KR100827377B1 - 방열 시트, 그 제조 방법 및 이를 포함한 백라이트 장치 - Google Patents

방열 시트, 그 제조 방법 및 이를 포함한 백라이트 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파손 없이 반사 시트에 부착되어 흡열 기능을 지속적으로 수행할 수 있는 방열 시트의 제조 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 방열 시트 제조 방법은 나노 사이즈의 미세 흑연 분말 입자 속에 아크릴계 수지를 첨가하여 나노 복합체(Nano-composite)를 형성하는 단계; 및 미세 흑연 분말 입자와 아크릴계 수지에 의하여 형성된 나노 복합체를 압착하는 단계를 포함하며, 이 방법에서 압착 단계 전에 미세 흑연 분말 입자와 아크릴계 수지에 의하여 형성된 나노 복합체에 열전도도가 우수한 수지를 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
백라이트 장치, 방열 시트, 나노 복합체

Description

방열 시트, 그 제조 방법 및 이를 포함한 백라이트 장치{Heat radiating sheet and method for manufacturing the same, and backlight unit with the same}
도 1은 일반적인 백라이트 장치를 구성하는 광원 및 반사판의 관계를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른, 방열 시트를 포함한 직하형 백라이트 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 반사판과 방열 시트의 관계를 도시한 사시도.
본 발명은 방열 시트 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 연성 및 강도가 우수한 방열 시트의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 소자(Liquid Crystal Display device, 이하 "LCD 소자"라 함)는, 인가 전압에 따른 액정 투과도의 변화를 이용하여 각종 장치에서 발생하는 전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 전달하는 전자 소자이다.
이와 같은 LCD 소자는 이와 같이 각종 정보의 표시 소자이면서도 자체 광원 을 구비하고 있지 않으며, 따라서 그 후면에 광원이 설치되어 LCD 소자의 화면 전체를 균일하게 밝혀주는 별도의 장치가 요구된다. 이러한 조건을 만족시키는 장치로서, LCD 소자의 화면에 광을 제공하는 백라이트 장치(Back Light Unit)가 이용된다.
백라이트 장치는 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp)가 설치되는 위치에 따라, 램프가 액정 패널의 아래에 위치하는 직하 방식과 램프가 도광판의 측면에 위치하는 에지-라이트 방식(edge-light method)으로 구분된다.
도 1은 종래의 액정 표시 소자의 백라이트 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1에는 에지-라이트 방식의 백라이트 장치(100)가 도시되며, 이 에지-라이트 백라이트 장치는 광원부(110), 도광판(120), 반사 시트(130) 및 광학 필름(140)을 포함한다.
광원부(110)는 소정 파장의 광을 발생시키는 하나 이상의 냉음극형광램프(112) 및 실장부(114)를 포함한다. 냉음극형광램프(112)에서 발생된 광은 반사체로 구성된 실장부(114) 및 반사 시트(130)에 의해 반사되며, 그 후 반사된 광은 도 1에 도시된 바와 같이 도광판(120) 전체에 걸쳐서 균일하게 확산된다.
광학 필름(140)은 확산판(142), 프리즘 시트(144), 보호 시트(146) 및 반사형 편광 필름(148)을 포함하며, 반사형 편광 필름(148)은 선택적으로 사용된다.
광학 필름(140)을 구성하는 각 구성 요소의 기능을 간단히 설명하면 다음과 같다.
도광판(120) 내에서 균일하게 확산된 광은 확산판(142)을 통과하며, 확산판(142)은 도광판(120)을 통과한 광을 확산 또는 집광시켜 휘도를 균일하게 하고, 시야각을 넓혀준다.
확산판(142)을 통과한 광은 휘도가 급격히 떨어지게 되는데, 이를 방지하기 위해 프리즘 시트(144)가 사용된다. 프리즘 시트(144)는 확산판(142)에서 출사된 광을 굴절시켜 낮은 각도로 입사되는 광이 정면 쪽으로 집중되어 유효 시야각 범위에서 휘도가 높아진다.
보호 시트(146)는 프리즘 시트(144) 위에 위치하여 프리즘 시트(144)의 흠집을 방지하고, 또한 프리즘 시트(144)에 의해 좁아진 시야각을 넓혀주는 기능을 한다.
한편, 광학 필름(140) 위에 위치하는 LCD 소자(미도시)는 광학 필름(140)에서 발산된 광 중 일부만 투과시키는 성질을 갖는다. 예를 들면, 종파(P파)는 투과시키고, 횡파(S파)는 흡수하는 성질을 갖는다. 따라서, 흡수되는 횡파를 활용하기 위하여 반사형 편광 필름(148)이 사용된다.
반사형 편광 필름(148)은 보호 시트(146)에 의해 확산된 광 중 횡파(S파)를 도광판(120) 방향으로 반사시키고, 종파(P파)는 LCD 소자(미도시)에 제공한다.
반사된 횡파는 도광판(120) 또는 반사 시트(130)에 의해 재반사된다. 이 경우, 상기 반사된 횡파는 재반사됨에 의해 종파와 횡파를 포함하는 광으로 변화된다. 이 변화된 광은 확산판(142), 프리즘 시트(144) 및 보호 시트(146)를 투과하여 반사형 편광 필름(148)에 재입사된다. 백라이트 장치(100)에서는 위와 같은 과정을 통하여 광의 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 에지-라이트 방식의 백라이트 장치와 달리 직하형 백라이트 장치에서는 광원부의 하부에 반사 시트가 위치하며, 이러한 구조에서는 광원부에서 발생된 열의 대부분이 반사 시트로 전달된다. 전달된 열에 의하여 반사 시트가 과열됨으로서 반사 시트의 변형 등이 발생할 우려가 있다.
본 발명의 목적은 백라이트 장치에서 발생하는 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반사 시트로 전달된 열을 효과적으로 흡수할 수 있는 방열 시트 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 또다른 목적은 방열 시트를 포함하는 백라이트 장치를 제공하는데 있다.
일반적으로, 플라즈마 표시 장치 및 컴퓨터에는 발생된 열을 방출하기 위한 방열 시트가 이용되며, 본 발명에서는 이러한 기능을 수행하는 방열 시트의 개념을 백라이트 장치에 적용하였다.
본 발명에 따른 방열 시트 제조 방법은 나노 사이즈의 미세 흑연 분말 입자 속에 아크릴계 수지를 첨가하여 나노 복합체(Nano-composite)를 형성하는 단계; 및 미세 흑연 분말 입자와 아크릴계 수지에 의하여 형성된 나노 복합체를 압착하는 단계를 포함하며, 압착 단계 전에 미세 흑연 분말 입자와 아크릴계 수지에 의하여 형성된 나노 복합체에 열전도도가 우수한 수지를 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 방열 시트는 나노 사이즈의 미세 흑연 입자와 아크릴계 수지에 의하여 형성된 나노 복합체를 고온 상태에서 압착하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 직하형 백라이트 장치의 일부를 도시한 도면으로서,도 1의 백라이트 장치를 구성하는 부재와 동일한 부재에 동일한 참고 번호를 부여하였다.
본 발명에 따른 직하형 백라이트 장치는 실장부(114)에 설치되어 있는 다수의 냉음극형광램프(112)를 포함하는 광원부(110)가 도광판(120)의 하부에 설치되고, 광원부(110)의 하부에 반사 시트(130)가 설치되어 있다.
광원부(110)의 하부에 위치하는 반사 시트(130)는 도광판(120)에서 누설된 광을 다시 도광판(120)으로 반사시킨다. 한편, 광의 발생 과정에서 광원부(110)에서 발생된 열은 그 하부에 위치한 반사 시트(130)로 전달된다.
본 발명에 따른 백라이트 장치의 가장 큰 특징은 반사 시트(130)로 전달된 열을 방출하기 위하여 방열 시트(150)를 반사 시트(130)의 하부에 설치한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 반사 시트와 방열 시트의 관계를 예시한 사시도로서, 본 발명에서는 도 3에서와 같이 방열 시트(150)가 반사 시트(130) 저면에 접착제(160)를 통하여 부착될 수 있으며, 이와 달리 반사 시트(130) 저면에 방열 시트층을 형성할 수 도 있다.
반사 시트(130)로 전달된 열을 흡수하여 장치의 외부로 방출시키는 기능을 수행하는 방열 시트(150)는 열 전도성이 우수한 흑연으로 제조된다. 흑연을 고온의 조건 하에서 압착시킴으로써 도 3에 도시된 형상을 갖는 방열 시트(150)가 제조된다.
방열 시트(150)는 열 전도성이 우수하여 반사 시트(130)로 전달된 열을 효과적으로 흡수할 수 있으나, 재료(흑연)의 물리적 특성 및 고온 압착의 가공 공정의 특성상 쉽게 부서지는 단점을 갖고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 방열 시트(150)가 접착제(160)를 통하여 반사 시트(130)에 부착된 상태에서 방열 시트(150)가 파손(부서짐)되어 반사 시트(130)에서 박리될 경우, 반사 시트(130)에 대한 흡열 및 방열 기능에 많은 영향을 초래할 수 있다.
이와 같이, 방열 시트(150)가 쉽게 부서지는 것은 흑연 분말을 주성분으로 하여 방열 시트를 제조하기 때문이다. 흑연 분말을 압착 성형하기 때문에 분말 입자들 사이의 결합력(접착력)이 작으며, 따라서 외부의 충격에 의하여 그 형상이 쉽게 변형 및 파손된다.
방열 시트를 구성하는 재료에 의한 위와 같은 현상을 방지하기 위한 방열 시트 및 그 제조 방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 방열 시트를 구성하는 주요 성분은 흑연 분말과 바인더이다. 즉, 흑연 분말을 점성을 갖는 바인더(binder)와 혼합하며, 그 혼합물을 반사 시트(도 2의 130)의 저면에 도포한다.
본 발명에서 사용된 바인더는 폴리우레탄으로, 폴리우레탄의 물리적 화학적 특성은 다음과 같다.
폴리우렌탄은 분자 내에 우레탄결합 -OCONH-를 갖는 고분자 화합물의 고무 상태의 탄성체로서 우레탄 고무·합성섬유·접착제·도료·우레탄폼 및 자동차 범퍼 등 최근에 그 이용 범위가 확대되고 있다. 일반적으로는 디올(1,4-부탄디올 등)과 디이소시아네이트(디페닐메탄디이소시아네이트 등)의 첨가 중합에 의해 제조된다. 고무 용도로는 디올로서 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜과 같은 폴리에테르디올이나 말단(末端) 디올의 지방족 폴리에스테르가 이용된다. 우레탄폼의 용도로는 트리이소시아네이트를 첨가하여 열경화성으로 하는 경우가 많다.
페이스트 형태의 폴리우레탄에 흑연 분말을 혼합한 후, 그 혼합물을 반사 시트 저면에 도포함으로서, 반사 시트의 저면에는 소정 두께의 방열 시트가 형성된다.
방열 시트의 주성분인 흑연은 반사 시트의 열을 흡수하며, 폴리우레탄은 흑연 분말 입자를 일체화시킨다. 따라서 방열 시트에 외부 충격이 가해지더라도 폴리우레탄에 의하여 흑연 분말 입자의 결합이 해제, 즉 방열 시트의 부서짐이 발생되지 않는다.
한편, 흑연 분말과 폴리우레탄의 혼합물의 연성을 개선하기 위하여 구리(Cu) 또는 은(Ag)을 첨가할 수도 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 방열 시트 및 그 제조 방법을 설명하기 앞서 먼저 나노 복합 재료에 대하여 간단히 설명한다.
나노 복합재료(Nano composite)는 두 가지 이상 구성 물질의 혼합체로써, 서 로 화학적으로 구분되는 구성 물질들이 각각의 특성을 유지한 채로 결합되어 있으면서, 각 구성 물질의 독특한 기계적, 물리적, 화학적 특성이 서로 상호 보완적으로 작용하여 개개의 구성 물질이 분리되어 있을 때보다 우수한 특성을 얻고자 인위적으로 구성된 일컫는 재료이다.
일반적으로, 구조 재료용 복합 재료의 구성 물질은 기지와 강화재의 두 가지로 나눌 수 있다. 기지는 강화재를 서로 결합시키고 강화재를 외부로부터 보호하며 복합 재료의 형태를 유지하게 하는 기능을 가지며, 복합 재료 내에서 연속적인 구조를 가지고 있다. 한편, 강화재는 외부 응력을 지탱하여 복합 재료가 기지에 비해 좋은 기계적 성질을 나타나게 하며, 기지 내에 분산되어 있는 입자, 휘스커 또는 섬유 형태의 구성 물질이다.
복합 재료는 기지의 종류에 따라 크게 세 가지, 즉 에폭시(epoxy) 등과 같은 고분자 물질을 기지로 하는 고분자 복합 재료(polymer matrix composite), 금속 및 합금을 기지로 하는 금속 복합 재료(metal matrix composite) 그리고 세라믹 기지를 갖는 세라믹 복합 재료(ceramic matrix composite)로 분류된다.
금속이나 세라믹을 기지 재료로 하는 복합 재료에서는 재료의 경량화와 고강도화를 목적으로 탄소섬유, 실리콘 카바이드 섬유, 알루미나 섬유 등이 강화섬유로 이용되고 있으며, 이들은 고분자 복합재료가 적용될 수 있는 고온용 특수 용도에 사용된다.
한편, 나노 복합 재료는 탄소나노섬유, 탄소나노튜브, 탄화 규소(SiC) 등의 나노입자를 강화재로 사용하는 복합재료를 말하는 것으로서, 이러한 강화재는 기존 복합재료에 사용되는 강화재보다 기계적, 열적, 전기적 특성 등이 월등히 우수하기 때문에 다양한 기능을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 제 2 실시예는 위에서 설명한 바와 같은 나노 복합 재료의 특성을 이용한 것으로서, 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 흑연 분말을 나노 사이즈(size)의 미세 입자로 가공하며, 이 미세 흑연 입자 속에 아크릴계 수지를 첨가하여 나노-복합제(Nano-composite)를 형성한다.
이와 같이, 미세 흑연 분말 입자 속에 아크릴계 수지를 고르게 분산시켜 형성된 나노 복합제는 우수한 열 안정성, 기계적 성질(연성 및 인장 강도) 및 열변형 온도, 내치수성을 갖게 된다.
이후, 미세 흑연 분말 입자와 아크릴계 수지에 의하여 형성된 나노-복합제를 고온 상태에서 압착하여 최종 방열 시트를 형성한다.
한편, 고온 압착 공정을 실시하기 전에 혼합물에 열 전도도가 우수한 수지를 첨가할 수 있다.
이상과 같은 제 2 실시예에 따라 제조된 방열 시트는 열 안정성, 기계적 성질(연성 및 인장 강도) 뿐만 아니라 열 전도성도 우수하여 반사 시트의 열을 효과적으로 흡수하여 방출할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따라 제조된 방열 시트는 반사 시트의 열을 흡수하고 방열하는 기본적인 기능을 효과적으로 수행할 수 있음은 물론 부서짐과 같은 손상을 방지할 수 있어 방열 시트의 형상을 지속적으로 유지할 수 있다.
위에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시되었다. 따라서, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 방열 시트의 제조 방법에 있어서,
    나노 사이즈의 미세 흑연 입자 속에 아크릴계 수지를 첨가하여 나노 복합체(Nano-composite)를 형성하는 단계; 및
    상기 미세 흑연 입자와 상기 아크릴계 수지에 의하여 형성된 상기 나노 복합체를 압착하는 단계를 포함하는 방열 시트의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항의 방법으로 제조되며 반사 시트 하부에 설치된 방열 시트를 포함하는 백라이트 장치.
  4. 나노 사이즈의 미세 흑연 입자와 아크릴계 수지에 의하여 형성된 나노 복합체를 압착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 방열 시트.
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