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摘要：由于当下液晶显示器的拆卸效率较低，如果直接废弃容易造成资源浪费、污染环境，但如果人工拆卸还可能损坏器件，增加拆卸成本。对此，笔者分析了可拆卸液晶显示器的结构设计方法，并对其可靠性作了研究，以供参考。
关键词：拆卸；液晶显示器；结构设计；可靠性
废旧液晶显示器回收价值高，但面临着拆卸难的问题，所以一方面我们要设计结构符合拆卸要求的液晶显示器，另一方面则要通过结构优化保障其安全可靠，以此提高液晶显示器的拆卸效果，减少资源浪费，节约相关成本，促进液晶显示器的高效利用。
一、面向拆卸的液晶显示器的结构设计方法
1.研究意义
分析液晶显示器回收利用效率低的原因可以发现，其结构的易拆卸程度起了很大作用，换句话说，在液晶显示器的结构设计中融入人工易拆卸与主动拆卸理念，既可以避免资源浪费、提高再利用率，还可节约拆卸成本、减少环境污染，故加强面向拆卸的液晶显示器结构设计与可靠性研究极具现实价值。
2.拆卸分析
已知，液晶显示器主要包括支座、液晶面板、外壳、屏蔽罩等组件，以某品牌液晶显示器为例，试验中的拆卸流程为后壳、前壳、金属屏蔽罩、液晶屏盖板、支架前后盖、液晶屏、塑料架以及导光板和滤光片。在拆卸期间发现，液晶显示器的外壳和面板支架是关键，其中外壳卡扣不易拆卸且容易损坏，但其在废弃后具有再利用的价值，所以应该在拆卸过程中保证其完整性；而面板结构凸台难以拆卸，还容易损坏液晶屏，故需要在液晶显示器结构设计中充分考虑面板支架的拆卸问题[1]。
3.结构设计
液晶显示器结构设计方法有人工易拆卸和主动拆卸之分，前者人工拆卸有助于提高拆卸效率，但毕竟属于一对一拆卸，而主动拆卸可通过批量化拆大幅度提高拆卸效率，而且还可为其他较大电子产品的主动拆卸提供借鉴，因此本文强调的是液晶显示器面板支架的主动拆卸结构设计。根据不同企业、不同型号和款式的液晶显示器拆卸试验，确定在结构设计过程中需遵循改动最小、分级拆卸、变形最小、就近、材料单一、避免干涉以及可靠性等原则。
在具体设计中，主要从两方面作了分析和研究，一是在不改变液晶显示器支架凸台连接情况的基础上，选择主动驱动件对凸台支架进行主动分离，这就要求受热条件下的合金驱动件能够产生使凸台连接关系失效的驱动力，经性能分析发现Ni-TiSMA最为优越，故将其作为SMA箔片的材料，并设于塑料架内外开槽内，为满足面板支架主动拆卸的要求，确定Ni-TiSMA的长度、宽度和厚度分别为26mm、4mm和0.2mm。在基于有限元法分析箔片驱动支架前盖的变形情况之前，结合某品牌的面板支架建立了三维模型，以便对箔片的具体位置进行调整和优化，并确定当速快架外侧和内侧的箔片触发温度分别为90℃和100℃时可实现分级主动拆卸。为进一步验证液晶显示器支架中箔片的拆卸效果，在热风枪的作用下模拟了试验条件结果发现，90℃下的热风枪促使Ni-TiSMA箔片变形后完成支架前后盖凸台连接失效的时间为12s，100℃的热风枪促使Ni-TiSMA箔片驱动塑料架产生变形的时间为6s[2]。另一方面则是摒弃原有的支架前后盖凸台连接，采用形状记忆高分子材料卡扣取而代之，不过需要保证SMP卡扣的变形空间充足，且卡扣长度与厚度之和小于塑料架壁厚，具体可将卡扣设于支架前盖位置，尺寸设为L=6mm，t=1mm，b=5mm，Y=1mm，经力学分析后证明，形状记忆卡扣可通过拆卸作用力的减少提高维修时的拆卸效率。随后结合有限元法分析发现，当卡扣拆卸作用面与水平面之间的角度为25°时相对作用力最小，故该角度下的具体尺寸为卡扣的最佳尺寸，且拆卸后的卡扣仍可满足工作要求，可以回收利用，而且主动拆卸试验表明，卡扣虽然在70℃的热风枪作用下变形，且脱离了支架前盖的凹槽，但并未触碰后盖侧壁，所以上述设计的形状记忆卡扣与主动拆卸要求相符。
二、面向拆卸的液晶显示器可靠性研究
1.可靠性理论
为在整体上提高液晶显示器的拆卸效率，分别基于形状记忆高分子材料的螺钉和卡扣作为屏蔽罩、支架前盖连接塑料架的构件以及凸台连接，然后借助FMEA分析液晶显示器结构失效模式和影响，并以此形成故障树，即外壳与支架的连接失效，其中支架部分包括前后与螺钉、塑料架与卡扣连接失效，后经Fussell算法得到每个主动拆卸结构的失效概率，因较之液晶显示器外壳，面板支架有着更为复杂的工作环境，故其可靠性较低。要想对其可靠性加以改善，还需要分析内部环境温度和外力作用情况下的失效问题，针对内部温度引发的支架失效通常采用合适的热设计方法，而由外力作用导致的支架失效则需借助ABAQUS有限元分析软件仿真支架主动拆卸结构的跌落情况。
2.可靠性模拟
在模拟液晶显示器支架主动拆卸结构的可靠性时设计了图1所示的分析流程，此时支架前后盖采用的是铝板，塑料架和背光板分别采用的是PC和PMMA，考虑到背光灯管和电源的产热情况以及意外跌落更容易影响主动拆卸结构的可靠性。所以借助有限元法仿真模拟了工作温度情况和碰撞情况。其中支架热分析具体选用的是ABAQUS有限元软件，结果发现卡扣材质优先选用PVC，为确保卡扣与箔片工作可靠，提高拆卸效率，可在钴放射源下对PVC卡扣进行辐照，剂量可控制在10kGy左右，并将箔片激发温度控制在85℃左右。同时在支架跌落模拟过程中发现，当距离地面1.2m和1.4m的支架跌落时，一侧卡扣的最大应力均小于其抗拉强度，说明此时连接长度和厚度都为1mm的PVC卡扣完全符合支架工作要求， 1.4m下的塑料架跌落时的最大应力稍微大于抗拉强度，故其安全跌落高度为1.2m以内[3]。
图1 液晶显示器支架可靠性分析流程
结束语：
简而言之，研究可拆卸液晶显示器的结构设计与可靠性有着非常重要的现实意义，而且基于上述设计的液晶显示器主动拆卸结构，经验证可靠性符合工作要求，但其仅限于支架仿真，以后还应加强研究，力争对液晶显示器整体可靠性加以仿真模拟和试验分析。
参考文献：
[1]黄晓刚,叶雷,徐飞,李忠良,杨斌.机载液晶显示器的散热结构优化[J].光电子技术,2019,39(01):30-33+38.
[2]宋守许,王玉琳,李东旭,陈方秋.液晶显示器结构易拆卸设计可靠性研究[J].机械设计与制造,2016(07):252-255.
[3]李东旭. 面向拆卸的液晶显示器结构设计方法及可靠性研究[D].合肥工业大学,2015.
论文作者:董殿卿
论文发表刊物:《科技研究》2019年4期
论文发表时间:2019/6/18
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