led顯示屏的散熱怎么樣？怎么設(shè)計？
日期：2018年07月12日 信息來源：拓升光電
led顯示屏長期在高溫的情況下工作會導(dǎo)致燈珠衰變加速減少壽命，同時電子器件的失效率概率也會迅速加大。從而導(dǎo)致顯示屏可靠度下降。所以解決led顯示屏散熱問題是led顯示屏生產(chǎn)中很重要的一環(huán)。那么怎么樣的設(shè)計才能降低成本提率呢？
一、散熱設(shè)計的相關(guān)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(dǎo)熱、對流和輻射。
導(dǎo)熱：氣體導(dǎo)熱是由氣體分子不規(guī)則運(yùn)動時互相碰撞的結(jié)果。金屬導(dǎo)體中的導(dǎo)熱主要靠自由電子的運(yùn)動來完成。非導(dǎo)電固體中的導(dǎo)熱是通過晶格結(jié)構(gòu)的振動實(shí)現(xiàn)的。液體中的導(dǎo)熱機(jī)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(dǎo)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(yùn)動由外力(風(fēng)扇等)引起的，則稱為強(qiáng)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(yīng)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(jī)理，有自然冷卻、強(qiáng)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：
自然冷卻強(qiáng)迫空氣冷卻直接液體冷卻蒸發(fā)冷卻
散熱能力W/cm？(溫升為40℃時)0.040.30.61.1
實(shí)現(xiàn)容易較容易較困難困難
重量或體積高中低低
噪音或振動無高低低
功耗無高低低
費(fèi)用低中高高
維修性容易較容易較困難困難
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(shè)計方法
從實(shí)際應(yīng)用中可知，目前l(fā)ed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(guān)電源。因此，需要對led顯示屏進(jìn)行散熱設(shè)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(qiáng)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(shè)計。受安裝地點(diǎn)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(shè)計顯得尤為重要。從led顯示屏箱體使用可靠性、維護(hù)成本等多個角度綜合考慮，用風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)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(fēng)的熱交換面積，發(fā)熱電子零部件與冷風(fēng)的溫度差，直接影響散熱效果。這就涉及進(jìn)入led顯示屏箱體的風(fēng)量大小設(shè)計，風(fēng)道的設(shè)計。通風(fēng)管道設(shè)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(fēng)管道應(yīng)避免驟然擴(kuò)展或驟然收縮。擴(kuò)展的張角不要超過20？，收縮的錐角不要大于60？。通風(fēng)管道應(yīng)盡量密封，所有搭接都應(yīng)順著流動方向。
led顯示屏箱體設(shè)計時，有幾點(diǎn)需注意：進(jìn)氣孔應(yīng)設(shè)置在箱體下側(cè)，但不要過低，以免污物和水進(jìn)入安裝在地面的箱體內(nèi)。排氣孔應(yīng)設(shè)置在靠近箱體的上側(cè)。空氣應(yīng)自箱體下方向上方循環(huán)，應(yīng)采用的進(jìn)氣孔或排氣孔。應(yīng)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(jìn)氣孔、出氣處需設(shè)置過濾網(wǎng)，以防雜物進(jìn)入箱體。設(shè)計時應(yīng)使自然對流有助于強(qiáng)迫對流。設(shè)計時需確保進(jìn)氣口與排氣口遠(yuǎn)離。要避免重復(fù)使用冷卻空氣?？紤]到空氣受熱體積膨脹的因素，出風(fēng)口面積應(yīng)為進(jìn)風(fēng)口面積的1.5倍-2倍。開關(guān)電源等發(fā)熱較大的電子零部件，應(yīng)盡量靠近進(jìn)風(fēng)口。要保證散熱器齒槽方向與風(fēng)向平行，散熱器齒槽不能阻擋風(fēng)路。
風(fēng)扇安裝在系統(tǒng)中，由于結(jié)構(gòu)限制，進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)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(shí)際經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)扇的進(jìn)出風(fēng)口與阻擋物有40mm的距離，如果有空間限制，也應(yīng)至少有20mm。
選擇風(fēng)扇一般以風(fēng)扇進(jìn)出口風(fēng)溫的大小作為限制條件。對于抽風(fēng)的情況，由于風(fēng)扇抽出的是熱風(fēng)，對風(fēng)扇的壽命將產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。對風(fēng)扇廠家，一般均以60℃作為標(biāo)定風(fēng)扇壽命MTBF的條件，如果風(fēng)扇應(yīng)用的環(huán)境溫度高于60℃，則溫度每升高5℃，風(fēng)扇壽命下降一半。
考慮采用抽風(fēng)還是吹風(fēng)方式時，可以參考下表的吹風(fēng)與抽風(fēng)方式對比。
1、送風(fēng)不均勻，吹風(fēng)有一定的方向性，局部換熱強(qiáng)烈，適用于發(fā)熱器件比較集中的情況。送風(fēng)均勻，適用于發(fā)熱器件分布比較均勻，風(fēng)道比較復(fù)雜的情況。
2、風(fēng)扇出口附近氣流主要為紊流流動進(jìn)入風(fēng)扇的流動主要為層流狀態(tài)。
3、風(fēng)扇工作在較低的空氣溫度下，風(fēng)扇壽命較長。風(fēng)扇在出風(fēng)口高溫下氣流工作，壽命會受影響。
4、吹風(fēng)時在箱體內(nèi)形成正壓，可以防止縫隙中的灰塵進(jìn)入箱體。機(jī)柜內(nèi)形成負(fù)壓，縫隙中的灰塵會進(jìn)入箱體內(nèi)。
箱體內(nèi)模組的散熱設(shè)計，也是需要考慮的。不良的散熱設(shè)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。
四、結(jié)論
高溫對led顯示屏的可靠性影響較大，需要做散熱設(shè)計。戶外固定安裝的led顯示屏，需從大屏幕的散熱設(shè)計開始，再進(jìn)行箱體的散熱設(shè)計、模組的散熱設(shè)計。散熱設(shè)計，需要先做方案，計算無問題后再做原型機(jī)測試驗(yàn)證。測試驗(yàn)證無問題的led顯示屏，才會在實(shí)際工作中不出現(xiàn)高溫問題。
