合肥地鐵５號線ＬＣＤ動態地圖故障分析

關鍵詞：LCD動態地圖;燒結;故障分析

中圖法分類號：U293 文獻標識碼：A

1合肥地鐵5號線LCD動態地圖

LCD動態地圖屏幕安裝在每個門區，每節車廂安裝8塊LCD動態地圖屏幕;屏幕尺寸為37英寸（16∶2.4），具備高亮度、高壽命等特征，采用LCD加長型設計，為乘客提供必需的旅行信息;每個客室的PIS主機接入雙路100Mb/s以太網，以保證LCD動態地圖兩側的冗余設計。圖1為LCD動態地圖開機畫面。

在每個客室門區上方設置LCD動態地圖，用于顯示列車運行線路、方向、下一站、客室車門的打開側和換乘站以及相應線路的示意圖（圖2）;充分利用LCD動態地圖屏幕的優勢，實現顯示列車運行的不同狀態（圖3），即在停車、啟動、區間運行、接近車站和站臺到達等階段，配合客室廣播做全面和重點的信息顯示，方便乘客出行。

列車兩端的駕駛室PIS主機發送控制指令到LCD動態地圖屏幕，實現畫面的切換、跳轉或動畫功能[1]，并于到站開門側與數字站同步。LCD動態地圖系統具有可擴展功能，具有良好的抗干擾、抗震動能力，適合合肥市的自然環境要求。LCD動態地圖屏幕的亮度均勻，對比度可調節。LCD動態地圖系統能夠根據駕駛室PIS主機發來的觸發信號顯示對應的信息（圖4），并與數字廣播同步，具有故障診斷功能，能實現將LCD終端的故障信息反饋到駕駛室PIS主機。車廂左右LCD側動態地圖屏幕能夠鏡像顯示，確保線路方向能與列車運行方向保持一致。

2LCD動態地圖故障描述

經過一段時間的運營，合肥地鐵5號線業主反饋部分LCD動態地圖屏幕出現了不同程度的燒結現象，經生產廠家的故障分析并結合業內相關的專業數據，我們對此問題進行了研究。所謂“燒結”是指當LCD屏幕長時間顯示靜止圖像后會永久顯示暗影（圖5）。當LCD屏幕長時間顯示靜止圖像時，顯示靜止圖像位置的像素點液晶就會出現比其他位置的像素點液晶更嚴重的老化現象，也就是亮度降低，從而會出現不可恢復暗影[2]。而在LCD屏幕背光亮度設置過高時，會加劇像素點液晶的老化程度，使LCD屏幕更快的出現“燒結”現象。

3對比測試及分析原因

通過互換故障與非故障的LCD動態地圖的顯示模塊，進行交叉對比發現：（1）將正常屏幕和燒結屏幕的燈條互換，燒結現象仍存在，排除燈條的原因[3];（2）將正常屏幕和燒結屏幕的光學膜互換，燒結現象仍存在，排除光學膜材的原因;（3）將正常屏幕和燒結屏幕的TFT玻璃互換，燒結現象消失，證明TFT玻璃異常導致出現燒結現象。

針對LCD屏幕上的“燒結”現象，分析原因如下：（1）液晶屏幕長時間停留在一個畫面，液晶屏幕內的顆粒（帶點粒子）在玻璃內建立電場，畫面改變之后，液晶分子沒能按照角度偏轉到正確的位置。在運行時，UI停在一個畫面時間較久，會加劇液晶屏幕內部液晶顆粒的老化，導致燒結加快出現;（2）在低溫環境下會恢復一部分液晶顆粒的活性，減弱燒結現象的發生，但是在溫度過高時，會加快液晶顆粒的老化速度，進而加快屏幕出現燒結的現象，而且燒結現象一旦出現，是不可逆轉和修復的。

根據以上情況，結合其他地鐵項目的LCD動態地圖屏幕參數的設置，考慮將合肥5號線LCD動態地圖屏幕的亮度調整在700cd/m3以下，以免LCD動態地圖在入站巡檢時長時間保持畫面靜止，造成燒結現象。

在具體驗證試驗計劃中，選取4組供應商生產的LCD動態地圖屏幕作為參照組。

（1）參照組1：選取屏幕已經有燒結的LCD動態地圖10件，亮度調至1000cd/m³以上。

（2）參照組2：選取屏幕已經有燒結的LCD動態地圖10件，亮度調至700cd/m³以下。

（3）參照組3：選擇屏幕正常的LCD動態地圖10件，亮度調至700cd/m³以下。

（4）參照組4：選取屏幕正常的LCD動態地圖10件，亮度調至1000cd/m³以上。

將4組LCD動態地圖屏幕的畫面保持不變，連續點亮72小時以上：在參照組1和參照組2中，亮度調低的LCD動態地圖屏幕燒結現象未加深，而亮度1000cd/m³以上的LCD動態地圖屏幕燒結現象有加深;在參照組3中，LCD動態地圖屏幕未出現屏幕燒結現象;在參照組4中，LCD動態地圖屏幕出現屏幕燒結現象。試驗結果說明，在調高屏幕高亮度（1000cd/m³）的情況下，已燒結的屏幕會出現損壞情況或正常的屏幕出現燒結現象。而降低屏幕亮度，則可以緩解正常屏幕出現燒結的問題。

調整屏幕亮度的主要目的是通過降低LCD屏幕的背光功率來降低損耗和溫度。經查閱LCD原廠屏手冊（圖5）發現，推薦的工作溫度為不高于50℃。而工作溫度超過50℃，液晶模組的穩定性和壽命將呈明顯降低。

通過熱電偶溫度儀，我們對合肥地鐵5號線已經出現燒結現象的LCD模組相關位置進行了溫度測試：將LCD屏幕的亮度調整至1000cd/m³以上，并保持其他參數不變，結果如表1所示。在供電到120分鐘時，LCD屏幕的溫度達到47.2℃，且隨著時間的推移其最終溫度超過50℃。查閱LCD原廠屏手冊可知，49.8℃已經達到LCD屏幕正常工作時所承受的邊沿溫度。而50℃以上的工作環境溫度會加速LCD屏幕的老化，減少使用壽命，從而引發質量問題。

4結論與整改對策

LCD屏幕的性能和溫度的變化有很大的關系，具體表現為：（1）溫度過高，電子與空穴的濃度增加，禁帶寬度減小，使電子遷移率降低;（2）溫度過高，熒光粉量子效率減少，出光變少，LCD提光就隨之減少，使LCD屏幕的發光率變小;（3）溫度過高，芯片的藍光波峰向長波方向偏移，芯片的波長與熒光粉的波長不匹配，使LCD屏幕的外部提取光的效率變低;（4）由于LCD屏幕以硅膠進行封裝，溫度過高使得硅膠產品內部受熱，因此硅膠折射率下降，從而影響LCD屏幕的光效[4]。所以，高溫是造成LCD屏幕光衰、縮短LCD屏幕壽命的根源。總之，溫度過高直接影響LCD屏幕的發光率、光折射率和光衰等相關指標。

合肥地鐵5號線LCD動態地圖屏幕出現的燒結現象主要體現為局部暗斑、偏黃或黑影等，為LCD屏幕工作溫度超出要求規范引起的故障。由于LCD屏幕的工作溫度主要受背光板的影響，且亮度越高發熱量越大，因此降低亮度讓LCD屏幕工作在合理的溫度環境下，是可以避免因溫度過高而出現燒結現象的。

對已經出現燒結現象的LCD動態地圖屏幕進行更換，并將合肥地鐵5號線的所有LCD動態地圖屏幕亮度都降低，調至700cd/m³，使LCD屏幕的工作溫度保持在合理區間，從而有效降低LCD屏幕的故障率。經過運營單位反饋，在整改后近6個月時間內，合肥地鐵5號線LCD動態地圖屏幕的燒結現象有了較為明顯的改善，運營單位對LCD動態地圖屏幕的整改效果較為滿意。

5結語

地鐵在城市公共交通中扮演著重要角色，在人們的工作和生活中占據了重要地位。乘客信息系統的正常運行能提高運營服務質量和促進經濟的發展，隨著城市軌道交通的建設進程逐步加快，保障相關設備的穩定、安全運行顯得尤為重要。

作者簡介：

許亮（1985—），本科，工程師，研究方向：軌道交通乘客信息系統。