摘　要：闡述了液晶顯示器加固技術(shù)的含義，在研究LCD 特性的基礎(chǔ)上，提出了內(nèi)部加熱法等設(shè)計(jì)方法，較好地解決了液晶顯示器在惡劣環(huán)境下使用時(shí)存在的問(wèn)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(duì)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(chǎng)干擾等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)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(chǎng)發(fā)射顯示( FED) 等，其中LCD 占目前整個(gè)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(yīng)用，但在惡劣環(huán)境下，溫度、振動(dòng)、沖擊、電磁、潮濕等易對(duì)液晶屏、背光源和內(nèi)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(duì)液晶屏采取措施即加固。所謂加固就是指為適應(yīng)惡劣環(huán)境，在軍用計(jì)算機(jī)及其外設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)影響機(jī)器性能的各種因素，諸如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電氣特性、機(jī)械物理結(jié)構(gòu)等所采取的相應(yīng)的保證措施，使液晶顯示器在惡劣環(huán)境下能正常工作。國(guó)外很多公司都采用加固的方式，如比利時(shí)的Barco 公司、美國(guó)的Korry 公司等。本文介紹了我們采用脈沖調(diào)制方式的內(nèi)部加熱法等加固技術(shù)，有效地解決了液晶顯示器在惡劣環(huán)境下的使用問(wèn)題。

2 　液晶顯示器加固技術(shù)的幾個(gè)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(guó)軍標(biāo)GJB367 軍用通訊設(shè)備通用技術(shù)條件的要求，軍用設(shè)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(gè)寬溫設(shè)計(jì)的問(wèn)題。溫度主要對(duì)液晶屏和背光源產(chǎn)生影響。液晶材料對(duì)溫度的變化非常敏感，直接影響液晶的響應(yīng)時(shí)間和液晶的閾值電壓。當(dāng)溫度降至低于0 ℃時(shí)，液晶材料將變得粘滯，響應(yīng)速度變慢，動(dòng)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(guò)低，液晶態(tài)會(huì)消失，變成晶體，有可能會(huì)在形成晶體過(guò)程中破壞定向?qū)佣斐捎谰眯該p壞;而當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，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(huì)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(huì)降低，而且低溫還會(huì)影響背光源的亮度，根據(jù)試驗(yàn)顯示，背光源的亮度在50 ℃時(shí)是最好的。為使背光源工作在最佳的性能下，應(yīng)使其工作在一定的溫度下。

(2) 沖擊和振動(dòng)

液晶顯示器在惡劣的環(huán)境下工作可能會(huì)受到振動(dòng)、沖擊、應(yīng)力等各種機(jī)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(dòng)，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(dòng)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(dòng)和沖擊下也容易松開(kāi)或脫落。

(3) 電磁兼容

液晶顯示器的電磁輻射主要來(lái)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(dá)1010Ω·cm 以上) ,故由于潮濕造成的玻璃表面導(dǎo)電就足以影響顯示，段之間會(huì)產(chǎn)生“串”擾顯示。

在以上幾個(gè)問(wèn)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(dāng)其沖的問(wèn)題?？梢哉f(shuō)當(dāng)環(huán)境溫度低于0 ℃時(shí)，如何能讓顯示屏“亮”起來(lái)，是液晶顯示器加固技術(shù)的關(guān)鍵所在。

3 　實(shí)現(xiàn)液晶顯示器加固技術(shù)的途徑

3. 1 　液晶顯示器的熱設(shè)計(jì)

液晶顯示器的熱設(shè)計(jì)主要是解決液晶顯示器的低溫工作問(wèn)題。解決低溫工作問(wèn)題的途徑有兩種：其一是采用寬溫型液晶材料，這樣造價(jià)相當(dāng)高，且技術(shù)和工藝上也存在很大的難度;其二是采用被動(dòng)加熱的辦法，使液晶顯示器在低溫下正常顯示。后者是當(dāng)前加固液晶顯示器用得最多的加固技術(shù)。一般對(duì)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(nèi)部加熱法和半導(dǎo)體制冷加熱法。半導(dǎo)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(dāng)給ITO 膜通電時(shí)， ITO 膜發(fā)熱，玻璃就成為一個(gè)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(jiàn)圖1) ,通過(guò)對(duì)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(duì)顯示器的低溫啟動(dòng)時(shí)間存在一定的制約，因?yàn)榧訜岵ＡУ墓β什荒苤频锰?，若功率太大?duì)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(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)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(nèi)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(jiàn)圖2) , ITO 膜通電發(fā)熱，它能快速、高效加熱液晶屏，同時(shí)也能快速加熱背光燈管。這種加熱方式的難點(diǎn)是工藝復(fù)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(duì)ITO 膜玻璃這個(gè)面熱源的溫度均勻性要求也較高。國(guó)外一般都是采用這種方式來(lái)解決LCD 的低溫工作問(wèn)題，如比利時(shí)的Barco 公司、美國(guó)的Korry 公司等，國(guó)內(nèi)也已有幾家單位采用這種內(nèi)部加熱的加固技術(shù)。采用ITO 膜內(nèi)部加熱法是對(duì)商用液晶顯示器進(jìn)行寬溫設(shè)計(jì)的最佳方案。我們加固的液晶顯示器就是采用屏內(nèi)部加熱方法。表1 列出了兩種方法性能對(duì)比。

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3. 1. 3 　溫度控制電路的設(shè)計(jì)

過(guò)去溫度控制通常是采用溫度繼電器來(lái)控制，低溫時(shí)繼電器接通，對(duì)物體加熱;高溫時(shí)，繼電器斷開(kāi)，停止加熱。該控制方式缺點(diǎn)是溫度沖擊大， - 25 ℃和- 40 ℃都是同一個(gè)加熱功率，容易造成被加熱物體的損壞;優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單。我們采用脈寬調(diào)制方式對(duì)液晶顯示屏進(jìn)行控制加熱。首先根據(jù)被加熱物體的特性，通過(guò)大量的試驗(yàn)找到在某一溫度下對(duì)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(diǎn)采集，根據(jù)每個(gè)溫度采集點(diǎn)的傳遞函數(shù)算出各點(diǎn)的溫度。此溫度由于溫漂而存在一定的誤差，但可通過(guò)測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行修正，以得出各點(diǎn)正確的溫度，然后用加權(quán)算法算出被加熱物體準(zhǔn)確的溫度。CPU 根據(jù)此溫度通過(guò)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(jìn)行修正。整個(gè)過(guò)程為一個(gè)自適應(yīng)的閉環(huán)控制，準(zhǔn)確可靠。其優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是難度高，控制復(fù)雜。

3. 1. 4 　液晶顯示器的散熱設(shè)計(jì)

首先通過(guò)測(cè)試找到熱源，畫出熱分布圖，然后進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)。通過(guò)測(cè)試，液晶顯示器的熱源主要集中在電源、A/ D 轉(zhuǎn)換板和背光燈這幾部分。對(duì)于電源、A/ D 轉(zhuǎn)換板可以采用加裝散熱片、將熱源分散安裝和將最大的熱源直接安裝在底板上，通過(guò)機(jī)殼散熱。背光燈的散熱是一個(gè)比較麻煩的問(wèn)題，目前比較流行的處理辦法是通過(guò)在高溫時(shí)適當(dāng)降低亮度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其控制電路可采用TI 公司的UCC3973 等來(lái)實(shí)現(xiàn)，但此方法是以犧牲一定的亮度來(lái)獲得的。

3. 2 　抗振動(dòng)、沖擊設(shè)計(jì)

在惡劣的機(jī)械物理環(huán)境下，對(duì)顯示器可能受到的沖擊和振動(dòng)要予以預(yù)防，主要是防止顯示器在某一振動(dòng)頻率下產(chǎn)生共振，或由于沖擊所產(chǎn)生的沖擊力超過(guò)顯示器的強(qiáng)度而使顯示器破壞。對(duì)于液晶顯示器的防振和沖擊，我們針對(duì)商用顯示器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，尋找薄弱環(huán)節(jié)以采取各種措施增加元器件、部件和結(jié)構(gòu)的合理安裝方式。主要措施有：將液晶顯示屏和背光源安裝在堅(jiān)固的外壁上，增加它們的剛度;液晶顯示器前的屏蔽玻璃也起到保護(hù)屏免遭意外破壞的作用;對(duì)背光源燈管的加固，則在其長(zhǎng)度方向上安裝了數(shù)個(gè)環(huán)形支架來(lái)加強(qiáng)它們。另外，對(duì)于易破裂的元器件和電纜可用硅橡膠灌封。

3. 3 　電磁兼容設(shè)計(jì)

電磁兼容的第一步是要找出EMI“天線”，為了找出哪個(gè)EMI“天線”的EMI 影響最大，采用“可選擇的屏蔽方法”來(lái)尋找。首先屏蔽所有可能的EMI 源，然后逐次有選擇性地暴露一個(gè)可能的EMI“天線”。用這種方法，每個(gè)EMI“天線”的EMI 影響都可以被量化出來(lái)，并將找出的EMI“天線”一個(gè)一個(gè)地處理好。我們首先對(duì)機(jī)箱內(nèi)的各模塊進(jìn)行屏蔽隔離設(shè)計(jì)，并在模塊之間的互連電纜上套上磁環(huán)。整個(gè)金屬外殼均進(jìn)行導(dǎo)電氧化處理。

在可拆的各蓋板上安裝了導(dǎo)電屏蔽橡膠條，以減少連接處的接觸阻抗(接觸阻抗越低，其屏蔽效果越好) 。由于平板顯示器的電磁輻射主要是電源、印制板上的干擾通過(guò)液晶板向外輻射，因此在LCD 前加金屬網(wǎng)的屏蔽玻璃是液晶顯示器電磁兼容設(shè)計(jì)的重要措施。

3. 4 　防潮濕設(shè)計(jì)

在對(duì)LCD 的防潮濕設(shè)計(jì)上，整個(gè)加固機(jī)箱采用全密封式焊接結(jié)構(gòu)，蓋板嵌有導(dǎo)電橡膠條，并在顯示屏前面加屏蔽玻璃起防潮濕的作用。

4 　結(jié)　　論

對(duì)液晶顯示器采用以上的加固方法，特別是內(nèi)部加熱法可較好地解決液晶屏低溫工作的問(wèn)題，大大提高其性能，使其在惡劣環(huán)境下可靠工作。隨著液晶顯示技術(shù)的發(fā)展，其優(yōu)越性越來(lái)越明顯，取代CRT 顯示器將是發(fā)展的趨勢(shì)，因此加固型液晶顯示器在軍事上有著廣泛的應(yīng)用前景，深入研究LCD 的特性和加固技術(shù)，對(duì)于我軍裝備的現(xiàn)代化建設(shè)將具有深遠(yuǎn)的意義。