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上海皓鳴達光電科技有限公司
SHanghai Haomingda Photoelectric Technology Co., Ltd.

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淺析LED設計應用中注意事項

瀏覽:     發表時間:2015-09-01 14:50:47

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,顯示屏在經歷短短半年,或一個雨季之后,起初漂亮的畫面不復再現,顏色畸變、死燈、大塊的花屏等等,專業的技術人員知道,這一定是發生了器件失效,或是發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品,動輒幾十萬,有的甚至數百、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發光器件的性能、外圍部件性能、產品的抗疲勞性能;外因有LED顯示屏的工作環境等。

  1.1 LED發光器件性能的影響

  LED發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550%,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;衰減的指標穩定性也很重要,如果3年時衰減已經超過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發光芯片在接觸水汽的情況下會引起應力變化或發生電化學反應導致器件失效。正常情況下,LED發光芯片被環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品占領市場,在評估不過關的情況下,盲目承諾戶外性能優異。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生了大量的質量事故,有的損失高達數千萬元,令人觸目驚心。

  1.2 外圍部件影響

  除了LED發光器件之外,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生損壞,那我們也只能得到一塊2年壽命的顯示屏。

  1.3 產品的抗疲勞性能影響

  顯示屏產品的抗疲勞性能如何,取決于生產工藝。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裂痕,導致防護性能下降。

  所以生產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、參數控制以及操作工素質相關,經驗的積累很重要,所以一個擁有多年經驗的工廠對生產工藝的把控會更加有效。

  1.4 工作環境的影響

  因用途不同,顯示屏的工作條件千差萬別。從環境方面來講,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。惡劣的環境會加劇顯示屏的老化,工作環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境息息相關的,對于環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的制作工藝來確保壽命期限,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、性能指標實現,壽命設計還關注一定時間或一定使用次數后的性能指標。設計的輸出會影響器件的選取、生產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。產品實現過程中,需要進行過程控制的環節很多,包括器件的選取與驗證過程,包括生產工藝的有效性控制等,區別于品質控制程序,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品壽命可預期,這包括對原材料的驗證、對工藝過程產生的部件以及對產品的最終驗證,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?

  殼體材料經過5個春夏秋冬之后性能會發生怎樣的變化?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,前者的目的是使產品和制造產品的工藝,在投入批量生產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品;后者目的是消除產品的潛在缺陷,得到性能穩定的產品。

  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-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,產品運行穩定良好。


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