KR100767956B1 - 열전도성 소재를 적용한 액정 디스플레이 장치용 백라이트유니트 - Google Patents

열전도성 소재를 적용한 액정 디스플레이 장치용 백라이트유니트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정 디스플레이 장치에 사용되는 백라이트 유니트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 백라이트 유니트의 램프 하부에 위치하여 상기 램프로부터 하부로 출사된 빛을 반사시키는 반사판, 상기 램프를 지지할 수 있는 지지대 및 방열 역할을 할 수 있는 하판 플레이트가 동일한 열전도성 소재로 이루어져 백라이트 유니트의 발열 문제를 효과적으로 해결하며 제조 공정을 간략화할 수 있는 효과가 있는 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유니트에 관한 것이다.
백라이트 유니트, 발열, 열전도성, 열가소성, 액정 디스플레이

Description

열전도성 소재를 적용한 액정 디스플레이 장치용 백라이트 유니트{BACKLIGHT UNIT USING THERMAL CONDUCTIVE RESIN FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 액정 디스플레이 장치에 사용되는 백라이트 유니트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 램프 하부에 위치하여 상기 램프로부터 하부로 출사된 빛을 반사시키는 반사판, 상기 램프를 지지할 수 있는 지지대 및 방열 역할을 할 수 있는 하판 플레이트에 동일한 열전도성 소재의 수지를 적용하여 일체형으로 제조하여, 백라이트 유니트의 발열 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 액정 디스클레이 장치의 백라이트 유니트에 관한 것이다.
액정 디스플레이(이하 'LCD') 장치는 일반적으로 음극선관과는 달리 자체 발광의 기능이 없기 때문에 화면 전체를 균일한 밝기로 유지시킬 수 있는 발광장치가 필요하다.
일반적으로 LCD는 광원의 방식에 따라, 별도의 광원이 포함된 백라이트 유니트를 사용하는 투과형 방식과 외부의 빛을 광원으로 이용하는 반사형 방식으로 나뉘는데, 이중 반사형 방식의 경우 백라이트 유니트가 필요없고 전력의 소모가 적기 때문에 많은 연구가 이루어지고 있으나, 아직 외부 광원의 밝기가 충분치 못할 경 우 그 시인성이 낮아서 충분한 활용이 이루어지지는 않고 있다. 현재 활발히 사용되고 있는 투과형 LCD의 경우 백라이트 유니트를 통한 균일한 밝기의 광원 공급이 매우 중요한 요소이다.
이러한 백라이트 유니트는 광원을 액정패널 밑면에 두어 기판 전면을 조명하는 직하방식(Top-Down method system)과 유니트의 양측면에 광원을 두어 도광판과 반사판을 통해 빛을 고르게 확산시켜 조명하는 에지방식(Edge illumination system)으로 나뉘어진다.
에지 방식은 휘도가 균일하고, 소비 전력이 적기 때문에 주로 소형의 LCD 모니터나 노트북 컴퓨터에 사용이 되나 측면의 빛을 고르게 확산시키기 위해 도광판이 반드시 필요하다.
직하방식의 경우에는 광원이 직접 기판을 조명하므로 광이용율이 높고, 사이즈의 제한이 없어서 대형의 LCD TV, 모니터에 적용이 가능하지만, 광원이 패널과 매우 가깝게 위치하고 있고, 램프의 수가 증가하므로 발열량이 증가하는 문제점이 발생하게 되고, 이러한 열의 발생이 과도할 경우 화면의 얼룩을 유발하여 LCD 패널의 수명을 단축시키는 주원인이 될 수 있다. 특히 최근에는 LCD,의 대형화, 박형화가 이루어짐에 따라 백라이트 유니트의 발열은 꼭 해결되어야 할 문제점으로 대두되고 있다.
일반적인 직하방식 백라이트 유니트의 구조는 다음과 같다.
직하방식 백라이트 유니트에서는 광원인 램프의 주위에 패널을 지지하는 지지대가 위치하고, 램프의 상부에는 확산 시트, 프리즘 시트, DBEF(Dual Brightness Enhancement Film) 시트가 순차적으로 배치되어 있다. 상기 램프 하부에는 빛의 누출을 막기 위한 반사판과 외부 지지대 및 방열 역할을 하는 하판 플레이트가 배치되어 있다.
백라이트 유니트의 구성 요소 중 반사판 소재로는 일본공개특허공보 평4-239540호, 일본공개특허공보 제2002-98811호, 제2002-138150호 및 제2001-305321호 등에서 백색 폴리에스터 필름을 개선하여 사용하는 기술을 개시하고 있다.
미국특허 제5,837,757호, 일본공개특허공보 평7-242781호 및 일본공개특허공보 평9-176471호는 백색 폴리카보네이트 수지의 반사율, 내충격성에 관한 기술을 개시하고 있다.
일본공개특허공보 제1999-181267호는 난연성 백색 폴리카보네이트 수지를 이용한 반사시트의 제조기술을 개시하고 있다.
상기의 종래 반사판 제조기술에는 반사판 소재의 반사율 및 내열성, 내충격성 등을 개선시키는 방법에 대해서는 언급이 되어 있으나, 반사판에 열전도성 소재를 적용시켜 백라이트 유니트의 발열 문제를 해결하려는 시도는 이루어지지 않았다.
대한민국공개특허 제2004-0017718호는 백라이트 유니트의 하판 플레이트에 열전도성이 높은 알루미늄과 같은 금속성 재질을 적용함으로써 백라이트 유니트의 발열 문제를 해결하고자 하는 기술을 개시하고 있으나, 발열체와 하판 플레이트 사이에 반사판이 위치하여 발열 문제 해결을 방해하고, 제품의 가격이 상승하는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유니트의 제조에 있어서, 반사판, 지지대 및 하판 플레이트에 열전도성이 매우 우수한 열가소성 열전도성 수지를 동일하게 적용하여 일체화시켜 제조 공정을 간략화하고 방열 성능을 향상시킨 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유니트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유니트에 있어서, 상기 백라이트 유니트의 램프 하부에 위치하여 상기 램프로부터 하부로 출사된 빛을 반사시키는 반사판, 상기 램프를 지지할 수 있는 지지대 및 방열 역할을 할 수 있는 하판 플레이트가 동일한 소재로 이루어짐을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유니트를 제공한다.
백라이트 유니트의 광원램프와 같은 발열체에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 방출하기 위해서는 기본적으로 열전달 매개체로 쓰이는 소재의 열전도도가 높아야 하고 외부 대기와의 접촉면적이 넓어야 효과적이다. 본 발명의 소재는 일반적인 플라스틱 열전도도가 상온에서 0.2 W/mK인데 반하여, 0.35 W/mK 이상의 열전도도를 가지므로 높은 방열 성능을 가지게 된다.
백라이트 유니트의 반사판, 지지대 및 하판 플레이트는 각각의 분리된 제품 이며, 각각의 소재 역시 다른 경우가 일반적이다. 상기 반사판 및 지지대의 경우 폴리에스터나 폴리카보네이트 수지 조성물을 이용하여 제조하는 경우가 일반적이고, 하판 플레이트의 경우 방열의 역할이 중요하므로 열전도율이 좋은 금속 소재를 사용하는 경우가 일반적이다. 그러나 이러한 기존의 제조방법을 통해 반사판, 지지대 및 하판 플레이트를 제조하여 사용하더라도 각 소재의 특성이 다르기 때문에 효과적인 방열 성능을 얻기가 어렵다. 이에 본 발명의 열가소성 열전도성 수지를 이용한 반사판, 지지대 및 하판 플레이트를 일체화시켜 제조할 경우, 제조공정이 간략화되어 원가절감의 효과를 가질 수 있고, 전체가 동일한 열전도성이 우수한 소재로 이루어지므로 아주 효과적인 방열 성능을 얻을 수 있다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
상기 동일한 소재는 출원인이 기출원한 대한민국특허 제450229호의 열전도성이 매우 우수한 열가소성 수지 조성물의 제조에 관련된 기술에 개시하고 있는 열가소성 열전도성 수지 조성물로, 가공성 및 기계적 물성이 우수하므로 백라이트 유니트용 반사판, 지지대 및 하판 플레이트을 일체화혀여 성형하는 것이 가능하여 백라이트 유니트의 제조공정을 간략화하고 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 열가소성 열전도성 수지는 a) 열가소성 수지 10 내지 95 중량%, 및 b) 상온에서의 열전도도가 300 W/mK 이상인 세라믹 고체 90 내지 5 중량%를 포함하는 열전도성 열가소성 수지 조성물일 수 있다.
상기 열가소성 수지는 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이 트, 아로마틱폴리아마이드, 폴리아마이드, 폴리카보네이트, 폴리스타이렌, 폴리페닐렌설파이드, 열방성액정고분자, 폴리술폰, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아릴레이트, 폴리메틸메틸아크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아크릴로니트릴부타디엔스타이렌 공중합체 및 폴리테트라메틸렌옥사이드-1,4-부탄디올 공중합체, 스타이렌을 포함하는 공중합체, 불소계수지, 폴리비닐클라라이드, 폴리아크릴로니트릴로 이루어진 군으로부터 적어도 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다. 상기 열가소성 수지가 본 발명을 제한하는 것은 아니며, 모든 종류의 열가소성 수지가 적용 가능하다.
상기 열가소성 수지는 10 내지 95 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 세라믹 고체는 상온에서 0.35 W/mK 이상의 높은 열전도도의 열가소성 수지 조성물을 얻기 위해서 사용하는 것으로, 상온에서 열전도도가 적어도 300 W/mK 이상인 보론 나이트라이드, 실리콘카바이드, 다이아몬드, 베릴륨옥사이드, 보론 포스파이드, 알루미늄 나이트라이드, 베릴륨 설파이드, 보론 아제나이드, 실리콘, 갈륨 나이트라이드, 알루미늄 포스파이드, 및 갈륨 포스파이드로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다.
상기 세라믹 고체는 5 내지 90 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 열가소성 열전도성 수지는 플레이크(flake), 유리섬유 및 할로겐 또는 비할로겐계 난연제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 충전재를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 할로겐 또는 비할로겐계 난연제는 브롬계 카보네이트 올리고머, Sb2O3, 인계 및 적인계 난연제, 멜라민시아누레이트, 멜라민, 트리페닐 아이소시아누레이트, 멜라민 포스페이트, 멜라민 파이로포스페이트, 암모늄 폴리소스페이트, 알킬 아민 포스페이트, 멜라민 수지 및 징크보레이트로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다.
상기 충전재는 5 내지 15 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 열가소성 열전도성 수지는 광반사율의 향상을 위해 백색 유전물질을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 백색 유전물질은 BaSO4, TiO2, SiO2, B2O3 및 Al2O3로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다.
상기 백색 유전 물질은 5 내지 40 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 백색 유전 물질과 상기 세라믹 고체의 총 첨가량은 90 중량% 이내로 하는 것이 바람직하다.
상기의 열가소성 열전도성 수지는 이축압출기에서 혼합압출하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다. 이때, 상기 이축압출기의 배럴온도는 250 내지 340 ℃로 유지하는 것이 바람직하다.
상기의 열가소성 열전도성 수지는 열전도도가 0.35 W/mK 이상인 것이 바람직하다. 상기 열전전도가 0.35 W/mK 이상인 경우 백라이트 유니트의 방열에 효과적이며 가공성, 광반사율 및 기계적 강성 등이 우수하여 반사판, 지지대 및 하판 플레 이트의 일체화된 구조물의 제조를 가능하게 한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
다음의 실시예 및 비교예의 시편은 각각의 측정방법에 따른 시편규격을 사출성형하여 제조하였다. 일례로 열전도도 측정시편의 경우 직경이 10 mm이고, 두께가 3 mm인 성형시편을 사출성형하여 제조하였다. 실시예 및 비교예의 수지 조성물 및 시편의 물리적 성질은 다음과 같은 방법에 의거하여 측정되었다.
열변형온도 : ASTM D648
굴곡탄성율 : ASTM D790
인장신율 : ASTM D638
열전도도 : 평판법(엘지화학 테크센터), 열선법(표준과학연구소) 및 Hakke Thermoflixer의 3가지 측정방법에서 10 % 오차 이내의 데이터를 사용하였다.
반사율 : 스펙트로포토미터(Spectrophotometer, Shimadzu UV-3101PC)로 550 nm의 파장에서 전반사율을 측정하였다.
실시예 1
폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(엘지화학 제조) 60 중량% 및 보론 나이트라이드 40 중량%로 이루어진 수지 조성물로 시편을 제조하였다. 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트계 수지 조성물 및 시편의 열전도도는 0.38 W/mK이고, 상기 시편의 550 nm 파장에서의 전반사율은 93 %였고, 열변형온도는 90 ℃, 굴곡탄성율은 50000 kg/cm2, 인장신율은 5 %였다.
실시예 2
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(엘지화학 제조) 60 중량%, 보론 나이트라이드 25 중량% 및 TiO2 15 중량%로 이루어진 수지 조성물로 시편을 제조하였다. 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트계 수지 조성물 및 시편의 열전도도는 0.4 W/mK이고, 상기 시편의 550 nm 파장에서의 전반사율은 92 %였고, 열변형온도는 130 ℃, 굴곡탄성율은 45000 kg/cm2, 인장신율은 4 %였다.
실시예 3
폴리카보네이트 수지(엘지화학 제조) 60 중량%, 보론 나이트라이드 20 중량% 및 TiO2 20 중량%로 이루어진 수지 조성물로 시편을 제조하였다. 상기 폴리카보네이트계 수지 조성물 및 시편의 열전도도는 0.42 W/mK이고, 상기 시편의 550 nm 파장에서의 전반사율은 95 %였고, 열변형온도는 130 ℃, 굴곡탄성율은 50000 kg/cm2, 인장신율은 4 %였다.
비교예 1
폴리카보네이트 수지(LG-DOW 제조) 90 중량% 및 TiO2 10 중량%로 이루어진 수지 조성물로 시편을 제조하였다. 상기 폴리카보네이트계 수지 조성물 및 시편의 열전도도는 0.23 W/mK이고, 상기 시편의 550 nm 파장에서의 전반사율은 85 %였고, 열변형온도는 120 ℃, 굴곡탄성율은 26000 kg/cm2, 인장신율은 130 %였다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 열가소성 열전도성 수지를 사용하여 제조한 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유니트는 반사판, 지지대 및 하판 플레이트가 동일한 소재로 제조되어 제조공정을 간략화할 수 있고, 열전도성이 우수하여 백라이트 유니트의 램프에서 발생하는 열의 방열에 아주 효과적이며, 내열성, 기계적 강도가 우수하고, 반사율이 우수하여 액정 디스플레이 장치의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명의 기재된 구체 예를 중심으로 상세히 설명되었지만, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

Claims (8)

  1. 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유니트에 있어서,
    상기 백라이트 유니트의 램프 하부에 위치하여 상기 램프로부터 하부로 출사된 빛을 반사시키는 반사판, 상기 램프를 지지할 수 있는 지지대 및 방열 역할을 할 수 있는 하판 플레이트가 동일한 소재로 이루어짐을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유니트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 동일한 소재가 열전도도가 0.35 W/mK 이상인 열가소성 열전도성 수지임을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유니트.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 열가소성 열전도성 수지가
    a) 열가소성 수지 10 내지 95 중량%, 및
    b) 상온에서의 열전도도가 300 W/mK 이상인 세라믹 고체 90 내지 5 중량%
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유니트.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 a)의 열가소성 수지가 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 아로마틱폴리아마이드, 폴리아마이드, 폴리카보네이트, 폴리스타이렌, 폴리페닐렌설파이드, 열방성액정고분자, 폴리술폰, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아릴레이트, 폴리메틸메틸아크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아크릴로니트릴부타디엔스타이렌 공중합체, 폴리테트라메틸렌옥사이드-1,4-부탄디올 공중합체, 스타이렌을 포함하는 공중합체, 불소계수지, 폴리비닐클라라이드, 및 폴리아크릴로니트릴로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유니트.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 b)의 세라믹 고체가 보론 나이트라이드, 실리콘카바이드, 다이아몬드, 베릴륨옥사이드, 보론 포스파이드, 알루미늄 나이트라이드, 베릴륨 설파이드, 보론 아제나이드, 실리콘, 갈륨 나이트라이드, 알루미늄 포스파이드, 및 갈륨 포스파이드로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유니트.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 열가소성 열전도성 수지가 플레이크(flake), 유리섬유 및 할로겐 또는 비할로겐계 난연제로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 충전재를 더 포함하 여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유니트.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 열가소성 열전도성 수지가 BaSO4, TiO2, SiO2, B2O3 및 Al2O3로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 백색 유전물질을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유니트.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 열가소성 열전도성 수지가 이축압출기에서 혼합압출하는 단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유니트.
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