長(cháng)壽命LED顯示屏的解決方案探討

　　日前，LED顯示屏有著(zhù)越來(lái)越廣泛的應用，好的顯示屏畫(huà)面精美、顏色絢麗。然而在實(shí)際中，我們常常見(jiàn)到一些顯示屏短短的半年，或一個(gè)雨季之后，起初漂亮的畫(huà)面不復再現，顏色畸變、死燈、大塊的花屏等等，專(zhuān)業(yè)的技術(shù)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(lǐng)域，LED顯示屏是一種相對昂貴的電子產(chǎn)品，動(dòng)輒幾十萬(wàn)，有的甚至數百、上千萬(wàn)。那么，投資如此巨大的設備，其壽命長(cháng)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(guān)注的話(huà)題。下面從技術(shù)的角度，來(lái)分析一下影響顯示屏壽命的因素，探討保證LED顯示屏長(cháng)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(lèi)，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。

　　1.1LED發(fā)光器件性能的影響

　　LED發(fā)光器件是顯示屏最關(guān)鍵也是與壽命最相關(guān)的部件,對于LED，我們關(guān)注以下指標：衰減特性、防水汽滲透特性、抗紫外線(xiàn)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(shí)就要考慮預留衰減裕量，否則5年后顯示性能不能達標；衰減的指標穩定性也很重要，如果3年時(shí)衰減已經(jīng)超過(guò)50%，就意味著(zhù)這塊屏的壽命提前終結。

　　用于戶(hù)外的顯示屏時(shí)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(huì )引起應力變化或發(fā)生電化學(xué)反應導致器件失效。正常情況下，LED發(fā)光芯片被環(huán)氧樹(shù)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(guò)引腳間隙或環(huán)氧樹(shù)脂與外殼結合面的間隙進(jìn)入器件內部，導致器件迅速失效，業(yè)內稱(chēng)之為"死燈"。

　　在紫外線(xiàn)的照射下，LED的膠體、支架材料性質(zhì)會(huì )發(fā)生變化，從而導致器件開(kāi)裂，進(jìn)而影響到LED的壽命。所以用于戶(hù)外的LED抗紫外線(xiàn)能力也是重要指標之一。

　　LED器件的性能提升需要過(guò)程，需要市場(chǎng)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(hù)外防水。而國內一些廠(chǎng)家急于推出新產(chǎn)品占領(lǐng)市場(chǎng)，在評估不過(guò)關(guān)的情況下，盲目承諾戶(hù)外性能優(yōu)異。用于戶(hù)外的SMD5050在顯示屏應用中，就曾有多家制造廠(chǎng)商因此發(fā)生了大量的質(zhì)量事故，有的損失高達數千萬(wàn)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(kāi)關(guān)電源、接插件、機殼等，任何一個(gè)部件出現問(wèn)題，都可能導致顯示屏的壽命降低。所以，如果說(shuō)顯示屏的最長(cháng)壽命是由最短壽的那個(gè)關(guān)鍵部件的壽命決定的，絲毫不為過(guò)。比如，LED、開(kāi)關(guān)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(huì )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(shí)，電路板防護表面會(huì )出現裂痕，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(guān)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(guò)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、參數控制以及操作工素質(zhì)相關(guān)，經(jīng)驗的積累很重要，所以一個(gè)擁有多年經(jīng)驗的工廠(chǎng)對生產(chǎn)工藝的把控會(huì )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(wàn)別。從環(huán)境方面來(lái)講，戶(hù)內的溫差小，無(wú)雨雪及紫外線(xiàn)影響；戶(hù)外的溫差最大可達70度，外加風(fēng)吹日曬雨淋。惡劣的環(huán)境會(huì )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(guān)的，對于環(huán)境變量能夠確定的顯示屏，可以通過(guò)選擇適宜的器件與恰當的制作工藝來(lái)確保壽命期限，這個(gè)過(guò)程包括：壽命設計、過(guò)程控制、可靠性驗證。

　　2.1壽命設計

　　一般設計關(guān)注功能實(shí)現、性能指標實(shí)現，壽命設計還關(guān)注一定時(shí)間或一定使用次數后的性能指標。設計的輸出會(huì )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(jìn)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(guān)注壽命的過(guò)程控制

　　有效的設計需要有效的過(guò)程來(lái)實(shí)現。產(chǎn)品實(shí)現過(guò)程中，需要進(jìn)行過(guò)程控制的環(huán)節很多，包括器件的選取與驗證過(guò)程，包括生產(chǎn)工藝的有效性控制等，區別于品質(zhì)控制程序，這個(gè)控制過(guò)程是關(guān)注于長(cháng)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(lái)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(guò)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(diǎn)。我們不妨來(lái)思考幾個(gè)問(wèn)題：

　　選用的LED能保證5年有效嗎？是賣(mài)方承諾的還是你自己驗證的？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(guò)嗎？驗證的方法有效嗎？

　　殼體材料經(jīng)過(guò)5個(gè)春夏秋冬之后性能會(huì )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(cháng)時(shí)間有效的方法不是個(gè)簡(jiǎn)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(lái)進(jìn)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，得到性能穩定的產(chǎn)品。

　　3.應用效果

　　在實(shí)際應用中，為滿(mǎn)足客戶(hù)的個(gè)性化需求，LED制造商必須在短短幾個(gè)月的時(shí)間內要完成設計-生產(chǎn)-交付的工作。我們在數套面積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，統計表明，產(chǎn)品運行穩定良好。