随机振动条件下液晶显示模块的结构优化仿真分析

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1、随机振动条件下液晶显示模块的结构优化仿真分析摘要本文主要研究液晶显示面板(lcd)经随机振动后的动态响应与结构的疲劳特性仿真分析，文中以矩形平板为显示面板模型，考虑结构受击冲击振动函数作用下的有限元仿真计算，并结合田口优化算法进一步分析结构参数的变化对整体模型的受击冲击影响最小，而优化结构参数。关键词随机振动；液晶；田口法；优化设计中图分类号tn94文献标识码a文章编号1674-6708（2012）72-0228-030引言近年来，随着资讯、通讯、及消费电子产业领域的智能化数字显示技术研究的突飞猛进，带动着对液晶显示模块的要求也

2、在不断提高，例如抗阳光、抗干扰、对比度、抗震动等很多方面。然而电子产品的故障或损坏，大部分是受到自由随机振动引起，且其振动源常来自与生产、运输和使用过程当中产生，所以在设计考虑如何降低或预防冲击负载产生的动态影响最小，就显得格外重要。在数字显示领域当中，lcd（液晶显示）是最常用的元器件，其可以显示讯息或资料，不过由于液晶显示器的特殊材料特性决定其受载荷时，比较容易产生损坏，有关液晶显示面板的振动分析，通常将液晶面板视为矩形平板，根据不同的材料属性，各异的支撑条件对液晶显示平板进行研究分析，如[25]等，而其选用的振动控制方法缺

3、乏系统的整体性，所以本文主要针对上述的缺陷，设计三层平板合成模型条件下的随机振动响应仿真分析，并结合口田优化算法，分析在设定结构参数条件下的结构尺寸优化，以降低液晶显示模块对随机振动的影响最小。1lcd面板随机振动结构分析lcd的结构：lcd可以拆解为玻璃层、lcd层和玻璃层三部分组成。其中lcd层是装在两层玻璃之间，在三层显示屏边缘可用泡沫棉加以固定，并可为后续信号连接提供一定的固定作用。lcd的主要示意图如下所示。当给与整体平板一随机激励振动，且两侧的泡沫棉固定时，即可分析在受击情况下的面板的振动响应变化。lcd主要结构示意

4、图2lcd面板随机振动有限元三维模型的建立根据有限元软件建立液晶显示模块的三维模型与网格划分如下图所示。3lcd面板随机振动有限元仿真分析根据有限元软件建立系统的仿真模型，并根据材料属性进行仿真运算，现设定lcd的杨氏模量为23gpa，泊松比为0.22，密度为480kg/m3，玻璃材料的杨氏模量为51gpa，泊松比为0.22，密度为2130kg/m3，泡沫材料选择封胶树脂，其杨氏模量为26gpa，泊松比为0.3，密度为1900kg/m3。现取，lcd为6mm，glass为3mm，泡沫下延长度4mm，内侧延生长度4mm，然后根据各

5、参数的数值变化，在既定随机激励的条件下分析该四种参数变化对整体结构受激励的内部应力变化情况。该多层结构应力变形量δ与lcd、glass、下延长度和内侧延生长度的变化规律分别如图3～图6所示。由图3可知，多层结构应力变形量与glass层厚度在1mm～5mm之间变化时，δ上升了约15%。由图4所示，当lcd在2mm～10mm之间变化时，δ由2.653e-6pa下降至1.253e-6pa。由图5所示，当下延长度在2mm～6mm之间变化时，δ由1.188e-6pa上升至1.698e-6pa。由图6所示，当内侧延生长度在1mm～6mm之间

6、变化时，δ由4.983e-6pa减少至6.802e-8pa。因此，要使随机激励振动对该多层结构的振动影响最小，需减少glass层厚度和下延长度，增加lcd层厚度、内侧延生长度。考虑结构的设计范围，最终可确定参数的正交设计。4lcd面板随机振动结构参数正交设计考虑液晶显示模块为三层薄膜层结构，所以玻璃层厚度tglassd的可设定在1mm～5mm左右，lcd层厚度可设定在2mm～10mm左右，其长宽可设定为24.384mm×18.288mm，t1为泡沫棉上下延生长度，t2为泡沫棉内侧延生长度，且泡沫棉的延生宽度与整体宽度一致，外侧延

7、生长度为8mm。下表所示为液晶显示模型的部分结构参数正交设计。4.1模态分析lcd液晶显示系统的随机仿真分析需首先要进行模态分析后才行，其中矩形模块的长宽尺寸不变，tglassd的为所以根据上述的参数建模并经过有限元分析后得知，模型的前4阶共振频率如下表2所示，且通过上述的模态分析可知前三阶共振频率，因而可为后续的随机振动分析提供基础作用。4.2频率加载与激振参数设计针对现有的一些研究知道，一般液晶显示模块的常用技术指标如下表所示[航空级]。所以根据上述机械振动冲击的指标，笔者设计了下述随机振动的加载与激振。lcd激振加速度与频

8、率关系图4.3随机振动分析随机振动分析主要是考虑lcd显示模块在使用与运输过程中，碰到的在共振频率范围附近且强度适宜破坏的振动环境分析，如一般的运动振动加速度达到40m/s2左右，频率范围在4200hz～5500hz左右。整体的随机振动分析本文是采用有限元中的p