全彩LED顯示屏可靠性分析

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2013-12-13

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 LED顯示屏是集光電子技術、微電子技術、計算機技術以及視頻技術為一體的高科技產品，具有耗電量少、功耗小、亮度高、性能穩(wěn)定、壽命長等優(yōu)點�？稍趯嶋H應用中，我們卻頻頻看到行業(yè)內其他公司LED顯示屏失效的報道：如2012年4月21日香港海逸君綽酒店天臺巨型屏幕突然起火，2011年12月16日，北京西直門購物中心的LED顯示屏起火以及在2010年廣州國際燈光節(jié)上，懸掛在廣州新圖書館外、正對著花城廣場的主LED大屏幕突然發(fā)生火災等等。能解決引起LED顯示屏失效的問題，對行業(yè)的發(fā)展是有很大幫助的。

LED顯示屏電子元件繁多、電路復雜、LED燈的數量大，是否具有較高的可靠性，將直接關系到顯示屏的實際使用價值。因此，在對LED顯示屏進行設計時，我們都希望所設計的顯示屏能夠達到較高的可靠性，具有較好的工作穩(wěn)定性、較長的使用壽命。因此，在顯示屏的性能指標及費用等要求提出后，在研制生產之前我們有必要對系統中各個模塊所用元器件的性能、可靠性進行分析，并對整個LED顯示屏的最終穩(wěn)定性狀態(tài)進行估計計算，分析出設計的顯示屏中失效率較高的單元，從而可以通過選用性能更好的元器件、更換元器件、應用冗余系統、嚴格控制制造工藝和嚴格控制檢驗等改進措施，減小失效率，把精力集中在穩(wěn)定性最弱的環(huán)節(jié)。

此外，可靠性分析還可以幫助我們進行各種設計方案之間的比較，找到使系統可靠性指標達到最高的設計方案，并為在設計時對元器件、零件和材料的選用提供依據，為設計評審、故障分析、維護性分析和熱設計等提供信息。本文利用元器件計數法，以一個戶外LED顯示箱體為例，介紹如何預估顯示屏的可靠性，并分析了影響顯示屏可靠性的關鍵因素及提出提高可靠性的方法。

1、可靠性預計方法

1.1產品壽命期

從可靠性工程的角度看，產品壽命期內大體分為三個階段：早期失效期、正常使用期和耗損老化失效期。各階段的失效率與時間的關系遵循浴盆曲線，如圖1所示。

早期失效期：由于設計、制造、材料等過程中存在的缺陷，導致產品剛開始使用時失效率高。企業(yè)質量管理水平越高，該過程就越短。

正常使用期：產品在這一時期的故障與產品質量和使用環(huán)境有關，是隨機發(fā)生的，質量越好的產品，其失效率很低且近乎是常數，因此可用壽命也越長。

耗損失效期：由于產品的各主要部件壽命已到，各種故障“累積”爆發(fā)。

1.2 失效率

失效率是指產品在給定的時間間隔內發(fā)生不可修復性故障的累計次數，定義為λ。

1.3 可靠性

可靠性指產品、系統在規(guī)定的條件下，規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的能力。通常表達可靠性的方法是MTBF，即產品平均無故障時間。平均無故障時間的計算是：總運行時間除以產品失效的次數。

而當電子產品進入正常使用期后，由于失效率幾乎為常數，一般也用失效率λ的倒數來表示MTBF的值，以衡量產品的質量水平：

1.4 可靠性預計方法

可靠性預計的方法一般有元器件計數法、相似產品法、相似電路法、有源器件法、評分預計法及元器件應力分析法等。本文采用元器件計數法進行LED顯示屏的可靠性預計。所謂元器件計數法就是根據組成設備的各類元器件的通用失效率及其使用數量，來預計設備失效率的方法。適用于電子設備方案論證階段和初步設計階段，元器件的種類和數量大致已經確定，但具體的工作盈利和環(huán)境等尚未明確時，對系統基本可靠性進行預計，其基本原理也是對元器件“基本故障率”的修正。其計算步驟是：先計算設備中各種型號和各種類型的元器件數目，然后再乘以相應型號或響應類型元器件的基本失效率，最后把個乘積累加起來，即可得到產品的失效率。計算公式為：

2、led顯示屏箱體的可靠性預計

本文預估的顯示屏箱體是一個串聯模型，包括那些冗余或替代工作模式的單元都按串聯處理，之后采用元器件計數法預估模型的失效率，進而求解MTBF時間。

要預估的顯示屏箱體的是由6個300W的電源、一塊接收板、一塊轉接板和24塊燈驅合一板組成，該顯示屏特點為：全彩屏，設計亮度8000cd/m2、像素間距16mm、恒流驅動1/8掃描。

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