空調遙控器液晶碘遷移失效的研究與應用

解偉　張成成　李文濤　王小龍　施慶西

摘 要：偏光片是LCD液晶顯示器的核心原件，其貼附在液晶玻璃上下側，配合液晶的轉動控制光線在液晶面板內的通過與否來達到顯示效果。偏光片有三種類型，包括透射類型、反射類型和半透半反類型。由于反射類型偏光片是靠自然光反射顯示，因而，不需要背光源，具有省電、低成本的特點，在家電遙控器領域得到廣泛應用。在偏光片生產制作程中，是通過涂覆一層鋁膜來實現(xiàn)反射功能，由于鋁屬于活潑性金屬，因而在濕熱環(huán)境中容易被氧化，使得偏光片失去反射功能，造成顯示性能的缺陷。

關鍵詞：液晶;遷移;反射型;鋁膜

中圖分類號：TQ341.2文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）13-0045-03

Research and Application of Liquid Crystal Iodine Migration

Failure in Air Conditioner Remote Control

XIE Wei ZHANG Chengcheng LI Wentao WANG XiaoLong SHI Qingxi

（GREE Electrical Appliances （Zhengzhou） Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450001）

Abstract： Polarizers are the core elements of LCD liquid crystal displays. They are attached to the upper and lower sides of liquid crystal glass， and the rotation of the liquid crystal is used to control the passage of light in the liquid crystal panel to achieve the display effect. There are three types of polarizers， including transmission type， reflection type and transflective type. Since the reflection type polarizer is based on natural light reflection display， it does not require a backlight source， has the characteristics of power saving and low cost， and is widely used in the field of home appliances remote control. In the production process of the polarizer， the reflection function is realized by coating an aluminum film. Since aluminum is a reactive metal， it is easily oxidized in a hot and humid environment， causing the polarizer to lose its reflection function and cause defects in display performance.

Keywords： liquid crystal;migration;reflective;aluminum film

1 研究背景

2019年7月，格力電器（鄭州）有限公司接到售后反饋：空調遙控器液晶出現(xiàn)麻點不良。經過分析確認為使用的A廠家液晶偏光片反射層被氧化，形成了針孔狀缺陷導致。本文通過對麻點成分進行分析，失效機理研究、試驗模擬驗證，給出液晶麻點產生的根本原因及管控措施，旨在提升偏光片耐候性能，滿足偏光片在極端環(huán)境下的使用要求。

2 分析及驗證

2.1 故障品復核確認

對故障品進行拆分，確認麻點位于底偏光片反射層鋁膜表面（見圖1），故障液晶為2017年制品，顯示麻點在遙控器生產過程多道工序可控，因此可以排除液晶裝配環(huán)節(jié)之前出現(xiàn)異常的可能。售后退回遙控器為2018年1月份生產，2019年7月份安裝時反饋麻點問題，期間存在1～2年的存儲過程。研究者認為，在此過程中液晶本身或者液晶同外部環(huán)境發(fā)生了某種物理化學反應導致，因此抽取庫存液晶進行不同類別環(huán)境試驗驗證。

2.2 試驗驗證

2.2.1 高溫試驗。抽取庫存各廠家液晶每批次20PCS，根據(jù)企標要求的試驗條件，在上限存儲溫度（60 ℃）下放置240 h，觀察液晶表面未出現(xiàn)麻點現(xiàn)象，試驗不停止，將實驗周期延長至480 h，觀察各廠家液晶表面均無異常。

2.2.2 低溫試驗。抽取庫存各廠家液晶每批次20PCS，根據(jù)企標要求的試驗條件，在下限存儲溫度（-10 ℃）下放置240 h，觀察液晶表面未出現(xiàn)麻點現(xiàn)象，試驗不停止，將實驗周期延長至480 h，觀察各廠家液晶表面均無異常。

2.2.3 鹽霧試驗。抽取庫存各廠家液晶每批次20PCS，根據(jù)企標要求的試驗條件，在溫度（35±2）℃，NaCl濃度5%的標準鹽霧箱內連續(xù)放置24 h，觀察液晶表面無異常，試驗不停止，將實驗周期延長至480 h，觀察各廠家液晶表面均未出現(xiàn)麻點現(xiàn)象。

2.2.4 潮態(tài)試驗。抽取庫存各廠家液晶每批次20PCS，根據(jù)企標要求的試驗條件，在50 ℃，（93%±3%）RH環(huán)境下放置240 h，觀察液晶表面無異常，試驗不停止，將實驗周期延長至336 h時，A廠家液晶表面復現(xiàn)了麻點現(xiàn)象（見圖2）。

通過以上試驗驗證可以看出，液晶在進行標準加嚴試驗時，只有在潮態(tài)試驗環(huán)境下復現(xiàn)了麻點現(xiàn)象，這與售后故障品的安裝所在地環(huán)境（珠三角地區(qū)）相吻合，但是麻點的產生原因暫不明確，需要對其成分進一步分析確認。

2.3 麻點成分分析

2.3.1 售后液晶故障品。售后故障品麻點位于反射片的鋁膜表面，對鋁膜表面麻點位置進行成分掃描，并與正常品進行對比，發(fā)現(xiàn)故障品麻點位置含有碘元素，而正常品及故障品非麻點區(qū)域不含碘元素;在鋁膜接觸的PSA膠表面，對應麻點位置含有碘和鋁元素，正常品及故障品非麻點區(qū)域不含有碘和鋁元素（見圖3）。

2.3.2 試驗驗證故障品。對潮態(tài)試驗后出現(xiàn)麻點的樣件進行成分掃描，同樣發(fā)現(xiàn)麻點區(qū)域鋁膜表面較正常品多出了碘元素（見圖4），與售后失效樣品測試結果相同。

3 失效機理確認

通過以上對故障品麻點的成分分析對比，可以確認是由于碘元素與鋁膜發(fā)生了反應導致該異常，而碘元素只應用于液晶的PVA層，因此推測PVA層的碘元素在某種情況下擴散到了鋁層，發(fā)生化學反應形成了麻點現(xiàn)象，需要進一步對材料成分層面進行分析。

3.1 材料特性

通過了解液晶的生產工藝，可以確認碘是液晶偏光片的基礎原料，因碘分子具有對光的二色性，被拉伸后的偏光膜具備偏光特性[1]，碘以結晶態(tài)形式固定在PVA分子中，此時碘分子在PVA膜內主要以范德華力[2]形式與PVA分子鏈進行結合排列，結合的穩(wěn)定性較弱，而且碘屬于易揮發(fā)固體，在45 ℃左右會發(fā)生升華，到77 ℃時碘升華完畢，如果溫度過高，碘容易從PVA膜內揮發(fā)逸出。PVA素子拉伸原理如圖5所示。

TAC和PSA屬于高分子材料，存在分子間隙，有一定的透過性。TAC和PSA材料的水汽透過率為350～400 g/m2·d[3]，碘分子直徑0.335 nm，水分子直徑0.4 nm，理論上碘分子透過率比水分子透過率更大，更容易從TAC和PSA層穿透過去。碘分子與水汽擴散如圖6所示。

3.2 反應原理

碘分子逸出后可以穿透TAC和PSA層，從而抵達鍍Al層。Al層腐蝕機理如下。

①水會發(fā)生弱電離[H2O]=[H+]+[0H-]，溫度越高電離程度越強，水汽能從背面PET基膜穿透到Al層，Al是活潑金屬，會與[H+]及[0H-]反應，從而生成氫氧化鋁[Al（OH）3]。

②碘穿透到達Al層后，溶解于高溫水汽中，在水汽的催化作用下，碘與鋁發(fā)生劇烈反應，最終生成碘化鋁[AlI3]，因此Al層被消耗形成麻點。

4 改善建議

第一，液晶原材料方面，應選擇致密性更高的TAC廠家及型號，或尋找耐候性更強的可替代材料，降低水汽透過率，以此來降低碘及水汽對鋁膜的腐蝕。

第二，廠家生產方面，通過提升染著槽溫度和碘液濃度進改善，雖然表層及浸入不深的碘依然會揮發(fā)，但內部的碘會更加牢固地嵌入PVA內層膜中，從根本上抑制碘的揮發(fā)逸出。

第三，客戶使用前可以通過相關環(huán)境型式試驗（如潮態(tài)）進行快速驗證識別，防止可靠性異常液晶被用于生產線，確保產品質量的可靠性。

參考文獻：

[1]于匯洋，曹亞，陳金耀.不同聚乙烯醇偏光基膜的結構與性能[J].高分子材料科學與工程，2016（4）：261-265.

[2]汪小蘭.有機化學[M].4版.北京：高等教育出版社，2007.

[3]邵自強，李胤，王文俊.液晶顯示屏用三醋酸纖維素的合成及性能[J].高分子材料科學與工程，2007（4）：105-107.

收稿日期：2020-04-09

作者簡介：解偉（1983—），男，本科，中級工程師，研究方向：空調整機與器件可靠性研究。