TFT 显示屏的热管理-长条液晶屏-户外LCD-工业电容触摸屏
Jun 01,2020

手机等移动终端已经是不可或缺的日常用品,通常被用户握在手中或者置于衣兜等贴身部位,手机温度直接影响用户的主观感受和直接体验,温度过高,不但会影响用户使用舒适度甚至会担心安全问题。

手机热设计的理念是控制产品内部电子器件的温度,使之运行安全可靠,同时控制产品表面温度,满足人体的安全舒适感。手机表面温度主要体现在正面显示屏的温度、背面后盖的温度及四周边框的温度。显示屏的温度对用户来说至关重要。站在热设计的角度看,显示屏热源主要有两方面的来源:一是手机工作时主板上产生的热量有一部分传递到屏上;二是屏自身工作时也有一部分热量产生,尤其是带有背光灯光源的TFT 显示屏,当背光灯点亮时有大量的能力耗散为废热。本文以某款手机上5.5 英寸的TFT 显示屏为研究对象,从影响温度结果的三个方面来详细论述显示屏的热管理方式。工业长条液晶屏


1.TFT 显示屏的热源管控及意义

TFT(Thin filmTransistor,薄膜晶体管)显示屏,是LCD 的一种,在手机行业已是大量使用。不同于OLED 显示屏的屏幕自发光,TFT 显示屏主要依靠背光灯为其提供光源,同时背光灯又是其主要的热源。工业长条液晶屏


如图1 为TFT 显示屏局部截面示意图。图标(01)为屏的驱动IC;图标02 为屏的背光灯,共14 颗LED 灯。驱动IC 和背光LED灯是TFT 显示屏的主要热源。通常屏的厚度为1.2mm~1.5mm,而驱动IC 和背光LED 灯都是封装在屏的叠层里面。由此可见这两种热源到屏表面的几何距离比较近,一旦热源产生的热量较大,表面就能明显的感受到,对手机而言,这是不允许的。因此需要对驱动IC 和背光灯的功耗进行控制。


图下表1 为某显示屏模组厂商提供的5.5 英寸TFT 显示屏驱动IC 样品的功耗数据:



以上数据可以看出,显示屏显示不同颜色的情况下,驱动IC(Driver IC)样品1 平均功耗为103m W,样品2 平均功耗为144.4m W。从样品1 和样品2 的总体样本范围来看,显示屏驱动IC 功耗区间为 0.1W~0.16W。如下表2 为显示屏模组厂商提供的TFT 显示屏单颗背光灯功耗参数:


LED 背光灯的热功耗与本身的光效有关,光效越高,热功耗越低。表 2 中,对两种背光灯样品参数作了对比,普通硅酸盐LED背光灯比色彩度高饱和LED 背光灯发光效率更高,热功耗值更低。背光灯点亮时其热功耗均值分别为26m W 和 34m W。工业长条液晶屏


对显示屏热源管控至关重要。热设计工程师和显示屏器件工程师需要很好的和显示屏厂商合作,尽可能把驱动IC 热功耗降到最低;利用高效的LED 材料,提高背光灯的光效,降低背光灯的热损耗。同时要求厂商在显示屏设计的时候做好内部散热设计,创造良好的散热通道。


2.TFT 显示屏的散热措施

显示屏内部散热设计通常由厂商在初期设计的时候来落实。热源的散热环境与其在屏内的布局和屏本身的叠层材质均有关。作为手机热设计工程师能做的是构筑显示屏外围的散热环境,为其提供良好的散热通道。

3.TFT 显示屏热源在手机内的布局

显示屏热源位置对手机表面温度来说至关重要,如果布局不好,影响整机的散热,局部会形成高温区域。在初期评估阶段,尽量避免显示屏热源与主板热源的叠加。显示屏的驱动IC 和背光灯放置的位置一般都是在按键或者受话区域。对于主板来说,通常板型为断板的热源基本放置在受话区域,板型为L 板的热源在受话区域或侧边框区域。主板热源和显示屏热源上下分开布局是最理想的热设计布局方式。工业长条液晶屏


4.结语

本文基于手机整机热设计角度,从三个方面详细论述了手机TFT 显示屏热管理方式,并分析了对温度结果带来的影响。

4.1 热源管控显示屏热源对温度的表现非常敏感,微小的波动便能带来较大的温度变化。热源管控的意义重大,它决定后续的散热措施和整机布局,同时决定整机的热设计难度和散热成本。工业长条液晶屏

4.2 散热措施已经确定了显示屏的情况下,可以通过调整整机结构叠层、加入散热材料等方式来改善显示屏外围散热环境。因此,散热空间和散热材料在热设计的地位十分重要。

4.3 整机布局

在热设计评估初期需要考虑热源的分布,尽可能将热源分散布局,使整机温度均衡,避免高温热点出现。如果布局不当,后续如何加大散热成本、优化散热措施等均是得不偿失。本文所述的热源管控、散热措施和整机布局是热管理三个方面的手段,不仅仅在手机FTF 显示屏中使用,在手机整机及其他热设备上同样具有参考价值。




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