KR20070080782A - 열확산층, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 디스플레이장치 - Google Patents

열확산층, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 디스플레이장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열확산층, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 소정 파장의 빛을 방출하는 광원, 상기 광원에서 방출된 빛을 반사시키는 반사 시트, 상기 반사 시트의 일 표면에 형성된 열확산층을 포함한다. 상기 열확산층은 흑연 분말 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부의 결합제, 5 내지 30 중량부의 충전제 및 상기 결합제 100 중량부에 대하여 5 내지 40 중량부의 경화제를 포함하는 조성물을 도포하여 형성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 열확산층, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치는 열확산층에서 반사 시트로 전달된 열을 효과적으로 흡수하여 패널 면의 온도차를 개선하여 휘도를 향상시킬 수 있다.
백라이트 유닛, 열확산층, 흑연 분말

Description

열확산층, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치{THERMAL SPREADING LAYER, BACKLIGHT UNIT AND DISPLAY APPARATUS INCLUDING THE SAME}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 백라이트 유닛을 사용하는 액정 표시 소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 에지-라이트형 백라이트 유닛을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반사 시트와 열확산층과의 관계를 도시한 사시도이다.
도 5는 모의 실험에 사용된 반사 시트들의 구성을 도시한 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5의 실험 결과 중 각 반사 시트의 냉각된 정도를 도시한 그래프들로서, 도 6a는 반사 시트의 온도 분포를 도시한 그래프이고, 도 6b는 광원의 온도를 도시한 그래프이다.
도 7a 및 도 7b는 도 5의 실험 결과 중 각 반사 시트의 온도 확산 정도를 도시한 그래프들이다.
도 8은 도 5의 실험 결과 중 각 반사 시트에 따른 LCD 소자의 휘도 특성을 도시한 그래프이다.
본 발명은 열확산층, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 특히 디스플레이 장치의 휘도 특성을 향상시킬 수 있는 열확산층, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 소자(Liquid Crystal Display device, 이하 "LCD 소자"라 함)는, 인가 전압에 따른 액정 투과도의 변화를 이용하여 각종 장치에서 발생하는 전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 전달하는 전자 소자이다.
이와 같은 LCD 소자는 이와 같이 각종 정보의 표시 소자이면서도 자체 광원을 구비하고 있지 않는다. 따라서 그 후면에 광원이 설치되어 LCD 소자의 화면 전체를 균일하게 밝혀주는 별도의 장치가 요구된다. 이러한 조건을 만족시키는 장치로서, LCD 소자의 화면에 광을 제공하는 백라이트 유닛(Back Light Unit)이 이용된다.
백라이트 유닛은 광원이 설치되는 위치에 따라, 광원이 액정 패널의 아래에 위치하는 직하 방식(Direct-lighting)과 광원이 도광판의 측면에 위치하는 에지-라이트 방식(Edge-light method)으로 구분된다.
에지-라이트 방식의 백라이트 유닛은 광원부, 도광판, 반사 시트 및 광학 필 름을 포함한다.
상기 광원부는 소정 파장의 광을 발생시키는 하나 이상의 광원 및 광원 반사판을 포함한다. 상기 광원에서 발생된 광은 반사체로 구성된 상기 광원 반사판 및 반사 시트에 의해 반사된다. 그 후 반사된 광은 상기 도광판 전체에 걸쳐서 균일하게 확산된다.
상기 광학 필름은 확산 시트, 프리즘 시트 및 보호 시트를 포함한다.
상기 광학 필름을 구성하는 각 구성 요소의 기능을 간단히 설명하면 다음과 같다.
상기 도광판 내에서 균일하게 확산된 광은 상기 확산 시트 통과한다. 상기 확산 시트는 상기 도광판을 통과한 광을 확산 또는 집광시켜 휘도를 균일하게 하고, 시야각을 넓혀준다.
상기 확산 시트를 통과한 광은 휘도가 현저히 떨어지게 된다. 이를 방지하기 위해 프리즘 시트가 사용된다. 상기 프리즘 시트는 상기 확산 시트에서 출사된 광을 굴절시키고 낮은 각도로 입사되는 광을 정면 쪽으로 집중시켜 유효 시야각 범위에서 휘도가 높아지도록 한다.
상기 보호 시트는 상기 프리즘 시트 위에 위치한다. 따라서, 상기 프리즘 시트의 흠집을 방지하고, 또한 상기 프리즘 시트에 의해 좁아진 시야각을 넓혀주는 기능을 한다.
상기 백라이트 유닛의 광원으로는 주로 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL)등이 사용되어 왔다. 그러나, 상기 백라이트 유닛이 액정 패널에 장착되어 상기 LCD 소자가 발광함에 따라, 상기 LCD 소자의 내부 온도가 증가하고, 상기 CCFL의 온도가 80℃ 내지 90℃까지 증가하는 문제점이 있었다.
이에 따라, 상기 백라이트 유닛의 효율이 저하되고, 상기 LCD 소자의 휘도를 저하시키는 원인이 되었다.
직하 방식의 백라이트 유닛에서는 상기 광원의 하부에 반사 시트가 위치한다. 이러한 구조에서는 상기 광원에서 발생된 열의 대부분이 상기 반사 시트로 전달된다. 전달된 열에 의하여 상기 반사 시트가 과열됨으로써 상기 반사 시트의 변형 등이 발생할 우려가 있었다.
또한, 백라이트 유닛의 구조에 따라 차이는 있지만, CCFL에서 발생한 열은 백라이트 유닛의 전면에 배치된 액정 패널에 불균일하게 전달되어 액정 셀간에 온도 편차를 발생시킨다. 이러한 액정 셀간의 온도 편차는 액정 셀간의 응답속도의 차이를 유발하여 상기 LCD 소자의 휘도 편차의 원인이 된다.
한편, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, 이하 "PDP"라 함)은 한 쌍의 유리 기판 사이에 다수의 방전 셀이 배치된 구조의 발광형 표시장치로서, LCD 소자와는 달리 별도로 광원을 구비할 필요는 없다. 그러나, 상기 PDP는 이미지를 형성하기 위해 발광하도록 유도되는 방전 셀이 열을 생성하고, 이에 의해 PDP의 온도가 전체적으로 상승한다는 것은 일반적으로 주지된 사실이다. 즉, 방전 셀에서 생성된 열은 유리 기판에 전달되지만, 열전도율이 낮은 유리 소재의 특성상 패널 면에 평행한 방향으로 열이 전달되지 않는다.
또한, 발광을 위해 활성화된 방전 셀의 온도는 현저히 증가하는 반면, 비활 성화된 방전 셀은 온도가 많이 증가하지 않기 때문에 이미지가 생성되는 영역에서 패널의 온도가 국부적으로 상승한다. 이러한 온도 편차는 이에 영향을 받는 방전 셀의 열적 저하를 유발할 수 있다.
이상 설명한 LCD 소자나 PDP 이외에도, 발광 다이오드를 이용한 표시장치나 유기 전계 발광 소자에서도 위와 같은 열적 문제점은 발생하며, 이러한 열적 문제점들은 장치의 수명이나 표시 품질을 악화시키는 일 요인으로 작용한다.
따라서, 이러한 장치들에서 발생하는 열을 외부로 효과적으로 방출할 수 있는 수단이 필요하다.
본 발명의 목적은 디스플레이 장치에서 발생하는 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 패널 면의 온도차를 개선하여 휘도를 향상시킬 수 있는 열확산층, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 광원 온도의 증가를 방지하여 휘도를 향상시킬 수 있는 열확산층, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 반사 시트로 전달된 열을 효과적으로 흡수할 수 있는 열확산층, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열확산층용 조성물은 흑연 분말 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부의 결합제, 5 내지 30 중량부의 충전제 및 상기 결합제 100 중량부에 대하여 5 내지 40 중량부의 경화제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 소정 파장의 빛을 방출하는 광원, 상기 광원에서 방출된 빛을 반사시키는 반사 시트, 상기 반사 시트의 일 표면에 형성된 열확산층을 포함한다. 상기 열확산층은 흑연 분말 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부의 결합제, 5 내지 30 중량부의 충전제 및 상기 결합제 100 중량부에 대하여 5 내지 40 중량부의 경화제를 포함하는 조성물을 도포하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 소정 파장의 빛을 방출하는 광원, 상기 광원에서 방출된 빛을 반사시키는 반사 시트 및 상기 반사 시트의 일 표면에 형성된 열확산층을 포함하는 백라이트 유닛을 구비하며, 상기 백라이트 유닛에서 제공하는 빛을 이용하여 소정 이미지를 구현하는 액정 표시 패널을 포함한다. 상기 열확산층은 흑연 분말 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부의 결합제, 5 내지 30 중량부의 충전제 및 상기 결합제 100 중량부에 대하여 5 내지 40 중량부의 경화제를 포함하는 조성물로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 열확산층, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치는 패널 면의 온도차를 개선하여 휘도를 향상시키고, 반사 시트로 전달된 열을 효과적으로 흡수할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 열확산층, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치의 바람직한 실시예들을 자세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 백라이트 유닛을 사용하는 액정 표시 소자를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛을 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 에지-라이트형 백라이트 유닛을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 액정 표시 소자(Liquid Crystal Display Device, 이하 "LCD 소자"라 함)는 액정 표시 패널(LCD 패널, 200) 및 백라이트 유닛(202)을 포함한다.
LCD 패널(200)은 하부 편광필름(204), 상부 편광필름(206), 하부 기판(208), 상부 기판(210), 칼라필터(212), 블랙매트릭스(214), 화소전극(216), 공통전극(218), 액정층(220) 및 TFT 어레이(222)를 포함한다.
칼라필터(212)는 레드, 그린 및 블루에 해당하는 칼라필터들을 포함하며, 빛이 인가되는 경우 레드, 그린 또는 블루에 해당하는 이미지를 발생시킨다.
TFT 어레이(222)는 스위칭 소자로서 화소전극(216)을 스위칭한다.
공통전극(218) 및 화소전극(216)은 외부에서 인가되는 소정 전압에 따라 액정층(220)의 분자들을 배열한다.
액정층(220)은 소정 분자들로 이루어져 있고, 상기 분자들이 화소전극(216)과 공통전극(218) 사이의 전압차에 상응하여 배열된다.
그 결과, 이하의 백라이트 유닛(202)으로부터 제공되는 빛이 액정층(220)의 분자 배열에 상응하여 칼라필터(212)에 입사된다.
백라이트 유닛(Back Light Unit, 이하 "BLU"라 함, 202)은 LCD 패널(200)의 하부에 위치하며, LCD 패널(200)에 빛, 예를 들어 백색광을 제공한다.
한편 BLU(202)는 광원이 액정 패널의 아래에 위치하는 직하 방식(Direct-lighting)과 광원이 도광판의 측면에 위치하는 에지-라이트 방식(Edge-light method)으로 나뉘며, 본 발명에 따른 LCD 소자에는 직하 방식과 에지-라이트 방식의 BLU(202)가 모두 사용될 수 있음은 물론이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 직하 방식의 BLU(202a)는 광원(302), 투명 아크릴 플레이트(310), 반사 시트(320), 열확산층(322) 및 광학필름(Optical film, 330)을 포함한다.
광원(302)은 복수의 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL)가 집합체를 이루어 형성된다. 상기 CCFL은 매우 밝은 백색광을 제공한다.
한편, 광원(302)은 상기 CCFL 외에, 발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED) 또는 외부전극형광램프(External Electrode Flourscenet Lamp : EEFL)가 사용될 수 있다.
상기 LED는 적색, 녹색 및 청색으로 구성되거나 백색광의 단일색으로 구성될 수 있다. 상기 LED를 광원으로 사용하는 BLU(202a)의 경우, BLU(202a)의 소형화 및 빛의 효율성을 향상시킬 수 있으면서 빛의 균일성을 유지할 수 있다.
상기 EEFL은 상기 CCFL에 비해 휘도가 뛰어나며, 전극이 외부에 있어 병렬로 작동하기에 유리하다. 특히, 상기 EEFL은 기존 광원에서 필요했던 인버터의 수를 줄일 수 있어 부품에 따른 원가절감 및 LCD 모듈의 무게를 줄일 수 있다.
반사 시트(320)는 광원(302)의 하부에 위치하여 광원(302)으로부터 오는 빛을 투명 아크릴 플레이트(310)의 전면으로 반사시키는 역할을 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 시트(320)는 SUS, Brass, 알루미늄, PET 등으로 이루어진 시트 위에 은(silver)을 입히고, 열이 미세하게 발생한다 해도 장시간 흡열로 인한 변형을 막기 위해 티타늄 코팅하여 제작될 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사 시트(320)는 PET와 같은 합성수지제의 시트에 광을 산란시키기 위한 기포를 분산시켜 제작될 수 있다.
한편, 반사 시트(320) 대신 광원(302)의 하부에 광원 반사판(미도시)을 위치시켜 광원(302)을 실장하고, 광원(302)에서 나온 빛을 확산 시트(332)로 입사시켜 광 효율을 향상시키도록 구성할 수도 있다. 상기 광원 반사판은 반사성이 높은 물질로 구성되며, 그 표면에 은(Ag)을 코팅하기도 한다.
한편, 광 생성 과정에서 광원(302)에서 발생된 열은 그 하부에 위치한 반사 시트(320)로 전달된다.
이에 따라 반사 시트(320)의 하부 표면에 열확산층(322)을 형성하여 반사 시트(320)로 전달된 열이 방출되도록 한다.
열확산층(322)에 대해서는 이하 후술하도록 한다.
투명 아크릴 플레이트(310)는 광원(302)에서 입사하는 빛을 통과시킨다. 투명 아크릴 플레이트(310)는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 사용하는 것이 바람 직하다.
직하 방식의 BLU(202a)는 에지-라이트 방식과 달리, 복수의 광원(302)이 LCD 패널(200)의 하부에 위치하므로 광원(302)에서 발생된 휘선이 LCD 패널(200)의 상부에서 일정한 패턴으로 나타나게 된다. 투명 아크릴 플레이트(310)는 패턴이 형성되어 있어, 광원(302)에서 발생된 휘선을 제거하면서 빛을 통과시키는 역할을 한다. 그러나, 본 발명에 따른 BLU(202a)는 패턴이 형성되어 있지 않은 투명 아크릴 플레이트를 사용할 수 있음은 물론이다.
광학필름(330)은 확산 시트(332), 프리즘 시트(334), 보호 시트(336) 및 반사형 편광필름(338)을 포함한다.
확산 시트(332)는 입사하는 빛을 확산 또는 집광시켜 휘도를 균일하게 하고, 시야각을 넓혀준다.
확산 시트(332)를 통과한 빛은 휘도가 급격히 떨어지게 되는데, 이를 방지하기 위해 프리즘 시트(334)가 사용된다. 프리즘 시트(334)는 확산 시트(332)에 의해 확산 또는 집광된 빛 중 일부를 보호 시트(336) 방향으로 집광시키고, 나머지 빛을 확산 시트(332) 방향으로 반사시킨다.
보호 시트(336)는 프리즘 시트(334) 위에 위치하여 프리즘 시트(334)의 흠집을 방지하고, 또한 프리즘 시트(334)에 의해 좁아진 시야각을 넓혀주는 기능을 한다.
반사형 편광필름(338)은 보호 시트(336)에 의해 확산된 빛 중 일부를 광원(302) 방향으로 반사시키고, 나머지 빛은 LCD 패널(200)에 제공한다. 즉, 반사형 편광필름(338)은 특정 편광을 통과시키고, 나머지 다른 편광은 반사시키는 역할을 한다.
예를 들어, 반사형 편광필름(338)은 보호 시트(336)에 의해 확산된 빛 중 종파(P파)를 투과시키고, 횡파(S파)는 도광판 방향으로 반사시킨다.
반사형 편광필름(338)에서 반사된 횡파는 반사 시트(320)에서 재반사된다.
이 경우, 빛의 물리적 특성상, 상기 재반사된 빛은 종파 및 횡파를 포함한다.
즉, 반사형 편광필름(338)에 의해 반사된 횡파는 반사 시트(320)에 의해 재반사됨에 의해 횡파와 종파를 포함하는 빛으로 변화된다.
이어서, 상기 변화된 빛은 확산 시트(332), 프리즘 시트(334) 및 보호 시트(336)를 통과하여 반사형 편광필름(338)으로 다시 입사된다.
그 결과, 상기 변화된 빛 중 종파는 반사형 편광필름(338)을 투과하고, 횡파는 확산 시트(332) 방향으로 반사된다.
계속하여, 상기 반사된 빛은 다시 반사 시트(320)에 의해 반사되어 종파와 횡파를 포함하는 빛으로 변화된다.
한편, 보호 시트(336)와 반사형 편광필름(338)은 상술한 바와 같이 모두 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 어느 하나만 선택적으로 사용할 수 있음은 물론이다.
BLU(202a)는 이러한 과정을 반복하여 빛의 효율을 향상시킨다.
다음으로, 도 3을 참조하면, 에지-라이트 방식의 BLU(202b)는 광원부(300), 도광판(340), 반사 시트(320), 열확산층(322) 및 광학필름(330)을 포함한다.
광원부(300)는 하나 이상의 광원(302) 및 광원 반사판(304)을 포함한다.
광원(302)은 소정 파장을 가지는 빛을 발생시킨다.
한편, 광원(302)은 직하 방식의 BLU(202a)에서 상술한 바와 같이, CCFL, LED 또는 EEFL가 사용될 수 있음은 물론이다.
광원 반사판(304)은 광원(302)으로부터 발생된 광을 도광판(340) 측으로 반사시켜 도광판(340)으로 입사되는 빛의 양을 증가시킨다.
광원(302)에 의해 발생된 빛은 광원 반사판(304) 및 반사 시트(320)에 의해 반사되며, 그런 후 반사된 빛은 도광판(340) 전체에 걸쳐서 균일하게 확산된다.
반사 시트(320)는 광원부(300)의 하부에 위치하여 광원(302)으로부터 오는 빛을 도광판(340)의 전면으로 반사시키는 역할을 한다. 반사율을 높이기 위해 알루미늄 등으로 구성된 기본 재질 위에 은(Ag)을 코팅하고, 열 발생시 변형되는 것을 방지하기 위해 티타늄 코팅을 하기도 한다.
한편, 광 생성 과정에서 광원부(300)에서 발생된 열은 그 하부에 위치한 반사 시트(320)로 전달된다.
이에 따라 반사 시트(320)의 하부 표면에 열확산층(322)을 형성하여 반사 시트(320)로 전달된 열이 방출되도록 한다. 또한, 반사 시트(320) 및 열확산층(322)은 광원(302)까지 연장되어 위치하도록 형성된다.
열확산층(322)에 대해서는 이하 후술하도록 한다.
광학필름(330)은 확산 시트(332), 프리즘시트(334), 보호 시트(336) 및 반사형 편광필름(338)을 포함한다.
도광판(340) 내에 균일하게 확산된 빛은 확산 시트(332)를 통과한다. 확산 시트(332)는 도광판(340)을 통과한 빛을 확산 또는 집광시켜 휘도를 균일하게 하고, 시야각을 넓혀준다.
이하, 프리즘 시트(334), 보호 시트(336) 및 반사형 편광필름(338)의 구조 및 특성에 대해서는 상기 직하 방식의 BLU(202a)에서 상술한 바와 동일하므로, 이하 설명을 생략한다.
이하, LCD 소자의 발광 동작을 상술하겠다.
도 1을 다시 참조하면, BLU(202)는 백색광인 평면광을 LCD 패널(200)에 제공한다.
이어서, TFT 어레이(222)가 화소전극(216)을 스위칭한다.
계속하여, 화소전극(216)과 공통전극(218) 사이에 소정 전압차가 인가되고, 그 결과 액정층(220)이 레드 칼라필터, 그린 칼라필터 및 블루 칼라필터에 각기 상응하여 배열된다.
이 경우, BLU(202)로부터 제공된 평면광은 액정층(220)을 통과하면서 광량이 조절되고, 광량이 조절된 평면광이 칼라필터(212)에 제공된다.
그 결과, 칼라필터(212)는 소정 계조를 가지고 이미지를 구현한다.
상세하게는, 레드 칼라필터, 그린 칼라필터 및 블루 칼라필터가 한 개의 픽셀을 형성하며, 상기 픽셀은 상기 레드 칼라필터, 그린 칼라필터 및 블루 칼라필터를 통과한 빛의 조합에 의해 소정 이미지를 구현한다.
이하 본 발명에 따라 BLU(202)에 형성된 열확산층(322)에 대해서 상술한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반사 시트와 열확산층과의 관계를 도시한 사시도이다.
도 4를 참조하면, 열확산층(322)은 반사 시트(320)로 전달된 열을 방출하기 위하여 반사 시트(320)의 하부에 형성된다. 더욱 상세하게는, 반사 시트(320)의 저면에 열확산층(322)을 형성하는 조성물을 도포한 후, 이를 건조시켜 열확산층(322)을 형성한다.
열확산층(322)은 열 전도성이 우수하여 반사 시트(320)로 전달된 열을 효과적으로 흡수할 수 있다. 또한, 열확산층(322)은 광원(302)에서 발생된 열을 효과적으로 흡수하여 광원(302)의 온도가 과도하게 증가하는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, LCD 소자를 장시간 구동하여도 광원(302)은 가장 좋은 효율을 낼 수 있는 온도를 유지하게 된다.
한편, LCD 패널(200) 면 온도는 고 휘도로 발광하는 셀 영역에서 국부적으로 증가하고, 이러한 국부적인 온도차는 액정들의 응답속도의 차이를 가져온다. 이러한 응답속도의 차이는 LCD 소자의 휘도 저하의 원인이 된다.
그러나, 본 발명에서는 반사 시트(320)의 저면에 형성된 열확산층(322)이 LCD 패널(200)에서 발생한 열을 효과적으로 흡수하여 LCD 패널(200)의 온도를 균일하게 해준다.
이와 같이, 열확산층(322)은 LCD 소자의 휘도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
열확산층(322)은 반사 시트(320)로 전달된 열을 흡수하여 LCD 소자의 외부로 방출시키는 기능을 수행하기 위하여 열 전도성이 우수한 흑연 분말로 제조된다. 그러나, 흑연 분말의 물리적 특성상 흑연 분말로만 이루어진 열확산층(322)은 쉽게 파손될 우려가 있다.
이를 방지하기 위해, 열확산층(322)을 형성하는 조성물은 흑연 분말, 결합제(Binder), 경화제 및 충전제(Filler)를 포함하는 액체 혼합물이다. 바람직하게는, 상기 액체 혼합물에 분산제 및 용매(Solvent)가 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 액체 혼합물에 레벨링제(Leveling agent), 습윤제(Wetting agent), 다가 염기산 및 산무수물을 더 포함될 수 있다.
상기 액체 혼합물은 흑연 분말 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부의 결합제, 5 내지 30 중량부의 충전제 및 상기 결합제 100 중량부에 대하여 5 내지 40 중량부의 경화제를 포함한다.
바람직하게는, 상기 액체 혼합물은 흑연 분말 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부의 결합제, 5 내지 30 중량부의 충전제, 0.1 내지 10 중량부의 용매, 0.1 내지 10 중량부의 분산제 및 상기 결합제 100 중량부에 대하여, 5 내지 40 중량부의 경화제를 포함한다.
상기 결합제는 폴리에스테르 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등과 같이 열전도성 및 내열성이 우수한 재료가 바람직하다.
더욱 상세하게는, 상기 결합제는 카르복실 말단기를 갖는 폴리에스테르 수지, 하이드록실 말단기를 갖는 폴리에스테르 수지, 옥시란 작용기를 갖는 에폭시 수지, 카르복실 말단기를 갖는 아크릴 수지, 하이드록실 말단기를 갖는 아크릴 수 지, GMA 말단기를 갖는 아크릴 수지 및 우레탄 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어진다.
상기 결합제는 흑연 분말 입자를 일체화시킨다. 따라서 열확산층(322)에 외부 충격이 가해지더라도 상기 결합제에 의하여 흑연 분말 입자의 결합이 해제되지 않으므로, 열확산층(322)이 쉽게 부서지지 않는다.
일 예로, 상기 결합제로 사용되는 물질 중 폴리우레탄의 물리적 화학적 특성은 다음과 같다.
폴리우렌탄은 분자 내에 우레탄결합 -OCONH-를 갖는 고분자 화합물의 고무 상태의 탄성체로서 우레탄 고무·합성섬유·접착제·도료·우레탄폼 및 자동차 범퍼 등 최근에 그 이용 범위가 확대되고 있다.
일반적으로는 디올(1,4-부탄디올 등)과 디이소시아네이트(디페닐메탄디이소시아네이트 등)의 첨가 중합에 의해 제조된다. 고무 용도로는 디올로서 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜과 같은 폴리에테르디올이나 말단(末端) 디올의 지방족 폴리에스테르가 이용된다. 우레탄폼의 용도로는 트리이소시아네이트를 첨가하여 열경화성으로 하는 경우가 많다.
상기 경화제는 반사 시트(320)에 도포 또는 점착된 상기 조성물이 용이하게 건조되고 경화될 수 있도록 한다. 상기 경화제는 옥시란기를 갖는 에폭시 수지 경화제, 옥시란기를 갖는 TGIC(트리글리시딜 이소시아누레이트) 경화제, 이소시아네이트기를 갖는 경화제, 블록킹화된 이소시아네이트기를 갖는 경화제, 카르복실 말단기를 갖는 경화제 및 에폭사이드와 무수물 반응기를 포함하는 지방족과 방향족 경화제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 경화제로 이루어진다.
상기 충전제는 열 확산을 도와주는 물질로, Al2O3, Al, BN 및 Ag 코팅된 Cu로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어진다.
Cu는 상기 조성물을 만들 때 산화되기 쉽다. 이와 같이 Cu가 산화될 경우 조성물의 성능이 저하될 우려가 있기 때문에, Cu는 Ag로 코팅하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 충전제 물질 중 바람직하게는 BN을 사용한다.
상기 분산제는 폴리아민아마이드계, 인산 에스테르계, 폴리이소부틸렌, 올레산, 스테아린산, 어유, 폴리카르복실산의 암모늄염 및 나트륨 카르복시메틸로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어진다.
상기 용매는, 메틸에틸케톤, 에탄올, 크실렌, 톨루엔, 아세톤, 트리클로로에탄, 부탄올, MIBK, EA, 부틸 아세테이트, 싸이클로 헥사논, 물, 프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르, MEK 및 아노네로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어진다.
상기 레벨링제는 폴리아크릴레이트계 레벨링제를 사용할 수 있다.
이와 같은 조성물로 형성된 열확산층(322)은 열 안정성, 기계적 성질(연성 및 인장 강도) 뿐만 아니라 열 전도성도 우수하다. 따라서, 반사 시트(320)의 열을 효과적으로 흡수하여 방출할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 열확산층(322)은 LCD 소자에 한하지 않고, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 유기 전계 발광 소자(OLED)에도 사용될 수 있음은 물론이다.
이하에서는 상기 설명한 실시예에 따라 열확산층(322)이 형성된 반사 시트(320)에 대한 모의 실험 결과를 설명한다.
도 5는 모의 실험에 사용된 반사 시트들의 구성을 도시한 단면도이다.
표 1을 참조하여 각 반사 시트의 구성과 그에 따른 모의 실험 결과를 설명하면 다음과 같다.
반사 시트 종류 열흡수체 종류 냉각된 광원온도 (℃) 휘도 특성 (%)
비교예 1 RP-10 40.3 100
비교예 2 듀퐁 UX-150 흑연 시트 35.9 106.3
실시예 1 듀퐁 UX-150 열확산층 34.7 108
실시예 2 듀퐁 UX-150 압착된 열확산층 34.7 107
도 5를 참조하면, 실시예 1은 두께가 150μm인 듀퐁(DUPONT)사의 UX-150 반사 시트의 하면에 142μm 두께로 형성된 열확산층을 포함한다.
실시예 2는 두께가 150μm인 듀퐁(DUPONT)사의 UX-150 반사 시트의 하면에 열확산층을 형성한 후, 열확산층을 롤러로 압착(Calendering)하여 최종적으로 50μm 두께로 형성된 열확산층을 포함한다.
실시예 1 및 실시예 2는 차폐층이 형성되지 않았다.
또한 실시예 1 및 실시예 2에 사용된 열확산층의 조성물은 흑연 분말 100 중량부에 대하여 25 중량부의 결합제, 15 중량부의 충전제, 0.5 중량부의 분산제 및 상기 결합제 100중량부에 대하여 10 중량부의 경화제로 이루어진다.
결합제로는 아크릴 수지가, 충전제로는 Al이 사용되었고, 경화제로는 니폴리(Nipoly)사의 GSC-041이 사용되었다.
한편, 비교예 1은 두께가 188μm인 RP-10 반사 시트의 하면에 30μm 두께의 차폐층을 형성하였다.
차폐층은 안료(TiO2), 아크릴 수지 및 경화제로 형성되는 것으로, 백라이트 유닛(202)의 프레임이 외부로 노출되는 것을 방지하기 위해 사용된다.
비교예 2는 두께가 150μm인 듀퐁(DUPONT)사의 UX-150 반사 시트의 하면에 100μm 두께의 흑연 시트가 부착되어 있다. 비교예 2는 차폐층이 형성되지 않았다.
본 발명에 따른 모의 실험에서는 먼저, 이와 같이 구성된 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2의 반사 시트를 백라이트 유닛에 장착하고, LCD 소자를 미리 설정된 시간 동안 구동시킨다.
이어서, 각 반사 시트가 장착된 LCD 소자의 휘도 특성, 백라이트 유닛의 광원 온도의 냉각 정도, 반사 시트의 냉각 효율 및 온도 확산 효율을 평가하였다.
도 6a 및 도 6b는 도 5의 실험 결과 중 각 반사 시트의 냉각된 정도를 도시한 그래프들로서, 도 6a는 반사 시트의 온도 분포를 도시한 그래프이고, 도 6b는 광원의 온도를 도시한 그래프이다.
먼저, 반사 시트로 전달된 열이 LCD 소자의 외부로 방출되는 정도를 평가한 실험 결과를 상술한다.
반사 시트의 일단과 타단 사이의 온도 차이가 작을수록 반사 시트로 전달된 열이 효과적으로 흡수되었다고 판단할 수 있다. 또한, 광원의 온도가 낮을수록 광원에서 발생된 열이 효과적으로 외부로 방출되어, 광원의 효율이 증가하게 된다.
도 6a는 BLU의 상부에서 바라본 광원과 반사 시트의 온도 분포를 도시한 그래프로서, 가로축의 하단에 광원이 위치한다. 세로축의 우측에 있는 막대 그래프는 BLU에 분포된 각 색상에 해당하는 온도를 나타내는 것으로, 온도가 높을수록 붉은색을 띠며, 온도가 낮을수록 푸른색을 띤다.
도 6a를 참조하면, 비교예 1은 광원 주위가 선명한 붉은색을 띠고, 반사 시트는 광원에서 멀어질수록 짙은 푸른색을 띠는 것을 확인할 수 있다. 이에 반해, 실시예 1 및 실시예 2는 광원 주위가 옅은 붉은색 또는 황색을 띠고, 반사 시트는 비교적 옅은 푸른색을 띠는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 비교예 1에 비해 실시예 1 및 실시예 2가 광원과 반사 시트 사이의 온도 차이가 큰 것을 확인할 수 있다. 즉, 실시예 1 및 실시예 2가 광원에서 발생된 열이 반사 시트로 확산이 잘 이루어지고, 광원의 냉각이 잘 이루어지는 것이다.
한편, 도 6b에 도시된 바와 같이,비교예 1의 광원 온도는 40.3℃, 비교예2의 광원 온도는 35.9℃, 실시예 1 및 실시예2의 광원 온도는 34.7℃로 측정되었다.
각 광원의 온도를 비교하면, 실시예 1 및 실시예 2의 온도가 비교예 1 및 비교예 2에 비해 낮은 것을 확인할 수 있다. 즉, 광원의 효율이 실시예 1 및 실시예 2가 우수함을 알 수 있다.
흑연 시트가 부착된 비교예 2는 열 흡수체가 없는 비교예 1에 비해 열 방출 특성이 우수하나, 열확산층이 형성된 실시예 1 및 실시예 2의 특성이 더욱 우수한다.
이는 실시예 1 및 실시예 2의 반사 시트의 하부에 형성된 열확산층이 반사 시트로 전달된 열을 흡수하여 LCD 소자의 외부로 방출시키는 기능을 잘 수행하였기 때문이다.
다음으로, 반사 시트(320)로 전달된 열이 확산되는 정도를 평가한 실험 결과를 상술한다.
도 7a 및 도 7b는 도 5의 실험 결과 중 각 반사 시트의 온도 확산 정도를 도시한 그래프들이다. 도 7a 및 도 7b는 광원으로부터의 거리에 따라 반사 시트의 온도 분포를 도시한 그래프들이다.
도 7a는 BLU의 상부에서 바라본 광원과 반사 시트의 온도 분포를 도시한 그래프로서, 가로축의 하단에 광원이 위치한다. 세로축의 우측에 있는 막대 그래프는 BLU에 분포된 각 색상에 해당하는 온도를 나타내는 것으로, 온도가 높을수록 푸른색을 띠며, 온도가 낮을수록 노란색을 띤다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 비교예 1 및 비교예 2는 광원과 인접한 영역과 광원에서 멀리 떨어진 영역의 온도 차이가 크다는 것을 확인할 수 있다. 한편, 실시예 1 및 실시예 2는 비교예 1 및 비교예 2에 비해 광원과의 거리에 따라 온도차가 크지 않다는 것을 확인할 수 있다.
즉, 실시예 1 및 실시예 2에서는, 반사 시트의 저면에 형성된 열확산층이 LCD 패널에서 발생한 열을 효과적으로 흡수하고, 광원 또는 LCD 패널의 국부적인 영역에서 발생한 열을 주변 영역으로 잘 전달해주어 LCD 패널의 온도를 균일하게 해주는 것이다.
도 8은 도 5의 실험 결과 중 각 반사 시트에 따른 LCD 소자의 휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 비교예 1의 휘도를 100%로 볼 때, 비교예 2의 휘도가 106.3%이고, 실시예 1의 휘도가 108%, 실시예 2의 휘도가 107%인 것을 확인할 수 있다.
즉, 비교예 1에 비해 비교예 2의 휘도가 향상되었으며, 비교예 2에 비해 실시예 1 및 실시예 2의 휘도가 향상된 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 열확산층이 형성된 반사 시트를 사용함에 따라, LCD 소자의 휘도가 향상되는 것을 확인할 수 있다.
상기 모의 실험의 결과, 반사 시트(320)의 저면에 열확산층(322)을 형성한 실시예 1 및 실시예 2가 만족할만한 냉각, 열 확산 및 휘도 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
위에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시되었다. 따라서, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 열확산층, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치는 패널 면의 온도차를 개선하여 휘도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따른 열확산층, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치는 반사 시트로 전달된 열을 효과적으로 흡수하고, 광원 온도의 증가를 방지하여 휘도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (22)

  1. 흑연 분말 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부의 결합제, 5 내지 30 중량부의 충전제 및 상기 결합제 100 중량부에 대하여 5 내지 40 중량부의 경화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 열확산층용 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물은, 상기 흑연 분말 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부의 분산제 및 용매를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열확산층용 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물은, 레벨링제, 습윤제, 다가 염기산 및 산무수물 중 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열확산층용 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합제는, 폴리에스테르 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지 및 아크릴 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 열확산층용 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 수지는, 카르복실 말단기 또는 하이드록실 말단기를 갖는 폴리에스테르 수지인 것을 특징으로 하는 열확산층용 조성물.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 에폭시 수지는, 옥시란 작용기를 갖는 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 열확산층용 조성물.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 아크릴 수지는, 카르복실 말단기, 하이드록실 말단기 또는 GMA 말단기를 갖는 아크릴 수지인 것을 특징으로 하는 열확산층용 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전제는, Al2O3, Al, BN 및 Ag 코팅된 Cu로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 열확산층용 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 경화제는, 옥시란기를 갖는 에폭시 수지 경화제, 옥시란기를 갖는 TGIC(트리글리시딜 이소시아누레이트) 경화제, 이소시아네이트기를 갖는 경화제, 블록킹화된 이소시아네이트기를 갖는 경화제, 카르복실 말단기를 갖는 경화제 및 에폭사이드와 무수물 반응기를 포함하는 지방족과 방향족 경화제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 열확산층용 조성물.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 분산제는, 폴리아민아마이드계, 인산 에스테르계, 폴리이소부틸렌, 올레산, 스테아린산, 어유, 폴리카르복실산의 암모늄염 및 나트륨 카르복시메틸로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 열확산층용 조성물.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 용매는, MEK, 톨루엔 및 아노네를 4 : 4 : 2의 비율로 혼합한 용매인 것을 특징으로 하는 열확산층용 조성물.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 용매는, 메틸에틸케톤, 에탄올, 크실렌, 톨루엔, 아세톤, 트리클로로에탄, 부탄올, MIBK, EA, 부틸 아세테이트, 싸이클로 헥사논, 물, 프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르, MEK 및 아노네로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 열확산층용 조성물.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 레벨링제는, 폴리아크릴레이트계 물질인 것을 특징으로 하는 열확산층용 조성물.
  14. 소정 파장의 빛을 방출하는 광원;
    상기 광원에서 방출된 빛을 반사시키는 반사 시트;
    상기 반사 시트의 일 표면에 형성된 열확산층을 포함하되,
    상기 열확산층은 흑연 분말 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부의 결합제, 5 내지 30 중량부의 충전제 및 상기 결합제 100 중량부에 대하여 5 내지 40 중량부의 경화제를 포함하는 조성물을 도포하여 형성하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 조성물은, 상기 흑연 분말 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부의 분산제 및 용매를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 조성물은, 레벨링제, 습윤제, 다가 염기산 및 산무수물 중 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  17. 소정 파장의 빛을 방출하는 광원;
    상기 광원에서 방출된 빛을 반사시키는 반사 시트; 및
    상기 반사 시트의 일 표면에 형성된 열확산층을 포함하는 백라이트 유닛; 및
    상기 백라이트 유닛에서 제공하는 빛을 이용하여 소정 이미지를 구현하는 액정 표시 패널을 포함하되,
    상기 열확산층은 흑연 분말 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부의 결합제, 5 내지 30 중량부의 충전제 및 상기 결합제 100 중량부에 대하여 5 내지 40 중량부의 경화제를 포함하는 조성물로 형성된 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 조성물은, 상기 흑연 분말 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부의 분산제 및 용매를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 조성물은, 레벨링제, 습윤제, 다가 염기산 및 산무수물 중 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 열확산층은, 상기 반사 시트의 하부에 상기 조성물을 도포하여 형성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 열확산층은, 상기 반사 시트의 하부에 도포된 조성물을 롤러로 압착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는, 액정 표시 소자(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 또는 유기 전계 발광 소자(OLED)인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
KR1020060012265A 2005-10-24 2006-02-08 열확산층, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 디스플레이장치 KR20070080782A (ko)

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