（深圳市立翔慧科光電科技有限公司）
作者簡(jiǎn)介：盧偉（1972-），男，河北人，工程師，本科，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)電氣系自動(dòng)化專業(yè)，主研方向：led光電顯示產(chǎn)品 LuWei@gtek.hk
摘要：本文分析了影響led顯示屏壽命的關(guān)鍵因素，提出了在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程中保證產(chǎn)品壽命的解決方案，介紹了高強(qiáng)度可靠性試驗(yàn)在設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中的作用，提供了一種實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽led顯示屏的保證措施。
關(guān)鍵詞：壽命設(shè)計(jì) 高強(qiáng)度 高加速 可靠性試驗(yàn)
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顯示屏有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，好的顯示屏畫面精美、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，起初漂亮的畫面不復(fù)再現(xiàn)，顏色畸變、死燈、大塊的花屏等等，專業(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
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。
參考文獻(xiàn)：
[1] 祝耀昌. 高加速壽命試驗(yàn). 航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量, 2005
