KR102634412B1 - 디스플레이 광원용 단열시트, 이를 포함하는 단열 광원모듈, 단열 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치 - Google Patents

디스플레이 광원용 단열시트, 이를 포함하는 단열 광원모듈, 단열 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

디스플레이 광원용 단열시트가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 광원용 단열시트는 디스플레이의 광원을 이루는 다수 개의 LED 소자가 소정의 간격을 두고 실장된 회로기판 실장면의 반대면 상에 구비되어 상기 다수 개의 LED 소자에서 발생되는 열이 상기 반대면에 수직한 방향으로 전달되는 것을 차단시키기 위한 디스플레이 광원용 단열시트이다. 이에 의하면, 다수 개의 LED 소자의 발열 수준을 낮추면서도 전달받은 열이 수직방향으로 전달되는 것을 최소화할 수 있어서 원하지 않는 방향 및/또는 양으로 열이 전달되는 것을 최소화 또는 방지하기에 유리하다.

Description

디스플레이 광원용 단열시트, 이를 포함하는 단열 광원모듈, 단열 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치{Heat insulation sheet for display light source, heat insulated display light source and display device comprising the same}
본 발명은 단열시트에 관한 것이며, 보다 상세하게는 디스플레이 광원용 단열시트, 이를 포함하는 단열 광원모듈, 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.
산업의 고도화로 인한 IC회로의 집적 증가로 인해 하이브리드 패키지 및 다중모듈, LED등 밀폐형 직접 회로, 전자기기의 복잡한 구조, 슬림하면서도 소형화 및 고성능화 추세로 인해 각종 전자 부품에서 발열량이 증가하고 있는 추세이다.
이에 따라서 전자기기 내 좁은 공간에서 발생되는 많은 열을 효과적으로 방출하여 전자 부품의 오동작 및 부품의 손상을 방지하는 것이 중요한 과제로 대두되고 있다.
한편, 전자기기의 성능, 내구성을 고려 시 전자기기에서 발생된 열은 외부로 방출되어야 하나 이로 인해서 전자기기의 하우징이나 전자기기 부근에서 많은 열이 감지되는 문제점을 발생시키고 있다.
특히 최근에는 전자기기가 슬림하거나 소형화 되는 추세에 있음에 따라서 전자기기 내 각종 부품들과 하우징 간의 간격이 거의 없어지고 있으며, 이에 더해 고성능화 되는 전자기기 내 요구되는 각종 부품의 수나 종류가 많아짐에 따라서 발열은 더욱 심해지고 있어서 하우징이나 그 주변의 온도가 전자기기에 접촉하는 사용자에게 불편감을 주거나 전자기기의 이상 작동으로 오인하게 되는 경우가 빈번한 발생하고 있다.
이러한 전자기기의 일예로 대표적인 것이 디스플레이 장치이다. 디스플레이 장치는 여전히 저가형 모델도 양산되고 있으나, 한편에서는 대형화 및 고성능화를 추진함에 따라 한정된 영역에 픽셀수가 더욱 많도록 설계되고 있고, 이와 연동되어 하나의 디스플레이 장치에 구비되는 광원의 크기도 작아지는 반면 구비되는 광원의 개수는 증가하고 있는 추세에 있다.
이러한 추세의 일 예로 최근 상용화된 미니 LED 소자를 광원으로 채용한 백라이트 유닛을 구비한 액정 디스플레이 장치의 경우 백라이트 유닛에 약 2만개 이상의 미니 LED 소자가 실장되며, 많은 개수로 구비된 LED 소자로 인한 휘도 증가, 백라이트 유닛 내 LED 소자의 개별 제어에 따른 명암비 증가가 장점으로 알려져 있다. 그러나 2만 개 이상으로 구비되는 LED 소자로 인한 발열 문제는 심각하며, 이로 인해서 액정 디스플레이 장치의 후면으로 많은 열이 방출됨에 따라서 사용자에게 불쾌감을 주거나 사용자가 화상을 입을 우려가 증가하고 있다.
또한, 디스플레이 장치 하우징과 디스플레이 부품 간 간격이 최소화되도록 슬림화되고, 고휘도 LED 소자가 개발되고 있는 추세에서 LED 소자로 인한 백라이트 유닛으로부터 하우징으로 전달되는 고열의 문제는 더욱 심화될 것으로 예상된다.
등록특허공보 제10-2059126호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 발열체인 다수 개의 LED 소자로부터 열을 전달받아 LED 소자의 발열 수준을 낮추면서도 전달받은 열이 수직방향으로 전달되는 것을 최소화하여 시트 상부로 열이 전도 또는 방사되는 것을 최소화 또는 방지할 수 있는 단열시트를 제공하는데 목적이 있으며, 일 예로 디스플레이 광원에 적용되기 적합한 단열시트를 제공하는데 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 제1구현에 따르면, 디스플레이의 광원을 이루는 다수 개의 LED 소자가 소정의 간격을 두고 실장된 회로기판 실장면의 반대면 상에 구비되어 상기 다수 개의 LED 소자에서 발생되는 열이 상기 반대면에 수직한 방향으로 전달되는 것을 차단시키기 위한 디스플레이 광원용 단열시트로서, 상기 회로기판 실장면의 반대면 상에 부착되는 부재로써, 각각의 LED 소자 실장 면적보다 큰 면적의 핫스팟을 형성시키기 위한 기재와 상기 기재의 양면에 배치된 접착층을 포함하는 열 스프레딩 부재; 상기 열 스프레딩 부재 상에 배치되며, 두께방향으로 대향하는 제1면과 제2면을 포함하고, 상기 열 스프레딩 부재에 인접하는 제1면 쪽으로 전달받은 열을 제1면에서 제2면 쪽으로 이동시켜서 상기 LED 소자의 온도를 낮추되 두께방향 보다 면방향으로 열을 우세하게 이동시켜서 제2면으로부터 이에 수직한 방향 측을 향해서 열 전달을 최소화시키며, 다수 개의 LED 소자로부터 전달받은 열의 면방향 스프레딩에 따른 중첩을 최소화 하고 전달받는 열을 최대한 두께방향으로 전달하면서 내부에 축적시키기 위하여 LED 소자 간 간격 및 LED 소자의 발열량을 고려하여 설정된 두께를 가지는 그라파이트 시트인 단열부재; 및 상기 단열부재의 제2면 상에 배치되는 보호부재를 포함하는 디스플레이 광원용 단열시트를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 단열부재는 천연 그라파이트 시트 및 인조 그라파이트 시트 중 어느 하나 이상의 그라파이트 시트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 단열부재는 두께가 20 ~ 500㎛일 수 있다.
또한, 상기 단열부재는 두께가 90 ~ 300㎛인 천연 그라파이트일 수 있다.
또한, 상기 기재는 금속박 또는 인조 그라파이트일 수 있다.
또한, 상기 기재의 면방향 열전도도는 그라파이트 시트의 면방향 열전도도 보다 작을 수 있다.
또한, 상기 단열부재의 두께방향에 평행한 네 측면이 보호부재와 열 스프레딩 부재를 통해 봉지되도록 상기 보호부재 및 열 스프레딩 부재 각각의 길이와 폭은 상기 단열부재의 길이와 폭보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제2구현예에 따르면, 디스플레이의 광원을 이루는 다수 개의 LED 소자가 소정의 간격을 두고 실장된 회로기판 실장면의 반대면 상에 구비되어 상기 다수 개의 LED 소자에서 발생되는 열이 상기 반대면에 수직한 방향으로 전달되는 것을 차단시키기 위한 디스플레이 광원용 단열시트로서, 상기 회로기판 실장면의 반대면 상에 부착되는 부재로써, 각각의 LED 소자 실장 면적보다 큰 면적의 핫스팟을 형성시키기 위한 기재와 상기 기재의 양면에 배치된 제1접착층을 포함하는 열 스프레딩 부재; 상기 열 스프레딩 부재 상에 배치되며, 두께방향으로 대향하는 제1면과 제2면을 포함하고, 상기 열 스프레딩 부재에 인접하는 제1면 쪽으로 전달받은 열을 제1면에서 제2면 쪽으로 이동시켜서 상기 LED 소자의 온도를 낮추되 두께방향 보다 면방향으로 열을 우세하게 이동시켜서 제2면으로부터 이에 수직한 방향 측을 향해서 열 전달을 최소화시키며, 다수 개의 LED 소자로부터 전달받은 열의 면방향 스프레딩에 따른 중첩을 최소화 하고 전달받는 열을 최대한 두께방향으로 전달하면서 내부에 축적시키기 위하여 LED 소자 간 간격 및 LED 소자의 발열량을 고려하여 설정된 두께를 가지는 그라파이트 시트인 단열부재; 상기 단열부재 상에 부착되는 부재로써, 단열부재로부터 전달받은 열을 스프레딩 및 내부에 축적시키기 위한 금속기재와 상기 금속기재의 양면에 배치된 제2접착층을 포함하는 열 축적 부재; 및 상기 열 축적 부재의 일 접착층에 부착되는 보호부재를 포함하는 디스플레이 광원용 단열시트를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 단열부재는 천연 그라파이트 시트 및 인조 그라파이트 시트 중 어느 하나 이상의 그라파이트 시트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 단열부재는 두께가 20 ~ 500㎛일 수 있다.
또한, 상기 단열부재는 두께가 90 ~ 300㎛인 천연 그라파이트일 수 있다.
또한, 상기 기재는 금속박 또는 인조 그라파이트일 수 있다.
또한, 상기 기재 및 금속기재 중 어느 하나 또는 이들 모두의 면방향 열전도도는 그라파이트 시트의 면방향 열전도도 보다 작을 수 있다.
또한, 상기 기재 및 금속기재는 각각 독립적으로 알루미늄박 및 동박 중 어느 하나 이상을 구비하고, 그라파이트 시트는 천연 그라파이트 시트일 수 있다.
또한, 상기 기재 및 금속기재의 두께는 각각 독립적으로 7 ~ 75㎛이며, 상기 제1접착층 및 제2접착층의 두께는 각각 독립적으로 7 ~ 55㎛일 수 있다.
또한, 상기 단열부재의 두께방향에 평행한 네 측면이 보호부재, 열 축적 부재 및 열 스프레딩 부재를 통해 봉지되도록 상기 보호부재, 열 축적 부재 및 열 스프레딩 부재 각각의 길이와 폭은 상기 단열부재의 길이와 폭보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1구현예 및 제2구현예에서 상기 그라파이트 시트는 어느 일 LED 소자와 이에 인접 배치되는 다른 LED 소자 각각으로부터 전달받은 열이 각각 면방향으로 전달되다가 서로 중첩되는 것을 최소화 하기 위하여 두께방향 열전도도(b)에 대한 면방향의 열전도도(a) 비율(a/b)이 100 이하인 것을 구비할 수 있다.
또한, 상기 보호부재는 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 보호필름이며, 단열부재에 고정되기 위한 접착층을 상기 보호필름 일면에 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 보호부재는 두께가 50 ~ 200㎛일 수 있다.
또한, 상기 열 스프레딩 부재는 단열부재와 접하는 일면의 반대면 상에 이형필름을 더 구비할 수 있다.
또한, 본 발명은 회로기판, 상기 회로기판 일면 상에 상호 간에 소정의 간격을 두고 실장된 다수 개의 LED 소자, 및 상기 회로기판 일면의 반대면 상에 열 스프레딩 부재가 위치하도록 배치된 본 발명에 따른 디스플레이 광원용 단열시트를 포함하는 단열 광원모듈을 제공한다.
또한, 상기 다수 개의 LED 소자는 미니 LED 소자 또는 마이크로 LED 소자일 수 있다.
또한, 상기 디스플레이 광원용 단열시트는 상기 다수 개의 LED 소자의 위치에 대응하는 상기 반대면을 덮도록 한 장 또는 여러 장이 배치될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 단열 광원모듈 및 상기 광원모듈에서 광 출사면 상에 배치되는 여러 장의 광학시트를 포함하는 단열 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 단열 광원모듈의 측면 일부 또는 전부와, 단열 광원모듈 내 단열시트 측 일면을 수용하는 하부 케이스를 더 포함하며, 상기 단열시트와 하부 케이스 사이에는 공기층이 형성되도록 이격되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명항에 따른 단열 백라이트 유닛 및 상기 단열 백라이트 유닛의 광 출사면 상에 배치되는 액정표시패널을 구비하는 액정 디스플레이 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 단열 광원모듈을 포함하는 발광형 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단열 광원모듈에 포함된 LED 소자는 백색, UV, 또는 청색을 발광하는 LED 소자이며, 상기 단열 광원모듈에서 출사되는 광의 경로 상에 배치된 색변환부를 더 포함할 수 있다.
또는, 상기 단열 광원모듈에 포함된 다수 개의 LED 소자는 적색, 녹색 및 청색을 발광하는 LED 소자를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 단열시트는 디스플레이 광원으로 채용되는 다수 개의 LED 소자로부터 발생된 열을 전달받아 LED 소자의 발열 수준을 낮추면서도 전달받은 열이 수직방향으로 전달되는 것을 최소화할 수 있어서 원하지 않는 방향 및/또는 양으로 열이 전달되는 것을 최소화 또는 방지하기에 유리함에 따라서 다수 개의 LED 소자로부터 발생된 열이 하우징으로 전달되는 것을 차단시키기에 매우 적합하다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 단열시트는 단열시트 내 층의 손상, 파괴로 인해 발생할 수 있는 분진이 비산되는 것을 방지할 수 있어서 분진으로 인한 디스플레이 장치의 오작동이나 손상을 방지 할 수 있어서 다양한 종류의 디스플레이 장치에 널리 응용될 수 있다.
도 1 내지 도 3b는 본 발명의 제1구현예에 따른 단열시트의 여러 실시예에 대한 단면모식도,
도 4 및 도 5는 본 발명의 제2구현예에 따른 단열시트의 여러 실시예에 대한 단면모식도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단열시트가 채용된 단열 광원모듈에 대한 사시도,
도 7 및 도 8은 도 6의 X-X' 경계선 및 Y-Y'경계선에 따른 단면에서 발열체인 다수 개의 LED 소자로부터 전달된 열의 이동 경로를 도시한 단면모식도,
도 9 및 도 10은 본 발명의 여러 실시예에 따른 단열 광원모듈의 분해사시도로써, 단열시트가 다수 장으로 분할되어 구비되는 것을 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 단열 백라이트 유닛의 분해 사시도,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치의 분해사시도, 그리고
도 13은 본 발명의 실험예에서 사용된 마이크로 LED가 실장된 회로기판의 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명에 따른 단열시트는 디스플레이의 광원을 이루는 다수 개의 LED 소자가 소정의 간격을 두고 실장된 회로기판 실장면의 반대면 상에 구비되어 상기 다수 개의 LED 소자에서 발생되는 열이 상기 반대면에 수직한 방향으로 전달되는 것을 차단시키기 위한 디스플레이 광원용 단열시트이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 제1구현예에 따른 단열시트(101)는 두께방향으로 대향하는 제1면과 제2면을 포함하는 단열부재(110)를 포함하며, 상기 단열부재(110) 제2면 상에 구비되는 보호부재(130) 및 상기 단열부재(110) 제1면 상에 구비되는 열 스프레딩 부재(120)를 포함한다.
상기 단열부재(110)는 LED 소자에 인접하는 열 스프레딩 부재(120)를 통해서 제1면 쪽으로 전달받은 열을 제1면에서 제2면 쪽 두께방향 및 상기 두께방향에 수직한 면방향으로 이동시켜서 상기 LED 소자의 온도를 낮추는 방열효과를 발현하되, 상기 두께방향 보다 상기 면방향으로 열을 우세하게 이동시켜서 제2면으로부터 이에 수직한 방향 측을 향해서 열 전달을 최소화시키는 단열효과를 동시에 발현하며, 이를 위해 단열부재(110)는 그라파이트 시트로 구현된다.
상기 단열시트(101)의 단열메커니즘에 대해서 구체적으로 설명하면, 핫스팟인 다수 개의 LED 소자로부터 열 스프레딩 부재(120)를 거쳐서 단열부재(110) 제1면으로 도달한 열은 두께방향에 수직인 면방향으로 우세하게 발현되는 단열부재(110)의 열전도 특성에 의해 단열부재(110)의 열용량이 포화되기 전까지 두께방향보다는 면방향으로 더 많은 열을 이동시키게 된다. 이와 같은 열전도 경향은 단열부재(110)의 제1면으로부터 제2면 쪽 두께방향으로 열 이동을 최소화 시킴으로써 단열시트(100)의 제2면으로부터 이에 수직한 방향 측을 향해서 열 전달을 최소화 또는 방지시키는 단열효과를 발현하면서도 발열체인 LED 소자에 대해서는 LED 소자의 온도를 감소시키는 방열효과를 발휘한다.
또한, 상기 단열부재(110)는 핫스팟인 다수 개의 LED 소자로부터 전달받은 열의 면방향 스프레딩에 따른 중첩을 최소화 하고 전달받는 열을 최대한 두께방향으로 전달하면서 단열부재 내에 축적시키기 위하여 LED 소자 간 간격 및 LED 소자의 발열량을 고려하여 설정된 두께를 가지며, 이를 통해 단열시트는 단열 효과의 향상을 위한 두께 증가를 최소한으로 달성할 수 있고, 과도한 두께의 그라파이트 시트 사용이 방지됨에 따라서 단열시트가 구비된 백라이트 유닛에서 단열시트와 하부 케이스 사이에 공기층이 형성된 이격된 공간을 만들어 내기에 유리하고 공기층으로 인한 단열효과가 증가함에 따라서 백라이트 유닛으로부터 하부 케이스 측으로 열이 전달되는 것을 최소화할 수 있다.
다수 개의 LED 소자로부터 전달받은 열의 면방향 스프레딩에 따른 열 중첩에 대해서 도 7을 참조하여 구체적으로 설명하면, 제1 LED 소자(221), 제2 LED 소자(222) 및 제3 LED 소자(223)로부터 발생된 열은 회로기판(210)을 거쳐 열 스프레딩 부재 (232)에 도달하게 되는데, 열 스프레딩 부재(232) 내 기재(232a)에서 전달된 열이 1차적으로 면방향으로 스프레딩 되어 LED 소자의 실장면적 보다 더 큰 면적의 핫스팟을 형성하며, 열의 일부가 면방향 스프레딩 되는 것과 동시에 나머지 열이 수직방향으로 전달되어 단열부재(231)의 제1면에 이르게 된다. 단열부재(231)에 도달한 열은 단열부재(231)의 두께방향보다 면방향으로 우세한 열전도 특성으로 인해서 두께방향보다 면방향으로 더 많고 빠르게 스프레딩 된다. 이때, 천연 그라 파이트 시트인 단열부재(231)의 경우 인조 그라파이트 시트에 대비해서 두께 방향의 열전도도에 대비한 면방향의 열전도도 비율이 작은데, 이로 인해서 단열부재(231) 내에서 두께방향으로 열의 이동이 적절히 일어나면서 나머지 열이 면방향으로 스프레딩되게 되며, 이로 인해서 제1 LED 소자(221)로부터 유래한 열의 면방향 스프레딩(Hxy1)과 제2 LED 소자(222)로부터 유래한 열의 면방향 스프레딩(Hxy2) 간에 중첩(A)이 최소화 될 수 있다. 다만, 적절한 수준으로 두께방향으로 열이 이동(Hz)됨에 따라서 단열부재(231)의 두께가 얇을 경우 매우 빠른 시간에 단열부재(231)의 열용량에 도달하게 되어 방열 및 단열효과를 더 이상 달성하기 어려울 수 있으므로 단열부재(231)는 LED 소자 간 간격 및 LED 소자의 발열량을 고려하여 충분한 열용량을 가지도록 적정한 두께를 가질 수 있고, 기재(232a) 역시 적정한 두께를 가짐으로써 단열부재(231)가 단열효과를 계속 가지며 방열효과를 발휘하도록 도움을 줄 수 있다.
이때, 단열부재(110,231)의 두께는 일 예로 20 내지 500㎛ 범위에서 설정될 수 있는데, 만일 두께가 20㎛ 미만일 경우 다수 개의 LED 소자로부터 발생된 많은 열에 대한 단열효과를 발현하는 시간이 짧아져서 충분한 단열효과를 발현하기 어려울 수 있다. 또한, 만일 두께가 500㎛를 초과 시 열용량이 증가하여 LED 소자에 대한 방열효과와 단열시트로 인한 단열효과를 개선시키기에 유리하나 인조 그라파이트 시트의 경우 이러한 두께로 제조가 용이하지 않다. 또한, 천연 그라파이트 시트의 경우 두께방향의 열전도도가 현격히 감소할 수 있는데, 이로 인해서 상대적으로 면 방향의 열전도가 더욱 우세해지고, 인접하는 LED 소자로부터 각각 유래된 열이 면방향으로 전달되면서 중첩이 더 빠르게 발생하는데, 중첩된 열이 단열부재(110) 제1면에서 제2면쪽으로 제대로 전달되지 못함에 따라서 결국 LED 소자로부터 발생된 열의 이동이 원활하지 못하고 LED 소자에 대한 방열성능이 저하될 수 있다. 또한, 곡률이나 단차가 있는 피부착면에 적용 시 단열부재에 크랙 등의 손상이 발생할 수 있는데, 발생하는 손상은 방열 및/또는 단열 효과를 감소시킬 수 있다. 더불어 손상으로 인해 발생된 분진의 비산으로 인해서 주변의 전기전자 부품의 전기적 쇼트를 초래할 우려가 있다. 또한, 단열시트를 구성하는 여러 부재 간 계면에서의 박리, 들뜸이 발생할 우려도 있다.
상기 단열부재(110,231)는 그라파이트 시트로 구현되는데, 1장의 그라파이트 시트 또는 다수 장의 그라파이트 시트가 적층된 것일 수 있다. 이때, 단열부재(110,231)가 1장의 그라파이트 시트로 이루어진 경우 단열부재(110,231)의 열전도 특성은 1장의 그라파이트 시트의 열전도 특성일 수 있다. 다만 단열부재(110,231)가 여러 장의 그라파이트 시트가 적층된 형태이거나 또는 그라파이트 시트 이외에 접착층과 같은 다른 층을 포함하고 있는 경우 조합된 단열부재 전체로써 상술한 단열부재(110,231)의 열전도 특성을 만족하기만 하면 무방하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단열부재(110)인 그라파이트 시트는 어느 일 LED 소자와 이에 인접 배치되는 다른 LED 소자 각각으로부터 전달받은 열이 각각 면방향으로 전달되다가 서로 중첩되는 것을 최소화 하기 위하여 두께방향 열전도도(b)에 대한 면방향의 열전도도(a) 비율(a/b)이 100 이하, 다른 일예로 90이하, 80이하, 70이하, 60이하, 50이하, 또는 40이하인 것을 구비할 수 있다. 또한 두께방향 열전도도(b)에 대한 면방향의 열전도도(a) 비율(a/b)이 20이상, 다른 일예로 30 이상인 것을 구비할 수 있으며, 이를 통해 본 발명의 목적을 달성하기에 보다 유리할 수 있다.
또한, 상기 그라파이트 시트는 구체적으로는 천연 그라파이트 시트, 인조 그라파이트 시트 및/또는 다층 그래핀 시트를 포함할 수 있다. 다만, 다수 개의 LED 소자로부터 발생된 열을 빠르고 많이 전달 받으면서도 적정속도 및 적정량으로 두께방향으로 이동시키면서 단열부재의 제2면으로부터 면에 수직한 상방으로는 열을 최소한으로 전도 또는 방사시키기 위해서는 그라파이트 시트의 두께방향 열전도도와 면방향 열전도도 간의 비율이 적절하면서도 그라파이트 시트가 소정의 두께 이상으로 두꺼울 필요가 있다. 그러나 인조 그라파이트 시트나 다층 그래핀 시트의 경우 두께 방향 열전도도에 대비해 면방향 열전도도가 너무 커서 다수 개의 LED로부터 전달받은 열이 면 방향 스프레딩 되면서 열 중첩에 빠르게 도달하는 반면에, 일정 두께 예를 들어 50㎛, 또는 60㎛, 70㎛ 또는 80㎛를 초과하는 두께를 제조하기가 용이하지 않고 제조할 수 있다고 하더라도 단가가 매우 높아 사용이 어렵기 때문에 통상적으로 제조되는 두께로는 충분한 열 축적 능력을 보유하기 어려울 수 있다. 이를 도 7을 참조하여 더 구체적으로 설명하면, 만일 인조 그라파이 시트를 단열부재로 사용할 경우 면방향에 대비해 두께방향으로 열전도도가 너무 작아지게 되고, 이로 인해서 단열부재(231) 내에서 두께방향으로 열의 이동이 매우 적어서 대부분의 열이 면방향으로 스프레딩 되게 되는데, 이 경우 제1 LED 소자(221)로부터 유래한 열의 면방향 스프레딩(Hxy1)과 제2 LED 소자(222)로부터 유래한 열의 면방향 스프레딩(Hxy2) 간에 매우 빠른 시간에 중첩(A)이 발생할 수 있다. 단열부재(231) 내 면방향 열의 중첩이 커질 경우 단열부재(231)는 열 스프레딩 부재(232)로부터 열을 더 이상 받아들이기 어려운데 반하여 두께방향으로 이동하는 열의 양이 적어서 LED 소자(221,222,223)로부터 발생되는 열을 계속 전달받기 어려워져서 목적하는 수준의 방열 효과를 달성하기 어려울 수 있다.
이에 바람직하게는 상기 그라파이트 시트는 천연 그라파이트 시트를 포함할 수 있다. 상기 천연 그라파이트의 경우 통상적으로 상용화되거나, 천연 그라파이트라고 지칭되는 그라파이트의 경우 제한 없이 사용될 수 있으므로 본 발명은 이에 대해 구체적인 설명을 생략한다.
또한, 천연 그라파이트 시트가 단열부재로써 사용되는 경우 단열부재의 두께는 90㎛ 이상, 다른 일 예로 300㎛ 이하가 바람직하며, 만일 두께가 90㎛ 미만일 경우 충분한 열 축적 용량을 가질 수 없어서 단열효과가 부족할 수 있고, 두께가 300㎛를 초과 시 방열효과가 저하될 우려가 있다.
다음으로 상술한 단열부재(110,231)의 제1면 측에 배치되는 열 스프레딩 부재(120,232)에 대해서 설명한다. 상기 열 스프레딩 부재(120,232)는 회로기판 실장면의 반대면 상에 부착되는 부재로써, 각각의 LED 소자 실장 면적보다 큰 면적의 핫스팟을 형성시키기 위한 기재(122,232a)와 상기 기재(122,232a) 양면에 제1접착층(121,123)을 포함하는 양면 접착성 부재이다.
상기 열 스프레딩 부재(120,232)는 단열시트의 방열/단열성능과 신뢰성 측면에서 중요한 부재이다.
먼저 신뢰성 측면에 대해서 설명하면, 열 스프레딩 부재(120,232)는 단열시트(101,230) 내 부재 중 핫스팟으로부터 가장 가깝게 위치하는 부재로서 고온의 부착환경에서 안정적으로 단열시트를 회로기판 일면에 부착시켜야 하며, 곡률이나 단차가 있는 피부착면에서도 안정적으로 부착상태를 유지해야하는데, 상기 기재(122,232a)가 구비될 경우 접착층으로만 이루어진 경우에 대비해 고온 및 평탄하지 않은 부착면에 대해서 안정적으로 부착상태를 유지시키기에 유리하다.
또한, 후술하는 것과 같이 단열시트(101,230)는 전기전도성이 우수한 그라파이트 시트를 단열부재(110,231)로써 포함하는데, 그라파이트 시트의 분진의 비산은 단열시트(110,230)가 구비되는 전기전자 장치 내에서 장치의 오작동이나 고장을 유발할 수 있는 바, 장치에 영향을 미치지 않을 전기적 신뢰성이 중요하며, 이를 위해서는 도 2 내지 도 3b에 도시된 것과 같이 단열부재(110,231)의 네 측면이 둘러싸이도록 봉지됨이 바람직하다. 그러나 접착층만으로는 도시된 것과 같은 옵셋 구조를 형성하기 어려우며, 기재(122,232a)가 사용됨을 통해서 고온의 조건에서도 안정적으로 옵셋 구조를 유지하기에 유리할 수 있다.
다음으로 방열/단열성능 측면에 대해서 설명하면, 열 스프레딩 부재(232)에 기재(232a)가 각각의 LED 소자 실장 면적보다 큰 면적의 핫스팟을 형성시킬 수 있는 경우 방열/단열성능을 향상시키는데 유리하다. 이를 도 8을 참조하여 설명하면, 기재(232a)의 열전도 특성으로 인해서 핫스팟인 LED 소자(224)의 열(H)이 단열부재(231)로 전달되기 전에 1차적으로 열 스프레딩 부재(232) 내 기재(232a)의 두께방향에 수직한 면방향으로 이동될 수 있다. 이때, 단열부재(231) 기준으로 기재(232a)에 형성된 핫스팟의 면적(S2)은 LED 소자의 실장면적(S1) 보다 커지고 이로 인해서 LED 소자(224) 실장면적 보다 넓은 면적으로 단열부재(231) 제1면에 도달한 열은 단열부재(231)의 두께방향에 수직한 면방향으로 보다 빠르고, 많이 전달될 수 있으며, 상대적으로 제1면에서 제2면쪽을 향하는 두께방향으로는 전달되는 열량이 더욱 감소할 수 있다. 결국 LED 소자(224)로부터는 열이 더욱 빠르고 많이 전달될 수 있어서 방열효과가 개선되는 반면에 단열시트(230) 제2면으로부터 제2면에 수직한 방향 측을 향해서 전달되는 열은 더욱 감소됨에 따라서 개선된 단열효과를 발현할 수 있다.
또한, 상기 기재(122,232a)는 면 방향으로의 열전도성 우수한 재질이 사용될 수 있고, 일 예로 도전성 폴리머 필름, 금속박, 인조 그라파이트 시트 등을 사용할 수 있는데, 도전성 폴리머 필름과 같은 고분자 필름이 사용될 경우 다수 개의 LED 소자에서 전달되는 높은 열에 의해서 기재에 주름이 발생하고 이로 인해서 피부착면과 열 스프레딩 부재(120) 간, 열 스프레딩 부재(120)와 단열부재(110) 간 계면에서의 들뜸이나 박리가 발생할 우려가 있어서 고온 신뢰성이 저하될 수 있다. 이에 바람직하게는 상기 기재(122,232a)는 금속박 또는 인조그라파이트 시트를 사용할 수 있다. 다만, 인조 그라파이트 시트의 경우 두께방향 열전도도와 면방향의 열전도도 간에 현격한 차이가 있어서 일시적으로 열을 빠르게 스프레딩 시키지만 종국적으로는 충분한 방열효과를 달성하기 어렵고, 도 3a 및 도 3b와 같이 옵셋 구조를 형성하기 용이하지 않으며, 옵센 구조를 형성 시 인조그라파이트 시트인 기재를 봉지시키기 위한 별도의 보호필름이 더 구비되어야 하는 점 및 옵셋구조의 장기간 유지성 측면을 고려할 때 상기 기재는 금속박을 사용하는 것이 보다 유리할 수 있다.
상기 금속박은 당업계에 금속박으로 통칭되는 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일 예로 압연박, 인조박 또는 전해박일 수 있다. 또한, 상기 금속박의 재질은 동박, 알루미늄박, 은박, 니켈박 및 금박 중 어느 하나이거나 또는 이들 중 2종 이상을 포함하는 합금, 이들 중 2종 이상이 혼합되거나 2종이 각각의 층을 이루어 적층된 금속박일 수 있다. 일 예로 그라파이트 시트가 천연 그라파이트 시트일 경우 동박 및 알루미늄박 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 더 바람직하게는 단열시트의 방열/단열 효과 측면에서 그라파이트 시트의 면 방향 열전도도를 고려해 이 보다 면 방향 열전도도가 작은 금속박을 선택하는 것이 유리할 수 있다. 구체적으로 동박의 열전도도가 알루미늄박보다 큰 데, 만일 그라파이트 시트의 면 방향 열전도도가 동박의 면 방향 열전도도 보다 작으나 알루미늄박의 면 방향 열전도도 보다 클 경우 금속박으로써 동박을 사용하기 보다는 알루미늄박을 사용하는 경우가 방열 및 단열효과에서 더 우수할 수 있으며, 이러한 결과를 통해서 열 스프레딩 부재 내 기재가 단순히 열전도도가 우수하다고 하여 더 큰 방열 및 단열 효과를 달성하는 것은 아님을 알 수 있다.
따라서 본 발명이 목적하는 방열 및 단열성능의 충분한 효과를 발현하기 위하여 상기 기재(122,232a)의 면 방향 열전도도는 단열부재(110,231)인 그라파이트 시트의 면 방향 열전도도 보다 작을 수 있다.
또한, 상기 기재(122,232a)는 상술한 것과 같이 LED 소자의 실장면적보다 더 큰 면적의 핫스팟을 형성시키기 위하여 면방향으로 소정의 열전도 특성을 가져야 하며, 일 예로 100W/m·K 이상, 바람직하게는 200W/m·K 이상일 수 있다.
또한, 상기 기재(122,232a)는 다수 개의 LED 소자로부터 전달받은 열의 면방향 스프레딩에 따른 중첩을 최소화 하고, 전달받는 열을 최대한 두께방향으로 축적시키기 위하여 LED 소자 간 간격, LED 소자의 발열량 및 단열부재의 두께를 고려하여 설정된 두께를 가질 수 있다. 일 예로 상기 기재(122,232a)는 두께가 7 ~ 75㎛일 수 있고, 바람직하게는 10 ~ 70㎛일 수 있다. 상기 기재(122,232a)의 두께가 7㎛ 미만이면 목적하는 수준의 방열특성을 발현할 수 없고 찢김 현상이 발생할 수 있으며, 두께가 75㎛를 초과하면 단열시트의 박막화가 어려워지고 가요성이 저하됨에 따라 벤딩 시 층간 들뜸 및 박리가 발생할 수 있어서 신뢰성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 기재(122,232a)는 양 면에 배치되는 접착층과의 부착특성 향상을 위해서 표면에 요철이 형성되어 소정의 표면 조도를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상술한 기재(122,232a) 상에는 단열시트를 피부착면에 부착시키고, 상술한 단열부재(110,231)를 고정시키기 위한 제1접착층(121,123)이 구비된다. 상기 제1접착층(121,123)은 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 접착층이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 아크릴수지, 우레탄수지, 에폭시수지, 실리콘 고무, 아크릴 고무, 카르복실 니트릴 엘라스토머, 페녹시 및 폴리이미드수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상, 보다 바람직하게는 아크릴수지, 보다 더 바람직하게는 내열성을 갖는 아크릴 수지를 구비하는 접착성분을 포함하는 접착층 형성 조성물로 형성될 수 있다. 또한, 상기 접착층 형성 조성물은 상기 접착성분이 경화형 수지인 경우 경화제를 더 포함할 수 있으며, 목적에 따라서 경화촉진제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화제는 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 경화제라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 에폭시계 경화제, 디이소시아네이트계 경화제, 2차 아민계 경화제, 3차 아민계 경화제, 멜라민계 경화제, 이소시안산계 경화제 및 페놀계 경화제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을, 보다 바람직하게는 에폭시계 경화제를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1접착층은 공지된 방열필러를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1접착층은 두께가 7 ~ 55㎛일 수 있으며, 바람직하게는 10 ~ 50㎛일 수 있다. 만일 상기 제1접착층의 두께가 7㎛ 미만이면 층간 접착력이 저하될 수 있고, 두께가 55㎛를 초과하면 박막화 측면에서 바람직하지 않으며, 단열시트(101)의 한정된 두께를 고려했을 때 단열부재(110,231) 및/또는 기재(122,232a)의 두께가 상대적으로 얇아지게 됨에 따라 방열 및/또는 단열 특성이 저하될 수 있다
다음으로 열 스프레딩 부재(120,232)가 배치된 단열부재(110,231)의 반대 면에는 보호부재(130)가 구비된다.
상기 보호부재(130)는 단열시트(100)를 물리적, 화학적으로 보호하는 기능을 수행한다. 상기 보호부재(130)는 통상적인 시트의 보호부재(130)의 경우 제한 없이 채용될 수 있다. 일예로 상기 보호부재(130)는 보호층(131)을 구비하며, 상기 보호층(131)은 무기공 필름, 나노섬유웹, 또는 나노섬유웹 상에 무기공 필름이 적층된 형태일 수 있다. 도 1에 도시된 단열시트(100)의 경우 보호층(131)으로써 무기공 필름을 구비한 경우인데, 이와 다르게 나노섬유웹을 보호부재로 구비하는 경우 보호기능과 함께 나노섬유웹에 구비된 다수의 기공을 통한 수직방향으로의 단열효과를 함께 발현할 수 있는 이점이 있다.
상기 무기공 필름은 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 필름일 수 있다. 또한, 상기 나노섬유웹은 우레탄계, 불소계, 폴리아크릴로니트릴 등 공지된 재질로 형성된 나노섬유웹일 수 있다. 상기 나노섬유웹에서 나노섬유의 직경은 1㎛ 이하일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 보호층(131)은 두께가 10 ~ 60㎛일 수 있으며, 바람직하게는 13 ~ 45㎛일 수 있으며, 더욱 구체적으로 20 ~ 30㎛일 수 있다. 만일 두께가 10㎛ 미만이면 내마모성 등 보호성능이 저하될 수 있고, 두께가 60㎛를 초과하면 박막화 측면에서 바람직하지 못하며, 가요성이 저하될 수 있고, 이로 인해 층간 박리를 초래할 수 있다.
한편, 보호부재(130)는 단열부재(110) 상에 고정되기 위한 접착층(132)을 더 포함할 수 있다. 보호부재(130)에 구비되는 접착층(132)은 상술한 열 스프레딩 부재(120,232)에 구비되는 접착층의 설명과 동일하여 구체적인 설명은 생략하며, 재질에 있어서 열 스프레딩 부재(120,232)에 구비되는 접착층과 동일하거나 또는 상이하게 구성되어도 무방하다.
또한, 곡률이나 단차를 갖는 피부착면에서의 부착특성을 개선하고, 단열시트 내 층간 박리를 방지하며, 만에 하나 발생할 수 있는 단열부재(110)의 파손에 따라 발생할 수 있는 분진의 비산을 방지하기 위하여, 도 2 내지 도 3b에 도시된 것과 같이 옵셋 구조를 형성할 있다. 구체적으로 단열시트(102)는 단열부재(110) 두께방향에 평행한 네 측면이 보호부재(130) 및 열 스프레딩 부재(120)를 통해서 봉지될 수 있도록 보호부재(130) 및 열 스프레딩 부재(120) 각각의 길이와 폭이 상기 단열부재(110) 각각의 길이와 폭보다 소정의 크기(a)만큼 크게 형성될 수 있다. 한편, 단열부재(110), 보호부재(130) 및 열 스프레딩 부재(120) 각각의 길이와 폭은 LED 소자의 크기, 백라이트 유닛의 면적, 목적하는 단열성능 등을 고려하여 적절히 변경될 수 있다. 한편, 옵셋구조를 형성하는 형상에 있어서 도 3b에 도시된 것과 같은 옵셋구조가 도 3a에 도시된 것과 같은 옵셋구조에 대비해 신뢰성에 있어서 더욱 우수할 수 있다.
다음으로 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 제2구현예에 따른 단열시트(103,104)를 설명한다. 도 1에 도시된 제1구현예에 따른 단열시트(101)에 대비해 제2구현예에 따른 단열시트(103,104)는 단열부재(110)와 보호부재(130') 사이에 열 축적 부재(140)를 더 배치되는 것에 차이가 있고, 단열시트(103,104) 내 구비된 열 스프레딩 부재(120), 단열부재(110) 및 보호부재(130')에 대한 설명은 제1 구현예에 따른 단열시트(101,102) 설명과 동일하다.
차이점을 중심으로 설명하면, 다수 개의 LED 소자로부터 전달받은 열의 면방향 스프레딩에 따른 중첩을 최소화 하고 전달받는 열을 최대한 두께방향으로 전달함을 통해서 방열효과를 발휘하면서 내부에 축적시켜서 단열효과를 발휘하기 위하여 LED 소자 간 간격 및 LED 소자의 발열량을 고려하여 단열부재(110) 및 기재(122)의 두께가 설정되나, 제2구현예에서는 단열시트(103,104) 내 단열부재(110), 열 스프레딩 부재(120) 내 기재(122) 및 열 축적 부재(140) 내 금속기재(142)의 두께가 설정될 수 있다.
또한, 단열부재(110) 상에 열 축적 부재(140)가 배치됨으로써 단열부재(110)의 제2면에 도달한 열을 열 축적 부재(140)가 전달받고 내부에 축적함에 따라서 보다 개선된 방열 및 단열효과를 달성할 수 있다.
상기 열 축적 부재(140)는 단열부재(110)로부터 전달받은 열을 스프레딩 및 내부에 축적시키기 위한 금속기재(142)와 상기 금속기재(142)의 양면에 배치된 제2접착층(141,143)을 포함한다.
단열부재(110)로부터 전달받은 열은 열 축적 부재(140)의 금속기재(142)에서 면방향으로 스프레딩되면서 두께방향으로 전달되어 내부에 축적됨으로써 단열성능을 보다 개선하고, 지점에 관계없이 균일한 단열성능을 달성하기에 유리할 수 있다. 상기 금속기재(142)는 공지된 금속재질의 기재인 경우 제한 없이 사용할 수 있으며, 일 예로 압연박, 인조박 또는 전해박일 수 있다. 또한, 상기 금속기재(142)의 재질은 동박, 알루미늄박, 은박, 니켈박 및 금박 중 어느 하나이거나 또는 이들 중 2종 이상을 포함하는 합금, 이들 중 2종 이상이 혼합되거나 2종이 각각의 층을 이루어 적층된 금속박일 수 있다. 일 예로 그라파이트 시트가 천연 그라파이트 시트일 경우 금속기재는 동박 및 알루미늄박 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 더 바람직하게는 단열시트의 방열/단열 효과 측면에서 그라파이트 시트의 면 방향 열전도도를 고려해 이 보다 면 방향 열전도도가 작은 금속기재를 선택하는 것이 유리할 수 있다. 구체적으로 동박의 열전도도가 알루미늄박보다 큰 데, 만일 선택된 그라파이트 시트의 면 방향 열전도도가 동박의 면 방향 열전도도 보다 작으나 알루미늄박의 면 방향 열전도도 보다 클 경우 금속기재로써 동박을 사용하기 보다는 알루미늄박을 사용하는 경우가 방열 및 단열효과에서 더 우수할 수 있으며, 이러한 결과를 통해서 금속 기재가 단순히 열전도도가 우수하다고 하여 더 큰 단열 효과를 달성할 수 있는 것이 아님을 알 수 있다.
따라서 목적하는 방열 및 단열효과를 달성하기 위해서는 바람직하게는 기재 및 금속 기재 중 어느 하나 또는 이 둘 모두는 그라파이트 시트의 면 방향 열전도도 보다 면 방향 열전도도가 작은 것을 선택하는 것이 좋다.
상기 제2접착층(141,143)은 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 접착층이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 아크릴수지, 우레탄수지, 에폭시수지, 실리콘 고무, 아크릴 고무, 카르복실 니트릴 엘라스토머, 페녹시 및 폴리이미드수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상, 보다 바람직하게는 아크릴수지, 보다 더 바람직하게는 내열성을 갖는 아크릴 수지를 구비하는 접착성분을 포함하는 접착층 형성 조성물로 형성될 수 있다. 또한, 상기 접착층 형성 조성물은 상기 접착성분이 경화형 수지인 경우 경화제를 더 포함할 수 있으며, 목적에 따라서 경화촉진제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화제는 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 경화제라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 에폭시계 경화제, 디이소시아네이트계 경화제, 2차 아민계 경화제, 3차 아민계 경화제, 멜라민계 경화제, 이소시안산계 경화제 및 페놀계 경화제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을, 보다 바람직하게는 에폭시계 경화제를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2접착층(141,143)은 공지된 방열필러를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2접착층(141,143)은 두께가 7 ~ 55㎛일 수 있으며, 바람직하게는 10 ~ 50㎛일 수 있다. 만일 상기 제2접착층의 두께가 7㎛ 미만이면 층간 접착력이 저하될 수 있고, 두께가 55㎛를 초과하면 박막화 측면에서 바람직하지 않으며, 단열시트(103,104)의 한정된 두께를 고려했을 때 단열부재(110) 등의 다른 부재의 두께가 상대적으로 얇아지게 됨에 따라 방열 및/또는 단열 특성이 저하될 수 있다
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 단열시트(101,102,102',103,104)는 디스플레이용 단열 광원모듈로 구현될 수 있다. 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명하면, 단열 광원모듈(200)은 회로기판(210), 상기 회로기판(210) 일면 상에 상호 간에 소정의 간격을 두고 실장된 다수 개의 LED 소자(220) 및 상기 회로기판 일면의 반대면 상에 접착부재가 위치하도록 배치된 상술한 디스플레이 광원용 단열시트(230)를 포함하여 구현된다.
상기 다수 개의 LED 소자(220)는 도 5에 도시된 것과 같이 바둑판식으로 배열되어 직하형의 광원을 구현할 수 있다. 또한, 상기 다수 개의 LED 소자(220)는 미니 LED 소자 또는 마이크로 LED 소자일 수 있다. 상기 미니 LED 소자는 각 변의 길이가 100㎛ 초과 ~ 500㎛로 구현된 것일 수 있다. 또한, 상기 마이크로 LED 소자는 각 변의 길이가 100㎛이하로 구현된 것일 수 있다. 또한 LED 소자(211,212,213,214)는 공지된 LED 재질 및 구조일 수 있다. 상기 LED 소자(211,212,213,214)는 일 예로 InGaN, GaN 등의 재질로 구현된 것일 수 있고, n형 반도체층, 광활성층 및 p형 반도체층을 포함할 수 있고, 이외에 전극층 등을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 다수 개의 LED 소자(220)는 가시광 영역의 어느 일색, 예를 들어 청색을 발광하거나 또는 UV를 발광하는 것일 수 있다.
한편, LED 소자(211,212,213,214)가 미니 LED 소자 또는 마이크로 LED 소자와 같이 사이즈가 작아질 경우 로컬 디밍(local dimming)이 가능하다. 로컬 디밍을 통하여 화질을 개선하고 전력을 효율화할 수 있다. 여기서, 로컬 디밍이란, 백라이트로 이용되는 LED의 밝기를 화면의 구성 또는 특성에 기초하여 제어하는 기술로서, 콘트라스트 비율(contrast ratio)을 획기적으로 개선하고 소비 전력을 줄일 수 있는 기술이다. 로컬 디밍의 일 예로, 어두운 화면에 대응되는 미니 LED 또는 마이크로 LED의 밝기를 상대적으로 어둡게 조정하여 어두운 색을 표현하고, 밝은 화면에 대응되는 미니 LED 또는 마이크로 LED의 밝기를 상대적으로 밝게 하여 선명한 색을 표현할 수 있다.
또한, 일예로 상기 미니 LED 소자는 회로 기판 상에 15,000개 이상, 다른 일예로 20,000개 이상 구비될 수 있다.
또한, 상기 회로기판(210)은 디스플레이 광원모듈에 사용되는 공지된 회로기판일 수 있고, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
본 발명에 따른 광원용 단열시트(230)는 상술한 다수 개의 LED 소자(220)가 회로기판(210) 상에 실장된 면의 반대면 상에 위치하도록 배치된다. 이때, 광원용 단열시트(230)는 도 5에 도시된 것처럼 한 장이 상기 다수 개의 LED 소자의 위치에 대응하는 상기 반대면을 덮도록 배치되거나 도 9 및 도 10에 도시된 것과 같이 여러 장이 상기 반대면을 덮도록 배치되어 광원모듈(200',200")을 구현할 수 있다. 한편, 광원용 단열시트(230) 여러 장이 일면의 전체를 덮도록 배치되는 것은 단열부재(110)인 그라파이트 시트가 제조될 수 있는 면적에 한계가 있기 때문이다. 이에 따라서 대면적의 디스플레이 장치의 경우 한 장의 단열시트로 상기 반대면을 모두 덮기 어려울 수 있고, 이에 따라 여러 장의 단열시트로 상기 반대면을 덮도록 설계할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 단열 광원모듈(200,200',200")을 구비하는 단열 백라이트 유닛(300) 및 액정 디스플레이 장치(1000)를 포함한다.
이를 도 11 및 도 12를 참조하여 설명하면, 단열 백라이트 유닛(300)은 단열 광원모듈(200) 및 상기 단열 광원모듈(200)의 출사면에 상에 배치되는 여러 장의 광학시트(240)를 포함하여 구현된다. 또한, 단열 광원모듈(200) 및 광학시트(240)를 지지 및 고정시키는 중간 몰딩재(250)와 단열 광원모듈을 수용하는 하부 케이스(260)를 더 구비할 수 있다.
광학시트(240)는 광원모듈(200,200',200")을 통해서 액정표시패널(400)로 공급되는 광의 강도, 방향 등의 개선하기 위한 것으로써 디스플레이 백라이트 유닛에 사용되는 공지된 광학시트의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 일 예로 상기 광학시트(240)는 확산시트(241), 프리즘 시트(242) 및 반사편광 시트(243)를 포함할 수 있고, 상기 각 시트는 당업계에서 통상적으로 사용하는 광학시트일 수 있다. 또한, 상기 광학시트(240)는 확산시트(241), 프리즘 시트(242) 및 반사편광 시트(243) 이외에 다른 기능을 수행하는 시트가 더 포함되거나 이들 중 어느 하나 이상의 시트가 생략될 수 있다. 또한, 광학시트는 특정 종류의 시트가 다수 장 구비될 수도 있으며, 각 시트의 적층순서도 목적에 따라 달리할 수 있어 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.
이때, 상기 단열 백라이트 유닛(300)에서 광 출사면의 반대면 측에 위치하는 단열시트(230)와 상기 하부 케이스(260) 사이는 공기층이 위치하도록 이격될 수 있으며, 이를 통해 백라이트 유닛에서 발생하는 많은 양의 열이 하부 케이스 측으로 이동되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 상술한 단열 백라이트 유닛(300)의 광 출사면 상에 액정표시패널(400)이 배치되어 액정 디스플레이 장치(1000)를 구현할 수 있다. 또한, 상기 액정 디스플레이 장치는 액정표시패널(400)의 전면 가장자리를 지지하는 상부 케이스(500)를 더 포함할 수 있다.
상기 액정표시패널(400)은 단열 백라이트 유닛(300)에서 발광하는 광이 목적하는 소정의 색이 되도록 변환시키는 색변환 필름층(410), 액정층(430) 및 상기 액정층(430)을 상하부에서 지지하는 하부기판(420) 및 상부기판(440)을 포함할 수 있다. 상기 색변환 필름층(410)은 공지된 액정 디스플레이 장치에 채용되는 색 변환 필름층(410)의 경우 제한 없이 사용할 수 있으며, 일 예로 형광 변환 필름 또는 양자점(quantum dot) 변환 필름일 수 있다. 또한, 상기 액정층(430)은 액정 디스플레이 장치에 채용되는 액정층일 수 있으며, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
한편, 상기 색변환 필름층(410)을 액정표시패널(400)의 일 구성으로 설명했으나 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 색변환 필름층(410)은 액정표시패널(400)과 독립된 구성으로 액정 디스플레이 패널에 구비될 수 있음을 밝혀둔다.
또한, 상기 하부기판(420)에는 다수의 화소 전극들(미도시) 및 상기 화소 전극들과 일대일 대응하여 전기적으로 연결된 다수의 박막 트랜지스터(미도시)들을 포함할 수 있다. 각 박막 트랜지스터는 대응하는 화소 전극 측으로 제공되는 구동신호를 스위칭 한다. 또한, 상기 상부기판(440)은 상기 화소 전극들과 함께 상기 액정의 배열을 제어하는 전계를 형성하는 공통전극(미도시)을 포함할 수 있다.
또한, 상술한 구성 들 이외에 공지된 액정 디스플레이 장치에 채용된 구성을 더 포함할 수 있으며, 본 발명은 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 상술한 수광형 디스플레이 장치인 액정 디스플레이 장치와 다르게, 본 발명의 단열 광원모듈은 발광형 디스플레이 장치로도 구현될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단열 광원모듈에 포함된 LED 소자는 백색, UV, 또는 청색을 발광하는 LED 소자이며, 상기 단열 광원모듈에서 출사되는 광의 경로 상에 배치된 색변환부를 더 포함하여 목적하는 소정의 색상을 나타낼 수 있다.
또는, 상기 단열 광원모듈에 포함된 다수 개의 LED 소자는 적색, 녹색 및 청색을 발광하는 LED 소자를 포함할 수 있다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예1>
열 스프레딩 부재로써, 두께 25㎛인 알루미늄박인 기재 양면에 내열성 아크릴계 접착층을 두께 10㎛, 30㎛로 형성시켰다. 또한, 단열부재로써 두께가 25㎛인 인조 그라파이트 시트(밀도 2.1g/㎝3, 면방향 열전도도 1400 ~ 1600W/m·K, 두께 방향 열전도도 15W/m·K)를 준비했다. 또한, 보호부재로써 일면에 10㎛ 두께로 내열성 아크릴계 접착층이 형성된 두께 40㎛인 블랙 코팅된 PI필름을 준비했다.
이후 단열부재의 양 면에 보호부재 및 열 스프레딩 부재를 부착시키되, 열 스프레딩 부재의 경우 두께가 두꺼운 접착층이 단열부재에 닿도록 배치시켜서 단열시트를 제조했다.
<실시예2>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 열 스프레딩 부재의 알루미늄박의 두께를 50㎛로 변경하고, 단열부재를 두께 200㎛인 천연 그라파이트 시트(밀도 1.3g/㎝3, 면방향 열전도도 250 ~ 350W/m·K, 두께 방향 열전도도 7 ~ 10W/m·K)로 변경하여 단열시트를 제조했다.
<실시예3>
실시예2와 동일하게 실시하여 제조하되, 단열부재 상에 열 축적 부재를 배치시키고, 열 축적 부재 상에 보호부재를 배치시켜서 단열시트를 제조했다.
이때, 열 축적 부재는 두께 50㎛인 알루미늄박인 기재 양면에 내열성 아크릴계 접착층을 두께 10㎛, 30㎛로 형성시킨 것을 사용했고, 두께가 얇은 접착층이 단열부재에 부착되도록 배치시켰다.
<비교예1>
실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 열 스프레딩 부재를 제거한 단열시트를 제조했다.
<비교예2>
실시예2와 동일하게 실시하여 제조하되, 열 스프레딩 부재를 제거한 단열시트를 제조했다.
<실험예>
실시예1 ~ 3 및 비교예1, 2에 따른 단열시트를 도 13에 도시된 것과 같은 다수 개의 마이크로 LED가 일면에 실장된 회로기판의 실장면 반대면 상에 배치시키되, 가로, 세로 8×3의 배열로 마이크로 LED 가 실장된 영역 상에 단열시트를 부착했다. 상기 마이크로 LED의 가로, 세로는 3.5㎜×2.8㎜이며, LED 간 거리는 1㎝이고, 단열시트의 가로, 세로는 8.3㎝×3㎝였다.
이후 회로기판을 항온항습기 내 배치시키고 회로기판에 전원을 인가한 뒤 15분 후 열화상카메라를 통해서 단열시트 상부의 온도를 측정했다. 이때, 측정지점은 시편의 정중앙(스팟1) 및 단열시트의 네 모서리 부근 지점(스팟 2 ~ 4)으로, 각 실시예 및 비교예 모두 동일한 지점에서 측정하였다.
이후 측정된 결과 정중앙 스팟1과, 네 모서리 부근 스팟 2 ~ 4 간의 편차를 각각 계산해 확산정도를 평가했고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
또한, 단열시트의 단열성능을 확인하기 위하여 단열시트가 구비되지 않은 상태로 동일 지점의 온도를 측정하여 디폴트 값으로 설정했다.
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 디폴트
열스프레딩
부재		 기재종류/
두께(㎛)		 Al/25 Al/50 Al/50 - - -
단열부재 종류/두께(㎛) 인조G/25 천연G/200 천연G/200 인조G/25 천연G/200 -
열축적부재 금속기재종류/ 두께(㎛) - - Al/50 - - -
측정
온도
(℃)		 스팟1 135 133 125 140 136 197
스팟2 123 129 127 127 129 171
스팟3 129 129 129 134 134 172
스팟4 133 133 126 137 137 187
스팟5 127 127 125 132 133 169
디폴트에 대비한 스팟1의 온도감소율(%) -31.47% -32.48 -37.05 -28.93 -30.96 0
표 1에서 천연G 및 인조G는 각각 천연 그라파이트 시트 및 인조 그라파이트 시트를 의미한다.
표 1을 통해 확인할 수 있듯이, 열 스프레딩 부재를 구비한 실시예1 ~ 3이 비교예1 ~ 2에 대비해 단열성능이 더 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 열 축적 부재를 구비한 실시예3의 경우 실시예2에 대비해 단열성능이 더욱 개선되었고, 정중앙인 스팟1과 나머지 모서리 부근의 스팟2 ~ 4 간 온도 편차가 더욱 균일해져서 균일한 단열성능을 발현하는 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100,101,102,102',103,104,230: 단열시트
110,231: 단열부재 120,232: 열 스프레딩 부재
130,130': 보호부재 200,200',200": 단열 광원모듈
300: 단열 백라이트 유닛 400: 액정표시패널
1000: 액정 디스플레이 장치

Claims (25)

  1. 디스플레이의 광원을 이루는 다수 개의 LED 소자가 소정의 간격을 두고 실장된 회로기판 실장면의 반대면 상에 구비되어 상기 다수 개의 LED 소자에서 발생되는 열이 상기 반대면에 수직한 방향으로 전달되는 것을 차단시키기 위한 디스플레이 광원용 단열시트로서,
    상기 회로기판 실장면의 반대면 상에 부착되는 부재로써, 각각의 LED 소자 실장 면적보다 큰 면적의 핫스팟을 형성시키기 위한 기재와 상기 기재의 양면에 배치된 제1접착층을 포함하는 열 스프레딩 부재;
    상기 열 스프레딩 부재 상에 배치되며, 두께방향으로 대향하는 제1면과 제2면을 포함하고, 상기 열 스프레딩 부재에 인접하는 제1면 쪽으로 전달받은 열을 제1면에서 제2면 쪽으로 이동시켜서 상기 LED 소자의 온도를 낮추되 두께방향 보다 면방향으로 열을 우세하게 이동시켜서 제2면으로부터 이에 수직한 방향 측을 향해서 열 전달을 최소화시키며, 다수 개의 LED 소자로부터 전달받은 열의 면방향 스프레딩에 따른 중첩을 최소화 하고 전달받는 열을 최대한 두께방향으로 전달하면서 내부에 축적시키기 위하여 LED 소자 간 간격 및 LED 소자의 발열량을 고려하여 설정된 두께를 가지는 그라파이트 시트인 단열부재;
    상기 단열부재의 제2면 상에 배치되며 단열부재로부터 전달받은 열을 스프레딩 및 내부에 축적시키기 위한 금속기재와 상기 금속기재의 양면에 배치된 제2접착층을 포함하는 열 축적 부재; 및
    상기 열축적 부재 상에 배치되는 보호부재;를 포함하는 디스플레이 광원용 단열시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단열부재는 천연 그라파이트 시트 및 인조 그라파이트 시트 중 어느 하나 이상의 그라파이트 시트를 포함하는 디스플레이 광원용 단열시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단열부재는 두께가 90 ~ 300㎛인 천연 그라파이트인 디스플레이 광원용 단열시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기재는 금속박 또는 인조 그라파이트인 디스플레이 광원용 단열시트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기재의 면방향 열전도도는 그라파이트 시트의 면방향 열전도도 보다 작은 것을 특징으로 하는 디스플레이 광원용 단열시트.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속기재의 면방향 열전도도는 그라파이트 시트의 면방향 열전도도 보다 작은 것을 특징으로 하는 디스플레이 광원용 단열시트.
  8. 제1항에 있어서,
    열 스프레딩 부재 내 기재 및 열 축적 부재 내 금속기재는 각각 독립적으로 알루미늄박 및 동박 중 어느 하나 이상을 구비하며, 상기 그라파이트 시트는 천연 그라파이트 시트인 디스플레이 광원용 단열시트.
  9. 제1항에 있어서,
    열 스프레딩 부재 내 기재 및 열 축적 부재 내 금속기재는 두께가 각각 독립적으로 7 ~ 75㎛이며, 상기 제1접착층 및 제2접착층의 두께는 각각 독립적으로 7 ~ 55㎛인 디스플레이 광원용 단열시트.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 단열부재의 두께방향에 평행한 네 측면이 보호부재, 열 축적 부재 및 열 스프레딩 부재를 통해 봉지되도록 상기 보호부재, 열 축적 부재 및 열 스프레딩 부재 각각의 길이와 폭은 상기 단열부재의 길이와 폭보다 크게 형성된 디스플레이 광원용 단열시트.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 그라파이트 시트는 어느 일 LED 소자와 이에 인접 배치되는 다른 LED 소자 각각으로부터 전달받은 열이 각각 면방향으로 전달되다가 서로 중첩되는 것을 최소화 하기 위하여 두께방향 열전도도(b)에 대한 면방향의 열전도도(a) 비율(a/b)이 100 이하인 것을 구비하는 디스플레이 광원용 단열시트.
  12. 회로기판;
    상기 회로기판의 일면 상에 상호 간에 소정의 간격을 두고 실장된 다수 개의 LED 소자; 및
    상기 회로기판의 일면의 반대면 상에 열 스프레딩 부재가 위치하도록 배치된 제1항에 따른 디스플레이 광원용 단열시트;를 포함하는 단열 광원모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 다수 개의 LED 소자는 미니 LED 소자 또는 마이크로 LED 소자인 단열 광원모듈.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 디스플레이 광원용 단열시트는 상기 다수 개의 LED 소자의 위치에 대응하는 상기 반대면을 덮도록 한 장 또는 여러 장이 배치되는 단열 광원모듈.
  15. 제12항에 따른 단열 광원모듈; 및
    상기 광원모듈에서 광 출사면 상에 배치되는 여러 장의 광학시트;를 포함하는 단열 백라이트 유닛.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 단열 광원모듈의 측면 일부 또는 전부와, 단열 광원모듈 내 단열시트 측 일면을 수용하는 하부 케이스를 더 포함하며,
    상기 단열시트와 하부 케이스 사이에는 공기층이 형성되도록 이격되어 있는 단열 백라이트 유닛.
  17. 제12항에 따른 단열 광원모듈을 포함하는 디스플레이 장치.
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