高溫會導致電子元器件的失效概率迅速加大，從而導致LED顯示屏的可靠度下降。為了控制LED顯示屏內(nèi)部電子元器件的溫度，使其在LED顯示屏所處的工作環(huán)境條件下，不超過規(guī)定的zui高允許溫度，需要進行LED顯示屏的散熱設計。LED顯示屏的散熱設計，怎樣才能低成本、高質(zhì)量，是本文探討的內(nèi)容。
一、散熱設計的相關知識
熱量傳遞的兩個基本規(guī)律：熱量是從高溫區(qū)流向低溫區(qū)；高溫區(qū)發(fā)出的熱量等于低溫區(qū)吸收的熱量。
熱量的傳遞有三種基本方式：導熱、對流和輻射。
導熱：氣體導熱是由氣體分子不規(guī)則運動時互相碰撞的結果。金屬導體中的導熱主要靠自由電子的運動來完成。非導電固體中的導熱是通過晶格結構的振動實現(xiàn)的。液體中的導熱機理主要靠彈性波的作用。
對流：指流體各部分之間發(fā)生相對位移時所引起的熱量傳遞過程。對流僅發(fā)生在流體中，且必然伴隨著有導熱現(xiàn)象。流體流過某物體表面時所發(fā)生的熱交換過程，稱為對流換熱。由流體冷熱各部分的密度不同所引起的對流稱自然對流。若流體的運動由外力（風扇等）引起的，則稱為強迫對流。
輻射：物體以電磁波形式傳遞能力的過程稱為熱輻射。輻射能在真空中傳遞能量，且有能量形式的轉(zhuǎn)換，即熱能轉(zhuǎn)換為輻射能及輻射能轉(zhuǎn)換成熱能。
選擇散熱方式時，應考慮下列因素：LED顯示屏的熱流密度、體積功率密度、總功耗、表面積、體積、工作環(huán)境條件（溫度、濕度、氣壓、塵埃等）等。
按傳熱機理，有自然冷卻、強迫空氣冷卻、直接液體冷卻；蒸發(fā)冷卻；熱電致冷；熱管傳熱等散熱方式。
常見的幾種散熱方法對比如下：
從上表可看出，自然冷卻的散熱效果比較小，蒸發(fā)冷卻的散熱效果比較大。人體出汗降溫，用的就是蒸發(fā)冷卻的散熱方法。
二、LED顯示屏的散熱設計方法
從實際應用中可知，目前LED顯示屏內(nèi)部發(fā)熱比較多，發(fā)熱較多的電子零部件為：LED、驅(qū)動IC、開關電源。因此，需要對LED顯示屏進行散熱設計，在熱源與外部環(huán)境之間提供一條低熱阻通路，保證熱量順利傳遞出去。
物體溫度低于1800℃時，有意義的熱輻射波長位于0.38~100μm之間，且大部分能量位于紅外波段0.76~20μm范圍內(nèi)，在可見光波段內(nèi)，熱輻射能量比重并不大。因此，LED顯示屏內(nèi)部可以隨意涂敷各種顏色。太陽光直射的LED顯示屏外部，需涂覆成淺色，避免可見光吸收。
從LED顯示屏的使用情況考慮，租賃屏、戶內(nèi)固定安裝屏多用自然冷卻散熱的方法，戶外固定安裝屏多用強迫空氣冷卻散熱的方法。
戶外固定安裝LED顯示屏，在整個屏幕安裝時，就要考慮散熱設計。受安裝地點的限制，隨著LED顯示屏功耗的降低，越來越多的客戶將LED顯示屏在戶外裸裝，同時沒有其他的輔助散熱措施。對LED顯示屏大屏幕來說，只有自然冷卻散熱的方式，散熱能力比較差。因此，led顯示屏箱體的散熱設計顯得尤為重要。從LED顯示屏箱體使用可靠性、維護成本等多個角度綜合考慮，用風扇進行強迫對流冷卻散熱，是比較好的散熱方式。
發(fā)熱電子零部件與冷風的熱交換面積，發(fā)熱電子零部件與冷風的溫度差，直接影響散熱效果。這就涉及進入LED顯示屏箱體的風量大小設計，風道的設計。通風管道設計時，盡量采用直管道輸送空氣，避免采用急劇拐彎和彎曲的管道。通風管道應避免驟然擴展或驟然收縮。擴展的張角不要超過20o，收縮的錐角不要大于60 o。通風管道應盡量密封，所有搭接都應順著流動方向。
LED顯示屏箱體設計時，有幾點需注意：進氣孔應設置在箱體下側，但不要過低，以免污物和水進入安裝在地面的箱體內(nèi)。排氣孔應設置在靠近箱體的上側。空氣應自箱體下方向上方循環(huán)，應采用的進氣孔或排氣孔。應使冷卻空氣從發(fā)熱電子零部件中流過，同時需防止氣流短路。進氣孔、出氣處需設置過濾網(wǎng)，以防雜物進入箱體。設計時應使自然對流有助于強迫對流。設計時需確保進氣口與排氣口遠離。要避免重復使用冷卻空氣?？紤]到空氣受熱體積膨脹的因素，出風口面積應為進風口面積的1.5倍—2倍。開關電源等發(fā)熱較大的電子零部件，應盡量靠近進風口。要保證散熱器齒槽方向與風向平行，散熱器齒槽不能阻擋風路。
風扇安裝在系統(tǒng)中，由于結構限制，進風口和出風口常常會受到各種阻擋，其性能曲線會發(fā)生變化。根據(jù)實際經(jīng)驗，風扇的進出風口與阻擋物有40mm的距離，如果有空間限制，也應至少有20mm。
選擇風扇一般以風扇進出口風溫的大小作為限制條件。對于抽風的情況，由于風扇抽出的是熱風，對風扇的壽命將產(chǎn)生嚴重的影響。對風扇廠家，一般均以60℃作為標定風扇壽命MTBF的條件，如果風扇應用的環(huán)境溫度高于60℃，則溫度每升高5℃，風扇壽命下降一半。
考慮采用抽風還是吹風方式時，可以參考下表的吹風與抽風方式對比。
箱體內(nèi)模組的散熱設計，也是需要考慮的。不良的散熱設計，會使顯示效果不佳，出現(xiàn)色斑情況。在pcb上放置發(fā)熱元器件時，盡量考慮熱量的均勻分布，不要將發(fā)熱多的元器件聚集在PCB的某個局部。
三、LED顯示屏散熱設計實例
下面以實際安裝的戶外固定安裝LED顯示屏為例來探討散熱設計。
上面的圖片，為在國外實際安裝的戶外固定安裝LED顯示屏，亮度為12000nit，zui大功率為1150W。LED顯示屏大屏幕的散熱方式為自然冷卻散熱。綜合散熱成本、質(zhì)量考慮，led顯示屏箱體的散熱方式為風扇空氣強迫致冷散熱。
先來計算空氣對流量, 計算公式為L=Wr/（ Cρ（tn- tl））
L：空氣對流量，m3/s；Wr：空氣強迫冷卻散熱量；C：空氣的比熱容，kJ/（kg℃）；ρ：空氣的密度，kg/m3； tn：箱體內(nèi)部溫度，℃；tl：降溫系統(tǒng)輸入的冷空氣溫度，℃
根據(jù)上面的公式，可以知道，如果要保證LED顯示屏箱體內(nèi)部空氣溫度不超過tn℃，降溫系統(tǒng)需要輸入冷空氣的進風量為Wr/（ Cρ（tn- tl））m3/s。
假設LED顯示屏箱體需要散熱的熱量為W，考慮到自然冷卻散熱、輻射散熱在箱體的整個散熱過程中起到的作用非常小，將W考慮為空氣強迫冷卻散熱量。計算LED顯示屏的內(nèi)部發(fā)熱量，在工程上不太容易實現(xiàn)，通常采用估算法。由經(jīng)驗可知：在以zui大亮度播放靜止白色畫面時，A1688發(fā)熱功率約為300W，即Wr=0.3KW。通常情況下，LED顯示屏中，led光源的發(fā)熱量占整屏發(fā)熱量約45%、驅(qū)動部分發(fā)熱占整屏發(fā)熱量約50%、控制器及連接線等占整屏發(fā)熱量約5%。
空氣的比熱容、空氣的密度，與空氣的溫度、濕度、壓力有關。查當?shù)氐臍v史氣候數(shù)據(jù)，考慮到zui不利的氣候條件，確定C=0.7 kJ/（kg℃）、ρ=0.7 kg/m3。
箱體內(nèi)部溫度tn，是指箱體內(nèi)的zui高空氣溫度，通常在箱體的上部。查開關電源、驅(qū)動IC等電子零部件的規(guī)格書，確定tn為60℃。
根據(jù)當?shù)貧夂蛸Y料及安裝特點，確定降溫系統(tǒng)輸入的冷空氣溫度tl為40℃。
L=0.3/（0.7*0.7*（60-40））=0.031 m3/s
再來計算風扇處開口面積及風扇選型。
根據(jù)安裝地點的情況，采用通過風扇鼓風的散熱方式。
選用公司常用的風扇，風量為50CFM，換算為0.023 m3/s。因此，選用兩個風扇鼓風。
箱體后面的設計見上圖
設計完成后，需要實際測試驗證。測試結果見下表。
實驗溫度記錄表（單位℃，實驗條件：40℃高溫房，亮度12000nit，全白靜止畫面）
通過良好的散熱設計，這塊安裝在國外的LED顯示屏，幾年來運轉(zhuǎn)穩(wěn)定、工作正常。
四、結論
高溫對LED顯示屏的可靠性影響較大，需要做散熱設計。戶外固定安裝的LED顯示屏，需從大屏幕的散熱設計開始，再進行箱體的散熱設計、模組的散熱設計。散熱設計，需要先做方案，計算無問題后再做原型機測試驗證。測試驗證無問題的LED顯示屏，才會在實際工作中不出現(xiàn)高溫問題。
