溫度和濕度對LCD背光模組光學(xué)性能的影響

龔 鈺，邢 穎

（重慶京東方顯示照明有限公司，重慶 400714）

1 引言

目前，液晶顯示器作為主流顯示器已廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、電視、顯示器等領(lǐng)域。由于液晶屏不能自發(fā)光，其光源為背光源供，因此背光源的光學(xué)特性對液晶顯示器來說至關(guān)重要[1-3]。

液晶顯示器用背光源的使用要求越來越高。尤其是在高溫、高濕等惡劣環(huán)境下，產(chǎn)品也要有高穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性[4]。因此液晶顯示器的失效得到了研究者們的廣泛關(guān)注與研究[5-8]，并提出了被稱為“浴盆曲線”的失效曲線，將失效分為三個(gè)階段。馬驍?shù)萚9]認(rèn)為液晶的固有缺陷或問題是液晶顯示器早期失效的主要原因；第二階段失效是隨機(jī)自然參數(shù)、外部因素及人為因素導(dǎo)致的；材料的疲勞和耗損是耗損階段失效的主要原因。黃翀和王欣等[10-11]認(rèn)為溫度是影響液晶模組失效的重要原因。中北大學(xué)吳俁倩等[12]對航空領(lǐng)域液晶老化過程中溫度及時(shí)間的影響進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了合理的溫度和時(shí)間的老化測試系統(tǒng)。目前，液晶顯示企業(yè)會對液晶產(chǎn)品進(jìn)行老化測試，通過高溫、低溫以及增濕實(shí)驗(yàn)來模擬惡劣的使用環(huán)境，以此作為產(chǎn)品是否合格的衡量標(biāo)準(zhǔn)。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

本文采用Fstar SR-3AR背光模組光學(xué)特性自動測量儀來進(jìn)行高溫高濕前后光學(xué)測試，HORAD快速溫變（濕熱）試驗(yàn)箱來進(jìn)行恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)。

2.1.1 SR-3AR光學(xué)特性自動測量儀

SR-3AR光學(xué)特性自動測量儀是由SR-3AR分光輻射計(jì)、載物平臺和FS-BLMS軟件組成。

光學(xué)測量的步驟為：

（1）打開儀器，將測試背光源放置于測試治具上。

（2）打開FS-BLMS軟件，確認(rèn)背光源電流電壓等信息。

（3）點(diǎn)亮背光源，執(zhí)行三點(diǎn)定位。

（4）選擇測試點(diǎn)位，行測試。

測試過程是自動的，測試的點(diǎn)位對應(yīng)背光源表面的點(diǎn)位。測試完成后，軟件會自動將數(shù)據(jù)輸出成文檔。

2.1.2 HORAD快速溫變（濕熱）試驗(yàn)箱

HORAD快速溫變（濕熱）試驗(yàn)箱由控制系統(tǒng)，高溫箱、低溫箱、前蓋板、配電室、機(jī)械室、壓力表（空氣）、RS-485接口、總電源板、排氣口以及溫濕檢測系統(tǒng)組成。

恒溫恒濕試驗(yàn)步驟：

（1）打開HORAD快速溫變（濕熱）試驗(yàn)箱，在操作面板上設(shè)置好試驗(yàn)溫度，進(jìn)行預(yù)熱。

（2）將樣品放在高溫箱內(nèi)，注意樣品之間拉開距離。（3）設(shè)置試驗(yàn)時(shí)間。

（4）試驗(yàn)結(jié)束后，取出樣品放冷卻架上，關(guān)閉儀器。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

文章選用的樣品是市面流通量較大的15.6inch筆記本背光源。實(shí)驗(yàn)分為兩組如表1所示，亮度測試完成后，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理總結(jié)。

表1 高溫高濕實(shí)驗(yàn)參數(shù)

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

首先，在0%RH濕度下，背光模組恒溫加熱，溫度從30℃，40℃，50℃升高到60℃。測試同一樣品恒溫前后的亮度進(jìn)行對比。對樣品中心點(diǎn)和13點(diǎn)亮度數(shù)據(jù)整理，結(jié)果如圖1所示：

（1）在0%RH下，從30℃到60℃，中心點(diǎn)亮度降低了1.28%、3.60%、3.83%和14.8%。而13點(diǎn)亮度降低了1.08%、3.46%、3.13%和12.35%。

（2）溫度從30℃到60℃升溫的過程中，13點(diǎn)和中心5點(diǎn)亮度呈現(xiàn)先升高后平穩(wěn)，而后突然大幅度升高趨勢。

（3）高溫試驗(yàn)后的中心點(diǎn)亮度衰減量比13點(diǎn)亮度的衰減量大。

第二組實(shí)驗(yàn)是研究背光源在60%RH濕度下隨溫度變化的規(guī)律，重復(fù)實(shí)驗(yàn)一的數(shù)據(jù)整理后

（1）在60%RH濕度下，背光源從30℃到60℃升溫過程中，中心5點(diǎn)亮度降低了1.35%、5.94%、8.87%和14.19%。而13點(diǎn)亮度降低了1.17%、4.88%、7.80%和11.68%。

（2）背光源亮度的降低趨勢一直是增加的。

（3）與0%濕度實(shí)驗(yàn)對比后發(fā)現(xiàn)，濕度的增加會加劇背光亮度的降低。

為了分析升溫后，背光源亮度降低的原因，我們將升溫后的背光源進(jìn)行拆解分析和部材交叉驗(yàn)證。拆解后發(fā)現(xiàn)導(dǎo)光板與燈條之間的間隙有增大。將導(dǎo)光板重新組裝后，再用光學(xué)測量儀測試亮度，亮度基本恢復(fù)到老化前的亮度。由于在背光源下側(cè)的導(dǎo)光板是有導(dǎo)光板固定膠帶固定的，所以導(dǎo)光板的熱收縮直接導(dǎo)致導(dǎo)光板與燈條之間的間隙增大。因此，我們認(rèn)為：導(dǎo)光板受熱收縮使導(dǎo)光板與燈條的間隙增大，從而引起光衰減，是恒溫加熱后背光源亮度大幅度下降的主要原因。

4 結(jié)束語

本文進(jìn)行了背光源在高溫高濕下的老化實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：溫度的升高會導(dǎo)致背光源亮度的降低；且隨著溫度的升高，背光源亮度的降低速度先增大后平穩(wěn)；在50℃后，亮度會大幅下降；同時(shí)，濕度會加劇背光源亮度的降低；導(dǎo)光板的熱收縮是導(dǎo)致背光源加熱時(shí)亮度降低的主要原因。該結(jié)果為進(jìn)一步改善液晶顯示器亮度衰減提供了依據(jù)。