KR20210016157A - 디스플레이 방열구조 - Google Patents

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박재용
최영화
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희성전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 에지형 백라이트가 부착되고 내부에 히트파이프가 구비된 하우징을 외부로 노출시키고 노출된 하우징에 열복사부재를 코팅하여 방열 효과를 높인 디스플레이 방열구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 에지형 백라이트가 부착되는 하우징과 상기 하우징을 감싸면서 결합되어 상기 에지형 백라이트로부터 발생된 열을 상기 하우징으로부터 전도받아 방출시키는 커버를 포함하는 디스플레이 방열구조에 있어서, 에지형 백라이트가 부착되는 하우징과 상기 하우징을 감싸면서 결합되어 상기 에지형 백라이트로부터 발생된 열을 상기 하우징으로부터 전도받아 방출시키는 커버를 포함하는 디스플레이 방열구조에 있어서, 상기 하우징은 상기 커버의 외부로 노출된 상태로 상기 커버와 결합되고, 상기 하우징 내부에는 적어도 하나의 히트파이프가 구비되며, 상기 에지형 백라이트로부터 발생된 열은 상기 하우징을 통해 방출되는 디스플레이 방열구조에 관한 것이다.

Description

디스플레이 방열구조{HEAT DISSIPATING STRUCTURE FOR DISPLAY}
본 발명은 디스플레이 방열구조에 관한 것으로서, 특히, 에지형 백라이트가 부착되고 내부에 히트파이프가 구비된 하우징을 외부로 노출시키고 노출된 하우징에 열복사부재를 코팅하여 방열 효과를 높인 디스플레이 방열구조에 관한 것이다.
일반적으로, LCD(Liquid Crystal Display)란 수동소자로써, 배면 백라이트에서 출사되는 광을 전압 크기에 따라 빛의 통과량을 조절하여 화면 밝기를 제어하는 고체와 액체의 중간인 액정을 이용한 디스플레이다.
BLU(Back Light Unit)란 자체 발광 능력이 없는 액정 패널(Panel)의 후면에 위치하여 패널 방향으로 균일한 평면광을 공급하는 광원장치로써, 광원이 도광판의 측면에 위치한 에지(Edge) 타입과 확산판의 하면에 위치한 다이렉트(Direct) 타입으로 구분된다.
LCM(Liquid Crystal Module)이란 LCD 패널과 면발광 장치인 BLU를 결합한 장치로써, 이 역시 에지 타입과 다이렉트 타입으로 구분된다.
도 1은 일반적인 열 전도 방열 시스템을 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 기존의 고 효율 열 전도 방열 시스템을 개념적으로 나타낸 도면이다. 도면 상의 빨간색 화살표는 열 전도 상태를 나타낸 것이며, 기존에는 하우징(1)이 외부로 노출되지 않고 커버(2)의 내부에 위치한 구조를 갖는다.
도 1을 참조하면, 기존 엣지형 백라이트에서의 방열구조는 알루미늄(AL) 등과 같이 열 전도율이 높은 소재를 활용하여 엘이디 패키지(LED PKG)에 대해 방열하는 구조를 갖는다.
그러나, 이와 같은 열 전도 방열 시스템에서 엘이디 하우징(1)과 커버(2)의 재질 및 표면적과 무게에 따른 방열 효과는 제한적이다.
도 2를 참조하면, 디스플레이 해상도가 4K → 8K로 상향됨에 따라 높은 백라이트의 광효율을 요구하게 되었으며, 방열 솔루션(Solution)으로 열 전도율이 높은 소재를 많이 사용하고 있는 실정이다.
물론, 고 효율 전도 수지층(3)을 통해 방열 효율은 도 1과 같은 구조에 비해 높아지지만 '열 전도' 만을 활용한 방열 시스템의 한계를 벗어나지 못한다는 문제점이 제기되었다.
결과적으로, 고휘도 고화질의 8K 디스플레이에서 기존과 같은 열전도 방열 구조로는 엘이디 패키지에 대한 방열을 충분히 수행할 수 없다는 문제점이 제기되었으며, 이에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있는 실정이다.
(0001) 국내등록특허 제10-1851761호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 내부에 위치하던 하우징을 외부로 노출시켜 단순히 열 전도 뿐만이 아닌 복사 및 대류에 의한 고 효율 방열 성능을 갖는 디스플레이 방열구조를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기와 같이 외부로 노출된 하우징 내부에 냉매를 포함하는 히트파이프를 구비함으로써, 고 효율 방열 성능을 더욱 높인 디스플레이 방열구조를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 상기와 같은 방열 구조에 덧붙여 하우징의 표면에 열복사부재를 도포하여 방열 성능을 더욱 더 향상시킨 디스플레이 방열구조를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명인 디스플레이 방열구조는, 에지형 백라이트가 부착되는 하우징과 상기 하우징을 감싸면서 결합되어 상기 에지형 백라이트로부터 발생된 열을 상기 하우징으로부터 전도받아 방출시키는 커버를 포함하는 디스플레이 방열구조에 있어서, 상기 하우징은 상기 커버의 외부로 노출된 상태로 상기 커버와 결합되고, 상기 하우징 내부에는 적어도 하나의 히트파이프가 구비되며, 상기 에지형 백라이트로부터 발생된 열은 상기 하우징을 통해 방출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하우징의 재질은, 알루미늄(AL), 구리(Cu) 및 철(Fe) 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트파이프의 재질은, 알루미늄(AL), 구리(Cu) 및 철(Fe) 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트파이프 내부의 유체는, 물(H2O), 아세톤, 에탄올 및 중유(HFO) 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트파이프는, 폐쇄된 사각 파이프 형상으로 상기 하우징의 내측면에 접촉되는 면이 상기 하우징의 내측 형상과 크기에 대응되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히트파이프는, 상기 하우징 내부에 수직 또는 수평 방향으로 배열되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하우징에는 열복사부재가 도포되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열복사부재는 무기계 필러(inorganic Filler)와 바인더를 포함하며, 상기 무기계 필러는, 삼산화 붕소(B2O3), 산화 바륨(BaO), 산화 아연(ZnO), 산화 티타늄(TiO), 산화 구리(CuO), 산화 니켈(NiO), 이산화 망간(MnO2), 산화 철Ⅲ(Fe2O3), 질화 알루미늄(AlN) 및 산화 리튬(Li2O) 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바인더는, 실리콘(Silicone), 아크릴(Acrylic), 에폭시(Epoxy), 폴리올레핀 엘리스토머(Polyolenfine Elastomer), 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate), 폴리스틸렌(Polystyrene), 폴리카보네이트(Poly-carbonate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene tereph-thalate) 및 폴리프로필렌(Polypropylene) 중 어느 하나의 바인더로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열복사부재는 20 ~ 100㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열복사부재는, 상기 하우징에 열전도 점착제를 통해 부착되는 기재에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기재는 PET 또는 Mylar AL으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 상술한 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
먼저, 내부에 냉매가 포함된 다수의 히트파이프가 내설된 하우징을 외부로 노출시키고 노출된 하우징을 통해 엘이디로부터 발생된 열을 방출시킴으로써, 히트파이프에 의한 냉각효과는 물론, 열 전도 효과와 함께 노출된 하우징에 대류 및 복사 효과까지 가해지므로 기존 방식과 비교하여 방열 효과를 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 하우징 및 히트파이프의 재질을 열 전도 효과가 높은 금속 소재를 사용함으로써, 방열 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 히트파이프가 하우징 내부에서 하우징 내측 공간에 대응되어 접촉면적이 최대가 되도록 구성함으로써, 열 전도 및 방열 성능을 높일 수 있다.
또한, 히트파이프를 하우징 내부에서 수직 배열할 경우 열 대류 현상에 의한 방열 성능을 더욱 높일 수 있으며, 수평 배열할 경우 수직 배열 대비하여 방열 성능은 높지만 하우징 내부의 히트파이프의 설치 개수가 감소하여 제조단가 경쟁력을 확보할 수 있다.
또한, 상기와 같은 노출된 하우징의 표면에 열복사부재를 형성할 경우 복사 효율이 향상되어 방열 효과를 더욱 더 향상시킬 수 있다.
또한, 열 전도 기능을 갖는 기재에 열복사부재를 도포 후 열복사부재가 결합된 기재를 하우징에 부착하므로, 작업성이 향상된다.
또한, 무기계 필러와 바인더로 구성되는 열복사부재를 통해 열 전도 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 열 전도 방열 시스템을 개념적으로 나타낸 도면,
도 2는 기존의 고 효율 열 전도 방열 시스템을 개념적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 디스플레이 방열구조를 나타낸 개념도,
도 4는 도 3의 'A' 부분의 세부 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 수직 배열된 히트파이프의 열 순환 상태를 나타낸 개념도,
도 6은 본 발명에 따른 수평 배열된 히트파이프의 열 전도 상태를 나타낸 개념도,
도 7은 온도에 따른 열에너지 스펙트럼 분포상태를 나타낸 도면,
도 8은 전자기파 복사 외부 방열 상태를 나타낸 개념도,
도 9는 본 발명에 따른 하우징, 기재 및 열복사부재의 구성 상태를 나타낸 개념도,
도 10은 본 발명에 따른 히트파이프의 수직, 수평 배열과 열복사부재를 도포시와 비도포시의 온도 변화율을 나타낸 측정 결과표,
도 11은 본 발명에 따른 하우징과 커버의 설계 구조도,
도 12는 종래와 본 발명에 따른 방열 효과 측정 결과를 나타낸 그래프,
도 13은 본 발명에 따른 열복사부재의 코팅 두께에 따른 성능을 나타낸 도면.
이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 디스플레이 방열구조를 나타낸 개념도이고, 도 4는 도 3의 'A' 부분의 세부 구성도이다. 여기서, '방열'이란 열을 디스플레이의 외부로 방출시키는 것을 말한다. 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명인 디스플레이 방열구조를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명인 디스플레이 방열구조는 8K 엘이디(LED)와 같은 고휘도 엘이디가 사용되는 디스플레이에 적용할 수 있으며, 기존과 같은 4K 엘이디를 사용하는 디스플레이에도 적용할 수 있음은 당연하다 할 것이다. 또한, 기본적인 디스플레이의 구조는 기존과 동일하다 할 것이므로, 본 발명의 핵심인 열 방출 구조에 대해서만 설명하도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 디스플레이 방열구조의 일 실시례에 의하면, 에지형 백라이트인 8K급 이상의 엘이디가 부착된 피씨비(PCB : Printed Circuit Board)가 하우징(10)의 내부 일측에 결합된다. 하우징(10)의 일측은 도광판(LGP : Light Guide Plate)의 하부에 위치되며, 타측은 도광판의 후방에서 상부로 절곡되어 커버(20)와 코킹(caulking)결합되는 구조를 갖는다. 커버(20)의 일측은 도광판의 상부에 위치되며, 타측은 후방에서 하부로 절곡되어 하우징(10)과 코킹결합되는 구조를 갖는다. 하우징(10)은 커버(20)와 만나는 지점에서 커버(20)를 내측에 두고 감싸도록 결합된다. 즉, 종래에는 하우징(10)을 내측에 두고 커버(20)가 하우징(10) 전체를 감싸는 구조였으나, 본 발명에 의하면 하우징(10)도 커버(20)와 같이 외부로 노출된 상태이며, 하우징(10)과 커버(20)가 접촉되는 부위에서만 커버(20)를 내측에 두고 하우징(10)이 커버(20)를 감싸는 구조이다. 따라서, 하우징(10)과 커버(20)의 접합시, 열패드(thermal pad) 또는 스크류 등에 의한 접합없이 기계적 프레스만으로 접합할 수 있다. 하우징(10)의 재질은 내식성과 열 전도 효율이 높은 알루미늄(AL), 구리(Cu) 및 철(Fe) 중 적어도 어느 하나로 구성하는 것이 바람직하며, 내식성 및 열 전도 효율이 높고 커버(20)와의 코킹 결합이 가능한 재질이라면 모두 가능하다 할 것이다. 한편, '코킹' 이란 금속판의 이음에 있어서 밀착하여 기밀을 하는 작업을 말한다.
도 4를 참조하면, 하우징(10) 내부에는 히트파이프(30)가 구성된다.
히트파이프(30) 내부에는 냉매인 액체가 포함된다. 상기 액체는 물(H2O), 아세톤, 에탄올 및 중유(HFO) 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 히트파이프(30) 내부의 액체는 평상시 히트파이프(30)의 내측 하단에 위치하며 엘이디(LED)와 같은 열원에서 하우징(10)으로 전도되는 열을 흡수한다. 이때 열을 흡수하는 과정에서 히트파이프(30) 내부의 액체는 기체로 증발하면서 히트파이프(30) 내부에 발생한 압력차로 인해 히트파이프(30)의 내측 상부로 이동한다. 히트파이프(30)의 내측 상부로 이동한 액체는 열을 방출하여 응축되며, Wick(심지)에 흡수되어 다시 Wick의 모세관력과 중력에 의해 히트파이프(30)의 내측 하부로 이동하는 작업을 반복한다.
이때, 히트파이프(30)는 폐쇄된 사각 파이프의 형상으로 하우징(10)의 내측면에 접촉되는 면이 하우징(10)의 내측 형상과 크기에 대응되어 형성된다. 즉, 히트파이프(30)의 외측면이 하우징(10)의 내측면에 접촉되도록 형성된다. 도 4를 참조하면, 히트파이프(30)의 일측 폐쇄면(하부 좌측면)과 히트파이프(30)의 상하부면(PCB가 위치된 일측면과 열복사부재가 부착된 타측면)이 하우징(10)의 일측 내부면과 하우징(10)의 상하부 내측면에 각각 접촉된다. 따라서, 엘이디(LED)로부터 발생된 열은 PCB를 통해 하우징(10)으로 전달되며, 하우징(10)으로 전달된 열은 다시 하우징(10) 내부의 히트파이프(30)로 전달된다. 히트파이프(30)로 전달된 열은 히트파이프(30)의 내부의 액체가 흡수하여 기화되고, 전술한 액체 증발 상부이동, 응축, 액체 하부 열원 방향으로 이동 등의 동작 반복에 의해 냉각된다. 즉, LED로부터 발생된 열은 커버가 아닌 하우징을 통해 외부로 방출되며, 하우징(10) 내부는 액체를 포함한 다수의 히트파이프(30)로 구성되어 히트파이프(30) 내부의 액체는 열원으로부터 열을 흡수해 상 변이를 통한 내부 순환으로 하우징(10)의 방열 성능을 향상킨다.
히트파이프(30)의 재질도 내식성과 열전도율이 우수한 알루미늄(AL), 구리(Cu) 및 철(Fe) 중 적어도 어느 하나로 구성할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 수직 배열된 히트파이프(30)의 열 순환 상태를 나타낸 개념도이고, 도 6은 본 발명에 따른 수평 배열된 히트파이프(30)의 열 전도 상태를 나타낸 개념도이다.
먼저, 도 5를 참조하여 수직 방향으로 배열된 히트파이프(30)의 작동 원리를 설명하면 다음과 같다.
1) 열원인 LED로부터 발생된 열을 히트파이프(30) 내부의 액체가 흡수한다.
2) 흡수된 열에 의해 히트파이프(30) 내부의 액체가 증발한다.
3) 증발하는 기체는 압력차로 인해 히트파이프(30)의 내측 상부로 이동한다.
4) 히트파이프(30)의 내측 상부로 이동한 기체는 응축된다.
5) 응축된 액체는 히트파이프(30)의 내측 둘레부에 형성된 Wick(심지)에 의해 흡수된다.
6) 흡수된 액체는 Wick의 모세관력과 중력에 의해 다시 히트파이프(30)의 내측 하부 열원 방향으로 내려간다.
7) 열원 방향으로 내려간 액체는 다시 LED로부터 열을 흡수하며, 전술한 1) ~ 6)의 동작을 반복한다.
다음으로, 도 6을 참조하여 수평 방향으로 배열된 히트파이프(30)의 작동 원리를 설명하면 다음과 같다.
1) 히트파이프(30)의 둘레부, 즉, Metal Case를 통해 열원인 LED의 열이 전도된다.
2) Metal Case로 전도된 열은 히트파이프(30)의 내부 액체(파란색 표시 부분)를 증발시킨다.
3) 증발된 기체와 Metal Case에 의해 열이 1Layer에서 2Layer로, 다시, 2Layer에서 3Layer로 전달된다.
4) 전술한 1) ~ 3)의 동작이 각 Layer 별로 반복하여 일어난다.
전술한 각 Layer 내부 작동원리는 도 5의 수직 방향 작동원리와 동일하지만, 열 순환이 이루어지지 않아 열 냉각 효율은 수직 방향에서 더욱 높게 나타난다. 즉, 하우징(10) 내부의 히트파이프(30)는 수직, 수평의 배열 방향에 따른 방열 효과에 차이가 있으며, 방열 성능은 수직 배열 방향이 우수하다. 단, 수평 방향은 수직 방향 대비 방열 성능은 낮지만 하우징(10) 내부의 히프파이프(30)의 설치 개수가 감소하여 제조단가 경쟁력을 확보할 수 있다. 한편, 히트파이프(30)의 수직 배열시 하우징(10) 내부의 히트파이프(30)의 길이가 길어질수록 히트파이프(30)의 상부가 열원으로부터 멀리 위치되므로 냉각 효율이 높아져 히트파이프(30)의 방열 성능은 향상될 수 있다.
도 7은 온도에 따른 열에너지 스펙트럼 분포상태를 나타낸 도면이고, 도 8은 전자기파 복사 외부 방열 상태를 나타낸 개념도이며, 도 9는 본 발명에 따른 하우징(10), 기재(50) 및 열복사부재(40)의 구성 상태를 나타낸 개념도이고, 도 10은 본 발명에 따른 히트파이프(30)의 수직, 수평 배열과 열복사부재를 도포시와 비도포시의 온도 변화율을 나타낸 측정 결과표이다.
본 발명에서는 하우징(10)의 외부로 노출된 면에 열복사부재(40)를 결합하여 열 방출 효과를 향상시켰다. 즉, LCM Module 커버(20) 내부에 위치하던 하우징(10)을 커버(20)와 같이 외측에 노출되도록 결합하고 노출된 하우징(10)의 외측면에 열복사부재(40)를 도포하여 열전도, 대류 및 복사가 진행되는 방열 구조를 갖는다.
도 7을 참조하면, 다양한 표면 온도에 따른 적외선(IR : Infrared Ray) max Peak를 선택적으로 복사(radiation)함으로써, 냉각 효과 최대화가 가능하다. 즉, 적외선의 에너지 밀도 및 에너지량에 상응하여 온도 감소가 가능하다.
도 8을 참조하면, 열에너지가 적외선 방사체(IR Emitter)를 통해 외부로 방출하는 복사(radiation) 과정에서 주변보다 낮은 평형온도를 유지함으로써 상대적으로 차가운 표면을 제공할 수 있다. 따라서, 열원과 방열판인 하우징(10) 표면 간의 Thermal Gradient(△T) 최대화가 가능하다. 즉, 열복사부재(40)를 통해 하우징(10) 표면에서의 지속적인 열 에너지 방출을 통해 주변보다 상대적으로 낮은 평형 온도를 달성함으로써 Thermal Gradient 최대화를 유지할 수 있다.
도 9를 참조하면, 하우징(10)의 노출된 외측면에는 열전도 점착제(60)를 통해 기재(50)가 부착된다. 열전도 점착제(60)는 열전도율이 좋은 점착제를 말하며, 이는 공지의 기술이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다. 기재(50)의 재질은 'PET' 또는 'Mylar AL' 으로 구성된다.
'PET' 는 열가소성의 고기능수지(엔지니어링 플라스틱)의 한 가지로, 테레프탈산과 에틸렌글리콜의 중축합에 의해서 얻을 수 있는 폴리에스테르를 말한다. 내열성, 전기특성에도 뛰어나 커넥터, 코일 보빈(coil bobbin) 등의 전기부품에 사용된다.
'Mylar AL' 은 알루미늄 호일과 유사한 것으로 열전도율이 좋고, 열복사부재(30)와의 결합력이 우수한 특성을 갖는다.
열복사부재(40)는 기재(50)에 도포된다. 열복사부재(40)는 무기계 필러(41, inorganic Filler)와 바인더(42)를 포함하여 구성된다.
무기계 필러(41, inorganic Filler)는 전자기파 복사 특성을 갖는 것으로, 삼산화 붕소(B2O3), 산화 바륨(BaO), 산화 아연(ZnO), 산화 티타늄(TiO), 산화 구리(CuO), 산화 니켈(NiO), 이산화 망간(MnO2), 산화 철Ⅲ(Fe2O3), 질화 알루미늄(AlN) 및 산화 리튬(Li2O) 중 어느 하나로 구성된다.
접착제 역할을 하는 바인더(42)는 실리콘(Silicone), 아크릴(Acrylic), 에폭시(Epoxy), 폴리올레핀 엘리스토머(Polyolefine Elastomer), 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate), 폴리스틸렌(Polystyrene), 폴리카보네이트(Poly-carbonate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene tereph-thalate) 및 폴리프로필렌(Polypropylene) 중 어느 하나의 바인더로 구성된다.
무기계 필러(41)와 바인더(42)의 혼합비율은 전체 10을 기준으로 2 : 8 내지 3 : 7의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다. 한편, 솔벤트를 더 포함할 수 있으며, 솔벤트는 무기계 필러(41)와 바인더(42)의 혼합을 위해 포함되는 것으로 무기계 필러(41), 바인더(42), 솔벤트 비율은 전체 10을 기준으로 0.5 : 3.5 : 6 내지 1 : 3 : 6의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.
열복사부재는 기재에 코팅(도포) 후 예비건조 및 가열(Baking) 공정 등을 통해 기재에 정착(Settle Down) 시킨다. 이와 같이 도포된 열복사부재(40)는 열에너지를 적외선(IR : Infrared Ray) 파장대역(6~20㎛) 전자기파 형태로(고유 진동수에 상당하는 적외선 영역) 변환하여 열 에너지를 외부로 방출한다.
이와 같이 유, 무기 복합 성분으로 구성된 열복사부재(40)를 하우징(10)에 결합함으로써, 엘이디(LED)에서 발생된 열이 하우징(10)으로 전도되고, 하우징(10)으로 전도된 열은 히트파이프(30)를 통해 냉각됨과 동시에 기재(50)를 통해 열복사부재(40)로 전도되어 외부로 방출된다. 또한, 하우징(10)이 외부로 노출되어 있으므로 공기의 대류 현상에 의해서도 방출효과가 극대화된다. 즉, 열 전도, 냉각, 복사 및 대류에 의한 고 효율 방열구조를 갖는다.
한편, 도 10은 본 발명에 따른 히트파이프(30)의 수직, 수평 배열과 열복사부재를 도포시와 비도포시의 온도 변화율을 나타낸 측정 결과표로써, 측정장비는 Thermo Couple(Yokogawa MX100)을 사용하였으며, 열원인 LED PKG 발열부 및 LED가 부착된 하우징(10)에서의 온도 변화를 측정하였다. 측정조건은 18 ~ 20℃의 측정 환경에서 115㎃, 24V의 동일한 소비전력을 한 시간 동안 인가하여 측정하였다. 표 상의 '←' 표시는 좌측 기재된 부분과 동일함을 나타낸다.
참고 측정결과(Ref)인 AL60(1073*109*7.5)과 히트파이프(Vertical 203*100*1.5, 열복사부재(복사 Ink) 도포)를 비교하면 무게와 부피가 감소하였지만 Ref인 76.1℃ 보다 본 발명에 의한 제안기술이 68.8 ℃로 온도가 9.59%로 감소했음을 알 수 있었다. 따라서, 열복사부재가 도포된 하우징은 하우징 내부의 히트파이프의 두께 및 길이가 감소하더라도 일반적인 히트파이프보다 우수한 방열 성능을 가짐을 알 수 있었다.
도 11은 본 발명에 따른 하우징과 커버의 설계 구조도이고, 도 12는 종래와 본 발명에 따른 방열 효과 측정 결과를 나타낸 그래프이며, 도 13은 본 발명에 따른 열복사부재의 코팅 두께에 따른 성능을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 하우징(10)과 커버(20)의 구조가 적용된 디스플레이의 배면 상태를 일 실시례에 의해 도시한 것이다. 실제 도 11과 같이 목업(Mock up)제품을 제작하고, 방열 효율을 테스트하였다. 측정장비는 Thermo Couple(Yokogawa MX100)을 사용하였으며, 도 11의 '① ~ ⑦' 부위는 온도 측정위치를 나타낸다. 측정 제품은 '기존 양산품', 본 발명에 의한 열복사부재(40)를 스프레이 방식으로 도포한 제품에 대해 테스트하였다. 측정위치는 도 11과 같이 모두 동일하며, 측정 조건은 21℃의 측정 환경에서 77.28W의 동일한 소비전력을 한 시간 동안 인가하여 측정하였다.
도 12의 (a)는 종래 제품의 측정 결과를 나타내고, 도 12의 (b)는 본 발명에 의한 열복사부재(40)를 도포한 제품의 측정 결과를 나타낸다. 도 12의 (a) 및 (b)의 막대그래프는 왼쪽부터 오른쪽 순서대로 도 11의 ① ~ ⑦ 부분의 온도 측정 결과를 나타낸다. 측정 결과 본 발명이 적용된 하우징(10)의 방열 효율이 기존에 비해 향상된 것을 알 수 있었다. 즉, 본 발명에 의한 제품에서는 종래 제품과 비교하여 대략 12% 정도의 향상된 방열 효율을 보였다.
또한, 열복사부재(40)의 두께별 방열 성능을 테스트하였다. 측정장비는 Thermo Couple(Yokogawa MX100)을 사용하였고, 측정방법은 10㎜ × 10㎜ 사이즈의 구리(Cu) 시편의 열원 온도를 측정하여 테스트하였다. 측정 조건은 20℃의 측정 환경에서 한 시간 동안 세팅값을 80℃로 인가하여 측정하였다.
도 13의 (a)는 시간에 따른 두께별 온도 변화 상태를 나타낸 그래프이고, 도 13의 (b)는 시간에 따른 두께별 온도 측정 결과를 나타낸 것이다.
측정 결과 열복사부재(40)는 20 ~ 100㎛의 두께로 기재(50) 상면에 코팅 가능하며, 적어도 20㎛ 두께 이상으로 코팅시 최대 성능이 발휘됨을 확인하였다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 외부로 노출된 하우징(10)의 구조를 적용하고 노출된 하우징(10)의 내측에는 히프파이프(30)를 구성하며 하우징(10)의 표면에 열복사부재(30)를 부착함으로써, 기존 방열구조 대비 향상된 방열 효과를 얻을 수 있으며, 4K는 물론 8K 디스플레이 에지 구조에서 열 전도, 냉각, 복사, 대류를 통한 방열 성능 향상으로 제품 수명을 연장시킬 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시례를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시례에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 하우징 2 : 커버
3 : 고 효율 전도 수지층
10 : 하우징 20 : 커버
30 : 히트파이프 40 : 열복사부재
41 : 무기계 필러 42 : 바인더
50 : 기재 60 : 열전도 점착제

Claims (12)

  1. 에지형 백라이트가 부착되는 하우징과 상기 하우징을 감싸면서 결합되어 상기 에지형 백라이트로부터 발생된 열을 상기 하우징으로부터 전도받아 방출시키는 커버를 포함하는 디스플레이 방열구조에 있어서,
    상기 하우징은 상기 커버의 외부로 노출된 상태로 상기 커버와 결합되고,
    상기 하우징 내부에는 적어도 하나의 히트파이프가 구비되며,
    상기 에지형 백라이트로부터 발생된 열은 상기 하우징을 통해 방출되는 디스플레이 방열구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 재질은,
    알루미늄(AL), 구리(Cu), 철(Fe) 중 적어도 어느 하나로 구성되는 디스플레이 방열구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 히트파이프의 재질은,
    알루미늄(AL), 구리(Cu), 철(Fe) 중 적어도 어느 하나로 구성되는 디스플레이 방열구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 히트파이프 내부의 유체는,
    물(H2O), 아세톤, 에탄올 및 중유(HFO) 중 어느 하나로 구성된 디스플레이 방열구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 히트파이프는,
    폐쇄된 사각 파이프 형상으로 상기 하우징의 내측면에 접촉되는 면이 상기 하우징의 내측 형상과 크기에 대응되어 형성되는 디스플레이 방열구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 히트파이프는,
    상기 하우징 내부에 수직 또는 수평 방향으로 배열되는 디스플레이 방열구조.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징에는 열복사부재가 도포되는 디스플레이 방열구조.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열복사부재는 무기계 필러(inorganic Filler)와 바인더를 포함하며,
    상기 무기계 필러는,
    삼산화 붕소(B2O3), 산화 바륨(BaO), 산화 아연(ZnO), 산화 티타늄(TiO), 산화 구리(CuO), 산화 니켈(NiO), 이산화 망간(MnO2), 산화 철Ⅲ(Fe2O3), 질화 알루미늄(AlN) 및 산화 리튬(Li2O) 중 어느 하나로 구성되는 디스플레이 방열구조.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 바인더는,
    실리콘(Silicone), 아크릴(Acrylic), 에폭시(Epoxy), 폴리올레핀 엘리스토머(Polyolefine Elastomer), 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate), 폴리스틸렌(Polystyrene), 폴리카보네이트(Poly-carbonate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene tereph-thalate) 및 폴리프로필렌(Polypropylene) 중 어느 하나의 바인더로 구성되는 디스플레이 방열구조.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 열복사부재는 20 ~ 100㎛의 두께로 형성되는 디스플레이 방열구조.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 열복사부재는,
    상기 하우징에 열전도 점착제를 통해 부착되는 기재에 형성되는 디스플레이 방열구조.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기재는 PET 또는 Mylar AL으로 구성되는 디스플레이 방열구조.
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