基于手機熱設計角度論述TFT顯示屏的熱管理

江少平

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

關鍵詞：TFT顯示屏；熱源管控；散熱措施；熱源布局

手機等移動終端已經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，手機溫度直接影響用戶的主觀感受和直接體驗，溫度過高，不但會影響用戶使用舒適度甚至會擔心安全問題。手機熱設計的理念是控制產品內部電子器件的溫度，使之運行安全可靠，同時控制產品表面溫度，滿足人體的安全舒適感。手機表面溫度主要體現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重要。站在熱設計的角度看，顯示屏熱源主要有兩方面的來源：一是手機工作時主板上產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生，尤其是帶有背光燈光源的TFT顯示屏，當背光燈點亮時有大量的能力耗散為廢熱。本文以某款手機上5.5英寸的TFT顯示屏為研究對象，從影響溫度結果的三個方面來詳細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，在手機行業已是大量使用。不同于OLED顯示屏的屏幕自發光，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01為屏的驅動IC；圖標02為屏的背光燈，共14顆LED燈。驅動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，一旦熱源產生的熱量較大，表面就能明顯的感受到，對手機而言，這是不允許的。因此需要對驅動IC和背光燈的功耗進行控制。圖下表1為某顯示屏模組廠商提供的5.5英寸 TFT顯示屏驅動IC樣品的功耗數據：

以上數據可以看出，顯示屏顯示不同顏色的情況下，驅動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，顯示屏驅動IC功耗區間為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：

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

對顯示屏熱源管控至關重要。熱設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計的時候做好內部散熱設計，創造良好的散熱通道。

2 TFT顯示屏的散熱措施

顯示屏內部散熱設計通常由廠商在初期設計的時候來落實。熱源的散熱環境與其在屏內的布局和屏本身的疊層材質均有關。作為手機熱設計工程師能做的是構筑顯示屏外圍的散熱環境，為其提供良好的散熱通道。

3 TFT顯示屏熱源在手機內的布局

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

4 結語

本文基于手機整機熱設計角度，從三個方面詳細論述了手機TFT顯示屏熱管理方式，并分析了對溫度結果帶來的影響。

4.1 熱源管控

顯示屏熱源對溫度的表現非常敏感，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，它決定后續的散熱措施和整機布局，同時決定整機的熱設計難度和散熱成本。

4.2 散熱措施

已經確定了顯示屏的情況下，可以通過調整整機結構疊層、加入散熱材料等方式來改善顯示屏外圍散熱環境。因此，散熱空間和散熱材料在熱設計的地位十分重要。

4.3 整機布局

在熱設計評估初期需要考慮熱源的分布，盡可能將熱源分散布局，使整機溫度均衡，避免高溫熱點出現。如果布局不當，后續如何加大散熱成本、優化散熱措施等均是得不償失。

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

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