摘要：温度是影响LED显示屏可靠性的重要因素之一，本文从温度对LED显示屏的寿命和性能参数两方面的影响进行了探讨，指出因此而引起的可靠性问题。通过降低功耗和热设计将LED显示屏温升控制在合理的范围，是提高LED显示屏可靠性的有效措施。

关键词：LED显示屏；可靠性；温度；寿命

1 引言

LED显示屏经过二十余年的高速发展，无论在显示性能还是应用范围上都取得了长足进步。人们享受它所带来的其他平面媒体无法比拟的视觉震撼，同时也对其质量和可靠性提出了更高的要求。由于自身和使用环境的因素影响，目前LED显示屏可靠性水平仍偏低。LED显示屏是个庞大的系统，LED和其他元器件数量众多，加之LED对工作环境很敏感，本身可靠性并不高。LED显示屏的广泛应用也使得它的使用环境变得复杂多样，极端温度、湿度、盐雾、灰尘及机械振动、冲击等恶劣环境都会大大降低显示屏的可靠性。

据美国某研究项目的统计表明，电子元器件失效的原因中，温度引起的失效占55%，是影响电子元器件可靠性的主要因素。LED显示屏由数个到数十个箱体拼接而成，尤其对于户外屏，亮度要求高，功耗和发热量大，显示屏自身温升较大。户外屏在世界各地使用，还可能面临酷热或严寒的极端温度，并长期受到太阳辐射的热效应，温升进一步增大，屏体的元器件、零部件和结构件可能达到很高的温度，给显示屏的长期稳定工作带来挑战。因此，温度也一直是影响LED显示屏可靠性的主要因素。

LED显示屏可靠性受温度的影响主要体现在：增加元器件、零部件的失效率，降低它们的寿命，使显示屏故障率增加，使用寿命缩短；增大元器件、零部件性能参数的漂移，导致显示屏的显示故障。

2 对寿命的影响

LED显示屏故障通常是由组成显示屏的元器件或零部件的失效引起，它们的寿命决定了显示屏的平均无故障工作时间和使用寿命。据我司产品实际使用案例的统计数据和可靠性预计结果表明，显示模组和开关电源是决定LED显示屏可靠性水平的主要关键件。

模组上元器件数量很多，尤其是LED和驱动芯片，自身发热量大，可靠性最易受温度影响。LED的寿命表现为LED光衰到一定程度的时间和LED失效时间，温度升高会加速LED光衰，且LED芯片的最大结温一般比其他半导体器件偏低，所以温度可以说是LED的致命因素。显示屏持续高温会因失效的LED不断增多而出现一个个盲点，根据行业标准，户外屏允许的整屏像素失控率和区域像素失控率为2%和6%，超过即视为故障，室内屏则要求更严格。驱动芯片的最大结温虽然比LED略高，但根据元器件寿命的“十度法则”，温度每升高10℃，驱动芯片寿命会降低一半，超过最大结温驱动芯片将会失效。驱动芯片一般是多路输出，每颗芯片的失效会导致十几颗LED同时不亮，大大增加显示屏故障率。

开关电源的电解电容是温度敏感器件，耐温低，对环境温度有严格要求，温度越高电容寿命越短，超过额定温度会造成电解液泄漏而永久性损坏，电解电容的寿命直接关系着电源的寿命[1]。如果电源散热不良，变压器、功率器件等电源自身热源很容易引起周围温度上升，使电解电容的寿命降低，增加开关电源的失效率，显示屏可能频繁出现模组成片不亮的故障。

LED显示屏寿命取决于显示屏发生故障且不能在在规定时间内修复的时间和光衰到规定程度且不能在规定时间恢复的时间，二者较短的作为显示屏寿命[2]。不管用哪个时间表示，温度过高都将增加显示屏故障率，加速LED光衰，加速它们积累到不可修复的程度，缩短LED显示屏的使用寿命。

3 对性能参数的影响

温度过高除了降低元器件、零部件乃至整个LED显示屏的寿命，多数情况下往往更直接地表现为使显示屏元器件或零部件发生参数漂移、性能下降，虽不会使显示屏寿命立即终止，但也是造成显示屏故障频发的主要原因。

LED的光强、光效、波长、色温等性能参数都容易受温度影响。高温会增加LED芯片的无辐射跃迁，使封装树脂变性发黄影响透光性，内、外量子效率都下降，导致LED光强和光效降低，即LED的光衰。温度升高会使LED发光波长变长，颜色红移，引起色偏。由于红、绿、蓝LED芯片受温度的影响程度不同，在常温时白平衡正常的显示屏，如果温度过高且热均匀性不好，不仅显示亮度会下降，还可能破坏白平衡，造成不同区域的显示色差。

驱动芯片需要给LED提供一致且恒定的输出电流。由于LED显示屏的箱体结构特点，驱动芯片一般朝向箱体内部，加之自身发热较大，如果散热不良，很容易达到很高的温度而引起输出不稳定。且由于芯片输出通道间和片间的温飘不同，输出电流的差异会增大，进而使LED亮度不均，可能引起花屏。

开关电源内电解电容、变压器、功率器件等的性能指标随温度改变，所以电源的性能也对温度比较敏感，输出功率、效率都会随温度升高而下降。当电源温度很高且负载未合理降额时，可能导致输出不够或不稳定，显示屏出现闪烁。显示屏的其它阻容元件的性能也会受温度升高的不良影响，如电解电容的电容量下降，电阻的阻值漂移等等，同样不容忽视[3]。

4 LED显示屏温度的控制

温度过高会大大降低LED显示屏的可靠性，缩短它的使用寿命，所以LED显示屏温度的合理控制就显得尤为重要，已成为提高显示屏可靠性的基本要求。可采取的措施包括：

（1）降低功耗。显示模组和开关电源是LED显示屏最主要的热源，而模组的热主要源自LED和驱动芯片。对我司产品常用LED的电光转换效率测试得到，大约10%～30%的电转换成光，绝大部分都转化成了热。开关电源存在一定的效率，交流转直流时必然有一部分要转换成热。随着技术水平的发展，LED光效在不断提高，同样的亮度需要的电流更低。所以，选用高效的LED和开关电源，降低显示屏功耗，减少LED、驱动芯片和电源的发热量，从源头上控制LED显示屏的温升。

（2）热设计。对LED显示屏而言，热设计需满足两大要求：不仅需要控制温升，使箱体在标称的最高环境温度下各处温度能低于允许值；还需要控制温度的均匀性，防止显示面不同区域LED的温差过大而影响显示。这是LED显示屏的热设计与其他电子设备的不同之处。

LED显示屏一般以箱体为组成单元，热设计应首先根据使用环境、温度指标以及散热量等来选取合理的箱体散热方案，确定采取自然冷却或是强迫风冷，确定风扇和电源的选取和布置，确保箱体温升满足要求。而在模组级则重点针对控制LED和驱动芯片的温升做散热设计，对于灯驱合一的灯板，驱动芯片应尽量在灯板上分散均布，并评估是否需加散热片增强散热，防止驱动芯片过热和使附近的LED与其他位置LED的温差过大。热仿真是一种很好的热设计手段，通过箱体或模组散热的仿真分析，在设计中就可提前进行温度和温度均匀性的评估，并有效地优化设计。而无论哪种热设计方案，最终都需要经过热测试的验证，确保箱体温升符合设计要求。

5 结束语

温度是影响LED显示屏可靠性的主要因素。降低LED显示屏功耗，借助热仿真等手段对产品进行合理地热设计是控制LED显示屏温升，提高可靠性的有效措施。当然，LED显示屏的可靠性还受其他环境和人为因素的影响，有待我们深入研究。