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作者:王耀東(2002-08-10);推薦:徐業良(2000-08-16)

TFT-LCD產業下之機構設計人員所扮演之角色

本文件目的在介紹Thin Film Transistor Liquid Crystal Display(簡稱TFT-LCD),以及機構設計人才於此產業中所扮演之角色,並希望發掘最佳化設計的相關問題。

1.     TFT-LCD簡介

TFT-LCD的知識領域包含電子、化學、物理、光學、光電、機械等等,這些相關的專業人才分別執掌薄膜設計(Array Design)、面板設計(Panel Design)、機構設計(Module Design)及回路設計(Circuit Design),其中又以機構設計來主導整個產品的設計流程。圖1所示為TFT-LCD液晶顯示器之產品外觀,該產品為Notebook PC所使用,大型TFT-LCD液晶顯示器(泛指12.1吋以上之顯示器),目前已廣泛的的運用於3C產業,諸如筆記型電腦、LCD螢幕、LCD TV…等等

           

1. 14.1吋液晶顯示器(正、反面)

一個TFT-LCD產品的誕生,首先經由機構設計人員將其產品的規格由數字轉換成3D實體的設計,圖2為機構設計人員利用Pro/Engineer所建構出的實體模型,其中液晶面板尺寸一旦設計完成,機構設計人員需將圖面轉由Array設計及Panel設計人員進行液晶面板的設計,然而機構設計人員並非只將機構完成即可,隨即必須進行鐵框及背光板(Back Light Unit)的細部設計,除了結構上的配合外,另包含了材料資訊的蒐集與應用以及光學的檢證。

2. TFT-LCD液晶顯示器3D實體爆炸圖

2.     TFT-LCD基本構成說明

3為液晶顯示器的基本組成,其中包含鐵框(材質為SUS430)、背光(提供顯示所需的光源)、液晶面板(顯示影像用)、驅動IC、及PCB(處理電器訊號)。產品的幾何外觀全部由機構設計人員完成,再由薄膜設計、面板設計及回路設計進行各部材及TFT元件的設計,其中以液晶面板、驅動IC、及PCB所組成之實裝液晶面板最為脆弱,主要原因為此三者是以異方性導電膜(Anisotropic Conductive Film簡稱ACF)來連接彼此的電器回路。ACF的應用請參考圖4,由於引腳的線寬線距約只有20~30mm,搭載驅動IC的軟性電路板無法承受過大的彎曲變形及振動所造成的疲勞破壞,因此如何降低產品的共振G值亦為其改善對策之一。在TFT-LCD結構上主要以鐵框與背光負責整個結構強度,因此機構設計人員設計幾何圖形時必須考量其強度需求,並給予適當的配合方式如扣爪、彎爪等等,最終再以機械衝擊、振動、落下測試等相關試驗進行強度驗證。

3. TFT-LCD基本組成

4. 異方性導電膜之應用

3.     TFT-LCD使用之背光基本構成說明

由圖5之部分剖面簡圖可以看出背光的主要組成,由冷陰極燈管發光,透過燈反射罩的反射,將光線射入導光板,透過反射片及調光網點,使光柱狀光源轉換成面光源,並由調光網點進行第一階段的光均勻性的調整,再由下擴散片進行第二階段的光均勻性的調整,為提高光的強度,利用上、下集光片將重直向及水平向的光線在聚光一次,使光線透過上擴散片再進入液晶面板。

5. TFT-LCD液晶顯示器局部剖面簡圖

4.     TFT-LCD信賴性檢證的項目

機構完成設計後,需發包給衝壓廠、背光廠進行開模製作,當各部材製作完成,於LCD廠內完成組裝後,隨即進各項的測試工作,表1TFT-LCD液晶顯示器所需進行的信賴性測試項目。其中以機械衝擊試驗(圖6)、振動試驗(圖7)、背面加重屬試驗於機械強度上的驗證。通常振動試驗常發生不良的問題有驅動IC引腳斷裂(如圖8所示)、振動微輝點、白點等問題;另外機械衝擊主要在驗證液晶顯示器的單體強度,會不會因受到一定的外力就造成顯示不良或影響壽命之問題;至於背面加重主要在確保液晶顯示器在一定面積下所受之應力會不會造成顯示上的問題。

1. TFT-LCD液晶顯示器信賴性測試項目

項目

試驗條件

高溫保存

60/240hr

低溫保存

-20/240hr

高溫高濕動作

50/90RH/240hr

低溫動作

0/240hr

高溫動作

50/240hr

冷熱衝擊

-20~60/1Hr100cycles

高溫高濕保存

6090%RH Max/48hr

低壓保存試驗

260 hPa/24hr

振動

1.0G\5~500Hz/0.5, Octave/min, X, Y, Z axis1Hr

機械衝擊

200G-2ms, ±X, Y, Z axis6回(1/2正弦波)

ESD

200pF, 0Ω, 250V, 150pF, 330Ω, ±15kV

背面加重

4點固定,5點加重,Ø50mm, 10Kgf, 5s

6. 衝擊試驗機

        

7. 振動試驗機

8. 左側IC引腳已斷裂、右側IC引腳正常