朱标

一、项目背景

液晶显示已广泛应用于人们的日常生活、工业生产和军工国防等领域。液晶显示器由背光模块、液晶面板和驱动电路构成。在液晶显示模组中，由两块偏振片构成一个偏光的光学系统，利用液晶光学和电学的各向异性特性，以及薄膜晶体管对驱动液晶的电信号的开关作用，可对背光源入射进液晶盒的光起到调制作用。由于背光源各光学膜片、偏光片、液晶、彩色滤光片的吸收和像素开口率的影响，背光源发出的光大部分都被损耗了。提升背光源的利用效率，是液晶显示领域进行技术改进的重要目标。

液晶显示器光效提升的方法一般有使用高光效的LED、光学膜组，偏振复用，提高像素开口率等。液晶显示器的主视场角一般在屏幕的法线方向，在一些特殊的使用场景下，如户外和展厅在高处悬挂的显示器，车载、舰载和机载座舱的显示器，主视角方向会偏离法线一定的角度。这些情景中，在不增加功耗的前提下，通过一定的技术手段，实现主视场角的偏转，可提高光能的利用效率，减少光污染。

液晶背光模块视角偏转的实现方法，目前主要包含两种，即使用具有光线偏转功能的光学薄膜和使用非对称发光的LED。对前者，其功能层一般为微棱镜结构，可参考：控制光线角度的光学膜表面微结构设计[J], 光电子技术, 2017, 37(1): 35-40. 该技术方案可适用于底背光和侧背光。对后者，使用非对称的封装透镜，使LED的光强曲线向所需的方向偏转，可参考：全彩LED显示屏用非对称节能型LAMP器件的设计[J], 现代显示, 2013, 148: 5-9. 非对称发光的LED和扩散板相结合，可实现具有视角偏转的底背光。

在液晶显示器中，图像显示质量也是一项关键指标。随着人们对显示器的高分辨率、高对比度、低功耗的要求不断的提高，一种新型的技术应用而生——HDR（高动态范围）。HDR技术来源于摄像摄影技术，在对图像进行采集时，针对同一图像，改变曝光时间，得到不同程度的曝光图像，再进行合成，可以很好的对场景进行呈现，而且能够保持高光亮和低光亮部分的细节信息。显示效果如图1所示。

传统LCD显示器的最大亮度能够得到300-400nit之间，对比度最高为1000：1。然而人眼所能识别的亮度范围为10-3~106nit，瞬间的对比度感受范围能够达到10000：1。所以，传统的显示器已经远远没有覆盖眼睛的感受能力范围。但HDR技术的使用能使普通的显示器呈现出更加明亮、更加清晰、更加自然的画面，已经成为显示领域的新的研究焦点。

二、项目描述

请在以下项目功能中挑选一个，完成设计和开发：

A. 视角偏转功能

通过LED、光学薄膜的设计和组合，实现底背光模块主视角方向偏离法线15±2°，同时在偏离法线50°时，亮度不低于主光线方向的70％，背光的亮度均匀性>85％，建议使用Lighttools软件进行仿真模拟，有条件的可完成背光模块的制作（亮度均匀性定义为UL=2Lmin/(Lmax+Lmin)，数值模拟对整个有效背光区域进行评价，实物模型进行九点测试）。

B. HDR功能

为了达到HDR显示效果，需要对输入信号进行处理、背光进行控制。所以， HDR显示的关键技术主要有：视频动态范围增强技术、背光动态控制技术。

（1）视频动态范围增强技术

由于大部分视频源不是标准的HDR视频源，其数字动态范围非常窄，可能出现某些接近的灰度上集中了图像的大部分像素的情况，造成对比度下降。因此，需要对图像的对比度进行增强，以提高动态范围。

（2）背光动态控制技术

背光动态控制技术主要有局部调暗技术和峰值亮度提升技术两部分。

1）局部调暗技术：

传统的液晶显示面板只是通过控制加在液晶的电场大小，来改变液晶的扭曲程度，来改变其透光率，以达到改变像素亮度的目的。由于，背光在显示器的工作过程中是出于常亮状态，因此极大的浪费了背光的能量，导致显示器功耗大。对应的解决措施为：通过图像亮度特性，控制局部背光亮度，与液晶面板配合，可以在保证亮度的同时大大降低功耗，且由于在图像较暗的区域，背光本身亮度变暗，抑制了由于液晶漏光造成的发白，使黑态更黑，很好的提高了对比度。

2）峰值亮度提升技术

单一的局部调暗可以得到很好的暗态，但由于最高亮度上不去，图像整体的动态范围依然有限。峰值驱动是在一幅图中寻找最亮的几块，分区控制，并在此基础上继续将亮度提高，使图像中亮的部分更亮。

技术指标和要求：

1、采用DVI/HDMI作为视频输入接口，系统供电采用28V；

2、输入视频或图像分辨率不低于1080P；

3、动态范围（一个图片或场景下，最高亮度除以最低亮度）：不低于20000：1；

4、显示视频图像不能有拉线，图像跳动，闪烁等缺陷；

三、项目考核

根据提交的项目申请书、项目结题报告、设计程序和功能样机等，从功能性指标（70％）和综合评分（30％）对提交的项目进行考核。具体如下：

A 光学方面，在实现所有功能指标的前提下，主视角方向的光效越高，功能性得分越高；综合评分是对技术方案的新颖性、可实现性进行综合评价。

B 电路方面，在实现基本的HDR功能的前提下，功耗越低，功能性得分越高；算法的复杂程度，可实现性，电路的效率和实现成本等作为综合评分项。

四、补充说明

为鼓励和方便大家参与，光学方面，我们在Light-tools里建立了一个简单的3寸底背光模型供参考，可在模型的基础上进行增加视角偏转膜，更改LED的配光曲线等操作。对设计中需要考虑的问题，做如下建议：

1. 底背光亮度的均匀性取决于LED的分布、混光距离、扩散板、背光腔形状等因素，尤其选用非对称发光的LED时，需关注以上因素。

2. 主光线亮度和偏离法线50°方向的亮度，可通过光学薄膜（扩散板等）的扩散特性平衡。

3. 不同光学薄膜之间，通过折射率匹配，可降低光学薄膜的反射，提升背光的光效。

电路方面补充要求：

1、要求HDR算法功能通过FPGA实现，推荐使用Xilinx系列FPGA；算法要有详细的说明以及仿真结果（Matlab，Modelsim）；代码要求有完整注释，和统一的编码规范和风格。

2、电路原理图和PCB推荐使用Altium Designer设计；结题时需要提交完整的原理图、PCB文件，以及元器件清单和对应的芯片手册。

附件一：具有视角偏转或HDR功能的液晶显示模块的设计—立项书点击下载

附件二：具有视角偏转或HDR功能的液晶显示模块的设计点击下载

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一、项目背景

环氧玻璃布树脂在高温压合过程中由于图形设计的不同会存在温度和压力传递的不均匀，这种不均匀会带来很多压合的缺陷，需要一种能够缓冲压力和热量的高分子材料，解决压合过程中设计不均匀带来的问题。

二、可能的专业或领域

高分子化学

附件一：工艺项目立项书附件二：工艺课题内容点击下载

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一、项目背景

PCB的加工流程会经过烘烤、电镀、磨刷、蚀刻等一系列的过程，其中涉及到温度变化，各种机械受力，化学应力。这些力累积起来会造成产品不规则的形变，影响产品性能。

二、可能的专业或领域

材料力学

数理统计分析

附件一：工艺项目立项书附件二：工艺课题内容点击下载

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一、项目背景

PCB产品受产品形变、设备光源、光源波长、曝光参数等因素影响经常出现曝虚现象，需要研究清楚产生机理，彻底解决问题。

二、可能的专业或领域

光学（照相原理）

物理（光的折射和反射）

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一、项目背景

如今便携式医疗设备如雨后春笋般涌现，体积小巧，即用即取，安全性高使其备受医疗工作者的喜爱，但是针对不同的医疗设备需要选用不同的充电装置，又从另一方面限制其广泛应用。一款应用于多电压医疗设备的无线充电系统将带来革命性的使用体验。

二、项目任务

研制一款应用于5V,9V等多个电压等级的无线充电系统，充电系统分为两部分：功率发射模块和电能接收模块。功率发射模块需要能够识别编号为两位数字的设备编号（此编号通过黑色记号笔书写于大小为1/2的白色A4纸上，字体线条粗细不超过10mm），从而获取设备的信息（此信息可自定包含但不局限于充电电压，充电电流等），然后调整充电电压和电流进行电能传输。电能接收模块为假想医疗设备，需要与发射模块配对握手，获取电能。假想医疗设备1的电源为单节18650电池（型号为松下NCR18650PF），正常工作电压为5V，负载为100欧功率电阻；假想医疗设备2的电源为3节串联18650电池（型号为松下NCR18650PF），正常工作电压为9V，负载为100欧功率电阻。

三、项目要求

整个设计过程中尽可能考虑GB9706.1和YY0505-2012中医疗电子对于辐射，ESD，抗扰等相关的要求。

1、发射模块

1）输入电压为DC18-26V，纹波小于260mV，线圈工作频率为100-205khz，线圈直径不超过100mm厚度小于10mm。发射模块与假想医疗设备完成正常充电（带载），距离不小于15mm，效率不低于70%，与假想医疗设备1充电峰值功率不低于10W，与假想医疗设备2充电峰值功率不低于20W。

2）识别出从00-99的编号，此编号通过黑色记号笔书写于大小为1/2的白色A4纸上，字体线条粗细不超过10mm，从而获取设备充电信息（信息可自定），要考虑字体适应性和识别速度（小于0.5s）。

3）待机功耗低于0.05W，能够进行异物检测，正常充电时移走充电设备，则停止充电，当有钥匙，银行卡，金属物等时停止充电，充电过程无明显发热情况。

4）相应的保护电路，包含但不局限于短路保护，过温保护，过压保护，发生异常时设备不损坏。

5）人机交互，充电过程监控（包含但不局限于电压，电流，温度等）。

2、接收模块

1）假想医疗设备1线圈直径不超过100mm厚度小于10mm正常工作时（带电阻负载）输出电压为5V，精度为±10mV，纹波20mV以下。

2）假想医疗设备2线圈直径不超过100mm厚度小于10mm正常工作时（带电阻负载）输出电压为9V，精度为±20mV，纹波40mV以下

3）假想医疗设备1和2需要有相应的充放电管理，短路保护，过温保护，过压保护

4）监控充电过程中的功率，电压，电流等，计算剩余充电时间。

5）在电池安全的前提下，尽可能提高充电效率与功率，缩短充电时间。

四、验收标准

评价模块	序号	具体项目	评分标准	满分
设计报告	1	方案与原理	方案合理分析与比较，框图完整	10
	2	测试与规范性	提出较为完整的测试方案,报告规范、美观	10
作品	3	为假想医疗设备1充电	距离越远，效率越高，峰值功率越大越好	10
	4	为假想医疗设备2充电	距离越远，效率越高，峰值功率越大越好	10
	5	编号识别	能够快速准确识别任意00-99手写编号	10
	6	安全性	发射端待机功耗低于0.05W，准确识别异物，终止充电，充电时无明显发热情况	10
	7	工作参数	满足正常工作参数要求	10
	8	保护电路	接收设备的完整充放电管理	10
	9	过程监控	能够完整清晰的监控整个过程，可视化好，操作性好	10
	10	人机交互	系统外观漂亮，走线清晰合理，操作方便，便携性好	10
合计分数				100

五、说明

1、设计需要考虑便携性，部分发热元件要考虑散热。

2、尽可能降低设备待机功耗和电能转化效率，同时考虑成本因素。

3、设计作品要留出相应的测试点用于检测，作品验收测试会使用炬为J7-A的USB电压电流测试仪检测发射端与接收端的电压电流，需留出相应的接口。

4、充电效率指的是接收端电池获得的电能（电池两端电压与电池充电电流乘积）与DC直流输入的电能消耗之比。

附件一：医疗无线充电系统开发—立项书附件二：医疗无线充电系统开发点击下载

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一、项目背景

OLED柔性显示具有画面质量高、响应速度快、加工工艺简单、抗挠曲性优良、驱动电压低等优点。影响OLED电致发光过程的物理机制，集中在有机半导体的能带结构、载流子注入和传输、载流子复合形成激子、激子辐射退激发、激子能量传递等方面。大家对OLED器件的基本要求是高效率、长寿命、低色偏等。例如可通过在主体材料中添加少量发光材料来提高发光效率或改变发射光的颜色；可通过调整各层参数来确保光波相位一致性，利用多层反射调整光波相位，特别对于顶发射器件可利用半透的阴极金属薄膜获得微谐振腔效应来获得高效率且颜色纯度高的OLED器件等；优化每层材料功函数，选择能级匹配的材料，有效降低OLED器件的驱动电压，增加电子和空穴复合几率，可获得更高的发光效率；降低器件工作的电流密度，优化像素开口，可延长器件寿命；柔性AMOLED采用薄膜封装，如何增强封装材料的阻隔水氧能力，对于器件暗斑改善及延迟器件老化，增强器件稳定性至关重要。

下一代智能移动终端产品的研发方向主要在可折叠、智能穿戴等，对器件的需求集中在：

（1）更高效率的电致发光材料及更高载流子传输材料的研究和开发；

（2）高可靠性封装基板及相关封装材料的研究与开发；

（3）柔性显示器件结构设计与优化；

（4）器件寿命的进一步提高；

（5）低成本封装工艺及设备的研发等。

二、项目功能需求

1.进行OLED每层薄膜材料的选择、薄膜材料堆叠、功函数、掺杂比等仿真优化，获得高色域、高效率、长寿命、低色偏器件架构。

2.进行薄膜封装材料的材质、膜厚、堆叠等的仿真优化，获得具备优异阻隔水氧能力、耐弯折性能佳、透过率高、低色偏的膜层堆叠。

三、项目验收标准

1.仿真模型展示，优化结果如何实现并具备如下性能：色偏△uv＜5JNCD（60°视角），寿命LT95＞400h，效率（R＞60cd/A，G＞160cd/A，B＞7cd/A），色域NTSC＞100%，色度满足DCI-P3

2.薄膜封装堆叠优化仿真模型展示，所建立模型可表征阻隔水氧能力，最佳堆叠耐弯折性＞100000次，透过率＞95%

四、项目阶段

阶段一：由团队根据项目需求及验收标准，建立团队，并在团队讨论下，将项目设计结构，初步模型结果及项目预算编制为项目计划书（即立项书）；

阶段二：根据项目立项书评审，选出部分优秀团队，拨发经费，供团队进行项目开展；

阶段三：决赛阶段，团队提交成品和最终测试/模拟结果，并演示。

*备注：该项目不需要设备材料投入，只要学校有光学仿真软件即可完成项目。

附件一：如何实现柔性OLED器件在下一代智能移动终端产品的应用—立项书 点击下载

附件二：如何实现柔性OLED器件在下一代智能移动终端产品的应用 点击下载

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