L'écran d'interruption STN est-il adapté à des environnements de pression élevés - ou basse -?

一, caractéristiques techniques et sensibilité à basse pression de l'écran de rupture du code STN
1. Disposition des molécules de cristaux liquides et mécanisme de réponse au champ électrique
L'écran de rupture du code STN réalise la rotation de la direction de polarisation de la lumière à travers des molécules de cristal liquide nématiques ultra torsadées (angle de torsion de 180 degrés -270 degrés), combinée à un film polarisant pour former un effet d'affichage du contraste entre la lumière et l'obscurité. Ses avantages fondamentaux résident:
Tension de conduite basse: la tension de fonctionnement typique est de 3 à 5 V, adaptée à l'équipement alimenté par batterie;
Angle de vision large: par rapport aux écrans TN, l'angle de vision de STN peut être étendu à ± 60 degrés, en répondant aux besoins de la surveillance industrielle de base;
Faible coût: en utilisant un lecteur de matrice passif, aucun transistor à film mince TFT n'est requis et le coût est réduit de 40% - 60% par rapport à TFT-LCD.
Cependant, la disposition des molécules de cristal liquides dans les écrans STN est extrêmement sensible à la résistance au champ électrique. Dans les environnements de pression faibles -, la diminution de la résistance à l'isolation de l'air peut entraîner les problèmes suivants:
Décharge de la corona: Lorsque la pression de l'air est inférieure à 50kpa, la résistance du champ électrique entre la couche de cristal liquide et l'électrode peut dépasser le seuil de dégradation de l'air, provoquant une décharge partielle, entraînant une disposition désordonnée des molécules de cristal liquide, conduisant à des images floues ou résiduelles;
Délai de réponse: Sous basse pression, la densité des molécules de gaz diminue, la vitesse de torsion des molécules de cristal liquide ralentit et le temps de réponse peut être étendu de 200 ms dans des conditions standard à plus de 500 ms, affectant l'affichage réel - des données dynamiques.
2. Effet de la structure d'étanchéité et de la différence de pression
Les écrans de rupture de code STN utilisent généralement une structure scellée avec un substrat en verre et une encapsulation en résine époxy, remplie de matériau de cristal liquide à l'intérieur. Dans des environnements de pression faibles -, la structure d'étanchéité doit résister à la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur:
Différence de pression statique: lorsque l'équipement s'élève rapidement du niveau de la mer (101,3 kPa) à une altitude de 5000 mètres (pression d'air d'environ 54 kpa), la pression de l'air interne peut être plus élevée que l'environnement externe, ce qui fait s'étendre au substrat de verre;
Différence de pression dynamique: dans les avions, la pression de l'air peut passer fortement de 101,3 kpa au sol à 20kpa à l'altitude de croisière, avec un taux de changement de différence de pression dépassant 10 kpa / min, ce qui peut provoquer la décollement de la couche adhésive d'étanchéité ou du verre.
2, l'impact clé de l'environnement de pression faible - sur l'écran du code STN
1. Détérioration des performances électriques
Diminution de la résistance à l'isolation: l'humidité de l'air et la pression affectent conjointement les performances d'isolation. Dans une pression faible - et des environnements d'humidité élevés (comme à une altitude de 3000 mètres et une humidité de 80% Rh), la résistance à l'isolation des écrans STN peut diminuer de 1012 Ω dans des conditions standard à 108 Ω, augmentant le risque de courant de fuite;
Réduction de la tension de panne: Selon la loi de Paschen, la tension de dégradation du gaz suit une relation de courbe en forme U - avec la pression de gaz multipliée par l'espacement des électrodes (valeur PD). Lorsque la pression de l'air chute en dessous de 30kpa, l'espacement des électrodes de l'écran STN (généralement 5-10 μm) peut entrer dans la zone sensible à la tension de panne, provoquant des courts-circuits électriques.
2. Afficher la dégradation de la qualité
Atténuation du contraste: la stabilité de la disposition des molécules de cristaux liquides diminue sous basse pression, ce qui peut entraîner une chute du contraste de 100: 1 dans des conditions standard à moins de 60: 1, ce qui rend difficile la distinction dans des environnements légers forts (tels que les zones d'altitude élevées extérieures);
Débus de couleur: Pour les écrans de couleur STN (CSTN), la basse pression de l'air peut provoquer des vitesses de réponse incohérentes des sous-pixels RVB, entraînant une distorsion des couleurs (comme le jaune verdâtre ou le rouge étant plus foncé).
3. Risque de fiabilité mécanique
Concentration de contrainte thermique: Dans les environnements de pression faibles -, l'efficacité de dissipation thermique de l'équipement diminue et la température interne des écrans STN peut augmenter de 10 à 15 degrés. La différence de coefficient de dilatation thermique entre le substrat en verre et le matériau de cristal liquide (verre: 3 × 10-6 / degré, cristal liquide: 100 × 10-6 / degré) peut entraîner une délamination d'interface ou afficher des anomalies;
Effet de couplage des vibrations: Dans les environnements d'aviation ou de véhicules, l'effet de couplage entre basse pression et vibration (comme les fréquences de 10-2000 Hz et l'accélération de la 5G) peut accélérer la fatigue de la structure d'étanchéité et raccourcir la durée de vie de l'écran.
3, schémas d'optimisation adaptative dans la pratique de l'ingénierie
1. Amélioration des matériaux et des processus
Emballage à haute pression: La technologie d'étanchéité du métal à verre est utilisée pour contrôler la pression interne de la chambre scellée légèrement supérieure à l'environnement externe (comme 60 kPa), compensant une partie de la différence de pression;
Matière cristalline liquide à large température: Sélectionnez des matériaux de cristal liquide avec une faible viscosité et une anisotropie diélectrique élevée (comme Merck ML-6612) pour améliorer la vitesse de réponse sous basse pression;
Revêtement anti-corona: dépôt de dioxyde de silicium (SiO ₂) ou de couche d'isolation de nitrure de silicium (Si ∝ N ₄) sur la surface de l'électrode pour augmenter la tension de dégradation à plus de 300 V.
2. Conception de renforcement structurel
Support de bordure amélioré: ajoutant un cadre métallique au bord du substrat de verre pour améliorer la rigidité de flexion et empêcher la déformation causée par les différences de pression;
Renforcement flexible de la carte de circuit imprimé (FPC): le FPC est en substrat de polyimide (PI) et fixé avec une plaque de renforcement pour réduire la relâchement du connecteur causée par les vibrations.
3. Algorithme de compensation environnementale
Réglage de la tension dynamique: En surveillant la pression d'air ambiante à travers un capteur de pression, la tension de conduite est ajustée en temps réel (comme l'augmentation de la tension de 0,5 V pour chaque diminution de 10 kpa de la pression d'air) pour compenser la diminution de la résistance à l'isolation;
Contrôle de liaison de la luminosité de la température: combiné avec les données des capteurs de température, il réduit automatiquement la luminosité du rétroéclairage (comme de 400cd / m ² à 200cd / m ²) dans des environnements à haute température et à basse pression, réduisant la contrainte thermique.
4, cas d'application typique et vérification des performances
1. Système d'affichage des instruments d'aviation
Une certaine société d'électronique d'aviation a conçu des instruments d'écran de rupture de code STN pour les avions de transport, réalisant l'adaptabilité de pression faible - à travers les mesures suivantes:
Test de cycle de pression: 1000 cycles de test ont été effectués dans des conditions de -55 degrés à +85 et 20kpa à 101,3kpa, et aucune fuite ou affichage anormal ne s'est produit;
Conception de la suppression de la corona: Déposez une couche de 100 nm SiO ₂ sur la surface de l'électrode pour augmenter la tension de panne de 220 V à 380 V, respectant la norme RTCA / DO-160G.
2. Terminal de surveillance de puissance à haute altitude
Le long du chemin de fer du Tibet Qinghai à une altitude de 4500 mètres, une certaine entreprise électrique utilise des compteurs intelligents avec des écrans de coupure STN renforcés:
Matière de cristal liquide à large température: le cristal liquide ML-6612 est sélectionné pour maintenir un temps de réponse inférieur à 300 ms dans un environnement de -40 degré à +85;
Traitement anti-regard: ajoutez un revêtement AR à la surface du polariseur pour augmenter le rapport de contraste de 8: 1 à 12: 1 sous une lumière forte (100000lux).