新型熱管對(duì)電視性能的影響

潘正黨

（正陽(yáng)縣職業(yè)中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校，河南 駐馬店 463600）

0 引言

隨著4K、8K 等高清技術(shù)的普及以及智能電視性能和功能的不斷增強(qiáng)和豐富，電視機(jī)內(nèi)部組件的發(fā)熱量隨之增加。過(guò)高的機(jī)內(nèi)溫度不僅影響電視機(jī)的性能，還會(huì)縮短其使用壽命，甚至引發(fā)安全事故[1]。熱管作為一種高效的熱傳導(dǎo)設(shè)備，能夠迅速將熱量從熱源傳導(dǎo)到較冷的部分，從而有效降低電子設(shè)備的工作溫度。新型熱管作為一種全新的高效散熱解決方案，已經(jīng)在業(yè)內(nèi)引起了廣泛關(guān)注[2]。為了研究新型熱管對(duì)電視性能的影響，本文首先介紹傳統(tǒng)的電視散熱技術(shù)，以及在電視性能越來(lái)越強(qiáng)大和體積越來(lái)越輕薄的發(fā)展趨勢(shì)下傳統(tǒng)散熱技術(shù)面臨的困境，其次闡述熱管技術(shù)的基本原理和發(fā)展歷程，最后分析新型熱管應(yīng)用對(duì)電視圖像質(zhì)量、音響性能和電視壽命的影響。

1 傳統(tǒng)電視散熱技術(shù)

1.1 傳統(tǒng)散熱技術(shù)概述

1.1.1 風(fēng)扇散熱

風(fēng)扇散熱是最常見(jiàn)的散熱技術(shù)之一，主要原理是通過(guò)風(fēng)扇產(chǎn)生氣流帶走電視內(nèi)部產(chǎn)生的熱量。風(fēng)扇散熱的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單有效，成本相對(duì)較低，且能夠快速降低電子設(shè)備的溫度。然而這種方法也有明顯的缺點(diǎn)。首先，風(fēng)扇運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的噪音。在安靜的環(huán)境中，這種噪音會(huì)對(duì)觀看體驗(yàn)產(chǎn)生負(fù)面影響。其次，風(fēng)扇散熱對(duì)空間的占用較大，限制了電視設(shè)計(jì)的輕薄化。最后，風(fēng)扇長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致灰塵積聚，在降低電器散熱效率的同時(shí)增加清潔和維護(hù)的難度。

1.1.2 散熱片散熱

散熱片是一種常用于電視散熱的設(shè)備，通常由銅或鋁等高熱導(dǎo)率材料制成。散熱片由于無(wú)須動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，因此運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生額外噪音。此外，由于散熱片沒(méi)有可移動(dòng)的部件，因此其具有較高的可靠性和耐用性，且維護(hù)成本相對(duì)較低。然而，散熱片的散熱效能極易受到其表面積和空氣流通情況的影響，在密閉空間或空氣流通不暢的環(huán)境中，散熱片的散熱性能較差。

1.2 傳統(tǒng)散熱技術(shù)面臨的困境

隨著電視技術(shù)的發(fā)展，電視機(jī)的尺寸和體積發(fā)生了顯著的變化。早期的背投電視和陰極射線管電視逐漸被更薄、更輕的液晶（Liquid Crystal Display，LCD）和有機(jī)發(fā)光二極管（Organic Light Emitting Diode，OLED）電視所取代。在過(guò)去的10 年中，電視機(jī)的平均厚度從約10 cm 減少到不到5 cm。隨著電視分辨率的提高，從高清（High Definition，HD）到4K，甚至8K，電視發(fā)熱量不斷提升，其中4K 電視（3 840×2 160 像素）產(chǎn)生的熱量幾乎是高清電視（分辨率為1 920×1 080 像素）的4 倍，8K 電視（7 680×4 320 像素）的熱輸出更是高清電視的16 倍[3]。

在上述電視發(fā)展趨勢(shì)下，傳統(tǒng)散熱方法面臨著以下困境。

一是散熱效率低下。以風(fēng)扇散熱為例，研究顯示，即使在最佳物理?xiàng)l件下，風(fēng)扇的散熱效率也難以滿足高性能電視處理器的需求。一些4K 電視處理器在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生70 W 的熱量，而傳統(tǒng)風(fēng)扇散熱系統(tǒng)往往只能有效處理30 ～40 W 的熱負(fù)荷。

二是體積和重量過(guò)大。采用散熱片散熱時(shí)，大型散熱片需要足夠的表面積來(lái)有效散熱，直接增加了電視的背部厚度。采用風(fēng)扇散熱時(shí)，盡管風(fēng)扇本身體積不大，但為了保證足夠的空氣流動(dòng)，電視機(jī)內(nèi)部需要預(yù)留額外空間，也增加了電視機(jī)的體積。此外，加裝風(fēng)扇和散熱片意味著增加額外的重量，對(duì)于掛墻式輕薄電視來(lái)說(shuō)是很難接受的。

2 熱管散熱技術(shù)

2.1 熱管技術(shù)概述

熱管是一種高效的熱傳導(dǎo)設(shè)備，利用傳熱介質(zhì)的相變（蒸發(fā)和凝結(jié)）來(lái)迅速傳遞熱量，如圖1 所示。熱管通常由蒸發(fā)器區(qū)、冷凝器區(qū)和導(dǎo)熱核心等3 個(gè)主要部分組成。當(dāng)熱管的一端（蒸發(fā)器區(qū)）接觸到熱源時(shí)，傳熱介質(zhì)吸收熱量并蒸發(fā)成氣體，該過(guò)程會(huì)吸收大量的潛熱。蒸發(fā)后的氣體流向熱管的另一端（冷凝器區(qū)），在這里釋放熱量并再次凝結(jié)成液體。凝結(jié)的液體通過(guò)毛細(xì)作用或重力作用返回到蒸發(fā)器區(qū)，循環(huán)重新開(kāi)始。熱管的熱傳導(dǎo)效率極高，一般是金屬銅傳熱效率的數(shù)百倍。典型的銅制熱管在1 m 長(zhǎng)度上的熱阻可以低至0.1 ℃·W-1，這意味著即使傳遞數(shù)百瓦的熱量，該熱管的溫度梯度也非常小，使得熱管成為一種極為有效的熱管理解決方案[4]。

圖1 熱管工作原理

2.2 傳統(tǒng)熱管技術(shù)在電視應(yīng)用中的不足

盡管熱管技術(shù)在熱傳導(dǎo)方面表現(xiàn)出色，傳統(tǒng)熱管在電視散熱中的應(yīng)用也面臨著不小的問(wèn)題。首先，傳統(tǒng)熱管在電視等現(xiàn)代電子設(shè)備中的應(yīng)用受到其空間和形狀的限制。由于電視機(jī)趨向于更薄的設(shè)計(jì)，內(nèi)部可用于散熱組件的空間非常有限，而傳統(tǒng)熱管通常是直管形狀，為了適應(yīng)電視機(jī)背部的有限空間，熱管需要彎曲或折疊以適應(yīng)特定的形狀和尺寸，這會(huì)影響其內(nèi)部流體的流動(dòng)性能和熱傳導(dǎo)效率。在極端情況下，不當(dāng)?shù)膹澢踔量赡軐?dǎo)致熱管內(nèi)部發(fā)生氣體堵塞，嚴(yán)重影響其散熱性能。其次，熱管內(nèi)的傳熱介質(zhì)在不同的溫度和壓力下其性能會(huì)有所不同，標(biāo)準(zhǔn)的銅-水熱管在高溫環(huán)境（超過(guò)70 ℃）下的熱傳導(dǎo)效率會(huì)降低，因此對(duì)于高性能或長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的電視機(jī)，熱管可能無(wú)法有效地將熱量從熱源傳輸?shù)嚼鋮s區(qū)域。

2.3 新型熱管技術(shù)

為了克服傳統(tǒng)熱管技術(shù)在現(xiàn)代電視應(yīng)用中的局限性，研發(fā)人員開(kāi)發(fā)了多種新型熱管技術(shù)。這些新型熱管使用改進(jìn)的設(shè)計(jì)和材料，能更有效地在緊湊空間內(nèi)提供高效散熱。

第一，扁平型熱管。這種熱管的特點(diǎn)是扁平形狀，形態(tài)上相比傳統(tǒng)圓柱形熱管更適合薄型電視設(shè)計(jì)。扁平型熱管能提供更大的接觸面積，從而改善熱量從源頭到熱管的傳遞效率。常見(jiàn)的扁平型熱管的熱阻可低至0.05 ℃·W-1，比傳統(tǒng)圓柱形熱管更加高效。

第二，彎曲型熱管。這種熱管允許電視設(shè)計(jì)具備更大的靈活性，可以根據(jù)電視機(jī)內(nèi)部空間的具體需求進(jìn)行定制彎曲。這種設(shè)計(jì)不僅適應(yīng)了電視機(jī)內(nèi)部空間的限制，還保持了良好的熱傳導(dǎo)性能。

第三，復(fù)合材料熱管。這種熱管使用復(fù)合材料制成，相比傳統(tǒng)的銅或鋁熱管，可以將重量降低30%，同時(shí)具備更高效的熱傳導(dǎo)能力。

這些新型熱管技術(shù)在提升散熱效率的同時(shí)，更好地適應(yīng)了現(xiàn)代電視的設(shè)計(jì)需求，為電視制造商在高性能與緊湊設(shè)計(jì)之間找到了新的平衡點(diǎn)。

3 新型熱管對(duì)電視性能的提升

3.1 新型熱管對(duì)電視圖像質(zhì)量的影響

新型熱管技術(shù)對(duì)電視圖像質(zhì)量的提升起著至關(guān)重要的作用，特別是電視在處理高分辨率和高動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)容時(shí)。良好的散熱不僅可以防止電視機(jī)內(nèi)部組件過(guò)熱，還能保證圖像處理器和顯示屏在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，這對(duì)于維持圖像的清晰度和顏色準(zhǔn)確性至關(guān)重要。在高分辨率電視機(jī)（如4K 和8K 電視）中，處理器需處理大量數(shù)據(jù)來(lái)生成清晰、細(xì)致的圖像，處理器過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致處理速度降低、響應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，甚至出現(xiàn)圖像失真或顏色偏差。有研究表明，處理器溫度每升高10 ℃，其自身性能會(huì)下降5%至10%。新型熱管通過(guò)有效降低處理器溫度，能幫助維持其高效運(yùn)行，從而確保圖像的高質(zhì)量輸出。此外，對(duì)于液晶顯示屏和有機(jī)發(fā)光二極管顯示屏，其在過(guò)熱情況下會(huì)出現(xiàn)性能降低，導(dǎo)致像素反應(yīng)速度變慢，影響圖像的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)，或引起顏色分布不均。使用新型熱管技術(shù)，可以有效控制顯示屏溫度，減少這類(lèi)問(wèn)題，提供更加清晰和生動(dòng)的觀看體驗(yàn)[5]。

3.2 新型熱管對(duì)電視音響性能的影響

新型熱管技術(shù)對(duì)提升電視音響性能也起著重要作用。音響系統(tǒng)在高負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，如果這些熱量未能有效散發(fā)，可能影響音響組件的性能，進(jìn)而導(dǎo)致音質(zhì)失真或動(dòng)態(tài)范圍縮小等現(xiàn)象。新型熱管通過(guò)更有效地散熱，幫助維持音響系統(tǒng)中功率放大器等內(nèi)部組件處于適宜溫度，不僅保護(hù)這些組件免受過(guò)熱損傷，還保證了音頻信號(hào)的穩(wěn)定和清晰。因?yàn)槟軌蛘加酶俚目臻g、僅增加較少的重量，新型熱管的應(yīng)用還有助于實(shí)現(xiàn)更緊湊和輕便的音響設(shè)計(jì)，從而為電視機(jī)的整體設(shè)計(jì)提供更多靈活性。

3.3 新型熱管對(duì)電視壽命的影響

新型熱管技術(shù)對(duì)電視使用壽命的延長(zhǎng)有著直接且顯著的影響。電視機(jī)的壽命在很大程度上取決于其內(nèi)部電子組件的溫度控制和散熱管理，過(guò)熱的內(nèi)部溫度不僅會(huì)降低電視的即時(shí)性能，還會(huì)加速部件的老化，從而縮短電視的整體使用壽命。處理器、顯卡和電源單元等電視機(jī)中的許多關(guān)鍵部件都對(duì)溫度非常敏感。長(zhǎng)期暴露在高溫環(huán)境下，這些組件的性能會(huì)逐漸降低，導(dǎo)致失效概率增加。研究表明， 溫度每增加10 ℃，電視處理器的壽命會(huì)縮短20%。通過(guò)有效的散熱，新型熱管技術(shù)幫助保持這些關(guān)鍵部件的溫度在安全范圍內(nèi)，延長(zhǎng)其運(yùn)行壽命。此外，新型熱管技術(shù)在保持電視機(jī)內(nèi)部溫度均衡方面也表現(xiàn)出色，它們能夠?qū)崃繌臒嵩囱杆賯鲗?dǎo)到電視機(jī)的其他區(qū)域，減少局部熱點(diǎn)的形成，從而降低由于溫度不均引起的應(yīng)力損傷。總之，新型熱管技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了電視的即時(shí)性能，也對(duì)提升電視機(jī)的長(zhǎng)期可靠性和耐用性起到了關(guān)鍵作用。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析傳統(tǒng)散熱方法面臨的困境以及新型熱管技術(shù)在電視機(jī)中的應(yīng)用，明確了新型熱管在提升電視圖像質(zhì)量、音響效果以及整體運(yùn)行壽命等方面發(fā)揮的重要作用。新型熱管技術(shù)作為一種高效的熱管理解決方案，有效解決了現(xiàn)代高性能、輕薄電視機(jī)面臨的散熱挑戰(zhàn)。其在電視機(jī)中的應(yīng)用不僅提高了設(shè)備的散熱效率，也為電視機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性、圖像和音質(zhì)表現(xiàn)以及長(zhǎng)期可靠性帶來(lái)了實(shí)質(zhì)性的改善。隨著新型熱管技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，可以預(yù)見(jiàn)它在電視行業(yè)的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛和深入，不僅會(huì)推動(dòng)電視機(jī)性能的進(jìn)一步提升，也將促進(jìn)新一代電視機(jī)設(shè)計(jì)的革新。