μm;间隔子分布不良的主要缺陷为间隔子团聚;在实验室条件下,干喷法间隔子团聚比较严重,湿喷法基本上无此现象.所以,利用偏光干涉法,通过调节偏光显微镜上下偏光片的相对角度,可以在不破坏液晶显示屏的前提下直接观察到其内部的间隔子及间隔子的分布情况.文中还分析了利用偏光干涉检验间隔子均匀性的原理.

低色温光源由于其对抗黑变激素具有较低的抑制作用而成为生理友好照明的首选.同时,高的能量效率对于节能也至关重要.本课题采用温和的溶液旋涂方法分别制备了含互补色、三基色和四基色磷光染料的单层有机白光二极管(WOLED).经过优化WOLED的结构,实现了宽亮度范围内100~10 000 cd/m2的低色温(low-CCT)白光发射.CCT低至2 500 K以下、显示指数(CRI)高达到83、电流效率在亮度为1 000 cd/m2时达到了17.8 cd/A,与传统的白炽灯功效相当.高发光性能、廉价制备成本及生理友好的特性表明,本工作制备的器件是益于人类健康的照明光源尤其是夜间照明光源的理想选择.

基于溶液法制备稠合噻吩-吡咯并吡咯二酮聚合物薄膜晶体管,比较不同制备环境下的薄膜晶体管的转移特征曲线.结果表明,旋涂环境对聚合物薄膜晶体管的影响可以忽略,但是退火环境对聚合物薄膜晶体管的影响至关重要,从饱和迁移率角度来看,在惰性环境下退火的器件的饱和迁移率是在空气中退火的器件的两倍多.无论退火温度是100°C低温情况还是190°C高温情况,上述结论均适用.这一结果表明退火环境对器件的影响至关重要.

研究了过孔接触电阻变化规律,并进行机理分析,为优化薄膜晶体管的过孔设计提供依据.首先,运用开尔文四线检测法对不同大小、形状、数量的钼/铝/钼结构的栅极和源/漏层金属与氧化铟锡连接过孔的接触电阻进行测试.然后,通过扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱仪和聚焦离子束显微镜对过孔内部形貌进行表征.最后,对过孔接触电阻变化规律进行机理分析.实验结果表明:过孔面积越大,接触电阻越小;过孔面积相同时,长方形过孔的接触电阻小于正方形过孔的接触电阻,多小孔的接触电阻小于单大孔的接触电阻,栅极金属与氧化铟锡的过孔接触电阻小于源/漏层金属与氧化铟锡的过孔接触电阻.为了降低钼/铝/钼与氧化铟锡连接过孔的接触电阻,过孔面积尽可能最大化,采用长方形过孔优于正方形过孔,多小过孔优于单大孔设计,同时优化过孔刻蚀工艺,减少过孔内顶层钼的损失.

为了分析不同阴极耦合层对顶发射白光OLED器件光电性能的影响,数值计算了半透明阴极组成的多层膜系(ETL/EIL/Mg:Ag/折射率匹配层)的透过率和损耗;同时,采用共阴极结构设计制备了顶发射白光OLED器件,并对不同折射率匹配层制备的顶发射白光OLED器件的光电特性进行了研究.结果表明:采用相同厚度LiF和Al2O3薄膜作为阴极耦合层时,多层膜系光学透过率和损耗曲线存在较大差异;在20 mA/cm2电流密度下,随着观测角度的增大,采用LiF+Al2O3双层折射率匹配层制备的器件电致发光谱峰位发生蓝移,但在整个视角内,器件的色坐标均稳定在白光等能点附近,这表明顶发射白光器件的色坐标可以通过折射率匹配层调节,使得器件在较大视角范围均能实现白光发射.

为了实现对TFT-LCD的控制,本文以STM32和CPLD作为核心控制器,SRAM作为显示缓存,介绍了一种TFT-LCD控制器设计方法.首先,对设计总体架构进行了分析,STM32内部实现了Intel8080总线协议的制定,CPLD内部实现了通讯协议的解析、LCD显示时序的驱动、以及SRAM的读写控制.最后,对LCD显示时序和SRAM的读写进行了仿真,并给出了实现效果图.结果表明,该设计方法能够控制TFT-LCD准确地显示出图文.结构简单,性价比高,具有较高应用价值.

针对当前LED交通诱导屏要求高可靠、高稳定、少维修的特点,本文将整块显示屏分为多个子区域,利用ZigBee无线网络对各子区域进行分布式控制.每个子区域作为一个ZigBee节点由一片CC2530控制实现显示、通信、检测等功能.所有节点硬件设计相同,均含高频核心板与低频底板.主控制模块与远程控制中心通信,生成各子区域的点阵显示数据并传送给协调器.使用Z-Stack协议栈在基于事件处理的多任务构架下设计了用户程序,实现了单播和广播通信,以及基于有限状态机的串口通信.高频核心板+低频底板的结构可降低PCB制板成本并提高电路板通用性和互换性.该设计增加了系统稳定性和可靠性,防止了故障扩散,减少了维修频度,还能将数据吞吐量分担到多个CPU上,使整个系统成为多核并行处理机.

为了满足大视场相关应用、尤其是大屏幕投影拼接技术应用领域对视频图像实时几何校正的要求,本文对视频图像的实时几何校正及其FPGA实现方法进行研究.首先,根据图像几何校正理论基础,利用Matlab等工具进行算法模拟仿真,确定了视频图像实时几何校正系统的基本框架.然后,根据现有的硬件平台DE2的硬件资源情况,细致规划系统结构,并对其中的核心部分几何校正模块进行仿真.最后,通过实际校正测试,断定实验结果达到视频图像实时几何校正的预期效果.实验结果表明:几何校正后,投影仪投射出的图像符合仿真结果,系统延时小于10个时钟周期,远小于毫秒级,且延时恒定,校正误差不超过1个像素.此方案达到了预期视频图像实时几何校正的效果,具有相当的借鉴、参考意义.

为了满足市场对LCD面板高分辨率、窄边框的需求,面板设计引入了玻璃上集成栅极驱动设计.本文对传统液晶显示面板栅极电路设计做了介绍,分析了集成栅极驱动电路技术在实现显示面板窄边框化时的优缺点.提出了一种新型栅极驱动电路,将空间控制转化为时间控制,使用一条栅极走线控制两行甚至多行像素.模拟分析结果表明:新型栅极驱动电路在关态下会产生2.5 V的较小噪声;栅极信号的上升沿及下降沿的时间延迟总和只有 3.5 μs,可以实现像素节点的正常充放电并完成显示面板的正常显示.同时,本文提出的新型驱动电路可成倍减少显示面板边框栅极走线数量,减少栅极走线所占用的空间,实现高分辨率高解析度显示面板的窄边框化设计.

红外触摸屏是通过红外发射管和红外接收管收发红外光来进行触摸位置的判断,其工作原理决定了太阳光会对它产生干扰.采用串行扫描方式的抗强光红外触摸屏的扫描周期很长.本文采用30.072 kHz、36 kHz、38 kHz、38.4 kHz、40 kHz、48 kHz、50 kHz、51.2 kHz无源晶振分别设计并行扫描模块中红外发射管的信号源和红外接收电路的选频器.模块实现了8个检测通道的同时工作.提高了红外触摸屏抗强光能力,解决了相邻8个红外发射管同时工作而产生的串扰问题,缩短了扫描周期.

为了实现视频监控现场多区域运动目标检测,分析了传统运动检测算法的不足,结合帧间差分法和背景差分法,提出背景动态更新的运动检测算法.该算法能自适应背景的变化,减少由背景变化造成的误检测.构建基于FPGA的视频监控系统,在FPGA上用该算法实现了640 pixel×480 pixel,30帧/s视频信号流的运动目标实时检测.系统提供了分区域运动目标检测的功能.检测区域的大小、位置和个数可通过简单的按键操作进行设定.测试结果表明,系统可以实时地对进入划定区域的运动目标进行检测和闪烁告警,且资源占用较少,适合在小规模的FPGA上进行实现.

为满足**、科研及工业中快速变化场景拍摄时,更高帧频、更大分辨率的要求,研发了一款高清高速相机.该文介绍了高分辨率高帧频CMOS图像传感器芯片AM41V4的功能与特点,并基于该芯片设计了一套高分辨率高帧频的相机系统,该系统使用FPGA作为整个系统的时序控制核心,以DDR动态存储器作为成像暂存器,可以依据试验场合的具体拍摄要求实现灵活多变的工作模式.相机系统在图像分辨率为1 920×1 080时帧频可达1 000 fps,并具有实时监视功能.该系统具有拍摄速度快、成像清晰、高性能、灵活性好等优点,适用于高速运动目标的快速捕获与拍摄记录.

针对图像增强的特点,提出量子免疫蛙跳算法.该算法按适应度大小排序的青蛙个体进行量子编码,同时蛙跳移动离散化;通过动态调整量子蛙跳旋转门实现量子染色体中所有的量子比特都朝着与最优解对应的量子比特基态动态优化偏转;采用Hadamard门对量子位变异,基于阴性选择算法对蛙跳免疫进行像素匹配,并给出了图像增强过程.实验仿真表明,本文算法对图像增强效果的轮廓和细节更加清晰,层次感强,结构相似性SSIM其值较好,为0.9849.

为增大机载光电侦察系统的视场角,航空相机多采用扫描方式对地摄影成像,文章针对面阵CCD航空相机斜视摄影引起的图像变形进行校正.由于该类相机与载机之间存在方位和俯仰两轴运动,文章同时考虑相机相对载机的旋转角度和载机相对地面的姿态角,建立了更符合该类相机工作状态的六姿态角投影校正模型,推导出同一地物在畸变图像和标准图像上的像素坐标变换关系,采用双线性插值算法对坐标变换后的像素灰度值进行重采样,对航空图像进行自动校正.最后,对某机场的航拍图像进行校正实验,并与基于地面控制点的多项式校正方法以及基于畸变图像和参考图像配准的校正方法进行比较.实验结果表明,六姿态角投影校正模型能够取得比较高的校正精度(可达像素级),当姿态角的测量精度为3′,图像大小为512 pixel×512 pixel时,图像校正的均方根误差为1.174 7 pixel.该方法不需要提供参考图像和野外采集地面控制点数据,便于工程实现,基本满足航空图像处理的稳定可靠、精度高、实时性强等要求.

小型化相机是支持低成本微型飞行器或微小卫星对地观测等多项应用的关键设备,由此提出了一种高分辨率大面阵的小型化成像系统.首先预估了该成像系统用于目标观测的像元分辨率和幅宽.然后阐述了该系统的电子学方案,对其中的关键芯片OV14825的工作原理进行了介绍,并分析了基于FPGA的串行差分数据接收转发的软件设计.最后基于设计的相机样机开展了成像实验,在13 m成像距离条件下获取图像分辨率优于0.5 mm,而且图像细节丰富,层次分明,证明该方案切实可行.高分辨率大面阵微型相机具有很好的应用价值.

为补偿面阵测绘相机航摄成像过程中的前向像移,设计了采用压电陶瓷驱动器直接驱动焦平面组件的前向像移补偿系统,给出了前向像移补偿系统工作时序.压电陶瓷驱动器工作于位置闭环模式,通过斜坡递增设置压电陶瓷驱动器位置给定,使压电陶瓷驱动器驱动焦平面组件以期望速度移动,补偿前向像移速度.实验结果表明,前向像移速度为25 mm/s时,前向像移补偿系统最大像移补偿残差为0.38 μm;前向像移速度为3.5 mm/s时,最大像移补偿残差为048 μm,远小于1/3像元尺寸.相机最长曝光时间为20 ms时,前向像移补偿频率可达25 Hz,满足高频航测成像前向像移补偿需要.

为了在短时间内准确获得LED照明灯的寿命信息,以3组恒定加速应力的试验数据为基础,采用三参数Weibull函数描述其寿命分布,基于双线性回归法(BRM)对试验数据进行处理分析,并利用自行开发的寿命预测软件较为精确地得出LED照明灯在正常工作应力下的寿命.数值结果表明,LED照明灯的寿命服从三参数Weibull分布,其加速模型符合Arrhenius方程,精确预测的LED照明灯寿命为工程技术人员关于产品的可靠性设计提供技术参考.

运动模糊度是表征LCD显示器质量的重要指标.目前,国内针对LCD运动图像显示性能的检测大多采用人眼视觉检测的方法,而人工检测结果是检测人员的主观判断,易受外界环境和自身心理因素的影响,不利于生产的统一化、标准化.本文采用图像质量评价的思路,提出了一种基于区域对比度和结构相似度(RCSSIM)算法的LCD运动模糊检测方法.参考LCD显示的静止图像,对采集到的运动图像进行图像质量评价得到运动图像的清晰度,以此作为LCD显示器运动模糊程度的指标.仿真和实际检测结果均表明,该方法提出的检测指标不但能很好地量化LCD运动模糊度,且与人的主观感知相符.

在PVA显示模式的基础上,研究了一种新型的液晶显示视角切换技术.通过增大液晶分子在暗态下的倾斜角度控制暗态亮度,实现了宽视角下暗态低,显示对比度高;窄视角下暗态高,在相同白态亮度下,显示对比度低.实施可行性:在时序控制芯片系统(Timing Controling,Tcon)中烧录两版code,使用者根据不同环境下对宽窄视角的特性需求选择相应的显示模式,通过宽窄视角下分别采用不同的Tcon code编译驱动电压以实现宽窄视角的面板显示.模拟结果表明:宽视角显示上下左右视角达到80°以上,而窄视角显示上下左右视角均不足40°,从模拟结果看本文提供的宽窄视角显示方法是有效的.