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LED 顯示屏具有高亮度、安裝靈活、高效低耗等優(yōu)點(diǎn)，使得它在顯示面積較為靈活視距較遠(yuǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。目前， 中國有近千家LED 顯示屏廠商， 但具有一定生產(chǎn)規(guī)模的不足百家。在當(dāng)今激烈的市場競爭中， 用戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高。

產(chǎn)品的性價比在決定高技術(shù)產(chǎn)品是否能占據(jù)大的市場份額時就成了最重要的因素之一。目前, 消費(fèi)者在選擇產(chǎn)品時已越來越重視產(chǎn)品的性價比, 即產(chǎn)品的使用價值是否與產(chǎn)品本身的銷售價值相當(dāng)。當(dāng)然產(chǎn)品的使用價值取決于許多因素, 如產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)、產(chǎn)品所提供的功能、市場的領(lǐng)先性、當(dāng)然還包括產(chǎn)品的壽命等。

對于產(chǎn)品而言, 其壽命可分為經(jīng)濟(jì)壽命、技術(shù)壽命、使用壽命和平均壽命。產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)壽命( 又稱價值壽命)，是根據(jù)產(chǎn)品的使用費(fèi)( 包括維持費(fèi)和折舊費(fèi)) 來確定的壽命， 通常是指在最低年平均使用成本的基礎(chǔ)上，產(chǎn)品的使用期限； 經(jīng)濟(jì)壽命用于確定產(chǎn)品的最佳折舊年限和最佳更新時機(jī)； 技術(shù)壽命是產(chǎn)品在技術(shù)上有存在價值的期限，即從產(chǎn)品開始使用, 至被技術(shù)上更為先進(jìn)的新型設(shè)備所替代的全部經(jīng)歷期， 技術(shù)壽命的長短決定于設(shè)備無形磨損的速度。

事實(shí)上， 目前LED 顯示屏的技術(shù)壽命一般只有3 年；使用壽命是指產(chǎn)品從投入使用到完全失效的時間。LED 顯示屏作為集LED 顯示技術(shù)、視覺原理、計算機(jī)技術(shù)、視頻技術(shù)、電子技術(shù)于一體的集成系統(tǒng)，又可以分割成相互獨(dú)立的部分，而其中每一部分均具有可替換性，因此在實(shí)際使用中，LED 顯示屏的使用壽命相當(dāng)長，有的甚至可達(dá)數(shù)十年之久。

平均壽命( 又稱平均無故障工作時間或MTBF) 是指兩次故障之間所經(jīng)歷的時間，是一種統(tǒng)計平均值，MTBF 值的確定，通常采用理論統(tǒng)計法和經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計法，理論統(tǒng)計法是根據(jù)器件、組件及約束條件的實(shí)際情況，累計平均得到的數(shù)據(jù)。經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計法是根據(jù)工廠或?qū)嶒?yàn)室破壞性記錄，累計平均得到的數(shù)據(jù)。不管用何種方法產(chǎn)品的可靠性的變化都是有規(guī)律的。以失效率為例, 其隨時間的變化曲線像一只浴盆，這就是通常所說的"浴盆曲線"，如圖1 所示。從浴盆曲線可以看出，產(chǎn)品的壽命期可分為三個階段：早期壽命期；使用壽命期； 損耗壽命期。

圖1 產(chǎn)品失效的“浴盆曲線”

上圖所示為著名的" 浴盆" 曲線, 左邊斜線部分為早期故障率, 其故障率一般較高且隨著時間推移很快下降。曲線中部為使用壽命期, 其故障率一般很低且基本固定。最右部為耗損期, 失效率急速升高。電子產(chǎn)品制造商一般通過測試、老化、篩選等手段將早期故障盡量剔除, 然后提供給客戶使用。當(dāng)使用壽命期將盡, 產(chǎn)品也即將進(jìn)入故障高發(fā)期, 需要報廢或更新?lián)Q代了。

2、環(huán)境因素對產(chǎn)品壽命的影響

2.1 溫度對產(chǎn)品壽命的影響

眾所周知, 任何產(chǎn)品在使用壽命期內(nèi)并且只有在合適工作條件下的故障率才很低, 而LED 顯示屏作為集成的電子產(chǎn)品, 它主要由裝連有電子元器件的控制板、開關(guān)電源、發(fā)光器件等組成, 而所有這些的壽命都與工作溫度有密切的關(guān)系。如果實(shí)際工作溫度超過了產(chǎn)品規(guī)定的使用范圍, 不僅壽命會縮短,而且產(chǎn)品本身也會受到嚴(yán)重的損壞。

僅以電容器為例, 不考慮紋波、頻率、ESR 等因素, 電容器的估計壽命可用下述公式表示:

其中, L0 表示最高工作溫度下的壽命, Tmax 表示最高工作溫度, Ta 表示實(shí)際環(huán)境溫度。由此可見, 如果環(huán)境溫度每升高10℃, 電容器壽命將下降一倍。

圖2 電容器壽命和環(huán)境溫度的關(guān)系

由上圖右面的曲線可明顯看出, 隨著電容器工作環(huán)境溫度的上升, 其有效壽命急劇縮短。其中有效壽命是指該種電容器達(dá)到給定故障率的時間。而對于電子元器件, 它的失效率更受到溫度的影響, 通過計算當(dāng)溫度每升高10℃, 它的失效率增加100 倍, 即平均壽命下降10 倍。因此如何使產(chǎn)品在合適的溫度下工作對產(chǎn)品壽命是至關(guān)重要的。目前, 最常用的手段為采用各種散熱方法并保持顯示屏內(nèi)外通風(fēng)。

2.2 灰塵對產(chǎn)品壽命的影響

為最大限度地延長LED 顯示屏的平均壽命, 灰塵的威脅也不容忽視。在灰塵比較大的環(huán)境中工作,由于印制板吸附灰塵, 而灰塵的沉積會影響電子元器件的熱量散發(fā), 這將導(dǎo)致元件溫度上升, 進(jìn)而出現(xiàn)熱穩(wěn)定性下降甚至產(chǎn)生漏電, 嚴(yán)重時導(dǎo)致燒毀。另外,灰塵也會吸收水分, 腐蝕電子線路, 造成短路故障。灰塵體積雖小, 但對產(chǎn)品的危害卻不可低估。所以, 有必要定期清理, 以減少出現(xiàn)故障的概率。在清理顯示屏內(nèi)部的灰塵時, 切記斷開電源, 小心操作。

2.3 潮濕對產(chǎn)品壽命的影響

雖然幾乎所有的LED 顯示屏都可以在濕度為95%的環(huán)境下正常工作, 但潮濕仍是影響產(chǎn)品壽命的重要因素。潮濕氣體會透過封裝材料及元器件的接合面進(jìn)入到IC 器件的內(nèi)部, 造成內(nèi)部電路氧化腐蝕斷路, 以及組焊接過程中的高溫會使進(jìn)入IC 內(nèi)部的潮濕氣體受熱膨脹產(chǎn)生壓力, 使塑料從芯片或引腳框上的內(nèi)部分離(脫層)、線捆接損傷、芯片損傷、內(nèi)部裂紋和延伸到元件表面的裂紋, 甚至發(fā)生元件鼓脹和爆裂, 又稱" 爆米花", 這將導(dǎo)致組裝件返修甚至報廢。更為重要的是那些看不見的、潛在的缺陷會融入到產(chǎn)品中去, 使產(chǎn)品的可靠性出現(xiàn)問題。潮濕環(huán)境的可靠性改進(jìn)方法包括有使用防潮材料、除濕機(jī)、保護(hù)涂層/ 封蓋等。

2.4 具有腐蝕性的氣體對產(chǎn)品壽命的影響

濕度和含鹽空氣環(huán)境可引起系統(tǒng)性能的退化, 因?yàn)樗鼈儠觿〗饘俨考母g效應(yīng), 還有利原電池的產(chǎn)生, 特別是當(dāng)不同類金屬接觸的時候。濕汽和含鹽空氣的另一個有害效應(yīng)是在非金屬部件表面形成導(dǎo)致這些材料的絕緣和介質(zhì)特性退化的膜, 從而形成泄漏通路。絕緣材料吸收潮氣還可引起材料體積傳導(dǎo)率和耗散系數(shù)的增加。潮濕和含鹽空氣環(huán)境的可靠性改進(jìn)方法包括使用氣密性密封、防潮材料、除濕機(jī)、保護(hù)涂層/ 封蓋和減少使用不同類的金屬等。

2.5 電磁輻射對產(chǎn)品壽命的影響

射頻輻射對電子系統(tǒng)的干擾一般來自兩個途徑。一個途徑是輻射場的電噪聲干擾直接竄入系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明, 當(dāng)場強(qiáng)達(dá)到5V/ m 時, 系統(tǒng)肯定會出錯, 電磁干擾足以改變CPU 程序計數(shù)器PC 的數(shù)值, 使微機(jī)錯誤地"跳出"正在執(zhí)行程序, 特別是對小信號電路。而存貯器在場強(qiáng)為15V/ m 時則無法正常工作。射頻輻射干擾的另一種途徑是通過電源引入的。外架的輸電線相當(dāng)于接收天線, 把輻射干擾引入系統(tǒng), 這種干擾嚴(yán)重時可燒毀系統(tǒng)本身的電源。

電磁輻射同時也會對視頻和通訊信號進(jìn)行干擾, 與雷達(dá)輻射頻率相近的電視臺受到的圖像和伴音干擾最嚴(yán)重, 輻射干擾信號由電視天線進(jìn)入, 和電視信號一起經(jīng)過處理而輸出形成干擾。在其它的頻道上, 當(dāng)輻射場強(qiáng)高時, 可形成直檢或干擾。輻射場對電視機(jī)產(chǎn)生干擾而影響其可靠性, 以致于燒毀的另一個原因是輻射干擾經(jīng)電源線竄入。由于輸電線的再輻射作用, 使其外部空間輻射場強(qiáng)瞬時高達(dá)40～50V/ m, 這樣竄入電源線的干擾脈沖及空間場的感應(yīng)作用會使電視機(jī)中抗干擾能力薄弱的電路發(fā)生故障。通常, 降低干擾效應(yīng)要求采取過濾和屏蔽措施及選用較不敏感的元器件和電路。

2.6 振動對產(chǎn)品壽命的影響
電子設(shè)備在正常使用和試驗(yàn)中經(jīng)常受到環(huán)境沖擊和振動。當(dāng)產(chǎn)生的偏斜引起的機(jī)械應(yīng)力超過了構(gòu)件部件允許的工作應(yīng)力時, 這種環(huán)境可引起部件和結(jié)構(gòu)部分的物理損壞。

電子產(chǎn)品的自然頻率是在設(shè)計過程中必須要考慮的一個重要參數(shù), 因?yàn)槿绻匀活l率在振動頻率范圍內(nèi)的話有可能產(chǎn)生共振, 從而大大增加子系統(tǒng)的偏斜, 可使應(yīng)力超過安全線。振動環(huán)境對電連接器可能特別嚴(yán)酷, 因?yàn)樗梢疬B接器元件之間的相對運(yùn)動。這種運(yùn)動和其他環(huán)境應(yīng)力結(jié)合可產(chǎn)生磨損腐蝕。由此可產(chǎn)生磨損碎片, 引起接觸電阻很大的變化。振動應(yīng)力的可靠性改進(jìn)方法包括使用堅硬材料、控制共振和減少自由運(yùn)動。

2.7 負(fù)載對產(chǎn)品壽命的影響

不管是集成芯片還是LED 管或是開關(guān)電源, 是否在額定的負(fù)載下工作, 負(fù)載也是影響壽命的重要因素。因?yàn)槿魏我粋�元器件都有一個疲勞損傷期, 就以電源為例, 品牌電源可輸出105%~135%的功率,但如長時間使電源在如此高負(fù)載下工作, 必然加速開關(guān)電源的老化, 當(dāng)然開關(guān)電源不一定馬上失效, 但會使它的壽命迅速降低。

綜述：

從上述的各種環(huán)境因素對產(chǎn)品可靠性指標(biāo)的影響可以看出，產(chǎn)品在壽命周期過程中經(jīng)歷的每種環(huán)境因素都要求在設(shè)計過程中加以考慮。這樣才能保證有充分的環(huán)境強(qiáng)度結(jié)合到可靠性設(shè)計中。當(dāng)然改善產(chǎn)品的使用環(huán)境、對產(chǎn)品的定期的維護(hù)保養(yǎng)不但可以及時排除隱患故障， 更有利于提高產(chǎn)品的可靠性，延長產(chǎn)品的平均壽命。