主题:【第十三届原创】【发现微观世界】北国“雾凇”——大屏幕电视机偏光片失效现象一例

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发现微观世界北国“雾凇”——大屏幕电视机偏光片失效现象一例

    由于制造质量缺陷及使用环境恶劣(主要是高热潮湿)的问题,一些液晶显示器会出现偏光片失效引起的屏幕故障。下面是一台2009年生产的某46寸液晶电视机,平时开机时间不多,最近发现偏光片失效(前期故障现象轻微,逐步恶化)。故障现象很特别,呈现一片北国“雾凇”景象。

拍摄工具:华为荣耀5X手机(1300万像素),60X手机夹显微镜。
拍摄环境:室内自然光线,电视机开机状态
拍摄参数:手机自动对焦、手动亮度及电子倍率调节,显微镜手动对焦,总最大倍率约10X60
拍摄时间:近期



一、图片
1、先欣赏一张大自然的雾凇图片



2、故障图片(手机拍摄,未接入显微镜)













3、接入手机显微镜观察
正常情况下的电视屏幕LCD显微图片(白色屏幕状态),LCD的红、绿、蓝三色滤镜:



故障电视机屏幕显微图片,清楚地看到“雾凇”在液晶滤镜的表面。是表面的偏光膜出现了问题:



下面上几张高倍效果图片,五彩晶花虽然好看,却是故障的罪魁祸首:







二、偏光片失效原因分析
1、偏光片的基本结构
    偏光片基本结构是由几层厚度仅为数十μm的薄膜材料结合而成,有Protective film(保护膜)、TAC(三醋酸纤维素)两层及其之间的PVA(聚乙烯醇)、PSA film(压敏胶)、Release film(离型膜),见下图:



2、偏光片各层膜的作用
    偏光片结构中起到偏振作用的是PVA(聚乙烯醇)层。PVA膜经染色后吸附具有二向吸收功能的碘分子,通过拉伸等制程,使碘分子在PVA膜上有序排列,形成具有均匀二向吸收性能的偏光膜,光线透过轴与拉伸方向垂直。PVA的化学分子为(C2H4O)n,PVA极易水解。为了避免受潮,在PVA的两侧各复合一层具有高光透过率、耐水性好、又有一定机械强度的(TAC)薄膜进行保护。见下表:


3、偏光片失效机理
    在PVA内,4个PVA分子包围住碘,靠氢键与其它交联剂(例如硼酸)相互形成键结。当放置于高湿环境接触水气,因胶变质及TAC具有亲水性及透湿性,水分子会透过交界扩散进PVA,使PVA长链结构变为松散,其中所含有的碘被水分子置换出来,结果导致碘分子流失;在高温下,分子运动速度增快,会加速碘的流失。
    当碘分子流失后,偏光片光学性能就会发生变化,严重时会导致偏光片边缘褪色、发黄、显示模糊等失效现象出现。本例这种美丽的“雾凇”现象,是偏光片失效过程中的一种暂态。如果继续恶化,就会发展成为下图这样很严重的失效故障:



结束语:液晶显示器偏光片失效,常见于早期产品。现在的产品由于工艺、管理的完善,是小概率事件。作为使用者,还是要注意使用环境,不要在高热潮湿的地方存放和使用。若停机时间太长,每过一段时间,应通电开机,可以减少故障的发生。当发生此故障后,只有送修(当然价格不菲)。具有电器维修知识的人,可以网购偏光片(注意型号要选正确),自己更换,费用会很低。

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