液晶显示模块机械破坏性实验分析-栾玉静2

1、 技术论文液晶显示模块的机械破坏性实验研究 单位： 中航国际深圳公司 天马微电子股份有限公司 作者： 栾 玉 静 日期： 2011 年 8 月 2 日 液晶显示模块的机械破坏性实验研究摘要 目前很多客户都会对液晶显示模块做一些机械破坏性实验（如跌落实验，重载试验，钢球试验等）来模仿终端消费者的在一些特定的情况下的使用产品的状况。这些机械破坏性实验无论是对于客户的整机设计还是我司模块的结构设计都有一定的特殊性。本文通过对液晶显示模块的试验研究来总结出解决机械性破坏试验的方法，以便设计人员参考。关键词 跌落试验；重载试验； 钢球试验；背景 随着电子业的不断发展，终端消费者的要求越来越高。电子制造业

2、对液晶显示模块的可靠性要求越来越高。为模拟终端消费者的使用情况，越来越多的电子制造企业会制定一系列可靠性试验来检验液晶显示模块和整机机壳的可靠性。其中机械性破坏试验（如：跌落实验、压力试验、钢球试验等）是可靠性试验的一类重要的试验。这类试验对液晶显示模块设计也是一项新的考验，有待于结构设计工程师研究。本文先从整机分析开始，举例说明了整机机壳设计及配件选择对实验的影响。再从液晶显示模组的背光开始分析，举例说明了对于类似机械性破坏试验背光的相关设计。从中得出一些设计心得，以便结构设计人员参考。3.2 液晶显示模块的原因分析 3.2.1.背光胶框的因素 在机械性破坏试验中，液晶显示模块背光胶框对玻璃

3、有一定的作用力。如果背光胶框闭合性良好，玻璃在一个受力均匀的腔体中不宜破裂。但如果这个受力均匀的腔体被打破，那就会有一部分力作用在玻璃上，使玻璃破裂。 案例一跌落试验屏裂分析 经过对样品的分析，发现最初设计的液晶显示模块背光的强度不够。除了样品玻璃封口的补强没有封上之外，背光下方FPC的胶框部位也不够坚固。后续改善的样品模块将胶框在FPC的伸出处断开让位，断开的两部分都与背光的整体联结。这样的设计在FPC的伸出位置就很牢固，可以起到支撑的作用，有利于保护玻璃 。具体如图1所示。固定效果好，有利于保护玻璃。固定不好，起不到保护玻璃的作用。 图1 另外，针对玻璃封口补强问题，将背光的封口封上，来增

4、强胶框的强度。如图2所示。这样改善了跌落试验时再封口起裂的问题。 改善前 改善后 图23.2.2 背光玻璃槽深的因素 背光槽的深度对跌落实验的影响是有目共睹的，很多国外的电子制造商在项目的开始初就对背光槽深有一定的要求了。例如韩国公司一般要求背光槽深要高出玻璃表面0.20MM最小。 但我司仍有一些由于背光槽深造成的跌落不良事例，如夏新TM3240320D1NFWGWC。此款背光是引用的TM240320JNFWUG B-3，此背光的玻璃槽深度是1.30mmMIN,玻璃厚度是0.50mmMM，偏光片厚度0.135mm。理论值胶框只比玻璃高出0.03mm MIN。胶框和玻璃表面也是基本处于同一平面，

5、这就使胶框原有的对玻璃的保护作用减弱，当触摸屏受到外力产生形变后，大部分的力直接传导到玻璃上，因此造成跌落试验时屏裂的现象。又因为在这种状况下的跌落试验中，玻璃的受力位置是不可确定的，因此就会出现了屏裂的位置不定。基于以上的原因我们更改了玻璃的厚度，由原来的0.50MM的玻璃更改为0.40MM，使LCM胶框和玻璃表面的距离由原来的0.03mm MIN增大为0.23mmMIN。经过试验验证可以完全解决跌落试验屏裂的问题。 鉴于以上的案例，我们可以看出背光槽深的重要性。所以在设计项目时一定要保证背光槽深高处玻璃上偏光片0.1MM最小，以保证机械性破坏实验的可靠性。3.2.3.导光板卡扣的因素a.卡

6、扣的个数 通常液晶显示模块的背光制造厂设计背光卡扣的标准是：2.0寸以下的6个卡扣，2.0寸以上的8个卡扣，卡扣位置根据需要，设计要求基本均匀。 这样的设计对于跌落试验要求高的客户是不够的。因为，卡扣越多，导光板与胶框接触的面积越大。跌落试验中胶框可以更好的固定住导光板，阻止导光板的变形。以提高模块的抗跌落性。也就是说，卡扣越多，背光对玻璃的保护越好，模块的抗跌落性越好。 例如：TM3240320D0NFWGWC原来使用的导光板是8个卡扣的，正面4个，反面4个。后续改为14个，正面6个，反面8个（如图10所示）。跌落试验的问题得到了解决.b卡扣的位置 正常情况下，背光卡扣位置的设计是均匀分布的

7、，但是在一些不特定的因素下，如设计空间不够，设计方面等情况，背光制造厂不会设计的均匀。这样不均匀的卡扣的设计，会导致导光板在跌落试验时受力不均，容易变形，从而挤压到玻璃。 TM3240320D0NFWGWC项目的背光，供应商曾经将背面最下面的一对卡扣设计到了正面，致使我司的跌落试验得不到改善，后面经过采纳客户的建议，将这对卡扣移到了现在的反面，跌落试验得到了彻底的解决。 图103.1客户整机原因分析 机械性破坏试验是对客户整机设计和模块设计的共同考验，机械性破坏试验出现问题对客户整机的分析也是必要的。如果客户机壳与模块配合的很好，客户机壳中零部件对模块保护的很好，那机械型破坏试验一般是可以通过

8、的。如下文所述的几个试验可以说明这一点。3.1. 1. 整机机壳的影响TM128128A4KFWGWC48重载屏裂试验分析 试验条件： 用70Kg的力压手机正反两面各两秒之后屏裂 数量：3片 测试图片：（如图1） 不良概况： 客户测试3片，有3片全部屏裂，不良现象如图2。 图1 图2 手机在做载重实验时，手机受重力影响中间部分向下会有一定的突起。但在手机内部。上机壳卡扣给模块的力向下，下机壳有电池让位的部分会随着下机壳向下，而没有电池让位的地方由于有机壳的保护就有一定的向上支撑的力。两种力刚好在模块的约1/2处汇合，相当于一个向上和向下的力来掰模块，所以模块此处非常容易屏裂。如图3所示： 力的

9、方向力的方向力的方向 图3 解决方案：客户更改机壳，在手机上机壳增加两条0.8MM厚的的加强筋来抵抗一部分拉扯力。问题解决之后，项目进入批两状态，总量约1KK。加强筋加强筋 图4 3.1.2. 整机机壳零部件的影响TM128128A4KFWGWC44整机钢球试验屏裂分析 客户测试条件：手机侧面：100g（重量100克）钢球、50cm高度落下 手机屏面：100g（重量100克）钢球、20cm高度落下 测试点： Lens中心点及外壳上任意3个薄弱点。不良图片如图5所示。 图5 经过分析验证发现整机机壳中的泡棉是解决屏裂的关键。 整机中的泡棉使用恰当的话可以在钢球试验时起到力的缓冲作用，保护模块。此

10、款手机上机壳中的泡棉厚而且硬，泡棉压缩前的状态模块已经突出手机上盖的模块区胶壳，如果装上手机主板之后泡棉就要压缩相应的厚度（如图6所示）。在钢球试验时，泡棉可压缩的空间很小，起到的缓冲作用不足。不能够保护到模块。将手机上机壳使用的泡棉更改为较软一些的泡棉，并增大泡棉的面积（如图7所示），使泡棉起到的缓冲作用加大。从而解决钢球试验屏裂的问题,此项目进入批量状态，批量了约2KK。泡棉压缩前模块突出手机上盖的模块区胶壳泡棉需要压缩的厚度 图6增加泡棉宽度 图73.2 液晶显示模块的原因分析 3.2.1.背光胶框的因素 在机械性破坏试验中，液晶显示模块背光胶框对玻璃有一定的作用力。如果背光胶框闭合性良

11、好，玻璃在一个受力均匀的腔体中不宜破裂。但如果这个受力均匀的腔体被打破，那就会有一部分力作用在玻璃上，使玻璃破裂。 TM3240320D0NFWGWC跌落试验屏裂分析固定效果好，有利于保护玻璃。 经过我们对客户样品模块的分析，发现我司模块背光的强度不够。除了我司模块样品玻璃封口的补强没有封上之外。客户样品背光下方FPC的胶框部位，没有向我们一般的背光那样做成后面没有胶的那种，而是将胶框在FPC的伸出处断开让位，断开的两部分都与背光的整体联结。这样的设计在FPC的伸出位置就很牢固，可以起到支撑的作用，有利于保护玻璃 。具体如图8所示。固定不好，起不到保护玻璃的作用。 天马样品 客户样品 图8 另

12、外，针对玻璃封口补强问题，要求背光供应商将背光的封口封上，来增强胶框的强度。如图9所示。这样改善了跌落试验时再封口起裂的问题。 改善前 改善后 图93.2.2 背光玻璃槽深的因素 背光槽的深度对跌落实验的影响是有目共睹的，很多国外的客户在项目的开始初就对背光槽深有一定的要求了。例如：TM3240320D0NFWGWC，韩国客户要求背光槽深要高出玻璃表面0.20MM。但我司仍有一些由于背光槽深造成的跌落不良事例，如夏新TM3240320D1NFWGWC。此款背光是引用的TM240320JNFWUG B-3，此背光的玻璃槽深度是1.30mmMIN,玻璃厚度是0.50mmMM，偏光片厚度0.135m

13、m。理论值胶框只比玻璃高出0.03mm MIN。胶框和玻璃表面也是基本处于同一平面，这就使胶框原有的对玻璃的保护作用减弱，当触摸屏受到外力产生形变后，大部分的力直接传导到玻璃上，因此造成跌落试验时屏裂的现象。又因为在这种状况下的跌落试验中，玻璃的受力位置是不可确定的，因此就会出现了屏裂的位置不定。基于以上的原因我们更改了玻璃的厚度，由原来的0.50MM的玻璃更改为0.40MM，使LCM胶框和玻璃表面的距离由原来的0.03mm MIN增大为0.23mmMIN。经过试验验证可以完全解决跌落试验屏裂的问题。 鉴于以上的案例，我们可以看出背光槽深的重要性。所以在设计项目时一定要保证背光槽深高处玻璃上偏

14、光片0.1MM最小，以保证机械性破坏实验的可靠性。3.2.3.导光板卡扣的因素a.卡扣的个数 通常背光厂设计背光卡扣的标准是：2.0寸以下的6个卡扣；2.0寸以上的8个卡扣。卡扣位置均匀设计。 这样的设计对于跌落试验要求高的客户是不够的。因为，卡扣越多，导光板与胶框接触的面积越大。跌落试验中胶框可以更好的固定住导光板，阻止导光板的变形。以提高模块的抗跌落性。也就是说，卡扣越多，背光对玻璃的保护越好，模块的抗跌落性越好。 例如：TM3240320D0NFWGWC原来使用的导光板是8个卡扣的，正面4个，反面4个。后续改为14个，正面6个，反面8个（如图10所示）。跌落试验的问题得到了解决.b卡扣的

15、位置 正常情况下，背光卡扣位置的设计是均匀分布的，但是在一些不特定的因素下，如设计空间不够，设计方面等情况，背光供应商不会设计的均匀。这样不均匀的卡扣的设计，会导致导光板在跌落试验时受力不均，容易变形，从而挤压到玻璃。 TM3240320D0NFWGWC项目的背光，供应商曾经将背面最下面的一对卡扣设计到了正面，致使我司的跌落试验得不到改善，后面经过采纳客户的建议，将这对卡扣移到了现在的反面，跌落试验得到了彻底的解决，此项目也进入了批量阶段。并将此次跌落总结加入了我司的DFMEA. 图104 总结及结论 通过本文对机械性破坏试验的分析，我们知道对机械性试验不良的分析要先从客户整机与我司液晶显示模块的配合开始。首先要分析客户机壳受力情况，要保证液晶显示模块在一个受力均匀的环境下工作，另外，客户整机中的配件（如泡棉）要使用恰当。 对于液晶显示模组的设计，主要体现在背光的设计上，要注意以下几点： （1）背光胶框的设计要考虑其闭合性。机械试验时受力分布均匀，有利于胶框对玻璃的保护。 （2）背光的玻璃槽深设计要使胶框高处玻璃上偏光片0.10MM最小。这样设计同样有利于胶框对玻璃的保护。 （3）导光板的卡扣设计数量尽量多且