KR20140025060A - 엘이디 백라이트 유닛의 냉각장치 - Google Patents

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KR20140025060A KR1020120091134A KR20120091134A KR20140025060A KR 20140025060 A KR20140025060 A KR 20140025060A KR 1020120091134 A KR1020120091134 A KR 1020120091134A KR 20120091134 A KR20120091134 A KR 20120091134A KR 20140025060 A KR20140025060 A KR 20140025060A
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배영기
서진국
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임광원
권용현
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주식회사 세기하이텍
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Abstract

본 발명은 일 측 단부가 도광판의 후면 일 측 지점까지 연장 형성되는 전도판부와, 복수 개의 엘이디 소자가 일정 간격 이격되어 구비되는 발광 스트립이 장착될 수 있도록 도광판의 일 측면과 대향하며 상기 전도판부의 타 측 단부에 길이 방향으로 형성되는 절곡부가 구비되는 금속 재질의 열 전도판과; 일 측 단부는 상기 절곡부 인근 지점에 위치하며 타 측 단부는 상기 전도판부의 일 측 단부 외부로 돌출된 상태에서 상기 열 전도판에 일정 간격 이격되어 복수 개가 장착되되, 각각의 내부에는 일정 양의 냉매가 충전된 복수 개의 모세관이 길이 방향으로 형성되는 금속 재질의 평판 방열 장치를; 포함하여 이루어지는 엘이디 백라이트 유닛의 냉각장치를 제공한다.

Description

엘이디 백라이트 유닛의 냉각장치{A cooling device of back light unit for led}
본 발명은 엘이디 백라이트 유닛의 냉각장치에 관한 것으로서, 특히 일 측 단부가 도광판의 후면 일 측 지점까지 연장 형성되는 전도판부와, 복수 개의 엘이디 소자가 일정 간격 이격되어 구비되는 발광 스트립이 장착될 수 있도록 도광판의 일 측면과 대향하며 상기 전도판부의 타 측 단부에 길이 방향으로 형성되는 절곡부가 구비되는 금속 재질의 열 전도판과; 일 측 단부는 상기 절곡부에 장착되는 발광 스트립의 일 면과 접하며 타 측 단부 부위는 상기 전도판부 일 측 단부 외부로 돌출된 상태로 상기 열 전도판에 일정 간격 이격되어 복수 개가 장착되되, 하부에서 상부로 갈수록 상호 간의 이격 간격이 좁혀지며, 각각의 내부에는 일정 양의 냉매가 충전된 복수 개의 모세관이 길이 방향으로 형성되는 금속 재질의 평판 방열 장치를; 포함하여 이루어지는 엘이디 백라이트 유닛의 냉각장치에 관한 것이다.
액정형 디스플레이는 자체적으로 발광할 수 없기 때문에 발광을 위하여 외부 광원이 필요하며, 이러한 외부 광원 장치를 백라이트 유닛(BLU)이라 한다. 백라이트 유닛에 사용되는 광원에는 냉음극 형광 램프, 외부 전극 형광 램프, 면 광원, 그리고 통상적으로 엘이디라 불리는 발광다이오드 램프 등이 있다. 이 중에서 특히 엘이디는 고수명, 저전력 소모, 그리고 친환경적이며 박형화가 가능하다는 장점으로 인해 그 사용이 점차 증가되고 있는 추세이다.
하지만, 엘이디를 이용한 디스플레이는 작동 과정에서 다량의 열이 발생하는문제가 있는데, 디스플레이가 과열되면 작동 오류가 발생할 수 있을 뿐 아니라, 디스플레이 장치 자체가 손상될 수 있다. 더욱이, 최근 디스플레이의 박형화 경향에 따라 백라이트 유닛의 두께를 줄이기 위한 방편으로 백라이트 유닛의 엘이디는 도광판의 측면에 밀집되는 구조로 실장되고 있기 때문에, 엘이디의 과열을 방지하기 위한 냉각 장치가 필수적으로 요구된다.
이를 위하여 다양한 냉각 장치가 제안되고 있으며 대한민국 공개특허 제2012-0029133호도 그러한 기술 중의 하나이다. 이 기술은 도 5와 같이 도광판(20) 일 측면에 엘이디 광원부(10)를 장착하되, 도광판 및 엘이디 광원부 외부 모두를 내부에 냉매가 주입되어 있는 히트 파이프 루프(40)로 둘러싸는 구조를 제안하고 있으며, 효율적인 열전도를 감안하여 히트 파이프 루프의 재질을 구리, 알루미늄, 철과 같은 금속 재질로 한정하고 있다.
그런데 금속 재질의 히트 파이프 루프로서 사각 형상의 디스플레이 주위를 둘러싸는 구성인 경우, 그 설치가 용이하지 않음은 별론으로 치더라도 히트 파이프 루프가 금속 재질로 이루어지는 특징상 엘이디 광원부와의 밀착도가 상당히 떨어질 수밖에 없는데 이는 냉각 효율이 상당히 떨어뜨리는 요인으로 작용한다. 더욱이, 히트 파이프가 폐 루프를 그리며 디스플레이 및 엘이디 광원부를 동시에 둘러싸는 구조로 이루어지는 경우, 당초 제안 목적과 달리 히트 파이트 루프 내부에 주입된 냉매의 열 순환 과정이 매끄럽지 못한 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제1047628호, 대한민국 공개특허 제2012-0029133호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 간단한 구조로 이루어지면서도 방열 효과가 뛰어난 엘이디 백라이트 유닛의 냉각장치를 제공함에 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일 측 단부가 도광판의 후면 일 측 지점까지 연장 형성되는 전도판부와, 복수 개의 엘이디 소자가 일정 간격 이격되어 구비되는 발광 스트립이 장착될 수 있도록 도광판의 일 측면과 대향하며 상기 전도판부의 타 측 단부에 길이 방향으로 형성되는 절곡부가 구비되는 금속 재질의 열 전도판과; 일 측 단부는 상기 절곡부에 장착되는 발광 스트립의 일 면과 접하며 타 측 단부 부위는 상기 전도판부 일 측 단부 외부로 돌출된 상태로 상기 열 전도판에 일정 간격 이격되어 복수 개가 장착되되, 하부에서 상부로 갈수록 상호 간의 이격 간격이 좁혀지며, 각각의 내부에는 일정 양의 냉매가 충전된 복수 개의 모세관이 길이 방향으로 형성되는 금속 재질의 평판 방열 장치를; 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
상기 열 전도판의 전도판부에는, 상기 복수 개의 평판 방열 장치 각각이 삽입될 수 있도록 복수 개의 절개부가 구비될 수 있다.
상기 전도판부의 상부 일 측은 전면으로 일정 높이 돌출되어 상기 전도판부에 장착되는 각 평판 방열 장치의 전면부와 수평한 상태를 이루며, 상기 개구부의 양 측면 부위는 상기 평판 방열 장치의 양측 단부와 접하는 것이 바람직하다.
상기 개구부의 양 측면에는 상기 평판 방열 장치(20)의 장착을 위한 가이드 홈이 형성될 수 있다.
본 발명은 엘이디 소자로부터 발생하는 열을 제거함에 있어 급속한 확산 현상을 이용하는 평판 형상의 열 전도판과, 내부에 충전된 냉매의 반복적인 상 변화 현상을 이용하는 평판 방열 장치를 동시에 이용하는 방식을 제안함으로써, 복잡한 장치를 구성하지 않더라도 짧은 시간에 다량의 열을 효과적으로 제거할 수 있도록 해준다.
도 1a는 본 발명에 따른 개략적인 엘이디 백라이트 유닛의 냉각장치를 보여주는 일 구성도.
도 1b는 도 1a에 개시된 엘이디 백라이트 유닛의 냉각장치 측면 구성도.
도 2a는 본 발명에 따른 개략적인 엘이디 백라이트 유닛의 냉각장치를 보여주는 다른 구성도.
도 2b는 도 2a에 개시된 엘이디 백라이트 유닛의 냉각장치 측면 구성도.
도 3은 도 2a의 A-A′단면 구성도.
도 4a는 열 전도판 만을 사용하는 경우의 디스플레이 온도 분포도.
도 4b는 열 전도판 및 평판 방열 장치를 함께 사용하는 경우의 디스플레이 온도 분포도.
도 5는 종래 엘이디 백라이트 유닛의 냉각장치를 보여주는 구성도.
본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴본다. 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 본 발명의 기술적 특징과 직접적인 관련성이 없거나, 또는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 자명한 사항에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1a는 본 발명에 따른 개략적인 엘이디 백라이트 유닛의 냉각장치를 보여주는 일 구성도이며, 도 1b는 도 1a에 개시된 엘이디 백라이트 유닛의 냉각장치 측면 구성도이다. 개시된 것과 같이, 본 발명은 열 전도판(10)과 상기 열 전도판(10)에 장착되는 복수 개의 평판 방열 장치(20)로 이루어지는 특징이 있다.
상기 열 전도판(10)은 후술할 엘이디 소자(32)로부터 방출되는 열을 1차 방열하는 부분으로서 전도판부(12)와 상기 전도판부(12)와 일체형으로 이루어지는 절곡부(16)로 구성된다. 열 전도판은 열 전도성이 좋은 구리, 알루미늄, 철 등과 같은 금속 소재 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 전도판부(12)는 일 측 단부가 도광판(1)의 후면 일 측 지점까지 연장 형성되는 평판 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 절곡부(16)는 전도판부의 타 측 단부에 길이 방향으로 구비되며, 도광판(1)의 일 측면과 대향하도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 절곡부(16)에는 발광 스트립(30)이 장착된다. 상기 발광 스트립(30)은 기판(36)과, 상기 기판(36)에 일정 간격 이격되어 장착되는 복수 개의 엘이디 소자(32)로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 평판 방열 장치(20)는 엘이디 소자(32)로부터 방출되는 열을 2차로 방열하는 부분으로서, 상기 열 전도판(10)에 일정 간격 이격되어 복수 개가 장착되며, 전체적으로 두께가 얇은 평판 형상으로 이루어지는 것이 바람직하며 그 내부에는 복수 개의 모세관(24)이 구비된다. 상기 각 모세관(24)에는 일정 양의 냉매가 충전되며, 모세관에서 냉매가 충전된 부분 이외는 진공 상태를 유지하며 밀봉되는 것이 바람직하다. 상기 냉매는 액체 ↔ 기체로의 상 변화 과정을 통해 열 순환을 할 수 있는 유체이면 족하다.
상기 모세관 내부는 개시된 것과 달리 그루브 형상으로 이루어질 수도 있다. 모세관 내부가 그루브 형상으로 이루어지는 경우에는 모세관 현상을 부가적으로 이용할 수 있게 된다. 이러한 구조의 일례는 대한민국 등록실용신안 제0411135호에 개시되어 있다.
상기 각 평판 방열 장치(20)의 일 측 단부(22)는 열 전도판(10)의 절곡부(16)에 장착되는 발광 스트립(30)의 일 면과 접하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 발광 스트립(30)의 기판(36) 일 면과 접하는 것이다. 평판 방열 장치(20)의 타 측 단부(26) 부위는 열 전도판(10)의 일 측 단부(13) 외부로 돌출된 상태로 열 전도판(10)에 장착되는 것이 바람직하다. 열 전도판과 유사하게 평판 방열 장치 역시 열 전도성이 좋은 구리, 알루미늄, 철 등과 같은 금속 소재 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 평판 방열 장치(20)의 장착은 핀, 볼트 등과 같이 관련 기술분야에서 널리 알려져 있는 다양한 체결 수단 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명은 열 전도판(10)에 복수 개의 판형 냉각 장치(20)를 장착함에 있어, 상호 간의 이격 간격을 달리하는 방법을 제안한다. 즉, 도 1a에 개시된 S1〉S2 구성과 같이, 하부(bottom/액정형 디스플레이의 하부 지점)에서 상부(top/액정형 디스플레이의 상부 지점)로 갈수록 판형 냉각 장치의 이격 간격을 좁혀 열 전도판에 장착하는 방법이 바로 그것이다. 이는 통상적인 열의 대류 특성을 감안한 것으로서, 엘이디 소자로부터 발생하는 열은 상대적으로 상부로 집중됨을 감안하면 방열 수단인 판형 냉각 장치가 하부보다는 상부에 많이 위치하는 것이 열 제거 효율 면에서 유리하기 때문이다.
상기와 같은 구성으로 이루어지는 냉각장치의 작동을 간단하게 살펴본다. 제어 신호가 입력되면 백라이트 유닛이 작동하게 되며, 이에 따라 발광 스트립(30)의 각 엘이디 소자(32)로부터 다량의 열이 발생한다. 발생한 열 중에서, 기판(36)을 거쳐 열 전도판의 절곡부(16)로 전달되는 열은, 절곡부와 일체형으로 이루어지는 평판 형상의 전도판부(12)를 통해 급속하게 확산된다. 전도판부(12)로 확산되는 열은 외부 공기와의 열 교환 과정을 통해 제거된다.
한편, 엘이디 소자(32)로부터 발생하는 열은 기판(36)을 거쳐, 상기 기판(36)과 단부가 접하고 있는 판형 냉각 장치(20)로 전달된다. 기판으로부터 전달되는 열로 인해 모세관(24) 내부에 충전되어 있는 냉매의 일부는 기체로 상 변화한다. 기체로 상 변화된 냉매는 모세관 상부로 이동하게 되고, 모세관 상부로 이동한 기체 상태의 냉매는 외부 공기와 열 교환 과정을 통해 액체로 상 변화하면서 열이 제거되며, 냉매는 모세관 하부로 이동하면서 다음 열 순환 과정을 거치게 된다.
이처럼, 본 발명은 복수 개의 엘이디 소자에서 다량의 열이 발생하는 경우, 금속 재질의 열 전도판을 통해 급속하게 확산시켜 짧은 시간에 열을 제거할 수 있으며, 이와 동시에 평판 방열 장치의 냉매를 통하여 열을 제거할 수 있다는 점에서 매우 효율적인 냉각장치를 제공해주는 이점이 기대된다.
도 4a 및 도 4b 각각은 종래 열 전도판 만을 사용하는 경우의 디스플레이 온도 분포도와, 본 발명에 따라 열 전도판 및 평판 방열 장치를 함께 사용하는 경우의 디스플레이 온도 분포도이다.
수직 높이를 달리하여 측정한 값을 살펴보면, 종래 디스플레이의 경우 온도 분포는 52.164, 52.937, 52,494, 51.184(단위 ℃)이며, 본 발명의 경우 온도 분포는 45.863, 46.075, 46.382, 46,495(단위 ℃)임을 알 수 있다. 즉, 종래 열 전도판 만을 사용하는 경우에 비해 본 발명과 같이 열 전도판과 판형 방열 장치를 함께 사용하는 경우에 상당한 방열 효과를 기대할 수 있음을 알 수 있다. 더욱이, 각 도면에서 보여주는 수평 온도 분포에 의하면, 종래 기술에 비해 본 발명을 이용하는 경우 엘이디 소자(각 도면 좌측에 위치)로부터 열을 매우 효율적으로 제거할 수 있음을 보여주고 있다. 각각은 대기 온도 25℃에서 측정되었다.
도면에 구체적으로 개시되지는 않았지만, 도광판(1)의 후면에는 빛의 산란 및 반사를 위한 소정의 반사 패턴이 형성될 수 있으며, 나아가 빛의 누출을 방지하기 위한 반사판이 추가로 설치될 수도 있다. 또한, 도광판(1)의 전면에는 도광판으로부터 출시되는 빛의 균일성을 높이기 위한 수단으로서 확산판이 설치될 수도 있다. 상기 반사판 및 확산판 각각은 본 발명이 속한 관련 기술 분야에서 널리 알려진 사항인바 이에 대한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명은 평판 방열 장치를 열 전도판에 장착함에 있어, 열 전도판에 별도의 개구부를 형성하고, 상기 개구부에 열 전도판을 장착하는 구성을 배제하지 않는다. 도 2a 및 도 2b 각각에는 이러한 냉각장치의 구성을 보여주는 일 예가 개시되어 있다.
구체적으로 살펴보면, 열 전도판(10)의 전도판부(12)에 복수 개의 절개부(15)가 형성하고, 상기 절개부(15) 각각에 복수 개의 평판 방열 장치(20)를 삽입, 장착하는 구성이다. 이 실시예는 평판 방열 장치(20)의 대부분이 열 전도판의 전도판부(12)와 접하지 않고 외부로 노출된다는 점에 그 특징이 있는데, 그 제안 이유는 아래와 같다.
엘이디 소자(32)로부터 발생하는 열이 전도판부(12)를 통해 전도 확산됨에 있어, 가장 고온인 부위는 엘이디 소자(32)와 인접한 지점이다. 그런데, 금속 재질의 열 전도판을 통해 열을 확산시켜 제거하는 것보다, 냉매를 이용하여 열을 제거하는 것이 훨씬 효율적이다. 이 실시예는 이러한 점을 감안해서, 평판 방열 장치(30)의 일 측 단부(22)는 전술한 실시예와 유사하게 가장 고온인 발광 스트립(30)의 일 면과 접하게 하여 열을 용이하게 흡수하되, 그 방열은 전도판부(12)가 아닌 외부 공기와의 직접 접촉을 통해 수행하는 방식을 이용하는 것이다.
이러한 구성으로 이루어질 경우 도면에 개시된 것과 같이, 전도판부(12)의 상부 일 측 부위(14)는 전면으로 일정 높이 △h 만큼 돌출되도록 형성하는 것이 더욱 바람직할 수 있다. 왜냐하면, 본 발명에 따른 평판 방열 장치(20)가 비록 박형으로 이루어진다 할지라도 내부에 모세관이 구비됨을 감안하면 일정 두께를 가질 수밖에 없다. 따라서, 전도판부(12)의 상부 일 측 부위를 전면으로 일정 높이만큼 돌출시켜, 절개부(15)에 삽입 장착되는 방열 장치의 전면부와 수평하게 유지하면서 접하게 되면, 열은 평판 방열 장치의 일 측 단부(22) 만을 통해 평판 방열 장치로 전달되는 것이 아니고 전도판부의 절개부(15) 양 측면 부위를 통해서도 평판 방열 장치로 전달되기 때문이다.
즉, 엘이디 소자로부터 발생하는 열은 엘이디 소자와 인접한 부위에 접하고 있는 일 측 부위(22)를 통해 1차적으로 평판 방열 장치로 전달되며, 이와는 별개로 전도판부(12)를 거쳐 확산되어 온 열이 절개부(15) 양 측면 부위를 통해 2차로 평판 방열 장치로 전달되는 구성이다. 이 실시예는 열 전도판에 비하여 열 제거 효율이 상대적으로 높은 평판 방열 장치를 이중으로 이용할 수 있다는 점에서 보다 높은 열 제거 효율을 기대할 수 있다.
본 발명은 각 평판 방열 장치(20)가 절개부(15)에 삽입됨에 있어, 절개부(15) 각 양 측면에 형성되는 가이드 홈(17)을 통해 삽입되는 방식을 제안한다. 즉, 도 2a의 A-A′단면 구성을 보여주는 도 3에서 알 수 있듯이, 평판 방열 장치(20)의 양 측면 부위가 가이드 홈(17)을 통해 가이드 되는 구성이다. 이를 통해 전도판부(12)의 열이 더욱 용이하게 평판 방열 장치(20)로 전달될 수 있음은 물론이며, 평판 방열 장치(20)과 열 전도판(10) 상호 간의 결합을 더욱 긴밀하게 유지할 수 있게 된다. 이 실시예에서 상술하지 않은 구성들은 전술한 실시예에서 설명한 구성이 그대로 적용되거나 또는 일부 변경되어 적용될 수 있음은 자명하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들에 한정하여 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐이며, 본 발명은 이에 한정되지 않고 여러 다양한 방법으로 변경되어 실시될 수 있으며, 나아가 개시된 기술적 사상에 기초하여 별도의 기술적 특징이 부가되어 실시될 수 있음은 자명하다 할 것이다.
1 : 도광판 10 : 열 전도판
12 : 전도판부 15 : 절개부
16 : 절곡부 17 : 가이드 홈
20 : 평판 방열 장치 24 : 모세관
30 : 발광 스트립 32 : 엘이디 소자
36 : 기판

Claims (4)

  1. 일 측 단부가 도광판(1)의 후면 일 측 지점까지 연장 형성되는 전도판부(12)와, 복수 개의 엘이디 소자(32)가 일정 간격 이격되어 구비되는 발광 스트립(30)이 장착될 수 있도록 도광판(1)의 일 측면과 대향하며 상기 전도판부(12)의 타 측 단부에 길이 방향으로 형성되는 절곡부(16)가 구비되는 금속 재질의 열 전도판(10)과;
    일 측 단부는 상기 절곡부(16)에 장착되는 발광 스트립(30)의 일 면과 접하며 타 측 단부 부위는 상기 전도판부(12) 일 측 단부 외부로 돌출된 상태로 상기 열 전도판(10)에 일정 간격 이격되어 복수 개가 장착되되, 하부에서 상부로 갈수록 상호 간의 이격 간격이 좁혀지며, 각각의 내부에는 일정 양의 냉매가 충전된 복수 개의 모세관(24)이 길이 방향으로 형성되는 금속 재질의 평판 방열 장치(20)를;
    을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 엘이디 백라이트 유닛의 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열 전도판(10)의 전도판부(12)에는, 상기 복수 개의 평판 방열 장치(20) 각각이 삽입될 수 있도록 복수 개의 절개부(15)가 구비되는 것을 특징으로 하는 엘이디 백라이트 유닛의 냉각장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전도판부(12)의 상부 일 측은 전면으로 일정 높이 돌출되어 상기 전도판부(12)에 장착되는 각 평판 방열 장치(20)의 전면부와 수평한 상태를 이루며, 상기 절개부(15)의 양 측면 부위는 상기 평판 방열 장치(20)의 양측 단부와 접하는 것을 특징으로 하는 엘이디 백라이트 유닛의 냉각장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 절개부(15)의 양 측면에는 상기 평판 방열 장치(20)의 장착을 위한 가이드 홈(17)이 형성되는 것을 특징으로 하는 엘이디 백라이트 유닛의 냉각장치.
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