和其它電子設備一樣，LED顯示屏也需要具備防水功能，也需要進行防水設計。
《LED顯示屏通用規(guī)范SJ/T11141-2012》第5.5節(jié)“外殼防護等級”的要求見表1，第6.5節(jié)規(guī)定了按GB4208 2008方法進行，查GB4208 2008可知外殼防水等級，見表2。
應用環(huán)境 等級
A級 B級 C級
室內 IP30>F≥IP20 IP31>F≥IP30 ≥IP31
室外 IP54>F≥IP33 IP66>F≥IP54 F≥IP66
表1外殼防護等級
IP后的第二位特征數字 對設備防護的含義（防止進水造成有害影響）
0 無防護
1 垂直方向滴水應無有害影響
2 當外殼的各垂直面在15º范圍內傾斜時，垂直方向滴水應無有害影響
3 各垂直面在60º范圍內淋水，無有害影響
4 向外殼各方向濺水無有害影響
5 向外殼各方向噴水無有害影響
6 向外殼各方向猛烈噴水無有害影響
7 浸入規(guī)定壓力的水中，經規(guī)定時間后，外殼進水量不致達有害程度
8 按生產廠和用戶雙方同意的條件（應比特征數字為7時嚴酷），持續(xù)潛水后，外殼進水量不致達有害程度
表2外殼防水等級
需要特別說明的是，IP后的第二位特征數字6及6以下，隨著數字的變大，試驗是逐漸變嚴的，也就是說，標識為IPX6的LED顯示屏，同時可通過IPX5、IPX4、IPX3、IPX2、IPX1、IPX0的試驗。IP后的第二位特征數字7或8的試驗，與6及6以下的試驗類型是兩種，也就是說，標識為IPX7或者標識為IPX8，不代表同時符合IPX6、IPX5要求，同時符合IPX7、IPX6要求的LED顯示屏，可以標識為IPX7/IPX6。從技術難度來說，IPX3、IPX2、IPX1、IPX0的設計比較簡單，本文不做探討；從實際應用角度出發(fā)，IPX8在LED顯示屏行業(yè)非常少見，本文也不做探討。
一、標識為IPX5的LED顯示屏設計
LED顯示屏，與汽車的使用環(huán)境類似。因此，系統(tǒng)研究汽車的防水功能實現過程，從中借鑒防水技術，能使室外LED顯示屏的防水可靠性大大提升。本文從汽車車門結構的設計特點、密封材料的特點以及密封材料的接觸受壓特征三方面進行分析提煉，從而得到可以借鑒的防水技術。
1、汽車車門結構的設計特點
汽車車門的結構設計如圖1所示。從圖中可以看到，其設計特點是除了有密封條之外，還設計有導雨槽和排水孔。如此設計可實現防水以及排水功能。
圖1 車門的結構設計
（1．門外護板，2．窗臺外密封條，3．導雨槽，4．門框密封條，5．車門玻璃，6．車門內開啟把手，7．防水簾，8．門內護板，9．回水孔，10．膠條，11．排水孔）
1.1 防水設計特點
防水的主要部位是車窗和車門。對于車窗，其防雨設計采用兩道密封結構（如圖1中（2）），第1道密封條可將雨水擋在車門玻璃的外側，小部分滲入的雨水被第2道密封條擋住，并從兩道密封條間的間隙流出；對于車門，其防水也是兩道防水結構，一是車門外延要比門框大，關閉時可實現擋雨（如圖2所示），而門框的設計一般是實行曲線設計（如圖3所示），在防雨中曲線設計可起到導流作用，二是車門與門框之間有橡膠密封圈（如圖2和圖3），關門時密封圈可形成第二道防水，車門的防水結構設計可將大部分雨水擋在車身外側，而有雨水從車門頂部和車門外延流進車門時，由于重力作用大部分也會順著導流槽向車身外側流動，而小部分滲入的雨水被第2道密封條擋住。
圖2
圖3 車門的密封、排水設計
1.2 排水設計特點
來自車頂的雨水，部分被導雨槽疏導到車門的前、后部位流到地上；部分漫過導雨槽被導雨槽堵在門外，連同打在門玻璃的雨水順車門玻璃下流；即使有部分水從車門和導雨槽中間流下去，也會被車門和與之緊壓著的門框密封條堵在車外流到地上。順車門玻璃下流的水絕大部分被窗臺外密封條堵住，順車門外護板流到地上；小部分水流進車門腔內通過車門下面的排水孔排到地面上；因門內板上有很多孔，為了確保流進門腔的水不進入車內，在門內板上又粘貼了一層防水簾，進人門內護板的水被防水簾擋在門與防水簾之間，然后通過門內板上的回水孔回流到門腔內，再從車門下面的排水孔流到地上（如圖4所示）。
圖4 車門的排水示意圖
LED顯示屏的防水結構，采取疏堵結合的方式，防水更加可靠。艾比森的室外LED顯示屏，充分借鑒了上述防水結構原理。
2、車門密封材料的特點
2.1 密封材料的結構特點
在各種車用密封材料的形狀結構中，中空的泡管結構是最佳選擇（如圖5），因為這種結構在壓力作用下能產生較大的變形及吸收沖擊能量，抗變形力小，當壓力撤出時能及時釋放能量恢復原形。泡管結構的好壞主要取決于空腔的數量、泡管形狀、泡管壁厚、泡管高度、泡管位置等因素。
圖5 中空密封條圖例
2.2 密封材料的材質特點
車用的密封材料主要有這幾種（如圖6所示）：單一膠種密封材料、二復合膠種密封材料(如密實橡膠與密實或海綿橡膠的復合)、三復合材料(如密實橡膠、海綿橡膠和鋼或尼龍骨架的復合)以及四復合材料(如密實橡膠、海綿橡膠和鋼或尼龍骨架、植絨四種材料的復合)。目前車門密封材料以復合型密封膠為主，其中又以含EPDM橡膠的復合材料為主。
圖6 密封條類別
其中:(a)(b)單元橡膠密封條；(C)二元橡膠密封條；(d)三元橡膠密封條
|
序號 |
項目 |
名稱 | |||
|
PVC（聚氯乙烯） |
天然橡膠（丁苯橡膠） |
EPDM（三元乙丙合成橡膠） |
熱塑性單性體 | ||
|
1 |
強度（邵氏A） |
≥40 |
50～90 |
≥20 |
20～90 |
|
2 |
拉伸強度（MPa） |
≥7 |
≥7 |
≥7 |
≥7 |
|
3 |
扯斷伸長率（%） |
≥150 |
≥150 |
≥250 |
≥250 |
|
4 |
壓縮永久變形（%） |
≤75 |
≤75 |
≤50 |
≤40 |
|
5 |
耐高低溫（℃） |
-20～120 |
-35～160 |
-40～180 |
-50～180 |
|
6 |
抗紫外線 |
不 |
一般 |
一般 |
較好 |
|
7 |
耐臭氧性 |
有龜裂 |
無異常 |
無異常 |
無異常 |
|
8 |
熱空氣老化 硬度變化（%） 拉伸變化（%） 強度變化（%） |
≤10 ≤-40 ≤-30 |
≤10 ≤-35 ≤-25 |
≤10 ≤-35 ≤-25 |
≤10 ≤-35 ≤-25 |
|
9 |
撕裂強度（kN/m） |
≥10 |
≥15 |
≥15 |
≥15 |
|
10 |
使用壽命（年） |
3～5 |
3～5 |
7～10 |
7～10 |
表1 各種車用密封材料的物理性能
表1為常見車用密封材料的物理性能。對比表中EPDM和丁苯橡膠，可以看到，選擇密封材料時，需著重關注材料的扯斷伸長率（值越大可表面越不容易被扯斷）、壓縮永久變形率、抗紫外、耐溫變等性能。
室外LED顯示屏，密封材料的選擇也是非常重要的。其中密封材料的使用壽命、耐高低溫性能、熱空氣老化性能等重要性能指標的選擇，尤為關鍵。密封材料的選擇，通常是幾年后室外LED顯示屏是否能正常防水的關鍵因素。
比森室外LED顯示屏密封材料選擇上，考慮的不光是當前的防水可靠性，更是幾年后的防水可靠性。
3、密封膠之間的接觸受力
要實現完好的防水，除對結構和密封橡膠性能有要求之外，還需考慮到密封條的壓覆面積以及密封條的受力是否滿足密封的要求。
在汽車的防水設計中，設計人員根據密封要求，以及密封條的材質考慮了車門在關閉狀態(tài)下密封條的接觸受力和被壓縮量。從而使車門方便開和關，同時又達到了密封膠與門框或密封膠之間所需的接觸面積和受力，使車輛達到致密防水的性能要求。
LED顯示屏的密封受力設計，需重點考慮封閉狀態(tài)下，密封條的接觸面積和被壓縮力。從而得出實施密封的外部力量，并轉化成快速鎖的鎖力、鉸鏈拉緊力等。
艾比森的室外LED顯示屏，密封膠之間的接觸受力，經過了大量設計驗證后，已經建立起受力分析模型。
4、小結
通過上述對汽車車門防水的分析，LED顯示屏可以從中獲取的借鑒是：
1）在結構設計上，防和排結合；
2）在結構確定后，根據結構的特點，可考慮具有中空泡管結構、壓縮永久變形率小、扯斷伸長率大等性能的密封條材料；
3）選定密封條材料后，需根據密封條材料的特性，設計合適的接觸面和接觸受力，使密封條擠壓到致密狀。
艾比森的室外LED顯示屏，在借鑒了汽車防水技術后，防水可靠性得到了更好的提升。
參考文獻
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