KR20160070243A - 방열시트 - Google Patents
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Abstract
절연층, 금속박막층, 방열층 및 방열점착층을 포함하고, 상기 방열점착층은 아크릴계 점착 수지 및 열전도성 필러를 포함하고, 상기 방열층은 열전도성 탄소구조체를 포함하는 방열시트를 제공한다.
Description
디스플레이 장치에 적용되는 방열시트에 관한 것으로, 디스플레이 장치에서 발생되는 열을 효율적으로 방열시키는 방열시트를 제공한다.
전자 디스플레이 분야에 사용되는 PDP(Plasma Display Pannel), LCD(Liquid Crystal Dispalys), OLED(OrganicLight Emitting Diode), LED(Light Emitting Diode) 등은 고전압 방전구조에 의하여 발열량이 증가함에 따라 원활한 방열 냉각흐름은 기기의 안정성 및 품질특성에 중요한 요소가 된다.
예컨대, PDP 유리패널의 최대 허용 동작온도는 90℃이하며 형광영역과 비형광영역 간의 온도차가 10℃ 이상이 되면 PDP 유리패널에 균열이 발생되고 플라즈마 광원을 이용하는 PDP는 내부에 고전압/고전류가 발생하게 된다. 또한, PDP의 경우 전체면에 걸쳐 방열 냉각이 불균일하게 이루어질 경우, 영상이 국부적으로 굴절 및 왜곡을 일으켜 디스플레이 품질특성을 저하시키게 된다.
나아가, 슬림박형화 구조가 구현되어야 하는 PDP는 이전의 음극관 화면표시장치보다 협소한 구조로 인해 방열 구조에서 취약한 환경을 갖고 있으며 PDP의 냉각장치로서 팬이 사용되기도 하였으나 이는 PDP의 슬림 박형화에 가장 큰 장애요인이 되고 있는 동시에 소음, 중량증가 및 동력소비 등의 문제를 갖으므로 근래에는 열을 신속하고 균일하게 확산 전달할 수 있는 방열시트에 대한 필요성이 대두되고 있다.
본 발명의 일 구현예는 디스플레이 장치 내의 열원, 즉 방열 대상체로부터 전달된 열이 균일하게 퍼져 효과적으로 방출되는 방열시트를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 절연층, 금속박막층, 방열층 및 방열점착층을 포함하고, 상기 방열점착층은 아크릴계 점착 수지 및 열전도성 필러를 포함하고, 상기 방열층은 열전도성 탄소구조체를 포함하는 방열시트를 제공한다.
상기 절연층은 열 전달물질(Thermal Interface Material, TIM)을 매개로 디스플레이 장치의 방열 대상체에 부착될 수 있다.
상기 방열점착층는 디스플레이 장치의 백 커버(Back Cover)에 부착될 수 있다.
상기 방열점착층과 상기 백 커버의 점착 전단력은 5 kgf/㎡ 내지 15 kgf/㎡일 수 있다.
상기 절연층 및 상기 방열층은 이방성의 열전도성을 가질 수 있다.
상기 절연층 및 상기 방열층은 수평 열전도율이 수직 열전도율보다 클 수 있다.
상기 절연층 및 상기 방열층의 수평 열전도율은 60 W/mK 내지 320 W/mK이고, 수직열전도율은 3 W/mK 내지 15 W/mK일 수 있다.
상기 금속박막층은 등방성의 열전도성을 가질 수 있다.
상기 금속박막층의 수직 열전도율은 210 W/mK 내지 380 W/mK일 수 있다.
상기 방열점착층은 상기 아크릴계 점착 수지 100 중량부에 대하여, 상기 열전도성 필러를 30 중량부 내지 50 중량부 포함할 수 있다.
상기 방열점착층의 열전도성 필러는 니켈, 질화알루미늄, 질화붕소, 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT), 그래파이트(graphite), 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 탄화규소, 질화규소, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화규소 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 방열층의 열전도성 탄소구조체는 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT), 그래파이트(graphite), 그래핀(graphene), 다이아몬드(diamond), 풀러린(fullerene), 카본블랙(carbon black) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 방열층의 열전도성 탄소구조체는 표면에 금속이 도핑될 수 있다.
상기 절연층은 폴리에스터계 수지, 고무계 수지, 또는 실리콘계 수지를 포함하는 바인더 수지; 및 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 탄화규소, 질화알루미늄, 질화붕소, 질화규소, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화규소 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 열전도성 필러를 포함할 수 있다.
상기 절연층은 상기 바인더 수지 100 중량부에 대하여, 상기 열전도성 필러를 40 중량부 내지 60 중량부 포함할 수 있다.
상기 금속박막층은 알루미늄(Al) 또는 동(Cu)을 포함할 수 있다.
상기 방열시트의 두께는 0.05㎜ 내지 0.3㎜일 수 있다.
상기 방열시트는 전달된 열을 효과적으로 분산 및 방출시킴으로써 디스플레이 장치의 특정 영역에 열이 집중되지 않도록 할 수 있다. 또한, 이로 인해 디스플레이 장치의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예인 방열시트의 단면을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예인 방열시트의 각 층별 열전도 메커니즘을 나타낸 것이다.
도 3은 상기 방열시트가 적용된 디스플레이 장치를 도식화하여 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예인 방열시트의 각 층별 열전도 메커니즘을 나타낸 것이다.
도 3은 상기 방열시트가 적용된 디스플레이 장치를 도식화하여 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예에서, 절연층, 금속박막층, 방열층 및 방열점착층을 포함하고, 상기 방열점착층은 아크릴계 점착 수지 및 열전도성 필러를 포함하고, 상기 방열층은 열전도성 탄소구조체를 포함하는 방열시트를 제공한다.
최근, 디스플레이 장치의 대면화와 멀티미디어의 기능이 동시에 추구되면서 전원 공급 유닛(Power Supply Unit, PSU)의 소모 에너지가 증가하였고, 고성능 작동에 의한 발열이 문제되었다. 특히, 디스플레이 장치 내 특정 영역에 위치하는 열원의 발열이 국부적으로 내열 내구성을 떨어뜨리거나, 제품 수명을 단축시키는 문제를 야기하였다.
이를 해결하기 위한 방법으로는, 디스플레이 장치 후면에 에어(Air)터널을 설계하거나 배후 공간에 열전도도가 우수한 금속 플레이트를 부착하기도 하였으나, 디스플레이 장치들의 슬림화가 추구되면서 배후 공간이 거의 사라졌고, 등방성을 가진 금속 플레이트만으로는 열의 집중도를 해결하지 못하는 한계가 있었다. 또한, PSU에서 집중적으로 방출되는 고온의 열을 얇은 금속플레이트만으로는 빠르게 분산 및 방출시키지 못한다는 한계가 있었다.
이에, 본 발명에 따른 상기 방열시트는 특정 층들이 적층된 구조를 포함하며, 각 층의 내부 및 이들 사이의 우수한 열전도성 및 열확산성을 확보함으로써, 상기 방열시트가 장착된 디스플레이 장치에 슬림화 효과 및 내열 내구성의 효과를 동시에 부여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예인에 따른 방열시트의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 1을 참고할 때, 상기 방열시트(100)는 방열점착층(40), 방열층(30), 금속박막층(20) 및 절연층(10)을 포함할 수 있고, 구체적으로 상기 방열점착층(40), 방열층(30), 금속박막층(20) 및 절연층(10)이 순차적으로 적층된 구조를 포함할 수 있다..
구체적으로, 상기 방열시트(100)는 별도의 층으로 형성되는 상기 방열층(30) 및 상기 방열점착층(40)을 포함할 수 있고, 상기 방열점착층(40)은 상기 방열시트(100)가 디스플레이 장치 내에 위치할 때 가장 외부에 놓인 층으로, 상기 방열층(30)으로부터 전도받은 열을 최종적으로 외부로 배출하는 역할을 할 수 있다.
구체적으로, 상기 방열점착층은 아크릴계 점착 수지 및 열전도성 필러를 포함할 수 있고, 이로써 점착성 및 우수한 열전도성을 동시에 확보할 수 있다. 또한, 상기 방열층은 열전도성 탄소구조체를 포함하는 것으로 수평 방향으로의 열전도성이 우수한 특성을 가질 수 있다.
도 3은 상기 방열시트(100)가 적용된 디스플레이 장치를 도식화하여 나타낸 것이다. 도 3을 참조할 때, 상기 방열시트는 상기 절연층(10)이 열원, 즉 방열 대상체에 가까이 위치하도록 디스플레이 장치 내에 장착될 수 있고, 구체적으로 상기 방열 대상체는 전원 공급 유닛(Power Supply Unit, PSU)일 수 있다.
이때, 상기 절연층(10)은 상기 방열 대상체에 직접 부착되지 않으며, 열 전달물질(Thermal Interface Material, TIM)을 매개로 하여 부착될 수 있다. 구체적으로, 상기 열 전달물질(Thermal Interface Material, TIM)은 실리콘계 화합물, 또는 아크릴계 화합물; 및 질화알루미늄(AIN), 질화붕소(BN) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 혼합한 것일 수 있다. 상기 절연층이 TIM을 통하여 방열 대상체에 부착됨으로써, 기존의 방열시트 일면에 부착된 서스(SUS), 알루미늄 판 또는 플라스틱 판을 대체할 수 있고, 이로써 수평 열확산을 통한 방열 효과가 향상되는 장점을 얻을 수 있다.
도 3을 참조할 때, 상기 방열시트는 상기 방열점착층(40)이 디스플레이 장치의 가장 외부에 위치하도록 장착될 수 있다. 구체적으로, 상기 방열점착층(40)은 디스플레이 장치의 백 커버(Back Cover)에 부착될 수 있다.
상기 백 커버(Back Cover)는 PDP(Plasma Display Pannel), LCD(Liquid Crystal Dispalys), OLED(OrganicLight Emitting Diode), LED(Light Emitting Diode) 등의 소자를 포함하는 디스플레이 장치의 하부에 위치하는 커버로서, 상기 디스플레이 장치의 가장 외부에 존재하며 곡면 또는 평면 형상을 가질 수 있다.
상기 방열점착층이 디스플레이 장치의 백 커버에 부착됨으로써, 상기 절연층으로부터 각 층을 거쳐 전달된 열이 상기 방열점착층 내에서 균일하게 분산되어 효과적으로 외부로 방출될 수 있다.
상기 방열점착층과 상기 백 커버의 점착 전단력은 약 5 kgf/㎡ 내지 약 15 kgf/㎡일 수 있다. 상기 점착 전단력이 약 5 kgf/㎡ 미만인 경우 경우에는 상기 방열점착층의 부착성이 저하되어, 열전달이 외부에 효과적으로 방출되지 못하는 문제점이 생길 수 있다.
상기 점착 전단력은 서로 접근한 두 평행면에 크기는 같으나 반대방향으로 작용하는 힘을 일컫는바, 상기 방열점착층과 상기 백커버가 부착되어 있는 상태에서, 상기 방열점착층 및 상기 백커버에 각각 크기는 같으나 방향이 반대인 외력을 작용하여, 이를 분리시키는 데 필요한 힘을 의미한다. 구체적으로, 상기 점착 전단력은 상기 방열점착층과 상기 백커버와의 부착면을 25㎜×25㎜(가로×세로)의 크기로 마련하고, 인스트론 장비를 이용하여 측정된 값이다.
상기 방열시트(100)는 열전도성을 향상시키기 위하여 상기 절연층 및 상기 방열층을 이방성의 열전도성을 가진 소재로 형성할 수 있다. 상기 절연층 및 상기 방열층이 이방성의 열전도성을 가짐으로써 슬림한 공간에서 열이 균일하게 분포 및 방출되는 장점을 확보할 수 있고, 상기 방열시트를 포함하는 디스플레이 장치에 슬림화 효과 및 우수한 내열 내구성을 모두 부여할 수 있다.
또한, 상기 절연층 및 상기 방열층은 수평 열전도율이 수직 열전도율보다 클 수 있다. 이는, 수직 방향에 비해 수평 방향으로 열을 빠르게 확산시키는 것을 의미하며, 이때 '수평' 방향은 상기 방열시트의 층상면과 평행한 방향을 의미하고, '수직' 방향은 상기 수평 방향에 수직한 방향을 의미한다. 상기 절연층 및 상기 방열층이 수직 열전도율보다 더 큰 수평 열전도율을 가짐으로써, 상기 방열시트가 전체적으로 균일한 열전도성을 확보할 수 있고, 디스플레이 장치 내의 국부적인 발열 영역에 의한 내열 내구성 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
구체적으로, 상기 절연층 및 방열층의 수평 열전도율은 약 60W/mK 내지 약 320W/mK이고, 수직 열전도율은 약 3W/mK 내지 약 15W/mK일 수 있다. 상기 절연층 및 상기 방열층의 수평 열전도율 및 수직 열전도율이 각각 상기 범위를 만족함으로써 상기 방열시트가 국부적으로 존재하는 열원에서 발생하는 열을 빠른 시간 안에 균일하게 분산시킬 수 있다.
도 1을 참조할 때, 상기 방열시트(100)는 금속박막층(20)을 포함하며, 이는 상기 방열시트의 수직 방향 열전도도를 향상시키는 역할을 하는 것이다.
상기 금속박막층(20)은 등방성의 열전도성을 가질 수 있다. 상기 금속박막층이 등방성의 열전도성을 갖는다는 것은 방향에 따라 연전도율이 다르지 않은 것을 의미하며, 이로써 상기 금속박막층은 모든 방향으로 균일한 열전도성을 가질 수 있다.
이때, 구체적으로 상기 금속박막층의 수직 열전도율은 약 210 W/mK 내지 약 380 W/mK일 수 있다. 도 1을 참조할 때, 상기 금속박막층(20)은 상기 절연층(10) 및 상기 방열층(30) 사이에 위치할 수 있고, 상기 절연층 및 방열층이 수평 방향으로 우수한 열전도율을 나타내는 것임을 고려할 때, 상기 금속박막층(20)이 상기 범위의 수직 열전도율을 만족함으로써, 상기 방열시트가 전체적으로 수평 방향 및 수직 방향 모두에 대하여, 우수한 열분포 및 방열 효과를 구현할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 방열시트의 각 층별 열전도 메커니즘을 나타낸 것이다. 도 2를 참고할 때, 상기 절연층(10)은 디스플레이 장치의 방열 대상체에 가장 가까이 위치하고, 상기 방열 점착층(40)은 디스플레이 장치의 가장 외부에 존재하는 백 커버에 부착될 수 있다. 이때, 상기 방열 점착층(40)은 상기 방열층(30)로부터 전달된 열을 상기 백 커버를 통해 외부로 배출할 수 있다.
또한, 상기 절연층(10) 및 방열층(30)은 이방성의 열전도성을 갖는 것으로 수평 방향으로 전달되는 열의 양이 수직으로 전달되는 열의 양에 비해 많음을 알 수 있고, 상기 금속박막층(20)은 등방성의 열전도성을 갖는 것으로, 전달된 대부분의 열이 수직으로 상기 방열층(30)에 전달됨을 알 수 있다.
결론적으로, 상기 절연층 및 방열층이 이방성이 열전도성을 갖고, 상기 금속박막층이 등방성의 열전도성을 가짐으로써 상기 방열시트를 통하여 슬림한 공간 내에서 열전도의 균일성 및 분포성이 향상될 수 있고, 이를 포함하는 디스플레이 장치에 우수한 내열 내구성 및 슬림화 효과를 동시에 부여할 수 있다.
상기 절연층(10)은 열전도성을 갖지만 전기전도성을 갖지 않는 층으로, 전술한 바와 같이 열 전달물질(Thermal Interface Material, TIM)을 매개로 디스플레이 장치의 방열 대상체에 부착되며, 상기 방열 대상체에 의해 발생된 열이 상기 절연층을 통하여 다른 층으로 쉽게 전달될 수 있다.
구체적으로, 상기 절연층은 바인더 수지로 폴리에스터계 수지, 고무계 수지, 또는 실리콘계 수지를 포함할 수 있고, 상기 바인더 수지에 분산된 열전도성 필러를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열전도성 필러는 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 탄화규소, 질화알루미늄, 질화붕소, 질화규소, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화규소 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 절연층은 방열 대상체에 가장 가까이 위치하는 층이고, 상기 열전도성 필러를 포함함으로써 방열 대상체에서 발생된 열을 전달함에 있어서 이방성의 열전도성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 절연층은 열전도성 필러로 질화알루미늄 또는 질화붕소를 사용할 수 있고, 이 경우 이방성의 열전도성이 극대화되어 수평 방향으로 우수한 열전도성을 확보할 수 있다.
상기 절연층은 상기 바인더 수지에 상기 열전도성 필러가 분산된 페이스트를 콤마 코터(Comma Coater) 또는 로타리 스크린 코터(Rotary Screen Coater)를 이용해 코팅하고, 캐스팅(Casting) 또는 롤 라미네이션(Roll Lamination)을 이용해 상기 열전도성 필러를 수평 방향으로 눕게 만들 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 바인더 수지의 유리전이온도(Tg) 이상의 온도에서 가열 가압함으로써 열전도성 필러를 눕게 할 수 있다. 상기 절연층이 이러한 방법으로 제조됨으로써, 상기 열전도성 필러에 의한 수평 열전도율을 현저히 향상시킬 수 있다.
상기 절연층은 상기 바인더 100 중량부에 대하여 상기 열전도성 필러를 약 40 중량부 내지 약 60 중량부 포함할 수 있다. 상기 열전도성 필러의 함량이 약 60 중량부를 초과하는 경우에는, 상기 절연층에 크랙(Crack)이 발생하여 누설 전류로 인해 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)에서 합선이 야기될 수 있으며, 약 40 중량부 미만인 경우에는 요구되는 열전도성을 확보하지 못하는 문제가 생길 수 있다.
즉, 상기 절연층이 열전도성 필러를 상기 범위의 함량으로 포함함으로써, 전기가 통하지 않으면서, 동시에 열전도도가 좋은 효과를 얻을 수 있고, 곡률반경 120㎝인 곡면에서도 크랙(Crack)이 발생하지 않는 효과를 용이하게 구현할 수 있다.
상기 절연층의 두께는 약 40㎛ 내지 약 80㎛일 수 있다. 상기 절연층이 상기 범위의 두께를 유지함으로써 우수한 절연성을 나타내며, 크랙 방지 성능이 우수할 수 있다. 또한, 상기 절연층이 상기 범위의 두께를 유지함으로써 인쇄회로기판(PCB)과 접촉 시 우수한 쇼트 방지 효과를 확보할 수 있다.
상기 방열점착층(40)은 전술한 바와 같이 디스플레이 장치의 백 커버(Back Cover)에 부착될 수 있고, 동시에 방열 대상체에서 발생하여 전달된 열을 골고루 방출하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 방열점착층(40)을 형성하기 위한 방열점착제는 아크릴계 점착 수지에 열전도성 필러를 첨가하여 형성될 수 있다.
상기 아크릴계 점착 수지는 상기 백 커버와 우수한 밀착성을 확보하기 위해서 (메타)아크릴레이트계 모노머의 중합체 또는 공중합체를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 (메타)아크릴레이트계 모노머는 탄소수 1 내지 12의 알킬기를 가지는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 사용할 수 있다.
상기 아크릴계 점착 수지는 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 옥틸아크릴레이트, 이소옥틸아크릴레이트, 데실아크릴레이트, 데실메타크릴레이트, 도데실메타크릴레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 모노머를 포함하는 모노머 성분을 중합 또는 공중합하여 제조될 수 있고, 이 경우 상기 방열점착층에 의해 상기 방열시트가 우수한 유연성 및 가공성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 방열점착층의 열전도성 필러는 니켈, 질화알루미늄, 질화붕소, 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT), 그래파이트(graphite), 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 탄화규소, 질화규소, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화규소 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있고, 열전도도가 우수한 질화알루미늄 또는 질화붕소를 사용함으로써 상기 방열점착층이 우수한 점착성과 열전도성을 동시에 확보할 수 있다.
상기 방열점착층은 상기 아크릴계 점착 수지 100 중량부에 대하여, 상기 열전도성 필러를 약 30 중량부 내지 약 50 중량부 포함할 수 있다. 상기 열전도성 필러의 함량이 약 30 중량부 미만인 경우에는 열전도도가 낮아져 상기 방열점착층이 백 커버에 부착되는 경우 열의 방출이 어려우며, 약 50 중량부를 초과하는 경우에는 상기 백 커버와 계면 점착력이 낮아져 열전도도가 낮은 공기층이 많아지고, 방열 효과가 저하되는 문제가 있다.
즉, 상기 열전도성 필러가 상기 범위의 함량으로 포함됨으로써 상기 백 커버와 적절한 계면 점착력을 확보할 수 있고, 동시에 열전도도가 낮은 공기층을 줄여 주어 상기 백 커버에 부착되어 이를 통한 외부로의 열방출 효과를 용이하게 구현할 수 있다.
또한, 상기 방열점착층의 두께는 약 5㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 상기 방열점착층이 상기 범위의 두께를 유지함으로써 백 커버에 부착 시 우수한 부착력이 유지되며, 동시에 상기 백 커버를 통한 열 방출 효과를 향상시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 절연층 및 방열층은 방열 대상체에서 전달된 열을 전달함에 있어서, 이방성의 열전도성을 가질 수 있다. '이방성'은 물체의 물리적 성질이 방향에 따라 다른 성질을 의미하는 것으로, 방열 대상체에서 발생한 열이 상기 절연층 및 방열층을 통해 전달될 때 방향에 따라 다른 열전도율을 갖는 것을 의미한다.
상기 절연층은 전술한 바와 같이, 질화알루미늄 또는 질화붕소 등의 열전도성 필러를 포함하여 제조되고, 상기 열전도성 필러의 물리적인 구조에 의해 수직 열전도율에 비해 높은 수평 열전도율을 가질 수 있다.
상기 방열층은 전술한 바와 같이 열전도성 탄소구조체를 포함할 수 있고, 구체적으로, 상기 열전도성 탄소구조체는 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT), 그래파이트(graphite), 그래핀(graphene), 다이아몬드(diamond), 풀러린(fullerene), 카본블랙(carbon black) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 방열층은 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT) 또는 그래핀(graphene)을 포함할 수 있고, 이 경우 이방성의 열전도성을 확보하기에 유리할 수 있다.
또한, 상기 방열층의 열전도성 탄소구조체는 표면에 금속이 도핑(doping)될 수 있다. 상기 열전도성 탄소구조체의 표면에 금속으로 화학적 도핑을 처리함으로써 금속보다 열전도도가 높은 상기 열전도성 탄소구조체의 접촉 저항이 낮아져 전기 전도도가 낮아지고, 동시에 열전도도도 높아질 수 있으므로, 상기 방열층의 수평 열전도율을 극대화할 수 있다.
예를 들어, 상기 방열층은 표면에 금속을 도핑한 탄소나노튜브 또는 그래핀을 포함할 수 있고, 이 경우 상기 방열층이 방향성 측면에서 적절한 열전도성을 확보하기에 유리할 수 있다.
구체적으로, 상기 방열층은 상기 절연층과 동일한 종류의 바인더 수지에 상기 열전도성 탄소구조체가 분산된 페이스트를 제작하여 콤마 코터(Comma Coater) 또는 로타리 스크린 코터(Rotary Screen Coater)로 코팅한 후, 캐스팅(Casting) 또는 롤 라미네이션(Roll Lamination)함으로써 상기 열전도성 탄소구조체를 수평 방향으로 눕게 만들 수 있고, 이로써 상기 방열층 수평 열전도율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 방열층의 두께는 약 25㎛ 내지 약 100㎛일 수 있다. 상기 방열층의 두께를 상기 범위로 한정함으로써 수평 방향의 열전도율을 높이는데 유리하고, 열분포가 균일해지는 효과를 용이하게 확보할 수 있다. 상기 방열층의 두께가 약 25㎛ 미만인 경우에는 수평 열전도율이 증가하지 않고, 약 100㎛를 초과하는 경우에는 수직 열전도율이 크게 떨어져 디스플레이 장치의 외부로 열이 잘 빠져나가지 못하는 문제가 생길 수 있다.
상기 금속박막층은 방열 대상체에서 전달된 열을 전달함에 있어서, 등방성의 열전도성을 갖는 것으로, 구체적으로 알루미늄(Al) 또는 동(Cu)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속박막층은 순알루미늄(1000계) 또는 알루미늄-망간(Al-Mn) 합금(3000계)을 포함하는 얇은 플레이트를 사용할 수 있다.
상기 금속박막층의 두께는 약 50㎛ 내지 약 200㎛일 수 있다. 상기 금속박막층의 두께가 약 50㎛ 미만인 경우에는 수직 방향으로 열이 잘 전달되지 않아 방열 효과가 저하되는 문제가 있고, 코팅 또는 라미네이션 공정 중에 찢어지지 않기 위한 인장 강도를 확보하기 어려울 수 있다. 또한, 상기 금속박막층의 두께가 약 200㎛를 초과하는 경우에는 유연성을 저하시키는 문제가 생길 수 있다.
상기 방열시트의 두께는 약 0.05mm 내지 약 0.3mm일 수 있다. 상기 방열시트는 절연층, 금속박막층, 방열층 및 방열점착층의 적층 구조를 포함하는 것으로, 각 층을 모두 포함하는 방열시트의 두께를 상기 범위로 유지함으로써, 방열 대상체에서 발생되어 각 층을 통해 전달된 열을 슬림한 공간 내에서, 효과적으로 퍼트릴 수 있다. 또한, 상기 방열시트가 상기 범위의 두께를 유지함으로써 열분포의 균일성을 향상시킬 수 있고, 이로 인해 디스플레이 장치의 내열 내구성을 개선하여 사용 수명을 연장시킬 수 있다.
나아가, 상기 방열시트는 슬림하고 유연한 구조를 가진 디스플레이 장치나 구부러지기 쉬운 핸드폰 등의 디스플레이 장치에 적용이 가능하며, 고집적화로 인한 국부적인 발열을 효과적으로 넓은 영역으로 분포시켜, 디스플레이 장치 내 특정 영역에 열이 집중되지 않도록 할 수 있다. 또한, 굴곡을 가진 제품에 적용되기에 적합한 유연성 및 가공성을 갖는 것으로 제품 후면에 휘어져 부착될 수 있고, 이 경우 열전도 및 분포의 효과가 더욱 향상될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
<
실시예
및
비교예
>
실시예
1
폴리에스터계 수지 100 중량부에 대하여 질화알루미늄를 60 중량부 포함하고 두께가 60㎛인 절연층 및 상기 절연층 상부에 두께가 150㎛인 알루미늄 금속박을 적층하여 금속박막층을 형성하였다. 그 후, 상기 금속박막층 상부에 동(Cu)으로 도핑된 그래핀을 포함하고 두께가 58㎛인 방열층을 형성하고, 상기 방열층 상부에 아크릴계 점착 수지 100 중량부에 대하여 질화붕소를 50 중량부 포함하고, 두께가 15㎛인 방열점착층을 형성함으로써 방열시트를 제조하였다. 상기 방열시트는 상기 절연층이 질화붕소(BN)을 포함하는 열 전달물질(TIM)을 통하여 방열대상체(PSU)에 부착되도록 디스플레이 장치 내에 장착될 수 있다.
비교예
1
두께가 480㎛인 그래파이트(graphite)층의 상부에 두께가 20㎛인 점착제층을, 상기 그래파이트 하부에 두께가 12㎛인 점착체층을 형성하고, 상기 각각의 점착제층 상부에 두께가 12㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름을 적층하여 PET-점착제층-그래파이트-점착제층-PET의 적층 구조를 갖는 방열시트를 제조하였다. 상기 방열시트는 두께가 12㎛인 점착제층의 상부에 형성된 PET 필름이 방열대상체(PSU)에 부착되도록 디스플레이 장치 내에 장착될 수 있다.
비교예
2
그래파이트가 10 중량% 첨가된 두께가 50㎛의 폴리에티렌(PE) 필름층 상부에 두께가 150㎛인 동(Cu) 시트층을 적층하고, 그 위에 그래파이트를 40 중량% 포함한 두께 12㎛의 점착제층을 갖는 방열시트를 제조하였다. 구체적으로, 트윈 스크류 티-다이(T-die) 압출기를 이용하여, 상기 폴리에틸렌(PE) 필름층을 제조하였고, 상기 동(Cu) 시트와 120℃의 열로 라미네이션 시킨 후, 반대 면에 상기 아크릴 점착제를 콤마 코팅기로 코팅하였다. 상기 방열시트는 상기 점착제층이 백 커버(Back Cover)에 부착되도록 디스플레이 내에 장착될 수 있다.
<평가>
실험예
:
방열시트의
열적 특성
1) 열전도율의 측정
상기 실시예 및 비교예의 방열시트에 대하여, NETZSCH LFA447(25℃ 기준)를 사용하여 수직 열전도율 및 수평 열전도율을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
2) 절연저항의 측정
상기 실시예 및 비교예의 방열시트에 있어서, 디스플레이 장치 내에 장착될 때 방열대상체인 전원공급유닛(PSU) 쪽에 위치하는 층을 최하부(Bottom)로 지칭하고, 백 커버(Back Cover) 쪽에 위치하는 층을 최상부(Top)로 지칭하였다. 이때, 상기 실시예 및 비교예의 방열시트에 대하여 각각 최상부(Top) 및 최하부(Bottom)의 절연저항을 절연저항계(Fluke-1577)를 통해 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다. 구체적으로, 상기 방열시트의 최상부 및 최하부에 대하여, 외부전압 DC 500V를 발생시켜 1분 후에 어느 정도의 누설된 전류가 발생하였는지 측정하였고, 그 결과를 통해 얻어진 평균 저항 값으로 절연저항을 측정하였다.
실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 | ||
두께(㎛) | 283 | 536 | 212 | |
열전도율(W/mK) | 수평 열전도율 | 114 | 109 | 85 |
수직 열전도율 | 5.98 | 0.04 | 0.03 | |
절연저항(Ω·㎝) | 최상부(Top) - 백 커버 측 |
1.176×10^-6 | >1×10^13 | 1.73×10^-5 |
최하부(Bottom) - PSU 측 |
>1×10^13 | >1×10^13 | 1.44×10^12 |
상기 표 1을 참고하면, 상기 실시예 1의 방열시트가 상기 비교예 1의 방열시트가 장착된 디스플레이 장치에 비해, 수평 열전도율 및 수직 열전도율이 모두 높게 측정된 것을 알 수 있다. 상기 실시예 1의 방열시트는 절연층, 금속박막층, 방열층 및 방열점착층의 적층 구조를 포함하는 것으로, 디스플레이 장치에서 발생하는 열을 전달함에 있어서, 등방성의 열전도성 및 이방성의 열전도성을 갖는 층을 교대로 적층한 구조를 포함함으로써 방열시트의 전체적인 수평 열전도율 및 수직 열전도율를 개선하였다.
또한, 상기 표 1을 참조하면, 상기 실시예 1의 경우 최하부의 절연저항 즉, 절연층이 존재하는 측의 절연저항이 높게 나타났고, 최상부의 절연저항 즉, 방열점착층이 존재하는 측의 절연저항이 낮게 나타났음을 알 수 있다. 반면, 상기 비교예 1의 경우, 최하부 및 최상부의 절연저항이 모두 높게 나타났다.
일반적으로, 방열시트가 디스플레이 장치에 장착될 때, 전원공급유닛(PSU) 내에 위치하는 인쇄회로기판(PCB)에 근접한 부분이 전기 전도성이 높을 경우, 쇼트 현상 등이 발생하여 문제가 될 수 있다. 따라서, 이 부분은 절연성을 확보해야 한다. 반면, 디스플레이 장치의 백 커버(Back Cover)에 근접한 부분은 전기 전도성이 높은 경우 특별한 문제가 발생하지 않으며, 오히려 열전도도가 높은 특성의 방증이 될 수 있다.
상기 실시예 1 및 비교예 1의 방열시트의 최하부는 전원공급유닛(PSU) 내에 위치하는 인쇄회로기판(PCB)에 근접한 부분으로, 상기 표 1의 결과와 같이 모두 절연성이 우수한 것을 알 수 있다.
즉, 상기 실시예 1의 방열시트는 전원공급유닛(PSU) 내에 위치하는 인쇄회로기판(PCB)에 근접하는 최하부의 절연층이 PET 필름 수준의 절연성을 확보하면서, 이와 동시에, 상기 열전도율 측정의 결과에 나타난 바와 같이, 우수한 열전도성을 구현하는 것이다. 반면, 상기 비교예 1의 방열시트는 인쇄회로기판(PCB)에 근접하는 최하부가 PET 필름에 의해 절연성은 높으나, 열전도성이 좋지 않은 것이므로 짧은 시간 안에 열을 방출시키는 능력이 거의 없고, 상기 실시예 1에 비하여 방열 효과가 현저히 떨어지는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 1의 방열시트는 백 커버(Back Cover)에 근접한 최상부의 방열점착층이 상기 비교예 1의 최상부 측의 PET 필름에 비하여 낮은 절연저항을 나타내는 것으로, 우수한 열전도성을 나타냄을 간접적으로 알 수 있고, 상기 열전도율 측정의 결과를 추가 참조할 때, 외부로의 방열 효과가 우수한 것을 알 수 있다.
상기 비교예 2의 방열시트는 전원공급유닛(PSU) 내에 위치하는 인쇄회로기판(PCB) 근접한 최하부의 폴리에틸렌(PE) 필름이 상기 실시예 1의 최하부 측의 절연층에 비하여 저항이 높지 않아서 전기가 일부 통할 수 있고, 쇼트 현상 방지 효과가 실시예 1에 비해 낮은 것을 알 수 있다.
또한, 상기 비교예 2의 방열시트는 수평 열전도도 및 수직 열전도도가 상기 실시예 1의 방열시트보다 낮게 나타났는바, 두께가 더 얇은 구조를 가졌음에도 방열 효과가 떨어지는 것을 알 수 있다.
100: 방열시트
10: 절연층
20: 금속박막층
30: 방열층
40: 방열점착층
10: 절연층
20: 금속박막층
30: 방열층
40: 방열점착층
Claims (17)
- 절연층, 금속박막층, 방열층 및 방열점착층을 포함하고,
상기 방열점착층은 아크릴계 점착 수지 및 열전도성 필러를 포함하고,
상기 방열층은 열전도성 탄소구조체를 포함하는
방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 절연층은 열 전달물질(Thermal Interface Material, TIM)을 매개로 디스플레이 장치의 방열 대상체에 부착되는
방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 방열점착층는 디스플레이 장치의 백 커버(Back Cover)에 부착되는
방열시트.
- 제3항에 있어서,
상기 방열점착층과 상기 백 커버의 점착 전단력은 5 kgf/㎡ 내지 15 kgf/㎡인
방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 절연층 및 상기 방열층은 이방성의 열전도성을 갖는
방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 절연층 및 상기 방열층은 수평 열전도율이 수직 열전도율보다 큰
방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 절연층 및 상기 방열층의 수평 열전도율은 60 W/mK 내지 320 W/mK이고, 수직열전도율은 3 W/mK 내지 15 W/mK인
방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 금속박막층은 등방성의 열전도성을 갖는
방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 금속박막층의 수직 열전도율은 210 W/mK 내지 380 W/mK인
방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 방열점착층은 상기 아크릴계 점착 수지 100 중량부에 대하여, 상기 열전도성 필러를 30 중량부 내지 50 중량부 포함하는
방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 방열점착층의 열전도성 필러는 니켈, 질화알루미늄, 질화붕소, 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT), 그래파이트(graphite), 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 탄화규소, 질화규소, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화규소 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 방열층의 열전도성 탄소구조체는 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT), 그래파이트(graphite), 그래핀(graphene), 다이아몬드(diamond), 풀러린(fullerene), 카본블랙(carbon black) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 방열층의 열전도성 탄소구조체는 표면에 금속이 도핑된
방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 절연층은 폴리에스터계 수지, 고무계 수지, 또는 실리콘계 수지를 포함하는 바인더 수지; 및 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 탄화규소, 질화알루미늄, 질화붕소, 질화규소, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화규소 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 열전도성 필러;를 포함하는
방열시트.
- 제14항에 있어서,
상기 절연층은 상기 바인더 수지 100 중량부에 대하여, 상기 열전도성 필러를 40 중량부 내지 60 중량부 포함하는
방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 금속박막층은 알루미늄(Al) 또는 동(Cu)을 포함하는
방열시트.
- 제1항에 있어서,
상기 방열시트의 두께는 0.05㎜ 내지 0.3㎜인
방열시트.
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