KR20170002039A - 방열 필름 및 그를 이용한 이동 단말기 - Google Patents

방열 필름 및 그를 이용한 이동 단말기 Download PDF

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KR20170002039A
KR20170002039A KR1020150091912A KR20150091912A KR20170002039A KR 20170002039 A KR20170002039 A KR 20170002039A KR 1020150091912 A KR1020150091912 A KR 1020150091912A KR 20150091912 A KR20150091912 A KR 20150091912A KR 20170002039 A KR20170002039 A KR 20170002039A
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김동현
서종환
박경의
안원기
권준혁
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엘지전자 주식회사
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Abstract

방열 성능을 향상시킬 수 있는 방열 필름 및 그를 이용한 이동 단말기에 관한 것으로, 제 1 고분자막과, 제 1 고분자막으로부터 일정 간격으로 공간을 두고 배치되는 제 2 고분자막과, 제 1 고분자막과 제 2 고분자막 사이의 공간에 배치되는 열흡수층을 포함하고, 열흡수층은, 열을 흡수하는 다수 개의 그레인(grain)들을 포함하며, 각각의 그레인은, 소정 크기의 내부 공간을 가지는 쉘(shell)과, 쉘의 내부 공간 내에 밀봉되어, 소정 온도에서 고상에서 액상으로 상전이하는 상전이 물질(phase change material)을 포함하는 방열 필름을 제공한다.

Description

방열 필름 및 그를 이용한 이동 단말기{heat emission film and mobile terminal using the same}
본 발명은 방열 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방열 성능을 향상시킬 수 있는 방열 필름 및 그를 이용한 이동 단말기에 관한 것이다.
단말기는, 이동 가능 여부에 따라, 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)로 나뉠 수 있다.
그리고, 이동 단말기는, 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라, 휴대(형) 단말기(handheld terminal) 및 거치형 단말기(vehicle mount terminal)로 나뉠 수 있다.
이와 같은, 단말기(terminal)는 기능이 다양화됨에 따라, 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로 구현되고 있다.
이러한 단말기의 기능 지지 및 증대를 위해, 단말기의 구조적인 부분 및/또는 소프트웨어적인 부분을 개량하는 것이 고려될 수 있다.
최근, 단말기의 기능이 다양해 짐에 따라, 단말기의 장시간 사용으로 인한 단말기의 열 방출 문제가 대두되고 있다.
따라서, 단말기는, 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 방출시키지 못할 경우, 단말기 내부의 회로에 악영향을 미쳐, 단말기의 수명이 짧아지는 문제들이 발생할 수 있다.
또한, 단말기를 장시간 사용하는 사용자들에게는, 얼굴이나 손 등과 같이 사용자의 신체에 단말기가 접촉할 경우, 고온의 열이 전달되므로, 단말기의 사용을 어렵게 하고, 신체에 손상을 입힐 수 있는 문제들이 나타날 수 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은, 고분자막 사이에 상전이 물질을 갖는 열흡수층을 배치하여, 방열 성능을 향상시킬 수 있는 방열 필름 및 그를 이용한 이동 단말기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 제 1 고분자막과, 제 1 고분자막으로부터 일정 간격으로 공간을 두고 배치되는 제 2 고분자막과, 제 1 고분자막과 제 2 고분자막 사이의 공간에 배치되는 열흡수층을 포함하고, 열흡수층은, 열을 흡수하는 다수 개의 그레인(grain)들을 포함하며, 각각의 그레인은, 소정 크기의 내부 공간을 가지는 쉘(shell)과, 쉘의 내부 공간 내에 밀봉되어, 소정 온도에서 고상에서 액상으로 상전이하는 상전이 물질(phase change material)을 포함하는 방열 필름을 제공한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 디스플레이부와, 디스플레이부를 구동하기 위한 회로부와, 디스플레이부와 회로부 사이에 배치되는 프레임과, 프레임 위에 배치되어 회로부로부터 생성되는 열을 흡수하는 방열 필름을 포함하고, 방열 필름은, 제 1 고분자막과, 제 1 고분자막으로부터 일정 간격으로 공간을 두고 배치되는 제 2 고분자막과, 제 1 고분자막과 제 2 고분자막 사이의 공간에 배치되고 상전이 물질을 갖는 다수 개의 그레인들이 분포하는 열흡수층을 포함하는 방열 필름을 이용한 이동 단말기를 제공한다.
본 발명에 따른 방열 필름 및 그를 이용한 이동 단말기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 고분자막 사이에 상전이 물질을 갖는 열흡수층을 배치함으로써, 방열 필름의 방열 성능이 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 방열 필름 위에 열 확산 시트를 접착시킴으로써, 열 방출의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 이동 단말기 내부에 방열 필름을 간편하게 접착시킬 수 있으므로, 회로 영역과 배터리 영역에서 발생하는 열을 효율적으로 흡수 및 방출할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명 제 1 실시예에 따른 방열 필름을 보여주는 구조 단면도이다.
도 2는 본 발명 제 2 실시예에 따른 방열 필름을 보여주는 구조 단면도이다.
도 3은 본 발명 제 3 실시예에 따른 방열 필름을 보여주는 구조 단면도이다.
도 4는 본 발명 제 4 실시예에 따른 방열 필름을 보여주는 구조 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 열흡수층의 그레인 구조를 보여주는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 상전이 물질의 상전이 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 요철 패턴을 갖는 방열 필름을 보여주는 구조 단면도이다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명에 따른 방열 필름의 제조 공정을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 방열 필름에 포함되는 상전이 물질의 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 방열 필름에 포함되는 고분자막의 열적 안정성을 보여주는 그래프이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 방열 필름의 방열 성능을 테스트하기 위한 실험 장치이다.
도 13a 내지 도 13c는 도 12a의 실험 결과에 따른 방열 필름의 방열 성능을 보여주는 그래프이다.
도 14는 고분자막의 재질에 따른 방열 필름의 방열 성능을 보여주는 그래프이다.
도 15 및 도 16은 상전이 물질을 갖는 그레인의 함량에 따른 방열 필름의 방열 성능을 보여주는 그래프이다.
도 17은 본 발명에 따른 방열 필름이 적용되는 이동 단말기를 보여주는 분해도이다.
도 18a 및 도 18b는 이동 단말기의 회로부에 부착되는 방열 필름을 보여주는 단면도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함을 고려하여 부여되는 것으로서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
나아가, 이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.
한편, 본 명세서 또는/및 도면에 기술된 내용은, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예로서 그에 한정되지 않으며, 그 권리범위는 특허청구범위를 통해 결정되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하면 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면, 다음과 같다.
도 1은 본 발명 제 1 실시예에 따른 방열 필름을 보여주는 구조 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 방열 필름은, 제 1 고분자막(110), 제 2 고분자막(120), 그리고 열흡수층(130)을 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 고분자막(110)과 제 2 고분자막(120)은, 서로 일정 간격으로 공간을 두고 배치될 수 있고, 열흡수층(130)은, 제 1 고분자막(110)과 제 2 고분자막(120) 사이의 공간에 배치될 수 있다.
이때, 제 1, 제 2 고분자막(110, 120)은, 폴리프로필렌(PP), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중, 어느 하나로 이루어질 수 있다.
경우에 따라, 제 1, 제 2 고분자막(110, 120)은, 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC) 중, 어느 하나로 이루어질 수도 있다.
또한, 제 1, 제 2 고분자막(110, 120)은, 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
경우에 따라, 제 1, 제 2 고분자막(110, 120)은, 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
일 예로, 제 1, 제 2 고분자막(110, 120) 중, 열원에 인접하여 위치한 고분자막은, 폴리프로필렌(PP) 및 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중 어느 하나로 이루어질 수 있고, 제 1, 제 2 고분자막(110, 120) 중, 열원으로부터 멀리 위치한 고분자막은, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 이루어질 수 있다.
즉, 제 2 고분자막(120)은, 열원에 인접하여 배치되고, 제 1 고분자막(110)은, 열원으로부터 멀리 떨어져 배치될 경우, 제 2 고분자막(120)은, 폴리프로필렌(PP) 및 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중 어느 하나로 형성하고, 제 1 고분자막(110)은, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 형성할 수 있다.
그 이유는, 폴리프로필렌(PP) 및 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 물질이 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 물질보다 열흡수율이 더 우수하기 때문이다.
따라서, 열흡수율이 높은 물질로 이루어진 고분자막을 열원에 인접한 곳에 배치하고, 열흡수율이 낮은 물질로 이루어진 고분자막을 열원으로부터 먼 곳에 배치할 경우, 방열 성능이 더 효과적일 수 있다.
한편, 열흡수층(130)은, 열을 흡수하는 다수 개의 그레인(grain)(132)들과, 그레인(132)들 사이에 형성되는 에어 갭(air gap)(133)을 포함할 수 있다.
여기서, 각각의 그레인(132)은, 소정 크기의 내부 공간을 가지는 쉘(shell)과, 쉘의 내부 공간 내에 밀봉되어, 소정 온도에서 고상에서 액상으로 상전이하는 상전이 물질(phase change material)을 포함할 수 있다.
일 예로, 열흡수층(130)의 각 그레인(132)은, 약 10wt% - 15wt%의 쉘과, 약 85wt% - 90wt%의 상전이 물질로 이루어질 수 있다.
그 이유는, 상전이 물질의 양이 증가할수록, 열흡수율이 향상되기 때문이다.
따라서, 하나의 그레인(132)을 형성할 때, 상전이 물질을 커버하는 쉘보다 상전이 물질의 양을 최대한 늘리도록 형성함으로써, 방열 성능이 우수한 방열 필름을 제작할 수 있다.
그리고, 열흡수층(130)의 각 그레인(132)의 직경은, 약 5um - 30um일 수 있다.
그 이유는, 그레인(132)의 직경이 너무 크면, 열흡수층(130) 내에 분포되는 그레인(132)의 수가 적어지고, 그레인(132)들 사이의 빈 공간이 넓어져서, 방열 성능이 낮아지고, 그레인(132)의 직경이 너무 작으면, 제작이 어려워 제작 단가가 증가하고, 열흡수층(130) 내에 분포되는 상전이 물질의 양이 적어져서, 방열 성능이 낮아질 수 있기 때문이다.
또한, 열흡수층(130)은, 다수의 그레인(132)들이 균일하게 분포될 수 있다.
그 이유는, 열흡수층(130)의 전면에서 균일하게 열을 흡수할 수 있기 때문이다.
경우에 따라, 열흡수층(130)은, 다수의 그레인(132)들이 불균일하게 분포될 수도 있다.
일 예로, 열흡수층(130)은, 열원이 인접한 영역에, 다수의 그레인들이 고밀도로 분포되고, 열원으로부터 먼 영역에, 다수의 그레인들이 저밀도로 분포될 수 있다.
그 이유는, 열원이 인접한 영역에서, 열원으로부터 먼 영역보다 더 많은 열이 유입되므로, 유입되는 열을 빨리 흡수함으로써, 방열 효과를 높일 수 있기 때문이다.
또한, 열 흡수층(130)의 두께 t3는, 제 1, 제 2 고분자막(110, 120)의 두께 t1, t2보다 더 두꺼울 수 있다.
일 예로, 열 흡수층(130)의 두께 t3는, 약 50um - 200um일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
그 이유는, 열 흡수층(130)의 두께 t3가 너무 두꺼우면, 방열 필름의 전체 두께가 두꺼워져, 방열 필름을 이동 단말기 등에 적용하기 어려울 수 있고, 열 흡수층(130)의 두께 t3가 너무 얇으면, 방열 효율이 저하되기 때문이다.
도 2는 본 발명 제 2 실시예에 따른 방열 필름을 보여주는 구조 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 방열 필름은, 제 1 고분자막(110), 제 2 고분자막(120), 그리고 열흡수층(130)을 포함할 수 있는데, 전체적인 구조는, 열흡수층(130)을 제외한 본 발명 제 1 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
본 발명 제 2 실시예에 따른 방열 필름의 열흡수층(130)은, 열을 흡수하는 다수 개의 그레인(grain)(132)들과, 그레인(132)들 사이의 공간 내에 파라핀 계열의 바인더(binder)(135)가 채워질 수 있다.
열흡수층(130) 내에 파라핀 계열의 바인더(135)를 채우는 이유는, 바인더(135)가 그레인(132)들을 안정적으로 고정시켜 균일하게 분포되도록 하기 위함이다.
또한, 파라핀 계열의 바인더(135)도, 열을 흡수하는 역할도 수행하므로, 방열 필름의 방열 효율을 높일 수 있다.
그리고, 바인더(135)는, 열흡수층(130) 내에서, 그레인(132)들의 분포도를 제어할 수 있다.
즉, 바인더(135)가 그레인(132)들을 고정시킬 수 있으므로, 그레인(132)의 분포를 균일하게 제어할 수도 있고, 그레인(132)의 분포를 불균일하게 제어할 수도 있다.
일 예로, 바인더(135)는, 열원이 인접한 영역에, 다수의 그레인(132)들이 고밀도로 분포되도록, 그레인(132)들을 제어할 수 있고, 열원으로부터 먼 영역에, 다수의 그레인들이 저밀도로 분포되도록, 그레인(132)들을 제어할 수도 있다.
도 3은 본 발명 제 3 실시예에 따른 방열 필름을 보여주는 구조 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 방열 필름은, 제 1 고분자막(110), 제 2 고분자막(120), 열흡수층(130), 그리고 열 확산 시트(140)을 포함할 수 있다.
본 발명 제 3 실시예에 따른 방열 필름은, 열 확산 시트(140)을 제외한 전체적인 구조가, 본 발명 제 2 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
여기서, 열 확산 시트(140)는, 제 1 고분자막(110) 또는 제 2 고분자막(120) 위에 배치될 수 있다.
일 예로, 열 확산 시트(140)는, 제 1, 제 2 고분자막(110, 120) 중, 열원으로부터 먼 영역에 위치하는 고분자막 위에 배치될 수 있다.
그 이유는, 열 확산 시트(140)가 열흡수층(130) 내에 흡수된 열을 외부로 방출하는 역할을 수행하기 때문이다.
일 예로, 열 확산 시트(140)는, 흑연 시트 및 금속 시트 중, 어느 하나일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.
여기서, 금속 시트는, 금, 은, 구리 및 철 등으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.
경우에 따라, 열 확산 시트(140)는, 열전도율이 높은 물질을 사용할 수도 있다.
또한, 열 확산 시트(140)의 두께 t4는, 제 1, 제 2 고분자막(110, 120)의 두께 t1, t2보다 더 두꺼울 수 있다.
그리고, 열 확산 시트(140)의 두께 t4는, 열흡수층(130)의 두께 t3보다 더 얇을 수 있다.
그 이유는, 열 확산 시트(140)의 두께 t4가, 열흡수층(130)의 두께 t3보다 더 두꺼우면, 방열 필름의 전체 두께가 두꺼워져, 방열 필름을 이동 단말기 등에 적용하기 어려울 수 있고, 열 확산 시트(140)의 두께 t4가, 제 1, 제 2 고분자막(110, 120)의 두께 t1, t2보다 더 얇으면, 열 방출 효율이 저하되기 때문이다.
경우에 따라, 열 확산 시트(140)의 외면에는, 요철 패턴이 형성될 수도 있다.
여기서, 요철 패턴은, 열 확산 시트(140)의 전체 영역에 균일하게 형성될 수도 있고, 일부 영역에만 형성될 수도 있다.
일 예로, 요철 패턴은, 열 확산 시트(140)의 전체 영역 중, 열원에 인접하는 일부 영역에만 형성될 수 있다.
그 이유는, 열원에 인접한 영역에서, 다른 영역에 비해 많은 열이 유입되므로, 열원에 인접한 영역에 요철 패턴을 형성하면, 요철 패턴이 형성된 영역의 단위 면적이 다른 영역에 비해 더 넓기 때문에, 신속하게 열을 외부로 방출시킬 수 있으므로, 방열 효율이 향상될 수 있다.
그리고, 본 발명 제 3 실시예에 따른 방열 필름의 열흡수층(130)은, 열을 흡수하는 다수 개의 그레인(grain)(132)들과, 그레인(132)들 사이의 공간 내에 파라핀 계열의 바인더(binder)(135)가 채워질 수 있다.
경우에 따라, 본 발명 제 3 실시예에 따른 방열 필름의 열흡수층(130)은, 열을 흡수하는 다수 개의 그레인(grain)(132)들과, 그레인(132)들 사이에 에어 갭(air gap)이 형성될 수도 있다.
도 4는 본 발명 제 4 실시예에 따른 방열 필름을 보여주는 구조 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 방열 필름은, 열흡수층(130)을 포함할 수 있는데, 열흡수층(130)은, 열을 흡수하는 다수 개의 그레인(grain)(132)들과, 다수 개의 그레인(132)들이 함침된 점착제(137)로 이루어질 수 있다.
여기서, 점착제(137)는, 우레탄 점착제 및 아크릴 점착제 중, 어느 하나일 수 있다.
일 예로, 방열 필름은, 열흡수층(130)으로만 이루어져, 이동 단말기 등과 같은 소정의 기기의 열원 주변의 프레임에 부착될 수 있다.
여기서, 다수 개의 그레인(132)들은, 점착제(137)에 의해, 프레임에 고정되어 부착될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 열흡수층의 그레인 구조를 보여주는 도면이다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 열흡수층의 그레인(132)은, 쉘(shell)(132a)과 상전이 물질(phase change material)(132b)로 이루어질 수 있다.
여기서, 쉘(132a)은, 소정 크기의 내부 공간을 가지는 구형으로서, 다양한 외부 형상을 가질 수 있다.
쉘(132a)의 재질은, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리아마이드, 멜라민 수지, 요소 수지 및 젤라틴 셀룰로오스 등으로부터 선택된 적어도 어느 하나의 고분자 재료로 이루어질 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
경우에 따라, 쉘(132a)의 재질로서, 금, 은, 구리 및 철 등과 같은 금속 입자들이 포함될 수도 있다.
그리고, 상전이 물질(132b)는, 쉘(132a)의 내부 공간 내에 밀봉되어, 소정 온도에서 고상에서 액상으로 상전이하는 물질일 수 있다.
여기서, 상전이 물질(132a)는, 파라핀계 화합물, 테트라데칸, 헥사데칸, 옥타데칸, 에이코산, 라우르산, 폴리글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 캄펜, 헥사데카논, 카프르산 및 카프릴산 등으로부터 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
또한, 그레인(132)은, 약 10wt% - 15wt%의 쉘(132a)과, 약 85wt% - 90wt%의 상전이 물질(132b)로 이루어질 수 있다.
그 이유는, 상전이 물질(132b)의 양이 증가할수록, 열흡수율이 향상되기 때문이다.
따라서, 하나의 그레인(132)을 형성할 때, 상전이 물질(132b)을 커버하는 쉘(132a)보다 상전이 물질(132b)의 양을 최대한 늘리도록 형성함으로써, 방열 성능이 우수한 방열 필름을 제작할 수 있다.
그리고, 그레인(132)의 직경은, 약 5um - 30um일 수 있다.
그 이유는, 그레인(132)의 직경이 너무 크면, 열흡수층 내에 분포되는 그레인(132)의 수가 적어지고, 그레인(132)들 사이의 빈 공간이 넓어져서, 방열 성능이 낮아지고, 그레인(132)의 직경이 너무 작으면, 제작이 어려워 제작 단가가 증가하고, 열흡수층 내에 분포되는 상전이 물질의 양이 적어져서, 방열 성능이 낮아질 수 있기 때문이다.
도 6a 및 도 6b는 상전이 물질의 상전이 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 열흡수층의 그레인(132)은, 쉘(132a)과 상전이 물질(132b)로 이루어질 수 있다.
여기서, 상전이 물질(132b)은, 상전이 온도에서, 고상에서 액상으로 상전이함으로써, 온도를 유지시켜주는 역할을 수행할 수 있다.
즉, 상전이 물질(132b)은, 상전이 온도에서, 고상에서 액상으로 상전이할 때, 열을 흡수하고, 액상에서 고상으로 상전이할 때, 열을 방출함으로써, 온도를 유지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 방열 필름은, 열흡수층 내에 상전이 물질을 갖는 그레인들을 삽입함으로써, 이동 단말기 등과 같이 열이 발생하는 내부 회로 주변의 부착하여, 효과적으로 열을 흡수할 수 있다.
도 7 및 도 8은 요철 패턴을 갖는 방열 필름을 보여주는 구조 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 방열 필름은, 제 1 고분자막(110), 제 2 고분자막(120), 그리고 열흡수층(130)을 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 고분자막(110)과 제 2 고분자막(120)은, 서로 일정 간격으로 공간을 두고 배치될 수 있고, 열흡수층(130)은, 제 1 고분자막(110)과 제 2 고분자막(120) 사이의 공간에 배치될 수 있다.
이때, 제 1, 제 2 고분자막(110, 120)은, 외부 표면 위에 요철 패턴들이 형성될 수 있다.
일 예로, 요철 패턴은, 제 1, 제 2 고분자막(110, 120) 중, 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다.
요철 패턴을 형성하는 이유는, 단면적이 넓어져 열을 더 많이 흡수할 수 있어, 방열 효율이 향상되기 때문이다.
요철 패턴은, 제 1, 제 2 고분자막(110, 120) 중, 열원으로부터 멀리 떨어져 배치되는 고분자막에 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 7과 같이, 열원이 제 2 고분자막(120)의 하부에 위치할 경우, 제 2 고분자막(120)은, 제 1 고분자막(110)에 비해, 열원에 더 가깝게 위치할 수 있다.
여기서, 열원으로부터 멀리 떨어진 제 1 고분자막(110)의 상면에 요철 패턴을 형성할 수 있다.
그 이유는, 열흡수층(130) 내에 흡수된 열을 요철 패턴을 갖는 제 1 고분자막(110)을 통해 외부로 신속하게 방출시킬 수 있기 때문이다.
또한, 요철 패턴은, 제 1, 제 2 고분자막(110, 120) 중, 적어도 어느 한 고분자막의 전면에 균일하게 배치될 수 있다.
경우에 따라, 요철 패턴은, 고분자막의 일부 영역에만 배치될 수도 있다.
여기서, 일부 영역은, 열원에 가깝게 위치하는 영역일 수 있다.
그 이유는, 열원에 인접한 영역이 다른 영역에 비해, 열이 더 많이 잔류되기 때문에, 열원이 인접한 영역에 요철 패턴을 형성하면, 많이 잔류된 열을 신속히 외부로 방출시킬 수 있기 때문이다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 방열 필름은, 제 1 고분자막(110), 제 2 고분자막(120), 열흡수층(130), 그리고 열 확산 시트(140)을 포함할 수 있다.
여기서, 열 확산 시트(140)는, 제 1 고분자막(110) 또는 제 2 고분자막(120) 위에 배치될 수 있다.
일 예로, 열 확산 시트(140)는, 제 1, 제 2 고분자막(110, 120) 중, 열원으로부터 먼 영역에 위치하는 고분자막 위에 배치될 수 있다.
그 이유는, 열 확산 시트(140)가 열흡수층(130) 내에 흡수된 열을 외부로 방출하는 역할을 수행하기 때문이다.
일 예로, 열 확산 시트(140)는, 흑연 시트 및 금속 시트 중, 어느 하나일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.
여기서, 금속 시트는, 금, 은, 구리 및 철 등으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.
경우에 따라, 열 확산 시트(140)는, 열전도율이 높은 물질을 사용할 수도 있다.
그리고, 열 확산 시트(140)의 외면에는, 요철 패턴이 형성될 수 있다.
여기서, 요철 패턴은, 열 확산 시트(140)의 전체 영역에 균일하게 형성될 수도 있고, 일부 영역에만 형성될 수도 있다.
일 예로, 요철 패턴은, 열 확산 시트(140)의 전체 영역 중, 열원에 인접하는 일부 영역에만 형성될 수 있다.
그 이유는, 열원에 인접한 영역에서, 다른 영역에 비해 많은 열이 유입되므로, 열원에 인접한 영역에 요철 패턴을 형성하면, 요철 패턴이 형성된 영역의 단위 면적이 다른 영역에 비해 더 넓기 때문에, 신속하게 열을 외부로 방출시킬 수 있으므로, 방열 효율이 향상될 수 있다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명에 따른 방열 필름의 제조 공정을 보여주는 도면이다.
도 9a는, 압착 롤 제작 방식으로서, 제 1 고분자막(110)과 제 2 고분자막(120)을 서로 일정 간격을 갖도록 배치하고, 제 1 고분자막(110)과 제 2 고분자막(120) 사이에 열흡수층(130)을 배치한 다음, 회전하는 압착 롤(210)을 투과시키면, 열흡수층(130)의 상부와 하부에 각각 제 1 고분자막(110)과 제 2 고분자막(120)이 접착됨으로써, 방열 필름(100)이 제작될 수 있다.
여기서, 열흡수층(130) 내에는, 상전이 물질들을 갖는 다수의 그레인들이 포함될 수 있다.
도 9b는, 프레임 제작 방식으로서, 제 1 고분자막(110)과 제 2 고분자막(120)을 서로 일정 간격을 갖도록 배치하고, 제 1 고분자막(110)과 제 2 고분자막(120) 사이에 중앙 영역에 홀(312)을 갖는 프레임(310)을 배치한다.
그리고, 홀(312)을 갖는 프레임(310)을 마스크로 하여, 상전이 물질을 포함하는 열흡수층을 제 2 고분자막(120) 위에 안착시킨 다음, 열흡수층이 안착된 제 2 고분자막(120)과 제 1 고분자막(110)을 접착시킴으로써, 방열 필름(100)을 제작할 수 있다.
도 9c는, 압착 몰딩 제작 방식으로서, 테프론 테입 몰드(teflon taped mold)(420) 위에 제 2 고분자막(120)을 배치하고, 제 2 고분자막(120) 중앙영역에 상전이 물질을 포함하는 열흡수층을 배치한다.
그리고, 열흡수층이 안착된 제 2 고분자막(120) 상부에 제 1 고분자막(110)을 배치하고, 제 1 고분자막(110) 위에 중앙에 홀을 갖는 몰드(410)를 배치한 다음, 몰드(410)와 함께 몰드(410)의 홀 내에 삽입되는 압착기(420)에 외부 압력을 가하면, 열흡수층이 안착된 제 2 고분자막(120)과 제 1 고분자막(110)이 접착됨으로써, 방열 필름(100)을 제작할 수 있다.
도 9d는, 바인더 접착 제작 방식으로서, 제 1 고분자막(110)과 제 2 고분자막(120)을 서로 일정 간격을 갖도록 배치하고, 제 1 고분자막(110)과 제 2 고분자막(120) 사이에 중앙 영역에 홀을 갖는 접착제(150)을 배치한다.
그리고, 접착제(150)의 홀을 통해, 상전이 물질 및 바인더를 포함하는 열흡수층을 제 2 고분자막(120) 위에 안착시킨 다음, 열흡수층이 안착된 제 2 고분자막(120)과 제 1 고분자막(110)을 접착시킴으로써, 방열 필름(100)을 제작할 수 있다.
도 10은 본 발명의 방열 필름에 포함되는 상전이 물질의 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 방열 필름의 열흡수층에 포함되는 상전이 물질의 직경이 약 17um - 20um이고, 파라핀 계열의 물질이며, 용융열이 약 190 - 200 kJ/kg인 경우, 상전이 물질은, 약 30도 정도의 온도 영역에서 열 흐름이 급격히 변하는 것을 알 수 있다.
이처럼, 상전이 물질은, 외부의 열을 흡수하는 열흡수율이 우수하므로, 상전이 물질을 이용하여 방열 필름을 제작하면, 방열 필름의 방열 성능이 효과적일 수 있다.
따라서, 본 발명의 방열 필름은, 이러한 상전이 물질을 이용하여 제작되므로, 열을 발생하는 이동 단말기 등의 전자 기기에 적용하면 효과적일 수 있다.
도 11은 본 발명의 방열 필름에 포함되는 고분자막의 열적 안정성을 보여주는 그래프이다.
본 발명의 방열 필름에 사용되는 고분자막은, 폴리프로필렌(PP), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC) 등 일 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 이러한 고분자막의 열 분해 온도는, 약 183도에서 약 414도 사이일 수 있다.
일 예로, 폴리프로필렌(PP)의 열 분해 온도는, 약 160도이고, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)의 열 분해 온도는, 약 130도이며, 나일론의 열 분해 온도는, 약 220도 - 265도이며, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 열 분해 온도는, 약 260도이고, 폴리카보네이트(PC)의 열 분해 온도는, 약 225도일 수 있다.
따라서, 본 발명의 방열 필름은, 약 100도 이하의 열이 발생하는 모든 이동 단말기 등과 같은 전자 기기에 적합하게 사용될 수 있음을 알 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 방열 필름의 방열 성능을 테스트하기 위한 실험 장치로서, 도 12a는 측면도이고, 도 12b는 상면도이다.
그리고, 도 13a 내지 도 13c는 도 12a의 실험 결과에 따른 방열 필름의 방열 성능을 보여주는 그래프이다.
도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 방열 필름의 방열 성능을 테스트하기 위한 실험 장치는, 열원(510), 열전도판(520) 및 테스트를 위한 방열 필름(100)을 포함할 수 있다.
먼저, 열원(510)의 온도를 약 52도로 안정화시킨 다음, 약 52도의 열이 전도되는 열전도판(520) 위에 테스트를 위한 방열 필름(100)을 장착할 수 있다.
그리고, 열전도판(520)의 제 1 지점(ch1)과, 방열 필름(100)의 제 2, 제 3, 제 4 지점(ch2, ch3, ch4)에 열 측정선을 연결하여, 각 지점에서의 온도 변화를 모니터링하였다.
도 13a는 상전이 물질을 포함하지 않는 방열 패드의 온도 변화이고, 도 13b는 상전이 물질을 포함하는 방열 패드의 온도 변화이며, 도 13c는 상전이 물질과 열 확산 시트를 포함하는 방열 패드의 온도 변화이다.
도 13a 내지 도 13c에 도시된 바와 같이, 상전이 물질을 포함하지 않는 방열 패드에 비해, 상전이 물질을 포함하는 방열 패드는, 열을 흡수하기 때문에, 온도가 급격히 증가하지 않고, 서서히 증가하는 것을 알 수 있다.
그리고, 상전이 물질을 포함하는 방열 패드는, 열전도판(520)의 제 1 지점(ch1)에서 측정되는 온도에 비해, 더 낮은 온도를 유지함을 알 수 있다.
따라서, 상전이 물질을 포함하는 본 발명의 방열 패드는, 열을 흡수하여 온도를 낮춤과 동시에 서서히 증가시키므로, 방열 성능이 매우 효과적임을 알 수 있다.
도 14는 고분자막의 재질에 따른 방열 필름의 방열 성능을 보여주는 그래프이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방열 필름에 사용되는 고분자막은, 폴리프로필렌(PP), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC) 등 일 수 있는데, 방열 필름은, 고분자막의 재료에 따라, 서로 다른 열 흡수율을 가질 수 있다.
일 예로, 고분자막으로 폴리프로필렌(PP)을 사용한 방열 필름은, 온도 상승이 안정화되기까지 걸리는 지연 시간이 약 0.493이고, 고분자막으로 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)을 사용한 방열 필름은, 온도 상승이 안정화되기까지 걸리는 지연 시간이 약 0.24이다.
그리고, 고분자막으로 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)을 사용하고, 열 확산 시트를 사용한 방열 필름은, 온도 상승이 안정화되기까지 걸리는 지연 시간이 약 0.169이고, 고분자막으로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 사용한 방열 필름은, 온도 상승이 안정화되기까지 걸리는 지연 시간이 약 0.335이며, 바인더를 적용한 방열 필름은, 온도 상승이 안정화되기까지 걸리는 지연 시간이 약 0.13이다.
여기서, 온도 상승이 안정화되기까지 걸리는 지연 시간은, 온도의 변화가 완만하다는 의미로서, 열을 흡수하여 보유하는 시간을 의미할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 방열 패드는, 열을 흡수하여, 일정 시간을 보유함으로써, 온도를 낮춤과 동시에 서서히 온도를 증가시키므로, 방열 성능이 매우 효과적임을 알 수 있다.
도 15 및 도 16은 상전이 물질을 갖는 그레인의 함량에 따른 방열 필름의 방열 성능을 보여주는 그래프이다.
도 15는, 고분자막 사이에 열흡수층이 배치된 구조를 갖는 방열 필름에서, 열흡수층에 포함되는 그레인(PCM)의 함량에 따른 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 열흡수층 없이, 폴리카보네이트(PC)로 이루어진 고분자막만 갖는 방열 필름은, 급격한 온도의 변화가 발생하여, 최대 온도에 빨리 도달하는 반면에, 그레인(PCM) 함량이 약 30wt를 갖는 열흡수층을 포함하는 방열 필름은, 완만한 온도의 변화가 발생하여, 최대 온도에 서서히 도달한다.
또한, 그레인(PCM) 함량이 약 70wt를 갖는 열흡수층을 포함하는 방열 필름은, 그레인(PCM) 함량이 약 30wt를 갖는 방열 필름보다 더 완만한 온도의 변화가 발생하여, 최대 온도에 서서히 도달한다.
따라서, 본 발명의 방열 필름은, 상전이 물질을 갖는 그레인의 함량이 많을수록, 방열 효과가 우수함을 알 수 있다.
도 17은 본 발명에 따른 방열 필름이 적용되는 이동 단말기를 보여주는 분해도이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 이동 단말기는, 디스플레이부(10), 회로부(20), 회로 커버 프레임(도시하지 않음), 전면 케이스(30), 보호 필름(40), 배터리 커버(50), 그리고 방열 필름(100)을 포함할 수 있다.
여기서, 회로부(20)는 디스플레이부(10)를 구동하기 위하여 다양한 기능을 수행하므로, 중앙처리부와 같은 회로 칩에서 많은 열이 생성될 수 있다.
그리고, 디스플레이부(10)와 회로부(20) 사이에는, 회로부(20)를 보호하기 위하여, 회로 커버 프레임이 배치될 수 있다.
이어, 방열 필름(100)은, 회로 커버 프레임 위에 배치되어, 회로부(20)로부터 생성되는 열을 흡수할 수 있다.
여기서, 방열 필름(100)은, 제 1 고분자막, 제 1 고분자막으로부터 일정 간격으로 공간을 두고 배치되는 제 2 고분자막, 그리고, 제 1 고분자막과 제 2 고분자막 사이의 공간에 배치되어, 상전이 물질을 갖는 다수 개의 그레인들이 분포하는 열흡수층을 포함할 수 있다.
이와 같이, 방열 필름(100)은, 상전이 물질을 갖는 필름 형태로 제직되므로, 이동 단말기의 내부에 열이 발생하는 영역의 주변에 간편하게 배치할 수 있다.
또한, 방열 필름(100)은, 이동 단말기의 회로부(20)의 주변에 부착됨으로써, 회로부(20)에서 발생되는 열을 흡수하고 외부로 배출하여, 회로부(20) 내부의 온도를 낮추고, 디스플레이(10)로의 열 전달을 차단할 수 있어, 이동 단말기의 수명 및 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
경우에 따라, 방열 필름(100)은, 이동 단말기의 배터리 주변에도 부착시킬 수 있으므로, 내부의 열을 흡수하여, 온도를 낮춤으로써, 사용자의 신체에 높은 온도의 열을 전달하는 것을 방지할 수 있다.
도 18a 및 도 18b는 이동 단말기의 회로부에 부착되는 방열 필름을 보여주는 단면도이다.
도 18a 및 도 18b에 도시된 바와 같이, 이동 단말기의 회로부는, 회로 기판(22) 위에 장착된 프로세서 칩(24)을 포함할 수 있다.
그리고, 프로세서 칩(24)의 주변에는, 프로세서 칩(24)을 보호하기 위한 쉴드 캔(shield can)(26)이 장착될 수 있으며, 프로세서 칩(24)을 포함한 회로 기판(22)의 상부면을 보호하기 회로 커버 프레임(60)이 배치될 수 있다.
여기서, 방열 필름(100)은, 회로 커버 프레임(60) 위에 부착되어, 프로세서 칩(24)으로부터 발생되는 열을 흡수하여, 이동 단말기 내부의 온도를 낮출 수 있다.
도 18a의 방열 필름(100)은, 고분자막 사이에 상전이 물질을 갖는 열흡수층이 배치된 구조이고, 도 18b의 방열 필름(100)은, 도 18a의 방열 필름(100) 위에 열 확산 시트(140)가 더 추가로 부착된 구조이다.
여기서, 열 확산 시트(140)는, 방열 필름(100) 내에 흡수된 열을 외부로 방출하는 역할을 수행할 수 있다.
일 예로, 열 확산 시트(140)는, 흑연 시트 및 금속 시트 중, 어느 하나일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.
여기서, 금속 시트는, 금, 은, 구리 및 철 등으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.
경우에 따라, 열 확산 시트(140)는, 열전도율이 높은 물질을 사용할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은, 고분자막 사이에 상전이 물질을 갖는 열흡수층을 배치함으로써, 방열 필름의 방열 성능이 높일 수 있다.
또한, 본 발명은, 방열 필름 위에 열 확산 시트를 접착시킴으로써, 열 방출의 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은, 이동 단말기 내부에 방열 필름을 간편하게 접착시킬 수 있으므로, 회로 영역과 배터리 영역에서 발생하는 열을 효율적으로 흡수 및 방출할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
100: 방열 필름
110: 제 1 고분자막
120: 제 2 고분자막
130: 열흡수층
132: 그레인
132a: 쉘
132b: 상전이 물질
140: 열 확산 시트

Claims (12)

  1. 제 1 고분자막;
    상기 제 1 고분자막으로부터 일정 간격으로 공간을 두고 배치되는 제 2 고분자막; 그리고,
    상기 제 1 고분자막과 제 2 고분자막 사이의 공간에 배치되는 열흡수층을 포함하고,
    상기 열흡수층은,
    열을 흡수하는 다수 개의 그레인(grain)들을 포함하며,
    상기 각각의 그레인은,
    소정 크기의 내부 공간을 가지는 쉘(shell)과,
    상기 쉘의 내부 공간 내에 밀봉되어, 소정 온도에서 고상에서 액상으로 상전이하는 상전이 물질(phase change material)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 필름.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열흡수층은,
    상기 그레인들 사이에, 에어 갭(air gap)을 갖는 것을 특징으로 하는 방열 필름.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 열흡수층은,
    상기 그레인들 사이에, 파라핀 계열의 바인더(binder)가 채워지는 것을 특징으로 하는 방열 필름.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 고분자막 중 적어도 어느 하나 위에는,
    열 확산 시트가 접착되는 것을 특징으로 하는 방열 필름.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 열 확산 시트는,
    흑연 시트 및 금속 시트 중, 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방열 필름.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 열 확산 시트의 외면은,
    요철 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 방열 필름.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 열 흡수층은,
    상기 다수의 그레인들이 함침된 점착제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열 필름.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 점착제는,
    우레탄 점착제 및 아크릴 점착제 중, 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방열 필름.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 고분자막은,
    폴리프로필렌(PP), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중, 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열 필름.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 열흡수층의 각 그레인은,
    10wt% - 15wt%의 쉘과, 85wt% - 90wt%의 상전이 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열 필름.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 열흡수층의 각 그레인의 직경은,
    5um - 30um인 것을 특징으로 하는 방열 필름.
  12. 디스플레이부;
    상기 디스플레이부를 구동하기 위한 회로부;
    상기 디스플레이부와 회로부 사이에 배치되는 프레임; 그리고,
    상기 프레임 위에 배치되어, 상기 회로부로부터 생성되는 열을 흡수하는 방열 필름을 포함하고,
    상기 방열 필름은,
    제 1 고분자막;
    상기 제 1 고분자막으로부터 일정 간격으로 공간을 두고 배치되는 제 2 고분자막; 그리고,
    상기 제 1 고분자막과 제 2 고분자막 사이의 공간에 배치되고, 상전이 물질을 갖는 다수 개의 그레인들이 분포하는 열흡수층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 필름을 이용한 이동 단말기.
KR1020150091912A 2015-06-29 2015-06-29 방열 필름 및 그를 이용한 이동 단말기 KR20170002039A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022182015A1 (ko) * 2021-02-25 2022-09-01 삼성전자 주식회사 방열 부재 및 그를 포함하는 전자 장치
KR102445961B1 (ko) * 2022-02-09 2022-09-22 주식회사 에프엔디컴퍼니 열흡수 패드를 구비하는 방열장치의 제조방법
KR20230121183A (ko) * 2022-02-09 2023-08-18 주식회사 에프엔디컴퍼니 열흡수 패드를 구비하는 방열장치

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