一 ، آلية الفشل في بيئة الرطوبة العالية: التآكل المزدوج من الفيزياء إلى الكيمياء
1. التآكل الكهروكيميائي للمكونات المعدنية
تحتوي دائرة القيادة في شاشة LCD المجزأة على عدد كبير من المكونات المعدنية (مثل الأسلاك النحاسية إحباط ، أقطاب لصق الفضة ، مفاصل لحام القصدير). في بيئات الرطوبة العالية ، تتحد جزيئات الماء مع الملوثات مثل CO ₂ و ₂ في الهواء لتشكيل محاليل حمضية ضعيفة ، والتي تآكل سطح المعدن مباشرة. على سبيل المثال ، أظهرت دراسة حالة للوحة معلومات السيارات أنه بعد الركض في بيئة برطوبة بنسبة 85 ٪ لمدة 6 أشهر ، ظهرت التآكل الأخضر على دبابيس شريحة برنامج تشغيل LCD ، مما تسبب في زيادة بنسبة 300 ٪ في مقاومة التلامس وتقييدًا في نهاية المطاف إلى عطل الشريحة في العرض. يرتبط معدل التآكل بشكل كبير بالرطوبة: عندما تتجاوز الرطوبة النسبية 65 ٪ ، يزيد معدل التآكل بشكل حاد ؛ عندما يتجاوز 80 ٪ ، سوف يتشكل فيلم مياه مستمر على سطح المعدن ، مما يسارع التفاعل الكهروكيميائي.
2. تحلل التحلل من جزيئات البلورة السائلة
تتكون الطبقة البلورية السائلة من LCD مجزأة من جزيئات بلورية سائلة نيماتي ، ومجموعات الإستر (- COO -) في بنيتها الجزيئية معرضة لتفاعلات التحلل المائي في بيئات الرطوبة العالية ومركبات الكربوكية ومركبات الكحول. أظهر اختبار الجهاز الطبي أنه بعد شيخوخة التسارع لمدة 1000 ساعة في 85 درجة /85 ٪ RH (ارتفاع درجة الحرارة والرطوبة العالية) ، انخفض الثابت العازلة للبلورة السائلة بنسبة 15 ٪ ، مما أدى إلى انخفاض في تباين 60 ٪ من القيمة الأولية. يمكن أن تغير منتجات التحلل المائي أيضًا درجة حرارة النقطة الواضحة (TNI) للبلورة السائلة ، مما يؤدي إلى ظهور وحدة العرض "بقع سوداء" أو "ضباب بيضاء" في درجة حرارة الغرفة.
3. امتصاص الرطوبة وتوسيع الفيلم الاستقطاب
الفيلم الاستقطاب هو عنصر ضوئي رئيسي في شاشة LCD المجزأة ، والركيزة (مثل كحول PVA polyvinyl) لها امتصاص رطوبة قوي. في بيئة مع رطوبة 90 ٪ ، سوف يتوسع سمك المستقطب بنسبة 5 ٪ -8 ٪ خلال 24 ساعة ، مما يؤدي إلى:
تدهور الأداء البصري: انخفض درجة الاستقطاب من 99.9 ٪ إلى 98.5 ٪ ، وانخفض تباين العرض بنسبة 20 ٪ ؛
تلف الإجهاد الميكانيكي: قد يمزق الإجهاد الداخلي الناتج عن التمدد الطبقة اللاصقة بين المستقطب والركيزة الزجاجية ، مما يسبب فقاعات العرض أو التفريغ.
أظهرت دراسة حالة لأداة في الهواء الطلق أنه بعد العمل في بيئة ساحلية عالية الرطوبة لمدة 18 شهرًا ، شهدت 30 ٪ من وحدات شاشة LCD تزييف حافة المستقطب ، مما يؤدي إلى عرض تسرب الضوء وشخصيات ضبابية.
4. مخاطر نفاذية الرطوبة من مواد التعبئة والتغليف
بنية تغليف LCD المجزأة (مثل اللوحة الخلفية للإطار الزجاجي) ليست مغلقة بالكامل ، ويمكن أن تخترق جزيئات الماء من خلال micropores من مادة الإطار (مثل راتنج الايبوكسي). يوضح اختبار مؤسسة الأبحاث أن نفاذية الرطوبة لإطارات لاصق إيبوكسي العادية تصل إلى 2G/(M ² · 24H). في بيئة مع رطوبة بنسبة 85 ٪ ، ستصل الرطوبة الداخلية لشاشة LCD إلى 80 ٪ من البيئة الخارجية في غضون 72 ساعة. يمكن أن يؤدي تغلغل جزيئات الماء أيضًا إلى:
فشل السائق IC: تتكثف الرطوبة على سطح IC لتشكيل فيلم مائي ، مما تسبب في تلف التيار والتفريغ الإلكتروستاتيكي (ESD) ؛
حلبة قصيرة وحدة الإضاءة الخلفية: بعد أن تمتص مادة تغليف السيليكون من حبات LED الرطوبة ، تنخفض مقاومة العزل من 10 ⁹ Ω إلى 10 ⁶ ، مما يتسبب في انهيار الخرز.
2 ، أوضاع الفشل النموذجية الناتجة عن رطوبة عالية
1. فشل وظيفة العرض
الأجزاء المفقودة والشخصيات المشوهة: تسبب التآكل المعدني في انقطاع إشارة القيادة. في حالة المقياس الذكي ، بعد تشغيله في بيئة برطوم قدرها 90 ٪ لمدة 3 أشهر ، زاد معدل عرض شاشة LCD من 0.1 ٪ إلى 12 ٪ ؛
توهين التباين: يقلل التأثير المشترك للتحلل المائي البلوري السائل وتوسع المستقطب من تباين العرض من 1000: 1 إلى 300: 1 ، والذي لا يمكن أن يفي بمتطلبات الرؤية للبيئات الصناعية ؛
وقت الاستجابة الممتد: يغير الرطوبة لزوجة شاشة LCD ، مما تسبب في تأخير تحديث العرض لأكثر من 50 مللي ثانية ، مما يؤثر على عرض الوقت الحقيقي للبيانات الديناميكية.
2. تدهور الأداء الكهربائي
انخفاض مقاومة العزل: تتسبب الرطوبة في انخفاض مقاومة العزل للوحة PCB من 10 ⁸ Ω إلى 10 ⁵ ، مما يؤدي إلى انهيار منفذ شريحة السائق ؛
تسرب الطفرة الحالية: جزيئات الماء تشكل قنوات موصلة على الأسطح المعدنية. أظهر اختبار نظام مراقبة مزرعة الرياح أن تيار التسرب لدائرة سائق LCD زاد من 0.1 μ A إلى 10 μ A عند 85 ٪ من الرطوبة ، مما أدى إلى زيادة 100 أضعاف في استهلاك الطاقة ؛
زيادة حساسية التفريغ الإلكتروستاتيكي (ESD): تقلل الرطوبة من مقاومة السطح للمواد ، مما يقلل من جهد التسامح في شاشة LCD إلى ESD من 8kV إلى 2KV ، مما يجعله عرضة للانهيار الإلكتروستاتيكي من قبل جسم الإنسان.
3. انخفاض الموثوقية الهيكلية
إزالة الإطار المطاطي: تخترق جزيئات الماء وتضعف الالتصاق بين الإطار المطاطي والزجاج. في حالة إلكترونيات معينة للسيارات ، بعد تشغيله في بيئة رطوبة عالية لمدة 6 أشهر ، شهدت 20 ٪ من وحدات LCD تكسير الحافة من الإطار المطاطي ؛
أكسدة دبوس المعادن: تولد مفاصل لحام الرصاص القصدير أكسيد القصدير (SNO ₂) في بيئات الرطوبة العالية ، مما يؤدي إلى زيادة بنسبة 50 ٪ في مقاومة التلامس وتسبب أخطاء انتقال الإشارة ؛
وحدة الصفر النمطية للوحدة الخلفية: تقوم الرطوبة بتسريع تدهور فسفور LED ، مما يؤدي إلى تحول درجة حرارة لون الإضاءة الخلفية من 6500 كيلو إلى 4000 كيلو ، مما يؤثر على دقة لون العرض.
3 ، التدابير المضادة التقنية للحماية في بيئات الرطوبة العالية
1. حماية مستوى المواد
مادة تغليف نفاذية منخفضة الرطوبة: باستخدام راتنج الايبوكسي أو تغليف السيليكون مع نفاذية الرطوبة أقل من أو تساوي 0.5G/(M ² · 24H). على سبيل المثال ، تقلل الشركة المصنعة للمعدات الطبية من ارتفاع الرطوبة داخل شاشة LCD بنسبة 80 ٪ عن طريق التحول إلى إطار مطاطي قابل للنفاذ رطوبة منخفضة ؛
طلاء المعادن المقاومة للتآكل: ترسيب طلاء الذهب الكيميائي للنيكل (ENIG) على سطح دبابيس ووسادات شريحة السائق ، مما يزيد من مقاومة التآكل بمقدار 10 مرات ؛
فيلم الاستقطاب المقاوم للماء: حدد فيلمًا استقطابًا للبوليميد (PI) مع معدل امتصاص الرطوبة أقل من أو يساوي 1 ٪ ، وتطبيق طلاء نانو مسعور (مثل البولي إيثيلين المفلور) على السطح لتقليل معدل تمدد الفيلم المستقطب إلى أقل من 1 ٪.
2. حماية المستوى الهيكلي
الطلاء المطابق: رش من 50-100 م أكريليك أو سيليكون ثلاثة دهان على سطح لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور لتشكيل طبقة واقية كثيفة ، واستعادة مقاومة العزل إلى أعلى من 10 ΩΩ ؛
تصميم الهيكل المختوم: اعتماد بنية مغلقة بالكامل من "اللوحة الخلفية للإطار المعدني الزجاجي" واستبدال المواد اللاصقة التقليدية مع لحام الليزر ، يتم تقليل نفاذية الرطوبة إلى 0.1G/(M ² · 24H) ؛
تكامل المجفف: يتم تضمين الجفاف الجزيئي الجزيئي (مثل 3A zeolite) في اللوحة الخلفية LCD ، مع قدرة امتصاص الرطوبة بنسبة 20 ٪ بالوزن ، ويمكن أن تحافظ على الرطوبة الداخلية أقل من أو تساوي 40 ٪ RH لمدة 5 سنوات.
3. حماية مستوى النظام
مراقبة مستشعر الرطوبة: مستشعر الرطوبة الرقمي المتكامل (مثل SHT31) ، مراقبة الوقت الحقيقي- للرطوبة الداخلية LCD ، مما يؤدي إلى التدفئة ودائرة إزالة الرطوبة عندما تتجاوز الرطوبة 60 ٪ RH ؛
تقنية التدفئة وإزالة الرطوبة: يتم تضمين فيلم موصل شفاف (ITO) داخل اللوحة الخلفية LCD ، ويتم رفع درجة الحرارة الداخلية إلى 50 درجة عن طريق التدفئة الحالية للنبض لتسريع تبخر الرطوبة ؛
استراتيجية التحكم البيئي: تصميم مقصورة مستقلة مختومة في المعدات الصناعية ، والحفاظ على رطوبة أقل من أو تساوي 50 ٪ RH ودرجة حرارة 25 ± 5 درجة داخل المقصورة من خلال رقائق تبريد أشباه الموصلات ، وتمديد عمر شاشة LCD إلى أكثر من 15 عامًا.
