KR100664349B1 - Led board for illumination and illumination unit including the board - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일 예에 따른 조명용 엘이디 기판의 단면도.1 is a cross-sectional view of an LED substrate for illumination according to an example.
도 2는 또 다른 예에 따른 조명용 엘이디 기판의 단면도.2 is a cross-sectional view of an LED substrate for illumination according to another example.
도 3은 본 발명에 따른 조명용 엘이디 기판의 단면도.3 is a cross-sectional view of the LED substrate for illumination according to the present invention.
도 4는 도 3의 조명용 엘이디 기판이 적용된 조명 유닛의 평면도.4 is a plan view of the lighting unit to which the LED substrate for illumination of FIG. 3 is applied.
도 5는 일 실시예에 따른 도 4의 A-A´단면도.5 is a cross-sectional view along the line A-A 'of FIG.
도 6은 일 실시예에 따른 도전성 박막이 형성된 부도체층을 도시한 평면도.6 is a plan view illustrating an insulator layer on which a conductive thin film is formed, according to an exemplary embodiment.
도 7은 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 구조 예시도.7 is a diagram illustrating a structure of a backlight unit according to an embodiment.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 도 4의 A-A´단면도.8 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG. 4 according to another embodiment.
도 9는 일 실시예에 따른 도 8에 적용된 상부 그라파이트 시트의 사시도.9 is a perspective view of the upper graphite sheet applied in FIG. 8 according to one embodiment.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛의 구조 예시도.10 is a diagram illustrating a structure of a backlight unit according to another embodiment.
도 11 내지 도 13은 서로 다른 실시예들에 따른 도 4의 B-B´단면도.11 through 13 are cross-sectional views taken along line B-B 'of another embodiment.
도 14는 일 실시예에 따른 일체로 형성된 그라파이트 시트를 나타낸 평면도.14 is a plan view showing an integrally formed graphite sheet according to an embodiment.
도 15는 도 14의 C-C´단면도.15 is a cross-sectional view taken along line C-C 'of FIG.
도 16은 금속 망상체의 다양한 구조 예시도.16 illustrates various structures of a metal network.
도 17는 내부에 금속 망상체를 포함하는 그라파이트 시트를 도시한 도면.FIG. 17 illustrates a graphite sheet including a metal network therein; FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 그라파이트 시트 150 : 금속 망상체100: graphite sheet 150: metal mesh
200 : 부도체층 300 : 도전성 박막200: non-conductive layer 300: conductive thin film
400 : 엘이디 500 : 케이싱400: LED 500: Casing
600 : 반사층 700 : 상부 그라파이트 시트600: reflective layer 700: upper graphite sheet
800 : 반사층800: reflective layer
본 발명은 조명용 엘이디 기판 및 이를 포함하는 조명 유닛에 관한 것으로, 특히 엘이디(LED)에 의해 발생되는 열을 효율적으로 확산시켜 방열하고자 하는 기술에 관련된 것이다.The present invention relates to an LED substrate for lighting and a lighting unit including the same, and more particularly, to a technology for efficiently dissipating heat generated by an LED (LED).
디지털 및 미디어 기기의 디스플레이 중에는 CRT, PDP, LCD, 유기 EL 등 여러가지가 있지만, TFT-LCD가 가장 핵심적인 디스플레이 종류의 하나로 급부상되고 있다. TFT-LCD는 크게 3개의 유닛(unit)으로 나뉠 수 있다. 첫째는 기판과 기판 사이에 액정이 주입된 패널이고, 둘째는 패널을 구동시키기 위한 드라이버 LSI 및 각종 회로 소자가 부착된 인쇄회로기판(PCB : Printed Circuit Board)이다. 그리고 액정이라는 표현에서 알 수 있듯이 TFT-LCD는 자체적으로 발광을 할 수 없기 때문에 외부의 광원이 필수적이다. 따라서 셋째로 광원을 제공하는 백라이트(Backlight)를 포함한 샷시(Chassis) 구조물로 나뉜다. 이하 본 발명과 관련된 백 라이트 유닛에 대해 살펴보기로 한다.There are various displays of digital and media devices such as CRT, PDP, LCD, organic EL, etc., but TFT-LCD is emerging as one of the most important display types. TFT-LCDs can be largely divided into three units. The first is a panel in which liquid crystal is injected between the substrate and the second, and the second is a printed circuit board (PCB) to which a driver LSI and various circuit elements are attached to drive the panel. And as can be seen in the expression of liquid crystal, since the TFT-LCD can not emit light by itself, an external light source is essential. Therefore, it is divided into a chassis structure including a backlight that provides a light source. Hereinafter, a backlight unit related to the present invention will be described.
백라이트 유닛에 사용되는 광원은 형광램프, LED 램프 등이 있다. 형광램프로는 특히 냉음극 형광램프(CCFL : Cole Cathode Flourscent Lamp)가 백라이트 유닛의 광원으로 대표적이었으며, 최근에는 색 재현성, 광효율, 고수명, 저전력소모, 경량, 박형화 등의 장점을 갖는 LED 램프가 백라이트 유닛의 광원으로 채용되고 있다. 그러나 백라이트 유닛의 LED 램프는 형광램프보다 높은 온도가 발생한다는 큰 단점이 있다. LED 램프 1개당 소모 전력은 약 1W 정도이고, 1W의 소모 전력에서 열로 발생되는 비율이 70% 이상 된다. 통상 30인치 TFT-LCD의 백라이트 유닛에 사용되는 LED 램프의 갯수는 약 200개에 달하며, 이로 인해 발생되는 열은 약 140W 정도가 된다. 여기서 발생된 열은 백라이트 유닛 내부의 온도를 상승시켜, 백라이트 유닛을 구성하는 각종 부품들에게 영향을 주게 된다. 이로 인해 제품의 변형을 초래할 수도 있고, 열의 상승기류로 인해 백라이트 유닛의 상하 온도 차가 발생되어 응력을 초래할 수도 있으며, 이러한 문제로 인해 결국 백라이트 기능을 상실한 지경에 이르게 될 수도 있다.Light sources used in the backlight unit include fluorescent lamps, LED lamps and the like. Cold Cathode Fluorescent Lamp (CCFL: Cole Cathode Flourscent Lamp) is a typical light source for backlight unit. It is adopted as a light source of the backlight unit. However, the LED lamp of the backlight unit has a big disadvantage that a higher temperature than the fluorescent lamp. The power consumption per LED lamp is about 1W, and more than 70% of heat is generated at 1W power consumption. Typically, the number of LED lamps used in the backlight unit of a 30-inch TFT-LCD is about 200, and the heat generated is about 140W. The heat generated here increases the temperature inside the backlight unit, affecting various components constituting the backlight unit. This may cause deformation of the product, heat upstream of the backlight unit may cause a difference in the vertical temperature of the backlight unit may cause stress, and this problem may lead to the loss of the backlight function.
따라서 광원으로 LED 램프가 채택된 백라이트 유닛에 있어, 백라이트 유닛의 내부에서 발생된 열을 효과적으로 처리하여 내부의 온도를 낮추고, 내부 온도 편차를 줄일 수 있는 방안이 필요하다. 일반적으로 전자 제품이나 통신장비 등에 사용되고 있는 냉각은 히트싱크나, 히프파이프, 팬 등을 사용하여 열 문제를 해결하고 있는 경우가 많다. 백라이트 유닛의 냉각에서는 일반적으로 전자제품이나 통신장비 등에 적용되고 있는 히트싱크를 이용하여 냉각장치를 사용하게 되면, 히트싱크 의 구조상 그 냉각장치의 부피가 커진다. 따라서 슬림화가 요구되는 백라이트 유닛에는 채용하기가 부적절하기 때문에, 보통 히트파이프 등 열 전달 매체를 이용하여 모듈화된 냉각장치를 많이 채용하고 있다. 그러나 히트파이프를 사용하면 원가가 상당히 높아지고, 그 부피 또한 슬림화를 만족시키기에는 그리 바람직하지 않다.Therefore, in a backlight unit employing an LED lamp as a light source, there is a need for a method of effectively treating heat generated inside the backlight unit to lower the internal temperature and reduce an internal temperature deviation. Cooling, which is generally used in electronic products and communication equipment, often solves heat problems by using heat sinks, bottom pipes, and fans. In the cooling of the backlight unit, if a cooling device is used using a heat sink generally applied to electronic products or communication equipment, the volume of the cooling device becomes large due to the structure of the heat sink. Therefore, since it is inappropriate to adopt a backlight unit that requires slimming, many cooling devices that are modularized using heat transfer media such as heat pipes are usually employed. However, the use of heatpipes results in significantly higher costs, and their volume is also undesirable to satisfy slimming.
방열에 장애가 되는 또다른 문제는 백라이트 유닛에 적용되는 기판이 메탈(metal)이라는 점이다. 메탈 PCB의 높은 재료비와 메탈 PCB가 가지고 있는 물리적 특성(딱딱하고 평탄도 유지 불가)으로 인한 열 전달의 한계 등으로 인해, 백라이트 유닛의 제조에 있어 높은 제조원가와 백라이트 유닛 내부의 온도편차, 방열의 문제점들이 여전히 존재하고 있으며, 향후 LCD의 대형화 추세에서는 이러한 문제점들이 더욱 더 심각하게 대두될 것이다. 또한 메탈 PCB의 이용에 따른 백라이트 유닛 구조가 복잡하여 제조 공정 또한 복잡하다.Another problem that impedes heat dissipation is that the substrate applied to the backlight unit is metal. Due to the high material cost of the metal PCB and the limitations of heat transfer due to the physical properties of the metal PCB (hard and flatness cannot be maintained), high manufacturing costs, temperature deviations inside the backlight unit, and heat dissipation are caused in the manufacturing of the backlight unit. Are still present, and these problems will become more and more serious in the future trend of larger LCDs. In addition, the back light unit structure is complicated by the use of metal PCB, the manufacturing process is also complicated.
한편, '어드밴스드 에너지 테크놀로지 인코포레이티드'라는 출원인에 의해 2004년 10월 14일자 국내 특허 출원되어 2005년 4월 20일자 공개된 공개번호 제 2005-36789 호에는 디스플레이 장치에서 발생하는 열을 효율적으로 확산시켜 방열토록 하기 위해 그라파이트(Graphate) 시트를 사용하는 기술이 개시되어 있다. 그라파이트 시트는 면방향으로 열전달에 효율적인 이방성 특성을 가지는 것으로, 이 같은 특성이 슬림화를 요구하는 디스플레이 장치에서 발생하는 열을 확산시키기에 적합하다는 점을 이용한 것이다. 그러나 종래 기술은 플라즈마 디스플레이 장치(PDP : Plasma Display Panel)와 같이 자발광이 가능한 발광형 디스플레이 장치에 그라파이트 시트를 적용하여 방열을 하는 기술로 한정되어 있다. 구체적으로 종래 기술은 발광형 디스플레이 장치의 배면을 향하는 방전 셀 부분의 표면 영역보다 더 큰 표면 영역을 가지며, 박리된 그라파이트의 압축 입자로 이루어진 하나 이상의 시트를 포함하는 발광형 디스플레이 장치로 한정하고 있다.Meanwhile, Korean Patent Application No. 2005-36789, filed on October 14, 2004 and published on April 20, 2005, by an applicant named 'Advanced Energy Technology Incorporated' discloses efficient heat generation from a display device. A technique of using a graphite sheet to diffuse and radiate heat is disclosed. Graphite sheets have anisotropic properties that are effective for heat transfer in the plane direction, and utilize the fact that such properties are suitable for diffusing heat generated in display devices requiring slimming. However, the prior art is limited to a technique of applying heat to the heat dissipation by applying a graphite sheet to a light emitting display device capable of self-emission such as a plasma display panel (PDP). Specifically, the prior art is limited to the light emitting display device having a surface area larger than the surface area of the discharge cell portion facing the back of the light emitting display device and including one or more sheets of compressed particles of exfoliated graphite.
이에 반해 본 출원인은 자발광을 할 수 없는 TFT-LCD와 같이 조명을 필요로 하는 디스플레이 장치의 방열 문제에 초점을 맞춘 것이다. 종래 TFT-LCD와 같은 디스플레이 장치에는 냉음극 형광램프(CCFL)가 광원으로 주로 사용되어 방열의 문제가 없었으나, LED 램프로 대체되면서 상술한 바와 같은 방열 문제가 필수화되었다. 따라서 본 출원인은 자발광을 할 수 없는 TFT-LCD와 같은 디스플레이 장치는 물론 조명등이나 광고판 등 LED를 이용한 다양한 조명 수단에서의 방열 문제를 해결하기 위해 그라파이트 시트를 적용하는 기술적 방안을 모색하게 되었다.On the other hand, the applicant has focused on the heat dissipation problem of a display device that requires illumination, such as a TFT-LCD that cannot emit light. In the conventional display device such as TFT-LCD, a cold cathode fluorescent lamp (CCFL) is mainly used as a light source, so there is no problem of heat dissipation. However, as the LED lamp is replaced, the heat dissipation problem as described above becomes essential. Accordingly, the present applicant has sought a technical method of applying a graphite sheet to solve a heat dissipation problem in a display device such as a TFT-LCD which cannot emit light, as well as various lighting means using LEDs such as a lamp or an advertisement board.
본 발명은 이러한 배경에서 도출된 것으로, 새로운 방열 수단을 추가하여 방열 효율을 높일 수 있는 조명용 엘이디 기판 및 조명 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is derived from this background, it is an object of the present invention to provide an LED substrate and a lighting unit for lighting that can increase the heat radiation efficiency by adding a new heat radiation means.
또한 구조가 간단한 조명용 엘이디 기판 및 조명 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide an LED substrate and a lighting unit for lighting having a simple structure.
또한 저가로 제조 가능한 조명용 엘이디 기판 및 조명 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide an LED substrate for lighting and a lighting unit that can be manufactured at low cost.
또한 조립 및 공정을 단순화시키는 것을 목적으로 한다.It also aims to simplify the assembly and process.
상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 기술적 방안으로 먼저 백라이트 유닛 하부에 그라파이트 시트를 붙이는 방안을 생각할 수 있으며, 도 1에 이 같은 구조의 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 백라이트 유닛의 케이싱(10)의 바텀 샷시 하부에 그라파이트 시트(12)가 부착된다. 그라파이트 시트(12)는 열전도도와 열전달의 밀봉성이 뛰어나므로, 케이싱(10)에 직접 접하더라도 우수한 밀봉성을 제공한다. 그리고 케이싱(10)의 상부에는 메탈 PCB(14)가 적층되며, 그 위에 엘이디(LED)(16)가 배열된다. 또한 메탈 PCB(14)와 케이싱(10)는 금속 간의 접합이므로, 바람직하게 열전달의 밀봉성을 위해 그 사이에 열전도성이 우수한 고무재질의 갭패드(GAP Pad)(18)가 위치한다. 이 같이 케이싱(10) 하부에 그라파이트 시트(12)를 접합시킴으로써 백라이트 유닛은 슬림화로 제조 가능할 뿐만 아니라 방열 효율을 높일 수 있다. 그러나 기존의 백라이트 유닛 자체에 그라파이트 시트(12)가 추가되는 것으로 구조는 더욱 복잡해지며, 그라파이트 시트(12)가 외부에 노출되어 있음으로 인해 제조 공정 중에 스크래치(scratch) 문제가 발생한다. As a technical solution for solving the above-described problems, a method of attaching a graphite sheet to the lower portion of the backlight unit may be considered. FIG. 1 is a cross-sectional view of such a structure. As shown, the
이 같은 문제를 해결하기 위한 좀 더 개선된 방안으로 그라파이트 시트를 백라이트 유닛 내부에 위치시키는 방안을 생각할 수 있다. 도 2에 이 같은 보다 개선된 구조의 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 백라이트 유닛의 케이싱(30)의 바텀 샷시 상부에 그라파이트 시트(32)가 적층된다. 그리고 그라파이트 시트(32) 상부에는 메탈 PCB(34)가 적층되며, 그 위에 엘이디(LED)(36)가 배열된다. 그라파이트 시트(32)는 금속에 비해 유연한 특성을 가지므로 메탈 PCB(34)와 그라 파이트 시트(32) 간에 갭패드(GAP Pad)가 필요치 않다. 이 같이 백라이트 유닛 내부에 그라파이트 시트(32)를 둠으로써, 상술한 바와 같은 스크래치 문제를 해결하면서도 방열 효율을 높일 수 있게 되었다. 또한 갭패드가 필요치 않으므로, 이전에 비해 구조를 단순화시킬 수 있다.As a more improved solution to solve this problem, a method of placing the graphite sheet inside the backlight unit may be considered. 2 is a cross sectional view of such an improved structure. As shown, a
그러나 여전히 메탈 PCB의 사용으로 인해 높은 제조원가, 복잡한 구조와 같은 문제점들이 존재한다. 이에 본 출원인은 이러한 문제 해결을 위해 메탈 PCB를 없애고 그라파이트 시트 자체를 기판으로 사용하려는 착상을 가지게 되었으며, 이에 따라 본원 발명을 도출해 내기에 이르렀다. However, there are still problems such as high manufacturing cost and complicated structure due to the use of metal PCB. Accordingly, the present applicant has the idea of eliminating the metal PCB and using the graphite sheet itself as a substrate for solving the problem, and thus, the present invention has been derived.
이러한 과정을 통해 도출되어 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 조명 유닛은 케이싱과,The lighting unit according to an aspect of the present invention for achieving the above-mentioned object derived through this process is a casing,
케이싱 내 면에 접하여 열을 확산시키는 그라파이트 시트와, 그라파이트 시트 상에 적층되는 부도체층과, 부도체층 상에 형성된 도전성 박막을 포함하는 다수의 조명용 엘이디 기판들과,A plurality of LED substrates for illumination including a graphite sheet that contacts the inner surface of the casing to diffuse heat, an insulator layer stacked on the graphite sheet, and a conductive thin film formed on the insulator layer,
도전성 박막으로부터 전기적인 구동신호를 공급받아 발광하는 나란히 배열된 다수의 엘이디(LED)들을 포함한다.It includes a plurality of LED (LED) arranged side by side to receive the electric drive signal from the conductive thin film.
이 같이 본 발명에 따른 조명 유닛은 메탈 PCB 대신에 메탈보다 열전도도가 높으며, 가격이 저렴하고, 유연성을 갖는 그라파이트 시트를 채용함에 의해, 엘이디(LED)에 의해 발생되는 열을 보다 능률적으로 확산시켜 방열시킬 수 있게 되어 열에 의한 직접적인 제품의 손상 방지 및 응력 초래에 따른 제품의 손상을 방지할 수 있으며, 보다 싼 값(통산 메탈 가격 대비 1/2 가격)에 제조될 수 있을 뿐만 아 니라, 유연성(flexible)의 특성상 금속 소재의 케이싱 내에 직접 부착되더라도 밀봉효과를 충분히 제공하므로 방열 효율이 매우 좋아진다. 다시 말해 그라파이트 시트는 금속에 비해 유연한 특성을 가지므로 그라파이트 시트(32)와 케이싱(30) 간에 갭패드(GAP Pad)가 필요치 않다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 밀착도를 개선하기 위해 유사한 형태의 갭패드가 추가될 수 있음은 물론이다. 또한 조립 공정이 단순하므로, 공정수가 줄어들어 생산률을 높일 수 있다.As described above, the lighting unit according to the present invention employs graphite sheets having higher thermal conductivity, lower cost, and flexibility than metal PCBs, thereby more efficiently spreading heat generated by LEDs. The heat dissipation can prevent direct damage to the product due to heat and damage to the product caused by stress, and can be manufactured at a cheaper price (1/2 price compared to the price of metal in general), as well as flexibility ( Due to the nature of flexible), even if directly attached to the casing of the metal material provides a sufficient sealing effect, the heat radiation efficiency is very good. In other words, since the graphite sheet is more flexible than metal, a gap pad is not required between the
본 발명의 추가적인 양상에 따른 조명 유닛은 도전성 박막 상에 코팅된 반사층을 더 포함한다.The lighting unit according to an additional aspect of the present invention further includes a reflective layer coated on the conductive thin film.
이 같이 본 발명에 따른 조명 유닛은 반사층을 채용함으로써 LED 램프에서 조사되어 도광판, 확산판 등 LCD 패널로 전달하고자 하는 구성으로부터 반사된 빛을 재반사시켜 휘도, 즉 디스플레이 밝기를 증가시킬 수 있다.As described above, the lighting unit according to the present invention may increase the luminance, that is, display brightness by re-reflecting the light reflected from the configuration to be transmitted from the LED lamp to the LCD panel such as the light guide plate or the diffusion plate by employing the reflective layer.
본 발명의 추가적인 양상에 따른 조명 유닛은 도전성 박막 상부에 적층되되, 다수 엘이디들의 배열 위치를 제외하여 적층되는 상부 그라파이트 시트를 더 포함한다.The lighting unit according to an additional aspect of the present invention further includes an upper graphite sheet stacked on top of the conductive thin film, except for the arrangement position of the plurality of LEDs.
이 같이 본 발명에 따른 조명 유닛은 하부뿐만 아니라 상부에도 그라파이트 시트를 채용함으로써 더욱 더 효과적으로 열을 확산시켜 방열할 수 있다.As described above, the lighting unit according to the present invention can dissipate heat by spreading heat more effectively by employing a graphite sheet not only at the bottom but also at the top.
본 발명의 추가적인 양상에 따른 조명 유닛은 상대적으로 케이싱 내 윗쪽면에 접한 그라파이트 시트가 그보다 아래쪽면에 접한 그라파이트 시트보다 두껍거나 밀도가 높은 것을 특징으로 한다.The lighting unit according to an additional aspect of the present invention is characterized in that the graphite sheet in contact with the upper surface in the casing is thicker or denser than the graphite sheet in contact with the lower surface thereof.
이 같이 본 발명에 따른 조명 유닛은 케이싱 내 다수의 조명용 엘이디 기판 들의 베이스인 그라파이트 시트의 두께 혹은 밀도를 달리함으로써, 상부와 하부의 온도 분포 차이를 최소화시킬 수 있으며, 이에 따라 응력의 초래를 방지할 수 있다.As such, the lighting unit according to the present invention may minimize the difference in temperature distribution between the upper and lower portions by varying the thickness or density of the graphite sheet, which is the base of the plurality of LED substrates in the casing, thereby preventing the occurrence of stress. Can be.
본 발명의 추가적인 양상에 따른 조명 유닛은 그라파이트가 그 내부에 금속 망상체를 포함한다.The lighting unit according to a further aspect of the invention, the graphite comprises a metal reticle therein.
이 같이 본 발명에 따른 조명 유닛은 그라파이트가 그 내부에 금속 망상체를 포함함에 의해 등방성 특성을 가지게 되므로, 면 방향뿐만 아니라 두께 방향으로도 열 확산이 잘 이루어질 수 있어 더욱 더 효과적으로 방열할 수 있게 된다.As described above, the lighting unit according to the present invention has an isotropic property by including the metal reticular body in the graphite, and thus heat dissipation can be well performed in the thickness direction as well as in the surface direction, thereby enabling more effective heat dissipation.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.The foregoing and further aspects of the present invention will become more apparent through the preferred embodiments described with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, the present invention will be described in detail to enable those skilled in the art to easily understand and reproduce the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 조명용 엘이디 기판의 단면도이다. 도시된 바와 같이 조명용 엘이디 기판은 열을 확산시키는 그라파이트 시트(100)와, 그라파이트 시트(100) 상에 적층되는 부도체층(200)과, 부도체층(200) 상에 형성되어 엘이디(LED)에 전기적인 구동신호를 공급하는 회로를 구성하는 도전성 박막(300)을 포함한다. 그라파이트 시트(Graphite sheet)(100)는 첨가물을 전혀 사용하지 않은 정제된 천연 인상흑연을 산처리 및 고온처리하여 가공된 순수흑연 제품으로, 내열성, 내약품성 등 흑연만의 독특한 특성을 지녀 유연성(flexible) 및 압축 복원력이 뛰어나다. 알려진 바와 같이 그라파이트 시트(100)는 카본이 층 구조를 이룬 것으로, 각 층 면 방향의 분자는 공유결합에 의해 강고하게 결합되어 면 방향으로 열을 잘 확산시키는 이방성 특성을 가진다. 이 같은 그라파이트 시트(100) 상에 필름막의 부도체층(200)이 적층되며, 부도체층(200) 상에 도전성 박막(300)이 형성된다. 도전성 박막(300)은 패턴 처리되어 도전 패턴을 형성하게 되고, 형성된 도전 패턴을 통해 엘이디(LED)에 전기적인 구동신호를 공급한다. 그리고 부도체층(200)은 그라파이트가 전기전도도가 있으므로 도전성 박막(300)에 형성된 도전 패턴과의 쇼트(short)를 방지한다.3 is a cross-sectional view of the LED substrate for illumination according to the present invention. As shown, the LED substrate for illumination is formed of a
도 4는 도 3의 조명용 엘이디 기판이 적용된 조명 유닛의 평면도이다. 다수의 조명용 엘이디 기판은 케이싱(500) 내 바텀 샷시(bottom chassis) 바닥면에 접합된다. 그리고 각 조명용 엘이디 기판 상에는 다수의 엘이디(400) 소자들이 나란히 배열되어 있음을 알 수 있다. 또한 조명용 엘이디 기판 각각은 점프 와이어(Jump Wire)를 통해 전기적으로 연결된다. 그리고 케이싱(500)과 각 조명용 엘이디 기판은 볼트-너트에 고정 결합(도 4의 동그라미 부분)될 수 있다.4 is a plan view of a lighting unit to which the LED board for illumination of FIG. 3 is applied. Multiple illumination LED substrates are bonded to the bottom chassis bottom surface in the
도 5는 도 4의 A-A´단면도이다. 케이싱(500) 내 바텀 샷시(bottom chassis) 상부에는 그라파이트 시트(100)가 적층된다. 그라파이트 시트(100)의 플렉서블(flexible)한 특성상 바텀 샷시(bottom chassis)와의 사이에 고무 패드와 같은 중간체 없이 직접적으로 접하더라도 우수한 밀봉 효과를 제공한다. 그리고 상술한 바와 같이 그라파이트 시트(100) 상에는 필름막의 부도체층(200)이 적층되며, 부도체층(200) 상에 도전성 박막(300)이 형성된다. 도 6은 부도체층(200) 및 부도체층(200) 상에 도전성 박막(300)이 형성된 형태의 평면도를 도시하고 있으며, 그 상부에는 엘이디(400)들이 도전성 박막(300)의 도전 패턴 사이의 요철부에 납땜되어 두 전극 패턴에 걸쳐 전기적으로 연결되어 나란히 배열된다.5 is a cross-sectional view along the line A-A 'of FIG. The
이 같은 구조의 가장 큰 특징은 별도의 메탈 PCB를 이용하지 않고 그라파이트 시트(100)를 기판으로 이용한다는 점이다. 그라파이트 시트(100) 상에 부도체층 및 패턴 처리된 도전성 박막이 형성되어 엘이디(400)에 전기적인 구동신호를 공급할 수 있음은 물론, 별도의 방열 수단을 두지 않고 그라파이트 시트(100)를 방열 수단으로도 이용한다는 것이다. 통상 메탈 PCB에 사용되는 재료는 메탈 중에서는 그나마 높은 열전도도를 같은 AL판, 규소강판, 아연도금강판 등이 사용되지만, 그 열전도도는 100W/mk ~ 240W/mk 범위이며, 재료비 또한 상당히 고가이다. 그러나 본 발명의 유리한 양상에 따라 채용되는 팽창흑연을 압연한 그라파이트 시트(100)의 열전도도는 220W/mk ~ 370W/mk 범위로서 메탈보다 높으며, 가격이 저렴하고(통상 메탈 가격 대비 1/2 가격), 유연성(flexible)을 가진다. 본 발명은 이 같이 그라파이트 시트(100) 상에 엘이디(400)를 어레이(array)할 수 있게 하여 면 방향으로 열을 확산시켜 메탈 PCB가 사용될 때보다 온도가 약 3 ~ 4°C 더 낮아지는 방열 효율을 낼 수 있음은 물론, 저비용의 조명용 엘이디 기판의 제조를 가능하게 하고 있다. 또한 조립 공정이 단순하므로, 공정수가 줄어들어 생산률을 높일 수 있다.The biggest feature of this structure is that the
나아가 조명용 엘이디 기판은 반사층(600)을 더 포함한다. 도 7에 도시된 백라이트 유닛의 구조 예시도에서와 같이 반사층(600)은 도전성 박막(300) 상에 코팅된다. 그리고 그 역할은 엘이디(400)로부터 LCD 패널(810)로 조사된 빛 중 일부가 프리즘 시트(Prism Sheet)(820)/확산 시트(Diffuser Sheet)(830)/도광판(Light Guide Panel)(840)/반사 시트(Reflector Sheet)(850) 측으로부터 반사된 빛을 재반사시켜 휘도를 증가시키고자 하는 것이다. 이 같이 본 발명에 따른 반사층(600)을 포함한 조명 유닛은 예를 들어 평판 표시 패널용에 채택될 경우, 도광판/확산 시트 등 엘이디(400)에서 조사된 빛을 LCD 패널로 전달하고자 하는 구성으로부터 전달되지 못하고 반사된 빛을 재반사시켜 휘도, 즉 디스플레이 밝기를 증가시킬 수 있다.Furthermore, the LED substrate for illumination further includes a
도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 도 4의 A-A´단면도이다. 도시된 바로부터 알 수 있듯이, 도 5와의 차이점은 상부 그라파이트 시트(700)를 더 포함한다는 점이다. 일 실시예에 따른 상부 그라파이트 시트(700)의 형태가 도 9에 사시도로 도시되어 있다. 상부 그라파이트 시트(700)에 형성된 홀(hole)은 엘이디(400)가 위치할 자리이다. 이 같은 상부 그라파이트 시트(700)는 그라파이트 시트(100)와 마찬가지로 엘이디(400)에 의해 발생되는 열을 확산시킨다. 이 같이 하부뿐만 아니라 상부에도 그라파이트 시트가 적용됨으로써 더욱 더 효과적으로 열을 확산시켜 방열할 수 있다. 즉, 메탈 PCB가 사용될 때보다 온도가 약 4 ~ 5°C 더 낮아지는 방열 효율을 얻을 수 있다.8 is a cross-sectional view along the line A-A 'of another embodiment of the present invention. As can be seen from the figure, the difference from FIG. 5 is that it further comprises an
나아가 조명용 엘이디 기판은 반사층(800)을 더 포함한다. 도 10에 도시된 백라이트 유닛의 구조 예시도에서와 같이 반사층(800)은 상부 그라파이트 시트(700) 상에 코팅된다. 그리고 그 역할은 엘이디(400)로부터 LCD 패널(810)로 조사된 빛 중 일부가 프리즘 시트(Prism Sheet)(820)/확산 시트(Diffuser Sheet)(830)/도광판(Light Guide Panel)(840)/반사 시트(Reflector Sheet)(850) 측으로부터 반사된 빛을 재반사시켜 휘도를 증가시키고자 하는 것이다. 이 같이 본 발명에 따른 반사층(800)을 포함한 조명 유닛은 예를 들어 평판 표시 패널용에 채택될 경우, 도광판/확산 시트 등 엘이디(400)에서 조사된 빛을 LCD 패널로 전달하고자 하는 구성으로부터 전달되지 못하고 반사된 빛을 재반사시켜 휘도, 즉 디스플레이 밝기를 증가시킬 수 있다.Furthermore, the LED substrate for illumination further includes a
도 11 내지 도 13은 서로 다른 실시예들에 따른 도 4의 B-B´단면도이다. 도 11 내지 도 13을 보면, 케이싱 내 바텀 샷시(bottom chassis)에 접하는 각 그라파이트 시트(100)의 두께가 바텀 샷시(bottom chassis)의 윗쪽면에 접해 있는 것일 수록 더 두껍다는 것을 알 수 있다. 이 같이 각 그라파이트 시트(100)의 두께를 달리한 이유는 온도 편차의 발생을 막기 위함이다. 어떠한 조명 유닛이라 할지라도 상부온도가 하부온도에 비해 높게 분포되기 마련인데, 이것은 어떤 공간 내에 있어 높은 열은 공간의 상부로 모이고 낮은 열은 공간의 하부로 모이는 열의 대류현상 때문이다. 따라서 케이싱 내 윗쪽 면에 접하는(상부에 위치하는) 그라파이트 시트(100)의 두께를 상대적으로 아래쪽면에 접하는(하부에 위치하는) 그라파이트 시트(100)의 두께보다 두껍게 하는 것이다. 11 to 13 are cross-sectional views taken along line B-B 'of FIG. 4 according to different embodiments. 11 to 13, it can be seen that the thickness of each
다만 도 11에 의해서는 엘이디(400)들의 높이가 차이나기 때문에, 휘도 편차가 발생할 수 있다. 따라서 그라파이트 시트(100)의 두께를 달리하는 경우에 케이싱(500)의 바텀 샷시를 도 12와 같이 경사지게 하거나, 도 13과 같이 계단 형태로 함이 바람직하다. 그러나 이 같은 형태에 한정되는 것은 아니며, 엘이디의 높이를 일정하게 할 수 있는 형태면 족하다. 그리고 도시하지는 않았지만, 상부 그라파이트 시트(700) 또한 두께를 다르게 적용할 수 있음은 자명하다. 이 같이 그라파이 트 시트의 두께를 다르게 함으로써 조명 유닛 내 온도 분포 차이를 최소화시켜 응력 초래에 의한 손상을 방지할 수 있다. 11, however, since the heights of the
또 다른 실시예에 있어서, 그라파이트 시트(100)의 두께를 상술한 바와 같이 달리하지 않고 밀도를 다르게 할 수도 있다. 즉, 케이싱(500) 내 윗쪽 면에 접하는 그라파이트 시트(100)의 밀도를 상대적으로 아래쪽면에 접하는 그라파이트 시트(100)의 밀도보다 높게 하는 것이다. 케이싱(500) 내 상대적인 위치마다 그라파이트 시트(100)의 밀도 조절은 각 그라파이트 시트(100)의 압축 정도를 달리함에 달성될 수 있다. 즉, 그라파이트 섬유 자체가 좀 더 조밀해지도록 압축 정도를 높임으로써, 케이싱 내(500) 윗쪽 면에 접하는 그라파이트 시트(100)의 밀도를 상대적으로 아래쪽 면에 접하는 그라파이트 시트(100)의 밀도보다 높일 수 있는 것이다. 그리고 도시하지는 않았지만, 상부 그라파이트 시트(700) 또한 밀도를 다르게 하여 적용할 수 있음은 자명하다. 이 같이 그라파이트 시트의 밀도를 다르게 함으로써 조명 유닛 내 온도 분포 차이를 최소화시켜 응력 초래에 의한 손상을 방지할 수 있다.In another embodiment, the density of the
도 14는 일 실시예에 따른 일체로 형성된 그라파이트 시트를 나타낸 평면도이고, 도 15는 도 14의 C-C´단면도이다. 도 11과는 다르게 그라파이트 시트(100)가 일체로 형성되어 있다. 그라파이트 시트(100)를 일체화시킴으로써, 도 11 내지 도 13에서와 같이 각각의 조명용 엘이디 기판을 상호 전기적으로 연결하기 위한 점프 와이어(Jump Wire)가 필요 없게 된다. 이에 따라 제조 원가를 더욱 낮출 수 있다.14 is a plan view illustrating an integrally formed graphite sheet according to an embodiment, and FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line C-C 'of FIG. 14. Unlike FIG. 11, the
추가적으로 도 15에 도시되어 있지는 않으나, 일체로 형성된 그라파이트(100) 시트에 적층된 부도체층(200) 상에 형성된 도전성 박막(300) 상에 도 7에서와 같은 반사층(100)이 더 코팅되어 상술한 바와 같은 효과를 창출할 수 있다. 나아가 일체화된 그라파이트 시트(100)의 두께를 케이싱(500) 내 바텀 샷시(bottom chassis)의 윗쪽면에 접하는 부분과 상대적으로 아래쪽면에 접하는 부분을 다르게 하거나, 아니면 밀도를 다르게 할 수 있다. 이 같은 이유는 전술한 바와 같이 온도 편차를 막아 응력의 발생을 방지하고자 하는 것이다. 일체화된 그라파이트 시트(100)의 두께를 다르게 하는 경우에는 케이싱(500)의 형태를 도 12 혹은 도 13과 같이 함이 바람직하다. 그 이유는 상술한 바와 같다. 또한 상부 그라파이트 시트(700)도 일체화시킬 수 있고, 그 위에 도 10에서와 같은 반사층(100)을 코팅할 수 있으며, 일체화된 그라파이트 시트(100)처럼 두께 혹은 밀도를 다르게 할 수 있다. Although not illustrated in FIG. 15, the
본 발명의 추가적인 양상에 따라 그라파이트 시트(100)는 그 내부에 금속 망상체(150)를 포함할 수 있다. 도 16에서와 같이 금속 망상체(150)는 금속선을 엮기 가공하여 만들어진 그물 모양의 시트 형상일 수 있고, 금속판에 다수개의 홀(hole)을 뚫어 만들어진 모양의 시트 형상일 수 있으며, 금속판 상하부에 다수개의 요철이 형성된 모양의 시트 형상일 수 있다. 그리고 금속 망상체(150)의 재료로는 구리, 스테인레스, 백금, 알루미늄, 티탄, 니켈 등 높은 열전도율을 가지는 것이 바람직하다. 이 같은 금속 망상체(150)는 유연성이 우수하므로 그라파이트 시트(115) 내에 포함되더라도 그라파이트 시트(100)의 유연성을 떨어뜨리지 않는다. 금속 망상체(150)를 내부에 포함하는 그라파이트 시트(100)의 제조 방식은 바람직 하게 도 17에서와 같이 그 사이에 금속 망상체를 두고 압연 방식으로 이루어진다. According to an additional aspect of the present invention, the
이 같이 그라파이트 시트(100) 내부에 금속 망상체(150)를 두는 이유는 그라파이트 시트(100)의 이방성 특성을 바꾸어 방열 효과를 더욱 높이기 위함이다. 이방성 특성을 가지는 그라파이트 시트(100)는 엘이디(400)로부터 발생된 열을 면 방향으로는 잘 확산시키나 두께 방향으로는 잘 확산시키지 못하므로, 바람직하게 그라파이트 시트(100) 내에 금속 망상체(150)를 두어 그 특성을 등방성으로 바꾸는 것이다. 이에 따라 그라파이트 시트(100)는 면 방향뿐만 아니라 두께 방향으로도 열을 잘 확산시킬 수 있게 되어, 방열 효과를 더욱 높이는 장점을 제공한다. 이 같은 그라파이트 시트 자체는 공지된 기술적 구성이므로 상세한 설명은 생략한다.The reason for placing the
상술한 바와 같이 본 발명은 메탈 PCB 대신에 메탈보다 열전도도가 높으며, 가격이 저렴하고, 유연성을 갖는 그라파이트 시트를 채용함에 의해, 엘이디(LED)에 의해 발생되는 열을 보다 능률적으로 확산시켜 방열시킬 수 있게 되어 열에 의한 직접적인 제품의 손상 방지 및 응력 초래에 따른 제품의 손상을 방지할 수 있으며, 보다 싼 값(통산 메탈 가격 대비 1/2 가격)에 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 유연성(flexible)의 특성상 금속 소재의 케이싱 내에 직접 부착되더라도 밀봉효과를 충분히 제공하므로 방열 효율이 매우 좋아진다. 다시 말해 케이싱과 엘이디(LED)간의 밀착도가 좋아 방열 효율이 매우 좋아지는 것이다. 또한 조립 공정이 단순하므로, 공정수가 줄어들어 생산률을 높일 수 있다.As described above, the present invention employs a graphite sheet having higher thermal conductivity, lower cost, and flexibility than metal PCB, thereby more efficiently spreading and radiating heat generated by LEDs. It can be used to prevent direct damage to the product by heat and damage to the product due to stress, not only to be manufactured at a lower price (1/2 price compared to the price of metal in general), but also to be flexible. Due to its characteristics, even if attached directly to the casing of the metal material, since the sealing effect is sufficiently provided, the heat radiation efficiency is very good. In other words, the adhesion between the casing and the LED (LED) is good, the heat dissipation efficiency is very good. In addition, since the assembly process is simple, the number of processes can be reduced to increase the production rate.
또한 본 발명은 하부뿐만 아니라 상부에도 그라파이트 시트를 채용함으로써 더욱 더 효과적으로 열을 확산시켜 방열할 수 있다.In addition, the present invention by using the graphite sheet in the upper portion as well as the lower portion can be more effectively diffuse heat to radiate heat.
또한 본 발명은 엘이디(LED)에서 조사되어 도광판, 확산 시트 등 빛을 LCD 패널로 전달하고자 하는 구성으로부터 반사된 빛을 재반사시켜 휘도, 즉 디스플레이 밝기를 증가시킬 수 있다.In addition, the present invention can increase the luminance, that is, display brightness by re-reflecting the light reflected from the configuration that is irradiated from the LED (LED) to transmit light, such as a light guide plate, a diffusion sheet, to the LCD panel.
또한 본 발명은 조명 유닛 내 온도 분포 차이를 최소화시킬 수 있으며, 이에 따라 응력 초래에 의한 손상을 방지할 수 있다.In addition, the present invention can minimize the difference in temperature distribution in the lighting unit, thereby preventing damage caused by stress.
또한 그라파이트 시트를 일체화시켜 점프 와이어(Jump Wire)를 없앨 수 있으므로, 제조 원가를 더욱 낮출 수 있다.In addition, since the graphite sheet can be integrated to eliminate the jump wire, the manufacturing cost can be further lowered.
또한 본 발명에 따른 그라파이트 시트는 면 방향뿐만 아니라 두께 방향으로도 열을 잘 확산시킬 수 있게 되어, 방열 효과를 더욱 높이는 장점을 제공한다.In addition, the graphite sheet according to the present invention is able to diffuse heat well in the thickness direction as well as the surface direction, thereby providing an advantage of further increasing the heat dissipation effect.
한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어 본 발명에 따른 조명용 엘이디 기판 및 조명 유닛은 평판 패널용 백라이트 뿐만 아니라, 조명등이나 광고판 등 다양한 LED를 이용한 조명 수단에 적용될 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.On the other hand, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. For example, the LED board and the lighting unit for lighting according to the present invention can be applied not only to a backlight for a flat panel but also to a lighting means using various LEDs such as a lighting lamp or a billboard. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined only by the appended claims.
Claims (22)
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