合肥地铁５号线ＬＣＤ动态地图故障分析

关键词：LCD动态地图;烧结;故障分析

中图法分类号：U293 文献标识码：A

1合肥地铁5号线LCD动态地图

LCD动态地图屏幕安装在每个门区，每节车厢安装8块LCD动态地图屏幕;屏幕尺寸为37英寸（16∶2.4），具备高亮度、高寿命等特征，采用LCD加长型设计，为乘客提供必需的旅行信息;每个客室的PIS主机接入双路100Mb/s以太网，以保证LCD动态地图两侧的冗余设计。图1为LCD动态地图开机画面。

在每个客室门区上方设置LCD动态地图，用于显示列车运行线路、方向、下一站、客室车门的打开侧和换乘站以及相应线路的示意图（图2）;充分利用LCD动态地图屏幕的优势，实现显示列车运行的不同状态（图3），即在停车、启动、区间运行、接近车站和站台到达等阶段，配合客室广播做全面和重点的信息显示，方便乘客出行。

列车两端的驾驶室PIS主机发送控制指令到LCD动态地图屏幕，实现画面的切换、跳转或动画功能[1]，并于到站开门侧与数字站同步。LCD动态地图系统具有可扩展功能，具有良好的抗干扰、抗震动能力，适合合肥市的自然环境要求。LCD动态地图屏幕的亮度均匀，对比度可调节。LCD动态地图系统能够根据驾驶室PIS主机发来的触发信号显示对应的信息（图4），并与数字广播同步，具有故障诊断功能，能实现将LCD终端的故障信息反馈到驾驶室PIS主机。车厢左右LCD侧动态地图屏幕能够镜像显示，确保线路方向能与列车运行方向保持一致。

2LCD动态地图故障描述

经过一段时间的运营，合肥地铁5号线业主反馈部分LCD动态地图屏幕出现了不同程度的烧结现象，经生产厂家的故障分析并结合业内相关的专业数据，我们对此问题进行了研究。所谓“烧结”是指当LCD屏幕长时间显示静止图像后会永久显示暗影（图5）。当LCD屏幕长时间显示静止图像时，显示静止图像位置的像素点液晶就会出现比其他位置的像素点液晶更严重的老化现象，也就是亮度降低，从而会出现不可恢复暗影[2]。而在LCD屏幕背光亮度设置过高时，会加剧像素点液晶的老化程度，使LCD屏幕更快的出现“烧结”现象。

3对比测试及分析原因

通过互换故障与非故障的LCD动态地图的显示模块，进行交叉对比发现：（1）将正常屏幕和烧结屏幕的灯条互换，烧结现象仍存在，排除灯条的原因[3];（2）将正常屏幕和烧结屏幕的光学膜互换，烧结现象仍存在，排除光学膜材的原因;（3）将正常屏幕和烧结屏幕的TFT玻璃互换，烧结现象消失，证明TFT玻璃异常导致出现烧结现象。

针对LCD屏幕上的“烧结”现象，分析原因如下：（1）液晶屏幕长时间停留在一个画面，液晶屏幕内的颗粒（带点粒子）在玻璃内建立电场，画面改变之后，液晶分子没能按照角度偏转到正确的位置。在运行时，UI停在一个画面时间较久，会加剧液晶屏幕内部液晶颗粒的老化，导致烧结加快出现;（2）在低温环境下会恢复一部分液晶颗粒的活性，减弱烧结现象的发生，但是在温度过高时，会加快液晶颗粒的老化速度，进而加快屏幕出现烧结的现象，而且烧结现象一旦出现，是不可逆转和修复的。

根据以上情况，结合其他地铁项目的LCD动态地图屏幕参数的设置，考虑将合肥5号线LCD动态地图屏幕的亮度调整在700cd/m3以下，以免LCD动态地图在入站巡检时长时间保持画面静止，造成烧结现象。

在具体验证试验计划中，选取4组供应商生产的LCD动态地图屏幕作为参照组。

（1）参照组1：选取屏幕已经有烧结的LCD动态地图10件，亮度调至1000cd/m³以上。

（2）参照组2：选取屏幕已经有烧结的LCD动态地图10件，亮度调至700cd/m³以下。

（3）参照组3：选择屏幕正常的LCD动态地图10件，亮度调至700cd/m³以下。

（4）参照组4：选取屏幕正常的LCD动态地图10件，亮度调至1000cd/m³以上。

将4组LCD动态地图屏幕的画面保持不变，连续点亮72小时以上：在参照组1和参照组2中，亮度调低的LCD动态地图屏幕烧结现象未加深，而亮度1000cd/m³以上的LCD动态地图屏幕烧结现象有加深;在参照组3中，LCD动态地图屏幕未出现屏幕烧结现象;在参照组4中，LCD动态地图屏幕出现屏幕烧结现象。试验结果说明，在调高屏幕高亮度（1000cd/m³）的情况下，已烧结的屏幕会出现损坏情况或正常的屏幕出现烧结现象。而降低屏幕亮度，则可以缓解正常屏幕出现烧结的问题。

调整屏幕亮度的主要目的是通过降低LCD屏幕的背光功率来降低损耗和温度。经查阅LCD原厂屏手册（图5）发现，推荐的工作温度为不高于50℃。而工作温度超过50℃，液晶模组的稳定性和寿命将呈明显降低。

通过热电偶温度仪，我们对合肥地铁5号线已经出现烧结现象的LCD模组相关位置进行了温度测试：将LCD屏幕的亮度调整至1000cd/m³以上，并保持其他参数不变，结果如表1所示。在供电到120分钟时，LCD屏幕的温度达到47.2℃，且随着时间的推移其最终温度超过50℃。查阅LCD原厂屏手册可知，49.8℃已经达到LCD屏幕正常工作时所承受的边沿温度。而50℃以上的工作环境温度会加速LCD屏幕的老化，减少使用寿命，从而引发质量问题。

4结论与整改对策

LCD屏幕的性能和温度的变化有很大的关系，具体表现为：（1）温度过高，电子与空穴的浓度增加，禁带宽度减小，使电子迁移率降低;（2）温度过高，荧光粉量子效率减少，出光变少，LCD提光就随之減少，使LCD屏幕的发光率变小;（3）温度过高，芯片的蓝光波峰向长波方向偏移，芯片的波长与荧光粉的波长不匹配，使LCD屏幕的外部提取光的效率变低;（4）由于LCD屏幕以硅胶进行封装，温度过高使得硅胶产品内部受热，因此硅胶折射率下降，从而影响LCD屏幕的光效[4]。所以，高温是造成LCD屏幕光衰、缩短LCD屏幕寿命的根源。总之，温度过高直接影响LCD屏幕的发光率、光折射率和光衰等相关指标。

合肥地铁5号线LCD动态地图屏幕出现的烧结现象主要体现为局部暗斑、偏黄或黑影等，为LCD屏幕工作温度超出要求规范引起的故障。由于LCD屏幕的工作温度主要受背光板的影响，且亮度越高发热量越大，因此降低亮度让LCD屏幕工作在合理的温度环境下，是可以避免因温度过高而出现烧结现象的。

对已经出现烧结现象的LCD动态地图屏幕进行更换，并将合肥地铁5号线的所有LCD动态地图屏幕亮度都降低，调至700cd/m³，使LCD屏幕的工作温度保持在合理区间，从而有效降低LCD屏幕的故障率。经过运营单位反馈，在整改后近6个月时间内，合肥地铁5号线LCD动态地图屏幕的烧结现象有了较为明显的改善，运营单位对LCD动态地图屏幕的整改效果较为满意。

5结语

地铁在城市公共交通中扮演着重要角色，在人们的工作和生活中占据了重要地位。乘客信息系统的正常运行能提高运营服务质量和促进经济的发展，随着城市轨道交通的建设进程逐步加快，保障相关设备的稳定、安全运行显得尤为重要。

作者简介：

许亮（1985—），本科，工程师，研究方向：轨道交通乘客信息系统。