深圳市展讯达科技有限公司 
SHENZHEN CANSEED TECHNOLOGY CO.,LTD.
车载STN型液晶显示屏常见故障总结与分析
2019-03-11

【摘 要】 本文主要根据目前车载常用液晶显示屏的工作原理、关键技术、显示效果评价要素对其常见故障进行了总结、分析与解决方案设计。结合实际工作经验举例说明了车载LCD的常见问题与解决方案同时展望了液晶显示技术未来发展的趋势。


【关键词】 车载STN VA技术 温度补偿 常见故障


        【Abstract】 This paper analys and prevents the common faults of the vehicle-mounted LCD based on the working principle of LCD display, key technology, display effect assessment factors. In the same, it put forword the solutions. Finally illustrates the common defects and solutions of vehicle-mounted LCD combined with practical work experience, at the same time the development trend of liquid crystal display technology is prospected


        【Key words】 vehicle-mounted STN、VA technology、Temperature compensation、 common defect




        1、引言


        随着科技的创新和通信技术的快速发展,汽车用户需要更直观、更现代化的终端显示设备来满足即时通信、导航以及娱乐。车载液晶显示便是其中最重要的解决方案,以它特有的轻便、低耗能以及彩色化的特点应用于汽车以取代老式机械显示,实现数字化显示功能。


        液晶显示在汽车上有着广泛的应用,主要用于车载仪表、导航、多媒体娱乐以及空调等设备,为用户显示汽车的车速、发动机转速、油耗、行驶里程、地图、DVD画面、收音机频道、CD曲目、车内温度等。车用液晶显屏与普通家用液晶显示屏在成本、技术要求上有着较大的差异。本文主要车载较常用的STN型液晶显示屏的常见故障进行了总结、分析并提出了可行性解决方案。


       2、LCD的基本分类


        LCD按照控制方式不同可分为被动矩阵式LCD及主动矩阵式LCD两种。被动矩阵式LCD在亮度及可视角方面受到较大的限制,反应速度也较慢。由于画面质量方面的问题,使得这种显示设备不利于发展为桌面型显示器,但由于成本低廉的因素,车载液晶显示器多采用被动矩阵式LCD[4]。


        被动矩阵式LCD又可分为TN-LCD(Twisted Nematic-LCD,扭曲向列LCD)、STN-LCD(Super TN-LCD,超扭曲向列LCD)和DSTN-LCD(Double layer STN-LCD,双层超扭曲向列LCD)[1]。


        液晶显示是一种被动的显示,他自身不能够发光,只能实用周围环境的光,主要背光源有LED、EL、CCFL三种。其一般的结构如图1所示[5],可以看出,液晶显示器主要的工作原理是通过电极改变液晶分子的排列或者叫扭曲度来透过光线,以达到显示的效果。


        STN-LCD显示颜色受其盒厚影响较大,轻微的盒厚变化将引起较明显的视觉差异。受其玻璃来料厚度的差异与生产时压平液晶工艺不稳定的影响,会在其边缘处产生亮斑。TN-LCD边缘漏光现象很难避免。但可以通过总成件设计时增加对于LCD边缘的遮盖面积来消除主观上的不愉快感受。


        STN-LCD内部取向层印刷工艺不稳定,隔离珠仔直径差异将引起不同程度的底色不均匀现象。在白光复显的LCD上表现为黑色底色上出现几块偏白的区域,在与其视角相对方向观察尤为明显。目前通过设置极限样品进行外观筛选的方式进行控制。


        不同的车载电器如仪表、收放机、空调控制器,由于其成本不同、选用的显示屏规格不同、使用的技术不同会造成显示效果上的差异。如使用了EBTN(超黑底)技术的空调控制器显示屏对比度远远高于使用普通STN型LCD的收放机。而收放机若选用TFT等效果更好的LCD将造成收放机成本上升一倍的窘境。


        目前对于批量车型没有特别好的解决方案,只能尽量调整到主、副驾驶位置视觉效果良好,但可作为新车型开发时的重点考虑的因素。


        3、LCD常见缺陷模式及整改方向


        目前常见的缺陷模式有如下图四种,而造成这些缺陷的原因主要有以下三部分组成:由于设计阶段考虑不周引起的缺陷、由于生产过程不稳定引起的缺陷、由于外部因素引起的缺陷。根据不同的种类,分别见以下几种实例分析。


        3.1 由于温度补偿参数设定问题引起的显示闪烁


       问题描述:收音机屏幕闪烁在特定温度下出现闪烁现象。


        原因分析:收放机LCD驱动芯片为保证较大温度跨度下的显示效果而存在上下温区两种工作模式,其切换的临界点定义在10℃;当收放机检测到环境温度在其模式切换的临界点上下浮动时将不断地进行工作模式的切换;收放机程序软件在其切换临界点没有进行平顺过渡的处理,此时将表现为显示屏闪烁。


        改进措施:修改收放机软件,在显示屏工作模式切换温度的临界点增加滞环控制,将切换时对显示屏的供电电压进行平缓处理以避免显示出现闪烁现象。图3-1a为修改前的温度补偿曲线,3-1b为修改后的温度曲线。


        3.2 由于显示驱动芯片要求与软件编写不匹配引起的高温下显示随机亮点


        问题描述:LCD在高温下产生随机亮点。


        原因分析:LCD的驱动芯片规格书中对其时序和电压有特定要求,Data hold time为450ns;软件设计中Data hold time的时长只能达到60ns,为了满足450ns的要求,现设计中是使用阻容(电阻、电容)网络来延时的;在高温环境下电阻阻值会随着温度的升高而降低,导致Data hold time时序不对,造成随机的亮点的产生。


        改进措施:通过更换LCD驱动芯片来彻底消除随机亮点问题,但需要实现做好充分的验证试验。


        由于LCD内部存在异物或生产过程引起的接触不良/短路所引起的缺陷视其掉落或连接不良的位置不同,其可能造成的故障现象也随之变化。


        3.3 由于LCD内部有异物掉入引起的缺陷


        常见异物类型如图3-2a、b所示:


        控制方案:需要对异物成分进行详细分析,确认其成分后寻找其确切的来源,随后通过工艺调整来杜绝同类异物的再次掉入。


        3.4 由于LCD生产过程不稳定而引起的缺陷


        常见损伤如图3-3a、b、c所示:


        解决方案:损伤位置的有其他物质的同样需要成分检查。增强生产线清洁度管理以避免员工汗水等滴落到半成品上,增加设备控制以减少人手直接触摸半成品的机会,通过工装防错以避免人员操作失误等。


        以上问题均可通过加强检验的方式进行临时控制,如:半成品高电压检验,成品高温高湿环境下工作检验等方式。可以有效提高早期实效不良的检出率,减少不良品的流出。


3.5 由于装配过程中外力对LCD造成损伤而引起的缺陷


        常见损伤如图3-4a、b所示:


        控制方案:车间装配带LCD的电气设备时需注意尽量避免直接接触LCD表面,对其造成压力引起显示不良甚至玻璃破损问题。


        3.6 由于外围电路故障引起的缺陷


        常见故障如图3-5a、b、c所示:


        解决方案:总成供应商需要加强其内部质量管控,如产线清洁度、焊接效果保证、元器件来料检验等。并通过适当的总成件出厂检验来提早检出存在隐患的产品以防止流出到客户手中。常用手段有:高温工作、模拟运输环境震动等。


        4、结语


        液晶显示技术越来越多地应用于车载领域,其发展方向也有原来的单色,低分辨率,窄视角的老式LCD渐渐向成彩色、高清晰度、广视角转变。可以预见未来车载LCD的显示效果将与家用电脑、电视基本没有区别,其显示的内容也将变得越来越丰富,为用户创造更舒适的驾车环境。从品质角度来说也需要与时俱进,不断了解业界动态,吸收最新知识来保证更稳定的产品质量,任重而道远。


        参考文献:


        [1]G.H.Heilmeier,L.A.Barton and L.A.Z anoni:Appl.Proc.IEEE,1968.


        [2]Y.Taira,D.Nakano,H.Numata,A.Nishikai,S.Ono,F.Yamada,M.Suzuki,M.Noguchi,R.Sing,and E.G.Colgan.Low-power LCD using a Novel Optical System,SID02 Digest. 2002:1313-1315.


        [3]Henri J.B. Jagt,Hugo J.Cornelissen,Dirk J.Broer,Cees W.M.Bastiaansen, Micro-structured polymetric linearly polarized light emitting lightguide for LCD illumination,SID02 Digest.2002:1236-1239.


        [4]向怀坤.车载导航系统关键技术研究,北京工业大学博士学位论文.


        [5]李宏,张家田.液晶显示器件应用技术,机械工业出版社,2004.



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