KR100465685B1 - 엘시디 프로젝터의 방열구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 LCD 프로젝터의 방열구조에서 광학계통의 합성계를 충분히 냉각시키기 위해서는 냉각팬의 용량을 증대시키게 되며, 냉각팬의 크기가 커짐에 따라 작동 소음이 증대되어 사용자의 불만이 야기되고 레이 아웃에도 악영향을 미치는 문제점이 있기 때문에;

LCD 프로젝터의 광학계통 중 합성계의 중요부품인 편광판에서 발생된 열을 장치의 외측으로 발산시키는 히트 파이프와, 상기 히트 파이프의 증발부에 위치되며 상기 편광판을 지지하는 편광판 지지부와, 상기 히트 파이프의 선단에 부착되며 열교환을 통해 열을 발산시켜 히트 파이프 내부의 작동유체가 응축되도록 하는 방열판으로 구성됨으로써;

히트 파이프를 이용하여 광학계통의 합성계를 냉각시키게 되므로 냉각효율이 좋을 뿐만 아니라 냉각팬의 작동소음을 저감시킬 수 있는 LCD 프로젝터의 방열구조에 관한 것이다.

Description

엘시디 프로젝터의 방열구조 { Radiation structure of LCD projector }

본 발명은 LCD 프로젝터 등에서 주 발열원인 광학계통의 냉각을 위한 방열구조에 관한 것으로서, 특히 히트 파이프를 이용하여 광학계통의 편광판 등을 직접 냉각시킴으로써 냉각효과를 향상시키고 팬에 의한 소음을 감소시킬 수 있도록 한 LCD 프로젝터의 방열구조에 관한 것이다.

일반적으로 LCD 프로젝터나 LCD 프로젝션 TV 등은 대화면의 화면표시장치로 최근 각광을 받고 있으며, 다양한 크기로 개발이 진행중이거나 시판되고 있다. 이들 장치의 주요 부분은 램프에서 입사된 빛을 화면에 표시하는 구조이며, 이를 광학계통이라 하며, 광학계통 중 입사된 빛을 적절하게 조합하여 화면에 표시하는 장치를 합성계라 하는데 이 부분이 가장 중요한 부분이라 할 수 있다.

일반적인 LCD 프로젝터의 광학계통 중 합성계를 살펴보면 도 1에 도시된 바와 같이 램프(10)에 의해 조사된 빛이 광학 계통의 각종 거울과 필터를 통해 화면을 표시할 수 있는 필수 광원만이 3색의 편광판(11)에 입사된다. 편광판(11)에 입사된 광원은 프리즘(12) 측으로 출사되고, 프리즘(12)에서 하나의 화면으로 합성된 후 렌즈(13)를 통해 LCD(14)에 표시된다.

그런데, 상기 편광판(11)에 입사된 광원은 열을 발생시키는 적외선을 포함하고 있으며, 이 적외선에 의하여 편광판(11)의 온도가 상승된다. 편광판(11)의 온도 상승은 편광판(11)의 수명 및 성능에 밀접한 관계가 있기 때문에 온도 저감이 필수적이다. 즉, 상기 편광판(11)은 열에 민감한 플라스틱 또는 유리로 형성되므로 장시간 동안 고열의 환경에 노출되면 성능이 변하여 원하는 화면을 표시할 수 없게 되는 것이다.

따라서, 대부분의 제작업체에서는 도 2에 도시된 바와 같이 합성계의 상부 또는 하부중 적어도 한 곳에 강제 냉각을 위한 냉각팬(15)을 부착하여 합성계의 중요 부품들을 냉각시키고 있다.

그러나, 상기한 종래의 냉각방식은 LCD 프로젝터 또는 LCD 프로젝션 TV가 거실 바닥이나 방바닥에 설치된다는 점을 감안하면 냉각팬(15)이 장치의 하부에 설치될 경우 냉각팬(15)을 통해 유입되는 공기의 양이 한정되어 있음을 알 수 있다. 특히, 바닥면과 LCD 프로젝터 및 LCD 프로젝션 TV와의 간격이 협소하고 LCD 프로젝터와 LCD 프로젝션 TV의 하측에 형성할 수 있는 통풍구의 크기가 제한되어 있기 때문에, 광학계통의 합성계를 충분히 냉각시킬 수 있을 정도의 유입공기를 확보하기 위해서는 강제 냉각에 사용되는 냉각팬(15)의 크기가 증대될 수밖에 없다.

또, 냉각팬(15)을 장치의 상부에 설치할 경우 냉각팬(15)이 렌즈를 통하여 나오는 빛을 가리게 될 위험이 있어 냉각팬(15)의 크기를 일정 이상으로 키울 수 없을 뿐 아니라 냉각팬(15)의 용량을 키울 경우 냉각팬(15)의 작동에 따른 소음이 커지게 된다.

또, 편광판(11)을 지지하는 구조물(11')에 의해 공기의 유동이 제한되어 냉각팬(15)에 의해 유입되는 공기가 편광판(11)에 직접 전달되지 못하게 되므로, 충분한 양의 공기를 공급하기 위해서는 냉각팬(15)의 크기를 키울 수 밖에 없다.

결과적으로, 종래의 LCD 프로젝터의 방열구조에서는 광학계통의 합성계를 충분히 냉각시키기 위해서는 냉각팬의 용량을 증대시키게 되며, 냉각팬의 크기가 커짐에 따라 작동 소음이 증대되어 사용자의 불만이 야기되고 레이 아웃에도 악영향을 미치는 문제점이 있다.

특히, 냉각팬을 장치의 하부에 설치하는 경우 장시간 사용하게 되면 합성계에 먼지가 유입되어 화면이 어두워지거나 먼지에 의해 장치가 오작동되는 다른 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, LCD 프로젝터 등의 광학계통 합성계에 냉각효율이 좋은 히트 파이프를 설치하여 직접 냉각과 동시에 간접 냉각이 이루어지도록 함으로써 팬의 작동 소음을 저감시키고 장치의 레이 아웃을 용이하게 하는 LCD 프로젝터의 방열구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 LCD 프로젝터의 광학계통 중 합성계가 도시된 구성도,

도 2는 종래의 LCD 프로젝터의 방열구조가 도시된 도면,

도 3은 본 발명에 의한 LCD 프로젝터의 방열구조가 도시된 모식도,

도 4는 본 발명의 요부 구성인 히트 파이프의 구조가 도시된 도면,

도 5는 본 발명에 의한 LCD 프로젝터의 방열구조에서의 열전달 계통도,

도 6은 본 발명의 요부 구성인 히트 파이프를 이용한 편광판 지지구조가 개략적으로 도시된 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

50 : 편광판 60 : 히트 파이프

60a : 외곽 파이프 60b : 윅 파이프

61 : 증발부 62 : 응축부

63 : 단열부 65 : 편광판 지지부(지지판)

66 : 방열판 70 : 냉각팬

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 LCD 프로젝터의 광학계통 중 합성계의 중요부품인 편광판에서 발생된 열을 장치의 외측으로 발산시키는 히트 파이프와, 상기 히트 파이프의 증발부에 위치되며 상기 편광판을 지지하는 편광판 지지부와, 상기 히트 파이프의 선단에 부착되며 열교환을 통해 열을 발산시켜 히트파이프 내부의 작동유체가 응축되도록 하는 방열판으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 히트 파이프는 상기 편광판에 연결되고 열교환을 통해 작동유체가 증발되는 증발부와, 상기 방열판이 연결되며 작동유체가 응축되는 응축부와, 상기 증발부와 응축부 사이에 위치되고 둘 사이에 열이 전달되지 않도록 하는 단열부로 구분되며; 상기 히트 파이프는 양단이 막혀 있고 내부에 냉매가 충진된 외곽 파이프와, 상기 외곽 파이프의 내부에 설치되며 안쪽으로는 증기가 흐르도록 하고 상기 외곽 파이프와의 사이에는 액상의 작동유체가 흐르게 하는 내부 파이프와, 상기 외곽 파이프의 내부에 설치되어 응축부 측의 작동유체를 모세관 현상을 통해 증발부 측으로 이동시키며 증기는 투과되고 액체는 투과되지 않도록 하는 그물망 형상의 윅 파이프로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 LCD 프로젝터의 방열구조는 도 3에 도시된 바와 같이 LCD 프로젝터의 광학계통 중 합성계의 중요부품인 편광판(50)에서 발생된 열을 장치의 외측으로 발산시키는 히트 파이프(60)와, 상기 히트 파이프(60)의 증발부(61)에 위치되며 상기 편광판(50)을 지지하는 편광판 지지부(65)와, 상기 히트 파이프(60)의 선단(62)에 부착되며 열교환을 통해 열을 발산시켜 히트 파이프(60) 내부의 작동유체가 응축되도록 하는 방열판(66)과, 상기 방열판(66)의 외측에 설치되어 상기 방열판(66) 측으로 공기를 유동시키는 냉각팬(70)으로 구성된다.

상기 편광판 지지부(65)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 히트 파이프(60)의 증발부(61)에 설치된 지지판으로서, 상기 편광판(50)의 양단을 지지하는 구조로 형성된다. 이러한 편광판(50)은 양단이 상기 편광판 지지부(65)에 의해 각각 지지되므로, 하나의 편광판(50)에는 2개의 히트 파이프(60)가 설치된다.한편, 상기 편광판 지지부(65)에는 상기 편광판(50)의 일단이 끼움 고정되는 고정용 홈(65')이 형성되어 상기 편광판(50)이 보다 안정적으로 지지되고, 아울러 상기 히트 파이프(60)와 편광판(50)의 접촉면적도 증가된다.

또, 상기 히트 파이프(60)의 응축부(62) 외측에는 열전도도가 매우 높은 알루미늄 박판이 부착될 수 있고, 상기 방열판(66)은 열교환면적이 증대되도록 복수개의 날개(66')를 구비하고 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 LCD 프로젝터의 방열구조는 히트 파이프의 작동유체가 순환되면서 편광판과 방열판 사이의 열교환이 이루어지도록 하여 편광판 등의 합성계를 냉각시키게 된다.

LCD 프로젝터나 LCD 프로젝션 TV의 램프에서 발생된 빛은 광학계통의 각종 거울과 필터를 통해 화면을 표시하는 필수 광원만이 3색의 편광판에 입사된다. 상기 편광판에 입사된 빛에는 적외선이 포함되어 있으며, 이 적외선에 의해 편광판의 온도가 상승된다.

이때, 상기 편광판은 지지판(65)에 의해 지지되며 상기 지지판(65)은 히트 파이프(60)에 연결되어 있으므로, 편광판(50)에서 발생된 열은 히트 파이프(60)를 통해 방열되고 상기 히트 파이프(60)에 연결된 방열판(66)을 통해 장치의 외측으로 배출된다. 또, 방열판(66)의 냉각성능 향상을 위해 방열판(66)에 복수의 날개(66')를 형성하며, 냉각팬(70)이 상기 방열판(66)에 직접 바람을 불어줌으로써 냉각 성능을 향상시킨다.

도 5에는 상기한 열전달 경로가 도시되어 있으며, 각각의 부품에서 자연 냉각이 일어나는 것은 당연하다. 이와 같은 냉각구조는 편광판(50)의 열을 히트 파이프(60)를 통해 원활하게 외부로 전달하여 발열온도를 저감시키는 구조로서, 간접냉각방식과 직접 냉각방식이 혼용된 냉각구조라 할 수 있다.

여기서 상기 히트 파이프의 구조와 작동원리를 살펴보기로 하면 다음과 같다.

히트 파이프(60)는 열전달의 기본 법칙인 대류 열전달과 전도 열전달을 이용하여 만든 복합구조물이며, 그 구조는 도 4에 도시된 바와 같이 열교환을 통해 작동유체가 증발되는 증발부(61)와, 상기 방열판(66)이 연결되며 작동유체가 응축되는 응축부(62)와, 상기 증발부(61)와 응축부(62) 사이에 위치되고 둘 사이에 열이 전달되지 않도록 하는 단열부(63)로 구분된다. 상기 히트 파이프(60)는 양단이 막혀 있고 내부에 작동유체가 충진된 외곽 파이프(60a)와, 상기 외곽 파이프(60a)의 내부에 설치되고 응축부(62) 측의 작동유체를 모세관 현상을 통해 증발부(61) 측으로 이동시키는 윅 파이프(60b)로 구성된다.

상기 윅 파이프(60b)는 그물망 구조로 형성된 파이프로, 액체는 투과되지 못하나 증기는 투과될 수 있는 구조로 되어 있다. 또, 히트 파이프(60)에서 사용되는 작동유체(60c)는 상온에서 손쉽게 기화되는 액체인 메탄올이나 증류수가 사용된다.

작동원리를 살펴보면 발열원인 편광판(50) 측에 증발부(61)가 위치되며, 공기의 순환이 잘 되거나 방열판(66)과 같이 별도의 냉각장치가 있는 부분에 응축부(62)가 위치하게 된다. 발열원인 편광판(50)에서 발생된 열에 의하여 증발부(61)에 있는 작동유체(60c)가 기화되기 시작한다. 일반적으로 물체가 상변화를 일으킬 경우 대규모의 에너지를 필요로 하거나 방출하게 되는데, 증발부(61)에서는 작동유체(60c)가 액체에서 기체로 변화되므로 대규모의 에너지를 필요로 하며, 이때 발열부인 편광판(50)의 열을 순간적으로 흡수하는 것이다.

기화된 작동유체(60c)는 윅 파이프(60b)의 안쪽으로 이동되며 대류 현상에 의해 온도가 낮은 응축부(62) 쪽으로 신속하게 이동된다. 상기 응축부(62)에 도달한 증기는 응축부(62)에 부착된 알루미늄 박판 등을 통해 전도 열전달을 하게 되며, 그 결과로 다시 액화되고 윅 파이프(60b)의 외측으로 빠져 나온다. 이 빠져 나온 액상의 작동유체(60c)는 대류현상 및 표면장력에 의해 증발부(61)로 다시 이동된다.

상기와 같은 경로를 거치는 히트 파이프(60)의 열전달 효율은 구리와 같은 금속에 비해 매우 높다. 왜냐하면 구리는 고체이기 때문에 분자간의 운동이 원활하지 못하기 때문에 열전달 효율이 그리 높지 않으나, 히트 파이프(60)는 액체를 이용하며 상변화 현상을 이용하여 열전달을 하므로 그 효율이 매우 높을 수밖에 없다.

상기 히트 파이프(60)는 대부분 사용자 요구사항으로 제작되기 때문에 다양한 직경과 길이로 제공되어 활용도가 매우 높다. 일반적으로 가전제품에서 많이 사용되는 직경은 5㎜에서 12㎜이며, 길이는 최소 50㎜에서 최대 200㎜ 정도를 주로사용한다. 따라서, 히트 파이프를 설치할 경우 장치의 레이 아웃이 매우 쉬워진다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 LCD 프로젝터의 방열구조는 광학계통의 합성계에 히트 파이프와 냉각팬이 설치되어 직접 냉각방식과 간접 냉각방식에 의해 상기 합성계의 편광판이 냉각되므로, 상기 편광판의 냉각효율이 향상될 뿐만 아니라 냉각팬의 용량도 저감되는 이점이 있다.또한, 상기 냉각팬의 용량이 저감되면 상기 냉각팬에 의한 작동 소음이 저감되고, 상기 히트 파이프의 응축부에 냉각팬이 설치되므로 상기 합성계의 전체 크기가 감소되는 이점이 있다.또한, 상기 히트 파이프는 내부에 윅 파이프가 설치된 구조이므로, 상기 윅 파이프의 중공된 내측을 통해 증발된 작동유체가 증발부에서 응축부로 대류되고, 상기 윅 파이프를 통해 응축된 작동유체가 응축부에서 증발부로 모세관 현상에 의해 유동되어, 상기 히트 파이프의 열전달 성능이 향상되어 상기 편광판의 냉각효율도 향상되는 효과가 있다.

Claims (8)

1. LCD 프로젝터의 광학계통 중 합성계의 중요부품인 편광판에서 발생된 열을 장치의 외측으로 발산시키는 히트 파이프와, 상기 히트 파이프의 일단에 위치되며 상기 편광판을 지지하는 편광판 지지부와, 상기 히트 파이프의 타단에 부착되며 열교환을 통해 열을 발산시켜 히트 파이프 내부의 작동유체가 응축되도록 하는 방열판으로 구성되고,

   상기 히트 파이프는 양단이 막혀 있고 내부에 냉매가 충진된 외곽 파이프와, 상기 외곽 파이프의 내부에 설치되고 기상의 작동유체는 투과됨과 아울러 액상의 작동유체는 투과되지 않도록 하는 그물망 형상의 윅 파이프로 형성된 것을 특징으로 하는 LCD 프로젝터의 방열구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 히트 파이프는 상기 편광판에 연결되고 열교환을 통해 작동유체가 증발되는 증발부와, 상기 방열판이 연결되며 작동유체가 응축되는 응축부와, 상기 증발부와 응축부 사이에 위치되고 둘 사이에 열이 전달되지 않도록 하는 단열부로 구분된 것을 특징으로 하는 LCD 프로젝터의 방열구조.
3. 삭제
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 편광판 지지부는 상기 히트 파이프의 증발부에 형성되어 상기 편광판의 양단을 지지하는 것을 특징으로 하는 LCD 프로젝터의 방열구조.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 편광판 지지부는 상기 편광판과의 접촉면적이 증가되도록 상기 편광판의 일단이 삽입되는 고정용 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 LCD 프로젝터의 방열구조.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 히트 파이프는 응축부 외측에 열전도도가 매우 높은 알루미늄 박판이 부착된 것을 특징으로 하는 LCD 프로젝터의 방열구조.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 방열판은 열교환면적이 증대되도록 복수개의 날개를 구비한 것을 특징으로 하는 LCD 프로젝터의 방열구조.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 방열판은 공기를 강제로 순환시키는 냉각팬을 구비한 것을 특징으로 하는 LCD 프로젝터의 방열구조.