KR101814779B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것이다. 본 발명의 액정표시장치는 액정표시패널; 상기 액정표시패널에 빛을 조사하기 위한 백라이트 유닛; 및 상기 백라이트 유닛의 하부를 감싸는 커버 보텀을 구비하고, 상기 백라이트 유닛은, 상기 빛을 방출하는 LED 패키지; 상기 LED 패키지가 실장되는 PCB; 및 상기 커버 보텀과 결합되며, 상기 PCB와 접촉하여 상기 LED 패키지로부터 발생한 열을 외부로 방출하는 금속 방열판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 경량, 박형, 저소비 전력구동 등의 특징으로 인해 그 응용범위가 점차 넓어지고 있는 추세에 있다. 액정표시장치는 노트북 PC와 같은 휴대용 컴퓨터, 사무 자동화 기기, 오디오/비디오 기기, 옥내외 광고 표시장치 등으로 광범위하게 이용되고 있다. 액정표시장치는 액정층에 인가되는 전계를 제어하여 백라이트 유닛으로부터 입사되는 빛을 변조함으로써 화상을 표시한다.
액정표시장치는 비디오 데이터를 표시하는 액정표시패널과, 이 액정표시패널에 빛을 조사하는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 포함한다. 액정표시패널과 백라이트 유닛은 적층된 상태로 조립되어 액정모듈로 구현된다. 액정모듈은 액정표시패널과 백라이트 유닛을 고정하기 위한 가이드/케이스 부재와, 액정표시패널의 구동회로 보드를 더 포함한다.
백라이트 유닛은 직하형(direct type)과 에지형(edge type)으로 대별된다. 직하형 백라이트 유닛은 액정표시패널의 아래에 다수의 광원들이 배치되는 구조를 갖는다. 에지형 백라이트 유닛은 도광판의 측면에 대향되도록 광원들이 배치되는 구조를 갖는다.
백라이트 유닛의 광원으로 최근에는, 발광다이오드(이하 "LED"라 함)가 각광을 받고 있다. LED는 온도가 높을수록 효율과 수명이 낮아진다. 따라서, LED 패키지에는 각종 방열 설계가 적용되고 있다. 하지만, 기존 방열 설계는 커버 보텀의 내부에서 LED 패키지로부터 발생한 열들의 열전도 흐름에 관한 것으로, LED 패키지로부터 발생한 열들을 방열시키는데 한계가 있다.
본 발명은 LED 패키지로부터 발생한 열들을 더욱 효율적으로 방열할 수 있는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 액정표시장치는 액정표시패널; 상기 액정표시패널에 빛을 조사하기 위한 백라이트 유닛; 및 상기 백라이트 유닛의 하부를 감싸는 커버 보텀을 구비하고, 상기 백라이트 유닛은, 상기 빛을 방출하는 LED 패키지; 상기 LED 패키지가 실장되는 PCB; 및 상기 커버 보텀과 결합되며, 상기 PCB와 접촉하여 상기 LED 패키지로부터 발생한 열을 외부로 방출하는 금속 방열판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 LED 패키지가 실장된 PCB를 금속 방열판에 부착하고, 금속 방열판을 외부로 노출한다. 그 결과, 본 발명은 LED 패키지로부터 발생한 열이 금속 방열판을 통해 바로 외부로 방출되어, LED 패키지의 온도를 낮출 수 있고, LED 패키지의 수명을 늘릴 수 있다.
또한, 본 발명의 금속 방열판은 PCB의 일단부가 수용되는 홈을 포함한다. 그 결과, 본 발명은 PCB의 폭을 넓힐 수 있고, PCB와 금속 방열판의 접촉면적을 늘릴 수 있으므로, 방열 효과가 증대된다.
또한, 본 발명의 가이드 패널은 PCB의 타단부가 수용되는 홈을 포함한다. 그 결과, 본 발명은 액정모듈이 슬림화되어 도광판의 두께가 얇아지므로, 도광판의 재료 비용을 절감할 수 있다.
나아가, 본 발명은 금속 방열판의 외면을 히트 싱크(heat sink)로 형성한다. 그 결과, 본 발명은 외부로 열을 쉽게 방출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정표시장치를 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3의 금속 방열판을 상세하게 보여주는 단면도이다.
도 5는 종래 기술, 본 발명의 제1 실시예, 및 제2 실시예의 LED 패키지, 메탈 PCB, 금속 방열판, 및 도광판의 온도를 비교한 표이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것으로, 실제 제품의 명칭과는 상이할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 분해 사시도이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치를 보여주는 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 액정표시장치는 표시패널(10), 도시하지 않은 표시패널(10)의 구동회로 보드, 백라이트 유닛, 백라이트 유닛을 지지하는 가이드 및 케이스 부재를 구비한다.
표시패널(10)은 두 장의 유리기판 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(10)의 하부 유리기판(10b)에는 다수의 데이터라인들과 다수의 게이트라인들이 교차된다. 데이터라인들과 게이트라인들의 교차 구조에 의해 표시패널(10)에는 액정셀들이 매트릭스 형태로 배치된다. 또한, 표시패널(10)의 하부 유리기판(10b)에는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT), 박막트랜지스터(TFT)에 접속된 액정셀의 화소전극, 및 스토리지 커패시터(Storage Capacitor) 등이 형성된다. 액정셀들은 데이터라인들을 통해 화소전극에 공급되는 데이터전압과, 공통전극에 공급되는 공통전압의 전위차에 의해 발생되는 전계에 의해 구동되어 표시패널(10)에서 투과되는 광량을 조정한다.
표시패널(10)의 상부 유리기판(10a) 상에는 블랙매트릭스, 컬러필터 및 공통전극이 형성된다. 공통전극은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 상부 유리기판(10a) 상에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소전극과 함께 하부 유리기판(10b) 상에 형성된다. 표시패널(10)의 상부 유리기판(10a)과 하부 유리기판(10b) 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다.
도시하지 않은 표시패널(10)의 구동회로 보드는 게이트 구동부, 데이터 구동부, 및 타이밍 컨트롤러를 포함한다. 데이터 구동부는 타이밍 콘트롤러의 제어 하에 디지털 비디오 데이터(RGB)를 정극성/부극성 감마보상전압을 이용하여 정극성/부극성 아날로그 데이터전압으로 변환한 후 데이터라인들에 공급한다. 게이트 구동부는 타이밍 콘트롤러의 제어 하에 대략 1 수평기간의 펄스폭을 가지는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 순차적으로 출력하여 게이트라인들에 공급한다. 타이밍 콘트롤러는 외부 비디오 소스가 실장된 시스템 보드로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터와 타이밍신호들을 입력받아 디지털 비디오 데이터(RGB)를 데이터 구동부에 공급한다. 타이밍 콘트롤러는 외부 시스템으로부터의 타이밍신호들에 기초하여 데이터 구동부와 게이트 구동부의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다.
본 발명의 백라이트 유닛은 에지형으로 구현된다. 에지형 백라이트 유닛은 LED 패키지(1), PCB(2), 금속 방열판(3), 도광판(14), 반사시트(5), 및 광학 시트들(6) 등을 구비한다. 에지형 백라이트 유닛은 LED 패키지(1)로부터의 빛을 도광판(4)과 광학 시트들(6)을 통해 균일한 면광원으로 변환하여 표시패널(10)에 빛을 조사한다.
LED 패키지(1)는 LED를 포함한다. LED 패키지(1)는 도광판(4)의 적어도 하나 이상의 측면들에 대응하여 도광판(4)의 측면에 빛을 조사한다. LED 패키지(1)는 PCB(2)에 실장되어, 광원 구동부로부터 전기적인 신호를 받아 점등 및 소등된다.
PCB(2)에는 LED 패키지(1)와 광원 구동부를 전기적으로 연결하기 위한 회로가 형성된다. PCB(2)는 금속 방열판(3)의 측면에 부착된다.
금속 방열판(3)은 LED 패키지(1) 및 PCB(2)로부터 발생한 열을 외부로 원활히 방출할 수 있도록 높은 열 전도율을 가지는 재료를 포함한다. 예를 들어, 금속 방열판(3)은 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN) 등의 알루미늄계 금속판, 또는 구리로 제작될 수 있다. 또한, 알루미늄계 금속판에는 열전달을 촉진시키기 위한 고전도율 소재가 코팅될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치에서, 금속 방열판(3)은 도 2와 같이 외부로 노출된다. LED 패키지(1)로부터 발생한 열이 금속 방열판(3)을 통해 외부로 바로 방출되므로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치는 더욱 높은 방열 효과를 얻을 수 있다.
또한, 금속 방열판(3)은 백라이트 유닛의 측면을 감싼다. 금속 방열판(3)은 백라이트 유닛의 하부를 감싸는 커버 보텀(7)과 결합된다. 금속 방열판(3)과 커버 보텀(7)은 양면 테이프를 이용한 접착, 접착제를 이용한 접착, 스크류(Screw) 체결, 클린칭(Clinching) 등을 통해 연결될 수 있다. 클린칭(Clinching)은 체결수단을 쓰지 않고 금속 방열판(3)과 커버 보텀(7)을 체결하는 방법으로, 금속 방열판(3)과 커버 보텀(7)을 한번에 변형하여 체결하는 방법이다.
도광판(4)은 LED 패키지(1)로부터 빛을 면광원으로 변환하여 표시패널(10)에 조사한다. 반사시트(5)는 도광판(4) 아래에 배치되어 도광판(4)으로부터 아래로 향하는 빛을 도광판(4) 쪽으로 반사시킨다. 또한, 반사시트(5)는 가이드 패널(8)에 부착되어 LED 패키지(1)로부터 위로 향하는 빛을 도광판(4) 쪽으로 반사시킨다.
도광판(4)과 표시패널(10) 사이에는 광학 시트들(6)이 배치된다. 광학 시트들(6)은 1 매 이상의 프리즘 시트와 1 매 이상의 확산시트를 포함하여 도광판(4)으로부터 입사되는 빛을 확산하고 표시패널(10)의 광입사면에 대하여 실질적으로 수직인 각도로 빛의 진행경로를 굴절시킨다. 광학 시트들(6)은 DBEF(dual brightness enhancement film)를 포함할 수도 있다.
가이드 및 케이스 부재는 커버 보텀(Cover Bottom)(7), 가이드 패널(Guide Panel)(8), 및 케이스 탑(Case Top)(9) 등을 포함한다. 커버 보텀(7)은 사각 프레임의 금속으로 제작되어 백라이트 유닛의 하부를 지지한다. 커버 보텀(7)은 고강도 강판으로 제작되며, 예를 들어 전기아연도금강판(EGI), 스테인레스(SUS), 갈바륨(SGLC), 알루미늄도금강판(일명 ALCOSTA), 주석도금강판(SPTE) 등으로 제작될 수 있다.
가이드 패널(8)은 폴리카보네이트(polycabonate) 등의 합성수지 내에 유리섬유가 혼입된 사각 프레임, 플라스틱 등으로 제작되거나, 스테인리스 스틸(Steel Use Stainless, SUS)로 제작될 수 있다. 가이드 패널(8)은 적층된 표시패널(10)의 상면 가장자리와 측면을 감싸고, 백라이트 유닛의 측면 일부를 감싼다. 가이드 패널(8)은 표시패널(10)을 아래에서 지지하고, 표시패널(10)과 광학 시트(6)들 사이의 간격을 일정하게 유지시킨다.
케이스 탑(9)은 전기아연도금강판(EGI), 스테인리스 스틸(SUS) 등으로 제작되어 가이드 패널(8)의 상면 및 측면을 감싸는 구조를 가진다. 케이스 탑(9)은 금속 방열판(3) 및 가이드 패널(8) 중 적어도 어느 하나에 후크 또는 스크류로 고정된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정표시장치를 보여주는 단면도이다. 도 4는 도 3의 금속 방열판(3)을 상세하게 보여주는 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예의 액정표시장치는 PCB(2), 금속 방열판(3) 및 커버 보텀(7)을 제외하고는, 본 발명의 제1 실시예의 액정표시장치에서 설명한 바와 같다. 이하에서, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시예의 액정표시장치의 PCB(2), 금속 방열판(3), 및 커버 보텀(7)에 대하여 상세히 설명한다.
금속 방열판(3)은 도 4와 같이 PCB(2)가 접촉되는 측면 방열부(3a)와 측면 방열부(3a)의 일측 끝단으로부터 수직으로 절곡된 하면 방열부(3b)를 포함한다. 금속 방열판(3)의 단면은 영문 대문자 'L'자 형태를 가진다.
측면 방열부(3a)와 하면 방열부(3b)의 외면은 히트 싱크(heat sink)(3c)로 형성된다. 히트 싱크(3c)는 요철형태, 오목한 면과 볼록한 면이 반복되는 형태를 가진다. 히트 싱크(3c)를 통해, 금속 방열판(3)이 외부와의 접촉할 수 있는 면적이 넓어지므로, 금속 방열판(3)은 열을 더욱 효과적으로 방출할 수 있다.
측면 방열부(3a)와 하면 방열부(3b)의 경계부에는 더욱 넓은 폭을 가지는 PCB(2)가 수용될 수 있도록 오목한 형태의 홈인 PCB 삽입 홈(3d)이 형성된다. PCB(2)의 폭이 넓을수록, PCB(2)와 금속 방열판(3)은 더욱 넓게 접촉할 수 있으므로, LED 패키지(1)로부터 발생한 열이 금속 방열판(3)으로 더 많이 전달될 수 있다. 또한, PCB 삽입 홈(3d)으로 인해, PCB(2)와 금속 방열판(3)의 접촉 면적이 더욱 넓어지므로, LED 패키지(1)로부터 발생한 열은 더욱 효과적으로 방열될 수 있다.
나아가, 가이드 패널(8)도 금속 방열판(3)과 같이 PCB 삽입 홈(8d)을 갖도록 형성될 수 있다. 가이드 패널(8)의 PCB 삽입 홈(8d)을 통해, PCB(2)가 삽입되는 만큼 액정표시장치가 슬림(slim)화될 수 있고, 액정표시장치가 슬림화됨에 따라 도광판(4)의 두께도 얇아진다. 도광판(4)의 두께가 얇아지는 경우, 도광판(4)의 재료인 폴리메틸메타크릴레이트(Poly Methyl Methacrylate, PMMA)의 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
하면 방열부(3b)는 PCB 삽입 홈(3d)의 일측 상단부로부터 연장되는 제1 면(3e)과, 제1 면으로부터 아래로 연장되어 제1 면과 계단부를 형성하는 제2 면(3f)을 포함한다. 하면 방열부(3b)의 제2 면(3f)에 커버 보텀(7)의 일단이 올려지고, 여러가지 접착 또는 체결 방법에 의해, 하면 방열부(3b)와 커버 보텀(7)이 결합된다.
금속 방열판(3)과 커버 보텀(7)이 양면 테이프를 이용하여 접착될 경우, 양면 테이프가 제2 면(3f)에 코팅되고, 코팅된 양면 테이프 상에 커버 보텀(7)이 접착된다. 금속 방열판(3)과 커버 보텀(7)이 접착제를 이용하여 접착될 경우, 접착제는 제2 면(3f)에 도포되고, 도포된 접착제 상에 커버 보텀(7)이 접착된다.
금속 방열판(3)과 커버 보텀(7)이 스크류를 이용하여 체결될 경우, 제2 면(3f)에 커버 보텀(7)을 올려놓고, 체결부(3g)에서 스크류를 체결하여 금속 방열판(3)과 커버 보텀(7)을 연결한다. 금속 방열판(3)과 커버 보텀(7)이 클린칭(Clinching)으로 연결될 경우, 제2 면(3f)에 커버 보텀(7)을 올려놓고, 커버 보텀 체결부(3g)에서 클린칭(Clinching) 펀치를 이용하여 금속 방열판(3)과 커버 보텀(7)을 연결한다. 이때, 금속 방열판(3)과 커버 보텀(7)은 클린칭(Clinching) 펀치 형태로 변형되어 연결된다.
도 5는 종래 기술, 본 발명의 제1 실시예, 및 제2 실시예의 LED 패키지(1), PCB(2), 금속 방열판(3), 및 도광판(4)의 온도를 비교한 표이다. 도 5를 참조하면, 인가 전류(mA)는 LED 패키지(1)에 인가된 전류로, 인가된 전류가 클수록 LED 패키지(1)는 높은 휘도로 발광한다. 하지만, 인가된 전류가 클수록 LED 패키지(1)로부터 발생하는 열이 커지므로, LED 패키지(1), PCB(2), 금속 방열판(3), 및 도광판(4)의 온도는 상승한다.
도 5에서, 종래 기술과 본 발명의 제1 및 제2 실시예를 비교해본다. 종래 기술의 경우, 100mA의 전류를 인가했을 때, LED 패키지(1) 발광면의 온도는 대략 83.7℃이고, PCB(2) 표면의 온도는 대략 65.0℃이다. 또한, 금속 방열판(3)의 온도는 대략 59.7℃이고, 도광판(4) 입광면의 온도는 59.7℃이다.
본 발명의 제1 실시예와 제2 실시예는 120mA 내지 160mA의 전류를 인가하여 실험하였다. 본 발명의 제1 실시예는 종래 기술보다 높은 전류가 인가되므로, LED 패키지(1) 발광면의 온도는 종래 기술보다 높게 나타난다. 하지만, PCB(2) 표면, 금속 방열판(3), 도광판(4) 입광면의 온도는 종래 기술보다 약간 높게 나타나기도 하지만, 대부분의 온도는 종래 기술보다 낮게 나타난다. 본 발명의 제2 실시예는 종래 기술보다 높은 전류가 인가됨에도 불구하고, 높은 방열 효과를 보이며, LED 패키지(1) 발광면, PCB(2) 표면, 금속 방열판(3), 도광판(4) 입광면의 온도가 모두 낮게 나타난다. 따라서, 종래 기술에 비하여 본 발명의 제1 및 제2 실시예에서 방열이 잘 이루어지고 있음을 알 수 있다. 특히, 본 발명의 제2 실시예는 LED 패키지(1)의 온도를 낮게 유지할 수 있으므로, LED 패키지(1)의 수명을 늘릴 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
1: LED 패키지 2: PCB
3: 금속 방열판 3a: 측면 방열부
3b: 하면 방열부 3c: 히트 싱크
3d, 8d: PCB 삽입 홈 3e: 제1 면
3f: 제2 면 3g: 체결부
4: 도광판 5: 반사시트
6: 광학 시트들 7: 커버 보텀
8: 가이드 패널 9: 케이스 탑
10: 표시패널 10a: 상부 유리기판
10b: 하부 유리기판

Claims (9)

  1. 액정표시패널;
    상기 액정표시패널에 빛을 조사하기 위한 백라이트 유닛; 및
    상기 백라이트 유닛의 하부를 감싸는 커버 보텀을 구비하고,
    상기 백라이트 유닛은,
    LED 패키지가 실장되는 PCB;
    상기 LED 패키지가 조사하는 광을 면광원으로 변환하는 도광판;
    상기 액정표시패널의 상면 가장자리와 측면을 감싸고, 상기 백라이트 유닛의 측면 일부를 감싸며, 상기 PCB의 타단부가 수용되는 제1 홈이 형성되는 가이드 패널; 및
    상기 PCB와 직접 접촉하는 측면 방열부 및 상기 측면 방열부의 일측 끝단으로부터 절곡되며 상기 커버 보텀의 하부에 위치하는 하면 방열부로 이루어지는 금속 방열판을 포함하고,
    상기 커버 보텀은 상기 도광판과 상기 하면 방열부 사이에 위치하여, 상기 하면 방열부는 상기 커버 보텀의 외측에 노출되며,
    상기 측면 방열부와 상기 하면 방열부는 외면이 요철 형태의 히트 싱크로 형성되는 액정표시장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 측면 방열부와 상기 하면 방열부는 외면이 히트 싱크로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 방열판에는 상기 측면 방열부와 상기 하면 방열부의 경계면에서 상기 PCB가 수용될 수 있는 제2 홈이 형성되고,
    상기 하면 방열부는 상기 제2 홈의 일측 상단부로부터 연장되는 제1 면과, 상기 제1 면으로부터 아래로 연장되어 상기 제1 면과 계단형태로 연결되는 제2 면을 포함하고,
    상기 커버 보텀의 일단은 상기 제2 면에 올려져 결합되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 방열판은 상기 측면 방열부와 상기 하면 방열부의 경계부에 상기 PCB의 일단부가 수용되는 홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 도광판의 아래에 배치되어 상기 도광판으로부터 아래로 향하는 빛을 상기 도광판 쪽으로 반사시키는 반사시트; 및
    상기 도광판과 상기 액정표시패널 사이에 배치된 적어도 하나 이상의 광학시트를 더 구비하는 액정표시장치.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 가이드 패널에 부착되어 상기 LED 패키지로부터 위로 향하는 빛을 도광판 쪽으로 반사시키는 또 다른 반사시트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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