長(zhǎng)壽命LED顯示屏的解決方案探討

日前，LED顯示屏有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)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(fù)再現(xiàn)，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(dǎo)致接觸不良。在廣告領(lǐng)域，LED顯示屏是一種相對(duì)昂貴的電子產(chǎn)品，動(dòng)輒幾十萬(wàn)，有的甚至數(shù)百、上千萬(wàn)。那么，投資如此巨大的設(shè)備，其壽命長(zhǎng)短如何保證，能否在壽命期內(nèi)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(zhǎng)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(nèi)外因分類(lèi)，內(nèi)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(duì)于LED，我們關(guān)注以下指標(biāo)：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(duì)于一塊設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)就要考慮預(yù)留衰減裕量，否則5年后顯示性能不能達(dá)標(biāo)；衰減的指標(biāo)穩(wěn)定性也很重要，如果3年時(shí)衰減已經(jīng)超過(guò)50%，就意味著這塊屏的壽命提前終結(jié)。

用于戶外的顯示屏?xí)r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(yīng)力變化或發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)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(shè)計(jì)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(jié)合面的間隙進(jìn)入器件內(nèi)部，導(dǎo)致器件迅速失效，業(yè)內(nèi)稱之為"死燈"。

在紫外線的照射下，LED的膠體、支架材料性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致器件開(kāi)裂，進(jìn)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(biāo)之一。

LED器件的性能提升需要過(guò)程，需要市場(chǎng)的檢驗(yàn)。目前日本以及一些臺(tái)資企業(yè)非常謹(jǐn)慎，并不承諾SMD戶外防水。而國(guó)內(nèi)一些廠家急于推出新產(chǎn)品占領(lǐng)市場(chǎng)，在評(píng)估不過(guò)關(guān)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(yīng)用中，就曾有多家制造廠商因此發(fā)生了大量的質(zhì)量事故，有的損失高達(dá)數(shù)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(jī)殼等，任何一個(gè)部件出現(xiàn)問(wèn)題，都可能導(dǎo)致顯示屏的壽命降低。所以，如果說(shuō)顯示屏的最長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)選料，而電路板的防護(hù)工藝性能只能支持其工作2年，2年之后因?yàn)殇P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(hù)表面會(huì)出現(xiàn)裂痕，導(dǎo)致防護(hù)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(chǔ)藏與預(yù)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(shù)控制以及操作工素質(zhì)相關(guān)，經(jīng)驗(yàn)的積累很重要，所以一個(gè)擁有多年經(jīng)驗(yàn)的工廠對(duì)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，戶內(nèi)的溫差小，無(wú)雨雪及紫外線影響；戶外的溫差最大可達(dá)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(duì)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(dāng)?shù)闹谱鞴に噥?lái)確保壽命期限，這個(gè)過(guò)程包括：壽命設(shè)計(jì)、過(guò)程控制、可靠性驗(yàn)證。

2.1壽命設(shè)計(jì)

一般設(shè)計(jì)關(guān)注功能實(shí)現(xiàn)、性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)，壽命設(shè)計(jì)還關(guān)注一定時(shí)間或一定使用次數(shù)后的性能指標(biāo)。設(shè)計(jì)的輸出會(huì)影響器件的選取、生產(chǎn)工藝的選取以及驗(yàn)證方法的選取。只有進(jìn)行了充分的壽命設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)需要有效的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，需要進(jìn)行過(guò)程控制的環(huán)節(jié)很多，包括器件的選取與驗(yàn)證過(guò)程，包括生產(chǎn)工藝的有效性控制等，區(qū)別于品質(zhì)控制程序，這個(gè)控制過(guò)程是關(guān)注于長(zhǎng)壽命的。

2.3高強(qiáng)度可靠性驗(yàn)證

提倡使用高強(qiáng)度可靠性驗(yàn)證來(lái)確保輸出的產(chǎn)品壽命可預(yù)期，這包括對(duì)原材料的驗(yàn)證、對(duì)工藝過(guò)程產(chǎn)生的部件以及對(duì)產(chǎn)品的最終驗(yàn)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(yàn)證的？驗(yàn)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(yàn)證過(guò)嗎？驗(yàn)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(yàn)證？

找到能夠驗(yàn)證5年乃至更長(zhǎng)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(yīng)力試驗(yàn)[1]的方法來(lái)進(jìn)行高強(qiáng)度可靠性驗(yàn)證，取得了不錯(cuò)的效果。

高加速應(yīng)力試驗(yàn)包括高加速壽命試驗(yàn)和高加速應(yīng)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(dá)到成熟的程度，得到使用中幾乎不出因?yàn)樵O(shè)計(jì)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(yīng)用效果

在實(shí)際應(yīng)用中，為滿足客戶的個(gè)性化需求，LED制造商必須在短短幾個(gè)月的時(shí)間內(nèi)要完成設(shè)計(jì)-生產(chǎn)-交付的工作。我們?cè)跀?shù)套面積1000平米以上超大面積地標(biāo)性顯示屏運(yùn)用了有效的壽命控制方法，統(tǒng)計(jì)表明，產(chǎn)品運(yùn)行穩(wěn)定良好。

本文所探討的保證產(chǎn)品壽命的方法盡管可行，缺點(diǎn)是難度較大，需要建立完善的設(shè)計(jì)-生產(chǎn)以及標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)來(lái)支持，這里提出來(lái)供大家交流，不足之處，懇請(qǐng)批評(píng)指正。（深圳市立翔慧科光電科技有限公司 作者：盧偉）