OLED顯示模塊的加固方案

盧業(yè)能

（1.中航華東光電有限公司，安徽 蕪湖 241002；2.特種顯示技術國家工程實驗室，安徽 蕪湖 241002；3.安徽省現(xiàn)代顯示技術重點實驗室，安徽 蕪湖 241002）

0 前言

OLED顯示技術具有自發(fā)光、低功耗、高對比度等技術特點，目前已廣泛應用于手機、平板電腦等中小尺寸的顯示領域，并逐漸成為消費電子行業(yè)的主流顯示技術[1]。早期的OLED顯示屏往往存在隨著使用顯示畫面增加出現(xiàn)燒屏、發(fā)黃等顯示缺陷，隨著顯示技術的進步，早期產(chǎn)品的顯示缺陷問題已被攻克，OLED顯示屏可靠性大幅提升，并逐步應用于中小尺寸的加固顯示模塊產(chǎn)品中[2]。

典型的加固顯示為標準的黑底白字顯示畫面，自發(fā)光的OLED顯示技術相較于LCD顯示的黑背景亮度更低，顯示畫面的黑白反差明顯，識別度高；同時OLED顯示屏的色域范圍比LCD顯示明顯增大，色彩還原能力顯著增強。OLED 的高對比度、廣色域設計特別適合用于高亮環(huán)境下的清晰顯示。該文結合OLED的顯示技術特點及加固顯示需求提供了一種常用的OLED顯示模塊加固設計方案。

1 加固設計

OLED顯示屏是一種主動發(fā)光的顯示設備，在低溫-40℃下可正常啟動，無須參照液晶顯示模塊的加固方案設計背光系統(tǒng)和低溫加熱系統(tǒng)；振動產(chǎn)生的盒厚變化不會對顯示質量產(chǎn)生明顯影響，整體抗振動性能相對明顯優(yōu)于液晶顯示屏；整體加固設計方案相對簡潔，架構示意圖見圖1。

圖1 OLED顯示模塊加固架構

產(chǎn)品加固設計的主要零部件包括結構件、屏蔽濾光片、OLED顯示屏及電路板，各部件實現(xiàn)相應的功能。采用成熟可靠的裝配工藝將各零部件有機結合，滿足加固顯示模塊的功能及環(huán)境試驗設計要求。

1.1 結構件

結構設計在整個產(chǎn)品中起安裝固定的作用，將各設計零部件安裝在一起，并與顯示系統(tǒng)進行安裝匹配，實現(xiàn)產(chǎn)品功能。

為滿足整機的減重及結構強度要求，結構件一般選用國家標準牌號的鋁合金材料。鋁合金材料具有強度高、質量輕等優(yōu)點，考慮加固顯示模塊的環(huán)境適應性要求，結構表面通常會采用導電氧化及噴漆等防腐處理，提升鋁合金的抗腐蝕能力。

結構件為產(chǎn)品的外輪廓設計尺寸，需要按照顯示系統(tǒng)的設計布局及顯示模塊內部的零部件尺寸進行設計，外部安裝固定方案按照用戶要求執(zhí)行。結合整機的減重、密封、方便維修及電磁兼容等要求，一般OLED加固顯示模塊的結構件采用整體設計，不采用拼接布局（可按需求設計壓塊用于輔助固定安裝），如圖1所示。

1.2 屏蔽濾光片

屏蔽濾光片設計在顯示模塊中主要起減反、屏蔽及加固作用。

顯示模塊是整個顯示系統(tǒng)的顯示器件，當強光照射顯示器件表面時，由于器件內部材料的反射特性，顯示器件表面會產(chǎn)生反射光線，降低強光照射時的對比度，一定程度下影響顯示性能，顯示模塊的反射簡化模塊見圖2。

圖2 顯示模塊反射簡化模型

L1為入射光線，R1屏蔽濾光片表面的反射光線，R2顯示器件整體產(chǎn)生的反射光線，總反射率為兩者之和。為消除屏蔽濾光片與顯示器件之間的界面反射，一般會采用折射率相近的光學膠水進行填充設計，降低整機的反射率；顯示器件自身的反射率為材料自身的固有屬性，無法改變；顯示模塊的低反射設計主要集中在屏蔽濾光片，表面采用光學折射率匹配鍍膜設計，降低屏蔽濾光片表面反射，進而控制顯示模塊產(chǎn)品的反射性能，光學鍍膜設計時采用透明的ITO導電膜為其中的鍍膜材料，形成導電層，實現(xiàn)電磁屏蔽功能。屏蔽濾光片一般會采用玻璃基材進行設計開發(fā)，玻璃材料具有一定的機械強度及光學鍍膜可加工性。采用光學膠水將屏蔽濾光片與OLED顯示屏進行面黏后形成黏接整體，有效地提高了顯示器件的整體強度，起到加固作用。

1.3 OLED顯示屏

OLED顯示屏是顯示模塊的顯示器件，決定了顯示模塊的絕大部分顯示指標及顯示性能。

OLED顯示屏選型需要根據(jù)用戶的具體技術指標要求開展，主要指標包括有效顯示面積、分辨率、灰度等級、對比率、觀察視角、顯示色度、顯示亮度等指標要求。OLED顯示屏作為主動發(fā)光顯示器件，特別適合應用于以黑底顯示為主的加固顯示模塊，工作時功耗低；OLED顯示屏的對比率指標較高，一般可達100000∶1，在黑白反差顯示上具有明顯的優(yōu)勢。

OLED顯示屏在不同的溫度下工作時，受到發(fā)光材料自身特性的影響，顯示亮度與色度會產(chǎn)生一定程度地漂移；另外高低溫會影響OLED顯示屏的壽命，工作溫度范圍越大，環(huán)境應力越大，壽命越短。

1.4 電路板

電路板是顯示模塊的電氣控制組件，主要進行電源轉換、視頻信號處理及控制模塊，主要由電路印制板、電子元器件及連接器構成，電路原理框圖見下圖3。

圖3 電路原理框圖

電源轉換是根據(jù)用戶接口所提供電壓，經(jīng)過DC/DC電源芯片轉化為電路需要的穩(wěn)定直流電壓。電壓轉換主要有2路設計，一路通過DC/DC模塊生成低電壓給內部控制器供電，實現(xiàn)控制器正常工作；另一路通過DC/DC模塊生成OLED屏工作的電壓，供OLED正常工作使用。

視頻信號控制包括對用戶輸入信號的處理及控制，經(jīng)過緩沖均衡、格式轉化等操作后轉化成OLED顯示屏匹配的數(shù)據(jù)格式，供給OLED顯示屏。

控制模塊包括顯示模塊內部功能控制、對外通信及自檢電路。用戶通過標準的數(shù)字通信接口按照約定的數(shù)據(jù)格式傳輸相應的控制命令要求，內部控制模塊接收到控制命令后實現(xiàn)相應的顯示模塊內部亮度控制、顯示模式轉換等功能；自檢測電路主要檢測內部功能電路是否正常工作，如出現(xiàn)故障，及時發(fā)出報警。

2 環(huán)境適應性設計

環(huán)境適應性指的是產(chǎn)品實際使用的環(huán)境條件，產(chǎn)品設計時需要綜合考慮各類復雜環(huán)境下的應用，屬于產(chǎn)品整體性能綜合設計。顯示模塊是顯示器類產(chǎn)品的顯示部件，環(huán)境適應性設計需要匹配整機的設計及模塊自身的功能需求，通俗來說就是顯示模塊先要保證自身在環(huán)境條件下的正常工作，同時需要配合顯示產(chǎn)品整機在需求的環(huán)境條件下的正常工作。

2.1 高低溫貯存

高低溫貯存考核的是產(chǎn)品設計采用設計材料及工藝材料的耐高低溫性能。

該設計原則是按照項目要求的溫度范圍進行材料選型，并對選型的材料開展相應的摸底驗證試驗；同時需要兼顧各設計材料組合后產(chǎn)生的應力集中及受力不均的情況，加固的OLED顯示模塊一般采用玻璃基的OLED顯示屏相對較多，屏蔽濾光片由于需要高溫光學鍍膜一般采用的是玻璃基材，結構組件采用鋁合金材料。不同類型的材料在高低溫下產(chǎn)生的形變不同，需要進行相應的緩沖設計。

2.2 高低溫工作

高低溫工作考核的是產(chǎn)品寬溫條件下工作性能。OLED顯示屏采用的固態(tài)主動發(fā)光器件設計，低溫-30°下可正常啟動工作，一般不設計加熱系統(tǒng)。高溫工作時，OLED顯示屏驅動芯片、顯示區(qū)域及電路板的局部位置會產(chǎn)生熱量，易造成局部熱量不均勻，產(chǎn)生局部顯示缺陷，影響顯示器件的壽命，需要進行針對性高溫散熱設計。OLED顯示模塊的產(chǎn)品設計相對輕薄，散熱設計空間有限，可在OLED屏與電路板之間設計一層導熱勻熱材料，用于控制產(chǎn)品的熱量分布，實現(xiàn)熱量均勻化。

OLED顯示屏在高低溫工作時受到紅、綠、藍發(fā)光材料自身的效率影響，寬溫工作時可能會出現(xiàn)顯示顏色的漂移。不同的OLED顯示屏漂移的程度不同，如差異較小，基本不影響整體顯示性能，一般不進行額外處理；如差異較大，可采用的溫度與顯示顏色補償方案進行優(yōu)化。溫度與顯示顏色補償方案是在摸底OLED顯示屏的高低溫顯示數(shù)據(jù)的基礎上進行數(shù)據(jù)分析，獲得其顯示顏色在高低溫下的變化規(guī)律，進行適應性調整，輸出相應的隨溫度變化的驅動參數(shù)，并進行試驗驗證，滿足需求即可固化參數(shù)；不滿足需求繼續(xù)重新調整優(yōu)化至滿足要求，原理框圖見下圖4。

圖4 溫度與顯示顏色補償方案原理圖

2.3 抗振動設計

加固顯示模塊往往需要工作在一定的振動環(huán)境下，自身需要進行抗振動加固設計。

OLED顯示屏是一種固態(tài)自發(fā)光顯示器件，內部沒有液晶屏設計中采用背光組件及液晶材料，不存在加固液晶顯示屏常見的振動Mura及光學膜組劃傷等缺陷。

加固OLED顯示模塊前端的屏蔽濾光片與OLED顯示屏進行光學綁定設計，形成整體組件結構，綁定后增加了OLED玻璃基板的強度，光學膠也對液晶屏起到減震、緩沖的作用，大幅度提升顯示組件的抗振性能。OLED顯示屏組件的薄弱點為OLED屏的基板根部的柔性電路板（FPC），在長期振動過程中，F(xiàn)PC因受力會導致內部的引線發(fā)生斷裂，造成信號異常。顯示模塊裝配時，采用有一定彈性性能的泡棉、硅橡膠等輔助材料進行密封加固，緩解振動沖擊力度，保證抗振動設計的性能。

2.4 防潮設計

防潮設計時為了提升加固顯示產(chǎn)品整體的使用壽命，顯示模塊的防潮設計主要針對密封及裸露表面進行處理。

顯示模塊采用整體式結構設計，顯示組件與結構之間的顯示屏開口、加熱柔性帶出線位置、燈板出線位置等必須在開口的位置進行密封加固處理，形成整體對外密封設計整體。硅橡膠除了具有的優(yōu)良的耐老化性、防潮型性、電絕緣性和抗電弧性能等特點外，還具有表干時間短、對大多數(shù)金屬和非金屬材料黏接力強、無毒、無腐蝕等特點，起到絕緣、防潮、防震、定位作用。

對電路板進行三防處理，能有效地保護電路板上的電子元器件，避免元器件及焊點直接暴露在外部嚴苛的環(huán)境下，降低電路板及元器件的環(huán)境風險。

2.5 電磁兼容設計

電磁兼容設計是顯示產(chǎn)品綜合性能的設計，主要是對顯示模塊進行電磁屏蔽及自身輻射控制設計。

屏蔽就是利用屏蔽體阻止或減少電磁能量傳輸?shù)囊环N措施。屏蔽體是用以阻止或減小電磁能傳輸，對裝置進行封閉或遮蔽的一種阻擋層，可以是導電、導磁介質的，或帶有非金屬吸收填料的。若模塊外殼設計成完全密閉的導電殼體，可以較好地實現(xiàn)上述2個屏蔽目的。但實際考慮到裝配、散熱、維護等因素，必然存在著縫隙和孔洞。這些縫隙和孔洞導致了屏蔽體電流的局部不連續(xù)，是使屏蔽效能降低的主要原因。在結構設計過程中，必須有效地處理這些縫隙和孔洞，使其最大程度地達到理想的電磁屏蔽效果。結構件采用鋁合金材料，表面進行導電氧化處理，對電磁波起到阻止、隔離及吸收的作用；顯示模塊對外的屏蔽濾光片進行了相應的導電鍍膜處理，形成屏蔽層并與結構緊密連接，同時與整機外殼連接形成一個連續(xù)密封的良好導電體，實現(xiàn)整體屏蔽設計。

自身輻射控制設計主要電路設計綜合器件選型、PCB布局及信號隔離與干擾等設計控制。元器件選型時優(yōu)先選擇低輻射類器件，在電路布局以及工藝走線時，應合理布線（走線）及對電路功能進行分區(qū)。將電源回線之間隔離，電源回線與機殼地隔離；通過結構設計和搭接設計建立連續(xù)性良好的機殼屏蔽；合理的布線要求對不同類型的輸入、輸出電源線及信號線進行分類、分區(qū)處理。布線包括經(jīng)由電連接器接入/出的輸入/輸出電源和信號線在產(chǎn)品內部的布局以及印制板布線，尤以印制板布線為重點，并進行分區(qū)接地，減小地環(huán)路面積，防止公共阻抗耦合，通過采取抑制共模干擾措施等，降低整版電磁輻射水平。

3 結語

該文根據(jù)OLED顯示介質自身的技術特點設計了一種簡潔的OLED顯示模塊的加固設計方案，利用成熟的光學綁定技術提升顯示組件的整體性能，采用整體金屬結構件設計保證產(chǎn)品的整體強度，穩(wěn)定可靠的電路功能設計保證產(chǎn)品的穩(wěn)定工作，滿足了加固顯示模塊的高可靠性應用需求。

結合加固顯示產(chǎn)品的高低溫貯存、高低溫工作、振動條件、潮濕條件及強電磁場的應用需求，分析了復雜環(huán)境對加固OLED顯示模塊的功能、性能的影響，并針對性地給出了合理的加固措施，有效地提高了加固顯示模塊的環(huán)境適應性，提升整機產(chǎn)品的可靠性。