機載顯示系統是飛行員與周圍環境之間重要的人機接口之一，是飛行員準確高效獲取作戰信息的重要保障。海陸空天網電一體化信息作戰體系以及先進武器系統的發展，使得戰鬥機的作戰範圍不斷擴大、作戰任務更加複雜，機載顯示系統需要以更靈活的方式向飛行員提供合適、及時和準確的數據，確保飛行員的安全和提供必要的作戰信息。發展機載顯示系統，運用人機工程學設計研製新型的機載顯示系統，對於提高飛機作戰能力具有重要意義。
戰鬥機座艙顯示器
戰鬥機座艙顯示系統的發展
隨著航空電子領域新技術、新工藝的飛速發展和新型顯示器件的不斷湧現，飛機座艙顯示系統的布局和信息顯示方式日新月異，顯示器數量急劇減少，主顯示器尺寸不斷加大，解析度不斷提高，並日益朝著大屏幕化、綜合化、信息化和智能化方向發展。
20世紀40年代，第一代噴氣式戰鬥機座艙內只有簡單、耐用、廉價的航電設備，飛行員只能依靠這些設備提供的飛行和導航信息來執行低空高速任務。50年代第二代噴氣式戰鬥機問世後，隨著機載系統和儀表的日益複雜，飛行員不得不花費較多的時間低頭查看，同時也對飛行員獲取態勢信息能力提出更高的要求，甚至會危及低空飛行的安全性。
第二代噴氣式戰鬥機F-86的座艙機載系統
這一時期出現了最早的下視陰極射線顯示器和平視顯示器，但是因技術水平的限制，可提供的空中戰場信息較少，第三代噴氣式戰鬥機的機載顯示系統沿用第二代噴氣式戰鬥機下視顯示器、平視顯示器和「T」形儀錶板布局，但機載顯示系統相比第二代噴氣式戰鬥機有了本質上的飛躍，已經逐漸進入到「玻璃化」時代——面積更大的下視液晶單色/多色顯示器開始取代傳統的機電儀表，成為儀錶板上的「主角」，而後者主要是作為前者的備份，一平兩下以及一平三下開始成為主流。此外，平視顯示器也從最早期的型號發展為更先進的多功能常光平顯和衍射平顯。
F/A-18戰機座艙
F-22「猛禽」（Raptor）的先進玻璃座艙顯示系統沒有任何傳統儀表，由六部可在陽光直射下也能清晰閱讀的彩色液晶顯示器組成，提供飛機上下前後左右的環境全覽，讓飛行員獲得更完備的態勢信息。F-35戰鬥機的機載顯示系統，首次採用整塊大尺寸多功能觸摸式彩色液晶顯示屏，不再保留備份的機電儀表。
F-22的玻璃座艙顯示系統
F-35的座艙顯示系統比F-22又有所發展，甚至取消了平顯
為解決平顯涵蓋角度狹窄的問題，出現了早期的頭盔顯示器，但早期頭盔顯示器製造成本極高，而且性能不佳：影像模糊、解析度差、亮度黯淡、對比度低劣、重量不輕。隨著技術的不斷發展，頭盔顯示器已成為現代機載顯示系統重要組成部分。新型頭盔顯示系統主要包含三大部分：頭盔顯示器、記憶卡和頭盔跟蹤系統。新型頭盔顯示系統能夠從戰鬥機機體外部的攝像頭獲取圖像，並根據飛行員頭部轉動進行計算，實現精準跟蹤。飛行員可以從頭盔顯示器上獲取戰機各個角度的圖像，對於瞬息萬變的戰場態勢的感知能力將大幅度提高。同時，飛行員還可以通過頭盔顯示器對目標進行跟蹤、鎖定，然後向目標發射飛彈進行攻擊。
新型頭盔顯示系統被率先應用於美國研發的F-35戰鬥機上，頭盔顯示系統為飛行員提供了可以「透視」飛機的獨特能力。頭盔顯示器可於被稱為分布式孔徑系統的一組攝像機交聯，後者安裝在飛機的表面四周，可提供周圍 360 度範圍的恆定圖像。飛行員朝下看時，飛機下方的圖像就會顯示在頭盔顯示器中。這個功能不僅在戰鬥非常有用，也利於海軍和海軍陸戰隊的 F-35型號在航母上或在夜間進行垂直降落。
新型頭盔顯示系統
頭盔顯示系統畫面
在借鑑國外成功經驗，堅持自主創新的基礎上，國內飛機機載顯示系統已全面進入彩色液晶綜合電子顯示系統時代，實現了由空分制到時分制顯示、由專用到多功能顯示、由分立到系統發展的跨越。座艙顯示系統布局和信息顯示方式發生了明顯變化，系統綜合化、電子化、信息化程度得到大幅度提高。多年來的裝機應用表明，座艙液晶顯示器工程化研製所涉及的一系列關鍵技術和難點已經全部得到解決，而且實現了產品品種和功能的多樣化、規格的系列化和接口的靈活性。特別是，自主開發的小型化高速圖形產生技術的應用，顯著提高了畫面顯示質量，大大縮小了我國在機載座艙顯示技術領域與發達國家之間的差距。機載液晶顯示器產品已經得到廣泛應用，並正朝著大屏幕化、綜合化和智能化方向發展。
戰鬥機座艙顯示器的性能要求
總體來說，現階段對飛機座艙顯示器的要求主要包含以下方面：
透明座艙顯示器要求飛行員可在強陽光照射環境中能夠輕鬆獲取屏幕上的顯示內容，且無需機載光源照明輔助。這就要求顯示器具有較強亮度，並能在合理範圍內隨意調節，以保證飛行員在不同的陽光照射條件下均可獲得清晰的顯示信息，同時不影響飛行員的視力。
在全日光條件下，若要使飛行員可以清楚地看到顯示內容，就要求顯示器具有較高的對比度和灰度比。在最高亮度條件下，顯示器的灰度等級至少超過5級，同時灰度比達到10：1，才能使飛行員清晰有效地分辨屏幕上細小的顯示內容。
為使座艙顯示器能在外界從0.1Lx至108000Lx的亮度變化內進行清晰地顯示，為飛行員提供有效的飛行信息，機載座艙顯示器的亮度應具有持續可調節性。通過調節顯示內容的亮度，以滿足不同作戰環境和天氣下的顯示要求。
在60°×60°視場（FieldOf View簡稱為FOV）中至少保證每1′40''的範圍具有一個彩色象素點，或者說在FOV視場內，顯示器具有4.6M以上的象素值。而全景座艙顯示要求在保證高解析度條件下將FOV增大至120°×120°的範圍。
利用不同的顯示技術製造的顯示器具有不同的最佳顯示尺寸，與液晶顯示器相比，QLED和PDP顯示技術就難以實現超大屏顯示。選擇合適的顯示技術，並將其應用於具有不同尺寸要求顯示器，實現飛行信息的高效顯示，以成為現代航空領域研究者探索的重點。
各類新型顯示技術概述
機載顯示器的最大要求是增加飛行員的態勢感知能力。隨著全新軍事理念的提出和發展，未來戰鬥機將會面臨更為複雜甚至極端惡劣的戰場環境，需要在多維立體環境下執行多平臺、多任務的高度信息化作戰樣式。環境因素和作戰任務的變化，給飛機座艙顯示技術帶來了嚴峻的挑戰。
顯示技術發展至今不斷的適應並滿足當今航空領域的發展趨勢，戰機顯示系統對於高亮度、高清晰度、高對比度、抗極端環境的顯示器件的需求越來越高。新一代戰機對顯示器件的要求無論從器件的尺寸、像素、色度、圖像質量、成本等因素考慮都對顯示器件是極大的挑戰。現階段，世界上主流顯示技術主要包含以下幾類：
量子點顯示器原理示意圖
量子點顯示器（QLED）作為顯示器領域的新興力量，被研究人員逐步應用至機載顯示系統中。量子點（Quantum Dots）是一些晶粒直徑在2~10nm的半導體納米晶體，當量子點受到光或電的刺激，便會發出不同顏色的可見光，並且光線的顏色由其組成材料和粒徑尺寸決定，這一特性使得量子點能夠改變光源發出更多更純的光線顏色。由於技術的簡化，並採用了穩定可靠的無機半導體材料，使得QLED顯示屏在顏色純度和發光效率方面都會有大大的提升。QLED顯示技術是將量子點的光學材料置於背光燈與液晶面板之間，用量子點替代傳統的螢光粉，使得液晶顯示背光更加純正。通過藍光背光源照射在粒徑不同量子點發出紅色和綠色，加上透射的藍光形成RGB三原色。相比其他類型顯示設備，量子點技術使得綠色和紅色更加閃亮，因其不是通過濾色片濾掉光線，而是直接將光線轉變成不同的顏色，表現為更為明亮，色彩更亮麗的同時可以消耗較少的能量。基於以上優勢，QLED顯示技術可以降低機載顯示系統的功耗，同時使飛行員能更加清晰的接收圖像信息。
液晶顯示器原理示意圖
液晶顯示器自誕生以來就被廣泛應用於各類航空顯示系統中。現階段，世界上主流的機載顯示系統都以液晶顯示器作為其主要顯示器件。液晶顯示器是一種採用特殊材料——液晶的平面超薄顯示設備，根據液晶分子的排布方式分為：扭曲向列型、超扭曲向列型、雙層超扭曲向列型以及目前廣泛應用的薄膜電晶體矩陣型。在電場作用下，液晶分子會發生排列上的變化，這種現象稱之為電光效應，液晶分子結構的變化從而影響通過其的光線變化，繼而通過偏光片的作用可以表現為明暗的變化，再配合彩色濾光片，人們就可以實現通過對電場的控制最終控制了光線的灰度和亮度變化，從而達到顯示圖像的目的。
液晶顯示器因其工藝簡單，性能穩定等特點，被廣泛應用於航空顯示領域。但由於液晶本身的性質，導致其難以克服高溫、低溫、強幹擾等惡劣環境，所以其作為航空主流顯示器件，還有很多的技術問題亟待解決。
等離子體顯示器原理示意圖
本世紀初等離子體顯示器因其生產鏈過短等因素逐漸淡出民用顯示領域，但其在航空顯示領域依舊得以應用。等離子顯示器又稱為電漿顯示器，在兩張薄玻璃基板之間整齊排列著密封的等離子管發光元件構成屏幕，並充填氙氖的混合惰性氣體。在等離子管電極間加上高壓後，封在兩層玻璃之間的等離子管小室中的氣體會產生等離子效應從而產生紫外光，同時激發到前面板上的紅綠藍螢光粉發出肉眼能看到的可見光，以此成像。由這些像素的明暗和顏色變化組合使之產生各種灰度和色彩的圖像，類似顯像管發光。早期等離子顯示器器件的三種螢光粉用寬度一致的小低壓氣體室相間，由於紅、綠、藍三種螢光粉的發光效率以及壽命各不相同，導致三種色光混色產生的色域及亮度與CRT相比較差，而隨後發明的「非對稱單元結構」使得在彩色還原和亮度方面都比以前的產品有很大提高。相比於液晶顯示器，等離子體顯示器更能適應高溫、強幹擾等惡劣環境，因此將其作為新一代機載顯示器件的方案依舊可行。
有機電致發光顯示器原理示意圖
OLED顯示技術作為近幾年剛剛誕生、成型的顯示技術，在航空領域和民用領域均得到了廣泛的重視。OLED 顯示技術是一種利用有機半導體材料製成的，用直流電壓驅動的薄膜發光器件，其發光原理和LED大致相同。OLED 的基本結構是採用非常薄的有機材料塗層和玻璃基板。由一薄而透明具半導體特性的銦錫氧化物，與正極和陰極相連形如三明治的結構。整個結構層中還包括了：空穴傳輸層、發光層與電子傳輸層。當有電流通過時，正極空穴與陰極電荷就會在發光層中結合，產生光亮，依有機發光材料不同產生RGB 三原色，構成基本色彩。根據使用的有機材料不同，OLED又分為以共軛性高分子為材料的高分子PLED和以染料及顏料為材料的小分子OLED，其器件製備工藝上分別為：小分子器件主要採用真空熱蒸發工藝，高分子器件採用旋轉塗覆或噴塗印刷工藝。根據驅動方式不同，OLED也分為應用於小尺寸的無源矩陣和應用於中大尺寸的有源矩陣。OLED以其自主發光、高效率、輕、薄、柔以及優異的顯示效果等優點，被視為21世紀最具前途的產品之一。經過一段時間的發展，OLED顯示技術有機會也有能力取代傳統的液晶顯示技術，成為機載顯示領域的一顆新星。
未來座艙顯示器件的發展展望
就顯示形式而言，未來體系作戰下的信息數據流將使得座艙顯示「信息爆炸」，機載顯示器會向高清晰、高亮度、低功耗、抗惡劣環境、曲面顯示、柔性顯示等諸多方向發展。單個如F-35的大屏幕顯示器將遠不能滿足飛行員獲取信息數據流的顯示需求，而隱身設計的需求也會限制座艙空間的增大。隨著新興的OLED顯示技術和QLED顯示技術的成熟,曲面顯示器、柔性顯示器的應用將使得利用艙蓋透明件作為顯示器成為可能，從而建立超級全景座艙。艙蓋顯示器功能上可以替代當前平視顯示器，又可以直觀顯示整個作戰空域的態勢感知，三維顯示附近的作戰體系環境，同時結合虛擬成像技術，還可以提供夜間、潮溼結冰天氣、濃霧等不利環境條件下的飛行能力。座艙內部的大屏幕顯示器將增加時間維度的顯示，使置身於座艙內部的飛行員不但能直觀地得到飛機三維真實飛行的信息，還可以得到飛機的預見軌跡和飛機在未來一段時間內的預測輸出狀態，便於飛行員對目標進行無延遲地跟蹤，降低飛行員腦力負荷，提高作戰能力。