江少平

摘 要：文章基于手機(jī)熱設(shè)計的角度從三個方面論述了手機(jī)TFT顯示屏的熱管理方式，包括熱源管控、散熱措施及整機(jī)布局，并舉例分析各種熱管理方式給手機(jī)表面溫度帶來的影響。

關(guān)鍵詞：TFT顯示屏；熱源管控；散熱措施；熱源布局

手機(jī)等移動終端已經(jīng)是不可或缺的日常用品，通常被用戶握在手中或者置于衣兜等貼身部位，手機(jī)溫度直接影響用戶的主觀感受和直接體驗(yàn)，溫度過高，不但會影響用戶使用舒適度甚至?xí)?dān)心安全問題。手機(jī)熱設(shè)計的理念是控制產(chǎn)品內(nèi)部電子器件的溫度，使之運(yùn)行安全可靠，同時控制產(chǎn)品表面溫度，滿足人體的安全舒適感。手機(jī)表面溫度主要體現(xiàn)在正面顯示屏的溫度、背面后蓋的溫度及四周邊框的溫度。顯示屏的溫度對用戶來說至關(guān)重要。站在熱設(shè)計的角度看，顯示屏熱源主要有兩方面的來源：一是手機(jī)工作時主板上產(chǎn)生的熱量有一部分傳遞到屏上；二是屏自身工作時也有一部分熱量產(chǎn)生，尤其是帶有背光燈光源的TFT顯示屏，當(dāng)背光燈點(diǎn)亮?xí)r有大量的能力耗散為廢熱。本文以某款手機(jī)上5.5英寸的TFT顯示屏為研究對象，從影響溫度結(jié)果的三個方面來詳細(xì)論述顯示屏的熱管理方式。

1 TFT顯示屏的熱源管控及意義

TFT（Thin film Transistor，薄膜晶體管）顯示屏，是LCD的一種，在手機(jī)行業(yè)已是大量使用。不同于OLED顯示屏的屏幕自發(fā)光，TFT顯示屏主要依靠背光燈為其提供光源，同時背光燈又是其主要的熱源。

如圖1為TFT顯示屏局部截面示意圖。圖標(biāo)01為屏的驅(qū)動IC；圖標(biāo)02為屏的背光燈，共14顆LED燈。驅(qū)動IC和背光LED燈是TFT顯示屏的主要熱源。通常屏的厚度為1.2mm～1.5mm，而驅(qū)動IC和背光LED燈都是封裝在屏的疊層里面。由此可見這兩種熱源到屏表面的幾何距離比較近，一旦熱源產(chǎn)生的熱量較大，表面就能明顯的感受到，對手機(jī)而言，這是不允許的。因此需要對驅(qū)動IC和背光燈的功耗進(jìn)行控制。圖下表1為某顯示屏模組廠商提供的5.5英寸 TFT顯示屏驅(qū)動IC樣品的功耗數(shù)據(jù)：

以上數(shù)據(jù)可以看出，顯示屏顯示不同顏色的情況下，驅(qū)動IC（Driver IC）樣品1平均功耗為103mW，樣品2平均功耗為144.4mW。從樣品1和樣品2的總體樣本范圍來看，顯示屏驅(qū)動IC功耗區(qū)間為0.1W～0.16W。如下表2為顯示屏模組廠商提供的TFT顯示屏單顆背光燈功耗參數(shù)：

LED背光燈的熱功耗與本身的光效有關(guān)，光效越高，熱功耗越低。表2中，對兩種背光燈樣品參數(shù)作了對比，普通硅酸鹽LED背光燈比色彩度高飽和LED背光燈發(fā)光效率更高，熱功耗值更低。背光燈點(diǎn)亮?xí)r其熱功耗均值分別為26mW和34mW。

對顯示屏熱源管控至關(guān)重要。熱設(shè)計工程師和顯示屏器件工程師需要很好的和顯示屏廠商合作，盡可能把驅(qū)動IC熱功耗降到最低；利用高效的LED材料，提高背光燈的光效，降低背光燈的熱損耗。同時要求廠商在顯示屏設(shè)計的時候做好內(nèi)部散熱設(shè)計，創(chuàng)造良好的散熱通道。

2 TFT顯示屏的散熱措施

顯示屏內(nèi)部散熱設(shè)計通常由廠商在初期設(shè)計的時候來落實(shí)。熱源的散熱環(huán)境與其在屏內(nèi)的布局和屏本身的疊層材質(zhì)均有關(guān)。作為手機(jī)熱設(shè)計工程師能做的是構(gòu)筑顯示屏外圍的散熱環(huán)境，為其提供良好的散熱通道。

3 TFT顯示屏熱源在手機(jī)內(nèi)的布局

顯示屏熱源位置對手機(jī)表面溫度來說至關(guān)重要，如果布局不好，影響整機(jī)的散熱，局部會形成高溫區(qū)域。在初期評估階段，盡量避免顯示屏熱源與主板熱源的疊加。顯示屏的驅(qū)動IC和背光燈放置的位置一般都是在按鍵或者受話區(qū)域。對于主板來說，通常板型為斷板的熱源基本放置在受話區(qū)域，板型為L板的熱源在受話區(qū)域或側(cè)邊框區(qū)域。主板熱源和顯示屏熱源上下分開布局是最理想的熱設(shè)計布局方式。

4 結(jié)語

本文基于手機(jī)整機(jī)熱設(shè)計角度，從三個方面詳細(xì)論述了手機(jī)TFT顯示屏熱管理方式，并分析了對溫度結(jié)果帶來的影響。

4.1 熱源管控

顯示屏熱源對溫度的表現(xiàn)非常敏感，微小的波動便能帶來較大的溫度變化。熱源管控的意義重大，它決定后續(xù)的散熱措施和整機(jī)布局，同時決定整機(jī)的熱設(shè)計難度和散熱成本。

4.2 散熱措施

已經(jīng)確定了顯示屏的情況下，可以通過調(diào)整整機(jī)結(jié)構(gòu)疊層、加入散熱材料等方式來改善顯示屏外圍散熱環(huán)境。因此，散熱空間和散熱材料在熱設(shè)計的地位十分重要。

4.3 整機(jī)布局

在熱設(shè)計評估初期需要考慮熱源的分布，盡可能將熱源分散布局，使整機(jī)溫度均衡，避免高溫?zé)狳c(diǎn)出現(xiàn)。如果布局不當(dāng)，后續(xù)如何加大散熱成本、優(yōu)化散熱措施等均是得不償失。

本文所述的熱源管控、散熱措施和整機(jī)布局是熱管理三個方面的手段，不僅僅在手機(jī)FTF顯示屏中使用，在手機(jī)整機(jī)及其他熱設(shè)備上同樣具有參考價值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張世欣，高進(jìn)，石曉郁.印制電路板的熱設(shè)計和熱分析[J].洛陽：現(xiàn)代電子技術(shù)，2007.

[2] 陶文銓.數(shù)值傳熱學(xué)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2001.

[3] 趙惇殳.電子設(shè)備熱設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[4] 丁成斌，王克成，王文革，等.基于Flotherm的一種電源設(shè)備熱仿真分析[J].機(jī)電元件，2011.