长寿命LED显示屏的解决方案探讨
编辑：亦蓝 [ 2012-9-24 10:18:18 ] 文章来源：舞台灯光网
卢 伟
（深圳市立翔慧科光电科技有限公司）
作者简介：卢伟（1972-），男，河北人，工程师，本科，毕业于合肥工业大学电气系自动化专业，主研方向：LED光电显示产品 LuWei@gtek.hk
摘要：本文分析了影响LED显示屏寿命的关键因素，提出了在设计、生产过程中保证产品寿命的解决方案，介绍了高强度可靠性试验在设计生产过程中的作用，提供了一种实现长寿LED显示屏的保证措施。
关键词：寿命设计 高强度 高加速 可靠性试验
A study of how to realize long lifespan LED display
Luwei
Gtek Goup Limited
Abstract: This article analyses the key factors that effect the lifespan of LED display, and has put forward the solution of how to ensure its lifespan while designing and producing.
Key words: Lifespan Design High Strength High Speed Reliability Test
日前，LED显示屏有着越来越广泛的应用，好的显示屏画面精美、颜色绚丽。然而在实际中，我们常常见到一些显示屏短短的半年，或一个雨季之后，起初漂亮的画面不复再现，颜色畸变、死灯、大块的花屏等等，专业的技术人员知道，这一定是发生了器件失效，或是发生了锈蚀导致接触不良。在广告领域，LED显示屏是一种相对昂贵的电子产品，动辄几十万，有的甚至数百、上千万。那么，投资如此巨大的设备，其寿命长短如何保证，能否在寿命期内保持良好的显示效果与较低的故障率，成为制造商以及投资者都很关注的话题。下面从技术的角度，来分析一下影响显示屏寿命的因素，探讨保证LED显示屏长寿的措施。
1.影响LED显示屏寿命的因素
影响LED显示屏寿命的因素按内外因分类，内因有LED发光器件的性能、外围部件性能、产品的抗疲劳性能；外因有LED显示屏的工作环境等。
1.1LED发光器件性能的影响
LED发光器件是显示屏最关键也是与寿命最相关的部件,对于LED，我们关注以下指标：衰减特性、防水汽渗透特性、抗紫外线性能。
亮度衰减是LED的固有特性。对于一块设计寿命为5年的显示屏，如果所用LED的亮度衰减为5年50%，在设计时就要考虑预留衰减裕量，否则5年后显示性能不能达标；衰减的指标稳定性也很重要，如果3年时衰减已经超过50%，就意味着这块屏的寿命提前终结。
用于户外的显示屏时常受到空气中湿气的侵蚀，LED发光芯片在接触水汽的情况下会引起应力变化或发生电化学反应导致器件失效。正常情况下，LED发光芯片被环氧树脂包裹不受侵蚀，一些存在设计缺陷的或存在材料工艺缺陷的LED器件密封性能不良，水汽极易通过引脚间隙或环氧树脂与外壳结合面的间隙进入器件内部，导致器件迅速失效，业内称之为“死灯”。
在紫外线的照射下，LED的胶体、支架材料性质会发生变化，从而导致器件开裂，进而影响到LED的寿命。所以用于户外的LED抗紫外线能力也是重要指标之一。
LED器件的性能提升需要过程，需要市场的检验。目前日本以及一些台资企业非常谨慎，并不承诺SMD户外防水。而国内一些厂家急于推出新产品占领市场，在评估不过关的情况下，盲目承诺户外性能优异。用于户外的SMD5050在显示屏应用中，就曾有多家制造厂商因此发生了大量的质量事故，有的损失高达数千万元，令人触目惊心。
1.2外围部件影响
除了LED发光器件之外，显示屏还使用了许多其他的外围部件，包括电路板、塑胶壳体、开关电源、接插件、机壳等，任何一个部件出现问题，都可能导致显示屏的寿命降低。所以，如果说显示屏的最长寿命是由最短寿的那个关键部件的寿命决定的，丝毫不为过。比如，LED、开关电源、金属外壳均按8年标准选料，而电路板的防护工艺性能只能支持其工作2年，2年之后因为锈蚀会发生损坏，那我们也只能得到一块2年寿命的显示屏。
1.3产品的抗疲劳性能影响
显示屏产品的抗疲劳性能如何，取决于生产工艺。拙劣的三防处理工艺制作出的模组抗疲劳性能难以保证，在温湿度变化时，电路板防护表面会出现裂痕，导致防护性能下降。
所以生产工艺也是决定显示屏寿命的关键因素。显示屏制作所涉及到的生产工艺有：元器件储藏与预处理工艺、过炉焊接工艺、三防处理工艺、防水密封工艺等。工艺的有效性与材料选择与配比、参数控制以及操作工素质相关，经验的积累很重要，所以一个拥有多年经验的工厂对生产工艺的把控会更加有效。
1.4工作环境的影响
因用途不同，显示屏的工作条件千差万别。从环境方面来讲，户内的温差小，无雨雪及紫外线影响；户外的温差最大可达70度，外加风吹日晒雨淋。恶劣的环境会加剧显示屏的老化，工作环境是影响显示屏寿命的重要因素。
2.寿命的保障措施
可以看出，LED显示屏的寿命是与使用环境息息相关的，对于环境变量能够确定的显示屏，可以通过选择适宜的器件与恰当的制作工艺来确保寿命期限，这个过程包括：寿命设计、过程控制、可靠性验证。
2.1寿命设计
一般设计关注功能实现、性能指标实现，寿命设计还关注一定时间或一定使用次数后的性能指标。设计的输出会影响器件的选取、生产工艺的选取以及验证方法的选取。只有进行了充分的寿命设计，显示屏的寿命才是有可能是可控的。
2.2关注寿命的过程控制
有效的设计需要有效的过程来实现。产品实现过程中，需要进行过程控制的环节很多，包括器件的选取与验证过程，包括生产工艺的有效性控制等，区别于品质控制程序，这个控制过程是关注于长寿命的。
2.3高强度可靠性验证
提倡使用高强度可靠性验证来确保输出的产品寿命可预期，这包括对原材料的验证、对工艺过程产生的部件以及对产品的最终验证，这是非常重要而又往往被忽视的一点。我们不妨来思考几个问题：
?选用的LED能保证5年有效吗？是卖方承诺的还是你自己验证的？验证的方法有效吗？
?电路板的三防处理工艺能保证5年防腐吗？验证过吗？验证的方法有效吗？
?壳体材料经过5个春夏秋冬之后性能会发生怎样的变化？如何有效验证？
找到能够验证5年乃至更长时间有效的方法不是个简单的事情，波音公司在航天器寿命控制上使用的方法值得借鉴。我们采用高加速应力试验[1]的方法来进行高强度可靠性验证，取得了不错的效果。
高加速应力试验包括高加速寿命试验和高加速应力筛选，前者的目的是使产品和制造产品的工艺，在投入批量生产之前就达到成熟的程度，得到使用中几乎不出因为设计引起的故障的产品；后者目的是消除产品的潜在缺陷，得到性能稳定的产品。
3.应用效果
在实际应用中，为满足客户的个性化需求，LED制造商必须在短短几个月的时间内要完成设计-生产-交付的工作。我们在数套面积1000平米以上超大面积地标性显示屏运用了有效的寿命控制方法，统计表明，产品运行稳定良好。
本文所探讨的保证产品寿命的方法尽管可行，缺点是难度较大，需要建立完善的设计-生产以及标准化系统来支持，这里提出来供大家交流，不足之处，恳请批评指正。
参考文献：
[1] 祝耀昌. 高加速寿命试验. 航空标准化与质量, 2005
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