KR101471028B1 - 광원용 플렉시블 패널 - Google Patents

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KR101471028B1
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이주연
원효진
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금호전기주식회사
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Abstract

본 발명은 조명 또는 디스플레이 기기의 기본 구동회로에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 방열효과가 극대화된 광원용 플렉시블 패널에 관한 것으로서, 일면에 광소자가 구성된 플렉시블 기판; 상기 플렉시블 기판과 마주하며 고정되는 방열시트; 및 상기 광소자로부터 발한 열을 상기 방열시트로 전도하도록, 상기 플렉시블 기판과 방열시트 사이에 배치되는 방열필러;를 포함하는 것이다.

Description

광원용 플렉시블 패널{Flexible panel for light}
본 발명은 조명 또는 디스플레이 기기의 기본 구동회로에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 방열효과가 극대화된 광원용 플렉시블 패널에 관한 것이다.
LED(light emitting diode)와 같은 광소자 등이 기판에 실장돼 이루어지는 광원용 패널은, 조명 또는 디스플레이 기기 등의 기본 구동회로로 활용된다. 여기서, 광원용 패널에서 상기 광소자가 실장되는 기판은 플렉시블(flexible) 재질이 응용될 수 있고, 근래 플렉시블 기판으로 구성된 광원용 플렉시블 패널은 플렉시블한 특성을 갖는 조명 또는 디스플레이 기기의 광원으로 널리 활용되고 있다.
한편, 통신기술과 휴대단말 기술이 발전하고, 이와 더불어 관련 미디어 산업 또한 크게 발전하면서, 사용자는 인터넷 접속 등을 위해 자신이 휴대한 통신단말기를 빈번히 구동시키게 되었다. 그런데, 통신단말기를 자주 켜서 광원을 구동시키면, 상기 통신단말기의 주요부품인 광소자 또한 빈번한 구동으로 발열하여 적지않은 양의 열을 발할 수밖에 없다. 물론, 광소자의 발열이 방열하지 못하고 상기 광소자와 주변부품 또는 장치들을 가열시킨다면, 통신단말기의 기능은 저하되고, 더 나아가 해당 통신단말기의 수명은 단축될 수밖에 없다. 결국, 전술한 통신기술과 휴대단말 기술 및 미디어 기술 등이 발전할수록 광소자의 발열량도 상대적으로 많아질 수밖에 없고, 이러한 문제를 해소하기 위해 상기 광소자로부터 발하는 열을 효과적으로 방열시킬 수 있는 기술이 요구되었다.
상기 문제를 해소하기 위한 종래 광원용 플렉시블 패널의 구조를 설명하면, 도 1(종래 광원용 플렉시블 패널의 측면모습을 개략적으로 도시한 도면)에서 보인 바와 같이, 플렉시블 기판(30)의 일면에 광소자(10)가 실장되고, 플렉시블 기판(30) 타면에는 광소자(10)의 전류제어 등을 처리하는 구동소자(20)가 실장되며, 광소자(10)로부터 발하는 열을 방열하기 위해서 방열시트(40, 40')가 구동소자(20)를 매개로 플렉시블 기판(30)과 이격하게 고정된다.
여기서, 도 1(a)에 도시한 종래 광원용 플렉시블 패널은 방열시트(40)가 플렉시블 기판(30)에 상응하는 가요성 재질의 판이고, 도 1(b)에 도시한 종래 광원용 플렉시블 패널은 방열시트(40')가 구동소자(20) 별로 분리되어 개별화된 구조이다.
도 1(a)에 도시한 종래 광원용 플렉시블 패널에 대한 구조를 간단히 설명하면, 주로 발열을 일으키는 광소자(10)는 구동 중 발생한 열이 구동소자(20)를 통해 방열시트(40)로 전달되고, 방열시트(40)는 구동소자(20)를 통해 전달된 열을 넓은 면적을 최대한 활용해서 외부로 방출시킨다. 결국, 광소자(10)는 단순 복사를 통해 열을 방출하는데만 그치지 않고, 방열시트(40)의 부가를 통해 열 방출을 가속시킨다.
그런데, 도 1(a)의 종래 광원용 플렉시블 패널은 광소자(10)의 열 전달 경로가 구동소자(20)로 한정되면서 열 방출 효율이 제한되는 한계가 있다. 물론, 광소자(10)의 구동 열이 복사열 형태로 플렉시블 기판(30)과 방열시트(40) 사이에 형성된 공기층(A)으로 방열시트(40)에 전달될 수도 있으나, 공기층(A)은 열전도보다 상대적으로 단열효과가 크므로, 오히려 광원용 플렉시블 패널의 방열을 저해하는 원인이 되었다.
또한, 종래 광원용 플렉시블 패널은 플렉시블한 사용을 위해 제작된 것이니만큼 빈번한 휨이 발생하는데, 플렉시블 기판(30)과 방열시트(40)의 휨 과정에서 방열시트(40)와 구동소자(20) 간의 접착구조가 상실되어 이탈하고, 이를 통해 방열시트(40)와 구동소자(20)가 서로 분리 및 이격되면서 열전도율을 낮추는 원인이 되었다.
이러한 문제들을 해소하기 위해 종래에는 도 1(b)에 도시한 종래 광원용 플렉시블 패널과 같이, 방열시트(40')를 구동소자(20)별로 분리해서 플렉시블 기판(30)이 방열시트(40')의 간섭없이 원활히 휘어질 수 있도록 했다. 더불어 방열시트(40')는 구동소자(20)와 안정적으로 접촉상태를 유지해서, 광소자(10)의 발열이 구동소자(20)를 통해 방열시트(40)로 원활히 전달돼 방출될 수 있도록 했다.
하지만, 도 1(b)에 도시한 방열시트(40')는 도 1(a)의 방열시트(40)에 비해 상대적으로 공기와의 접촉면적이 좁으므로, 발열효율이 낮아지는 문제가 있다. 즉, 종래 광원용 플랙시블 패널은 구조의 변형 또는 훼손없이 그 상태를 유지하면서 안정적으로 휘어짐을 반복할 수 있는 반면에, 발열효율은 오히려 현저하게 저하되는 문제가 있는 것이다.
특허문헌 1. 공개특허공보 제10-2011-0011044호(2011.02.08 공개)
이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 발명된 것으로서, 구동시 발생하는 광소자의 열을 효과적으로 발열시켜서 상기 광소자가 안정적으로 제 기능을 수행할 수 있도록 하고, 빈번한 휨을 통해 방열시트의 접촉상태가 해제되는 것을 최소화시켜서 열전달에 의한 방열이 안정적으로 유지될 수 있도록 하는 광원용 플렉시블 패널의 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
일면에 광소자가 구성된 플렉시블 기판;
상기 플렉시블 기판과 마주하며 고정되는 방열시트; 및
상기 광소자로부터 발한 열을 상기 방열시트로 전도하도록, 상기 플렉시블 기판과 방열시트 사이에 배치되는 방열필러;
를 포함하는 광원용 플렉시블 패널이다.
본 발명에 따른 광원용 플렉시블 패널에 있어서,
상기 플렉시블 기판의 타면에는 상기 광소자의 전류제어를 위한 구동소자가 구성되고;
상기 방열필러는 상기 구동소자를 매설하도록 된 것;
이 바람직하다.
본 발명에 따른 광원용 플렉시블 패널에 있어서,
상기 방열시트가 상기 방열필러 및 구동소자와 접촉하도록, 상기 구동소자의 말단이 상기 방열필러로부터 노출된 것;
이 바람직하다.
본 발명에 따른 광원용 플렉시블 패널에 있어서,
상기 방열필러는 실리콘에 그라파이트(graphite), 탄소나노튜브(carbone nanotune), 그래핀(grapheme) 및 다이아몬드 분말 중 선택된 하나 이상의 전도성 물질을 혼합하여 소성 가공해 이루어진 것;
이 바람직하다.
본 발명에 따른 광원용 플렉시블 패널에 있어서,
상기 방열필러와 방열시트는 열전도소재(thermal interface material)를 매개로 접착된 것;
이 바람직하다.
상기의 본 발명은, 방열시트로의 열 전도 경로가 넓어지면서 광소자에서 발생한 열을 효과적으로 방열시킬 수 있고, 방열시트의 고정 구간 또한 넓어지면서 광원용 플렉시블 패널의 빈번한 휘어짐에도 방열시트가 분리됨 없이 안정된 접착력을 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 방열필러에 의해 구동소자 등이 매설되어 시각적으로 가려지므로, 광원용 플렉시블 패널의 개선된 미장효과를 기대할 수 있다.
도 1은 종래 광원용 플렉시블 패널의 측면모습을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 광원용 플렉시블 패널의 측면모습을 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 도 2의 '가' 부분을 확대 도시한 도면이다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 광원용 플렉시블 패널의 측면모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 '가' 부분을 확대 도시한 도면인 바, 이를 참조해 설명한다.
본 발명에 따른 광원용 플렉시블 패널은 광소자(10)로부터 발하는 열이 효과적으로 전도돼 외부로 방열되도록, 광소자(10)의 열을 방열시트(40)로 전달하는 방열필러(50)를 더 포함한다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 본 발명에 따른 광원용 플렉시블 패널은 플렉시블 기판(30)과, 플렉시블 기판(30)의 일면에 실장되는 광소자(10)와, 플렉시블 기판(30) 타면에 실장되는 구동소자(20)와, 플렉시블 기판(30)과 일정 간격을 유지하며 나란하게 마주하도록 구동소자(20)의 말단에 고정되는 방열시트(40)와, 플렉시블 기판(30)과 방열시트(40)에 충진되는 방열필러(50)로 구성된다.
플렉시블 기판(30)은 폴리이미드 등의 고분자로 이루어지는 가요성 절연 기판상에 배선 패턴을 형성한 것으로서, 광원용 플렉시블 패널의 종류에 따라 다양한 소자가 실장된다. 일반적으로, 연성인쇄회로기판(FPCB; Flexible Printed Circuit Boar) 또는 연성동박적층판(FCCL; Flexible Copper Clad Laminate) 등이 예시된다.
플렉시블 기판(30)에 대한 구조를 일실시 예를 들어 구체적으로 설명한다.
고분자로 이루어지는 가요성의 절연 기판인 베이스 고분자 필름상에, 동박 패턴이 동박용 접착제층에 의해 접착된다. 동박용 접착제층에 이용되는 접착제로서는 에폭시계 수지나 페놀 수지 등을 예로 들 수 있다. 상기 동박 패턴은 고분자로 이루어지는 절연성 보호 필름으로 피복되고, 상기 절연성 보호 필름은 절연성 보호 필름용 접착제층에 의해 상기 동박 패턴에 접착된다. 단, 상기 동박 패턴의 일단부는 상기 절연성 보호 필름으로 피복되지 않고 노출되고, 이 노출 부분이 외부의 전자부품과 접속하기 위한 단자부로서 기능을 한다. 계속해서, 상기 절연성 보호 필름은 상기 동박 패턴을 외부로부터 절연함과 동시에, 상기 동박 패턴을 녹의 발생 등의 부식으로부터 보호하고, 플렉시블 기판(30)의 내굴곡성(folding endurance)을 높이는 역할을 한다. 상기 절연성 보호 필름의 재질로서는 통상 폴리이미드가 널리 활용된다. 상기 동박 패턴의 노출 부분(단자부)의 표면에는 상기 동박 패턴의 녹 발생을 방지함으로써 외부의 전자 부품과의 접속을 안정화하기 위해, Au/Ni 도금(하층에 Ni 층을 형성하고나서 Au 도금한 것)이나 Sn 도금 등의 도금에 의한 도금 처리층이 형성된다.
플렉시블 기판(30)은 전술한 구조 이외에도 가요성을 가지며 내굴곡성을 높이는 다양한 기술들이 적용될 수 있다.
광소자(10)는 플렉시블 기판(30)의 일면에 실장되는 LED 등의 부품으로서, 본 발명에 따른 광원용 플렉시블 패널이 어떤 기기에 적용되느냐에 따라 적절한 부품이 활용될 수 있다.
구동소자(20)는 플렉시블 기판(30)의 타면에 실장되어 광소자(10)에 대한 전류를 제어하는 부품으로서, 저항체 및/또는 전류제어IC 등 광소자(10)의 구동을 위한 다양한 부품 등이 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 실시 예에서는 구동소자(20)가 플렉시블 기판(30)의 타면에만 실장된 것으로 예시하였으나, 광소자(10)와 함께 플렉시블 기판(30)의 일면에도 일부 실장될 수 있다.
본 발명에 따른 광원용 플렉시블 패널은 플렉시블 기판(30)을 중심으로 일면에 광소자(10)가 실장되고 타면에 구동소자(20)가 실장되는데, 이는 구동소자(20)를 매개로 방열시트(40)가 플렉시블 기판(30)과 나란하게 마주하며 고정되도록 하기 위함이다. 한편, 방열시트(40)는 열전도성이 뛰어난 탄소섬유(carbon fiber) 또는 그라파이트(graphite) 중 선택된 하나 이상이 포함하도록 구성되고, 열전도가 원활히 이루어지도록 구동소자(20)와는 긴밀하게 밀착되도록 된다. 본 발명에 따른 실시 예에서는 방열시트(40)에 탄소섬유(carbon fiber) 또는 그라파이트(graphite)가 포함되도록 했으나, 열전도성이 뛰어난 소재로 이루어지기만 하면 그 소재 선정에 있어 특별한 제한은 없다.
본 발명에 따른 실시 예에서는 플렉시블 기판(30)과 방열시트(40) 간의 고정이 구동소자(20)에 의해 이루어지는 것으로 설명하였으나, 이외에도 광소자(10)의 구동과는 무관한 별도의 링커(미도시함)를 매개로 플렉시블 기판(30)과 방열시트(40)가 서로 고정되도록 할 수 있다. 여기서, 상기 링커는 플렉시블 기판(30)으로부터 돌출된 구성일 수도 있고, 방열시트(40)로부터 돌출된 구성일 수도 있다.
한편, 방열시트(40)의 배면에는 공기와의 접촉면적을 넓히기 위해서 홈이 형성될 수 있는데, 다양한 방향으로의 휨을 일으키는 플렉시블 기판(30)과의 호응을 위해서 상기 홈의 형성방향은 격자형태를 이루는 것이 바람직하다.
방열필러(50)는 플렉시블 기판(30)과 방열시트(40) 사이의 이격 공간에 충진되는 구성으로서, 광소자(10)의 구동으로 발생한 열이 방열시트(40)로 원활히 전달될 수 있도록 실리콘에 그라파이트(graphite), 탄소나노튜브(carbone nanotune), 그래핀(grapheme) 및 다이아몬드 분말 중 선택된 하나 이상의 전도성 물질을 혼합 분산시킴으로써 이루어진다. 방열필러(50)에 혼합되는 상기 전도성 물질은 예시한 구성 이외에도 열전도를 효과적으로 수행하면서 광원용 플렉시블 패널의 가요성질을 안정적으로 유지시킬 수 있도록 한다면, 이하의 청구범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 물질들이 적용될 수 있을 것이다.
방열필러(50)는 상기 실리콘에 전도성 물질을 혼합 후 소성 가공을 통해 완성된다. 상기 소성 가공을 통해 경화된 방열필러(50)는 플렉시블 기판(30) 및 구동소자(20)와 긴밀히 밀착 고정된다.
계속해서, 방열필러(50)는 방열시트(40)와 열전도소재(51; TIM; thermal interface material)를 매개로 접착된다. 열전도소재(51)는 방열필러(50)의 본체 부분과 방열시트(40) 간의 접촉 저항을 줄여서, 방열필러(50)로 전도된 광소자(10)의 열이 방열시트(40)로 원활히 전도되도록 한다. 물론, 열전도소재(51)는 방열필러(50)와 방열시트(40) 간의 접촉상태를 안정적으로 유지시켜서, 광원용 플렉시블 패널의 빈번한 휘어짐에도 방열필러(50)와 방열시트(40)가 항시 접착상태를 유지하도록 한다.
결국, 본 발명에 따른 광원용 플렉시블 패널은 방열시트(40)로의 열 전도 경로가 넓어지면서 광소자(10)에서 발생한 열을 효과적으로 방열시킬 수 있고, 방열시트(40)의 고정 구간 또한 넓어지면서 광원용 플렉시블 패널의 빈번한 휘어짐에도 방열시트(40)가 분리됨 없이 안정된 접착력을 유지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 광원용 플렉시블 패널의 제조공정을 설명한다.
우선, 플렉시블 기판(30)의 일면에 광소자(10)를 실장하고, 플렉시블 기판(30)의 타면에 구동소자(20)를 실장한다. 플렉시블 기판(30)에 실장되는 광소자(10)와 구동소자(20)는 플렉시블 기판(30)에 형성시킨 회로에 상응하게 실장된다.
다음으로, 전도성 물질이 혼합된 실리콘을 플렉시블 기판(30)의 타면에 충진해서 구동소자(20)가 매설되도록 한다. 상기 전도성 물질이 혼합된 실리콘은 겔(GEL) 상태이므로, 구동소자(20) 사이사이에 긴밀히 유입되면서 플렉시블 기판(30) 및 구동소자(20)와 일체화된다. 참고로, 플렉시블 기판(30)의 타면에 충진되는 전도성 물질이 혼합된 실리콘의 양은 구동소자(20)의 말단이 노출될 수 있는 양으로 제한한다. 즉, 방열시트(40)가 방열필러(50)와 접촉돼 고정됨은 물론 구동소자(20)의 말단과 접촉돼 고정될 수 있도록 하는 것이다.
이외에도 방열필러(50)는 구동소자(20)가 완전히 덮히도록 플렉시블 기판(30) 상에 충진해서, 방열시트(40)가 방열필러(50) 전면(全面)과 접착되도록 할 수도 있다.
다음으로, 전도성 물질이 혼합된 실리콘을 소성 가공해서 열 전도성질을 갖는 재질로 경화시킨다. 본 발명에 따른 제조공정에서는 상기 전도성 물질이 혼합된 실리콘의 소성 가공 온도를 120도 내외로 하고, 가공시간을 5분 내외로 하였다.
소성 가공 완료되어 방열필러(50)가 완성되면, 방열시트(40)를 방열필러(50) 상에 안착해 고정한다. 여기서, 방열시트(40)는 열전도소재(51)를 매개로 방열필러(50)에 고정하며, 구동소자(20)의 말단과도 열전도소재(51)를 매개로 고정할 수 있다.
이렇게 완성된 본 발명에 따른 광원용 플렉시블 패널은 방열필러(50)에 의해 구동소자(20) 등이 매설되어 시각적으로 가려지므로, 개선된 미장효과를 기대할 수 있다. 또한, 앞서 언급한 바와 같이, 방열시트(40)로의 열 전도 경로가 넓어지면서 광소자(10)에서 발생한 열을 효과적으로 방열시킬 수 있고, 방열시트(40)의 고정 구간 또한 넓어지면서 광원용 플렉시블 패널의 빈번한 휘어짐에도 방열시트(40)가 분리됨 없이 안정된 접착력을 유지할 수 있는 효과가 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조해 설명했지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10; 광소자 20; 구동소자 30; 플렉시블 기판
40, 40'; 방열시트 50; 방열필러

Claims (5)

  1. 일면에 광소자가 구성된 플렉시블 기판; 상기 플렉시블 기판과 마주하며 고정되는 방열시트; 및 상기 광소자로부터 발한 열을 상기 방열시트로 전도하도록, 상기 플렉시블 기판과 방열시트 사이에 배치되는 방열필러;를 포함하는 광원용 플렉시블 패널에 있어서,
    상기 플렉시블 기판의 타면에는 상기 광소자의 전류제어를 위한 구동소자가 구성되고;
    상기 방열필러는 상기 구동소자를 매설하도록 된 것;
    을 특징으로 하는 광원용 플렉시블 패널.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열시트가 상기 방열필러 및 구동소자와 접촉하도록, 상기 구동소자의 말단이 상기 방열필러로부터 노출된 것;
    을 특징으로 하는 광원용 플렉시블 패널.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 방열필러는 실리콘에 그라파이트(graphite), 탄소나노튜브(carbone nanotune), 그래핀(grapheme) 및 다이아몬드 분말 중 선택된 하나 이상의 전도성 물질을 혼합하여 소성 가공해 이루어진 것;
    을 특징으로 하는 광원용 플렉시블 패널.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 방열필러와 방열시트는 열전도소재(thermal interface material)를 매개로 접착된 것;
    을 특징으로 하는 광원용 플렉시블 패널.
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