低溫環境顯示技術

為什麼LCD顯示器會不正常顯示，尤其特別是在低溫環境操作下?

不知道您有沒有發現LCD顯示器在極端低溫環境下運行時，通常會出現顯示區域變暗或變成全黑的畫面，如果在這樣的條件下放置很長時間，很有可能會對顯示器造成永久性損壞。這是因為在低環境溫度下操作時，液晶(LC，Liquid Crystal)的物理特性是在低溫的環境下，其LC的響應時間會趨於變緩，因此導致其顯示畫面有不清楚及圖像殘留問題，因此帶來給使用者帶來訊息及圖像閱讀上的不方便。

影像殘留 (Image Sticking / Image Retention / Image Persistence)

當TFT LCD 顯示器在低溫環境下，常常發生影像鈍化不易辨識，其畫面切換時顯示遲緩以致於造成使用者不便或是判斷錯誤的情況產生，這種情況我們稱呼它為影像殘留(Image Sticking / Image Retention / Image Persistence)。如圖1所示，因液晶在低溫環境溫度下其轉態遲緩的物理特性，故顯示畫面做切換時，其產生畫面重疊的情況。

圖1為TFT LCD模組於恆溫恆濕試驗機內，其測試溫度為-40度C的畫面，圖1(a)為畫面未轉態前的上一個畫面，可看出為一個穩定的彩色條的畫面；當畫面經過轉態，如圖1(b)所示，因液晶的物理原理在低溫下其旋轉速度較為緩慢，故以至於與下一個畫面造成畫面有重疊的情況；圖1(c)所示為經過一段時間後雖畫面重疊的情況較為輕緩，但仍可看到部分畫面重疊的情況；圖1(d)為經過完整轉換後的顯示結果。

在低溫環境下改善LCD顯示的解決方案

寬溫(Wide Temperature)顯示解決方案

通常，標準LCD模塊的溫度範圍為-20°C至+ 70°C。為了滿足客戶的需求，EVERVISION開發了一系列寬溫度TFT LCD模塊，其工作溫度範圍從-30°C到+ 80°C，某些型號的最高溫度可以達到85°C。

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Glass Heater 解決方案

EVERVISION開發的LCD加熱器(Heater)可與我們的TFT顯示模組整合在一起，因此即使在低溫下也擁有最佳顯示效果。LCD透明電熱片在材質上，常見的有聚碳酸酯(PET)與玻璃(Glass)兩種，而億力的LCD透明加熱器由玻璃基板製成，因此我們將其命名為“Glass Heater”，它不僅可以有效地改善LCD圖像殘留問題，更具有耐熱和防潮的優勢。

Glass Heater是如何運作的？ (圖2)

Glass Heater利用直流電流通過ITO阻抗時，其產生電能損耗轉換成熱能的原理而設計的，當阻抗愈小，消耗功率愈大，其產生的熱能也愈多。這樣的概念就很像電湯匙煮水，當我們將電湯匙插上電，其電流通過電湯匙的金屬介面時，其金屬介面會產生熱能，而透過這個熱能便可以來煮水並使其沸騰。

測試條件1 : -40℃/ Normal Environment

表1是說明TFT LCD模組於常溫、-40℃有無開啟 Glass Heater 的結果，從這裡可以看出在常溫的條件下TFT LCD模組其顯示並沒有特別的異常，而在低溫時，因液晶在低溫下的物理特性，故造成畫面轉換殘影嚴重的結果，從實驗結果可以看出啟動Glass Heater可改善液晶低溫轉態遲緩的問題。

測試條件2 : Voltage in 9V / 12V at -40℃ 

如表3所示，Glass Heater 提供彈性的驅動電壓條件以供客戶選擇，我們以Glass Heater 運用於4.3”TFT LCD模組為例，建議的驅動條件分別為9V/600mA及12V/830mA。​

圖4是以4.3吋TFT LCD模組為例搭配Glass Heater的溫度驅動曲線圖，從圖中可觀察到Glass Heater於低溫-40℃環境溫度下開始加熱，分別以固定 9V、12V 的電壓驅動，4.3”TFT LCD顯示模組皆可在５分鐘甚至更短的時間內，將溫度提升至-20度Ｃ以上，以一個符合工控操作溫度（-20~70℃）的TFT LCD顯示器而言，即可恢復液晶（LC，Liquid Crystal)的特性並且正常顯示。

PET Heater與 Glass Heater的差異?

高透明度(Transparency) 和 效率(Efficiency)

Comparing to PET Heater (Table 3), EVERVISION's Glass Heater has higher transparency, better thermal conductivity, heat and humidity resistant and so on.

Glass Heater 與 TFT LCD 顯示器的整合

億力光電自製的Glass Heater其產品厚度約0.4~1.1mm，根據產品結構上的需求可按照客戶在產品設計及應用上提供具有彈性的選擇。此外，Glass Heater更可選擇搭配億力光電自製的TFT LCD模組及電容式觸控屏IPCT (PCAP) 平整貼附於其上，使其成為一個低溫下使用液晶顯示器的完備整合方案，免除並節省工程師針對LCD顯示模組的部分產品開發時間、材料及功能驗證的需求。除了LCD組裝方便外，透過億力光電LCM模組生產製造廠專業的組裝生產，更可節省客戶組裝時的工序及增加TFT LCD模組產品品質上的保證。如圖3所示，為Glass Heater組裝於TFT LCD模組的成品畫面，客戶端可利用Glass Heater所提供的連接器端口，提供適當的電流以調整並控制TFT LCD模組於低溫甚至於常溫下的顯示操作。

選擇適用於極端溫度的LCD顯示模組

總而言之，在為極端溫度環境選擇LCD顯示器時，設計人員首先需要評估的是工作環境：溫度，濕度和濕度。此外，他們還需要考慮屏幕上將顯示的內容：顯示性能，清晰度和正確的信息。考慮到所有這些因素，它將有助於為應用選擇最佳的顯示。EVERVISION所開發的透明顯示加熱器Glass Heater，它不僅可以有效地改善LCD圖像殘留(image sticking)問題，而且還具有耐熱和防潮的優點，導入Glass Heater定將有助於協助改善低溫下顯示效果並同時提供最佳質量的LCD顯示器。如下方影片所示，為同一片 TFT LCD 模組於環境溫度-40度C的情況下，有無開啟Glass Heater的顯示結果

Glass Heater溫度感測方案( Glass Heater Control Solution)

億力開發TFT顯示模組整合溫度感測器(Heater Sensor)的方案，藉由外部感測器自動偵測環境溫度，再透過內建的微處理器(MCU)達到智慧調節與控制，確保TFT顯示器模組能在低溫環境下正常操作，此外，還可以有效管理消耗功率，此一解決方案可搭配億力全系列的TFT模組，且不會受限於原TFT模組之操作溫度範圍，為高度彈性化的整合方案，若想要更進一步的了解，請洽詢 億力光電。

結構說明圖(Block Diagram): TFT LCM + Glass Heater (Transparent Heater)+ Heater Driving Board

i. TFT LCD Module (TFT模組整合Glass Heater)    ii. Heater Driving Board 溫度感測與控制板

適合應用於：食品加工設備、倉儲管理系統、運輸設備、自動化設備、戶外Kiosk、POS...等