LED显示屏广泛应用于户外广告、体育场馆、交通枢纽等场景,长期暴露在温湿度波动环境中,易出现性能衰减、部件老化等问题。环境可靠性检测是保障其长期稳定运行的核心环节,而湿热测试作为模拟高湿高温环境的关键项目,直接关联显示屏对潮湿闷热环境的耐受能力,是评估产品寿命与稳定性的重要依据。
湿热测试的标准依据
LED显示屏湿热测试需遵循明确的标准框架,常用标准包括国家标准GB/T 2423系列、行业标准SJ/T 11460-2014及国际标准IEC 60068-2-78。其中GB/T 2423.3-2006《恒定湿热试验》适用于模拟产品长期处于高湿高温环境的情况,比如南方夏季户外场景;GB/T 2423.4-2008《交变湿热试验》则针对昼夜温差大、湿度波动频繁的环境,如沿海或高原地区。
行业标准SJ/T 11460-2014《LED显示屏通用规范》进一步细化要求,明确户外屏的恒定湿热条件为55℃/95%RH、持续≥96h,户内屏为40℃/90%RH、持续≥48h。国际标准IEC 60068-2-78则适用于需考虑低气压的高空场景,为出口产品提供依据。
企业选择标准时需结合目标市场:出口东南亚的户外屏,因当地常年高温高湿(年均28℃以上、湿度80%RH以上),可参考IEC 60068-2-78的高温高湿循环;国内北方户外屏因昼夜温差大,交变湿热试验(GB/T 2423.4)更贴合实际。
测试设备的基本要求
湿热测试核心设备是恒温恒湿箱,其温度范围需覆盖-40℃~150℃(满足冬夏极端环境),湿度范围需达20%RH~98%RH(覆盖干燥到高湿场景)。若温度范围不足,无法模拟北方冬季-30℃的低温,或南方夏季50℃的高温。
温湿度均匀度是关键指标,国家标准要求温度≤±2℃、湿度≤±3%RH。若均匀度不达标,样品不同部位应力不一致——比如边缘温度偏低未失效,中心温度过高提前老化,导致测试结果偏差。
温湿度波动度需控制在温度±0.5℃、湿度±1%RH以内。波动过大可能导致样品表面频繁结露或干燥,模拟环境与实际不符。例如湿度波动超±2%RH,样品表面水汽快速凝结又蒸发,会加速PCB板氧化腐蚀。
设备密封性需严格把控,门缝、引线孔用密封胶条或防水接头密封,防止外部空气渗入。若密封性差,户外高湿空气进入箱内,会导致湿度无法稳定,影响测试重复性。
风速需≤1.5m/s,风速过大可能带走样品表面水汽,导致实际湿度低于设定值;风速过小则无法保证气流循环,样品周围温湿度不均。一般恒温恒湿箱会配可调风扇,根据样品大小调整风速。
测试条件的科学设定
湿热测试条件需结合产品使用环境、标准要求和客户规格书。恒定湿热常用条件有40℃/90%RH(户内屏)、55℃/95%RH(户外屏);交变湿热常用温度循环(25℃→40℃→25℃)、湿度同步变化(80%RH→95%RH→80%RH)。
持续时间设定需参考使用场景:南方户外屏因长期高湿,恒定湿热时间可选168h(7天);北方户外屏因昼夜温差大,交变湿热可选10个循环(每个循环24h)。客户若要求更严格,可延长至20个循环。
温度与湿度的组合需科学:若温度过高而湿度偏低,无法模拟“湿热”环境——比如60℃/60%RH,虽温度高,但湿度低,样品不会因潮湿失效;若湿度过高而温度偏低,比如25℃/95%RH,样品表面易结露,但不会加速塑料部件老化。
例如,针对深圳户外屏(夏季平均32℃、湿度85%RH),可设定恒定湿热条件为50℃/90%RH、持续96h,既覆盖实际环境,又通过提高温度加速老化,缩短测试时间。
样品准备的规范流程
样品数量一般选3~5台,保证统计显著性——若仅测1台,无法判断失效是个体差异还是普遍问题。样品需为全新未使用状态,或模拟实际使用:安装面罩、电源、控制系统,确保测试场景与实际一致。
预处理是关键步骤:测试前需将样品置于标准环境(23℃±2℃、50%RH±5%RH)24h,消除运输或存储带来的温湿度应力。若不预处理,样品可能因运输中的低温,测试时快速升温导致内部应力集中,提前失效。
样品需标记编号,记录初始状态:亮度(中心亮度≥1500cd/㎡)、色度(CIE 1931坐标x=0.64、y=0.33)、功耗(每平米≤200W)、外观(无划痕、变形)。初始状态记录不全,测试后无法对比性能变化。
若样品有外接电源或控制系统,需确保引线长度足够,不影响样品放置——引线过长可能缠绕,导致样品位置偏移,影响气流循环;引线过短可能拉扯样品,导致接口松动。
测试过程的关键操作要点
样品放置需间距≥5cm,避免堆叠,保证气流循环。若堆叠放置,下层样品因气流不畅,温度和湿度高于上层,会提前失效。例如,3台样品堆叠,下层样品温度可能比上层高3℃,导致其亮度衰减率比上层高10%。
测试开始前需检查设备状态:温湿度是否稳定在设定值(比如恒定湿热40℃/90%RH,需等待设备运行1h后再放入样品),样品通电是否正常(有无黑屏、闪烁)。若设备未稳定就放样品,样品会承受骤变的温湿度,导致测试结果不准确。
过程中需定期监控:每隔2h记录设备内温湿度,每隔12h记录样品参数(亮度均匀性、色度坐标、电源电压)。例如,若样品亮度从初始1500cd/㎡降至1200cd/㎡(衰减20%),需立即记录时间和状态,分析原因。
异常情况需及时处理:若样品出现黑屏,立即记录时间、温湿度和样品状态,必要时暂停测试——比如黑屏是因电源短路,需拆开样品检查PCB板是否有积水,避免故障扩大。
测试中的性能参数监测
亮度是核心监测参数:用亮度计测样品中心和四个角的亮度,计算均匀度(≥85%为合格)。若亮度均匀度降至80%以下,说明部分灯珠老化,显示屏会出现“暗斑”,影响视觉效果。
色度监测需关注CIE 1931坐标变化:△x≤0.01、△y≤0.01为合格。若△x超过0.02,显示屏会从“正红”变成“偏橙”,不符合行业标准(SJ/T 11460要求△x≤0.015)。
功耗监测需记录输入功率:变化率≤10%为合格。若功耗从200W升至220W,说明电源或LED灯珠老化,内阻增大,导致功耗增加——长期使用会导致电源过载,引发火灾。
外观监测需检查:面罩是否变形(塑料因湿热膨胀)、螺丝是否生锈(金属因潮湿氧化)、PCB板是否有霉斑(潮湿导致霉菌生长)。若PCB板有霉斑,会导致线路短路,样品黑屏。
电气性能监测需测电源纹波电压(≤50mV)和控制系统通信(无延迟、无丢包)。纹波电压过大,会导致LED灯珠闪烁;通信异常,会导致显示屏画面卡顿。
常见失效模式的分析
外观失效:面罩变形(塑料ABS因湿热膨胀,超过其热变形温度70℃)、螺丝生锈(铁螺丝未做镀锌处理,潮湿环境下氧化)、PCB板发霉(环氧板吸潮,导致霉菌生长)。
光学失效:亮度衰减超过20%(LED灯珠封装胶因湿热老化,透光率下降)、色度偏移超标(荧光粉因高温失效,无法转换蓝光为白光)。例如,蓝光LED灯珠的荧光粉在55℃/95%RH环境下,168h后透光率下降15%,导致亮度衰减。
电气失效:电源短路(PCB板因潮湿导致线路间绝缘电阻下降,从10MΩ降至1MΩ以下)、控制系统死机(单片机因湿热导致引脚氧化,无法接收指令)、LED灯珠死灯(灯珠内部金线因潮湿腐蚀断裂)。
结构失效:模块拼接缝隙变大(面罩因湿热膨胀,导致模块间间距从1mm增至3mm)、支架松动(螺丝因潮湿生锈,扭矩从10N·m降至5N·m以下)。结构失效会导致显示屏进水,进一步加剧电气失效。
测试后的评估与判定指标
测试后需将样品置于标准环境24h,恢复至常温常湿,再测试性能参数。评估依据包括:标准要求(GB/T 2423.3要求亮度衰减≤15%、色度偏移≤0.02)、客户规格书(比如客户要求交变湿热10个循环后,亮度均匀度≥90%)、初始状态对比(功耗变化率≤8%)。
合格判定:所有参数符合要求——比如3台样品中,2台亮度衰减10%、1台衰减12%,均≤15%;色度偏移均≤0.01;外观无变形、生锈。
不合格判定:有一项参数超出限值——比如1台样品亮度衰减25%,或PCB板有霉斑,或电源短路。此时需分析失效原因,改进产品设计:比如面罩改用耐温更高的PC材料(热变形温度120℃),螺丝改用不锈钢材质,PCB板涂覆防潮胶。
需改进判定:参数接近限值——比如亮度衰减14%(接近15%),或色度偏移0.018(接近0.02)。此时需优化防护设计:比如增加面罩的通风孔,降低内部湿度;或提高LED灯珠的封装胶等级(从普通硅胶改为耐湿热硅胶)。
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