影响电表类LCD寿命的因素

影响电表类LCD寿命的因素－深圳市中显微电子有限公司◆高新技术企业◆２项国家８６３项目承接单位◆中国最早成立的三大ＬＣＤ厂商之一ＬＣＤ的结构示意图ＬＣＤ三大主要原材料：ＩＴＯ玻璃、液晶、偏光片LCD工作原理通过加电，使得液晶分子发生旋转，改变偏振光的偏振方向，利用偏光片的光学特性，得到想要的显示画面。OFF态液晶分子俯视图OFF态ON态液晶的种类液晶分子结构RR，ROR，RR，RRFRFFRFFFROCF3RFOCHF2FR—烷基OR—烷氧基F、OCF3、OCHF2—含氟基团XYY′液晶分子的基本结构液晶的种类固态近晶相向列相各向同性液体TsnTcT向列相液晶状态随温度的变化Tsn—相变温度Tc—清亮点LCD光学、颜色模式uLCD的显示方式•此种显示方式可以利用自然光，反射外界光进行显示•显示对外界光有较大的依赖性，在黑暗的环境下无法观察显示•反射型LCD的显示方式•此种显示方式不依赖外界光•需要背光源•一般在光线差的环境使用•透射型LCD的显示方式•可以利用自然光和背光源•外界光线较强时，可以不用背光源•外界光线较弱时，使用背光源•透反射型LCD的工作温度•常温LCD–工作温度0℃~50℃–存储温度-10℃~60℃•宽温LCD–工作温度-20℃~70℃–存储温度-30℃~80℃•超宽温LCD(1/1duty或1/2duty，TN或HTN）–工作温度-30℃~80℃–存储温度-40℃~90℃•从某一视角观察LCD，LCD会获得最佳对比度，类似于从钟表的不同时间朝钟表中心观察，这就是LCD的视角。•常用视角方向：–6点钟–12点钟LCD的视角LCD的视角视角ΔΦ=|Φ2-Φ1|•TN的视角范围–以6点种为例，看清字符(实际应用时）•1/1duty：上约200，下约900•1/2duty：上约100，下约600•1/4duty：上约50，下约400•1/8duty：上约00，下约200•1/16duty：上约00，下约100LCD的视角•HTN的视角范围–以6点种为例，看清字符(实际应用时）•1/1duty：上约250，下约900•1/2duty：上约150，下约700•1/4duty：上约100，下约450•1/8duty：上约00，下约250•1/16duty：上约00，下约150LCD的视角•STN正显的视角范围–以6点种为例，看清字符(实际应用时）•1/1duty：上约300，下约900•1/2duty：上约300，下约900•1/4duty：上约300，下约900•1/8duty：上约300，下约900•1/16duty：上约300，下约900•1/32duty：上约200，下约700•1/64duty：上约100，下约500•1/128duty：上约100，下约300LCD的视角•STN负显的视角范围–以6点种为例，看清字符(实际应用时）•1/1duty：上约200，下约500•1/2duty：上约200，下约500•1/4duty：上约200，下约500•1/8duty：上约200，下约500•1/16duty：上约200，下约400•1/32duty：上约200，下约400•1/64duty：上约100，下约400•1/128duty：上约100，下约300LCD的视角•对比度的定义–比度度Cr=非选态亮度/选择态亮度–一般来说要求Cr≧2LCD的对比度•响应速度的定义–响应速度T=Tr+TfLCD的响应速度•TN型、HTN型产品的响应速度（25℃时）–Tr：150~200毫秒–Tf：200~250毫秒•STN型产品的响应速度（25℃时）–Tr：200~300毫秒–Tf：250~350毫秒LCD的响应速度•温度越低响应速度越慢–TN（宽温液晶)•25℃时响应速度约0.2~0.5秒•0℃时响应速度约0.5~1秒•-20℃时响应速度约1~3秒•-30℃时响应速度约5~10秒–HTN（宽温液晶)•25℃时响应速度约0.2~0.5秒•0℃时响应速度约0.2~1秒•-20℃时响应速度约0.5~3秒•-30℃时响应速度约5~10秒LCD的响应速度•温度越低响应速度越慢–STN（宽温液晶)•25℃时响应速度约0.3~0.7秒•0℃时响应速度约1~2.5秒•-20℃时响应速度约5~10秒•-30℃时响应速度约15~50秒LCD的响应速度LCD制造工艺简介•LCD器件制造流程总览：LCD器件制程共包括20多道工序，概括起来又可分为六大步骤组成：1）ITO显示图形的蚀刻，2）LCD取向能力的获得，3）LCD空盒制作，4）LCD液晶灌注，5）LCD性能检测，6）LCD偏光片的贴附。ITO显示图形的蚀刻（一）阶段目的：实现过程：3.1.1前清洗：3.1.2涂胶：3.1.3曝光：3.1.4显影：ITO显示图形的蚀刻（二）3.1.5酸刻：3.1.6去胶：ITO：抗碱性，但易被酸腐蚀；感光胶：抗酸碱，但被光照后，化学活性强，易被特定溶液显影。LCD取向能力的获得阶段目的：实现过程：3.2.1后清洗：3.2.2涂膜：3.2.3PI固化：3.2.4摩擦：LCD空盒制作（一）阶段目的：实现过程：3.3.1丝印：3.3.2喷粉：后片前片前片LCD空盒制作（二）3.3.3贴合：3.3.4成盒固化：后片前片LCD液晶灌注（一）阶段目的：实现过程：3.4.1切割：3.4.2注液：LCD液晶灌注（二）3.4.3封口（调盒）：3.4.4UV光固化：3.4.5清洗：液晶与表面清洗；3.4.6摆盘：为LCD性能检测做准备。LCD性能检测3.5.1目测：产品外观与目测检测。如：彩虹、黑点、欠灌、崩角等。3.5.2电测：产品电性能检测。如：缺段、短路、暗点、显示不均等LCD偏光器件的完成3.6.1油墨丝印：（根据客户要求）；3.6.2切片：按照规定，切出所需角度的偏光片；3.6.3贴片：3.6.4装管脚：（根据客户要求）3.6.5包装入库：3.6.6出货：电表类产品—显示模式ＬＣＤ各类显示模式特性对比表显示模式ＴＮＨＴＮＳＴＮＦＳＴＮＤＳＴＮ扭曲角度90度110度~140度180度~240度180度~240度180度~240度视角范围一般略好好更好极好对比度更好好一般更好极好响应速度好很好一般一般一般温度特性好略好一般一般一般适用路数１／４duty以下１／４duty－１／１６duty１／１６duty以上１／１６duty以上１／１６duty以上成本低略高高更高极高显示性能电表类产品—LCD电光曲线TVrmsΔVSTNTNSTN和TN的电光特性比较电表类产品—LCD的透过率T=[1/χsin(χθ)sin(θ+Φent-Φexit)+cos(χθ)cos(θ+Φent-Φexit)]2+μ2/χ2sin2(χθ)cos2(θ-Φent-Φexit)其中χ=(1+μ2)1/2μ=(πd/λθ)[ne/(1+ωsin2θs)1/2-no]ω=(ne/no)2-1式中，ne—非常光折射率，no—寻常光折射率，θs—预倾角，d—盒间隙，即液晶层厚度，λ—光波长。YXP2n2P1n1ΦexitθΦent液晶分子指向矢和偏振片取向关糸LCD的连接方式1方式一：导电胶条连接方式二：金属插脚连接LCD的连接方式2方式三：TAB连接方式四：COG连接电表类ＬＣＤ主要以方式二：金属插脚为主，其特点：牢固、稳定性高．电表类LCD产品—加速老化系数注：参考文献：《液晶器件手册》，日本学术振兴会第142委员编制LCD加速系数与温湿度的关系电表类LCD产品—寿命推算1•根据加速系数推算：温度60℃、相对湿度90%RH的条件下,对应的加速系数约为200~240左右；•保守估算，取加速系数为180，如果要求，产品的寿命为10万小时，只要在此条件下（60℃、90%RH），测试556小时（约23.2天）后，LCD能正常工作，则表示该LCD在常温条件下（25℃相对湿度60%RH）可工作10年以上。电表类LCD产品—寿命推算2•可以类推当温度100℃相对湿度90%RH时，加速系数约为104，即10000，如果要求LCD的寿命为10万小时，只要在此条件测试10小时，LCD工作正常，就表示LCD在常规条件下使用的寿命达到10万小时。•针对电表类产品，我司在正常生产时是用水蒸汽蒸煮8小时,来判定LCD的寿命是否合格,水蒸汽的温度100℃相对湿度100%RH，此时加速系数远大于104，即通过此条件测试，就表示LCD在常温条件下使用的寿命达到10万小时。电表类LCD失效分类•偏光片失效：偏光片的偏振性能失去，导致液晶显示器的显示变淡，直至显示完全失去；•液晶失效：液晶显示器的功耗电流增大，同时LCD的电压也随着升高，驱动芯片无法满足LCD的需要，导致显示变淡，直至显示完全失去；电表类LCD产品—影响寿命的因素•偏光片失效•液晶失效•LCD驱动信号不对称•金属管脚与LCD电极导通不良电表类LCD产品—偏光片失效分析•偏光片的基本结构图（保护层）（保护层）（偏光层）电表类LCD产品—偏光片失效分析•偏光片的种类：–碘系–染料系•偏光片的偏光原理：偏光层（PVA）单向拉伸，使PVA分子键高度取向，并吸附碘或具有二相色性的染料，从而使PVA层具有了强的有选择性的偏振光透过的特性。电表类LCD产品—偏光片失效分析•偏光片的失效机理：碘或染料在溶剂(如水蒸气)的作用下，析出，溶解在溶剂中。导致PVA层的偏光性能失去，LCD不显示。•偏光片的耐久性等级：普通耐久、中耐久、高耐久电表类LCD产品—偏光片失效分析•偏光片的失效机理：碘或染料在溶剂(如水蒸气)的作用下，析出，溶解在溶剂中。导致PVA层的偏光性能失去，LCD不显示。•偏光片的耐久性等级：普通耐久、中耐久、高耐久•偏光片供应商（NITTO日东），提供的耐久时间数据：40℃92%RH60℃90%RH80℃90%RH普通耐久500小时中耐久500小时高耐久250小时电表类LCD产品—偏光片失效分析电表类LCD产品—偏光片失效分析•偏光片加速老化（85℃、85%RH），耐久时间：耐久时间普通耐久100~120小时中耐久500小时高耐久1000小时电表类LCD产品—偏光片失效分析•偏光片加速老化（85℃、95%RH），耐久时间：耐久时间普通耐久2~3小时中耐久4~5小时高耐久130小时未失效电表类LCD产品—液晶失效分析•液晶的种类：TN、HTN、STN•液晶的分子结构为C、H、F等元素构想的有机物，通过化学键连接在一起•液晶的失效机理：LCD盒中离子含量增大，功耗增大，大到一定程度，笔段显示变淡或完全不显示。电表类LCD产品—液晶失效分析•导致液晶功耗增大、电流增大而失效的因素：–液晶长期在高温高湿条件下工作，离子析出；–液晶在UV光的作用下，C、H原子间化学键断裂，从而离子含量增大，电流变大，液晶也劣化；电表类LCD产品—液晶失效分析•偏光片的防UV光性能：–供应商（NITTO）提供的数据：≤1%（380nm的UV光）–实测偏光片防UV性能：≤0.5%电表类LCD产品—液晶失效分析•偏光片防UV光性能衰减测试一：–水蒸气蒸煮（100℃、100%RH）24小时测试：结论：在水蒸煮24小时后，UV光透过率基本不变UV光透过率样品1样品2水蒸煮前0.054%0.027%水蒸煮后0.055%0.024%电表类LCD产品—液晶失效分析•偏光片防UV光性能衰减测试二：–水泡偏光片97天（2328小时）测试：UV光透过率样品1样品2泡水前0.022%0.087%泡水后0.027%0.082%结论：在97天水泡后，UV光透过率基本不变电表类LCD产品—液晶失效分析•偏光片防UV光性能衰减测试三：–太阳光照射20天（有效照射时间200小时）测试：UV光透过率样品1样品2照射前0.25%0.087%照射后0.24%0.092%结论：在20天日光照射后，UV光透过率基本不变电表类LCD产品—液晶失效分析•LCD在高温高湿测试后，电流的变化情况：–高温高湿（60℃、90%RH）240小时测试：结论：LCD的电流略有增大，变化率约10%电流（uA）样品1样品2样品3测试前141518测试后1