合肥地鐵５號(hào)線ＬＣＤ動(dòng)態(tài)地圖故障分析

關(guān)鍵詞：LCD動(dòng)態(tài)地圖;燒結(jié);故障分析

中圖法分類號(hào)：U293 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1合肥地鐵5號(hào)線LCD動(dòng)態(tài)地圖

LCD動(dòng)態(tài)地圖屏幕安裝在每個(gè)門區(qū)，每節(jié)車廂安裝8塊LCD動(dòng)態(tài)地圖屏幕;屏幕尺寸為37英寸（16∶2.4），具備高亮度、高壽命等特征，采用LCD加長(zhǎng)型設(shè)計(jì)，為乘客提供必需的旅行信息;每個(gè)客室的PIS主機(jī)接入雙路100Mb/s以太網(wǎng)，以保證LCD動(dòng)態(tài)地圖兩側(cè)的冗余設(shè)計(jì)。圖1為L(zhǎng)CD動(dòng)態(tài)地圖開機(jī)畫面。

在每個(gè)客室門區(qū)上方設(shè)置LCD動(dòng)態(tài)地圖，用于顯示列車運(yùn)行線路、方向、下一站、客室車門的打開側(cè)和換乘站以及相應(yīng)線路的示意圖（圖2）;充分利用LCD動(dòng)態(tài)地圖屏幕的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)顯示列車運(yùn)行的不同狀態(tài)（圖3），即在停車、啟動(dòng)、區(qū)間運(yùn)行、接近車站和站臺(tái)到達(dá)等階段，配合客室廣播做全面和重點(diǎn)的信息顯示，方便乘客出行。

列車兩端的駕駛室PIS主機(jī)發(fā)送控制指令到LCD動(dòng)態(tài)地圖屏幕，實(shí)現(xiàn)畫面的切換、跳轉(zhuǎn)或動(dòng)畫功能[1]，并于到站開門側(cè)與數(shù)字站同步。LCD動(dòng)態(tài)地圖系統(tǒng)具有可擴(kuò)展功能，具有良好的抗干擾、抗震動(dòng)能力，適合合肥市的自然環(huán)境要求。LCD動(dòng)態(tài)地圖屏幕的亮度均勻，對(duì)比度可調(diào)節(jié)。LCD動(dòng)態(tài)地圖系統(tǒng)能夠根據(jù)駕駛室PIS主機(jī)發(fā)來的觸發(fā)信號(hào)顯示對(duì)應(yīng)的信息（圖4），并與數(shù)字廣播同步，具有故障診斷功能，能實(shí)現(xiàn)將LCD終端的故障信息反饋到駕駛室PIS主機(jī)。車廂左右LCD側(cè)動(dòng)態(tài)地圖屏幕能夠鏡像顯示，確保線路方向能與列車運(yùn)行方向保持一致。

2LCD動(dòng)態(tài)地圖故障描述

經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)營(yíng)，合肥地鐵5號(hào)線業(yè)主反饋部分LCD動(dòng)態(tài)地圖屏幕出現(xiàn)了不同程度的燒結(jié)現(xiàn)象，經(jīng)生產(chǎn)廠家的故障分析并結(jié)合業(yè)內(nèi)相關(guān)的專業(yè)數(shù)據(jù)，我們對(duì)此問題進(jìn)行了研究。所謂“燒結(jié)”是指當(dāng)LCD屏幕長(zhǎng)時(shí)間顯示靜止圖像后會(huì)永久顯示暗影（圖5）。當(dāng)LCD屏幕長(zhǎng)時(shí)間顯示靜止圖像時(shí)，顯示靜止圖像位置的像素點(diǎn)液晶就會(huì)出現(xiàn)比其他位置的像素點(diǎn)液晶更嚴(yán)重的老化現(xiàn)象，也就是亮度降低，從而會(huì)出現(xiàn)不可恢復(fù)暗影[2]。而在LCD屏幕背光亮度設(shè)置過高時(shí)，會(huì)加劇像素點(diǎn)液晶的老化程度，使LCD屏幕更快的出現(xiàn)“燒結(jié)”現(xiàn)象。

3對(duì)比測(cè)試及分析原因

通過互換故障與非故障的LCD動(dòng)態(tài)地圖的顯示模塊，進(jìn)行交叉對(duì)比發(fā)現(xiàn)：（1）將正常屏幕和燒結(jié)屏幕的燈條互換，燒結(jié)現(xiàn)象仍存在，排除燈條的原因[3];（2）將正常屏幕和燒結(jié)屏幕的光學(xué)膜互換，燒結(jié)現(xiàn)象仍存在，排除光學(xué)膜材的原因;（3）將正常屏幕和燒結(jié)屏幕的TFT玻璃互換，燒結(jié)現(xiàn)象消失，證明TFT玻璃異常導(dǎo)致出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象。

針對(duì)LCD屏幕上的“燒結(jié)”現(xiàn)象，分析原因如下：（1）液晶屏幕長(zhǎng)時(shí)間停留在一個(gè)畫面，液晶屏幕內(nèi)的顆粒（帶點(diǎn)粒子）在玻璃內(nèi)建立電場(chǎng)，畫面改變之后，液晶分子沒能按照角度偏轉(zhuǎn)到正確的位置。在運(yùn)行時(shí)，UI停在一個(gè)畫面時(shí)間較久，會(huì)加劇液晶屏幕內(nèi)部液晶顆粒的老化，導(dǎo)致燒結(jié)加快出現(xiàn);（2）在低溫環(huán)境下會(huì)恢復(fù)一部分液晶顆粒的活性，減弱燒結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生，但是在溫度過高時(shí)，會(huì)加快液晶顆粒的老化速度，進(jìn)而加快屏幕出現(xiàn)燒結(jié)的現(xiàn)象，而且燒結(jié)現(xiàn)象一旦出現(xiàn)，是不可逆轉(zhuǎn)和修復(fù)的。

根據(jù)以上情況，結(jié)合其他地鐵項(xiàng)目的LCD動(dòng)態(tài)地圖屏幕參數(shù)的設(shè)置，考慮將合肥5號(hào)線LCD動(dòng)態(tài)地圖屏幕的亮度調(diào)整在700cd/m3以下，以免LCD動(dòng)態(tài)地圖在入站巡檢時(shí)長(zhǎng)時(shí)間保持畫面靜止，造成燒結(jié)現(xiàn)象。

在具體驗(yàn)證試驗(yàn)計(jì)劃中，選取4組供應(yīng)商生產(chǎn)的LCD動(dòng)態(tài)地圖屏幕作為參照組。

（1）參照組1：選取屏幕已經(jīng)有燒結(jié)的LCD動(dòng)態(tài)地圖10件，亮度調(diào)至1000cd/m³以上。

（2）參照組2：選取屏幕已經(jīng)有燒結(jié)的LCD動(dòng)態(tài)地圖10件，亮度調(diào)至700cd/m³以下。

（3）參照組3：選擇屏幕正常的LCD動(dòng)態(tài)地圖10件，亮度調(diào)至700cd/m³以下。

（4）參照組4：選取屏幕正常的LCD動(dòng)態(tài)地圖10件，亮度調(diào)至1000cd/m³以上。

將4組LCD動(dòng)態(tài)地圖屏幕的畫面保持不變，連續(xù)點(diǎn)亮72小時(shí)以上：在參照組1和參照組2中，亮度調(diào)低的LCD動(dòng)態(tài)地圖屏幕燒結(jié)現(xiàn)象未加深，而亮度1000cd/m³以上的LCD動(dòng)態(tài)地圖屏幕燒結(jié)現(xiàn)象有加深;在參照組3中，LCD動(dòng)態(tài)地圖屏幕未出現(xiàn)屏幕燒結(jié)現(xiàn)象;在參照組4中，LCD動(dòng)態(tài)地圖屏幕出現(xiàn)屏幕燒結(jié)現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果說明，在調(diào)高屏幕高亮度（1000cd/m³）的情況下，已燒結(jié)的屏幕會(huì)出現(xiàn)損壞情況或正常的屏幕出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象。而降低屏幕亮度，則可以緩解正常屏幕出現(xiàn)燒結(jié)的問題。

調(diào)整屏幕亮度的主要目的是通過降低LCD屏幕的背光功率來降低損耗和溫度。經(jīng)查閱LCD原廠屏手冊(cè)（圖5）發(fā)現(xiàn)，推薦的工作溫度為不高于50℃。而工作溫度超過50℃，液晶模組的穩(wěn)定性和壽命將呈明顯降低。

通過熱電偶溫度儀，我們對(duì)合肥地鐵5號(hào)線已經(jīng)出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象的LCD模組相關(guān)位置進(jìn)行了溫度測(cè)試：將LCD屏幕的亮度調(diào)整至1000cd/m³以上，并保持其他參數(shù)不變，結(jié)果如表1所示。在供電到120分鐘時(shí)，LCD屏幕的溫度達(dá)到47.2℃，且隨著時(shí)間的推移其最終溫度超過50℃。查閱LCD原廠屏手冊(cè)可知，49.8℃已經(jīng)達(dá)到LCD屏幕正常工作時(shí)所承受的邊沿溫度。而50℃以上的工作環(huán)境溫度會(huì)加速LCD屏幕的老化，減少使用壽命，從而引發(fā)質(zhì)量問題。

4結(jié)論與整改對(duì)策

LCD屏幕的性能和溫度的變化有很大的關(guān)系，具體表現(xiàn)為：（1）溫度過高，電子與空穴的濃度增加，禁帶寬度減小，使電子遷移率降低;（2）溫度過高，熒光粉量子效率減少，出光變少，LCD提光就隨之減少，使LCD屏幕的發(fā)光率變小;（3）溫度過高，芯片的藍(lán)光波峰向長(zhǎng)波方向偏移，芯片的波長(zhǎng)與熒光粉的波長(zhǎng)不匹配，使LCD屏幕的外部提取光的效率變低;（4）由于LCD屏幕以硅膠進(jìn)行封裝，溫度過高使得硅膠產(chǎn)品內(nèi)部受熱，因此硅膠折射率下降，從而影響LCD屏幕的光效[4]。所以，高溫是造成LCD屏幕光衰、縮短LCD屏幕壽命的根源?？傊?，溫度過高直接影響LCD屏幕的發(fā)光率、光折射率和光衰等相關(guān)指標(biāo)。

合肥地鐵5號(hào)線LCD動(dòng)態(tài)地圖屏幕出現(xiàn)的燒結(jié)現(xiàn)象主要體現(xiàn)為局部暗斑、偏黃或黑影等，為L(zhǎng)CD屏幕工作溫度超出要求規(guī)范引起的故障。由于LCD屏幕的工作溫度主要受背光板的影響，且亮度越高發(fā)熱量越大，因此降低亮度讓LCD屏幕工作在合理的溫度環(huán)境下，是可以避免因溫度過高而出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象的。

對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象的LCD動(dòng)態(tài)地圖屏幕進(jìn)行更換，并將合肥地鐵5號(hào)線的所有LCD動(dòng)態(tài)地圖屏幕亮度都降低，調(diào)至700cd/m³，使LCD屏幕的工作溫度保持在合理區(qū)間，從而有效降低LCD屏幕的故障率。經(jīng)過運(yùn)營(yíng)單位反饋，在整改后近6個(gè)月時(shí)間內(nèi)，合肥地鐵5號(hào)線LCD動(dòng)態(tài)地圖屏幕的燒結(jié)現(xiàn)象有了較為明顯的改善，運(yùn)營(yíng)單位對(duì)LCD動(dòng)態(tài)地圖屏幕的整改效果較為滿意。

5結(jié)語

地鐵在城市公共交通中扮演著重要角色，在人們的工作和生活中占據(jù)了重要地位。乘客信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行能提高運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，隨著城市軌道交通的建設(shè)進(jìn)程逐步加快，保障相關(guān)設(shè)備的穩(wěn)定、安全運(yùn)行顯得尤為重要。

作者簡(jiǎn)介：

許亮（1985—），本科，工程師，研究方向：軌道交通乘客信息系統(tǒng)。