열 특 성■ LCD 모듈의 열 특성① 부품의 집적도가 높은 스크린의 상하좌우 끝부분에는 열로 인해 화면왜곡 현상이 발생할 수 있다.② 휘도 저하 및 수명 감소를 발생시킨다.③ 색을 재현하는데 있어서 어려움을 발생시킨다.④ 열로 인한 LCD panel에 crack(크랙)을 발생시킨다.⑤ 높은 소비전력량을 발생시킨다.◆ TFT-LCD의 주요 발열부:① TFT-LCD Module ② BLU(24개의 CCFL) ③ Inverter PCB(ADC) ④ Control board? 이러한 발열부로 인해 LCD의 소비전력량이 증가하여 필요 없는 전력이 낭비가 되고, 그로 인하여 LCD의 효율(실제적인 효율⇒ 5%)이 떨어진다.? 이론상 소비전력량- TFT-LCD Module: 16.08W- BLU(24개의 CCFL): 9.185W × 24EA= 220.44W- Inverter PCB: 67.56W◆ 개선 방법≫ 직접냉각방식: 자연대류(natural convection)냉각, 강제대류(forced convection)냉각,액침(immersion)냉각≫ 간접냉각방식: 열전모듈(thermoelectric module), 히트파이프(heatpipe)1. 전도, 대류, 복사의 간단한 이론 조사구분전도(conduction)대류(convection)복사(radiation)정의물질의 이동이 없이 온도가 다른 일정한 물체사이에서 고온의 분자로부터 저온의 분자로 열이 전달되는 형태기체나 액체를 가열했을 때에 생기는 흐름, 또는 그 흐름에 따라서 일어나는 열의 이동열을 빛과 같은 전자기파의 형태로 이동시키는 열전달의 한 가지 방식으로 열에너지에 의해 물질 내부의 원자들이 진동해서 전자기파를 내는 현상관련사진예-전기 줄을 통한 전기의 이동-방바닥에 설치한 난방 파이프에 더운 물이 흐르면 방바닥이 따뜻해지는 현상-쇠젖가락의 한쪽 끝을 불에 넣으면 반대쪽 끝도 뜨거워지는 현상-프라이팬을 불에 얹어 놓으면 위쪽이 뜨거워지는 현상-뜨거운 것을 담은 유리컵의 표면이 뜨거워지는 현상-방 한 구석에 난로를 볕을 쬐면 따뜻해지는 현상-전자레인지의 음식이 레인지에서 복사되는 전자파를 흡수하여 익는 것-사람의 고막에서 복사되어 나오는 적외선을 이용한 체온 측정(귀 체온계)※ 대류의 종류▶ 자연대류: 유체의 온도가 높아지면 부피가 팽창하여 밀도가 낮아지고 부력이 커져서 결국 위로 올라가려고 하기 때문에 생긴다. 이런 순환운동으로 주전자의 물이나 방의 공기가 균일하게 가열된다. 분자가 열을 받으면 속도가 커져서 움직이는 공간을 넓히고 위로 올라간다. 그러나 위로 올라간 분자는 다시 식어서 서로 가깝게 모이게 되고, 밀도가 커져서 결국 밑으로 내려온다.▶ 강제대류: 강제로 대류를 시키는 강제대류는 온도변화에 따라 생기는 것이 아니다. 선풍기로 공기를 움직이거나 물을 펌프로 끌어올리는 등 강제적인 힘이 필요하다. 대기 중에서 일어나는 대류는 태양복사에 의해 지구 표면의 일부가 가열되어 분자들이 위로 올라간 후, 차가운 물질 표면에 닿으면 식어서 내려오는 과정이다. 이러한 대류는 보통 수직으로 일어나며 구름이나 천둥 등의 기상현상을 공기의 대류현상으로 설명할 수 있다.2. PDP의 구조와 각 구조의 특징.1. PDP 구조와 종류1) PDP의 구조PDP는 일반적으로 일정한 전압을 갖는 연속적인 펄스에 의해 구동되며, 계조 표시는 아날로그 방식이 아니라 디지털 방식에 의해 구현된다. 그러나 기체 방전이 보통 수백 볼트의 비교적 높은 전압이 필요하므로 영상 신호를 증폭하여 구동하게 된다. PDP가 대형화에 적합한 이유는 공정상의 이유뿐만 아니라 기체 방전이 갖는 대형화에 유용한 특성을 구동 방식에 응용할 수 있기 때문이다.PDP의 원리는 두 장의 유리를 포갠 틈새에 작은 셀을 다수 배치하고, 그 상하에 장착된 전극(+와 -) 사이에서 가스(네온과 아르곤)방전을 일으켜 거기서 발생하는 자외선에 의해 자기 발광시켜 컬러 화상을 재현한다. 패널 화면상에 화상을 재현하는 원리를 보면, 브라운관의 경우 왼쪽에서 오른쪽으로 또한 위에서 아래로 전자빔을 주사하여 화상을 그려내지만, 플라즈마는 우선 하판에 신호 전극을 설치하고, 그 위에 유전층을 도포한다. 그리고 방전 셀을 구분하고, 상/하판의 사이의 공간을 확보하기 위하여 높이 130 ㎛ 격벽(barrier Rib) 을 설치한 다음 형광체를 격벽과 신호전극을 덮고 있는 유전체 위에 도포한다. 격벽을 따라서 도포된 빨강(R), 녹색(G), 파랑(B)에 해당하는 3개의 골이 하나의 화소를 이룬다.한편, 상판에는 방전 유지를 위한 X전극과 Y전극이 투과도를 고려하여 ITO(Indium Tin Oxide)로 형성되고, 전극의 가장자리에는 ITO의 높은 전극을 보상하기 위하여 은(Ag), 혹은 크롬-구리-크롬(Cr-Cu-Cr)의 버스 전극을 형성한다. 자연스러운 용량성 Capacitance 형성을 통한 전류 제한을 위해서 산화납(PbO) 계열의 유전층을 표면에 도포하고, 그 위에 산화 마그네슘(MgO) 보호막을 증착한다. 이 유전층 형성으로 인하여 AC PDP의 주요 특징 중 하나인 메모리 특성이 나타난다.MgO 보호막은 PbO 유전층을 이온의 스퍼터링(Sputtering)으로부터 보호하고, 또한 방전 시에 낮은 에너지의 이온이 표면에 부딪혔을 때 비교적 높은 이차 전자 발생 계수의 특성을 가져 방전 플라즈마의 구동 및 유지전압을 낮춰주는 역할을 하며, PDP의 상판과 하판 사이는 주로 사용되는 페닝(Penning)혼합 기체가 방전 기체로서 300∼400 Torr 정도 채워진다. 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 또는 이들의 혼합기체로 바탕 기체(Buffer Gas)를 형성하고, 형광체를 발광시키는 진공 자외선의 Source로써 소량의 크세논(Xe)기체를 섞어서 사용한다.PDP는 각 화소에 대응하여 광원으로서 기체 방전에 의한 자외선 발광을 이용하므로, 구동회로는 표시 화상을 구현하기 위해서 단순히 각 화소에 대하여 기체 방전을 형성하거나 소거하는 작용을 한다. 구동 회로는 영상을 구성하는 각 화소에 대한 영상 신호 및 신호 제어부와 각 화소에서 발생하는 자외선을 형성 또는 소거시켜 줄 수 있2) PDP의 종류PDP는 인가전압에 따라 교류(AC) 구동방식과 직류(DC) 구동방식으로 아래의 에서 도시한 바와 같이 분류된다.AC형 구동방식은 전극이 얇은 유리(Glass) 성분의 절연체로 피복되어 200 KHz 내외의 펄스 전압으로 구동하는 것이다. AC형 구동방식에는 일단 방전한 후에 낮은 방전 유지전압을 가하면 방전이 지속되는 메모리 방식과 표시해야 할 전극 사이에 전압이 높은 펄스 전압을 인가 하여 방전시키는 방식이 있다. AC PDP의 구조에서는 각 셀이 격벽에 의해 독립되고 전후면 Panel에 전극이 형성되어 있는 것이 특징이고, 각 전극에 정현파 교류전압 또는 펄스 전압을 인가하여 방전을 일으켜 빛이 전면 유리를 통해 영상을 볼 수 있다. DC형 구동방식은 전극이 방전공간에 노출되어 직류전압으로 구동하는 것이다. DC형은 재생방식에 의한 구동이기 때문에 구동회로는 간단하지만 중화방전을 막기 위해 방전 셀간에 분리하는 장벽(Barrier)을 설치하여 Panel 구조가 약간 복잡하다. DC PDP의 구조는 각 셀이 격벽에 의해 독립되어 있고 전후면 Panel에 양극과 음극이 형성되어 있다. 또한 DC의 경우 전류제한용 저항이 있으며 이러한 셀들이 구성되어 있는 전면 / 후면의 Panel을 Sealing 한 상태에서 방전가스를 충전시키고 DC전원을 인가한다. 또한, PDP의 발광 휘도는 250~300 cd/㎡ 이며 동작전압은 170 V 내외인데, 평판 디스플레이 중에서 어떤 종류는 EL(Electro Lumination)과 함께 고전압을 필요로 한다. 소비전력은 동작표시 소자 수나 패널 크기에 따라 다르지만, 고전압이므로 낮은 전압으로 만드는 기술과 낮은 소비 전력을 유지하는 기술이 개발되고 있다.2. PDP의 장단점◆ PDP의 장점- 대화면 개발이 용이하다.- 두께가 얇다. 10센티 미만으로 제작 가능하다.- 좌우상하 160도 이상의 넓은 시야각을 확보할 수 있다.- 자체 발광이므로 자기, 자장의 영향을 받지 않고 고른 화질을 보장한다.◆ PDP눌 수 있다. LCD의 특성상 자체 발광이 불가능하기 때문(수광 형태)에 뒤에서 비쳐주는 광원이 필요하게 된다. 이 광원을 BLU라고 한다. 그리고 그 위에 얹혀지는 것이 액정 패널 부분 이며, 액정 패널은 각 셀을 트랜지스터의 원리에 의해 들어온 신호에 따라 열고 닫음으로 해서 BLU에서 투사되는 빛을 컨트롤 하게 된다. 이렇게 해서 최종 화면이 사용자의 눈앞에 보여지게 된다.LCD 모듈은 2개의 얇은 유리판 사이에 액정(Liquid Crystal)을 주입해 전원을 공급, 액정의 배열을 변화시켜 명암을 조절하고 이 부분에 빛을 통과시켜 영상을 표시하는 디스플레이다. 그런데 이 액정 패널은 스스로 빛을 내지 못하기 때문에 뒤쪽에서 빛을 발생시키는 Unit이 필요한데 이 기능을 담당하는 것이 바로 BLU이다.BLU는 실제 광원이 되는 형광 램프로부터 밝기가 균일한 평면광을 만드는 것이다. 광원으로 사용되는 형광램프가 면광원이 아니기 때문에 이를 전체가 균일하면서도 밝게 만드는 것이 관건이다.Backlight Unit는 광원으로 사용되는 냉 음극선관은 열 음극선관 형태의 형광 Lamp, 도광판, Prism Sheet, 확산판, 반사판 등 의 부품으로 구성된다. 냉 음극선관(CCFL : Cold Cathode Fluorescent Lamp)의 형광체는 효율이 높은 희토류(Y, Ce, Tb 등)를 주 로 사용하고 있고, LCD용 에서는 Red, Freen, Blue의 형광체를 혼합한 백색계의 3 파장 Type 이 사용되고 있다.도광판(Light Guide Plate)은 아크릴판의 측면으로부터 빛을 도입하여 이 빛이 아크릴판 속으로 진행하면서 반사판에 의해 Pa nel의 전면으로 빛이 나오게 반든다. 반사판은 Dot 형태를 한 Gradation Pattern 으로 Lamp 에서 가까운 부분은 작게, 먼 부분은 크게 도포하여 반사량을 조절하여 Backlight 면 전체가 균일한 휘도 분포를 갖게 만든다.현재, 사용하는 LCD모니터에 이런 현상이 벌어진다면?아마 모두 반품이다.
실험제목: LCD 열분포 해석1. 왜 LCD 모듈을 열해석 해야 하나?옛날에는 지금의 1/100 정도의 성능에 공룡만한 컴퓨터를 만들면서 발열 문제에 대해 고민하곤 했다. 하지만 요즘 lcd의 단위면적당 발열량과 비교한다면 아마 하늘과 땅차이라는 표현이 결코 지나치지 않을 것이다. LCD는 모니터에서 32인치, 42인치 등 TV 쪽으로 옮겨가면서 기존 과거와의 설계 개념과는 많이 달라졌으며 CCFL 이 16개정도 있으면 개당 5W가 소모되므로 90W의 발열량을 내보낸다. 그리고 기구물 자체도 대형화하고, 시트소스도 많아지고, 밝기가 밝아지기 때문에 램프 사용 등으로 인한 열해석이 필요하게 된다. 즉,시스템의 발열밀도가 증가된 만큼 냉각기술도 같은 수준으로 향상되었다고 생각할 수 있겠지만 결코 그렇지가 않다. LCD뿐만 아니라 CPU 성능향상을 목적으로 일반 PC 케이스내에 방열판과 FAN에 의한 공랭식으로 부족하여 수냉식 쿨링 시스템까지 설치해 가며 냉각에 신경을 쓰는 모습을 이제 쉽게 볼 수 있다. 자료에 의하면 전자통신 장비에서 다운이 발생하는 요인 중 발열 문제가 60% 이상으로 가장 높은 비중을 갖는 것으로 알려져 있다. 그래서 LCD 모듈에서 발생할 수 있는 유동 및 열거동을 예측해야 하며 자연대류는 물론 강제대류, 복사열 전달을 포함하여 광범위하게 열설계를 사용화 해야 한다. 열해석 분야는 아직 열, 유체의 물리적 현상에 대한 완벽한 수식체계와 수치해석적 코드가 확립되지 않은 상태에서 힘들고 어려운 일이다. 그래서 무리하게 덤비는 것보단 수많은 시행착오 과정을 통해 실제 현상에 대한 결과와 해석결과 간의 오차를 줄여나가는 방법으로 접근한다면 상당부분 해결 할 수 있다.열해석 이유1. 기존의 아날로그 티비와 달리 PDP,LCD,프로젝션 등의 디지털 TV는 많은 전력 소모량이 필요하고 이에 비례하여 SET내부 발열량도 상당히 높다.2. 높은 발열량은 LCD의 수명 및 휘도 저하, 균열발생, 오동작등의 주요 원인으로 작용한다.3. 주요 열원으로는 디스플레어져서 온도가 높은 부분의 물질은 밀도가 작아져서 위로 올라가고, 온도가 낮은 부분은 밀도가 커져서 아래로 내려오게 되는 현상이다. 따라서 어떤 열원으로 부터 직접적인 열이동이 아닌 공기와 같은 매개체의 흐름으로 열이 이동하는 것을 말하는데예시1) 예를 들면 난로를 방안에 켜놓으면 처음엔 난로 주위만 따뜻하다가 시간이 지나면 데워진 공기의 이동 때문에 방안 전체가 훈훈하게 데워진다..또 찬물이 있는 탕안에 뜨거운 물을 구석에 틀어 놓으면 뜨거운 물이 퍼져나가면서 물의 흐름으로 인해 결국에는 전체의 물이 다 따뜻해진다..예시2)연기를 이용하여 음식을 익혀 먹는 요리를 훈제요리물리적 설명:자연 대류와 강제 대류자연적으로 생긴 밀도차에 의해 대류가 일어나는 것을 자연 대류라고 한다. 대기 중의 자연 대류는 지구의 기상 현상에 아주 중요한 역할을 하고 있다.강제 대류는 부채나 펌프 등에 의해 유체를 밀어내는 것을 말한다. 이 방법은 건물의 난방 장치에 이용된다.전도정의:우선 전도는 높은 온도의 물체와 낮은 온도의 물체를 접촉시키면, 접촉면의 분자들이 서로 충돌하여 열이 온도가 높은 쪽의 분자로 부터 온도가 낮은 쪽의 분자로 이동하는 현상이다.물체와 물체가 직접 맞닿아서 열이 이동하는것을 말한다.예시1)예를 들면 차가운 철봉을 손으로 잡고 시간이 지나면 손에서 철봉으로 열이 이동해서 손으로 잡은 부위의 철봉은 따뜻게 된다.예시2)예시2)숟가락을 뜨거운국에 넣고있다보면 숟가락 전체가 뜨거워지고아니면 쇠붙이를 들고 끝에 불로 열을 가하면 반대쪽 들고있는부분도 뜨거워진다예시3)달궈진 후라이펜에 계란물리적 설명단면적 , 길이인 금속 막대의 양끝을 온도 인 열원에 접촉시켰을 때 시간 가 경과하는 동안 전도되는 열량이다. 그리고 열평형이 될 때까지 고온의 물체가 잃은 열량은 저온의 물체가 얻은 열량과 같다. 또 금속은 자유 전자가 많고 이들이 열전도를 도우므로 열전도율이 크고 전기적 양도체는 열적 양도체이다. 기체는 액체나 고체에 비해 열전도율이 작다.복사정의: 복사는 열전도나 한다. 이런 관계를 빈의 변위 법칙이라고 하며 다음과 같은 관계식이 성립한다. 에너지가 가장 큰 열복사선의 파장을 , 표면의 절대 온도를 라고 하면*(1) 진공: 복사*(2) 무중력: 전도, 복사3. 차세대 LCD 광원의 조사 및 문제점 2가지는?차세대 LCD 광원의 승자는?LCD TV용 백라이트 광원 시장은 2005년부터 가시적인 변화를 겪게 되었다. 선두 주자인 EEFL이 30인치 TV 시장 중심으로 세력을 확장하는 가운데 FFL의 등장으로 30인치 시장을 둘러싼 신기술간의 경쟁이 치열하다. 그리고 2005년을 기점으로 LED 기술이 40·46인치를 시작으로 본격적으로 LCD TV 시장을 장악하였다. 광원 기술간 경쟁은 2008년에 격전에 돌입할 것이다. LED의 30인치 대 진입이 예상되는 가운데 EEFL과 FFL 등의 신기술이 가격을 어느 정도까지 더 내릴 수 있느냐에 따라 시장 점유율이 달라질 것이다. 그러나 EEFL의 경우 지금보다 부품 수를 줄이는 등의 추가적인 원가 절감 여지는 적을 것으로 예상되며, FFL의 경우 공급 기업의 수가 소수에 머무를 것으로 보여 큰 폭의 원가 절감 가능성은 오히려 LED쪽에 있을 것으로 보인다. 게다가 LED가 원가 경쟁력을 확보하고 환경 친화적 특성을 앞세운다면 세계적인 환경 규제 추세에도 부합해 더욱 강력한 힘을 발휘할 것이다. 이 같은 백라이트 광원 간 경쟁은 TV 시장의 향후 변화와 맞물려 더욱 중요해질 전망이다. 원가 절감을 통해 LCD TV를 가격 경쟁에서 승리로 이끄는 광원 기술이 최종 승자가 될 것이다. 그리고 가격 하락이 예상대로 진행된다면 LED 백라이트가 가장 유력한 후보로 보인다.액정 디스플레이의 백라이트로서 LED에 대한 연구가 백라이트업체, 액정 패널 및 TV 세트 제조업체들에 의해서 활발하게 진행되고 있으며, 핸드폰 백라이트의 경우 시장이 거의 포화상태에 도달한 상황이나 LCD TV시장의 경우 매우 큰 시장이 열리는 단계에 진입하여 향후 LED 시장의 성장동력으로 작용할 전망이다. 또한 각LED를 중심으로 개발 및 제작되었으며, 생산기술의 발달로 소자의 구조를 개선함으로써 밝기가 향상되어 자동차, 메시지 사인, 교통표시기 등에 본격적으로 사용되기 시작하였다.그러나 빛의 삼원색이라 할 수 있는 녹색(Green), 적색(Red), 청색(Blue) 중 청색 LED의 개발은 기술적 한계로 인해 미진하였다.따라서 이러한 청색 LED의 부족은 제조상의 어려움으로 이어져 현재와 같은 총 천연색(Full Color)의 구성이 불가능하였다. 그런데 1990년대 중반 일본의 니치아 화학회사가 고휘도의 청색 LED를 개발, 생산함으로써 자연스러운 총 천연색의 표시가 가능하게 되었다.즉 청색 LED가 적색 및 녹색 LED와 결합하면 모든 색상을 표시할 수 있어, 긴수명, 고휘도 및 고시각의 특성을 지니는 디스플레이, 교통신호, 전광판 등의 부품으로 이용함으로써 각광을 받고 있다.또한 빛의 삼원색이라고 할 수 있는 적색, 녹색, 청색의 광원을 조합하면백색(White)의 광원을 만들 수 있으며, 이러한 광원들의 조합에 따라 색을 다양하게 변화시킬 수 있어 새로운 조명장치로의 응용까지 넓어지고 있다. 더욱이 고휘도의 청색 LED를 단독으로 이용한 백색LED 제조의 성공은 고휘도 LED를 조명등에 사용할 수 있게 하는 가능성을 높여주었다.향후 고휘도 LED가 기술발전을 통해 일반조명등까지 그 영역이 확대되어 사용되면, 과거에 진공관이나 CRT TV를 각각 트랜지스터나 LCD, PDP TV로 대체하는 것과 같은 정도의 혁신적인 기술로 평가될 전망이다. 이와 같이 고휘도의 LED가 기존의 전구나 형광등을 대체한다면, 전력소모 감소, 긴 수명을 통한 교체비용 감소, 오염물질 감소 등과 같이 환경보호는 물론 비용까지 절감할 수 있을 것으로 예상된다.미래가 밝은 LED시장수년 내 주요 반도체 시장 규모에 육박세계 LED시장은 향후 고속 성장하여 DRAM, 낸드플래시 등에 버금가는 규모가 될 것으로 전망된다. 2006년 63억 달러인 세계 LED시장은 매년 15%씩 성장하여 2010ㆍ녹(G)ㆍ청(B) LED 3개를 조합하거나 청색 LED에 형광체를 입혀서 구현한다.기존 광원 대비 효율이 높아 전력 소모가 적고 소형 구현이 쉽다는 장점을 갖고 있으며 기존 조명용 광원인 백열등이나 형광등 대비 소비전력 대비 밝기가 우수하다. 또한 노트북PC나 LCD TV의 백라이트로 사용되는 CCFL에 비해서는 두께가 얇고 수은 등 유해물질이 포함되어 있지 않다. CCFL 튜브의 경우 직경이 약 2mm이나 LED 경우 0.6mm이다.성능 대비 가격 하락으로 용도가 확대하이츠의 법칙에 따라 성능 대비 가격이 급격히 하락하는 추세이다. 하인츠의 법칙이란 애질런트의 과학자인 롤랜드 하이츠(Roland Haitz)가 제안한 법칙으로 10년마다 LED의 가격이 10배 하락하며 성능은 20배 향상된다는 내용이다. 새로운 화합물 및 형광체의 발견과 화합물 제조 등 공정의 개선이 주된 기술혁신 분야로 니치아의 나카무라 슈지가 고효율 청색 LED를 상용화한 비결은 질화갈륨을 질소 대기중에서 가열하여 전자의 흐름을 개선한 프로세스 발견하여 기존 2, 3인치 웨이퍼를 대체하는 4인치 웨이퍼가 활용될 것이다.응용분야가 현재의 휴대폰 위주에서 디스플레이 백라이트, 자동차용 조명, 일반 조명 등으로 점차 다양화되는 추세이며 현재 주된 사용처는 휴대폰으로 LCD 패널의 백라이트, 키패드, 카메라폰 플래시 등에 활용되고 있다. 용도별 시장점유율은 휴대폰 50%, 광고물 15%, 자동차 14% 로 수십~수백 개의 LED가 소요되는 대형 디스플레이의 백라이트, 자동차의 브레이크등 및 전조등이 향후 LED의 주된 응용분야가 될 전망이다. 도시바, 소니 등에 이어 2007년 애플, HP 등도 LED 백라이트를 탑재한 노트북PC를 출시할 예정이다. 자동차 미등, 브레이크등에 이어 새로 출시된 렉서스 모델에서는 최초로 전조등에도 LED가 채택되었으며 건축, 의료, 농업, 환경 등의 분야에서도 다양하게 용도가 개발되고 있다.세계 시장 경향대만업체들이 부품시장 진출과 대형화를 통해 최근 성장제품 및있다.
LCD 열분포 해석
LED, LCD, 디스플레이공학, 열분포, 대류 전도 복사, 차세대 LCD 광원, LED 역사 및 특징
