KR100772374B1 - 방열 시스템을 가진 가장자리 발광형 백라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

발광 소자에서 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 방열 시스템을 가진 가장자리 발광형 백라이트 유닛이 개시되어 있다.
이 개시된 백라이트 유닛은, 광을 가이드하기 위한 도광판; 상기 도광판의 서로 마주보는 제1 및 제2 면의 안쪽에 배치된 발광 소자들; 상기 제1 및 제2 면의 제1 및 제2 외측 표면에 배열되어 상기 발광 소자들에서 발생되는 열을 방출시키기 위한 히트 싱크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

방열 시스템을 가진 가장자리 발광형 백라이트 유닛{Edge light type back light unit having heat sink system}
도 1a는 종래의 가장자리 발광형 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 백라이트 유닛에 발광 소자가 배열된 구조를 나타낸 것이다.
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 방열 시스템을 가진 가장자리 발광형 백라이트 유닛을 나타낸 것이다.
도 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 방열 시스템을 가진 가장자리 발광형 백라이트 유닛의 다른 변형 예이다.
도 3a는 본 발명의 제2실시예에 따른 방열 시스템을 가진 가장자리 발광형 백라이트 유닛을 나타낸 것이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 방열 시스템에서의 열 흐름을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 방열 시스템을 가진 가장자리 발광형 백라이트 유닛을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 방열 시스템을 가진 가장자리 발광형 백 라이트 유닛의 다른 변형예를 나타낸 것이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시된 백라이트 유닛의 방열 시스템의 열흐름을 설명하기 위한 도면이다.
<도면 중 주요 부분에 대한 설명>
30...도광판, 30a...제1면
30b...제2면, 30c...제3면
31...발광 소자, 33,35,45,58...방열 핀
40,41,50,51...전도체, 55,65...히트 파이프
본 발명은 발광 소자에서 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 방열 시스템을 가진 가장자리 발광형 백라이트 유닛에 관한 것이다.
일반적으로 노트북, 데스크탑 컴퓨터, LCD-TV, 이동통신단말기 등에 사용되는 액정표시장치는 수광 소자의 일종으로, 액정패널이외에 백라이트 유닛이 필요하다. 평판 표시장치(flat panel display) 중 하나인 액정표시장치(liquid crystal display:LCD)는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고, 외부로부터 광이 입사되어 화상을 형성하는 수광 소자형 표시장치로, 액정패널이외에 백라이트 유닛이 필요하다. 백라이트 유닛은 액정표시장치의 배면에 설치되어 광을 조사한다.
백라이트 유닛은 광원의 배치형태에 따라서, 액정표시장치의 바로 아래에 설 치된 다수의 광원으로부터의 광을 액정패널에 조사하는 직하발광형(direct light type)과, 도광판(LGP: light guide panel)의 측벽에 설치된 광원으로부터의 광을 액정패널에 전달하는 가장자리 발광형(edge light type)으로 크게 분류될 수 있다. 가장자리 발광형 백라이트 유닛에는 광원으로서 일반적으로 냉음극 형광램프(CCFL; Cold Cathode Fluorescent Lamp)가 사용되는데, CCFL은 색 재현율이 낮아 고화질 및 고해상 TV나 모니터 등에 적합하지 않다. 따라서, 최근에는 CCFL을 대체하는 광원으로 발광다이오드(LED:Light Emitting Diode)가 각광을 받고 있다. 예를 들어 직하발광형 백라이트 유닛에는 점광원으로 램버시안(Lambertian)의 광이 출사되는 발광다이오드가 사용되고 있다.
종래의 가장자리 발광형 백라이트 유닛(20)은, 도 1a에 도시된 바와 같이 LED(10)와, LED(10)로부터 나온 광이 액정패널을 향해 입사되도록 안내하는 도광판(15)을 구비한다. 상기 LED(10)는 도 1b에 도시된 바와 같이 복수 열 및 복수 행으로 배열된다. 상기 LED(10)는 적색광, 녹색광 및 청색광을 방출하는 LED들로 구성되며, 적색광, 녹색광 및 청색광들이 상기 도광판(15)에서 혼합되어 백색광으로 된다.
LED는 저전력 및 고화질의 광원으로서의 이점을 가지는 한편, LED로부터 열이 많이 발생되어 LED의 휘도와 색 온도에 악영향을 미치는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 발광 소자에서 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 방열 시스템을 가진 가장자리 발광형 백 라이트 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 가장자리 발광형 백라이트 유닛은, 광을 가이드하기 위한 도광판; 상기 도광판의 서로 마주보는 제1 및 제2 면의 안쪽에 배치된 발광 소자들; 상기 제1 및 제2 면의 제1 및 제2 외측 표면에 배열되어 상기 발광 소자들에서 발생되는 열을 방출시키기 위한 히트 싱크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 히트 싱크는 상기 제1 및 제2 외측 표면에 길이 방향 또는 폭 방향으로 배열된 복수의 방열 핀으로 구성될 수 있다.
상기 히트 싱크는, 상기 제1 외측 표면을 덮는 제1커버면과, 상기 제1 외측 표면으로부터 상기 도광판의 표면을 따라 꺽이면서 연장된 제2커버면을 가진 제1 전도체; 상기 제2 외측 표면을 덮는 제3커버면과, 상기 제2 외측 표면으로부터 상기 도광판의 표면을 따라 꺽이면서 연장된 제4커버면을 가진 제2 전도체; 상기 제2 및 제4 커버면에 배치된 복수의 방열 핀;을 포함한다.
상기 제1 및 제2 전도체 내부에 복수의 히트 파이프가 매설된다.
상기 히트 파이프는 "ㄱ" 자형 형태를 가지며, 상기 히트 파이프들이 상기 제1 및 제2 전도체 내부에 소정 간격으로 이격되어 배열될 수 있다.
상기 제1 전도체 내에 상기 제1 면 쪽에 일자형의 히트 파이프가 길이 방향으로 배열되고, 상기 제2 전도체 내에 "ㄱ" 자형 히트 파이프들이 소정 간격으로 배열될 수 있다.
상기 제1 면이 상기 도광판의 상부 면이고, 제2 면이 상기 도광판의 하부 면인 것이 바람직하다.
상기 히트 싱크는, 상기 제1 외측 표면을 덮는 제1커버면과, 상기 제1 외측 표면으로부터 상기 도광판의 표면을 따라 꺽이면서 연장된 제2커버면을 가진 제1 히트 파이프; 상기 제2 외측 표면을 덮는 제3커버면과, 상기 제2 외측 표면으로부터 상기 도광판의 표면을 따라 꺽이면서 연장된 제4커버면을 가진 제2 히트 파이프; 상기 제2 및 제4 커버면에 배치된 복수의 방열 핀;을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방열 시스템을 가진 가장자리 발광형 백라이트 유닛에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 가장자리 발광형 백라이트 유닛은 도 2a를 참조하면, 입사광을 소정 방향을 향해 출사되도록 하는 안내하는 도광판(30)의 서로 마주보는 제1 및 제2 면(30a)(30b)의 내측에 발광 소자(31)들이 배열되어 있다. 여기서, 발광 소자를 도면부호 31로 간략하게 표시하였다.
상기 도광판(30)은 다양한 형태로 제작 가능하며, 예를 들어 직육면체 형태를 가진다. 상기 발광 소자(31)가 도광판(30)의 양측면 또는 상하부면에 배치되고, 상기 발광 소자(31)로부터 방출된 광이 상기 도광판(30) 내에서 전반사되어 스크린(미도시)으로 향한다. 본 발명의 백라이트 유닛은 발광소자가 백라이트 유닛의 가장자리에 배치되는 가장자리 발광형이며, 발광 소자가 배치된 도광판의 면에 발광 소자로부터 발생되는 열을 방출하기 위한 히트 싱크가 구비된다.
도 2a는 본 발명의 제1실시예를 도시한 것으로, 히트 싱크가 복수의 방열 핀 (33)으로 구성된다. 도광판(30)의 서로 마주보는 제1 면 예를 들어, 상부면(30a)과 제2 면 예를 들어, 하부면(30b)의 내측에 각각 발광 소자들(31)이 배치되고, 그 외측에 복수의 방열 핀(33)이 일정한 간격으로 배열된다. 상기 방열 핀(33)은 도 2a에 도시된 바와 같이 상기 상부면(30a)과 하부면(30b)의 폭 방향으로 배열되거나, 도 2b에 도시된 바와 같이 방열 핀(35)이 상부면(30a)과 하부면(30b)의 길이 방향으로 배열될 수 있다.
발광 소자(31)들로부터 발생되는 열이 상기 방열 핀(33) 들을 통해 발산되며, 상기 방열 핀(33)들을 외부와의 접촉 면적이 최대한 넓게 되도록 배치함으로써 열 방출 효과를 증대시킬 수 있다.
도 3a는 본 발명의 제2실시예에 따른 백라이트 유닛을 도시한 것이다.
이 백라이트 유닛은 도광판(30)의 마주보는 제1 및 제2 면(30a)(30b)의 내측에 발광 소자들(31)이 구비되고, 상기 제1면(30a) 및 제2 면(30b)에 각각 "ㄱ" 자형의 제1전도체(40)와 제2전도체(41)가 설치된다. 여기서, "ㄱ" 자형은 물체의 설치 위치에 따라 그 형태가 달라지지만 이하에서는 "ㄱ" 자형으로 통일하여 사용하기로 한다. 상기 제1전도체(40)는 제1면(30a)을 덮는 제1카바면(40a)과, 상기 제1카바면(40a)으로부터 도광판(30)의 표면을 따라 꺽이면서 연장되어 상기 제1면(30a)과 이웃하는 제3면(30c)의 일부를 덮는 제2카바면(40b)을 가진다. 상기 제2전도체(41)는 상기 제2면(30b)을 덮는 제3카바면(41a)과, 상기 제3카바면(41a)으로부터 도광판(30)의 표면을 따라 꺽이면서 연장되어 상기 제2면(30b)과 이웃하는 제3면(30c)의 일부를 덮는 제4카바면(41b)을 가진다.
상기 제1 카바면(40a)과 제3 카바면(41a)은 발광 소자(31)가 구비된 면에 마련되어 발광 소자(31)로부터 발생되는 열을 각각 제2 카바면(40b)과 제4 카바면(41b)으로 전달한다. 그리고, 상기 제2 카바면(40b)과 제4 카바면(41b)에 각각 방열 핀(45)들이 배치된다. 상기 방열 핀들(45)은 상기 도광판(30)의 폭 방향으로 배열되거나 길이 방향으로 배열될 수 있다. 여기서, 폭 방향은 상대적으로 짧은 길이의 방향을, 길이 방향은 상대적으로 긴 길이의 방향을 나타내는 것으로 한다.
한편, 상기 제1 및 제2 전도체(40)(41)는 히트 파이프로 대체될 수 있다. 히트 파이프는 발광 소자로부터 발생된 열을 순환시켜 발열체를 냉각시키는 역할을 한다.
도 3b는 도 3a에 도시된 방열 시스템을 통해 발광 소자(31)로부터 방출되는 열이 외부로 흘러 나가는 열 흐름도를 개략적으로 나타낸 것이다. 도광판(30)의 제2면(30b)에 배치된 발광 소자(31)로부터 발생된 열이 제2전도체(41)를 통해 상기 방열 핀(45)에 전달되고, 방열 핀(45)을 통해 외부로 방출된다.
제1 실시예는 방열 핀이 도광판의 상하부 또는 측면에 배치되는 한편, 제2 실시예는 방열 핀이 도광판(30)의 제3면(30c) 쪽에 배치된다. 제1 실시예와 제2 실시예는 방열 핀의 위치를 선택적으로 할 수 있음을 보여준다. 방열 핀이 도광판의 제1 및 제2 면에 배치되는 경우에 비해 제3면쪽에 배치되는 경우가 스크린의 크기를 더욱 크게 할 수 있는 이점이 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 방열 시스템을 가진 백라이트 유닛은 마주보는 제1 및 제2 면(30a)(30b)의 내측에 발광 소자들(31)이 구비되고, 상기 제1면(30a) 및 제2 면(30a)(30b)에 각각 "ㄱ" 자형의 제1전도체(50)와 제2전도체(51)가 설치된다. 상기 제1전도체(50) 및 제2전도체(51)는 도 3a에 도시된 제1 및 제2 전도체(40)(41)와 그 구성 및 작용이 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다. 상기 제1 및 제2 전도체(40)(41) 내부에 히트 파이프가 매설된다. 예를 들어 제1 및 제2 전도체(40)(41) 내부에 "ㄱ" 자형 복수의 히트 파이프(55)가 소정 간격으로 매설된다. 상기 히트 파이프(55)는 상기 발광 소자(31)로부터 발생된 열을 내부에서 신속하게 순환시킴으로써 열을 분산시킨다.
상기 제1전도체(50)는 제1카바면(50a)과 제2카바면(50b)을 가지고, 상기 제2전도체(51)는 제3카바면(51a)과 제4카바면(51b)을 가진다. 상기 제2 카바면(50b)과 제4 카바면(50d)에 각각 방열 핀(58)들이 배치된다. 상기 히트 파이프(55)를 통해 순환되는 열은 상기 방열 핀(58)을 통해 효율적으로 냉각된다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예의 다른 변형 예로서, 상기 제1전도체(50) 내부에 "ㄱ" 자형 히트 파이프 대신 일자형 히트 파이프(65)가 매설된다. 제2전도체(51) 내부에는 "ㄱ" 자형 히트 파이프(55)가 구비된다. 상기 일자형 히트 파이프(65)는 발광 소자(31)가 설치된 도광판(30)의 제1면(31a)에 길이 방향으로 배치된다. 다시 말하면, 도광판(30)의 상부 면에는 일자형 히트 파이프(65)가 구비되고, 하부 면에는 "ㄱ" 자형 히트 파이프(55)가 구비되는 것이 바람직하다. 이와 같이 도광판(30)의 상부와 하부에 각각 다른 형태의 히트 파이프를 구비함으로써 열 흐름을 더욱 효율적으로 유도할 수 있으며 그 원리는 다음과 같다.
도 6a는 히트 파이프의 상부 쪽에 열원(S)이 위치한 경우에 히트 파이프에서 의 열 흐름을 도식적으로 나타낸 것이다. 히트 파이프는 기능에 따라 열원(S)에서 가까운 곳에서부터 증발부(71), 단열부(72) 및 응측부(73)로 구역이 나뉠 수 있으며, 히트 파이프의 외부면에 유체가 흡수되어 흐르는 윅크(wick)부(75)가 구비된다. 상기 열원(S)으로부터 열이 가해지면 상기 증발부(71)에서 기화된 기체가 상기 단열부(72)를 통해 응축부(73)로 전달된다. 상기 응축부(73)에서 액화된 유체가 상기 윅크부(75)를 따라 다시 상기 증발부(71)로 전달된다. 이러한 순환 과정에 의해 열원(S)으로부터의 열이 냉각된다.
도 6b는 히트 파이프의 하부 쪽에 열원(S)이 위치한 경우로, 열원(S)에서 가까운 곳에서부터 증발부(81), 단열부(83) 및 응축부(83)를 가지며, 히트 파이프의 외부면에 윅크부(85)가 구비된다.
도 6a와 도 6b를 비교해 보면, 도 6a에서는 응축부(73)가 하부 쪽에 위치하는데 반해, 도 6b에서는 응축부(83)가 상부 쪽에 위치한 점이 다르다. 응축부에서는 증발부로부터 전달된 기체가 액화되고, 이 유체가 윅크부를 따라 순환되는데, 유체가 히트 파이프의 상부 쪽에 위치할 때 하부로 이동하기 용이하다. 반면, 응축부가 히트 파이프의 하부 쪽에 위치되어 유체가 상부 쪽으로 이동되려면 중력에 반하여 역행해야 하므로 유체 흐름에 방해가 된다. 또한, 증발부가 히트 파이프의 상부 쪽에 위치할 때보다 히트 파이프의 하부 쪽에 위치할 때 증발부에서 발생된 기체가 상승되기 쉽다. 따라서, 도 6a에 도시된 경우보다 도 6b에 도시된 경우의 히트 파이프에서의 열 순환이 더욱 원활하게 이루어질 수 있다. 결과적으로, 열원이 히트 파이프의 아래쪽에 있을 때가 히트 파이프의 위쪽에 있을 때보다 히트 파이프 의 열 순환이 원활하게 이루어져 냉각 효과가 더욱 우수하다.
상기와 같은 원리를 고려할 때, 도광판(30)의 하부에는 "ㄱ" 자형 히트 파이프가 구비되는 것이 바람직하다. 한편, 도광판(30)의 상부에 "ㄱ" 자형 히트 파이프가 구비될 때 하부 쪽에 "ㄱ" 자형 히트 파이프가 구비되는 경우에 비해 열 순환의 효율이 상대적으로 저하된다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 도광판(30)의 상부에 "ㄱ" 자형 히트 파이프 대신 일자형 히트 파이프를 도광판의 길이 방향으로 배치한다. 일자형 히트 파이프를 도광판의 길이 방향으로 배치하면 중력에 의한 영향을 덜 받으므로 열 전달이 원활하게 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 방열 시스템을 가진 백라이트 유닛은 LED를 광원으로 사용하여 저전력으로 광원을 구동할 수 있고, 방열 시스템을 이용하여 LED로부터 발생되는 열을 방출함으로써 고열로 인한 화질 저하를 방지한다.
또한, 발광 소자로부터 발생되는 열을 효율적으로 방출할 수 있도록 구성된 방열 시스템을 구비하여 발광 소자의 휘도 저하 및 색 좌표의 변화를 방지한다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

Claims (8)

  1. 광을 가이드하기 위한 도광판;
    상기 도광판의 서로 마주보는 제1 및 제2 면의 안쪽에 배치된 발광 소자들;
    상기 제1 및 제2 면의 제1 및 제2 외측 표면에 배열되어 상기 발광 소자들에서 발생되는 열을 방출시키기 위한 히트 싱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가장자리 발광형 백라이트 유닛.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 히트 싱크는 상기 제1 및 제2 외측 표면에 길이 방향 또는 폭 방향으로 배열된 복수의 방열 핀으로 구성된 것을 특징으로 하는 가장자리 발광형 백라이트 유닛.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 히트 싱크는,
    상기 제1 외측 표면을 덮는 제1커버면과, 상기 제1 외측 표면으로부터 상기 도광판의 표면을 따라 꺽이면서 연장된 제2커버면을 가진 제1 전도체;
    상기 제2 외측 표면을 덮는 제3커버면과, 상기 제2 외측 표면으로부터 상기 도광판의 표면을 따라 꺽이면서 연장된 제4커버면을 가진 제2 전도체;
    상기 제2 및 제4 커버면에 배치된 복수의 방열 핀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가장자리 발광형 백라이트 유닛.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전도체 내부에 복수의 히트 파이프가 매설되는 것을 특징으로 하는 가장자리 발광형 백라이트 유닛.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 히트 파이프는 "ㄱ" 자형 형태를 가지며, 상기 히트 파이프들이 상기 제1 및 제2 전도체 내부에 소정 간격으로 이격되어 배열된 것을 특징으로 하는 가장자리 발광형 백라이트 유닛.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 전도체 내에 상기 제1 면 쪽에 일자형의 히트 파이프가 길이 방향으로 배열되고, 상기 제2 전도체 내에 "ㄱ" 자형 히트 파이프들이 소정 간격으로 배열된 것을 특징으로 하는 가장자리 발광형 백라이트 유닛.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 면이 상기 도광판의 상부 면이고, 제2 면이 상기 도광판의 하부 면인 것을 특징으로 하는 가장자리 발광형 백라이트 유닛.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 히트 싱크는,
    상기 제1 외측 표면을 덮는 제1커버면과, 상기 제1 외측 표면으로부터 상기 도광판의 표면을 따라 꺽이면서 연장된 제2커버면을 가진 제1 히트 파이프;
    상기 제2 외측 표면을 덮는 제3커버면과, 상기 제2 외측 표면으로부터 상기 도광판의 표면을 따라 꺽이면서 연장된 제4커버면을 가진 제2 히트 파이프;
    상기 제2 및 제4 커버면에 배치된 복수의 방열 핀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가장자리 발광형 백라이트 유닛.
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