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KR100827378B1 - 열확산 시트 - Google Patents

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KR100827378B1
KR100827378B1 KR1020060012197A KR20060012197A KR100827378B1 KR 100827378 B1 KR100827378 B1 KR 100827378B1 KR 1020060012197 A KR1020060012197 A KR 1020060012197A KR 20060012197 A KR20060012197 A KR 20060012197A KR 100827378 B1 KR100827378 B1 KR 100827378B1
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thermal diffusion
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Abstract

본 발명은 열확산 시트에 관한 것이다. 본 발명에 따른 열확산 시트는 동일한 방향을 따라 동일 간격으로 배열된 다수의 돌출부를 포함하는 표면을 구비한 베이스 필름; 및 상기 베이스 필름의 상기 돌출부를 포함하는 표면상에 형성되며, 열전도성 입자를 포함하는 열 확산층을 포함하되, 상기 돌출부들 사이에는 열이 순환할 수 있는 풍로가 형성되는 것을 특징으로 한다.
열확산 시트, 베이스 필름, 열 확산층

Description

열확산 시트{THERMAL SPREADING SHEET}
도 1은 본 발명 일 실시예에 따른 열확산 시트의 단면도이다.
도 2는 도 1의 베이스 필름의 평면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1의 베이스 필름에 대한 다른 실시예를 도시한 단면도들이다.
본 발명은 열확산 시트에 관한 것으로서, 구체적으로는 액정표시장치, 플라즈마 디스플레이 패널, 유기 전계 발광소자 및 발광 다이오드 등과 같은 디스플레이 장치에 부착하여 상기 장치의 열 전달 매체로 유용하게 사용될 수 있는 열확산 시트에 관한 것이다.
액정표시장치(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.
이미 주지된 바와 같이, LCD 소자는 수광형 표시 소자로서 LCD 소자의 화면 전체를 조명하기 위한 백라이트 유닛(Back Light Unit)이 필요하며, 백라이트 유닛 의 광원으로는 냉음극형형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL), 외부전극형광램프(External Electrode Flourscent Lanm, EEFL), 발광 다이오드(LED) 등이 널리 사용된다.
CCFL을 이용한 백라이트 유닛이 실제로 LCD 소자에 장착되어 사용될 때, LCD 소자의 구조에 따라 차이는 있지만, CCFL의 온도가 80℃ 내지 90℃까지 상승하고, 이에 의해 LCD 소자의 내부 온도가 상승하게 된다.
백라이트 유닛의 구조에 따라 차이는 있지만, CCFL에서 발생한 열은 백라이트 유닛의 전면에 배치된 액정 패널에 불균일하게 전달되어 액정 셀간에 온도 편차를 발생시킨다. 이러한 액정 셀간의 온도 편차는 액정 셀간의 응답속도의 차이를 유발하여 상기 LCD 소자의 휘도 편차의 원인이 된다.
한편, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, 이하 "PDP"라 함)는 한 쌍의 유리 기판 사이에 다수의 방전 셀이 배치된 구조의 발광형 표시장치로서, LCD 소자와는 달리 별도로 광원을 구비할 필요는 없다. 하지만, PDP는 이미지를 형성하기 위해 발광하도록 유도되는 방전 셀이 열을 생성하고, 이에 의해 PDP의 온도가 전체적으로 상승한다는 것은 일반적으로 주지된 사실이다. 즉, 방전 셀에서 생성된 열은 유리 기판에 전달되지만, 열전도율이 낮은 유리 소재의 특성상 패널 면에 평행한 방향으로 열이 전달되지 않는다.
또한, 발광을 위해 활성화된 방전 셀의 온도는 현저히 증가하는 반면, 비활성화된 방전 셀은 온도가 많이 증가하지 않기 때문에 이미지가 생성되는 영역에서 패널의 온도가 국부적으로 상승한다. 이러한 온도 편차는 이에 영향을 받는 방전 셀의 열적 저하를 유발할 수 있다.
이상 설명한 LCD 소자나 PDP 이외에도, 발광 다이오드를 이용한 표시장치나 유기 전계 발광 소자에서도 위와 같은 열적 문제점은 발생하며, 이러한 열적 문제점들은 장치의 수명이나 표시 품질을 악화시키는 일 요인으로 작용한다.
따라서 대부분의 이러한 장치들은 히트 싱트(heat sink)나 방열판과 같은 방열 부재를 통해 장치 내에서 발생하는 열을 분산시키고 있으며, 장치에서 발생하는 열을 방열 부재에 전달하는 열 전달 매체로서 열확산 시트가 사용된다.
한편, 열 전달 기구에는 크게 대류, 전도 및 방사가 있으나, 종래의 열확산 시트는 상기 3개의 열 전달 기구 모두를 충분히 이용하고 있지 못하고 있다.
본 발명은 열을 효과적으로 확산시킬 수 있는 구조의 열확산 시트를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 일반적인 디스플레이 장치에 범용으로 사용 가능한 열확산 시트를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 액정표시장치, 플라즈마 디스플레이 패널, 유기 전계 발광소자 및 발광 다이오드 등과 같은 디스플레이 장치에 부착하여 상기 장치에서 발생하는 열을 방출하는 데에 유용하게 사용될 수 있는 열확산 시트를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적 달성을 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른, 열확산 시트는 동일한 방향을 따라 배열된 다수의 돌출부를 포함하는 표면을 구비한 베이스 필름; 및 상기 베이스 필름의 상기 돌출부를 포함하는 표면상에 형성되며, 열전도성 입자를 포함하는 열 확산층을 포함하되, 상기 돌출부들 사이에는 열이 순환할 수 있는 풍로가 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열확산 시트는, 동일한 방향을 따라 배열된 다수의 돌출부를 포함하는 표면을 구비한 베이스 필름; 상기 베이스 필름의 상기 돌출부를 포함하는 표면상에 형성되는 열 확산층 ; 및 상기 돌출부들 사이에 열이 순환할 수 있는 홈이 형성되는 것을 포함하되, 상기 열 확산층은 흑연 분말, 바인더 및 경화제를 포함하는 액체 혼합물을 도포 또는 점착하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명 일 실시예에 따른 열확산 시트의 단면도이며, 도 2는 도 1의 베이스 필름의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산 시트(10)는 베이스 필름(11)을 포함한다.
베이스 필름(11)은 상기 베이스 필름의 어느 일 방향을 따라 동일 간격으로 배열된 다수의 돌출부(11a)를 갖는 구조화된 표면을 갖는다. 이에 반해, 상기 구조화된 표면의 반대측 면은 구조화되지 않은 평면이다.
각 돌출부(11a)의 단면 형상은 사각형일 수 있으며, 각 돌출부(11a)는 동일 형상의 다른 돌출부들(11a)과 소정의 간격으로 이격되어 배치된다. 따라서, 상호 인접하여 배치된 돌출부(11a)와 돌출부(11a)의 사이에는 소정의 폭과 길이를 갖는 홈(15)이 형성되며, 상기 홈은 열확산 시트(10)가 장착된 디스플레이 장치에서 발생한 열(도 2의 점선)이 이동하는 풍로를 형성한다.
일반적으로, 유체가 부분적으로 가열되어 온도가 높아지면, 그 부분이 팽창하여 밀도가 작아지기 때문에 부력이 생겨 위로 올라가고, 대신 위에 있던 온도가 낮고 밀도가 큰 부분이 내려온다. 이러한 과정을 되풀이함으로써 물질 자신의 운동에 의해 열을 전달하는 현상이 대류이다. 대류는 전도 및 방사와 더불어 중요한 열전달 기구 중에 하나이다. 본 발명은 이러한 열 대류를 이용한 것으로서, 열의 대류에 의한 열 확산을 촉진할 수 있는 구조를 갖는 열확산 시트이다.
또한, 열의 대류에 의한 열 확산을 촉진하기 위해 본 발명에서는 베르누이의 유속의 원리를 이용한다.
즉, 정상 흐름이고, 점성이 없는 유체인 완전 유체(Perfect Fluid)가 비 압축성 유체일 때, 유체가 흐르는 통로(Stream Tube)의 단면적이 S₁, S₂, 유속이 V₁, V₂일 때, 유입량과 유출량을 같다고 본다면, S₁V₁= S₂V₂의 관계식이 성립한다는 것이 이용한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 돌출부(11a)와 돌출부(11a) 사이의 간격을 양단부에 비해 중앙부를 더 좁게 하면, 열(유체)이 흐르는 통로, 즉 풍로의 역할을 하는 홈(15)의 단면적은 중앙부가 그 양단부보다 좁게 되며, 위 관계식에 따라 열(유체) 의 흐름은 중앙부에서 더 빠르게 된다. 이에 의해 열 대류가 가속되어 열 확산이 촉진될 수 있다.
이러한 열 대류에 의한 열 확산을 더욱 촉진하기 위해서는, 열확산 시트(10)가 장착되는 방식 중요한데, 열확산 시트(10)는 전자장치 (삭제)에서 발생한 열이 대류에 의해 이동하는 방향을 따라 풍로(15)가 배치되도록 장착되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 필름(11)은 종래에 공지된 열 전도성 수지나 금속 호일을 종래에 공지된 다양한 기술을 사용하여 제작될 수 있다.
열 전도성 수지는 일반적인 열 가소성 수지에 열전도 강화재를 혼합한 물질로서, 최근에 새로운 혼합물과 작업 공정으로 일반 수지의 수 배 ~ 수 백배에 이르는 열 전도성을 갖는 열 전도성 수지가 개발되고 있다.
베이스 필름(11)에 사용 가능한 금속 호일로서는 구리 호일나 알루미늄 호일을 사용할 수 있으나, 열 전도성이 우수하고 호일의 형태로 제작될 수 있는 금속이라면 제한 없이 사용 가능하다.
베이스 필름(11)의 전면에는 열 전도성이 우수한 열전도성 입자들로 이루어진 열 확산층(12)이 형성된다. 열 확산층(12)은 베이스 필름(11)을 통해 전달된 열을 흡수하여 히트 싱크나 방열판과 같은 방열 부재에 열을 전도하는 기능을 할 뿐만 아니라, 열 확산층(12)과 접촉하고 있는 주변 매체, 예를 들면 공기로 열을 방사하는 역할을 한다. 여기서, 베이스 필름(11)의 구조화된 면에 형성된 열 확산층(12)은 구조화되지 않은 평면에 형성된 경우에 비해 상대적으로 표면적이 증가하기 때문에 열 전도 및 방사 효율이 증대될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열전도성 입자는 구리, 은, 알루미늄 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다. 이러한 금속 물질이 다른 물질에 비해 열 전도율이 우수하다는 것은 본 기술분야에 이미 주지된 사실이지만, 열전도성이 좋은 금속 물질이라면, 상기 언급된 구리, 은, 알루미늄 및 이들의 혼합물에 제한됨이 없이 본 발명에 사용될 수 있다.
베이스 필름(11)에 열 확산층(12)을 형성하는 방법은, 감압하에서 저항가열 또는 일렉트론빔 조사와 같은 가열에 의해 상기 금속 물질을 기화시켜 막을 형성하는 진공증착이나 스퍼터링을 이용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 열 확산층(12)은 흑연 분말에 바인더와 경화제 등을 혼합하여 제작된 액체 혼합물을 베이스 필름(11)의 전면에 도포하여 형성될 수 있다. 또한, 선택에 따라, 상기 액체 혼합물에는 분산제, 충전제 및 용제 중 어느 하나 이상이 혼합될 수 있다.
흑연은 결정학적으로 볼 때, 이방성 구조를 갖기 때문에 전기 전도도 및 열 전도율이 일정한 방향성을 가지며, 미세하게 가공된 흑연 분말은 본 발명의 열전도성 입자로 사용되기에 적합하다.
상기 바인더는 미세 가공된 흑연 분말 입자들을 일체화시킨다. 따라서 열 확산층(12)에 외부 충격이 가해지더라도 상기 바인더에 의하여 흑연 분말 입자의 결합이 해제되지 않으므로, 열확산층(12)이 쉽게 부서지지 않는다.
상기 바인더로는 폴리에스테르 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수 지 등과 같이 열전도성 및 내열성이 우수한 재료를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 바인더는 카르복실 말단기를 갖는 폴리에스테르 수지, 하이드록실 말단기를 갖는 폴리에스테르 수지, 옥시란 작용기를 갖는 에폭시 수지, 카르복실 말단기를 갖는 아크릴 수지, 하이드록실 말단기를 갖는 아크릴 수지, GMA 말단기를 갖는 아크릴 수지 및 우레탄 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질이다.
상기 경화제는 베이스 필름(11)에 도포 또는 점착된 상기 액체 혼합물이 용이하게 건조되고 경화될 수 있도록 한다. 바람직하게는, 상기 경화제는 옥시란기를 갖는 에폭시 수지 경화제, 옥시란기를 갖는 TGIC(트리글리시딜 이소시아누레이트) 경화제, 이소시아네이트기를 갖는 경화제, 블록킹화된 이소시아네이트기를 갖는 경화제, 카르복실 말단기를 갖는 경화제 및 에폭사이드와 무수물 반응기를 포함하는 지방족과 방향족 경화제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 경화제로 이루어진다.
상기 충전제는 열 확산을 도와주는 물질로, Al2O3, Al, BN 및 Ag 코팅된 Cu로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어진다.
Cu는 상기 조성물을 만들 때 산화되기 쉽다. 이와 같이 Cu가 산화될 경우 조성물의 성능이 저하될 우려가 있기 때문에, Cu는 Ag로 코팅하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 충전제 물질 중 바람직하게는 BN을 사용한다.
상기 분산제는 폴리아민아마이드계, 인산 에스테르계, 폴리이소부틸렌, 올레산, 스테아린산, 어유, 폴리카르복실산의 암모늄염 및 나트륨 카르복시메틸로 이루 어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 용매는, 메틸에틸케톤, 에탄올, 크실렌, 톨루엔, 아세톤, 트리클로로에탄, 부탄올, MIBK, EA, 부틸 아세테이트, 싸이클로 헥사논, 물, 프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르, MEK 및 아노네로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
이와 같은 조성물로 형성된 열 확산층(12)은 열 안정성, 기계적 성질(연성 및 인장 강도) 뿐만 아니라 열 전도성도 우수하다.
베이스 필름(11)의 구조화된 표면의 반대 측 표면에는 접착층(13)이 배치될 수 있다. 접착층(13)은 방열이 필요한 디스플레이 장치의 원하는 위치에 열확산 시트(10)를 용이하게 부착할 수 있을 뿐만 아니라, 필요에 따라 기 부착된 열확산 시트(10)를 용이하게 제거할 수 있게 한다.
접착층(13)은 접착력과 열전도성이 우수한 공지의 열전도성 접착제를 베이스 필름(11)의 표면에 도포하거나, 양면 테이프를 베이스 필름(11)의 표면에 부착하여 얻을 수 있다.
접착층(13)의 저면에는 상기 접착층을 보호하기 위한 보호시트(14)가 배치될 수 있다. 보호시트(14)는 접착층(13)의 표면이 대기에 직접 노출되는 것을 방지하여 열확산 시트(10)의 취급 및 보관을 용이하게 한다. 실제 디스플레이 장치에 열확산 시트(10)를 부착할 때에는 보호시트(14)를 제거하게 되는데, 접착층(13)으로부터 보호시트(14)의 이형이 용이하도록 접착층(13)과 직접 접촉하는 보호시트(14)의 표면은 이형 보조제로 피막처리를 하는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산 시트(10)는 베이스 필름(11)의 구조화된 표면의 전면에 형성된 열 확산층(12)의 열 전도 및 방사에 의해 전자장치 (삭제)에서 국부적으로 발생한 열을 방열할 수 있을 뿐만 아니라, 베이스 필름(11)의 구조화된 표면에 의해 형성된 풍로를 통해 열 대류를 촉진함으로써 방열을 할 수 있다.
상술한 실시예에서 베이스 필름(11)의 돌출부(11a)의 단면 형상은 사각형이지만, 상기 돌출부의 형상은 다양하게 변형시킬 수 있을 것이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1의 베이스 필름에 대한 다른 실시예를 도시한 단면도이다. 다만, 서로 대응하는 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 사용한다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 베이스 필름(11)은 상기 베이스 필름의 어느 일 방향을 따라 동일 간격으로 배열된 다수의 돌출부(11a)를 갖는 구조화된 표면을 갖는다. 이에 반해, 상기 구조화된 표면의 반대 면은 구조화되지 않은 평면이다.
상기 돌출부(11a)의 단면 형상은 도 3a에 도시된 바와 같은 삼각형, 도 3b에 도시된 바와 같은 돔형, 도 3c에 도시된 바와 같은 사다리꼴 형일 수 있다. 다만, 이들 돌출부(11a)와 돌출부(11a)의 사이에 열이 이동할 수 있는 풍로의 역할을 하는 홈(15)이 형성되며, 돌출부(11a)와 돌출부(11a) 사이의 간격은 도 1 및 도 2와 관련하여 설명한 바와 같은 이유에서 양단부에 비해 중앙부를 더 좁은 하는 것이 바람직하다. 이에 의해 열(유체)의 흐름은 중앙부에서 더 빠르게 되며, 나아가 열 대류에 의한 열 확산이 촉진된다.
본 발명에 따른 열확산 시트는 베이스 필름의 구조화된 표면의 전면에 형성된 열 확산층의 열 전도 및 방사에 의해 디스플레이 장치에서 국부적으로 발생한 열을 방열할 수 있을 뿐만 아니라, 베이스 필름의 구조화된 표면에 의해 형성된 풍로를 통해 열 대류를 촉진함으로써 방열을 할 수 있기 때문에 디스플레이 장치의 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 열확산 시트는 보호시트를 제거한 상태에서 방열을 목적으로 하는 대상물의 표면에 쉽게 부착하여 사용할 수 있기 때문에 일반적인 디스플레이 장치에 범용으로 사용 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 열확산 시트는 특히 액정표시장치, 플라즈마 디스플레이 패널, 유기 전계 발광소자 및 발광 다이오드 등과 같은 디스플레이 장치의 패널의 후면에 부착하여 상기 장치에서 발생하는 열을 방열 부재로 전달하는 전달 매체로서 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 동일한 방향을 따라 배열된 다수의 돌출부를 포함하는 표면을 구비한 베이스 필름; 및
    상기 베이스 필름의 상기 돌출부를 포함하는 표면상에 형성되며, 열전도성 입자를 포함하는 열 확산층을 포함하되,
    상기 돌출부들 사이에는 열이 순환할 수 있는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 열확산 시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    인접한 돌출부 사이의 간격은 양단부에 비해 중앙부가 더 좁은 것을 특징으로 하는 열확산 시트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부의 단면 형상은 삼각형, 사각형, 사다리꼴 및 돔형 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 열확산 시트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전도성 입자는 구리, 은, 알루미늄 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 열확산 시트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 필름의 상기 돌출부를 포함하는 표면의 반대 측 표면에 배치된 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열확산 시트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 접착층의 일면에 배치되며, 상기 접착층을 보호하기 위한 보호시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열확산 시트.
  7. 동일한 방향을 따라 배열된 다수의 돌출부를 포함하는 표면을 구비한 베이스 필름; 및
    상기 베이스 필름의 상기 돌출부를 포함하는 표면상에 형성되는 열 확산층을 포함하되,
    상기 돌출부들 사이에는 열이 순환할 수 있는 홈이 형성되며,
    상기 열 확산층은 흑연 분말, 바인더 및 경화제를 포함하는 액체 혼합물을 도포하여 형성되는 것을 특징으로 하는 열확산 시트.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 액체 혼합물은 분산제, 충전제 및 용제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열확산 시트
  9. 제 7 항에 있어서,
    인접한 돌출부 사이의 간격은 양단부에 비해 중앙부가 더 좁은 것을 특징으로 하는 열확산 시트.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 돌출부의 단면 형상은 삼각형, 사각형, 사다리꼴 및 돔형 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 열확산 시트.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 베이스 필름의 상기 돌출부를 포함하는 표면의 반대 측 표면에 배치된 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열확산 시트.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 접착층의 일면에 배치되며, 상기 접착층을 보호하기 위한 보호시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열확산 시트.
  13. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 돌출부는 동일 간격으로 배열된 것을 특징으로 하는 열확산 시트.
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