解析長壽命LED顯示屏的解決方案

日前，LED顯示屏有著越來越廣泛的應用，好的顯示屏畫面精美、顏色絢麗。然而在實際中，顯示屏在經(jīng)歷短短半年，或一個雨季之后，起初漂亮的畫面不復再現(xiàn)，顏色畸變、死燈、大塊的花屏等等，專業(yè)的技術人員知道，這一定是發(fā)生了器件失效，或是發(fā)生了銹蝕導致接觸不良。

在廣告領域，LED顯示屏是一種相對昂貴的電子產(chǎn)品，動輒幾十萬，有的甚至數(shù)百、上千萬。那么，投資如此巨大的設備，其壽命長短如何保證，能否在壽命期內保持良好的顯示效果與較低的故障率，成為制造商以及投資者都很關注的話題。下面從技術的角度，來分析一下影響顯示屏壽命的因素，探討保證LED顯示屏長壽的措施。

1. 影響LED顯示屏壽命的因素

影響LED顯示屏壽命的因素按內外因分類，內因有LED發(fā)光器件的性能、外圍部件性能、產(chǎn)品的抗疲勞性能；外因有LED顯示屏的工作環(huán)境等。

1.1 LED發(fā)光器件性能的影響

LED發(fā)光器件是顯示屏最關鍵也是與壽命最相關的部件,對于LED，我們關注以下指標：衰減特性、防水汽滲透特性、抗紫外線性能。

亮度衰減是LED的固有特性。對于一塊設計壽命為5年的顯示屏，如果所用LED的亮度衰減為5年50%，在設計時就要考慮預留衰減裕量，否則5年后顯示性能不能達標；衰減的指標穩(wěn)定性也很重要，如果3年時衰減已經(jīng)超過50%，就意味著這塊屏的壽命提前終結。

用于戶外的顯示屏時常受到空氣中濕氣的侵蝕，LED發(fā)光芯片在接觸水汽的情況下會引起應力變化或發(fā)生電化學反應導致器件失效。正常情況下，LED發(fā)光芯片被環(huán)氧樹脂包裹不受侵蝕，一些存在設計缺陷的或存在材料工藝缺陷的LED器件密封性能不良，水汽極易通過引腳間隙或環(huán)氧樹脂與外殼結合面的間隙進入器件內部，導致器件迅速失效，業(yè)內稱之為"死燈"。

在紫外線的照射下，LED的膠體、支架材料性質會發(fā)生變化，從而導致器件開裂，進而影響到LED的壽命。所以用于戶外的LED抗紫外線能力也是重要指標之一。

LED器件的性能提升需要過程，需要市場的檢驗。目前日本以及一些臺資企業(yè)非常謹慎，并不承諾SMD戶外防水。而國內一些廠家急于推出新產(chǎn)品占領市場，在評估不過關的情況下，盲目承諾戶外性能優(yōu)異。用于戶外的SMD5050在顯示屏應用中，就曾有多家制造廠商因此發(fā)生了大量的質量事故，有的損失高達數(shù)千萬元，令人觸目驚心。

1.2 外圍部件影響

除了LED發(fā)光器件之外，顯示屏還使用了許多其他的外圍部件，包括電路板、塑膠殼體、開關電源、接插件、機殼等，任何一個部件出現(xiàn)問題，都可能導致顯示屏的壽命降低。所以，如果說顯示屏的最長壽命是由最短壽的那個關鍵部件的壽命決定的，絲毫不為過。比如，LED、開關電源、金屬外殼均按8年標準選料，而電路板的防護工藝性能只能支持其工作2年，2年之后因為銹蝕會發(fā)生損壞，那我們也只能得到一塊2年壽命的顯示屏。

1.3 產(chǎn)品的抗疲勞性能影響

顯示屏產(chǎn)品的抗疲勞性能如何，取決于生產(chǎn)工藝。拙劣的三防處理工藝制作出的模組抗疲勞性能難以保證，在溫濕度變化時，電路板防護表面會出現(xiàn)裂痕，導致防護性能下降。

所以生產(chǎn)工藝也是決定顯示屏壽命的關鍵因素。顯示屏制作所涉及到的生產(chǎn)工藝有：元器件儲藏與預處理工藝、過爐焊接工藝、三防處理工藝、防水密封工藝等。工藝的有效性與材料選擇與配比、參數(shù)控制以及操作工素質相關，經(jīng)驗的積累很重要，所以一個擁有多年經(jīng)驗的工廠對生產(chǎn)工藝的把控會更加有效。

1.4 工作環(huán)境的影響

因用途不同，顯示屏的工作條件千差萬別。從環(huán)境方面來講，戶內的溫差小，無雨雪及紫外線影響；戶外的溫差最大可達70度，外加風吹日曬雨淋。惡劣的環(huán)境會加劇顯示屏的老化，工作環(huán)境是影響顯示屏壽命的重要因素。

2. 壽命的保障措施

可以看出，LED顯示屏的壽命是與使用環(huán)境息息相關的，對于環(huán)境變量能夠確定的顯示屏，可以通過選擇適宜的器件與恰當?shù)闹谱鞴に噥泶_保壽命期限，這個過程包括：壽命設計、過程控制、可靠性驗證。

2.1 壽命設計

一般設計關注功能實現(xiàn)、性能指標實現(xiàn)，壽命設計還關注一定時間或一定使用次數(shù)后的性能指標。設計的輸出會影響器件的選取、生產(chǎn)工藝的選取以及驗證方法的選取。只有進行了充分的壽命設計，顯示屏的壽命才是有可能是可控的。

2.2 關注壽命的過程控制

有效的設計需要有效的過程來實現(xiàn)。產(chǎn)品實現(xiàn)過程中，需要進行過程控制的環(huán)節(jié)很多，包括器件的選取與驗證過程，包括生產(chǎn)工藝的有效性控制等，區(qū)別于品質控制程序，這個控制過程是關注于長壽命的。

2.3 高強度可靠性驗證

提倡使用高強度可靠性驗證來確保輸出的產(chǎn)品壽命可預期，這包括對原材料的驗證、對工藝過程產(chǎn)生的部件以及對產(chǎn)品的最終驗證，這是非常重要而又往往被忽視的一點。思考幾個問題：

選用的LED能保證5年有效嗎？是賣方承諾的還是自己驗證的？驗證的方法有效嗎？

電路板的三防處理工藝能保證5年防腐嗎？驗證過嗎？驗證的方法有效嗎？

殼體材料經(jīng)過5個春夏秋冬之后性能會發(fā)生怎樣的變化？如何有效驗證？

找到能夠驗證5年乃至更長時間有效的方法不是個簡單的事情，波音公司在航天器壽命控制上使用的方法值得借鑒。我們采用高加速應力試驗[1]的方法來進行高強度可靠性驗證，取得了不錯的效果。

高加速應力試驗包括高加速壽命試驗和高加速應力篩選，前者的目的是使產(chǎn)品和制造產(chǎn)品的工藝，在投入批量生產(chǎn)之前就達到成熟的程度，得到使用中幾乎不出因為設計引起的故障的產(chǎn)品；后者目的是消除產(chǎn)品的潛在缺陷，得到性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。

3. 應用效果

在實際應用中，為滿足客戶的個性化需求，LED制造商必須在短短幾個月的時間內要完成設計-生產(chǎn)-交付的工作。我們在數(shù)套面積1000平米以上超大面積地標性顯示屏運用了有效的壽命控制方法，統(tǒng)計表明，產(chǎn)品運行穩(wěn)定良好。

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