液晶顯示器加固技術探討

摘　要：闡述了液晶顯示器加固技術的含義，在研究LCD 特性的基礎上，提出了內部加熱法等設計方法，較好地解決了液晶顯示器在惡劣環(huán)境下使用時存在的問題。

1 　引言

平板顯示器一般是指顯示器的深度小于顯示屏對角線四分之一的顯示器。與傳統(tǒng)CRT 相比，平板顯示器具有體積小、重量輕、電壓低、輻射低且不易受低頻磁場干擾等優(yōu)點，近年來得到了飛速的發(fā)展。根據(jù)不同的工作原理，平板顯示可分為液晶顯示(LCD) 、等離子體顯示(PDP) 、電致發(fā)光顯示( ELD) 、場發(fā)射顯示( FED) 等，其中LCD 占目前整個平板顯示產(chǎn)值的80 %以上。液晶顯示器雖然得到了廣泛的應用，但在惡劣環(huán)境下，溫度、振動、沖擊、電磁、潮濕等易對液晶屏、背光源和內部的元器件產(chǎn)生影響和破壞，所以普通液晶顯示器在惡劣環(huán)境下不能正常使用，需要對液晶屏采取措施即加固。所謂加固就是指為適應惡劣環(huán)境，在軍用計算機及其外設設計時對影響機器性能的各種因素，諸如系統(tǒng)結構、電氣特性、機械物理結構等所采取的相應的保證措施，使液晶顯示器在惡劣環(huán)境下能正常工作。國外很多公司都采用加固的方式，如比利時的Barco 公司、美國的Korry 公司等。本文介紹了我們采用脈沖調制方式的內部加熱法等加固技術，有效地解決了液晶顯示器在惡劣環(huán)境下的使用問題。

2 　液晶顯示器加固技術的幾個方面

(1) 溫度

商用液晶顯示器的工作溫度在5～45 ℃之間，而根據(jù)國軍標GJB367 軍用通訊設備通用技術條件的要求，軍用設備的工作溫度在- 20～ + 55 ℃之間。所以，商用液晶顯示器在加固中存在一個寬溫設計的問題。溫度主要對液晶屏和背光源產(chǎn)生影響。液晶材料對溫度的變化非常敏感，直接影響液晶的響應時間和液晶的閾值電壓。當溫度降至低于0 ℃時，液晶材料將變得粘滯，響應速度變慢，動態(tài)圖像出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象，甚至低溫特性差的液晶材料不能顯示;如果溫度過低，液晶態(tài)會消失，變成晶體，有可能會在形成晶體過程中破壞定向層而造成永久性損壞;而當溫度過高時，封裝液晶屏的粘合劑和封裝物的性能將降低、退化，液晶態(tài)也會消失，變成液態(tài)，不能工作。

如果環(huán)境溫度低于0 ℃，背光源的熒光燈管壽命會降低，而且低溫還會影響背光源的亮度，根據(jù)試驗顯示，背光源的亮度在50 ℃時是最好的。為使背光源工作在最佳的性能下，應使其工作在一定的溫度下。

(2) 沖擊和振動

液晶顯示器在惡劣的環(huán)境下工作可能會受到振動、沖擊、應力等各種機械力的作用。

由于液晶屏和背光源的托架面積大而厚度薄，所以一旦受到?jīng)_擊和振動，極容易產(chǎn)生變形和破裂。背光源的燈管直徑只有3mm ,在沖擊和振動下，燈泡、燈絲極易破裂。此外，元器件之間相互聯(lián)接的電纜在振動和沖擊下也容易松開或脫落。

(3) 電磁兼容

液晶顯示器的電磁輻射主要來自背光燈管、逆變電源及高速A/ D 器件。

(4) 潮濕

由于液晶顯示器件屬低壓、微功耗的器件，液晶材料電阻極高(達1010Ω·cm 以上) ,故由于潮濕造成的玻璃表面導電就足以影響顯示，段之間會產(chǎn)生“串”擾顯示。

在以上幾個問題中，溫度是限制液晶顯示器使用環(huán)境的最重要的因素，而低溫又是首當其沖的問題?？梢哉f當環(huán)境溫度低于0 ℃時，如何能讓顯示屏“亮”起來，是液晶顯示器加固技術的關鍵所在。

3 　實現(xiàn)液晶顯示器加固技術的途徑

3. 1 　液晶顯示器的熱設計

液晶顯示器的熱設計主要是解決液晶顯示器的低溫工作問題。解決低溫工作問題的途徑有兩種：其一是采用寬溫型液晶材料，這樣造價相當高，且技術和工藝上也存在很大的難度;其二是采用被動加熱的辦法，使液晶顯示器在低溫下正常顯示。后者是當前加固液晶顯示器用得最多的加固技術。一般對液晶顯示器的低溫加熱有3 種方法： ITO 膜玻璃液晶屏外部加熱法、ITO 膜玻璃液晶屏內部加熱法和半導體制冷加熱法。半導體制冷加熱法目前采用的比較少，故這里主要講敘前兩種加熱法。ITO 膜玻璃是指在平板玻璃上采用濺射鍍膜工藝鍍上一層ITO(銦錫氧化物) 膜，當給ITO 膜通電時， ITO 膜發(fā)熱，玻璃就成為一個理想的透光面熱源。

3. 1. 1 　ITO 膜玻璃液晶屏外部加熱法

將ITO 膜加熱玻璃放置在液晶屏前面(見圖1) ,通過對ITO 膜加電發(fā)熱，從而加熱液晶屏及其背光源。這種加熱方式的加熱速度、效率都比較低，對顯示器的低溫啟動時間存在一定的制約，因為加熱玻璃的功率不能制得太大，若功率太大對液晶屏的溫度沖擊有可能將其破壞。這種方法雖然存在一定的局限性，但由于其工藝簡單，易于實現(xiàn)，國內大部分廠家目前還是采用這種加熱方式。

3. 1. 2 　ITO 膜玻璃液晶屏內部加熱法

這種加熱方式是將ITO 膜玻璃緊貼在LCD 液晶盒后面(見圖2) , ITO 膜通電發(fā)熱，它能快速、高效加熱液晶屏，同時也能快速加熱背光燈管。這種加熱方式的難點是工藝復雜，需將液晶屏解體，這牽涉到夾具及工藝環(huán)境等因素，另外對ITO 膜玻璃這個面熱源的溫度均勻性要求也較高。國外一般都是采用這種方式來解決LCD 的低溫工作問題，如比利時的Barco 公司、美國的Korry 公司等，國內也已有幾家單位采用這種內部加熱的加固技術。采用ITO 膜內部加熱法是對商用液晶顯示器進行寬溫設計的最佳方案。我們加固的液晶顯示器就是采用屏內部加熱方法。表1 列出了兩種方法性能對比。

3. 1. 3 　溫度控制電路的設計

過去溫度控制通常是采用溫度繼電器來控制，低溫時繼電器接通，對物體加熱;高溫時，繼電器斷開，停止加熱。該控制方式缺點是溫度沖擊大， - 25 ℃和- 40 ℃都是同一個加熱功率，容易造成被加熱物體的損壞;優(yōu)點是簡單。我們采用脈寬調制方式對液晶顯示屏進行控制加熱。首先根據(jù)被加熱物體的特性，通過大量的試驗找到在某一溫度下對其加熱最適宜的占空比，將其以表格的形式固化在程序里。然后CPU 采集被加熱物體的溫度，此采集為多點采集，根據(jù)每個溫度采集點的傳遞函數(shù)算出各點的溫度。此溫度由于溫漂而存在一定的誤差，但可通過測量基準點進行修正，以得出各點正確的溫度，然后用加權算法算出被加熱物體準確的溫度。CPU 根據(jù)此溫度通過查表確定輸出的占空比，而后CPU 就不斷地根據(jù)被加熱物體的溫度占空比進行修正。整個過程為一個自適應的閉環(huán)控制，準確可靠。其優(yōu)點是隨著溫度的不同，輸出不同的加熱功率，效率高，不易損壞被加熱物體;缺點是難度高，控制復雜。