液晶显示器模组黑态均匀性改善研究

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液晶显示器模组黑态均匀性改善研究
作者:徐佳 孙加薇
来源:《科学与信息化》2018年第27期

摘 要 现阶段,随着市场要求的进一步提高促进了液晶显示技术的不断发展,最直观地来
源于显示效果的极致追求,尤其在车载显示领域,背光亮度提升到10000Cd/m2以上,任何一
点细微瑕疵都可能影响画面显示品质。黑态均匀性是衡量液晶显示组画质的重要标准,对画质
影响较大,有必要针对黑态漏光的相应结构及设计展开重点研究。本文采取实证分析的方式,
从液晶面板受外力方向和针对机构干涉柔性电路板(FPC)应力两方面的影响因素设计实验,
探索提升黑态均匀性的设计方法。

关键词 液晶显示器;黑态均匀性;机构干涉;改善
影响液晶显示器模组黑态均匀性的主要因素是黑态漏光。所谓“黑态漏光”,是指液晶显示
器在灰阶为零的状态下,玻璃材料、液晶模式、机械结构等方面原因造成的漏光,从人的视觉
系统体验上分析,观察物体的亮度越低,所形成的亮度不均匀现象就越突出。液晶显示器面板
在灰阶为零的情况下呈现“黑态”,进而形成所谓的“黑态均匀性差”的表现,这一现象并非单纯
地液晶技术工艺提升就能够规避的,还要综合考虑人的视觉系统的适应性。

1 黑态漏光产生原理
从工作原理角度来说,液晶显示器是一种有机物,利用电厂控制明暗进而现实不同的内
容。这一过程中,主要的工作机制在于液晶发生偏转并利用液晶的双折射效应使线偏振光分成
两束线偏振光,并重新合成产生椭圆偏振光,在检偏片透过轴的平行方向上产生分量,形成灰
阶;从这一角度分析,黑态漏光的形成主要集中在两个效应层面。

1.1 光弹性效应
所谓“光弹性效应”是指在不同介质中(玻璃、塑料、树脂等),由于介质受到了外部应
力,原本各向同性而不产生双折射的现象,演变为各向异性而出现双折射的现象。例如,玻璃
产品生产过程中,不可避免地会发生冷热不均的现象,这样一来内部就存在不同程度的应力而
自行破裂,则玻璃在两块偏振片之间呈现的双折射现象,就反映出光弹性效应。

1.2 液晶特性变化
较为理想的状态下,光线通过起偏片的线偏振光的振动方向与液晶指向矢垂直,其振动方
向不会发生改变,液晶层的扭转角为0°,这样可以获取较好的液晶显示效果。然而,一旦液
晶面板受到外力作用,或者出现内部应力作用(基本无法避免),必然导致液晶呈现出一定的
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扭转角,受力区域附近的液晶分子排列受到影响,液晶分子的指向矢的方向发生改变,线偏光
振动方向发生变化,进而光线漏出形成漏光[1]。

2 实验分析
2.1 实验相关仪器
在产品生产中一般采用专用的亮度测试系统,通过CCD成像,抓取显示画面足够多的单
位模块亮度数据,呈现产品本身亮度分布状态,并通过处理得到产品的光学特性数据。

2.2 具体实验过程
在各项目初期,根据黑态漏光的影响因素,设计不同实验条件,抽取各实验样品组成模
组,研究其黑态均匀性随实验条件的变化趋势。黑态漏光原因可分为液晶面板本身显示不均、
机构干涉应力、FPC应力等原因,本文仅研究机构干涉应力和FPC应力对黑态漏光的影响及
液晶面板抗应力能力提升。

3 实验结果分析
3.1 机构干涉
平整度主要为背光平整度和铁框平整度,异常时,可造成液晶面板受力,对应位置产生黑
态漏光。背光来料时,检测出不同平整度的背光和铁框,采用单一变量(其他组件选取最优条
件)组成模组,测试其黑态均匀性。

某些不良品中黑态漏光发生在角落,分析为角落卡扣开口及与角落距离过大引起的胶框翘
起,形成漏光;同时卡扣与角落距离不易过大,在一款车载9In项目中将距离由15mm改为
8mm,黑态均匀性变化如图1,提升约20%。

3.2 应力改善
柔性电路板绑定区域有较长的空白(dummy)区,无实际线路连接,但弯折区过长,弯折
后应力增大,分段设计应力较小,实际产品漏光也相对轻微。PI厚度FPC在弯折区PI的厚
度,直接影响FPC反折应力,现进行PI厚度为0μm、25μm和75μm的黑态均匀性的研究,弯
折区PI厚度越薄,其黑态均匀性更佳,0μm较25μm黑态均匀性可提升约4%。在实际使用
时,需综合考虑其FPC抗弯折性能、FPC本身线路保护,建议采用25μm。

3.3 抗应力提升
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从物理特性出发,介质厚度减小能够有效地减弱液晶面板应力影响,这也是液晶显示器越
来越薄的原因。例如,玻璃厚度的不断减小,在液晶发生受力形变的情况下,内部应力的变化
能够保持在一定稳定区间内,这样就有效地改善了黑态漏光的影响。此外,泡棉直接与液晶面
板接触,形变时应力直接作用于液晶面板上,应力集中且易造成面板盒内变化,下偏光片和背
光泡棉接触,应力作用到偏光片上后被分散,单位面积应力减小且偏光片本身也增强了液晶面
板的强度,进而利于改善黑态漏光。实际改善中下偏光片尺寸增大,黑态均匀性数据会提升约
3%。

4 结束语
总体而言,液晶显示器在现代社会发展中有着广泛的应用空间,从室内到户外,从日常电
子设备到工业控制系统,液晶显示器的显示效果也越来越受关注。液晶显示器模组黑态均匀性
改善研究不仅具有重要的现实意义,同时也是该行业重点创新的方向,从制造工艺、材料科技
等方面着手,全面提升液晶显示器的质量效果。本文针对各个黑态漏光影响因素进行实验,从
机构干涉及FPC应力分析了对黑态漏光的影响,并结合实际验证及改善效果,对相关因素逐
一提出了改善方案及管控建议。总体而言,可从平整度管控、卡扣和缓冲胶带设计减小机构干
涉;从FPC长度、外形及其PI厚度设计减小FPC应力;减小玻璃厚度及增大下偏光片尺寸来
增加液晶面板抗应力能力;从而降低了液晶面板周边形变量,增加了液晶面板抗压强度,结果
表明,模组黑态均匀性提升到80%以上。

参考文献
[1] 吕延晓.液晶显示器(LCD)产业的迭代演进[J].精细与专用化学品,2018,26(02):
5-12.