温度和湿度对LCD背光模组光学性能的影响

龚 钰，邢 颖

（重庆京东方显示照明有限公司，重庆 400714）

1 引言

目前，液晶显示器作为主流显示器已广泛应用于笔记本电脑、电视、显示器等领域。由于液晶屏不能自发光，其光源为背光源供，因此背光源的光学特性对液晶显示器来说至关重要[1-3]。

液晶显示器用背光源的使用要求越来越高。尤其是在高温、高湿等恶劣环境下，产品也要有高稳定性和环境适应性[4]。因此液晶显示器的失效得到了研究者们的广泛关注与研究[5-8]，并提出了被称为“浴盆曲线”的失效曲线，将失效分为三个阶段。马骁等[9]认为液晶的固有缺陷或问题是液晶显示器早期失效的主要原因；第二阶段失效是随机自然参数、外部因素及人为因素导致的；材料的疲劳和耗损是耗损阶段失效的主要原因。黄翀和王欣等[10-11]认为温度是影响液晶模组失效的重要原因。中北大学吴俣倩等[12]对航空领域液晶老化过程中温度及时间的影响进行了分析，设计了合理的温度和时间的老化测试系统。目前，液晶显示企业会对液晶产品进行老化测试，通过高温、低温以及增湿实验来模拟恶劣的使用环境，以此作为产品是否合格的衡量标准。

2 实验

2.1 实验仪器

本文采用Fstar SR-3AR背光模组光学特性自动测量仪来进行高温高湿前后光学测试，HORAD快速温变（湿热）试验箱来进行恒温恒湿实验。

2.1.1 SR-3AR光学特性自动测量仪

SR-3AR光学特性自动测量仪是由SR-3AR分光辐射计、载物平台和FS-BLMS软件组成。

光学测量的步骤为：

（1）打开仪器，将测试背光源放置于测试治具上。

（2）打开FS-BLMS软件，确认背光源电流电压等信息。

（3）点亮背光源，执行三点定位。

（4）选择测试点位，行测试。

测试过程是自动的，测试的点位对应背光源表面的点位。测试完成后，软件会自动将数据输出成文档。

2.1.2 HORAD快速温变（湿热）试验箱

HORAD快速温变（湿热）试验箱由控制系统，高温箱、低温箱、前盖板、配电室、机械室、压力表（空气）、RS-485接口、总电源板、排气口以及温湿检测系统组成。

恒温恒湿试验步骤：

（1）打开HORAD快速温变（湿热）试验箱，在操作面板上设置好试验温度，进行预热。

（2）将样品放在高温箱内，注意样品之间拉开距离。（3）设置试验时间。

（4）试验结束后，取出样品放冷却架上，关闭仪器。

2.2 实验方法

文章选用的样品是市面流通量较大的15.6inch笔记本背光源。实验分为两组如表1所示，亮度测试完成后，对实验数据进行整理总结。

表1 高温高湿实验参数

3 实验结果与分析

首先，在0%RH湿度下，背光模组恒温加热，温度从30℃，40℃，50℃升高到60℃。测试同一样品恒温前后的亮度进行对比。对样品中心点和13点亮度数据整理，结果如图1所示：

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

（2）温度从30℃到60℃升温的过程中，13点和中心5点亮度呈现先升高后平稳，而后突然大幅度升高趋势。

（3）高温试验后的中心点亮度衰减量比13点亮度的衰减量大。

第二组实验是研究背光源在60%RH湿度下随温度变化的规律，重复实验一的数据整理后

（1）在60%RH湿度下，背光源从30℃到60℃升温过程中，中心5点亮度降低了1.35%、5.94%、8.87%和14.19%。而13点亮度降低了1.17%、4.88%、7.80%和11.68%。

（2）背光源亮度的降低趋势一直是增加的。

（3）与0%湿度实验对比后发现，湿度的增加会加剧背光亮度的降低。

为了分析升温后，背光源亮度降低的原因，我们将升温后的背光源进行拆解分析和部材交叉验证。拆解后发现导光板与灯条之间的间隙有增大。将导光板重新组装后，再用光学测量仪测试亮度，亮度基本恢复到老化前的亮度。由于在背光源下侧的导光板是有导光板固定胶带固定的，所以导光板的热收缩直接导致导光板与灯条之间的间隙增大。因此，我们认为：导光板受热收缩使导光板与灯条的间隙增大，从而引起光衰减，是恒温加热后背光源亮度大幅度下降的主要原因。

4 结束语

本文进行了背光源在高温高湿下的老化实验。结果表明：温度的升高会导致背光源亮度的降低；且随着温度的升高，背光源亮度的降低速度先增大后平稳；在50℃后，亮度会大幅下降；同时，湿度会加剧背光源亮度的降低；导光板的热收缩是导致背光源加热时亮度降低的主要原因。该结果为进一步改善液晶显示器亮度衰减提供了依据。