KR20090048022A - 히트 싱크 및 이를 구비한 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스위칭 소자를 가진 구동 회로 소자에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하기 위해 구동 회로 소자와 양면 접촉을 하는 히트 싱크를 가진 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따른 디스플레이 장치는 디스플레이 패널, 디스플레이 패널의 후면에 배치되는 프레임, 프레임의 후측에 배치되고 적어도 하나 이상의 구동 회로 소자를 구비하는 구동 회로 보드 및 구동 회로 소자를 양측면에서 면접촉하여 방열하는 히트 싱크(Heat Sink)를 구비한다. 본 발명에 의하면, 복수의 구동 회로 소자로부터 발생하는 열이 효과적으로 히트 싱크로 전달됨으로써 패널의 방열 효율이 증가하게 되고, 구동 회로 소자의 수명을 증대시키는 효과가 있다.

디스플레이 장치, 플라즈마 디스플레이 장치, 히트 싱크, 방열, 일체형, IPM

Description

히트 싱크 및 이를 구비한 디스플레이 장치{Heat sink and display device comprising the same}

본 발명은 히트 싱크(Heat Sink)를 개선한 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구동회로에서 대전력 구동 회로 소자에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하기 위한 히트 싱크를 구비한 디스플레이 장치에 관한 것이다.

플라즈마 디스플레이 패널은 가스 방전 현상을 이용하여 화상을 표시하는 평판 디스플레이 장치로서, 박형화가 가능하고 광 시야각을 갖는 고화질의 대화면을 구현할 수 있어서 평판 디스플레이 장치로서 최근 각광을 받고 있다.

이러한 플라즈마 디스플레이 장치에서는 서로 마주보는 평판 패널 사이에 형성된 방전 셀 내에 방전가스를 주입하여 봉입함으로써 플라즈마 디스플레이 패널을 형성하고, 방전 셀을 가로지르는 전극들 사이에 전압을 인가하여 방전가스가 충전된 방전셀 내에서 방전을 야기하여 발생된 자외선에 의해 형광체를 여기시킴으로써 가시광을 발광시켜 화상을 구현한다.

이때, 상기 전극에 인가되는 전압은 외부에서 수신되는 영상 신호에 대응하여 제어되며, 이를 위해 회로 기판 상에서 플라즈마 디스플레이 장치를 구동시키는 구동 회로 소자는 순간적인 시간 동안 많은 양의 영상신호를 제어한다. 이로 인하여 구동 회로 소자에 많은 부하가 발생하여서 고온의 열이 발생한다.

즉, 각 전극들의 스위칭 타이밍에 의해 디스플레이 패널의 방전 셀이 어드레싱되고 발광하는 플라즈마 디스플레이 장치에는 고속으로 작동하는 대전력 스위칭 소자들이 다수 사용되므로 많은 열이 발생한다.

따라서 열이 원활하게 방출되지 않는다면 스위칭 소자의 성능이 열화될 뿐만이 아니라, 이들을 포함하는 구동 회로 전체의 성능이 열화된다.

대전력 회로 소자들로부터 열을 원활하게 방출하기 위하여 히트 싱크가 대전력 스위칭 소자와 결합된 상태로 구동 회로 보드에 부착된다. 히트 싱크는 알루미늄 등 열전도성이 우수한 재로로서 압출성형에 의해 가공될 수 있다.

이와 같이 각 구동 회로 보드들에 부착되는 히트 싱크는 공기와의 접촉면을 크게 하기 위하여 돌출된 방열판을 구비한다. 즉, 각 구동 회로 보드들에 의하여 발생된 열은 구동 회로 보드들에 부착된 히트 싱크의 몸체를 통하여 방열판에 전달되고 넓은 면적의 방열판을 통하여 열이 외부로 방출된다.

도 1은 구동 회로 소자와 한쪽 면만 접촉하여 결합된 기존의 히트 싱크를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 히트 싱크(100)는 열원이 되는 구동 회로 소자(160)와 접촉하는 소자 접촉부(120)와 소자 접촉부(120)로부터 수직으로 연장된 복수의 방열판(140)을 구비한다. 복수의 방열판(140)들은 서로 평행하게 이격되어 배치된다. 히트 싱크(100)는 복수의 방열판(140) 사이의 공간을 통해 공기와 열 교환함으로써 방열을 수행한다.

종래의 히트 싱크(100)는 구동 회로 소자(160)와 스크류(180) 등과 같은 체결 수단에 의하여 한쪽 면만 결합되고, 구동 회로 보드(110)와는 고정 부재(190)에 의하여 결합된다.

따라서, 구동 회로 동작 중에 구동 회로 소자에서 발생하는 열은 히트 싱크(100)가 배치된 한쪽 방향으로만 공기중으로 방출되고, 히트 싱크(100)가 결합되지 않은 방향으로는 효과적으로 열을 방출시키지 못하므로 구동 회로 소자(160)가 열적 손상을 입을 가능성이 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 구동 회로보드 상의 회로 소자 등의 열원과 양면에서 접촉하여 열을 흡수함으로써 흡수된 열을 효과적으로 방출할 수 있는 양면 접촉형 히트 싱크를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 디스플레이 장치는 디스플레이 패널, 디스플레이 패널의 후면에 배치되는 프레임, 프레임의 후측에 배치되고 적어도 하나 이상의 구동 회로 소자를 구비하는 구동 회로 보드 및 구동 회로 소자를 양측면에서 면접촉하여 방열하는 히트 싱크(Heat Sink)를 구비한다.

히트 싱크는 제 1 히트 싱크와 제 1 히트 싱크와 일체로 형성된 제 2 히트 싱크를 포함하고, 제 1 히트 싱크는 상기 구동 회로 소자의 일면에 면접촉하고 제 2 히트 싱크는 구동 회로 소자의 타면에 면접촉하는 것을 특징으로 한다.

또한, 히트 싱크는 제 1 히트 싱크와 제 1 히트 싱크에 고정된 제 2 히트 싱크를 포함하고, 제 1 히트 싱크와 상기 제 2 히트 싱크를 고정하는 체결 수단을 더 포함할 수 있다.

제 1 히트 싱크 및 상기 제 2 히트 싱크 중 적어도 하나와 구동 회로 소자 사이에 열전도 부재를 더 포함할 수 있고, 제 1 히트 싱크 및 제 2 히트 싱크에 각각 복수의 방열판이 형성될 수 있다.

히트 싱크의 표면에 돌기가 형성될 수 있고, 전기 전도성 재질로 이루어질 수 있다.

디스플레이 패널은 플라즈마 디스플레이 패널인 경우, 구동 회로 소자는 에너지 회수 회로를 복수 개 포함하는 에너지 회수 회로 모듈일 수 있고, 더 나아가에너지 회수 회로 모듈은 IPM(Intelligent Power Module)일 수 있다.

본 발명에 의하면, 복수의 회로 소자로부터 발생하는 열이 효과적으로 히트싱크로 전달됨으로써 패널의 방열 효율이 증가하게 되고, 구동 회로 소자의 수명을 증대시키는 효과가 있다.

디스플레이 장치에는 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT), 전계 발광 소자(ElectroLuminescence ; EL), 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED), 진공 형광 표시 장치(Vacuum Fluorescent Display; VFD), 전계 방출 디스플레이(Field Emission Display; FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel; PDP), 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD) 등이 있다.

다만, 설명의 편의를 위해 본 발명의 바람직한 디스플레이 장치의 일례로서 플라즈마 디스플레이 장치를 위주로 설명하고자 한다.

본 발명의 바람직한 플라즈마 디스플레이 장치는 디스플레이 패널과 상기 디스플레이 패널을 지지하는 프레임과 상기 디스플레이 패널과 프레임 후측에 설치되는 구동 회로 보드를 구비한다.

디스플레이 패널의 후방에는 프레임이 배치되며, 상기 프레임은 디스플레이 패널과 프레임 사이에는 열전도 매체인 패널용 방열수단인 방열 패드가 부착될 수 있다.

이러한 프레임은 각 구동부들이 실장되는 기지로서의 역할을 하는 동시에 일반적으로 열 전도성이 우수한 재질을 채택하여 플라즈마 디스플레이 패널의 구동시 발생하는 열을 외부로 방출하는 방열 기능을 수행한다.

상기 디스플레이 패널과 결합된 프레임 후측에는 구동 회로 보드가 장착된다. 상기 구동 회로 보드에는 상기 디스플레이 패널을 구동하는 전자 부품들이 장착되어 있는데, 상기 부품들은 디스플레이 패널에 전원을 공급하기 위한 부품과, 디스플레이 패널에 화상을 구현하기 위하여 신호를 인가하는 부품 등 각종의 부품들을 포함한다.

상기와 같은 구조를 가진 플라즈마 디스플레이 장치의 구동 회로 보드에는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 동작을 위하여 FET(Field Emission Transistor) 등의 대전력 스위칭 회로 소자들이 설치된다.

또한, 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 회로 보드에 구비되는 에너지 회수 회로에도 다수의 대전력 스위칭 회로 소자들이 사용된다. 이러한 에너지 회수 회로를 복수 개 포함하는 에너지 회수 모듈은 인텔리전트 파워모듈(Intelligent Power Module, 이하 'IPM'이라 함)일 수 있다.

이 IPM은 스위칭 소자, 구동 회로 및 기본적인 보호 회로 등을 하나의 모듈로 이루어진 것으로서, 추가되는 부품 없이 전원만 넣어주고 신호만 주면 그 신호 에 따라 동작하는 고집적 구동 회로 소자이다.

따라서 상기 IPM은 집적화에 따른 영향으로 통상의 구동 회로 소자보다 더욱 많은 열이 발생하게 되며, 이런 열을 원활하게 외부로 방출하기 위하여 히트 싱크가 IPM의 후면과 접하도록 배치되는 것이 바람직하다.

상기 구동 회로 보드에는 방열원인 구동 회로 소자들과 함께 적어도 하나 이상의 구동 회로 소자로부터 발생하는 열을 흡수하고, 상기 흡수한 열을 방출하는 복수의 히트 싱크가 설치된다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 조립형 히트 싱크를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에서 각각의 구성요소가 분리된 상태를 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 조립형 히트 싱크는 구동 회로 소자(160)의 일면과 면접촉하는 히트 싱크의 본체인 제 1 히트 싱크(Heat Sink 1, 100)와 구동 회로 소자(160)의 타면과 면접촉하는 제 2 히트 싱크(Heat Sink 2, 200)를 구비한다. 구동 회로 소자(160)의 타면과 면접촉하는 제 2 히트 싱크(200)는 체결 수단(180)에 의하여 히트 싱크 본체인 제 1 히트 싱크(100)에 결합된다.

제 1, 2 히트 싱크(100,200) 각각은 방열원인 적어도 하나 이상의 구동 회로 소자(160)로부터 발생하는 열을 흡수하고,상기 흡수한 열을 방출하는 기능을 한다. 이런 기능을 하는 제 1, 2 히트 싱크(100,200) 각각은 소자 접촉부(120, 220)와 열 방출부인 방열판(140,240)을 구비한다.

소자 접촉부(120,220)는 복수의 구동 회로 소자(160)와 면접촉하여 결합한 다. 상기 체결 방법으로는 여러 가지 체결 수단에 의하여 체결되는데, 그 하나의 예로서 도 2 및 도 3에서는 소자 접촉부(120) 및 이와 대응하는 복수의 구동 회로 소자(160)에 홀(hole)이 형성되고, 이 홀을 스크류(180)가 관통하도록 하여서 소자 접촉부(120)가 복수의 구동 회로 소자(160)와 체결된다.

상기 체결 수단은 스크류(180)에 한정되는 것은 아니고, 키이, 핀, 리벳 등 여러 가지 결합용 기계요소들일 수 있다.

소자 접촉부(120,220)는 열 방출부인 방열판(140,240)과 연결된다. 상기 방열판(140,240)은 복수의 방열판들이 적층되어 배치됨으로써 이루어진다. 이러한 방열판(140,240)은 소자 접촉부(120,220)로부터 돌출되는 형상을 하고 있고, 열방출의 효율을 높이기 위해 방열판의 표면에 돌기가 형성되어 있다.

한편, 상기한 바와 같이 통상적으로 FET 등의 구동 회로 소자(160) 측면은 편평도가 우수하지 않다. 이로 인하여 구동 회로 소자(160)에서 발생하는 열이 조립형 히트 싱크에 잘 전달되지 않게 된다.

따라서 본 발명에서는 조립형 히트 싱크와 복수의 구동 회로 소자(160) 사이에 열전도 부재가 개재될 수 있다. 이 열전도 부재는 상기 구동 회로 소자에서 발생하는 열을 히트 싱크로 원활하게 이동시키는 기능을 하는 것으로 열전달 계수가 높고 탄성을 가지는 것이 바람직하며, 열전도 시트, 열전도 그리스(thermal grease) 등이 사용될 수 있다. 도 2에서는 도시되지 않았으나, 도 3을 참조하면, 번호 110, 130은 열전도 부재일 수 있다.

이 열전도 부재의 일면은 조립형 히트 싱크와 면접촉하고, 이 열전도 부재의 타면은 구동 회로 소자(160)와 면접촉하여서, 구동 회로 소자(160)에서 발생하는 열이 조립형 히트 싱크로 잘 전달되도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 조립형 히트 싱크는 제 1 히트 싱크(100)와 제 2 히트 싱크(200) 중에서 적어도 한 부분에 열전도 부재가 부착될 수 있다.

요약하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 조립형 히트 싱크의 경우, 구동 회로 소자에서 발생한 열은 제 1 히트 싱크(100)의 방열판(140)을 통해 외부로 방출되거나, 제 2 히트 싱크(200)의 방열판(240)을 통해 외부로 방출된다.

따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 조립형 히트 싱크(100,200)는 외부 공기와 접하는 면적이 커지므로 방열 효율이 더욱 증가하게 된다.

상기 구동 회로 소자(160)는 FET(Field Emission Transistor) 등의 대전력 스위칭 회로 소자뿐만 아니라 플라즈마 디스플레이 패널의 전극, 바람직하게는 유지 전극으로 서스테인 전압(Vs)을 공급하고, 유지 전극의 무효 전압을 회수하기 위한 에너지 회수 회로를 복수 개 포함하는 에너지 회수 회로 모듈(Module)일 수 있다.

그 이유는 에너지 회수 회로는 상대적으로 고전압의 서스테인 전압(Vs)을 사용하기 때문에 스위칭(Switching) 소자들에게서 상대적으로 많은 열이 발생하기 때문이다.

특히, 에너지 회수 회로 모듈에는 복수 개의 에너지 회수 회로가 집적되어 있기 때문에 더욱 많은 열이 발생하고 이에 따라, 열적 손상을 입을 가능성이 더욱 증가하기 때문이다.

도 2에 도시된 히트 싱크 조립체의 경우, 제 1 히트 싱크(100)와 제 2 히트 싱크(200)가 서로 접촉하여 연결하는 부분(A)이 간접적으로 접하도록 배치된다. 따라서 연결 부분(A)에 접촉 저항이 발생하게 되어 회로 소자(160)에서 발생하여 전도된 열이 간접적으로 전달된다.

이러한 접촉 저항을 감소시킴으로써 복수의 회로 소자의 방열 효과를 더욱 증가시키기 위해 히트 싱크의 구조를 일체형으로 변경할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 일체형 히트 싱크를 도시한 도면이다.

도 4에 도시된 일체형 히트 싱크의 소자 접촉부(420)는 도 3에서 언급된 제 1 히트 싱크의 소자 접촉부와 제 2 히트 싱크의 소자 접촉부가 서로 분리되지 않고 일체형으로 연결된 것이다.

따라서 접촉 저항이 발생하지 않으므로 구동 회로 소자(160)에서 발생하여 전도된 열이 직접적으로 전달되어 방열 효율이 증가하는 효과가 있다.

도 3과 마찬가지로, 일체형 히트 싱크의 소자 접촉부(420)는 열 방출부인 방열판(440)과 연결된다. 상기 방열판(440)은 복수의 방열판들이 적층되어 배치됨으로써 이루어진다. 이러한 방열판(440)은 소자 접촉부(420)로부터 돌출되는 형상을 하고 있고, 열방출의 효율을 높이기 위해 방열판(440)의 표면에 돌기가 형성되어 있다.

도 5⒜는 플라즈마 디스플레이 패널에 일반적으로 사용되는 에너지 회수 회로를 나타낸 도면이고, 도 5⒝는 출력 파형을 에너지 회수 동작 구간별로 간략하게 분석한 도면이다.

표 1은 도 1과 도 2에서 설명된 히트 싱크를 적용한 경우에 구동 회로 보드의 온도 변화를 측정한 결과이다.

도 5⒜와 도 5⒝은 표 1을 설명하기 위한 보조 자료로서 도 5⒜와 도 5⒝를 참조하면서 에너지 회수 동작 과정에 대해 간략히 설명하도록 한다.

현재 플라즈마 디스플레이 패널에서 전력을 회수하기 위한 에너지 회수 회로는 서스테인 파형에 적용되어 보편적으로 사용되고 있으며, 에너지 회수 회로는 방전에 필요한 전력을 전극에 공급하고 이후 전극에 공급되었던 에너지를 회수한다.

에너지 회수 회로를 동작시키기 위해서는, 먼저 제1스위치(S1)를 온(On) 시켜서 커패시터 Cs에 충전된 전압을 패널에 공급한다(ⓐ ER up 구간).

이후 제2스위치(S2)를 온(On) 시켜서 전압(Va)를 공급한다(ⓑ Sus_up 구간).

다음 제3스위치(S3)를 온(On) 시켜서 전극에 공급되었던 에너지를 커패시터 Cs에 충전(Recovery)시킨다(ⓒ ER down 구간).

최종적으로 제4스위치(S4)를 온(On)시켜서 그라운드 레벨(Ground level)을 잡아 준다(ⓓ Sus_down 구간).

상기 에너지 회수 회로는 서스테인 전극뿐만 아니라 데이터 전극에도 사용된다.

- 표 1 -

표 1을 살펴보면, 도 1의 경우는 구동 회로 소자와 한쪽 면만 접촉하는 기존의 히트 싱크를 적용하여 구동 회로 소자의 온도를 측정한 것이고, 도 2의 경우는 구동 회로 소자와 양쪽 면을 접촉하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 조립형 히트 싱크를 적용하여 구동 회로 소자의 온도를 측정한 것이다.

측정 온도란 에너지 회수 동작 구간별로 상온에서 구동 회로 소자의 표면 온도를 측정한 것이고, 환산 온도란 구동 회로 소자를 플라즈마 디스플레이 패널 셋 내에 있을 경우를 가정하고 환산한 온도이다.

화이트(White) 32 계조의 경우, 도 1의 경우와 도 2의 경우의 히트 싱크를 적용한 경우에 온도 차이를 살펴 보면 특히, ⓑ Sus_up 구간, ⓓ Sus_down 구간에서 각각 8.3도, 7.4도씩 온도가 낮아진 것을 알 수 있다.

또한, 레드(Red) 32 계조의 경우에는 에너지 회수 회로 전 구간에서 고르게 5도 내지 7도 사이에서 온도가 낮아진 것을 알 수 있다.

실험 결과를 요약하면, 조립형 히트 싱크를 적용한 결과 기존의 히트 싱크보다 방열 효과가 개선되었음을 알 수 있다. 마찬가지로 도 4의 일체형 히트 싱크를 적용하더라도 기존의 히트 싱크보다 방열 효과가 개선될 것은 자명할 것이다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 구동 회로 소자와 한쪽 면만 접촉하여 결합된 기존의 히트 싱크를 나타낸 도면;

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 조립형 히트 싱크를 도시한 도면;

도 3은 도 2에서 각각의 구성요소가 분리된 상태를 도시한 도면;

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 일체형 히트 싱크를 도시한 도면;

도 5⒜는 플라즈마 디스플레이 패널에 일반적으로 사용되는 에너지 회수 회로를 나타낸 도면;및

도 5⒝는 출력 파형을 에너지 회수 동작 구간별로 간략하게 분석한 도면이다.

Claims (10)

1. 디스플레이 패널;

   상기 디스플레이 패널의 후면에 배치되는 프레임;

   상기 프레임의 후측에 배치되고 적어도 하나 이상의 구동 회로 소자를 구비하는 구동 회로 보드;및

   상기 구동 회로 소자를 양측면에서 면접촉하여 방열하는 히트 싱크(Heat Sink)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 히트 싱크는 제 1 히트 싱크와 상기 제 1 히트 싱크와 일체로 형성된 제 2 히트 싱크를 포함하고,

   상기 제 1 히트 싱크는 상기 구동 회로 소자의 일면에 면접촉하고 상기 제 2 히트 싱크는 상기 구동 회로 소자의 타면에 면접촉하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 히트 싱크는 제 1 히트 싱크와 상기 제 1 히트 싱크에 고정된 제 2 히트 싱크를 포함하고,

   상기 제 1 히트 싱크와 상기 제 2 히트 싱크를 고정하는 체결 수단을 더 포 함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 히트 싱크 및 상기 제 2 히트 싱크 중 적어도 하나와 상기 구동 회로 소자 사이에 열전도 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 히트 싱크 및 상기 제 2 히트 싱크에 각각 복수의 방열판이 형성된 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 히트 싱크의 표면에 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 히트 싱크는 전기 전도성 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 디스플레이 패널은 플라즈마 디스플레이 패널인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 구동 회로 소자는 에너지 회수 회로를 복수 개 포함하는 에너지 회수 회로 모듈인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 에너지 회수 회로 모듈은 IPM(Intelligent Power Module)인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.

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