談工業(yè)控制計(jì)算機(jī)液晶屏低溫啟動(dòng)方法范文

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關(guān)鍵詞：液晶顯示屏；工業(yè)計(jì)算機(jī)；低溫環(huán)境；加熱設(shè)計(jì)

當(dāng)今液晶顯示器件的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍，其優(yōu)點(diǎn)已為人們所熟知，但液晶器件的低溫失控問(wèn)題一直以來(lái)都是液晶材料研究領(lǐng)域的主要課題之一［1－2］，十多年來(lái)還未找到負(fù)溫度特性較好的液晶材料，到目前為止主要依靠輔助加熱方法來(lái)克服低溫失控的問(wèn)題［3－4］。由于液晶顯示器在環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，液晶材料就會(huì)變成粘稠狀，隨著溫度的降低，液晶的閾值電壓升高，響應(yīng)速度變慢，甚至?xí)霈F(xiàn)液晶結(jié)晶的情況［5］。從而導(dǎo)致液晶顯示器在低溫啟動(dòng)工作時(shí)，顯示畫(huà)面變色、亮度低、出現(xiàn)“拖尾”現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)根本看不清圖形、圖像顯示［6－7］；而且低溫會(huì)降低背光源的亮度，影響背光源熒光燈管的壽命［8］。因此，為了將液晶顯示屏應(yīng)用于低溫環(huán)境條件下，并保證其工作的可靠性，本文設(shè)計(jì)了一種液晶顯示屏低溫啟動(dòng)的方法。

1液晶顯示屏的介紹

液晶顯示屏（LiquidCrystalDisplay，簡(jiǎn)稱LCD），是屬于平面顯示器的一種，如圖1所示，主要用于計(jì)算機(jī)和電視機(jī)的屏幕顯示。該顯示屏的主要優(yōu)點(diǎn)是體積小、耗電量低、輻射低［9］。液晶顯示屏使用了兩片極化材料中的液體水晶溶液，使電流通過(guò)該液體時(shí)會(huì)使水晶重新排列達(dá)到成像的目的。液晶顯示屏（LCD）是用于許多便攜式計(jì)算機(jī)和數(shù)字型鐘表的一種顯示器類型。LCD顯示使用了兩片極化材料，在它們之間是液體水晶溶液。電流通過(guò)該液體時(shí)會(huì)使水晶重新排列，以使光線無(wú)法透過(guò)它們［10］。因此，每個(gè)水晶就像百葉窗，既能允許光線穿過(guò)又能擋住光線。目前科技信息產(chǎn)品都朝著輕、薄、短、小的目標(biāo)發(fā)展，在計(jì)算機(jī)周邊中擁有悠久歷史的顯示器產(chǎn)品當(dāng)然也不例外［11］。在便于攜帶與搬運(yùn)為前題之下，傳統(tǒng)的顯示方式如CRT映像管顯示器及LED顯示板等等，皆受制于體積過(guò)大或耗電量大等因素，無(wú)法達(dá)成使用者的實(shí)際需求。而液晶顯示技術(shù)的發(fā)展正好切合目前信息產(chǎn)品的潮流，無(wú)論是直角顯示、低耗電量、體積小、還是零輻射等優(yōu)點(diǎn)，都能讓使用者享受最佳的視覺(jué)環(huán)境［12］。

2工業(yè)計(jì)算機(jī)顯示屏的加熱設(shè)計(jì)

液晶顯示屏的加熱方法有環(huán)境加熱法、外鍍膜加熱法、介質(zhì)變頻加熱法和共模加熱法等［13］。其中，環(huán)境加熱法與其他加熱法相比，加工工藝簡(jiǎn)單，不需要拆屏作業(yè)或液晶面板廠作相應(yīng)工藝調(diào)整作業(yè)，有利于產(chǎn)品維護(hù)，方便大批量生產(chǎn)［14］。因此，本文設(shè)計(jì)了一種環(huán)境加熱法的液晶顯示屏溫控系統(tǒng)，其加熱設(shè)計(jì)方案主要分為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件控制設(shè)計(jì)和加熱膜的設(shè)計(jì)。

2．1工業(yè)計(jì)算機(jī)顯示屏的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

環(huán)境加熱法是在液晶顯示屏背側(cè)不通光的地方放置加熱電阻器件加熱膜，以此通電加熱液晶顯示屏［15］。其結(jié)構(gòu)原理框圖如圖2所示，加熱膜貼附在顯示屏的背面一起裝入屏支架中，溫度傳感器與嵌入式控制器（EmbedController，簡(jiǎn)稱EC）一起安置在屏的轉(zhuǎn)接板中作為溫控板，在溫度傳感器（如ThermalSen-sor傳感器）的位置屏支架上開(kāi)通孔，溫控板上也預(yù)留了接熱敏電阻的接口，以提高溫控板的結(jié)構(gòu)可移植性。由結(jié)構(gòu)布局分析，加熱膜為液晶加熱時(shí)的傳熱方式為熱傳導(dǎo)和輻射，但由于顯示屏由多層次的結(jié)構(gòu)件堆疊而成，且各層結(jié)構(gòu)之間并沒(méi)有填充介質(zhì)，相鄰結(jié)構(gòu)之間有效接觸十分有限，以致產(chǎn)生較大的接觸熱阻，所以輻射傳熱可能超過(guò)一半以上［16］。由此我們可以根據(jù)能量守恒簡(jiǎn)單繪制出－40℃環(huán)境下，熱源（加熱膜）和液晶隨加熱時(shí)間的溫升特性曲線，如圖3所示。由于液晶位于傳熱路徑的遠(yuǎn)端，開(kāi)始加熱時(shí)液晶的溫度變化斜率會(huì)比較小，隨著電能不斷轉(zhuǎn)化為熱能，熱源與液晶存在較大的溫差，迫使熱量加速傳遞至液晶，致使液晶的溫度變化斜率明顯增大；隨著溫差的縮小，液晶的溫升斜率將越來(lái)越小，直至加熱膜和液晶的溫度均趨于平衡。從液晶的溫升特性曲線分析，如果將顯示屏的預(yù)熱啟動(dòng)時(shí)間定在溫升斜率比較小的區(qū)域，那么所需的預(yù)熱時(shí)間將難以預(yù)見(jiàn)和控制，所以預(yù)熱時(shí)間控制在溫升斜率較大的區(qū)域比較合適。

2．2工業(yè)計(jì)算機(jī)顯示屏的硬件控制設(shè)計(jì)

硬件加熱控制電路的設(shè)計(jì)方案，按基本功能分為：溫度檢測(cè)、信息處理及加熱控制、加熱膜及狀態(tài)指示三部分，如圖4所示，其中信息處理及加熱控制采取EC方案實(shí)現(xiàn)，可以自動(dòng)地對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)及處理，并實(shí)時(shí)控制加熱膜的工作。（1）溫度檢測(cè)模塊對(duì)于溫度檢測(cè)部分，可以通過(guò)溫度傳感器（如ThermalSensor傳感器）或熱敏電阻偵測(cè)溫度，如圖5所示，利用I2C讀取ThermalSensor（ADT7461）的偵測(cè)溫度，并實(shí)時(shí)傳輸?shù)叫畔⑻幚砟K，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)，為加熱控制模塊是否開(kāi)啟加熱裝置提供判斷依據(jù)。在實(shí)際裝配中，溫度傳感器與EC一同安裝于顯示屏的轉(zhuǎn)接板中。（2）信息處理及加熱控制模塊對(duì)于信息處理及加熱控制部分模塊，采取EC軟件控制方案，通過(guò)EC內(nèi)部的SMBUS控制器讀取溫度，實(shí)現(xiàn)屏的溫度采集，并根據(jù)檢測(cè)到溫度值來(lái)控制加熱膜電源開(kāi)關(guān)，以及發(fā)出狀態(tài)信號(hào)驅(qū)動(dòng)LED指示。EC控制方案的優(yōu)點(diǎn)是控制精度較高，并能用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度升降的回滯曲線，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，并容易根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果進(jìn)行修正、改善。尤其在本案中，根據(jù)環(huán)境溫度，使用不同功率的2組加熱膜，用EC能很簡(jiǎn)單地使用2個(gè)口輸出來(lái)控制，并且成本低廉。為防止加熱膜在溫度控制臨界點(diǎn)反復(fù)通斷電，在軟件中設(shè)置升溫過(guò)程在－5℃點(diǎn)，控制停止加熱，當(dāng)溫度降溫過(guò)程，則在－15℃點(diǎn)，控制開(kāi)始加熱。在實(shí)際電路中預(yù)留有純硬件溫度控制電路，以提高在不同產(chǎn)品中的可移植性，如圖6所示。其原理為：利用運(yùn)算放大器（以下簡(jiǎn)稱運(yùn)放）搭建的比較器實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)信息處理及加熱控制功能。將運(yùn)放設(shè)計(jì)為遲滯比較器工作模式，并根據(jù)實(shí)際的工作溫度情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的遲滯電壓窗口；在圖6中，將運(yùn)放的輸出端與正相端經(jīng)由電阻相連，而基準(zhǔn)電壓也連接到運(yùn)放的正相端，溫度檢測(cè)的輸出電壓連接到運(yùn)放的負(fù)相端；通過(guò)合理的選擇電阻值，可以設(shè)計(jì)出不同的遲滯電壓窗口，來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)的輸出電壓對(duì)運(yùn)放輸出端控制；隨著溫度的降低，檢測(cè)得到的電壓信號(hào)增大到窗口的上限時(shí)，運(yùn)放輸出加熱控制信號(hào)來(lái)開(kāi)啟加熱模塊，而隨著溫度的升高，檢測(cè)得到的電壓信號(hào)減小到窗口的下限時(shí)，運(yùn)放輸出加熱控制信號(hào)來(lái)關(guān)閉加熱模塊。（3）加熱模塊對(duì)于加熱模塊，利用聚酰亞胺加熱膜實(shí)現(xiàn)，加熱膜內(nèi)部有2組不同功率的加熱回路，其中加熱膜直接從小板上取電，其輸入電源控制開(kāi)關(guān)由上述的加熱控制模塊輸出信息進(jìn)行控制。為了防止溫控失效而過(guò)熱的極端情況，在加熱膜中封裝有溫度保險(xiǎn)絲。在實(shí)際裝配時(shí)，加熱膜直接貼附在液晶屏的背面。功率30W電源開(kāi)關(guān)，其中LCD＿HEAT＿ON連預(yù)留純硬件方案控制，由SLP＿S3控制關(guān)閉；LCD＿HEAT＿ON＿H為EC輸出控制，如圖7所示。功率15W電源開(kāi)關(guān)，其中LCD＿HEAT＿ON＿L為EC輸出控制，如圖8所示。（4）加熱狀態(tài)指示加熱狀態(tài)指示采取發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)，如圖9所示，利用加熱控制信號(hào)控制發(fā)光二極管的開(kāi)關(guān)。

2．3工業(yè)計(jì)算機(jī)顯示屏加熱膜的設(shè)計(jì)

如圖10所示，加熱膜采用銅箔外面加聚酰亞胺膜進(jìn)行封裝實(shí)現(xiàn)，加熱膜上分布了兩組銅箔，電阻設(shè)計(jì)為9．6Ω（外）／4．8Ω（內(nèi)），采用12V供電，設(shè)計(jì)功耗為15W（外）／30W（內(nèi)），功率密度均勻。加熱膜上串接溫度保險(xiǎn)絲，實(shí)現(xiàn)加熱膜過(guò)熱保護(hù)功能。當(dāng)溫度保險(xiǎn)絲溫度高于60℃時(shí)自動(dòng)斷開(kāi)加熱膜電源，停止加熱。同一塊膜上兩種加熱功率的設(shè)計(jì)，當(dāng)兩組電阻同時(shí)供電時(shí)，加熱的總功率可達(dá)到45W，溫升斜率大，達(dá)到顯示屏開(kāi)啟溫度時(shí)間短；當(dāng)顯示屏開(kāi)啟后，斷開(kāi)30W的加熱功率，15W加熱功率繼續(xù)加熱，以起到保溫的作用，使顯示屏在工作時(shí)的溫度變化梯度盡量平穩(wěn)。從而達(dá)到低溫加熱啟動(dòng)的設(shè)計(jì)目的。

3結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)液晶顯示屏低溫加熱啟動(dòng)的分析，本文設(shè)計(jì)了一種低溫環(huán)境加熱啟動(dòng)的方法，為工業(yè)計(jì)算機(jī)液晶顯示屏在低溫環(huán)境下的應(yīng)用，提供了理論設(shè)計(jì)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

［1］萬(wàn)海峰，姚建芳，曹允，等．一種加固液晶顯示器的低溫加熱補(bǔ)償技術(shù)［J］．光電子技術(shù)，2013（3）

［2］鄭杲．基于ARM的液晶顯示控制設(shè)計(jì)［D］．南京：南京理工大學(xué)，2007

［5］余雷，錢(qián)永勝．有源矩陣液晶顯示器微功耗低溫加固技術(shù)［J］．液晶與顯示，2003（5）

［6］黃錫珉．平板顯示技術(shù)的發(fā)展［J］．液晶與顯示，2002（5）

［7］李曉蓮，任國(guó)度．高溫顯示液晶的合成［J］．液晶與顯示，1999（1）

［10］金紅莉，孫彥．液晶顯示屏的工作原理簡(jiǎn)介［J］．信息記錄材料，2018，19（10）：229－231

［11］王元慶，董戴，洪光烈．液晶顯示屏的液晶層溫度測(cè)量方法的研究［J］．儀器儀表學(xué)報(bào)，2001（6）：632－635

［12］王元慶，董戴，洪光烈．液晶顯示屏溫度特性的試驗(yàn)研究［J］．電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2001（4）：52－55

［13］楊保亮，蒲琪，代祥俊．基于TMS320F2812控制的液晶顯示屏的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)［J］．山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007（3）：87－89，93

［14］謝松廷，呂國(guó)強(qiáng)，楊軍．液晶顯示屏的熱特性模擬及其熱仿真軟件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)［J］．液晶與顯示，2008（3）：382－386

［15］王裕，林魏峣，錢(qián)雪華．手機(jī)液晶顯示屏色溫矯正［J］．液晶與顯示，2017，32（12）：949－955

［16］雷博琳，郭小軍，司秉玉，等．淺談低功耗液晶顯示屏的設(shè)計(jì)技術(shù)［J］．現(xiàn)代顯示，2013（6）：37－42

作者：江廣浪 付典林 史洪波 單位：研祥智能科技股份有限公司