專(zhuān)利名稱(chēng)：用于顯示器的散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于顯示器的散熱器，例如用于等離子顯示屏(PDP)、液晶顯示器(LCD)、發(fā)光二極管(LED)等等，以及由這些設(shè)備形成的特殊熱學(xué)問(wèn)題。
背景技術(shù)：
等離子顯示屏是一種含有多個(gè)放電單元的顯示設(shè)備，其構(gòu)造是，通過(guò)向電極放電單元上施加電壓從而使預(yù)定的放電單元發(fā)光用以顯示圖像。屏板單元作為等離子顯示屏的主要部件，是通過(guò)將兩塊之間夾著多個(gè)放電單元的玻璃基板粘合在一起而制造成的。
在等離子顯示屏中，每個(gè)被促使發(fā)光用以形成圖像的放電單元會(huì)產(chǎn)生熱量，因此其每個(gè)都構(gòu)成了一個(gè)熱源，使得整個(gè)等離子顯示屏的溫度升高。放電單元中產(chǎn)生的熱量傳遞給構(gòu)成基板的玻璃，但是由于玻璃基板的材料性能問(wèn)題，在平行于屏面的方向上不易導(dǎo)熱。
此外，已被激活發(fā)光的放電單元的溫度升高顯著，而沒(méi)有被激活的放電單元的溫度并不怎么升高。這樣，等離子顯示屏的屏面溫度就在形成了圖像的區(qū)域內(nèi)發(fā)生局部升高。而且，在白色或較淺色波譜范圍內(nèi)的激活的放電單元比那些在黑色或較深色波譜范圍內(nèi)激活的放電單元所產(chǎn)生的熱量更多。因此，根據(jù)形成圖像時(shí)所產(chǎn)生顏色的不同，屏面溫度也有局部的差異。除非采取措施來(lái)改善這些差別，否則這些局部溫差會(huì)使受其影響的放電單元的熱劣化過(guò)程加速。此外，當(dāng)顯示器上的圖像特征改變時(shí)，局部發(fā)熱的位置也隨著該圖像而變化。
而且，由于激活和未激活的放電單元之間的溫差很大，并且發(fā)白色光和發(fā)較深色光的放電單元之間的溫差也很大，因此施加到屏板裝置上的應(yīng)力使得常規(guī)的等離子顯示屏容易發(fā)生裂縫和破損。
當(dāng)施加到放電單元電極上的電壓升高時(shí)，該放電單元的亮度增加，但這些單元內(nèi)的發(fā)熱量也會(huì)增加。因此，那些具有大的激活電壓的單元更容易發(fā)生熱劣化，并且該等離子顯示屏的屏板單元的破損問(wèn)題有加劇的趨勢(shì)。LED有著與PDP類(lèi)似的發(fā)熱問(wèn)題。除了發(fā)射顯示器外，其它的顯示器，例如LCD中也存在類(lèi)似的問(wèn)題，其中熱點(diǎn)會(huì)限制裝置的效果或壽命。
Morita，Ichiyanagi，Ikeda，Nishiki，Inoue，Komyoji和Kawashima在美國(guó)專(zhuān)利No.5831374中建議，用所謂的“高取向性石墨薄膜”作為等離子顯示屏的熱界面材料(therml interface material)，填充于屏板背面與散熱單元之間用以減小局部溫差，然而，其中并沒(méi)有提及使用柔性的石墨片層或者它的顯著優(yōu)點(diǎn)。此外，Tzeng的美國(guó)專(zhuān)利No.6482520中公開(kāi)了用脫層石墨壓縮顆粒的片層作為散熱器(在該專(zhuān)利中稱(chēng)作熱界面)用于熱源，如電子元件。實(shí)際上，這種材料可購(gòu)自Advanced Energy Technology Inc.of Lakewood，Ohio，例如其eGraf SpreaderShield級(jí)材料。
石墨由碳原子的六邊形陣列或網(wǎng)絡(luò)的層狀平面構(gòu)成。這些六邊形排列的碳原子的層狀平面是大致扁平的，并且取向或者排列成彼此基本平行和等距的形式。碳原子的這種基本扁平、平行和等距的片層或?qū)用嫱ǔ１环Q(chēng)為石墨層(graphenelayers)或者基面(basal planes)，它們連接或者結(jié)合在一起并且以微晶形式成組地排列。高度有序的石墨由相當(dāng)大的微晶構(gòu)成，微晶彼此之間高度對(duì)齊或定向并具有十分有序的碳原子層。換句話說(shuō)，高度有序的石墨具有高度的優(yōu)選晶體取向性。應(yīng)當(dāng)注意的是石墨具有各向異性的構(gòu)造，因而呈現(xiàn)出或者具有許多高度方向性的特征，例如在熱學(xué)上和導(dǎo)電性上。
簡(jiǎn)而言之，石墨的特征在于碳原子的層狀構(gòu)造，也就是由通過(guò)弱范德華力連接在一起的碳原子的疊層或者薄層構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。鑒于石墨的這種構(gòu)造，通常提及兩個(gè)軸向或方向，即“c”軸或方向和“a”軸或方向。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，“c”軸或方向可以看作是垂直于碳原子層的方向?！癮”軸或方向可以看成是平行于碳原子層的方向或者垂直于“c”方向的方向。適用于制造柔性石墨片層的石墨具有非常高程度的取向性。
如上所述，保持碳原子的平行層面在一起的結(jié)合力僅僅是弱范德華力?？梢詫?duì)天然石墨進(jìn)行處理使碳原子疊層或薄層之間的空間明顯地展開(kāi)以便在垂直于該層面的方向上，即“c”方向上具有顯著的擴(kuò)張，從而形成擴(kuò)大或膨脹的石墨構(gòu)造并基本保持著碳原子層的層狀特征。
在不使用粘合劑的情況下形成膨脹石墨的粘結(jié)或整合層，例如網(wǎng)絡(luò)、紙張、條、帶、箔片、墊片等等(通常稱(chēng)為“柔性石墨”)，就可以制成大大膨脹，尤其是擴(kuò)大到預(yù)期的厚度或者“c”方向上尺寸比最初的“c”方向尺寸大了大約80倍或更多倍的石墨薄片。在不使用任何粘合材料的情況下，將擴(kuò)大到預(yù)期厚度或者“c”方向上尺寸比最初的“c”方向尺寸大了大約80倍或更多倍的石墨顆粒通過(guò)壓縮制成整合的柔性片層相信是可能的，因?yàn)轶w積膨脹的石墨顆粒之間達(dá)到了足夠的機(jī)械連接性或凝聚力。
除了柔韌性之外，還發(fā)現(xiàn)上述片層材料對(duì)熱傳導(dǎo)具有高度的各項(xiàng)異性，這是由于膨脹的石墨顆粒和通過(guò)高度壓縮得到的基本平行于該片層相對(duì)面的石墨層的取向性造成的，使得其在散熱應(yīng)用中特別有用。因此制成的片層材料具有優(yōu)良柔韌性、高強(qiáng)度和高度的取向性。
簡(jiǎn)而言之，柔性、無(wú)粘合劑和各項(xiàng)異性的石墨片層材料，例如網(wǎng)絡(luò)、紙張、條、帶、箔片、墊片等等的制造過(guò)程包括在預(yù)定負(fù)載和沒(méi)有粘合劑的情況下，壓縮或壓緊膨脹的、“c”方向上尺寸比最初的“c”方向尺寸大了大約80倍或更多倍的石墨顆粒，以形成大致扁平的、柔性整合石墨片層。一般來(lái)說(shuō)蠕蟲(chóng)狀或蚓狀外觀的膨脹石墨顆粒一旦被壓縮，將保持壓縮形變并與該片層相對(duì)的主表面對(duì)齊。片層材料的密度和厚度可通過(guò)控制壓縮的程度來(lái)改變。該片層材料的密度在大約0.04g/cc至2.0g/cc的范圍內(nèi)。
由于平行于片層主相對(duì)平行表面的石墨顆粒的對(duì)齊性質(zhì)，該柔性石墨片層材料呈現(xiàn)出明顯的各向異性程度，并且當(dāng)壓縮該片層材料從而提高其取向性時(shí)，其各向異性程度增大。在該壓縮的各項(xiàng)異性片層材料中，厚度，即垂直于相對(duì)平行片層表面的方向構(gòu)成了“c”方向，而沿著長(zhǎng)度和寬度的方向，即沿著或平行于所述相對(duì)主表面的方向構(gòu)成了“a”方向，對(duì)于該“c”和“a”方向來(lái)說(shuō)，片層的熱學(xué)和電學(xué)特性在數(shù)量級(jí)上有十分大的差異。
然而，在電子工業(yè)中人們主要擔(dān)心在使用基于石墨的材料時(shí)會(huì)導(dǎo)致石墨顆粒剝落，結(jié)果造成該剝落片會(huì)機(jī)械地(即，與灰塵相同的方式)影響設(shè)備的工作和性能，更重要的是，由于石墨的導(dǎo)電性，該石墨剝落片會(huì)對(duì)發(fā)射顯示器的工作造成電學(xué)干擾。盡管相信并表明這些擔(dān)心不必要，但其仍然存在。
同樣，使用粘合劑將石墨散熱器貼在發(fā)射顯示器上有時(shí)會(huì)有缺點(diǎn)。更具體來(lái)說(shuō)，在需要返工(即，去除和替換散熱器)的情況下，粘合劑的連接比石墨片層的結(jié)構(gòu)整體性更加牢固，這樣，如果不使用刮刀或其它類(lèi)似工具的話，總是不能將石墨片層從屏板上干凈地去除掉，這就十分耗時(shí)并且可能會(huì)損壞石墨片層、屏面或者二者都損壞。
因此，對(duì)發(fā)射顯示器來(lái)說(shuō)，需要一種重量輕并且成本經(jīng)濟(jì)的散熱器，尤其是一種被隔開(kāi)以防止石墨顆粒剝落并在需要時(shí)能有效地從裝置上去除的散熱器。該需要的散熱器應(yīng)當(dāng)能夠平衡散熱器所接觸到的裝置區(qū)域內(nèi)的溫差，從而減少屏板以其它方式受到的熱應(yīng)力，并能夠起到減少熱點(diǎn)的作用，甚至于在那些熱點(diǎn)并不固定的部位。
發(fā)明簡(jiǎn)述因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于顯示器的散熱器，例如用于等離子顯示屏、發(fā)光二極管或者液晶顯示器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種能用在顯示器中以改善其使用過(guò)程中出現(xiàn)的溫差的散熱器材料。
本發(fā)明還有另一個(gè)目的是，向熱源，例如等離子顯示屏的一個(gè)或多個(gè)單元提供一種散熱器材料，使得屏板上任何兩個(gè)部位之間的溫差比屏板上沒(méi)有該創(chuàng)造性的散熱片時(shí)的要小。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種散熱器材料，其可應(yīng)用于熱源或者熱源集合，例如等離子顯示屏或者發(fā)光二級(jí)管，并且該散熱器與裝置之間具有良好的熱接觸粘合性。
本發(fā)明還有另一個(gè)目的在于提供一種可以隔離開(kāi)以防止或減少石墨顆粒剝落可能性的散熱器材料。
本發(fā)明還有另一個(gè)目的在于提供一種散熱器材料，其能夠粘在熱源上并從上面去掉，而對(duì)散熱器或熱源的損害程度最小。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種能夠以足夠大量的規(guī)模和成本經(jīng)濟(jì)的方式生產(chǎn)的散熱器。
閱讀以下說(shuō)明之后，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)很明顯通過(guò)提供一種用于顯示器的散熱器可以實(shí)現(xiàn)這些以及其它的一些目的，該散熱器包括至少一個(gè)脫層石墨(exfoliated graphite)壓縮顆粒的片層，其表面積大于該裝置的該部件如放電單元的表面積，面向該裝置的背面。該顯示器可以是發(fā)射顯示器，例如等離子顯示屏或者發(fā)光二極管屏板，或者其它類(lèi)型的顯示器例如液晶顯示器。更優(yōu)選的是，脫層石墨壓縮顆粒的所述至少一個(gè)片層的表面積大于面向該裝置背面的多個(gè)放電單元部分的表面積。有利的是，該散熱器是包含脫層石墨壓縮顆粒的多個(gè)片層的薄層結(jié)構(gòu)，并且上面具有保護(hù)層以防止石墨顆粒從上面剝落。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，該散熱器的表面具有貼面層(facing layer)，例如上面是鋁或銅的貼面層，從而進(jìn)一部密封了該散熱器并有利于返工過(guò)程。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，散熱器上面具有粘合劑并設(shè)置有去除(release)材料，這樣粘合劑夾在該散熱器和去除材料之間。選擇所述去除材料和粘合劑時(shí)應(yīng)使得該去除材料在以預(yù)定的速率去掉時(shí)不會(huì)對(duì)散熱器造成不希望的損傷。實(shí)際上，該粘合劑和去除材料在一米每秒的去除速度下具有不大于大約40克每厘米的平均去除負(fù)荷(release load)，更優(yōu)選在1米每秒的去除速度下不大于大約10克每厘米。
此外，粘合劑優(yōu)選能達(dá)到至少大約125克每平方厘米的最小重疊粘結(jié)剪切強(qiáng)度(lap shear adhesion strength)，更優(yōu)選至少大約700克每平方厘米的平均重疊粘結(jié)剪切強(qiáng)度。該粘合劑與散熱器材料本身相比，應(yīng)當(dāng)使粘合劑/散熱器材料的全厚度熱阻升高不大于大約35％。粘合劑的厚度應(yīng)當(dāng)不大于大約0.015毫米(mm)，更優(yōu)選不大于大約0.005mm。
應(yīng)當(dāng)明白的是，前面的大致說(shuō)明與以下的詳細(xì)說(shuō)明都提供了本發(fā)明的實(shí)施例，并希望如同權(quán)利要求那樣提供對(duì)本發(fā)明在理解和特征上的概覽或框架。還含有附圖以提供對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的理解，其加入并構(gòu)成了說(shuō)明書(shū)的一部分。附圖表示了本發(fā)明的各種實(shí)施例，并與說(shuō)明書(shū)一同用于描述本發(fā)明的原理和操作。
附圖簡(jiǎn)述

圖1為所述創(chuàng)造性散熱器的實(shí)施方式的部分拆開(kāi)頂部透視圖。
圖2為所述創(chuàng)造性散熱器的另一個(gè)實(shí)施方式的部分拆開(kāi)頂部透視圖。
圖3為所述創(chuàng)造性散熱器的另一個(gè)實(shí)施方式的側(cè)面圖。
圖4表示了一種用于連續(xù)制造浸樹(shù)脂柔性石墨片層的系統(tǒng)。
優(yōu)選實(shí)施方式詳細(xì)說(shuō)明石墨是一種碳原子的晶體形式，由扁平層狀平面內(nèi)的共價(jià)鍵連接原子構(gòu)成，平面之間的結(jié)合力較弱。在獲得原材料例如上述柔性石墨片層時(shí)，通常會(huì)用諸如硫酸和硝酸溶液的插層劑(intercalant)來(lái)處理石墨顆粒，例如天然石墨薄片，在其中石墨的晶體結(jié)構(gòu)反應(yīng)形成石墨和插層劑的化合物。處理后的石墨顆粒在之后稱(chēng)作“插層石墨顆?！?。一旦暴露于高溫，石墨內(nèi)的插層劑分解并揮發(fā)掉，使得該插層石墨顆粒在體積上比其最初的體積在“c”方向上，即垂直于石墨晶體平面的方向上以折疊狀形式膨脹了高達(dá)大約80倍或更多。該膨脹的(又稱(chēng)為脫層的)石墨顆粒外觀呈蠕蟲(chóng)樣，因而通常被稱(chēng)為蠕蟲(chóng)。該蠕蟲(chóng)可以被壓縮到一起成為柔性片層，不像最初的石墨薄片，通過(guò)變形機(jī)械沖擊力其可以制成或切割成各種形狀并且具有很小的橫向開(kāi)口。
適用于本發(fā)明的柔性片層的石墨原始材料包括能夠插入有機(jī)和無(wú)機(jī)酸以及鹵素然后遇熱膨脹的高石墨碳材料。這些高石墨碳材料最優(yōu)選具有大約1.0的石墨化程度。在本公開(kāi)說(shuō)明中使用的術(shù)語(yǔ)“石墨化程度”涉及按照以下公式得到的g值g=3.45-d(002)0.095]]>其中d(002)為晶體結(jié)構(gòu)中碳原子石墨層之間的間距，測(cè)量單位為埃。石墨層之間的間距d可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)X射線衍射技術(shù)測(cè)得。測(cè)出對(duì)應(yīng)于(002)、(004)和(006)的Miller指數(shù)的衍射峰值位置，并采用標(biāo)準(zhǔn)最小二乘法得到間距，這樣可使所有這些峰值的總誤差最小化。高石墨碳材料的實(shí)例包括來(lái)自于各種原料的天然石墨，以及其它的碳材料例如通過(guò)化學(xué)氣相沉積法、聚合物高溫分解、或者熔融金屬熔液結(jié)晶等等制備的石墨。天然石墨最為優(yōu)選。
用于本發(fā)明的柔性片層的石墨原始材料可以含有非石墨成分，只要該原始材料的晶體結(jié)構(gòu)能保持所需的石墨化程度并且它們能夠脫層。一般來(lái)說(shuō)，任何含碳的材料，其晶體結(jié)構(gòu)具有所需的石墨化程度并且能夠脫層就適用于本發(fā)明。這類(lèi)石墨優(yōu)選灰分含量低于百分之二十的重量。更優(yōu)選的是，本發(fā)明所采用的石墨具有至少大約94％的純度。在最優(yōu)選的實(shí)施方式中，所采用的石墨具有至少大約98％的純度。
Shane等人在美國(guó)專(zhuān)利No.3404061中描述了一種制造石墨片層的常規(guī)方法，在此引入其公開(kāi)內(nèi)容作為參考。在Shane等人的方法的典型實(shí)踐中，通過(guò)將薄片分散在含有諸如硝酸和硫酸混合物的溶液中來(lái)插層天然石墨的薄片，優(yōu)選每100份重量的石墨剝落片有大約20至大約300份重量的插層劑溶液水平(pph)。該插層劑溶液含有本領(lǐng)域公知的氧化劑和其它插層劑。實(shí)例包括含有氧化劑和氧化混合物的溶液，例如含有硝酸、氯酸鉀、鉻酸、高錳酸鉀、鉻酸鉀、重鉻酸鉀、高氯酸鉀等等的溶液，或者混合物，例如濃硝酸和氯酸鹽，鉻酸和磷酸，硫酸和硝酸，或者強(qiáng)有機(jī)酸如三氟乙酸與溶解于該有機(jī)酸中的強(qiáng)氧化劑的混合物?；蛘?，可利用電勢(shì)來(lái)進(jìn)行石墨的氧化過(guò)程。能夠利用電解氧化過(guò)程引入石墨晶體的化學(xué)物質(zhì)包括硫酸以及其它的酸類(lèi)。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，插層劑為硫酸或者硫酸和磷酸，與氧化劑即硝酸、高氯酸、鉻酸、高錳酸鉀、過(guò)氧化氫、碘酸或高碘酸等等，的混合物。盡管不優(yōu)選，但該插層溶液可以含有金屬鹵化物，例如氯化鐵，和與硫酸相混合的氯化鐵，或者鹵化物，例如溴與硫酸溶液中的溴以及在有機(jī)溶劑中的溴。
插層溶液的量可以在大約20至大約350pph的范圍內(nèi)，更典型的是在大約40至大約160pph。在薄片插層之后，任何過(guò)量溶液就從該薄片中排出并該用水洗滌該薄片。
可替代地，插層溶液的量可以限制在大約10至大約40pph之間，這使得可以取消洗滌步驟，如美國(guó)專(zhuān)利No.4895713中所教導(dǎo)和公開(kāi)，這里也引入其公開(kāi)內(nèi)容作為參考。
用插層溶液處理過(guò)的石墨薄片的顆?？梢赃x擇性地與還原性有機(jī)劑接觸，例如通過(guò)混合方式，所述還原性有機(jī)試劑選自醇類(lèi)、糖類(lèi)、醛類(lèi)以及酯類(lèi)，其在25℃至125℃的溫度范圍內(nèi)可以與氧化插層溶液的表面薄膜反應(yīng)。合適的特殊有機(jī)試劑包括十六烷醇、十八烷醇、1-辛醇、2-辛醇、癸醇、1，10-癸二醇、癸醛、1-丙醇、1，3-丙二醇、乙二醇、聚丙二醇、葡萄糖、果糖、乳糖、蔗糖、土豆淀粉、單硬脂酸乙二醇酯、二甘醇二苯甲酸酯、單硬脂酸丙二醇酯、單硬脂酸甘油酯、二甲基乙醛酸酯(dimethyl oxylate)、二乙基乙醛酸酯(diethyloxylate)、甲酸甲酯、甲酸乙酯、抗壞血酸，以及木質(zhì)素衍生化合物，例如木質(zhì)素硫酸鹽。合適的有機(jī)還原劑的量占石墨薄片顆粒重量的大約0.5至4％。
在插層之前、過(guò)程中或者之后立即使用膨脹輔助劑也能提供改進(jìn)。在這些改進(jìn)中，可以降低脫層溫度和增大膨脹體積(也稱(chēng)作“蠕蟲(chóng)體積(worm volume)”)。本文中的膨脹輔助劑優(yōu)選是能夠充分溶解于插層溶液中的有機(jī)材料以便獲得改良的膨脹性能。更進(jìn)一步說(shuō)，可以采用含有碳、氫和氧，優(yōu)選只有碳?xì)溲醯倪@類(lèi)有機(jī)材料。我們發(fā)現(xiàn)羧酸尤為有效。用作膨脹輔助劑的合適羧酸可選自芳香族、脂肪族或脂環(huán)族、直鏈或支鏈、飽和和不飽和的一元羧酸、二元羧酸和多元羧酸，其具有至少1個(gè)碳原子，優(yōu)選多達(dá)大約15個(gè)碳原子，能以有效的量溶解于插層溶劑中從而在一個(gè)或多個(gè)方面對(duì)脫層過(guò)程提供可測(cè)得的改進(jìn)?？刹捎煤线m的有機(jī)溶劑來(lái)改善插層溶液中有機(jī)膨脹輔助劑的可溶性。
飽和脂肪羧酸的代表性實(shí)例有例如通式H(CH2)nCOOH的那些酸，其中n為0至約為5的數(shù)字，包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸等等。也可以采用酸酐類(lèi)或者反應(yīng)性羧酸衍生物如烷基酯來(lái)代替羧酸。代表性的烷基酯有甲酸甲酯和甲酸乙酯。硫酸、硝酸和其它已知的水溶液插層劑能夠分解甲酸，最終形成水和二氧化碳。因此，優(yōu)選在石墨薄片浸入水溶液插層劑之前將甲酸和其它的敏感性膨脹輔助劑與該薄片接觸。代表性的二羧酸有具有2-12個(gè)碳原子的脂肪族二羧酸，尤其是草酸、延胡索酸、丙二酸、馬來(lái)酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、1，5-戊二酸、1，6-己二酸、1，10-癸二酸、1，4-環(huán)己二酸以及芳香族二羧酸，例如鄰苯二甲酸或?qū)Ρ蕉姿帷４硇缘耐榛ビ卸谆胰┧狨?dimethyloxylate)和二乙基乙醛酸酯(diethyl oxylate)。代表性的脂環(huán)族酸有環(huán)己烷羧酸，其芳香族羧酸有苯甲酸、萘酸、鄰氨基苯甲酸、p-氨基苯甲酸、水楊酸、o-、m-和p-甲苯基酸類(lèi)(tolyl acids)、甲氧基和乙氧基苯甲酸類(lèi)、乙酰乙酰氨基苯甲酸類(lèi)和、乙酰氨基苯甲酸類(lèi)、苯乙酸類(lèi)以及萘酸類(lèi)。代表性的羥基芳香族酸類(lèi)有羥基苯甲酸、3-羥基-1-萘酸、3-羥基-2-萘酸、4-羥基-2-萘酸、5-羥基-1-萘酸、5-羥基-2-萘酸、6-羥基-2-萘酸和7-羥基-2萘酸。這些多元羧酸中檸檬酸最好。
插層溶液為水溶液并且優(yōu)選含有大約1至10％的膨脹輔助劑量，該量能有效地提高脫層性。在浸入水溶液插層溶液之前或之后將膨脹輔助劑與石墨薄層接觸的實(shí)施方式中，該膨脹輔助劑可以通過(guò)適當(dāng)方式如V型攪拌器來(lái)與石墨混合，通常其含量占石墨薄片重量的大約0.2％至大約10％。
石墨薄片插層之后，接著將插層的石墨薄片與有機(jī)還原劑混合，將混合物暴露于25℃至125℃范圍的溫度下以促進(jìn)還原劑與插層石墨薄片的反應(yīng)。加熱時(shí)間長(zhǎng)達(dá)約20小時(shí)，加熱的時(shí)間越短，例如至少大約10分鐘，上述范圍內(nèi)的溫度越高。在較高溫度下可采用一個(gè)半小時(shí)或以下的時(shí)間，例如10至25分鐘左右。
在石墨化溫度下，即大約3000℃及以上的溫度下預(yù)處理石墨薄片，并且在插層劑中加入潤(rùn)滑添加劑，可以有利地增強(qiáng)對(duì)石墨薄片插層和脫層的上述方法。
在薄片進(jìn)行插層和脫層過(guò)程之前，對(duì)石墨薄片進(jìn)行預(yù)處理或者退火可以顯著地提高膨脹性(即，膨脹體積增加高達(dá)300％及以上)。實(shí)際上，理想的是，與不經(jīng)過(guò)退火步驟的類(lèi)似處理過(guò)程相比，其膨脹性增加了至少約50％。退火步驟中采用的溫度應(yīng)當(dāng)不會(huì)顯著低于3000℃，因?yàn)闇囟冉档蜕踔?00℃也會(huì)導(dǎo)致膨脹性的相當(dāng)大的降低。
本發(fā)明的退火過(guò)程時(shí)間足以使得薄片在插層和隨后的脫層過(guò)程中具有較高的膨脹程度。典型地，所需時(shí)間在1小時(shí)或以上，優(yōu)選1至3小時(shí)，并最好在惰性環(huán)境中進(jìn)行。為達(dá)到最佳效果，還可用本領(lǐng)域已知的其它方法來(lái)處理退火石墨薄片以提高膨脹度——即插層反應(yīng)在存在有機(jī)還原劑、插層輔助劑如有機(jī)酸，以及表面活性劑洗滌隨后的插層物的條件下進(jìn)行。而且，為達(dá)到最佳效果，可以重復(fù)該插層步驟。
本發(fā)明的退火步驟可以在感應(yīng)爐或者其它在石墨領(lǐng)域已知并常用的這類(lèi)設(shè)備中進(jìn)行；這里所采用的溫度在3000℃的范圍內(nèi)，是石墨化處理過(guò)程中所遇到的上限值。
由于發(fā)現(xiàn)利用經(jīng)過(guò)預(yù)插層退火生產(chǎn)的蠕蟲(chóng)(worm)有時(shí)會(huì)“簇集”在一起，這會(huì)對(duì)面積重量的均勻度造成不利的影響，因而非常需要一種能幫助形成“易流動(dòng)”蠕蟲(chóng)的添加劑。向插層溶液中加入潤(rùn)滑添加劑有助于蠕蟲(chóng)在壓縮設(shè)備(例如常規(guī)用于將石墨蠕蟲(chóng)壓縮(或“碾壓”)成柔性石墨片層的碾壓平臺(tái)床)車(chē)床上更均勻地分布。甚至當(dāng)原始石墨顆粒比常規(guī)使用的小時(shí)，因而得到的片層也具有較高的面積重量均勻度和較大的抗張強(qiáng)度。潤(rùn)滑添加劑優(yōu)選長(zhǎng)鏈的烴。也可以采用其它具有長(zhǎng)鏈烴基團(tuán)的有機(jī)化合物，即使其還存在其它的官能團(tuán)。
更優(yōu)選的是，潤(rùn)滑添加劑為油，最優(yōu)選為礦物油，尤其考慮到礦物油較不容易腐敗和發(fā)出氣味，這對(duì)長(zhǎng)期存放來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的考慮因素。值得注意的是一些以上詳細(xì)描述的膨脹輔助劑也滿(mǎn)足潤(rùn)滑添加劑的要求。當(dāng)這些材料用作膨脹輔助劑時(shí)，可以不必在插層劑中包含單獨(dú)的潤(rùn)滑添加劑。
存在于插層劑中的潤(rùn)滑添加劑的量為至少約1.4pph，更優(yōu)選為至少約1.8pph。盡管潤(rùn)滑添加劑的上限并不像下限那樣重要，但所含的潤(rùn)滑添加劑在大約4pph以上的水平時(shí)似乎沒(méi)有任何更多的顯著優(yōu)點(diǎn)。
這樣處里后的石墨顆粒有時(shí)被稱(chēng)為“插層石墨顆?！?。一旦暴露于高溫，例如至少約160℃，特別是大約700℃至1000℃或更高的溫度下，該插層石墨顆粒就會(huì)在c方向上，即垂直于組成性石墨顆粒的晶體平面的方向，以折疊狀形式相對(duì)其最初體積膨脹高達(dá)大約80至1000倍甚至更多。膨脹的，即脫層的的石墨顆粒外觀上如蠕蟲(chóng)形狀，因而通常被稱(chēng)為蠕蟲(chóng)。該蠕蟲(chóng)可以被壓模到一起成為具有小的橫向開(kāi)口的柔性片層，不像最初的石墨薄片那樣，其可以被制成和切割成各種形狀，之后會(huì)詳細(xì)描述。
可替代地，本發(fā)明的柔性石墨片層可利用重新研磨的柔性石墨片層而不是剛經(jīng)膨脹的蠕蟲(chóng)。該片層可以是新形成的片層材料、回收的片層材料、零碎的片層材料，或者任何其它合適的原料。
本發(fā)明的方法也可以采用純凈原料和回收材料的混合物，或者全部為回收材料。
回收材料的原料可以是經(jīng)上述壓模過(guò)程的片層或片層下腳料部分，或者經(jīng)過(guò)例如碾壓輥壓縮后的片層。此外，原材料可以是經(jīng)樹(shù)脂浸漬但還未固化的片層或者片層下腳料部分，或者是經(jīng)樹(shù)脂浸透并固化了的片層或者片層下腳料部分。該原材料還可以是回收的柔性石墨PEM燃料電池元件，例如流場(chǎng)板或電極。各種來(lái)源的石墨中每一種都可以直接使用或者與天然石墨薄片混合使用。
有了柔性石墨片層的原料之后，就可以用已知的方法或裝置，例如噴射磨機(jī)、空氣磨機(jī)、攪拌機(jī)等將其粉碎以制成顆粒。優(yōu)選的是，大部分顆粒所具有直徑能使其通過(guò)20U.S.篩目；更優(yōu)選大部分(大于大約20％，最優(yōu)選大于大約50％)不能夠通過(guò)80U.S.篩目。最優(yōu)選該顆粒具有的顆粒尺寸不大于大約20篩目。
粉碎的顆粒大小可這樣選擇，使所述石墨物品的加工性和成型性可與預(yù)期的熱學(xué)性能相平衡。因此，較小的顆粒所得到的石墨物品更容易加工和/或成型，而較大的顆粒所得到的石墨物品具有較高的各響異性，并因此具有較高的平面內(nèi)導(dǎo)電和導(dǎo)熱性。
一旦粉碎了原材料，如果需要的話去除掉任何樹(shù)脂，然后使其再膨脹。利用上述插層和脫層方法可實(shí)現(xiàn)再膨脹過(guò)程，這些在Shane等人的美國(guó)專(zhuān)利No.3404061和Greinke等人的美國(guó)專(zhuān)利No.4895713中有所描述。
典型地，在插層之后，通過(guò)在爐中加熱該插層顆粒使該顆粒脫層。在該脫層步驟中，可將插層的天然石墨薄片加入回收的插層顆粒中。優(yōu)選地，在再膨脹步驟過(guò)程中，顆粒膨脹成為特定體積范圍在至少大約100cc/g至高達(dá)350cc/g甚至更大。最終，在再膨脹步驟之后，該再膨脹的顆?？杀粔嚎s成柔性片層，如之后所述。
柔性石墨片層和箔片粘著在一起，具有良好的加工強(qiáng)度，并且適于通過(guò)例如壓模的方法壓縮成大約0.025mm至3.75mm的厚度，并且典型的密度為大約0.1至1.5克每立方厘米(g/cc)。盡管不總是優(yōu)選，但該柔性石墨片層有時(shí)也可以有利地用樹(shù)脂進(jìn)行處理，所吸收的樹(shù)脂在固化之后提高了該柔性石墨片層的防潮性和加工強(qiáng)度，即硬度，以及“固定”了該片層的形態(tài)。使用時(shí)，適當(dāng)?shù)臉?shù)脂含量?jī)?yōu)選占至少大約5％的重量，更優(yōu)選占大約10至35％的重量，適宜的是占高達(dá)大約60％的重量。本發(fā)明實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，尤其適用的樹(shù)脂包括丙烯酸基-、環(huán)氧基-和酚醛基樹(shù)脂系統(tǒng)，或其混合物。適合的環(huán)氧樹(shù)脂系統(tǒng)包括那些基于二環(huán)氧甘油醚或雙酚A(DGEBA)的樹(shù)脂以及其它的多功能樹(shù)脂系統(tǒng)；可采用的酚醛樹(shù)脂包括resole和novolak酚醛樹(shù)脂。
參見(jiàn)圖4，公開(kāi)了一種用于連續(xù)生產(chǎn)浸樹(shù)脂柔性石墨片層的系統(tǒng)，其中石墨薄片和液態(tài)插層劑被裝載到反應(yīng)器104中。更具體地說(shuō)，容器101用于容納液態(tài)插層劑。適合用不銹鋼制成的容器101通過(guò)管道106可以不斷地補(bǔ)充液態(tài)插層劑。容器102含有石墨薄片，其和來(lái)自于容器101的插層劑一起被引入反應(yīng)器104。插層劑和石墨薄片輸入反應(yīng)器104的各自速率可以控制，例如通過(guò)閥108，107。容器102中的石墨薄片可以通過(guò)管道109不斷地補(bǔ)充。添加劑，如插層增強(qiáng)劑，例如痕量的酸類(lèi)，和有機(jī)化學(xué)試劑可以通過(guò)分配器110加入，在其輸出口處經(jīng)閥111計(jì)量。
得到的插層石墨顆粒是潮濕的并且包覆著酸，其被導(dǎo)入(例如通過(guò)管道112)沖洗罐114以沖洗顆粒，優(yōu)選其中的水從116、118處進(jìn)出沖洗罐114。再將洗滌后的插層石墨薄片通過(guò)干燥室122，例如通過(guò)管道120?？赏ㄟ^(guò)容器119將添加劑，例如緩沖液、抗氧化劑、污染還原化學(xué)試劑加入插層石墨薄片流中，以便在膨脹和使用過(guò)程中改良脫層物的表面化學(xué)性質(zhì)，并改善造成膨脹的氣體的釋放。
插層石墨薄片在干燥器122中干燥，優(yōu)選在大約75℃至大約150℃的溫度下，主要應(yīng)避免該插層石墨薄片的任何膨脹或擴(kuò)張。干燥之后，插層石墨薄片作為一股流體被注入火焰200中，例如，通過(guò)導(dǎo)管126連續(xù)地注入收集容器124，然后作為一股流體注入膨脹容器128中的火焰200，如標(biāo)記2處所示。添加劑諸如包含浸軟的石英玻璃纖維、碳和石墨纖維、鋯，氮化硼，碳化硅和氧化鎂纖維的陶瓷纖維顆粒，天然形成的礦物纖維例如偏硅酸鈣纖維、硅酸鈣鋁纖維、氧化鋁纖維等等，可以由容器129加入到插層石墨顆粒流中，該插層石墨顆粒流通過(guò)在127處引入的非反應(yīng)性氣體中被夾帶著前進(jìn)。
在通過(guò)膨脹室201內(nèi)的火焰200后，插層石墨顆粒2在“c”方向上膨脹了80倍以上，形成了“蠕蟲(chóng)狀”的膨脹形式5；從129引入并與插層石墨顆?；旌系奶砑觿┰谕ㄟ^(guò)火焰200時(shí)實(shí)質(zhì)之上并未受到影響。該膨脹的石墨顆粒5可通過(guò)重力分離器130，在其中將重的灰分天然礦物顆粒從膨脹石墨顆粒中分離出，然后將送入上闊口的儲(chǔ)料器132。在不需要時(shí)分離器130可以接旁路。
膨脹的，即脫層的石墨顆粒5與任何添加劑一起自由地落入儲(chǔ)料器132中，隨機(jī)地分散并進(jìn)入壓縮平臺(tái)136，例如通過(guò)134。壓縮平臺(tái)136包括相對(duì)的、匯聚的，并且相隔開(kāi)的移動(dòng)多孔帶157、158，用以接收所述脫層膨脹石墨顆粒5。由于該相對(duì)的移動(dòng)帶157，158之間間隔的漸小，該脫層膨脹石墨顆粒就被壓制成為柔性石墨墊，如148所示，其厚度例如在大約25.4至0.075mm，特別是在大約25.4至2.5mm，密度在大約0.08至2.0g/cm3。氣體洗滌器149可用于去除和清潔膨脹室201和儲(chǔ)料器132散發(fā)出的氣體。
墊148通過(guò)容器150，用從噴霧嘴138噴出液態(tài)樹(shù)脂將其浸漬，該樹(shù)脂方便地通過(guò)真空室139而“穿透該墊”，之后該樹(shù)脂優(yōu)選在干燥器160中干燥以降低樹(shù)脂的粘性，然后在壓磨機(jī)170中將該浸漬了樹(shù)脂的墊143壓實(shí)以制成輥壓式柔性石墨片147。來(lái)自于容器150和干燥器160的氣體和煙塵優(yōu)選在洗滌器165中收集并清除。
壓實(shí)之后，柔性石墨片147中的樹(shù)脂在固化爐180中至少部分固化。或者，可在壓實(shí)之前進(jìn)行部分固化，盡管優(yōu)選的是壓實(shí)后固化。
然而，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，柔性石墨片并非浸漬過(guò)樹(shù)脂的，在這種情況下，箱式容器150，干燥器160和固化爐180都可以去掉。
如今生產(chǎn)的等離子顯示屏尺寸在1米及以上(對(duì)角線測(cè)量)。因此，用于冷卻和改善這類(lèi)屏板的熱點(diǎn)效應(yīng)的散熱器也需要相對(duì)較大，大約270毫米×大約500毫米左右，或者大到大約800毫米×500毫米，甚至更大。在等離子顯示屏中，如上所述，存在數(shù)以千計(jì)的單元，每個(gè)都含有等離子氣體。當(dāng)向各個(gè)單元施加電壓時(shí)，等離子氣體隨即與各個(gè)單元中的磷光物質(zhì)反應(yīng)生成彩色光。由于需要較高功率來(lái)電離氣體產(chǎn)生等離子體，該等離子顯示器會(huì)變得十分熱。而且，根據(jù)屏板特定區(qū)域中的顏色，可能在屏幕上形成熱點(diǎn)，這會(huì)造成磷光物質(zhì)過(guò)早擊穿使顯示器的壽命縮短，并對(duì)屏板本身產(chǎn)生熱應(yīng)力。因此，需要散熱器來(lái)減少這些熱點(diǎn)效應(yīng)。
人們發(fā)現(xiàn)，脫層石墨的壓縮顆粒片層，尤其是脫層石墨壓縮顆粒的層疊片層特別適于用作顯示器如等離子顯示屏的散熱器。更具體地說(shuō)，將脫層石墨壓縮顆粒的一層或多層，這里稱(chēng)為柔性石墨片層，設(shè)置成與等離子顯示屏的背面熱接觸，使得該柔性石墨片層覆蓋著屏板內(nèi)的多個(gè)熱源(即放電單元)。換句話說(shuō)，柔性石墨片層的表面積大于等離子顯示屏背面的一個(gè)放電單元的表面積；實(shí)際上，該柔性石墨片層的表面積大于該等離子顯示屏背面的多個(gè)放電單元的表面積。因此，由于該創(chuàng)造性散熱器包含具有所述特征的柔性石墨材料，熱量可以從熱點(diǎn)散發(fā)出來(lái)，所述熱點(diǎn)可能隨著屏板所顯示圖像的變化，出現(xiàn)在該等離子顯示器的不同部位。
由于柔性石墨片層材料具有所述特征，使其比其它材料，甚至于其它形式的石墨更為適合，因而減小了該散熱器與等離子顯示屏之間的接觸電阻，并且與采用現(xiàn)有技術(shù)、施加相等壓力的散熱器相比，其能達(dá)到更佳的熱接觸性。
本發(fā)明的柔性石墨片散熱器可以減小顯示器上不同部位之間的熱溫差(即ΔT)。換句話說(shuō)，采用所述創(chuàng)造性的柔性石墨散熱器，相時(shí)于沒(méi)有該柔性石墨片層時(shí)具有的ΔT來(lái)說(shuō)，減少了等離子顯示屏上熱點(diǎn)之間的溫差，例如形成白色圖像的部位與附近的形成深色圖像的部位之間的溫差。因此，減小了等離子顯示屏在其它方面受到的熱應(yīng)力，延長(zhǎng)了屏板的壽命和有效性。而且，由于減少了熱點(diǎn)(即熱峰)，整個(gè)裝置就可以在較高的溫度下運(yùn)行，并具有較高的圖像品質(zhì)。
在實(shí)踐中，石墨散熱器可優(yōu)選在上面制造一層粘合劑以將該散熱器粘在等離子顯示屏上，尤其是在等離子顯示屏組裝的過(guò)程中。之后必須用一去除襯墊覆蓋住該粘合劑，使粘合劑夾在去除襯墊和石墨片層之間，以便在其粘到等離子顯示屏上之前可以?xún)?chǔ)存和運(yùn)輸該石墨散熱器。
使用具有去除襯墊并以粘合劑包覆的石墨片層(或疊層)如果要應(yīng)用于制造大量顯示器的過(guò)程的話，需要滿(mǎn)足一些條件。更具體來(lái)說(shuō)，所述去除襯墊必須能夠快速地從片層上去掉而不會(huì)造成石墨的層分離。當(dāng)去除襯墊在去除時(shí)實(shí)際牽扯著粘合劑和一些石墨脫離了所述片層時(shí)，就發(fā)生了層分離，從而導(dǎo)致了石墨的損耗，損害了石墨片層本身，并且減少了將石墨片層粘在顯示器上所需的粘合劑，以及使其外觀難看而不悅目。
然而接下來(lái)，盡管粘合劑和去除襯墊的選擇應(yīng)當(dāng)使得該去除襯墊從粘合劑/石墨片層上卸下時(shí)不會(huì)造成石墨層分離，但粘合劑仍必須足夠牢固以便當(dāng)屏板處于各種朝向時(shí)，石墨片層都可保持在裝置的位置上，并且確保散熱片(組)與裝置之間良好的熱接觸性。
此外，該粘合劑不能使散熱器的熱學(xué)性能顯著降低。換句話說(shuō)，由于粘合劑會(huì)影響從等離子顯示屏或其它的顯示器向散熱器的熱傳導(dǎo)，因而施加相當(dāng)厚度層的粘合劑會(huì)影響散熱器的熱學(xué)性能。
因此，該粘合劑和去除襯墊的組合必須獲得一種平衡，即以大約1m/s的速度去除時(shí)，其提供的去除力不大于大約40g/cm，更優(yōu)選大約20g/cm，最優(yōu)選大約10g/cm，例如通過(guò)ChemInstruments HSR-1000高速去除力測(cè)試儀測(cè)得。例如，如果希望以大約1m/s的速度去除所述去除襯墊，以滿(mǎn)足大量生產(chǎn)顯示器如等離子顯示屏的需要時(shí)，該去除襯墊的平均去除力應(yīng)當(dāng)不大于大約40g/cm，更優(yōu)選大約20g/cm，最優(yōu)選大約10g/cm，以使得以該去除速度去除所述去除襯墊時(shí)不會(huì)造成石墨層分離。為此，粘合劑的厚度應(yīng)優(yōu)選不大于大約0.015mm，最優(yōu)選不大于大約0.005mm。
要平衡的另一個(gè)因素是粘合劑的粘結(jié)強(qiáng)度，如上所述其應(yīng)當(dāng)在制造過(guò)程中足夠使散熱器保持在顯示器的適當(dāng)位置上，并確保散熱器與裝置之間良好的熱接觸。為達(dá)到所需的粘性，粘合劑的最小重疊粘結(jié)剪切強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)為至少大約125g/cm2，更優(yōu)選的平均重疊粘結(jié)剪切強(qiáng)度為至少大約700g/cm2，例如通過(guò)ChemInstruments TT-1000拉力測(cè)試儀測(cè)得。
盡管如此，如上所述，粘合劑應(yīng)當(dāng)不會(huì)對(duì)散熱器的熱學(xué)性能造成實(shí)質(zhì)性的影響。這意味著存在粘合劑時(shí)與散熱器材料本身沒(méi)有粘合劑時(shí)相比，應(yīng)當(dāng)不會(huì)導(dǎo)致散熱器的全厚度熱阻增大大約100％以上。實(shí)際上，在更優(yōu)選的實(shí)施方式中，與沒(méi)有粘合劑的散熱器材料相比，該粘合劑不會(huì)導(dǎo)致熱電阻增大大于約35％。因此，粘合劑必須滿(mǎn)足卸載的需更和平均重疊粘結(jié)剪切強(qiáng)度的需要，同時(shí)要足夠薄以避免不希望發(fā)生的熱阻增大。為達(dá)到此目的，粘合劑應(yīng)當(dāng)不厚于大約0.015m，更優(yōu)選不厚于大約0.005mm。
為獲得上述平衡，從而滿(mǎn)足在大量制造顯示器如等離子顯示屏的過(guò)程中所應(yīng)用的散熱器制造的需要，其中所述散熱片為厚度不大于大約2.0mm、密度在大約1.6至大約1.9克每立方厘米之間的脫層石墨壓縮顆粒的片層或疊層，利用市場(chǎng)上可買(mǎi)到的預(yù)期厚度的壓力敏感型丙烯酸類(lèi)(acrylic)粘合劑，結(jié)合由硅涂覆的牛皮紙如L2或L4去除襯墊，可從Technicote Inc.的一個(gè)分公司Sil Tech購(gòu)得，制成的去除襯墊，就可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果。因此，提供了一種散熱器組合物，包括散熱器材料，如脫層石墨壓縮顆粒的疊層或片層，上面具有粘合劑，其厚度應(yīng)使得該散熱器材料的熱學(xué)性能不會(huì)有實(shí)質(zhì)性的損失，并具有去除層使得所述粘合劑夾在散熱器材料和去除材料之間。然后在操作中，去除材料可以從所述散熱器/粘合劑組合物上去除掉，之后將該散熱器/粘合劑組合物加到顯示器，例如等離子顯示屏上，這樣粘合劑就將散熱器材料粘在了等離子顯示屏上。而且，當(dāng)生產(chǎn)大量等離子顯示屏?xí)r，所述大量等離子顯示屏的每個(gè)上面至少要加一個(gè)散熱器/粘合劑組合物。
當(dāng)采用柔性石墨疊層作為所述創(chuàng)造性的散熱器時(shí)，也可以含有其它的疊層以提高該疊層的機(jī)械或熱學(xué)特性。例如，可以將導(dǎo)熱金屬如鋁或銅的疊層插在柔性石墨層之間以便在不犧牲石墨所呈現(xiàn)的低接觸電阻的情況下提高該疊層的熱延展性；還可以采用其它的材料，例如聚合物來(lái)加強(qiáng)或以其它方式提高疊層的強(qiáng)度。此外，無(wú)論單層還是疊層的石墨材料都可以具有一背襯層，例如薄塑料層或者，在可替代方式中，是干燥樹(shù)脂的薄涂層，以便提高材料的加工性和/或減少運(yùn)輸過(guò)程中或加到顯示器上時(shí)造成的損傷，并且不會(huì)損害所述創(chuàng)造性散熱器的熱延展性。還可以采用絕緣材料層。
此外，預(yù)定鄰接顯示器的散熱器的表面可具有用以提高該創(chuàng)造性數(shù)熱器的熱學(xué)性能和/或返工能力的材料貼面。最優(yōu)選為金屬如鋁或銅，以鋁為最佳。盡管可能由于較大的接觸電阻會(huì)損失一些熱量(因?yàn)楫?dāng)使用這種貼面時(shí)，適宜的石墨表面并不與裝置表面接觸)，但通過(guò)該金屬貼面的熱學(xué)均向性可以彌補(bǔ)這一點(diǎn)。然而，更重要的是，由于貼面會(huì)粘在裝置的表面上，這有助于去除所述創(chuàng)造性的散熱器以用于返工或者其它的目的，因?yàn)榻饘儋N面的結(jié)構(gòu)比粘合劑連接更牢固，使得可以迅速而非損傷性地從顯示器表面上去除該散熱器。
如圖1所示，形成之后，可將用于所述創(chuàng)造性散熱器的柔性石墨片層或疊層，如10所示，切割成預(yù)期的形狀，大多數(shù)情況下為矩形。散熱器10具有兩個(gè)主表面12和14，以及至少一個(gè)邊緣面16，如果散熱器10為矩形通常為四個(gè)邊緣面16a、16b、16c、16d(顯然，當(dāng)散熱器10被切割成方形以外的形狀時(shí)，例如圓形或更復(fù)雜的形狀，其會(huì)具有不同數(shù)目的邊緣面16)。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖1-3，散熱器10優(yōu)選還包括保護(hù)層20，以預(yù)防石墨顆粒從構(gòu)成散熱器10的柔性石墨片層或疊層上剝落或以其它方式分離開(kāi)。保護(hù)層20還優(yōu)選能有效地隔離散熱器10，以避免在電子設(shè)備中包括了導(dǎo)電材料(石墨)而造成的電干擾。保護(hù)層20可包括任何合適的材料，其足以防止石墨材料的剝落和/或電學(xué)隔離該石墨，例如熱塑性材料如聚乙烯、聚酯或聚酰亞胺，蠟狀和/或漆面材料。實(shí)際上，當(dāng)需要接地時(shí)，與電隔離相反，保護(hù)層20可包括金屬，例如鋁。
優(yōu)選的是，為達(dá)到預(yù)期的抗剝落和/或電隔離效果，保護(hù)層20應(yīng)當(dāng)優(yōu)選至少大約0.001mm厚。盡管保護(hù)層20沒(méi)有真正的最大厚度，但為了有效地起作用，保護(hù)層20應(yīng)當(dāng)不大于大約0.025mm厚，優(yōu)選不大于大約0.005mm厚。
當(dāng)散熱器10應(yīng)用于顯示器如等離子顯示屏?xí)r，散熱器10的主表面12就是與屏板有效連接的表面。這樣，在許多應(yīng)用中，主表面12與屏板之間的接觸將起到“密封”主表面12以免石墨剝落的作用，因而取消了用保護(hù)層20來(lái)覆蓋主表面12的需要。同樣，假設(shè)主表面14與散熱器10所在的其余電裝置電隔離，就不需要對(duì)主表面12進(jìn)行電隔離。然而，出于加工或其它方面的考慮，在一些實(shí)施方式中，散熱器10的主表面12和14都可以涂覆著保護(hù)層20，其插在石墨片層和用在主表面12上的任何粘合劑之間以便將散熱器10粘在等離子顯示屏上(未示出)。
散熱器10可通過(guò)幾種不同的方法來(lái)提供保護(hù)層20。例如，一旦將柔性石墨片層或疊層切割成一定尺寸和性狀以制成散熱器10后，可將構(gòu)成保護(hù)層20的材料涂覆在單個(gè)的散熱器10上，以便流遍整個(gè)主表面14和邊緣面16等并延伸出邊緣面16等，從而形成繞散熱器10的保護(hù)性剝落邊界，如圖1中所示。為此，可通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的各種涂層方法來(lái)施加保護(hù)層20，例如噴涂法、滾涂法和熱層壓法。
在可替代的實(shí)施方式中，如圖2所示，可使施加到散熱器10上的保護(hù)層20能覆蓋住一個(gè)或多個(gè)邊緣面16a、16b、16c、16d(根據(jù)例如，哪面暴露出并因而可能會(huì)剝落和/或造成電干擾)。通過(guò)實(shí)現(xiàn)該過(guò)程的機(jī)械制圖和層壓方法可以施加該保護(hù)涂層20。
本發(fā)明還有另一個(gè)實(shí)施方式，如圖3中所示，使施加到散熱器10上的保護(hù)層20只覆蓋住主表面14。制造該實(shí)施方式的散熱器10的一個(gè)特別有利的方法是，通過(guò)滾壓涂層法、粘性層壓法或者熱層壓法將保護(hù)層20涂覆柔性石墨片層或疊層，然后將該柔性石墨片層或疊層切割成預(yù)期的散熱器10形狀。通過(guò)這種方式，生產(chǎn)效率達(dá)到了最大化，并且減少了制造過(guò)程中對(duì)保護(hù)層20的浪費(fèi)。
一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，涂層過(guò)程能以足夠的強(qiáng)度將保護(hù)層20粘到散熱器10上。然而，如果需要的話，或者對(duì)于相對(duì)非粘性的保護(hù)層20來(lái)說(shuō)，例如Mylar聚酯材料和Kapton聚酰亞胺材料(均可購(gòu)自E.I du Pont de Nemoursand Company of Wilmington，Delaware)，可以將粘合劑層30施加到散熱器10和保護(hù)層20之間，如圖3所示。適合的粘合劑有助于將保護(hù)層20粘到散熱器10上，例如丙烯酸類(lèi)或乳膠粘合劑。粘合劑層30可涂覆在散熱器10和保護(hù)層20之一上或者二者都涂覆。有利地，粘合劑層30越薄越好，同時(shí)應(yīng)保持保護(hù)層20與散熱器10之間的粘性。優(yōu)選的是，粘合劑層30的厚度不大于大約0.015mm。
此外，在另一個(gè)實(shí)施方式中，散熱器10的表面12包括插在散熱器10的表面12與顯示器的表面之間的貼面層40。如上所述，貼面層40優(yōu)選為金屬，例如鋁，利用施加到散熱器10和貼面層40之間的粘合劑層50將其粘到表面12上，如圖1所示。適合的粘合劑有丙烯酸或乳膠粘合劑，可涂覆在散熱器表面12和貼面層40之一上或者二者都涂覆。當(dāng)然，粘合劑50施加得越薄越好，同時(shí)仍應(yīng)保持貼面層40與表面12之間的粘性，優(yōu)選厚度不大于大約0.015mm。
此外，如圖1所示，貼面層40可以與保護(hù)層20協(xié)同密封設(shè)置于該貼面層40和保護(hù)層20之間的石墨散熱器10。更具體地說(shuō)，如果貼面層40超出了散熱器10的邊緣16等，則保護(hù)層可涂覆在散熱器10周?chē)⒀由斓劫N面層40。或者，可采用諸如鋁帶這樣的材料來(lái)密封位于貼面層40和保護(hù)層20之間的邊緣16等。
盡管本申請(qǐng)是根據(jù)用在等離子顯示屏上的散熱器來(lái)描述的，應(yīng)當(dāng)明白該創(chuàng)造性的方法和散熱器可同樣應(yīng)用于其它的發(fā)射顯示器熱源，或者熱源集合(其相應(yīng)的功能等價(jià)于構(gòu)成等離子顯示屏的單個(gè)放電單元的集合)，例如發(fā)光二極管，以及其它的產(chǎn)生局部高溫區(qū)或熱點(diǎn)的顯示器，如液晶顯示器。
以下實(shí)施例表示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的工作和效果，但僅僅是說(shuō)明性的，并沒(méi)有限制本發(fā)明要求的范圍和廣度的含義。
實(shí)施例1在以下不同的屏幕條件下分析型號(hào)為No.TH42PA20的松下等離子電視的熱學(xué)特性，其采用了丙烯酸類(lèi)散熱器貼在該等離子顯示屏的背面。在顯示器上形成黑白圖案模式并用紅外照相機(jī)測(cè)量其屏幕表面溫度。在所有情況下背景均為黑色。圖案包括1)三條均勻間隔開(kāi)的白色線條，水平地貫穿屏幕(23.9％的屏幕照度)以及；2)4×3均勻間隔開(kāi)的白色點(diǎn)陣(4％的屏幕照度)。用常規(guī)的丙烯酸散熱器測(cè)試該裝置之后，除去該丙烯酸類(lèi)散熱器，用1.4mm厚具有大約260W/m°K平面內(nèi)導(dǎo)熱率的柔性石墨散熱器代替。然后在與前述相同的條件下再次測(cè)試該等離子顯示器，結(jié)果列于表1。
表1

實(shí)施例2在以下不同的屏幕條件下分析型號(hào)為Plasmasync 42”42XM2 HD的NEC等離子顯示器的熱學(xué)特性，其采用了鋁/硅酮散熱器貼在該等離子顯示屏的背面。在顯示器上形成黑白圖案模式并用紅外照相機(jī)測(cè)量其屏幕表面溫度。在所有情況下背景均為黑色。圖案包括1)三條均勻間隔開(kāi)的白色線條，水平地貫穿屏幕(23.9％的屏幕照度)以及；2)4×3均勻間隔開(kāi)的白色點(diǎn)陣(4％的屏幕照度)。用常規(guī)的鋁/硅酮散熱器測(cè)試該裝置之后，除去該鋁/硅酮散熱器，用1.4mm厚具有大約260W/m°K平面內(nèi)導(dǎo)熱率的柔性石墨散熱器代替。然后在與前述相同的條件下再次測(cè)試該顯示器，結(jié)果列于表2。
表2

這些實(shí)施例表明，在所觀測(cè)到的最大溫度方面(Tmax)和溫度范圍方面(T范圍)，使用柔性石墨散熱器比常規(guī)的散熱器技術(shù)更優(yōu)越。
本申請(qǐng)中涉及的所有被引用的專(zhuān)利和出版物都引入作為參考。
本發(fā)明做出如此說(shuō)明，顯然其可以變?yōu)槎喾N形式。這種變形并不被認(rèn)為偏離了本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍，并且所有這種改變對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯然包括在以下權(quán)利要求的范圍之中。
權(quán)利要求
1.用于顯示器的散熱器，包括至少一層脫層石墨的壓縮顆粒，其表面積大于顯示器背面形成了局部區(qū)域高溫的這部分表面積。
2.權(quán)利要求1所述的散熱器，其中所述顯示器為發(fā)射顯示器，所述至少一層脫層石墨的壓縮顆粒的表面積大于面對(duì)所述發(fā)射顯示器背面的放電單元部分的表面積。
3.權(quán)利要求2所述的散熱器，其中所述發(fā)射顯示器包括等離子顯示屏。
4.權(quán)利要求3所述的散熱器，其中所述至少一層脫層石墨的壓縮顆粒的表面積大于面對(duì)所述等離子顯示屏背面的多個(gè)放電單元部分的表面積。
5.權(quán)利要求1所述的散熱器，其中所述散熱器包括包含多層脫層石墨的壓縮顆粒的疊層。
6.權(quán)利要求5所述的散熱器，其中所述疊層包括非石墨材料層。
7.權(quán)利要求1所述的散熱器，其中所述散熱器包括位于其上的粘合劑和去除材料，其設(shè)置成將所述粘合劑夾在所述散熱器與所述去除材料之間。
8.權(quán)利要求7所述的散熱器，其中所述去除材料和粘合劑的選擇可以使在預(yù)定速度下去除所述去除材料時(shí)不會(huì)對(duì)所述散熱器造成不希望發(fā)生的損傷。
9.權(quán)利要求8所述的散熱器，其中所述去除材料和粘合劑在去除速度為1米每秒時(shí)具有的平均去除負(fù)荷不大于大約40克每厘米。
10.權(quán)利要求9所述的散熱器，其中所述粘合劑達(dá)到的最小重疊粘結(jié)剪切強(qiáng)度為至少大約125克每平方厘米。
11.權(quán)利要求10所述的散熱器，其中所述粘合劑達(dá)到的最小重疊粘結(jié)剪切強(qiáng)度為至少大約700克每平方厘米。
12.權(quán)利要求11所述的散熱器，其中所述粘合劑的厚度不大于大約0.015mm。
13.權(quán)利要求1所述的散熱器，其中至少一個(gè)主表面覆蓋著足以阻止石墨顆粒剝落的保護(hù)層。
14.權(quán)利要求13所述的散熱器，其中所述保護(hù)層包括金屬或者熱塑性材料。
15.權(quán)利要求14所述的散熱器，其中所述保護(hù)層的厚度不大于大約0.025mm。
16.權(quán)利要求15所述的散熱器，其中所述保護(hù)層使所述至少一層脫層石墨壓縮顆粒的包覆主表面有效地電隔離。
17.權(quán)利要求12所述的散熱器，其中所述至少一層脫層石墨的壓縮顆粒具有邊緣面，并且至少一個(gè)邊緣面覆蓋著足以阻止石墨顆粒剝落的保護(hù)層。
18.權(quán)利要求12所述的散熱器，其中進(jìn)一步包括一層插在所述保護(hù)層和所述至少一層脫層石墨的壓縮顆粒之間的粘合劑。
19.權(quán)利要求1所述的散熱器，其中進(jìn)一步包括粘在其表面上的貼面層，用以插在所述脫層石墨的壓縮顆粒片層與所述顯示器之間。
20.權(quán)利要求19所述的散熱器，其中所述貼面層包括金屬。
全文摘要
一種用于顯示器的散熱器(10)，例如用于等離子顯示屏、液晶顯示器或發(fā)光二極管，包括至少一層脫層石墨壓縮顆粒，其表面積大于顯示器背面形成了局部區(qū)域高溫的這部分表面積。
文檔編號(hào)H01J17/49GK1767756SQ200510113329
公開(kāi)日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月29日
發(fā)明者T·克洛維斯科, J·諾爾利, M·D·斯馬爾克, J·P·卡普 申請(qǐng)人:先進(jìn)能源科技公司