OLED顯示模塊的加固方案

盧業(yè)能

（1.中航華東光電有限公司，安徽 蕪湖 241002；2.特種顯示技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，安徽 蕪湖 241002；3.安徽省現(xiàn)代顯示技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 蕪湖 241002）

0 前言

OLED顯示技術(shù)具有自發(fā)光、低功耗、高對(duì)比度等技術(shù)特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于手機(jī)、平板電腦等中小尺寸的顯示領(lǐng)域，并逐漸成為消費(fèi)電子行業(yè)的主流顯示技術(shù)[1]。早期的OLED顯示屏往往存在隨著使用顯示畫面增加出現(xiàn)燒屏、發(fā)黃等顯示缺陷，隨著顯示技術(shù)的進(jìn)步，早期產(chǎn)品的顯示缺陷問(wèn)題已被攻克，OLED顯示屏可靠性大幅提升，并逐步應(yīng)用于中小尺寸的加固顯示模塊產(chǎn)品中[2]。

典型的加固顯示為標(biāo)準(zhǔn)的黑底白字顯示畫面，自發(fā)光的OLED顯示技術(shù)相較于LCD顯示的黑背景亮度更低，顯示畫面的黑白反差明顯，識(shí)別度高；同時(shí)OLED顯示屏的色域范圍比LCD顯示明顯增大，色彩還原能力顯著增強(qiáng)。OLED 的高對(duì)比度、廣色域設(shè)計(jì)特別適合用于高亮環(huán)境下的清晰顯示。該文結(jié)合OLED的顯示技術(shù)特點(diǎn)及加固顯示需求提供了一種常用的OLED顯示模塊加固設(shè)計(jì)方案。

1 加固設(shè)計(jì)

OLED顯示屏是一種主動(dòng)發(fā)光的顯示設(shè)備，在低溫-40℃下可正常啟動(dòng)，無(wú)須參照液晶顯示模塊的加固方案設(shè)計(jì)背光系統(tǒng)和低溫加熱系統(tǒng)；振動(dòng)產(chǎn)生的盒厚變化不會(huì)對(duì)顯示質(zhì)量產(chǎn)生明顯影響，整體抗振動(dòng)性能相對(duì)明顯優(yōu)于液晶顯示屏；整體加固設(shè)計(jì)方案相對(duì)簡(jiǎn)潔，架構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 OLED顯示模塊加固架構(gòu)

產(chǎn)品加固設(shè)計(jì)的主要零部件包括結(jié)構(gòu)件、屏蔽濾光片、OLED顯示屏及電路板，各部件實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。采用成熟可靠的裝配工藝將各零部件有機(jī)結(jié)合，滿足加固顯示模塊的功能及環(huán)境試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求。

1.1 結(jié)構(gòu)件

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在整個(gè)產(chǎn)品中起安裝固定的作用，將各設(shè)計(jì)零部件安裝在一起，并與顯示系統(tǒng)進(jìn)行安裝匹配，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能。

為滿足整機(jī)的減重及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，結(jié)構(gòu)件一般選用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)的鋁合金材料。鋁合金材料具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，考慮加固顯示模塊的環(huán)境適應(yīng)性要求，結(jié)構(gòu)表面通常會(huì)采用導(dǎo)電氧化及噴漆等防腐處理，提升鋁合金的抗腐蝕能力。

結(jié)構(gòu)件為產(chǎn)品的外輪廓設(shè)計(jì)尺寸，需要按照顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)布局及顯示模塊內(nèi)部的零部件尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，外部安裝固定方案按照用戶要求執(zhí)行。結(jié)合整機(jī)的減重、密封、方便維修及電磁兼容等要求，一般OLED加固顯示模塊的結(jié)構(gòu)件采用整體設(shè)計(jì)，不采用拼接布局（可按需求設(shè)計(jì)壓塊用于輔助固定安裝），如圖1所示。

1.2 屏蔽濾光片

屏蔽濾光片設(shè)計(jì)在顯示模塊中主要起減反、屏蔽及加固作用。

顯示模塊是整個(gè)顯示系統(tǒng)的顯示器件，當(dāng)強(qiáng)光照射顯示器件表面時(shí)，由于器件內(nèi)部材料的反射特性，顯示器件表面會(huì)產(chǎn)生反射光線，降低強(qiáng)光照射時(shí)的對(duì)比度，一定程度下影響顯示性能，顯示模塊的反射簡(jiǎn)化模塊見(jiàn)圖2。

圖2 顯示模塊反射簡(jiǎn)化模型

L1為入射光線，R1屏蔽濾光片表面的反射光線，R2顯示器件整體產(chǎn)生的反射光線，總反射率為兩者之和。為消除屏蔽濾光片與顯示器件之間的界面反射，一般會(huì)采用折射率相近的光學(xué)膠水進(jìn)行填充設(shè)計(jì)，降低整機(jī)的反射率；顯示器件自身的反射率為材料自身的固有屬性，無(wú)法改變；顯示模塊的低反射設(shè)計(jì)主要集中在屏蔽濾光片，表面采用光學(xué)折射率匹配鍍膜設(shè)計(jì)，降低屏蔽濾光片表面反射，進(jìn)而控制顯示模塊產(chǎn)品的反射性能，光學(xué)鍍膜設(shè)計(jì)時(shí)采用透明的ITO導(dǎo)電膜為其中的鍍膜材料，形成導(dǎo)電層，實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽功能。屏蔽濾光片一般會(huì)采用玻璃基材進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，玻璃材料具有一定的機(jī)械強(qiáng)度及光學(xué)鍍膜可加工性。采用光學(xué)膠水將屏蔽濾光片與OLED顯示屏進(jìn)行面黏后形成黏接整體，有效地提高了顯示器件的整體強(qiáng)度，起到加固作用。

1.3 OLED顯示屏

OLED顯示屏是顯示模塊的顯示器件，決定了顯示模塊的絕大部分顯示指標(biāo)及顯示性能。

OLED顯示屏選型需要根據(jù)用戶的具體技術(shù)指標(biāo)要求開展，主要指標(biāo)包括有效顯示面積、分辨率、灰度等級(jí)、對(duì)比率、觀察視角、顯示色度、顯示亮度等指標(biāo)要求。OLED顯示屏作為主動(dòng)發(fā)光顯示器件，特別適合應(yīng)用于以黑底顯示為主的加固顯示模塊，工作時(shí)功耗低；OLED顯示屏的對(duì)比率指標(biāo)較高，一般可達(dá)100000∶1，在黑白反差顯示上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

OLED顯示屏在不同的溫度下工作時(shí)，受到發(fā)光材料自身特性的影響，顯示亮度與色度會(huì)產(chǎn)生一定程度地漂移；另外高低溫會(huì)影響OLED顯示屏的壽命，工作溫度范圍越大，環(huán)境應(yīng)力越大，壽命越短。

1.4 電路板

電路板是顯示模塊的電氣控制組件，主要進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換、視頻信號(hào)處理及控制模塊，主要由電路印制板、電子元器件及連接器構(gòu)成，電路原理框圖見(jiàn)下圖3。

圖3 電路原理框圖

電源轉(zhuǎn)換是根據(jù)用戶接口所提供電壓，經(jīng)過(guò)DC/DC電源芯片轉(zhuǎn)化為電路需要的穩(wěn)定直流電壓。電壓轉(zhuǎn)換主要有2路設(shè)計(jì)，一路通過(guò)DC/DC模塊生成低電壓給內(nèi)部控制器供電，實(shí)現(xiàn)控制器正常工作；另一路通過(guò)DC/DC模塊生成OLED屏工作的電壓，供OLED正常工作使用。

視頻信號(hào)控制包括對(duì)用戶輸入信號(hào)的處理及控制，經(jīng)過(guò)緩沖均衡、格式轉(zhuǎn)化等操作后轉(zhuǎn)化成OLED顯示屏匹配的數(shù)據(jù)格式，供給OLED顯示屏。

控制模塊包括顯示模塊內(nèi)部功能控制、對(duì)外通信及自檢電路。用戶通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信接口按照約定的數(shù)據(jù)格式傳輸相應(yīng)的控制命令要求，內(nèi)部控制模塊接收到控制命令后實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的顯示模塊內(nèi)部亮度控制、顯示模式轉(zhuǎn)換等功能；自檢測(cè)電路主要檢測(cè)內(nèi)部功能電路是否正常工作，如出現(xiàn)故障，及時(shí)發(fā)出報(bào)警。

2 環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)

環(huán)境適應(yīng)性指的是產(chǎn)品實(shí)際使用的環(huán)境條件，產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮各類復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)用，屬于產(chǎn)品整體性能綜合設(shè)計(jì)。顯示模塊是顯示器類產(chǎn)品的顯示部件，環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)需要匹配整機(jī)的設(shè)計(jì)及模塊自身的功能需求，通俗來(lái)說(shuō)就是顯示模塊先要保證自身在環(huán)境條件下的正常工作，同時(shí)需要配合顯示產(chǎn)品整機(jī)在需求的環(huán)境條件下的正常工作。

2.1 高低溫貯存

高低溫貯存考核的是產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用設(shè)計(jì)材料及工藝材料的耐高低溫性能。

該設(shè)計(jì)原則是按照項(xiàng)目要求的溫度范圍進(jìn)行材料選型，并對(duì)選型的材料開展相應(yīng)的摸底驗(yàn)證試驗(yàn)；同時(shí)需要兼顧各設(shè)計(jì)材料組合后產(chǎn)生的應(yīng)力集中及受力不均的情況，加固的OLED顯示模塊一般采用玻璃基的OLED顯示屏相對(duì)較多，屏蔽濾光片由于需要高溫光學(xué)鍍膜一般采用的是玻璃基材，結(jié)構(gòu)組件采用鋁合金材料。不同類型的材料在高低溫下產(chǎn)生的形變不同，需要進(jìn)行相應(yīng)的緩沖設(shè)計(jì)。

2.2 高低溫工作

高低溫工作考核的是產(chǎn)品寬溫條件下工作性能。OLED顯示屏采用的固態(tài)主動(dòng)發(fā)光器件設(shè)計(jì)，低溫-30°下可正常啟動(dòng)工作，一般不設(shè)計(jì)加熱系統(tǒng)。高溫工作時(shí)，OLED顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片、顯示區(qū)域及電路板的局部位置會(huì)產(chǎn)生熱量，易造成局部熱量不均勻，產(chǎn)生局部顯示缺陷，影響顯示器件的壽命，需要進(jìn)行針對(duì)性高溫散熱設(shè)計(jì)。OLED顯示模塊的產(chǎn)品設(shè)計(jì)相對(duì)輕薄，散熱設(shè)計(jì)空間有限，可在OLED屏與電路板之間設(shè)計(jì)一層導(dǎo)熱勻熱材料，用于控制產(chǎn)品的熱量分布，實(shí)現(xiàn)熱量均勻化。

OLED顯示屏在高低溫工作時(shí)受到紅、綠、藍(lán)發(fā)光材料自身的效率影響，寬溫工作時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)顯示顏色的漂移。不同的OLED顯示屏漂移的程度不同，如差異較小，基本不影響整體顯示性能，一般不進(jìn)行額外處理；如差異較大，可采用的溫度與顯示顏色補(bǔ)償方案進(jìn)行優(yōu)化。溫度與顯示顏色補(bǔ)償方案是在摸底OLED顯示屏的高低溫顯示數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，獲得其顯示顏色在高低溫下的變化規(guī)律，進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，輸出相應(yīng)的隨溫度變化的驅(qū)動(dòng)參數(shù)，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，滿足需求即可固化參數(shù)；不滿足需求繼續(xù)重新調(diào)整優(yōu)化至滿足要求，原理框圖見(jiàn)下圖4。

圖4 溫度與顯示顏色補(bǔ)償方案原理圖

2.3 抗振動(dòng)設(shè)計(jì)

加固顯示模塊往往需要工作在一定的振動(dòng)環(huán)境下，自身需要進(jìn)行抗振動(dòng)加固設(shè)計(jì)。

OLED顯示屏是一種固態(tài)自發(fā)光顯示器件，內(nèi)部沒(méi)有液晶屏設(shè)計(jì)中采用背光組件及液晶材料，不存在加固液晶顯示屏常見(jiàn)的振動(dòng)Mura及光學(xué)膜組劃傷等缺陷。

加固OLED顯示模塊前端的屏蔽濾光片與OLED顯示屏進(jìn)行光學(xué)綁定設(shè)計(jì)，形成整體組件結(jié)構(gòu)，綁定后增加了OLED玻璃基板的強(qiáng)度，光學(xué)膠也對(duì)液晶屏起到減震、緩沖的作用，大幅度提升顯示組件的抗振性能。OLED顯示屏組件的薄弱點(diǎn)為OLED屏的基板根部的柔性電路板（FPC），在長(zhǎng)期振動(dòng)過(guò)程中，F(xiàn)PC因受力會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部的引線發(fā)生斷裂，造成信號(hào)異常。顯示模塊裝配時(shí)，采用有一定彈性性能的泡棉、硅橡膠等輔助材料進(jìn)行密封加固，緩解振動(dòng)沖擊力度，保證抗振動(dòng)設(shè)計(jì)的性能。

2.4 防潮設(shè)計(jì)

防潮設(shè)計(jì)時(shí)為了提升加固顯示產(chǎn)品整體的使用壽命，顯示模塊的防潮設(shè)計(jì)主要針對(duì)密封及裸露表面進(jìn)行處理。

顯示模塊采用整體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，顯示組件與結(jié)構(gòu)之間的顯示屏開口、加熱柔性帶出線位置、燈板出線位置等必須在開口的位置進(jìn)行密封加固處理，形成整體對(duì)外密封設(shè)計(jì)整體。硅橡膠除了具有的優(yōu)良的耐老化性、防潮型性、電絕緣性和抗電弧性能等特點(diǎn)外，還具有表干時(shí)間短、對(duì)大多數(shù)金屬和非金屬材料黏接力強(qiáng)、無(wú)毒、無(wú)腐蝕等特點(diǎn)，起到絕緣、防潮、防震、定位作用。

對(duì)電路板進(jìn)行三防處理，能有效地保護(hù)電路板上的電子元器件，避免元器件及焊點(diǎn)直接暴露在外部嚴(yán)苛的環(huán)境下，降低電路板及元器件的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

2.5 電磁兼容設(shè)計(jì)

電磁兼容設(shè)計(jì)是顯示產(chǎn)品綜合性能的設(shè)計(jì)，主要是對(duì)顯示模塊進(jìn)行電磁屏蔽及自身輻射控制設(shè)計(jì)。

屏蔽就是利用屏蔽體阻止或減少電磁能量傳輸?shù)囊环N措施。屏蔽體是用以阻止或減小電磁能傳輸，對(duì)裝置進(jìn)行封閉或遮蔽的一種阻擋層，可以是導(dǎo)電、導(dǎo)磁介質(zhì)的，或帶有非金屬吸收填料的。若模塊外殼設(shè)計(jì)成完全密閉的導(dǎo)電殼體，可以較好地實(shí)現(xiàn)上述2個(gè)屏蔽目的。但實(shí)際考慮到裝配、散熱、維護(hù)等因素，必然存在著縫隙和孔洞。這些縫隙和孔洞導(dǎo)致了屏蔽體電流的局部不連續(xù)，是使屏蔽效能降低的主要原因。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須有效地處理這些縫隙和孔洞，使其最大程度地達(dá)到理想的電磁屏蔽效果。結(jié)構(gòu)件采用鋁合金材料，表面進(jìn)行導(dǎo)電氧化處理，對(duì)電磁波起到阻止、隔離及吸收的作用；顯示模塊對(duì)外的屏蔽濾光片進(jìn)行了相應(yīng)的導(dǎo)電鍍膜處理，形成屏蔽層并與結(jié)構(gòu)緊密連接，同時(shí)與整機(jī)外殼連接形成一個(gè)連續(xù)密封的良好導(dǎo)電體，實(shí)現(xiàn)整體屏蔽設(shè)計(jì)。

自身輻射控制設(shè)計(jì)主要電路設(shè)計(jì)綜合器件選型、PCB布局及信號(hào)隔離與干擾等設(shè)計(jì)控制。元器件選型時(shí)優(yōu)先選擇低輻射類器件，在電路布局以及工藝走線時(shí)，應(yīng)合理布線（走線）及對(duì)電路功能進(jìn)行分區(qū)。將電源回線之間隔離，電源回線與機(jī)殼地隔離；通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和搭接設(shè)計(jì)建立連續(xù)性良好的機(jī)殼屏蔽；合理的布線要求對(duì)不同類型的輸入、輸出電源線及信號(hào)線進(jìn)行分類、分區(qū)處理。布線包括經(jīng)由電連接器接入/出的輸入/輸出電源和信號(hào)線在產(chǎn)品內(nèi)部的布局以及印制板布線，尤以印制板布線為重點(diǎn)，并進(jìn)行分區(qū)接地，減小地環(huán)路面積，防止公共阻抗耦合，通過(guò)采取抑制共模干擾措施等，降低整版電磁輻射水平。

3 結(jié)語(yǔ)

該文根據(jù)OLED顯示介質(zhì)自身的技術(shù)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)潔的OLED顯示模塊的加固設(shè)計(jì)方案，利用成熟的光學(xué)綁定技術(shù)提升顯示組件的整體性能，采用整體金屬結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)保證產(chǎn)品的整體強(qiáng)度，穩(wěn)定可靠的電路功能設(shè)計(jì)保證產(chǎn)品的穩(wěn)定工作，滿足了加固顯示模塊的高可靠性應(yīng)用需求。

結(jié)合加固顯示產(chǎn)品的高低溫貯存、高低溫工作、振動(dòng)條件、潮濕條件及強(qiáng)電磁場(chǎng)的應(yīng)用需求，分析了復(fù)雜環(huán)境對(duì)加固OLED顯示模塊的功能、性能的影響，并針對(duì)性地給出了合理的加固措施，有效地提高了加固顯示模塊的環(huán)境適應(yīng)性，提升整機(jī)產(chǎn)品的可靠性。