JP2008529085A - 表示装置用のヒートスプレッダー - Google Patents

Abstract

本発明は、プラズマディスプレイパネル等の表示装置、発光ダイオード、または液晶ディスプレイ用の、少なくとも一枚の、剥離グラファイトの圧縮された粒子から形成された、２つの主要表面（１２、１４）を有するシートを包含する、ヒートスプレッダー（１０）に関する。

Description

本発明は、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の表示装置に有用な、剥離 (exfoliated)グラファイトの圧縮された粒子から形成されたヒートスプレッダー、およびこれらにより得られる特徴的な熱的有益性に関する。

プラズマディスプレイパネルは、複数の放電セルを含み、放電セルの電極間に電圧を印加することにより、所望の放電セルに発光させるように構築された表示装置である。プラズマディスプレイパネルの主要部分であるパネルユニットは、２枚のガラスベースプレートを、それらの間に複数の放電セルを挟むように接合することにより製造される。

プラズマディスプレイパネルでは、発光して画像を形成する放電セルのそれぞれが熱を発生するため、それぞれが熱源を構成し、プラズマディスプレイパネル全体の温度を上昇させる。放電セル中で発生した熱は、ベースプレートを形成するガラスに伝達されるが、パネル面に対して平行な方向における熱伝達は、ガラスベースプレート材料の特性のために困難である。

さらに、発光のために駆動した放電セルの温度は著しく上昇するのに対し、駆動していない放電セルの温度はほとんど上昇しない。このため、プラズマディスプレイパネルのパネル面温度は、画像が形成されている区域で局所的に上昇する。その上、白色または明色スペクトルで駆動する放電セルは、黒色または暗色スペクトルで駆動する放電セルよりも、多くの熱を発生する。従って、パネル面の温度は、画像形成の際に発生する色に応じて局所的に異なる。これらの局所的な温度差は、この差を緩和する対策を講じない限り、影響を受ける放電セルの熱劣化を促進することがある。さらに、ディスプレイ上の画像の性質が変化すると、局所的に発熱する場所が画像と共に変化する。

さらに、駆動する放電セルと駆動していない放電セルとの間の温度差が大きくなることがあり、白色光を発生する放電セルと暗色を発生する放電セルとの間の温度差も大きくなることがあるので、パネルユニットに応力が作用し、従来のプラズマディスプレイパネルでは亀裂や破損が生じ易くなる。

放電セルの電極に印加する電圧が増加すると放電セルの明るさが増加するが、そのセルで発生する熱の量も増加する。従って、駆動電圧が高いセルは、熱的劣化に対してより敏感になり、プラズマディスプレイパネルのパネルユニットを破損する問題を悪化させる傾向がある。ＬＥＤは、発熱に関して、ＰＤＰと類似の問題を生じる。ＬＥＤのような放射型(emissive)表示装置以外の表示装置にも類似の問題があり、そこではホットスポットが表示装置の効率または寿命を制限することがある。

いわゆる「高配向グラファイトフィルム」をプラズマディスプレイパネル用の熱的界面材料として使用し、パネルの背面と放熱ユニットとの間の空間を充填し、局所的な温度差を均等化する方法が、米国特許第５，８３１，３７４号においてMorita、Ichiyanagi、Ikeda、Nishiki、Inoue、KomyojiおよびKawashimaにより提案されているが、フレキシブルグラファイトシートの明瞭な利点については記載されていない。さらに、Tzengの米国特許第６，４８２，５２０号には、例えば電子部品等の熱源用のヒートスプレッダー（この特許では熱的界面と呼ばれている）として、剥離された(exfoliated)グラファイトの圧縮された粒子から製造されたシートを使用することが開示されている。実際、そのような材料は、Lakewood, OhioのAdvanced Energy Technology Inc. から、eGraf（登録商標）スプレッダーシールドクラス材料として市販されている。

グラファイトは、炭素原子の六角形配列又は網目構造の層面から構成されている。これらの六角形に配列された炭素原子の層面は、実質的に平坦であり、かつ実質的に平行で等距離となるように互いの層面が配向又は配列されている。炭素原子からなる実質的に平坦で平行な等距離の、通常「グラフェーン層」又は「基底面」と称されるシート又は層は、互いに連結又は結合され、それらの群はクリスタリット形態で配列されている。高度に配列したグラファイトは、相当大きいクリスタリットからなり、そのクリスタリットは、互いに高度に整列もしくは配向し、よく整列した炭素層を有する。換言すれば、高度に配列したグラファイトは、高いクリスタリット配向を有する。ここで、グラファイトは、異方性構造を有するため、熱伝導性や導電率ならびに流体拡散等に高い方向性を有する多数の特徴を示したりあるいは有している。

簡単に述べると、グラファイトは、炭素の層状構造、すなわち、弱いファンデルワールス力により互いに接合した炭素原子の層または薄層が重なった構造を有することが特徴である。グラファイト構造を考える際、通常、２つの軸（又は方向）、すなわち、ｃ軸（又は方向）及びａ軸（又は方向）により説明できる。単純化するために、ｃ軸（又は方向）は、炭素層に垂直な方向と考えることができる。ａ軸（又は方向）は、炭素層に平行な方向、又はｃ軸方向に垂直な方向と考えることができる。フレキシブルグラファイトシート製造用のグラファイトは、相当高い配向性を有している。

上記したように、炭素原子からなる平行な各層は、弱いファンデルワールス力によってのみ結合を保っている。天然グラファイトの処理により、炭素の層または薄層が重なり合った間隔が広くなり、層と垂直な方向、すなわちｃ軸方向に著しく広がるため、炭素層の重なりが実質的に保たれたまま、伸張ないし膨張したグラファイト構造が形成される。

もとのｃ軸方向寸法の約８０倍以上の最終厚さ（またはｃ軸方向寸法）を有する程度に大きく膨張したグラファイトフレークは、バインダーを使用せずに、例えば、ウエブ、紙、ストリップ、テープ、箔、マット等（一般に「フレキシブルグラファイト」と呼ばれる）の膨張グラファイトの凝集又は一体化したシートに形成される。もとのｃ軸方向寸法の約８０倍以上の最終厚さ（またはｃ軸寸法）を有する程度にまで大容積化した膨張グラファイト粒子は、グラファイト粒子間での機械的な絡み合いや凝集力有するために、バインダー材料を用いなくとも圧縮して一体化したフレキシブルシートに形成することができると考えられる。

ロールプレス加工等の高圧縮から生じるシートの対向面は、実質的に平行な膨張グラファイト粒子やグラファイト層が配向しているため、上記のシート材料はフレキシブルであるとともに、熱伝導率や電気導電率の異方性および流体拡散性の異方性が、出発材料であるグラファイトと同程度に高いことも判明した。このように製造されたシート材料は、優れた可撓性を有し、良好な強度及び高度の配向を有する。

簡単に述べると、フレキシブルでバインダーを必要としない異方性グラファイトシート材料（例えば、ウエブ、紙、ストリップ、テープ、箔、マット等）の製造方法は、もとの粒子寸法の約８０倍以上のｃ軸方向寸法を有する膨張グラファイト粒子を、バインダーを用いずに所定負荷で圧縮又は圧密化して、実質的に平坦でフレキシブルな一体化したグラファイトシートを形成する工程を含む。一度圧縮すると、その外観が一般的にコイル構造すなわち虫様になる膨張グラファイト粒子は、圧縮ひずみが残り、シート主面と対向した配置が維持される。シート材料の密度及び厚さは、圧縮の度合いを制御することにより変更できる。シート材料の密度は、約０．０４ｇ／ｃｃ〜約２．０ｇ／ｃｃの範囲とし得る。

フレキシブルグラファイトシート材料は、グラファイト粒子がシートの主対向平行表面と平行して整列しているので高い異方性を示し、シートのロールプレス加工により異方性の程度が増加して配向性も増加する。ロールプレス加工した異方性シート材料においては、厚さ、すなわち、対向した平行シート表面に垂直な方向はｃ軸方向を含み、長さおよび幅に沿って広がる方向、すなわち、対向主面に沿った又は平行な方向はａ軸方向を含む。また、シートの熱的、電気的性質および流体拡散性は、ｃ軸方向とａ軸方向とでは、大きさが何桁も異なる。

しかしながら、エレクトロニクス工業では、一般的にグラファイト系材料を使用すると、グラファイト粒子が剥離して、フレークが機械的に（すなわち粉塵粒子と同じ仕様で）装置の操作や機能を妨害することがあり、また、より重要なこととして、グラファイトの導電性により、グラファイトフレークが放射型表示装置の動作を電気的に妨害することがある、という懸念がある。これらの懸念は間違いであることが判明したと思われるが、今なお存在する。

また、グラファイトヒートスプレッダーを放射型表示装置に取り付けるための接着剤の使用も不利であることがある。より詳細には、修理（すなわちヒートスプレッダーの取り外しと交換）が必要な時、接着剤の接合がグラファイトシートの構造的一体性より強い場合があるが、この状況では、スクレーパまたは他の同様の工具を使用せずにグラファイトシートをパネルからきれいに剥離すことは容易ではなく、時間がかかり、グラファイトシート、パネル、またはその両方に損傷を与える危険性がある。

アルミニウム等の金属製シャシーをディスプレイパネルに、そのシャシー間にヒートスプレッダーを配置して取り付ける時に、もう一つの問題が生じることが多い。従来、そのようなシャシーは、両面接着性テープ材料を使用して接着させるが、ヒートスプレッダーの周囲に両面接着性テープを接着するため、ヒートスプレッダーの周りに「ピクチャーフレーム」と呼ばれるものが形成される。このために、テープ材料の接着性必要条件が極めて厳しく、経済的に有効ではない場合が多い材料を使用する必要がある。

そのため、金属製の構造シャシーを直接接着することができる、放射型表示装置用の軽量でコスト的に有効なヒートスプレッダー、とりわけグラファイト粒子の剥離を防止するために隔離されており、必要な時に表示装置から効果的に取り外せるヒートスプレッダーが所望されている。望ましいヒートスプレッダーは、ヒートスプレッダーと接触している区域全体にわたって表示装置の温度差を均等化し、それによってパネルがさらされる危険性がある熱的応力を軽減し、ホットスポットの場所が固定されていなくても、ホットスポットを少なくするように機能し得るべきである。

従って、本発明の目的は、プラズマディスプレイパネル、発光ダイオードまたは液晶ディスプレイ等の表示装置に使用する、表示装置の背面と、その背面に接着する構造シャシーとの間に配置できるヒートスプレッダーを提供することである。

本発明の別の目的は、表示装置に使用し、使用中に起こる温度差を緩和することができ、表示装置と構造シャシーとの間の熱移動を管理するように機能し得るヒートスプレッダー材料を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、プラズマディスプレイパネルの一個以上のセルのような熱源にヒートスプレッダー材料を取り付け、パネルのいずれかの二箇所間の温度差を、本発明のヒートスプレッダーを含まないパネルよりも低減させることである。

本発明の別の目的は、プラズマディスプレイパネルまたは発光ダイオードのような熱源または熱源の集合体と、構造シャシーとの間に取り付け、ヒートスプレッダーと表示装置との間の良好な熱的接触を保ちながら密着できるヒートスプレッダー材料を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、グラファイト粒子が剥離する可能性を防止または軽減するために隔離されているヒートスプレッダー材料を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、ヒートスプレッダーまたは熱源に対する損傷を最少に抑えながら、熱源に密着させ、取り外すことができるヒートスプレッダーを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、十分な量で、コスト的に有効な方法で製造できるヒートスプレッダーを提供することである。

これらの、および他の目的は、下記の説明を読むことにより当業者には明らかであり、表示装置用のヒートスプレッダーであって、少なくとも一枚の、剥離グラファイトの圧縮された粒子から形成された、２つの主要表面を有するシートを含んでなり、シートの主要表面が、放電セル等の、装置の背面に面した部分の表面積よりも大きな表面積を有する、ヒートスプレッダーを提供することにより達成される。剥離グラファイトの圧縮された粒子から形成されたシートは、その一方または両方の主要表面上に接着材料の層を有していてもよい。表示装置は、プラズマディスプレイパネルまたは発光ダイオードパネル等の放射型表示装置、または、液晶表示装置のような、別の種類の表示装置でよい。より好ましくは、少なくとも一枚の、剥離グラファイトの圧縮された粒子から形成されたシートは、複数の放電セルの、装置の背面に面した部分の表面積よりも大きな表面積を有する。

本発明の別の実施態様においては、ヒートスプレッダーは、剥離グラファイトの圧縮された粒子から形成された複数のシートを含むラミネートであり、シートからのグラファイト粒子の剥がれを阻止するために、そのラミネート上に保護被覆を有していてもよい。好ましい実施態様においては、ヒートスプレッダーの表面は、その表面上に表面仕上げシート、例えばアルミニウムまたは銅のシート、もしくは薄いプラスチックフィルム、を有し、ヒートスプレッダーをさらに密封し、修理し易くする。

接着剤を使用する好ましい実施態様においては、ヒートスプレッダーは、その各主要表面上に配置された剥離材料を有し、各主要表面上の接着剤が、ヒートスプレッダーと剥離材料の間に挟まれるように配置される。剥離材料および接着剤は、ヒートスプレッダーに好ましくない損傷を引き起こさずに、剥離材料が予め決められた速度で剥離し得るように選択される。実際には、接着剤および剥離材料は、毎秒１メートルの剥離速度で１センチメートルあたり約４０グラム以下、より好ましくは毎秒１メートルの剥離速度で１センチメートルあたり約１０グラム以下の平均剥離負荷を与える。

さらに、接着剤は、好ましくは１平方センチメートルあたり少なくとも約１２５グラムの最小ラップせん断接着強度、より好ましくは１平方センチメートルあたり少なくとも約７００グラムの平均ラップせん断接着強度を達成する。接着剤は、接着剤／ヒートスプレッダー材料の厚さを方向の熱抵抗増加が、ヒートスプレッダー材料自体と比較して約３５％以下になるべきである。接着剤の厚さは、約０．０１５ミリメートル（ｍｍ）以下、より好ましくは約０．００５ｍｍ以下にすべきである。

上記の一般的な説明および下記の詳細な説明のいずれもが、本発明の実施態様を与え、特許請求される本発明の性質および特徴を理解するための概観または骨格を与えると理解すべきである。添付の図面は、本発明をさらに理解するためであり、本明細書の一部を構成する。これらの図面は、本発明の様々な実施態様を例示し、説明と共に、本発明の原理および操作を説明するのに役立つものである。

グラファイトは、原子が平坦層状に共有結合した面どうしが、より弱く結合した結晶形態の炭素である。上記グラファイトのフレキシブルシート等の原材料を得る際に、天然グラファイトフレーク等のグラファイト粒子を、典型的には、例えば、硫酸及び硝酸の溶液からなる挿入物質（インターカラント）で処理することにより、グラファイトの結晶構造が反応してグラファイトとインターカラントとの化合物が形成される。処理したグラファイト粒子を、以下「インターカラントグラファイト粒子」と称する。高温暴露すると、グラファイト内のインターカラントが分解・揮発して、インターカラントグラファイトの粒子が、ｃ軸方向、すなわち、グラファイトの結晶面に垂直な方向に、もとの容積の約８０倍以上の寸法に蛇腹状に膨張する。膨張（剥離とも称される）グラファイト粒子は、外観がねじ状であり、したがって、一般的にウォームと称されている。ウォームは、ともに圧縮してフレキシブルシートとすることができる。フレキシブルシートは、処理前のグラファイトフレークとは異なり、種々の形状に形成及び切断でき、また変形により機械的影響を受けて小さな横軸開口を備えることができる。

本発明に使用するのに好適なフレキシブルシート用のグラファイト出発材料としては、熱に暴露したときに有機酸や無機酸だけでなくハロゲンを挿入して膨張させた、高度に黒鉛化した炭素質材料などがある。これらの黒鉛化度の高い炭素質材料は、最も好ましくは黒鉛化度が約１．０である。この開示で使用される用語「黒鉛化度」とは、下式による値（ｇ）を意味する：

（式中、ｄ（００２）は、結晶構造におけるグラファイトの炭素層間の間隔（単位：オングストローム）である）。グラファイトの層間の間隔ｄは、標準Ｘ線回折法により測定される。（００２）、（００４）及び（００６）ミラー指数に対応する回折ピークの位置を測定し、標準最小二乗法を用いてこれらのピークの全てについて全誤差を最小にする間隔を導く。黒鉛化度が高い炭素質材料の例として、種々の原料から得られる天然グラファイトだけでなく、他の炭素質材料、例えば、化学蒸着、ポリマーの高温熱分解、または溶融金属液からの結晶化等により調製したグラファイトなどが挙げられるが、天然グラファイトが最も好ましい。

本発明に使用されるフレキシブルシート用のグラファイト出発材料は、原料の結晶構造に必要とされる黒鉛化度を保ち、かつこれらが剥離し得る限り、非グラファイト成分を含有しても良い。一般的に、結晶構造に必要とされる黒鉛化度を有し、かつ剥離し得るいずれの炭素含有原料も、本発明に好適に使用できる。このようなグラファイトは、好ましくは灰分が２０％重量未満である。より好ましくは、本発明に用いられるグラファイトは、純度が少なくとも約９４％の純度を有する。最も好ましい実施態様によれば、用いられるグラファイトは、少なくとも約９８％の純度を有する。

グラファイトシートを製造するための一般的な方法が、米国特許第３，４０４，０６１号（Ｓｈａｎｅ等）に記載されている。この文献に開示されている内容は、引用することにより本明細書の内容の一部とされる。Ｓｈａｎｅ等の方法の典型的な実施に際して、天然グラファイトフレークを、例えば、硝酸と硫酸の混合物溶液に分散する、好ましくは、グラファイトフレーク１００重量部当たりインターカラント溶液約２０〜約３００重量部（ｐｐｈ）程度含む溶液に分散することによりグラファイトに物質挿入を行う。インターカレーション溶液は、当該技術分野において公知の酸化剤等のインターカレーション剤を含有する。それらの例として、酸化剤及び酸化性混合物を含有するもの、例えば、硝酸、塩素酸カリウム、クロム酸、過マンガン酸カリウム、クロム酸カリウム、二クロム酸カリウム、過塩素酸等を含有する溶液、又は混合物、例えば、濃硝酸と塩素酸塩の混合物、クロム酸とリン酸の混合物、硫酸と硝酸の混合物、もしくは強有機酸（例えば、トリフルオロ酢酸）とこの有機酸に溶解する強酸化剤との混合物を含有する溶液などが挙げられる。別の方法として、電位を使用してグラファイトの酸化を生じさせることができる。電解酸化を用いたグラファイト結晶に導入できる化学種には、硫酸だけでなく他の酸も挙げられる。

好ましい実施態様によれば、インターカレーション剤は、硫酸又は硫酸とリン酸と、酸化剤、すなわち、硝酸、過塩素酸、クロム酸、過マンガン酸カリウム、過酸化水素、ヨウ素酸若しくは過ヨウ素酸との混合物の溶液等である。これらの溶液よりは好ましくないが、塩化第二鉄等のハロゲン化金属、及び塩化第二鉄と硫酸との混合物、又はハロゲン化物、例えば、臭素を臭素と硫酸の溶液としてか、あるいは臭素を有機溶媒に溶解した溶液として含有できる。

インターカレーション溶液の量は、約２０〜約３５０ｐｐｈの範囲でよく、より典型的には約４０〜約１６０ｐｐｈの範囲でよい。グラファイトフレークに物質挿入した後、過剰の溶液をグラファイトフレークから取り除いて、グラファイトフレークを水洗する。

あるいは、インターカレーション溶液の量は、約１０〜約４０ｐｐｈに制限することもできる。この量では、米国特許第４，８９５，７１３号に開示されているように洗浄工程を省略してもよい。上記文献に開示されている内容も、引用することにより本明細書の内容の一部とされる。

インターカレーション溶液で処理したグラファイトフレークの粒子は、必要に応じて、例えば、２５℃〜１２５℃の範囲で酸化性インターカレーション液の表面膜と反応するアルコール類、糖類、アルデヒド類及びエステル類から選択された還元性有機剤と混合して、これら還元性有機剤と接触させてもよい。好ましい具体的有機剤としては、ヘキサデカノール、オクタデカノール、１−オクタノール、２−オクタノール、デシルアルコール、１，１０−デカンジオール、デシルアルデヒド、１−プロパノール、１，３−プロパンジオール、エチレングリコール、ポリプロピレングリコール、デキストロース、フルクトース、ラクトース、スクロース、ジャガイモデンプン、エチレングリコールモノステアレート、ジエチレングリコールジベンゾエート、プロピレングリコールモノステアレート、グリセロールモノステアレート、ジメチルオキシレート、ジエチルオキシレート、メチルホルメート、エチルホルメート、アスコルビン酸、及びリグニン由来化合物、例えば、リグノ硫酸ナトリウムなどが挙げられる。有機還元剤の量は、グラファイトフレークの粒子の約０．５〜４重量％の範囲であることが好ましい。

インターカレーション前、インターカレーション中、もしくはインターカレーション直後に膨張助剤を使用して改善することもできる。これらの改善には、剥離温度の減少及び膨張体積（「ウォーム体積」とも称される）の増加などがある。このための膨張助剤は、インターカレーション溶液に充分溶解して膨張を改善できる有機材料であるのが有利である。より詳細には、この種の有機材料としては、炭素、水素、及び酸素含有物を用いてもよく、このような有機材料のみを用いることが好ましい。上記有機材料としてカルボン酸がとりわけ有効であることが判明した。膨張助剤として有用である好適なカルボン酸は、炭素数が少なくとも１個、好ましくは炭素数が最大約１５個である、芳香族、脂肪族又はシクロ脂肪族、直鎖又は分岐鎖、飽和及び不飽和のモノカルボン酸類、ジカルボン酸類並びに多カルボン酸類から選択できるが、これらのカルボン酸は、一つ以上の剥離面で適度な改善をするのに有効な量のインターカレーション溶液に可溶であることが必要である。好適な有機溶媒を用いて、インターカレーション溶液への有機膨張剤の溶解度を改善することができる。

飽和脂肪族カルボン酸類の代表例としては、Ｈ（ＣＨ_２）_ｎＣＯＯＨ（式中、ｎは０〜約５の数である）等で表される酸類、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ペンタン酸、ヘキサン酸等が挙げられる。カルボン酸類の代わりに、無水物又は反応性カルボン酸誘導体、例えば、アルキルエステルを用いてもよい。アルキルエステル類の代表例は、ギ酸メチル及びギ酸エチルである。硫酸、硝酸及び他の公知の水性インターカラントは、ギ酸を分解して最終的に水と二酸化炭素とすることができる。このため、ギ酸及び他の効果的な膨張助剤を、グラファイトフレークを水性のインターカラントに浸漬する前にグラファイトフレークと接触させるのが有利である。代表的なジカルボン酸として、炭素数が２〜１２個である脂肪族ジカルボン酸、特にシュウ酸、フマル酸、マロン酸、マレイン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、１，５−ペンタンジカルボン酸、１，６−ヘキサンジカルボン酸、１，１０−デカンジカルボン酸、シクロヘキサン−１，４−ジカルボン酸及び芳香族ジカルボン酸、例えば、フタル酸又はテレフタル酸が挙げられる。代表的なアルキルエステルとして、ジメチルオキシレート及びジエチルオキシレートが挙げられる。代表的なシクロ脂肪族酸として、シクロヘキサンカルボン酸が挙げられ、代表的な芳香族カルボン酸として、安息香酸、ナフトエ酸、アンスラニル酸、ｐ−アミノ安息香酸、サリチル酸、ｏ−、ｍ−及びｐ−トリル酸、メトキシ及びエトキシ安息香酸、アセトアセタミド安息香酸類及びアセタミド安息香酸類、フェニル酢酸並びにナフトエ酸類が挙げられる。代表的なヒドロキシ芳香族酸としては、ヒドロキシ安息香酸、３−ヒドロキシ−１−ナフトエ酸、３−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、４−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、５−ヒドロキシ−１−ナフトエ酸、５−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸及び７−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸が挙げられる。多カルボン酸中で代表的なものとしては、クエン酸が挙げられる。

インターカレーション溶液は水性であり、剥離を高めるのに有効な量として、好ましくは膨張助剤を約１〜１０％含有する。膨張助剤を、インターカレーション水溶液に浸漬する前又は後にグラファイトフレークと接触させる実施態様では、膨張助剤とグラファイトとを混合するに際して、典型的には膨張助剤と約０．２重量％〜約１０重量％の量のグラファイトフレークとを、好適な手段、例えば、Ｖブレンダーにより混合できる。

グラファイトフレークに物質挿入した後及びインターカラントグラファイトフレークと有機還元剤との混合に続いて、混合物を、２５℃〜１２５℃の範囲の温度に暴露して還元剤とインターカラントグラファイトフレークとの反応を促進することができる。加熱期間は、約２０時間以内であり、例えば、上記範囲において温度が高い場合には、加熱時間はもっと短かくてもよく、少なくとも約１０分間である。より高い温度では、３０分間以下の時間、例えば、１０〜２５分間程度でよい。

グラファイトフレークをインターカレーション処理し、剥離させるための上記の方法は、グラファイトフレークをグラファイト化温度、すなわち約３０００℃以上の温度で前処理し、潤滑性添加剤のインターカレート中に包含することにより、有利に増強することができる。

グラファイトフレークの前処理、つまりアニーリングにより、続いてフレークをインターカレーション処理および剥離に付した際に、膨脹が大幅に増大する（すなわち、膨脹体積が３００％以上増加する）。実際、膨脹の増加は、アニーリングを含まない類似の処理と比較して、少なくとも約５０％である。アニーリング工程に使用する温度は、１００℃低い温度でも膨脹はかなり小さくなるので、３０００℃を大きく下回るべきではない。

本発明でのアニーリングは、インターカレーションおよびそれに続く剥離により高い膨脹度を得るのに十分な時間行う。典型的には、必要な時間は１時間以上、好ましくは１〜３時間であり、不活性環境中で行うのが最も有利である。最大限の有利な結果を得るには、アニーリング処理したグラファイトフレークを、この分野で公知の他の処理、すなわち有機還元剤、インターカレーション助剤、例えば有機酸の存在下でのインターカレーション処理、およびインターカレーション処理に続く界面活性剤洗浄も行う。さらに、最大限の有利な結果を得るには、インターカレーション処理工程を繰り返すとよい。

本発明で使用する、３０００℃の範囲内にある温度はグラファイト化製法で見られる範囲の上限にあるので、本発明でのアニーリング工程は、誘導炉、または他のこの分野でグラファイト化に公知であり、認められているそのような装置中で行うことができる。

インターカレーション前のアニーリングを行ったグラファイトを使用して製造されたウォームは、一つに「固まる」場合があり、坪量(area weight)の均質性に悪影響を及ぼすことが観察されているため、「自由流動性」ウォームの形成を助ける添加剤が非常に好ましい。インターカレーション溶液に潤滑性添加剤を加えることにより、圧縮装置の床、例えばグラファイトウォームをフレキシブルグラファイトシートに圧縮するのに従来使用されているカレンダー加工区域の床を横切ってウォームをより一様に配分することができる。従って、得られるシートは、出発グラファイト粒子が従来使用されているものより小さくても、坪量の均質性が高くなり、引張強度が大きくなる。潤滑性添加剤は、好ましくは長鎖炭化水素である。長鎖炭化水素基を有する他の有機化合物（他の官能基が存在していても）も使用できる。

より好ましくは、潤滑性添加剤は油であり、鉱油は不快臭や臭気を発し難いことを考えると、鉱油が最も好ましいが、これは長期間の貯蔵には重要なことである。上に詳細に説明した特定の膨脹助剤も潤滑性添加剤の定義に適合することが分かる。これらの材料を膨脹助剤として使用する場合、インターカレートに別の潤滑性添加剤を含まなくてもよい。

潤滑性添加剤は、インターカレート中に少なくとも約１．４ｐｐｈ、より好ましくは少なくとも約１．８ｐｐｈの量で存在する。潤滑性添加剤を含む上限は、下限ほど重要ではないが、約４ｐｐｈを超えるレベルで潤滑性添加剤を含んでも、それに見合う程の利点は見られない。

このように処理されたグラファイト粒子は、「インターカラントグラファイトの粒子」と称されることがある。高温、例えば、少なくとも約１６０℃の温度、とりわけ約７００℃〜１０００℃及びそれ以上の温度に暴露すると、インターカラントグラファイトの粒子は、ｃ軸方向、すなわち、構成グラファイト粒子の結晶面に垂直な方向に、蛇腹状にもとの体積の約８０〜１０００倍以上に膨張する。膨張、すなわち、剥離したグラファイト粒子は、その外観が虫状であることから、一般的にウォームと称される。ウォームを、一緒に圧縮成形して小さな横軸開口を有するフレキシブルシートとすることができる。このフレキシブルシートは、もとのグラファイトフレークとは異なり、種々の形状に形成したり切断できる。

本発明のフレキシブルグラファイトシートは、あるいは、新しく膨脹させたウォームではなく、再粉砕したフレキシブルグラファイトシートの粒子を利用することもできる。シートは、新しく形成されたシート材料、循環使用された材料、スクラップシート、あるいは他のいずれかの好適な供給源でもよい。

本発明による方法は、未使用材料と循環使用材料の混合物でも、またはすべて循環使用材料でも使用できる。

循環使用材料用の供給源材料は、上記のように圧縮成形されたシートまたはシートの切り取り部分、または例えば予備カレンダー加工ロールで圧縮したシートであってよい。さらに、供給源材料は、樹脂含浸してあるが、まだ硬化させていないシートまたはシートの切り取り部分、または樹脂を含浸させ、硬化させたシートまたはシートの切り取り部分であってもよい。供給源材料は、循環使用するフレキシブルグラファイトＰＥＭ燃料電池部品、例えばフローフィールドプレートまたは電極でもよい。グラファイトの各種供給源のそれぞれは、そのまま、または天然グラファイトフレークと混合して使用することができる。

フレキシブルグラファイトシートの供給源材料を入手した後、粒子を製造するための公知の処理または装置、例えばジェットミル、エアミル、ブレンダー等により粉砕する。好ましくは、粒子の大部分は、２０ＵＳメッシュを通過し、より好ましくは主要部分（約２０％を超える、最も好ましくは約５０％を超える）が８０ＵＳメッシュを通過しないような直径を有する。最も好ましくは、粒子は、約２０メッシュ以下の粒子径を有する。

粉砕した粒子のサイズは、グラファイト製品の機械加工性および成形性と、所望の熱的特性が釣り合うように、選択することができる。例えば、小さな粒子は、容易に機械加工および／または成形できるグラファイト製品を与えるのに対し、大きな粒子は、異方性が高く、従って、面内の電気的および熱的伝導性が高いグラファイト製品を与える。

供給源材料を粉砕し、所望によりすべての樹脂を除去した後、その材料を再度膨脹させる。再膨脹は、上記のインターカレーションおよび剥離工程、およびＳｈａｎｅらの米国特許第３，４０４，０６１号およびＧｒｅｉｎｋｅらの米国特許第４，８９５，７１３号に記載されている方法を使用して行うことができる。

典型的には、インターカレーションの後、インターカレーション処理した粒子を炉中で加熱することにより、粒子を剥離させる。この剥離工程の際、インターカレーション処理された天然グラファイトフレークを、循環使用されるインターカレーション処理された粒子に加えることができる。好ましくは、再膨脹工程の再、粒子は、約１００ｃｃ／ｇ〜約３５０ｃｃ／ｇ以上の範囲内の比体積を有するように膨脹させる。最後に、再膨脹工程の後、再膨脹した粒子を、上記のようにフレキシブルシートに圧縮することができる。

フレキシブルグラファイトシートや箔は、凝集性があり、良好な取扱強度を有し、例えば圧縮成形により、厚さ約０．０２５ｍｍ〜３．７５ｍｍで、通常密度約０．１〜１．５グラム／立方センチメートル（ｇ／ｃｃ）に効果的に圧縮される。フレキシブルグラファイトシートは、場合によっては樹脂で処理するのが有利であり、吸収された樹脂は、硬化後、フレキシブルグラファイトシートの耐湿性や取扱強度（すなわち剛性）を高めると共に、シートの形状を「固定する」。好適な樹脂含有量は、好ましくは少なくとも５〜約９０重量％、より好ましくは約１０〜３５重量％であり、約６０重量％までが好適である。本発明の実施に特に有用であることが分かっている樹脂としては、アクリル、エポキシおよびフェノールを基剤とする樹脂系、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ二フッ化ビニル、またはそれらの混合物がある。好適なエポキシ樹脂系には、ジグリシジルエーテルまたはビスフェノールＡ（ＤＧＥＢＡ）を基剤とする系、および他の多官能性樹脂系があり、使用できるフェノール系樹脂としては、レゾールおよびノボラックフェノール系がある。

図４に関して、樹脂含浸したフレキシブルグラファイトシートを連続的に製造するための装置を開示するが、そこではグラファイトフレークおよび液体インターカレーション剤を反応器１０４に装填する。より詳しくは、容器１０１は液体インターカレーション剤を含む。好適にはステンレス鋼製である容器１０１には、導管１０６により液体インターカレーション剤を連続的に補給することができる。容器１０２は、グラファイトフレークを収容しており、そのグラファイトフレークが、容器１０１から来るインターカレーション剤と共に反応器１０４中に導入される。インターカレーション剤およびグラファイトフレークを反応器１０４中に導入するそれぞれの速度は、例えばバルブ１０８、１０７により制御される。容器１０２中のグラファイトフレークは、導管１０９により連続的に補給することができる。添加剤、例えばインターカレーション強化剤、例えば微量の酸、および有機薬品は、計量供給装置１１０により、その出口でバルブ１１１により計量され、加えることができる。

得られた、インターカレーション処理されたグラファイト粒子は、濡れており、酸被覆されており、洗浄タンク１１４に送られ（例えば導管１１２を経由して）、そこで粒子は、１１６、１１８で洗浄タンク１１４に出入りする水により洗浄されるのが有利である。次いで、洗浄された、インターカレーション処理されたグラファイトフレークは、例えば導管１２０を通して乾燥室１２２に送られる。添加剤、例えば緩衝剤、酸化防止剤、汚染物を低減させる薬品を、容器１１９から、インターカレーション処理されたグラファイトフレークの流れに加え、膨脹および使用の際の剥離物の表面化学特性を変化させ、膨脹を引き起こす気体状放出物を変性させることができる。

インターカレーション処理されたグラファイトフレークは、乾燥機１２２中で、好ましくは温度約７５℃〜約１５０℃で乾燥させ、一般的にインターカレーション処理されたグラファイトフレークの膨れまたは膨脹を回避する。乾燥後、インターカレーション処理されたグラファイトフレークは、火炎２００中への流れとして供給されるが、例えば導管１２６を通して収集容器１２４に連続的に供給され、次いで２で示す膨脹容器１２８中の火炎２００中への流れとして供給される。容器１２９から、添加剤、例えば細断した石英ガラス繊維、炭素およびグラファイト繊維、ジルコニア、窒化ホウ素、炭化ケイ素およびマグネシア繊維、天然鉱物繊維、例えばメタケイ酸カルシウム繊維、ケイ酸カルシウムアルミニウム繊維、酸化アルミニウム繊維、等から形成されたセラミック繊維粒子、を、１２７で導入される非反応性ガスにより推進されるインターカレーション処理されたグラファイト粒子の流れに加えることができる。

インターカレーション処理されたグラファイト粒子２は、膨脹室２０１中で火炎２００を通過する際に、ｃ軸方向で８０倍以上にも膨脹し、「ウォーム状」の膨脹形態５を取るのに対し、１２９から導入され、インターカレーション処理されたグラファイト粒子の流れと混合された添加剤は、火炎２００を通過することにより実質的に影響を受けない。膨脹したグラファイト粒子５は、重力分離装置１３０（そこで天然鉱物粒子の重い灰分が膨脹したグラファイト粒子から分離される）を通過し、次いで最上部が広がったホッパー１３２の中に送られる。分離装置１３０は、不要であれば、迂回させることができる。

膨脹した、すなわち剥離されたグラファイト粒子５は、ホッパー１３２の中をすべての添加剤と共に自由に落下し、不規則に分散し、例えばトラフ１３４を通って圧縮区域１３６の中に入る。圧縮区域１３６は、対向し、互いに接近しながら移動する多孔質のベルト１５７、１５８を含んでなり、これらのベルトは間隔を置いて配置され、剥離された、膨脹したグラファイト粒子５を受け入れる。対向して移動するベルト１５７、１５８間の間隔が狭くなっていくために、剥離された、膨脹したグラファイト粒子は、１４８で示す、厚さが例えば約２５．４〜０．０７５ｍｍ、特に約２５．４〜２．５ｍｍ、密度が約０．０８〜２．０ｇ／ｃｍ^３のフレキシブルグラファイトのマットに圧縮される。ガススクラッバー１４９を使用し、膨脹室２０１およびホッパー１３２から発生するガスを除去し、浄化することができる。

マット１４８は、容器１５０を通過し、スプレーノズル１３８から出る液体樹脂で含浸され、樹脂は真空室１３９により「マットを通して吸引される」のが有利であり、その後、樹脂は、好ましくは乾燥機１６０で乾燥ささせて樹脂の粘着性を下げ、樹脂含浸されたマット１４３は、カレンダーミル１７０でロールプレスされたフレキシブルグラファイトシート１４７に緻密化される。容器１５０および乾燥機１６０から出るガスおよび煙は、好ましくはスクラッバー１６５で集められ浄化される。

緻密化後、フレキシブルグラファイトシート１４７中の樹脂は、硬化炉１８０の中で少なくとも部分的に硬化させる。あるいは、緻密化の前に部分的な硬化を行うこともできるが、緻密化後の硬化が好ましい。

しかしながら、本発明の一実施態様では、フレキシブルグラファイトシートは樹脂含浸させないが、その場合、容器１５０、乾燥機１６０および硬化炉１８０を無くすことができる。

プラズマディスプレイパネルやその他の表示装置は、現在、１メートル以上（角部から角部で測定して）のサイズで製造されている。従って、そのようなパネル上で冷却し、ホットスポットの影響を緩和するために使用するヒートスプレッダーも比較的大きく、約２７０ミリメートル×約５００ミリメートルのオーダーにある、あるいは約８００ミリメートル×約５００ミリメートルまで大きいか、またはそれ以上の必要がある。上記のプラズマディスプレイパネルでは、それぞれがプラズマガスを含む数千のセルが存在する。各セルに電圧を印加すると、プラズマガスは各セル中の蛍光体と反応し、着色光を発生する。ガスをイオン化してプラズマを発生させるには非常に大きな電力が必要なので、プラズマディスプレイは、非常に高温になることがある。その上、パネルの特定区域における色に応じて、蛍光体の早期破壊を引き起こすことがあるホットスポットがスクリーン上に形成され、ディスプレイの寿命を短くすると共にパネル自体に熱的応力を引き起こすことがある。従って、これらのホットスポットの影響を軽減させるために、ヒートスプレッダーが必要である。

剥離グラファイトの圧縮された粒子から形成されたシート、特に剥離グラファイトの圧縮された粒子から形成されたシートのラミネートは、プラズマディスプレイパネル等の表示装置用のヒートスプレッダーとして特に有用であることが判明した。より詳しくは、剥離されたグラファイトの圧縮された粒子から形成された一つ以上のシート（本明細書ではフレキシブルグラファイトのシートと呼ぶ）をプラズマディスプレイパネルの背面と、フレキシブルグラファイトシートがパネル中の複数の熱源（すなわち放電セル）の上に被さるように、熱的に接触させて配置する。すなわち、フレキシブルグラファイトシートの表面積は、プラズマディスプレイパネルの背面における放電セルの表面積よりも大きく、実際、フレキシブルグラファイトシートの表面積は、プラズマディスプレイパネルの背面における複数の放電セルの表面積よりも大きい。フレキシブルグラファイト材料（その材料から、本発明のヒートスプレッダーが形成される）の性質のため、ヒートスプレッダーは、プラズマディスプレイパネルにより表示される画像が変化する時にパネル上の異なった場所に生じることがあるホットスポットから熱を放散させる。

他の材料よりもはるかに可撓性があるというフレキシブルグラファイトシート材料の性質のため、グラファイトの他の形態でも、ヒートスプレッダーとプラズマディスプレイパネルとの間の接触抵抗が小さくなり、先行技術のヒートスプレッダーを使用し、同等の圧力を作用させた場合よりも、良好な熱的接触を達成することができる。

本発明のフレキシブルグラファイトシートヒートスプレッダーは、表示装置上の場所間における温度差（すなわちΔＴ）を減少させるように作用する。換言すると、フレキシブルグラファイトシートが存在していない場合のΔＴと比較して、プラズマディスプレイパネル上のホットスポット、例えば白色画像が形成される場所と隣接する、暗色画像が形成される場所との間の温度差が、本発明のフレキシブルグラファイトヒートスプレッダーを使用することにより低減される。従って、プラズマディスプレイパネルが暴露される恐れのある熱応力が減少し、パネルの寿命が伸び、効率が改良される。その上、ホットスポット（すなわち熱的スパイク）が減少するので、装置全体をより高い温度で作動させることができ、画像が改良される。

実施の際、本発明のグラファイトヒートスプレッダーの各主要表面上に接着剤の層を形成し、一方の主要表面上にある接着剤がヒートスプレッダーをプラズマディスプレイパネルに接着し、他方の主要表面上にある接着剤が構造シャシー、特に金属製シャシーをヒートスプレッダーに接着し、従って、パネルに接着させることができる。シャシーは骨組を構成し、その骨組にディスプレイパネルの電子部品の一部または全部、例えば電源を取り付け、パネルと作動する関係で、部品を容易に接続および構築できるように配置する。

ヒートスプレッダーの各主要表面上にある接着剤層と共に、剥離ライナーを接着剤の上に被せ、接着剤が剥離ライナーとグラファイトシートとの間に挟まれるように配置し、ヒートスプレッダーをプラズマディスプレイパネルに、およびシャシーをヒートスプレッダーに接着させる前に、グラファイトヒートスプレッダーを貯蔵および輸送できるようにする必要がある。

接着剤被覆し、剥離ライナーを備えたグラファイトシート（またはシートのラミネート）の使用には、表示装置を大量に製造する工程で実行する場合、ある種の満たすべき必要条件がある。より詳しくは、剥離ライナーは、グラファイトの剥離を引き起こさずに、シートから高速で除去できなければならない。剥離は、剥離ライナーが除去される時に、実際に接着剤を引っ張り、グラファイトの一部をシートから引き離す時に起こり、その結果、グラファイトが失われ、グラファイトシート自体が損なわれ、グラファイトシートを表示装置に接着するのに必要な接着剤が減少すると共に、見苦しい、好ましくない概観を呈することになる。

しかしながら、接着剤および剥離ライナーは、グラファイトの剥離を起こさずに剥離ライナーを接着剤／グラファイトシートから引き離せるが、接着剤は、パネルがどのような向きになっても、グラファイトシートをデバイス上の所定の位置に維持し、ヒートスプレッダーとデバイスとの間に良好な熱的接触を確保するだけの十分な強度を有しているように選択するべきである。

さらに、ヒートスプレッダーの熱的性能が、主要表面上のディスプレイパネルに接している接着剤によって大幅に減少してはならない。換言すると、接着剤は、プラズマディスプレイパネルまたは他の表示装置から出る熱の、ヒートスプレッダーへの伝導を妨害することがあるので、かなりの厚さを有する層に塗布される接着剤は、ヒートスプレッダーの熱的性能を妨げることがある。

従って、接着剤と剥離ライナーの組合せは、例えばChemInstruments HSR-1000高速剥離試験機で測定する剥離速度約１ｍ／ｓで、剥離負荷が約４０ｇ／ｃｍ以下、より好ましくは約２０ｇ／ｃｍ、最も好ましくは約１０ｇ／ｃｍになるようなバランスを達成する必要がある。例えば、表示装置、例えばプラズマディスプレイパネルの大量生産条件に適合させるために約１ｍ／ｓの速度で剥離ライナーを除去するのが望ましい場合、剥離ライナーの平均剥離負荷は、その剥離速度でグラファイトの剥がれを引き起こさずに剥離ライナーを除去できるためには、約４０ｇ／ｃｍ以下、より好ましくは約２０ｇ／ｃｍ、最も好ましくは約１０ｇ／ｃｍにするべきである。これを達成するには、接着剤の厚さは、好ましくは約０．０１５ｍｍ以下、最も好ましくは約０．００５ｍｍ以下にすべきである。

バランスを取るべきもう一つのファクターは接着剤の接着強度であるが、これは、上記のように、製造工程中にヒートスプレッダーを表示装置上の所定の位置に保持し、ヒートスプレッダーとデバイスとの間に良好な熱的接触を確保するのに十分であるべきである。同様に、接着剤は、構造シャシーをヒートスプレッダーに接着した状態で保持できるべきである（ただし、シャシーを接着すべきヒートスプレッダーの主要表面全体に接着剤を塗布できるので、接着強度は、上に記載した従来の「ピクチャーフレーム」テープ材料の使用により必要とされる強度より小さい）。必要な接着性を達成するには、接着剤は、例えばChemInstruments TT-1000引張試験機で測定して、少なくとも約１２５ｇ／ｃｍ^２の最小ラップせん断接着強度、より好ましくは少なくとも約７００ｇ／ｃｍ^２の平均ラップせん断接着強度を有するべきである。

いずれにせよ、上記のように、接着剤は、ヒートスプレッダーの熱的性能を実質的に妨げるべきではない。つまり、ディスプレイパネルと接する主要表面上に接着剤が存在するために、ヒートスプレッダーの厚さを通した熱抵抗が、パネルに接する主要表面上に接着剤が無いヒートスプレッダー材料自体と比較して、約１００％を超える程増加すべきではない。実際、より好ましい実施態様では、接着剤により、熱抵抗は主要表面上に接着剤を含まないヒートスプレッダー材料と比較して、約３５％を超えることはない。

このように、接着剤は、剥離負荷条件および平均ラップせん断接着強度条件に適合しながら、熱抵抗の好ましくない高い増加を避けるために十分に薄いことが必要である。これには、主要表面上にある接着剤の厚さは、グラファイトヒートスプレッダーの、パネルに接する主要表面上で約０．０１５ｍｍ以下、より好ましくは約０．００５ｍｍ以下であるべきである。ヒートスプレッダーの、構造シャシーが接着する主要表面では、ヒートスプレッダーからシャシーへの効率的な熱移動が望まれない場合（すなわち、シャシーをさらなるヒートスプレッダーまたは吸熱源として使用する必要がない場合）、接着剤は、上記の値より厚く、約０．０５ｍｍのオーダーでも、あるいはさらに厚くてもよい。しかし、ヒートスプレッダーからシャシーへの効率的な熱移動が望ましい場合（すなわち、シャシーをさらなるヒートスプレッダーまたは吸熱源として使用する場合）、接着剤の厚さは、グラファイトヒートスプレッダーの、構造シャシーが接着する主要表面で、約０．０１５ｍｍ以下、より好ましくは約０．００５ｍｍ以下にすべきである。

大量生産工程における表示装置、例えばプラズマディスプレイパネルに使用するのに有用なヒートスプレッダーの製造に必要な上記のバランスを達成するには、ヒートスプレッダーが、厚さ約２．０ｍｍ以下、密度約１．６〜約１．９グラム／立方センチメートルの、剥離グラファイトの粒子を圧縮したシートまたはシートのラミネートである場合、所望の厚さにある市販の感圧アクリル系接着剤と、シリコーン被覆されたグラフト紙から製造された剥離ライナー、例えば、Technicote Inc.の一部門であるSil Techから市販のL2またはL4剥離ライナー、の組合せにより、所望の結果を達成することができる。そこで、ヒートスプレッダー材料、例えば剥離グラファイトの圧縮された粒子のシートまたはシートのラミネートを含み、その各主要表面上に、ヒートスプレッダー材料の、パネルとヒートスプレッダーとの間の熱移動における熱的性能が実質的に損なわれないような厚さの接着剤を有し、剥離ライナーを、各主要表面上の接着剤がヒートスプレッダー材料と剥離材料との間に挟まれるように配置したヒートスプレッダー複合材料を提供する。作業の際、剥離材料をヒートスプレッダー／接着剤の組合せから除去し、次いでヒートスプレッダー材料／接着剤の組合せを表示装置、例えばプラズマディスプレイパネル、に、ヒートスプレッダーの一方の主要表面上にある接着剤が、ヒートスプレッダー材料をプラズマディスプレイパネルに接着させるように、付けることができる。構造シャシー、例えばアルミニウムまたは他の金属から形成されたシャシー、を、ヒートスプレッダーの他方の主要表面に、その上に塗布された接着剤を介して接着する。

さらに、複数のプラズマディスプレイパネルを製造している場合、接着剤／ヒートスプレッダー／接着剤の組合せの少なくとも一つを複数のプラズマディスプレイパネルのそれぞれに付け、シャシーを、それぞれの接着剤／ヒートスプレッダー／接着剤の組合せに付ける。

ヒートスプレッダーの、シャシーを接着する主要表面は、バイアス材料を、グラファイトヒートスプレッダーとシャシーとの間に挿入して接着することもできる。バイアス材料は、本発明のヒートスプレッダーをディスプレイパネルに対して偏らせ、それによって、接触抵抗を下げ、構造シャシーによりバイアス材料に加えられた圧力に応答して、ヒートスプレッダーとパネルとの間の熱的接触を強化する傾向がある、どのような材料でもよい。言い換えると、構造シャシーは、ヒートスプレッダー／バイアス材料の組合せに接着した場合、ヒートスプレッダーをパネルに対して押し付け、熱的接触をより大きくする傾向がある。バイアス材料は、好ましくはグラファイトヒートスプレッダーの寸法と同じ寸法を有する。あるいは、バイアス材料は、細片または他の非連続的形状で存在することもできる。

好ましいバイアス材料は、圧縮性でしなやかな材料、例えばフォームを含み、材料に押し付けられたシャシーの作用により圧縮された時、ヒートスプレッダーを上記のようにパネルに押し付ける。好ましくは、使用する材料は弾性であり、同じ方向で弾性または「スプリングのような」圧力を生じる。バイアス材料として使用するフォームは、ゴムまたはシリコーン（または充填材を含むシリコーン）フォームである。バイアス材料は、ヒートスプレッダーからシャシーへの効率的な熱移動が望まれない場合には、絶縁性でよく、ヒートスプレッダーからシャシーへの効率的な熱移動が望ましい場合には、良好な熱移動特性を有することができる。

バイアス材料を使用する場合、グラファイトヒートスプレッダーとバイアス材料との間に一つの接着剤着層を入れてバイアス材料をヒートスプレッダーに接着し、バイアス材料とシャシーとの間に一つの接着剤層を入れてシャシーをバイアス材料に接着するように、追加の接着剤層を必要とする場合がある。すなわち、バイアス材料の、グラファイトヒートスプレッダーの方を向いた表面と接触する接着剤層、およびバイアス材料のグラファイトヒートスプレッダーと反対側の方を向いた表面と接触する接着剤層がある。上記のように、ヒートスプレッダーからシャシーへの効率的な熱移動が望まれない場合には、グラファイトヒートスプレッダーとシャシーとの間の各接着剤層は、厚さが約０．０５ｍｍのオーダーにあるか、またはさらに厚くてもよい。しかし、ヒートスプレッダーからシャシーへの効率的な熱移動が望ましい場合には、グラファイトヒートスプレッダーとシャシーとの間の各接着剤層は、厚さが約０．０１５ｍｍ以下、より好ましくは約０．００５ｍｍ以下にすべきである。

あるいは、バイアス材料自体が接着性であり、追加の接着剤層を必要とせずに、グラファイトヒートスプレッダーに直接接着することもできる。さらに、接着性のバイアス材料を使用する場合、シャシーをバイアス材料に接着させることも可能になり、グラファイトヒートスプレッダーとバイアス材料との間、またはバイアス材料とシャシーとの間の接着剤が必要なくなる。

本発明の別の実施態様は、構造シャシーおよび／またはその上に取り付けた電子部品自体が発熱する場合に有効である。つまり、シャシー上に取り付けられた電子部品が発熱する場合、発生した熱は、放射により部品から直接、あるいは伝導によりシャシーを経由してパネルに移動する可能性があり、これは好ましくない。この場合、一つ以上の、剥離グラファイトの圧縮された粒子から形成されたシートを含んでなる第二のヒートスプレッダーを、バイアス材料に塗布された接着剤層により、あるいはバイアス材料の接着性により、バイアス材料とシャシーとの間に配置することができる。この目的に使用する一つ以上の、剥離グラファイトの圧縮された粒子から形成されたシートは、パネルに接着させるグラファイトヒートスプレッダー材料と同じ特性および構築材料を有し、シャシーをグラファイトヒートスプレッダーに（従って、パネルに）接着させるために、接着剤層をそこに塗布する必要があろう。第二グラファイトヒートスプレッダーとシャシーとの間の、この接着剤層の厚さは、約０．０１５ｍｍ以下、より好ましくは約０．００５ｍｍにすべきである。

従って、この第二グラファイトヒートスプレッダーは、シャシーおよび／またはその上に取り付けられた電子部品から発生する熱を放散させ、パネルに伝達される熱の量を下げると共に、シャシーおよび／または電子部品からの熱移動により引き起こされるパネル背面上のホットスポットを実質的に減少させる。

別の実施態様においては、本発明のグラファイトヒートスプレッダーは、ヒートスプレッダー（またはバイアス材料および／またはその上に配置された第二グラファイトヒートスプレッダー）とシャシーとの間に接着剤を使用せずに、言い換えると、ヒートスプレッダーの、シャシーに面した主要表面上に接着剤を塗布せずに、設けられる。従って、シャシーをパネルに接着させる別の方法を使用する必要がある。典型的には、この目的に使用するのは、上記のようにヒートスプレッダーの周りに「ピクチャーフレーム」として使用する、圧縮性の高強度接着性テープである。好適なテープの一つは、3M Companyから市販のVHBテープである。

実際、シャシーとパネルとの間にピクチャーフレーム型の取付けを使用する場合、グラファイトヒートスプレッダー上に接着剤を使用する必要はない。ヒートスプレッダーは、接着剤テープまたは他のシャシーとパネルを取り付けるピクチャーフレームにより、シャシーとパネルとの間の所定の位置に「浮いている」ことができる。実際、所望により、ヒートスプレッダーとシャシーとの間には隙間を残すことができる。バイアス材料を使用する場合、このバイアス材料が、所望の熱接触を得るためにグラファイトヒートスプレッダーをパネルに対して偏らせ、そうでない場合には、シャシー自体がその機能を果たすことができる。あるいは、ピクチャーフレームテープは、グラファイトヒートスプレッダーの縁部と重なり、ヒートスプレッダーをパネルに押し付けることができる。

本発明のヒートスプレッダーとして、単一の、または一体的なシートではなく、フレキシブルグラファイトラミネートを使用する場合、ラミネートの機械的または熱的特性を改良するために、他のラミネート層も含むことができる。例えば、熱伝導性の金属、例えばアルミニウムまたは銅のラミネート層を、フレキシブルグラファイトの層間に挿入し、グラファイトにより示される低い接触抵抗を犠牲にせずに、ラミネートの放熱特性を増大させることができ、他の材料、例えば重合体もラミネートの強度を補強または改良するために使用することができる。さらに、グラファイト材料が、単一シートでもラミネートでも、それに、例えば薄いプラスチックシート、あるいは乾燥した樹脂の薄い被覆の裏張り層を施すことにより、本発明のヒートスプレッダーの放熱能力を損なわずに、材料の取扱性を改良する、および／または輸送の際または表示装置に取り付ける際の損傷を少なくすることができる。絶縁材料の層も使用できる。

さらに、ヒートスプレッダーの、表示装置と接触する表面は、本発明のヒートスプレッダーの熱的性能および／または修理能力を改良するための仕上げ面を有することができる。最も好ましいのは薄いプラスチックフィルムまたは金属、例えばアルミニウムまたは銅であり、アルミニウムが最も好ましい。接触抵抗が大きくなるために、ある程度の熱的な犠牲はあるが（そのような仕上げ面を使用すると、しなやかなグラファイト表面がデバイス表面と接触しないので）、その犠牲は、金属製仕上げ面の熱的な等方性により埋め合わせることができる。しかし、より重要なことは、デバイス表面に接着するのが仕上げ面であるために、金属製仕上げ面の構造は接着剤結合よりも強く、ヒートスプレッダーを表示装置の表面から迅速に、損傷を与えずに除去することができるので、本発明のヒートスプレッダーを修理または他の目的に、取り外し易くなる。

図１に示すように、形成された後、本発明のヒートスプレッダーとして使用することを意図する、１０で示したフレキシブルグラファイトシートまたはラミネートは、所望の形状（多くの場合は長方形）に切断することができる。ヒートスプレッダー１０は、二つの主要表面１２および１４、ならびに少なくとも一つの縁部表面１６、ヒートスプレッダー１０が長方形である場合、一般的に四つの縁部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを有する（無論、ヒートスプレッダー１０を四角形以外の形状、例えば円形またはより複雑な形状に切断する場合、異なった数の縁部表面１６を有することになる）。

本発明により、図１に示すように、ヒートスプレッダー１０の、構造シャシー（図には示していない）を接着させる主要表面１４上に接着剤３０の層を設ける。次いで、バイアス材料２０を接着剤３０を接着させて、別の接着剤層３５をバイアス材料２０に付着させる。

図２および３に示す別の実施態様においては、特にヒートスプレッダー１０から構造シャシー（図には示していない）への熱移動が望まれない場合、ヒートスプレッダー１０が、ヒートスプレッダー１０を構成するフレキシブルグラファイトシートまたはラミネートからグラファイト粒子が剥離または分離する可能性に前もって対処するために、保護被覆４０も含むことが有利である。保護被覆４０は、有利なことに、導電性物質（グラファイト）が電子デバイス中に侵入することにより引き起こされる電気的な干渉を回避するために、ヒートスプレッダー１０を効果的に隔離する。保護被覆４０は、グラファイト材料の剥離を阻止する、および／またはグラファイトを電気的に絶縁するのに十分な、好適な材料、例えばポリエチレン、ポリエステルまたはポリイミドのような熱可塑性材料、ワックスおよび／またはワニス材料を含んでいてもよい。実際、電気的な絶縁と反対に、接地が望ましい場合、保護被覆４０は、金属、例えばアルミニウムを含んでいてもよい。

所望の耐剥離性および／または電気的絶縁を達成するには、保護被覆４０は、厚さが好ましくは少なくとも約０．００１ｍｍであるのが有利である。保護被覆４０に真の最大厚さはないが、保護被覆４０の厚さは、効果的に機能するために約０．０２５ｍｍ以下、好ましくは約０．００５ｍｍ以下にすべきである。

ヒートスプレッダー１０を、プラズマディスプレイパネル等の表示装置に設ける場合、プラズマディスプレイパネル１０の主要表面１２は、パネルと接触して機能する表面である。この状態で、多くの用途で、主要表面１２とパネルとの間の接触は、主要表面１２をグラファイトの剥離に対して「密封する」ように機能し、そのため主要表面１２を保護被覆４０で被覆する必要が無くなる。同様に、主要表面１４が、プラズマディスプレイパネル１０が配置されている電気的デバイスの残りの部分から電気的に絶縁されていれば、主要表面１２を電気的に絶縁する必要はない。しかし、取扱または他の理由から、実施態様によっては、保護被覆４０をプラズマディスプレイパネル１０の両方の主要表面１２および１４上に施し、グラファイトシートと、プラズマディスプレイパネル１０を表示装置（図には示していない）に接着させるために主要表面１２上に使用する接着剤との間に挿入することができる。

プラズマディスプレイパネル１０には、保護被覆４０を、幾つかの異なった方法により設けることができる。例えば、フレキシブルグラファイトシートまたはラミネートを、プラズマディスプレイパネル１０を形成するサイズおよび形状に切断した後、保護被覆４０を形成する材料を個々のプラズマディスプレイパネル１０の上に設け、主要表面１４および縁部表面１６、等の周り、および縁部表面１６等を超えて完全に流動させ、図３に示すように、プラズマディスプレイパネル１０の周りに剥離保護境界を形成する。この目的には、保護被覆４０を、当業者には周知の種々の被覆方法、例えばスプレー塗り、ローラー塗りおよびホットラミネーティングプレスにより設けることができる。

図２に示す別の実施態様においては、保護被覆４０をヒートスプレッダー１０に、一つ以上の縁部表面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ（例えば、どれが露出し、従って、剥離する、および／または電気的干渉を引き起こす可能性があるかに応じて）を覆うように設けることができる。保護被覆４０は、機械的マッピングおよびラミネーションにより施し、これを達成することができる。

さらに、保護被覆４０をヒートスプレッダー１０に、主要表面１４だけを被覆するように施すことができる（図には示していない）。この実施態様のヒートスプレッダー１０を製造するための特に有利な一方法においては、フレキシブルグラファイトシートまたはラミネートを保護被覆４０で、例えばローラー塗り、接着剤での張り合わせ、または熱プレスでの張り合わせ、により被覆し、次いで、フレキシブルグラファイトシートまたはラミネートをヒートスプレッダー１０の所望の形状に切断する。このようにして、製造工程における製造効率が最大限になり、保護被覆４０の無駄が最少に抑えられる。

一般的に、被覆工程により、保護被覆４０は、ほとんどの用途に十分な強度でヒートスプレッダー１０に接着する。しかし、所望により、あるいは比較的非接着性の保護被覆４０、例えばMylar（登録商標）ポリエステル材料およびKaptonポリイミド材料（両方共、Wilmington, DelawareのE.I. du Pont de Nemours and Companyから市販）には、図３に示すように、ヒートスプレッダー１０と保護被覆４０との間に接着剤３０の層を塗布することができる。好適な接着剤は、保護被覆４０をヒートスプレッダー１０に接着し易くする接着剤、例えばアクリル系またはラテックス接着剤である。接着剤３０の層は、ヒートスプレッダー１０および保護被覆４０のどいずれか、またはその両方に設けることができる。接着剤３０の層は、できるだけ薄いが、それでも保護被覆４０とヒートスプレッダー１０との間の接着を維持するのが有利である。好ましくは、接着剤３０の層は、厚さが約０．０１５ｍｍ以下である。

さらに、別の実施態様においては、ヒートスプレッダー１０は、ヒートスプレッダー１０の表面１２と表示装置の表面との間に挿入された仕上げ層５０を含んでなることができる。上記のように、仕上げ層５０は、アルミニウム等の金属、または薄いプラスチックフィルム等でよく、図３に示すように、ヒートスプレッダー１０の表面１２と仕上げ層５０との間に塗布された接着剤３０の層を使用することにより、表面１２に接着させることができる。好適な接着剤は、アクリル系またはラテックス接着剤であり、ヒートスプレッダー表面１２および仕上げ層５０のいずれか、またはその両方に塗布することができる。無論、接着剤３０は、できるだけ薄いが、それでも仕上げ層５０と表面１２との間の接着を維持するように塗布し、好ましくは、厚さが約０．０１５ｍｍ以下である。

さらに、図３に示すように、特に仕上げ層５０が固体のシートである場合、仕上げ層５０は、保護被覆４０と協力し、グラファイトヒートスプレッダー１０を仕上げ層５０と保護被覆４０との間に密封することができる。より詳しくは、仕上げ層５０がヒートスプレッダー１０の縁部１６等を超えて伸びる場合、保護被覆４０はヒートスプレッダー１０の周りおよび仕上げ層５０に設けることができる。あるいは、アルミニウムテープのような材料を使用し、仕上げ層５０と保護被覆４０との間で縁部１６、等を密封することができる。

別の実施態様においては、接着剤テープ、例えばVHBテープ（図には示していない）を使用する場合、仕上げ層５０自体が、固体のシートではなく、「ピクチャーフレーム」形状にある。このようにして、仕上げ層５０がヒートスプレッダー１０を接着し、そのヒートスプレッダー１０がテープに接着され、パネルに貼り付けることができる単一の単位を形成する。あるいは、仕上げ層５０をテープに直接接着することができ、それらが重なる所で、パネルに取り付けるための単一の単位（やはり図には示していない）を形成する。

本明細書は、ヒートスプレッダーの、プラズマディスプレイパネルへの応用に関して記載したが、無論、本発明の方法およびヒートスプレッダーは、他の放射型表示装置の熱源、または熱源集合体（関連する機能で、プラズマディスプレイパネルを構成する個々の放電セルの集合体と等しい）、例えば発光ダイオード、ならびに局所的な高温区域またはホットスポットを発生する他の表示装置、例えば液晶ディスプレイにも等しく適用できる。

本明細書に関連して引用した特許および出版物は、本発明の開示の一部とされる。

以上、説明した本発明を多くの様式で変形できることは明らかである。そのような変形は、本発明の精神および範囲から逸脱しているとは見なされず、当業者には明らかなそのような修正は、下記の請求項の範囲内に入る。

本発明のヒートスプレッダーの一実施態様の側方平面図である。 本発明のヒートスプレッダーの別の実施態様の、部分的に切り取った、上面透視図である。 本発明のヒートスプレッダーのさらに別の実施態様の、部分的に切り取った、上面透視図である。 樹脂含浸されたフレキシブル性グラファイトシートを連続的に製造するための装置を示す。

Claims (18)

1. パネルに取り付けられたシャシー、および、前記パネルと前記シャシーとの間に配置されたヒートスプレッダー、を含んでなり、
   前記ヒートスプレッダーが、少なくとも一枚の、剥離グラファイトの圧縮された粒子から形成された、２つの主要表面を有するシートを含んでなる、表示装置。
2. 前記ヒートスプレッダーの前記主要表面の一方の表面積が、前記パネルの、局所的な高温区域が発生する部分の表面積よりも大きい、請求項１に記載の表示装置。
3. 背面パネルを有する放射型表示装置を含んでなり、前記少なくとも一枚の、剥離グラファイトの圧縮された粒子から形成されたシートの表面積が、放電セルの、前記放射型表示装置の背面パネルに面した部分の表面積よりも大きい、請求項２に記載の表示装置。
4. 前記放射型表示装置がプラズマディスプレイパネルを含む、請求項３に記載の表示装置。
5. 前記少なくとも一枚の、剥離グラファイトの圧縮された粒子から形成されたシートの表面積が、複数の放電セルの、前記プラズマディスプレイパネルの前記背面パネルに面した部分の表面積よりも大きい、請求項４に記載の表示装置。
6. 前記ヒートスプレッダーが、剥離グラファイトの圧縮された粒子から形成された複数のシートを含むラミネートを含んでなる、請求項１に記載の表示装置。
7. 前記ラミネートが、非グラファイト系材料の層を含んでなる、請求項６に記載の表示装置。
8. 前記ヒートスプレッダーが、ピクチャーフレームの形状を有する接着剤テープ間の位置に保持される、請求項１に記載の表示装置。
9. 前記ヒートスプレッダーの前記主要表面の少なくとも一方が、その主要表面の上に接着性材料の層を有する、請求項１に記載の表示装置。
10. 前記主要表面の少なくとも一方に、グラファイト粒子の剥がれを防止するのに十分な保護被覆が設けられている、請求項１に記載の表示装置。
11. パネルに取り付けられたシャシー、および、少なくとも一枚の、剥離されたグラファイトの圧縮された粒子から形成された、２つの主要表面を有するシートを含むヒートスプレッダー、をさらに含んでなり、
    前記主要表面の一方に、２つの主要表面を有するバイアス材料が接着しており、前記バイアス材料の第一主要表面が、前記少なくとも一枚の、剥離グラファイトの圧縮された粒子から形成されたシートに接着している、表示装置。
12. 前記バイアス材料がフォームを含んでなる、請求項１１に記載の表示装置。
13. 前記フォームが、ゴムフォーム、シリコーンフォーム、充填材を含むシリコーンフォーム、またはそれらの組合せからなる群から選択される材料を含んでなる、請求項１２に記載の表示装置。
14. 前記ヒートスプレッダーは、前記バイアス材料の、前記少なくとも一枚の、剥離グラファイトの圧縮された粒子から形成されたシートと反対側の表面上に、接着剤の層がさらに設けられている、請求項１３に記載の表示装置。
15. 前記表示装置が放射型表示装置であり、前記少なくとも一枚の、剥離グラファイトの圧縮された粒子から形成されたシートの表面積が、放電セルの、前記放射型表示装置の背面に面した部分の表面積よりも大きい、請求項１１に記載の表示装置。
16. 前記ヒートスプレッダーが、剥離グラファイトの圧縮された粒子から形成された複数のシートを含むラミネートを含んでなる、請求項１１に記載の表示装置。
17. 前記ラミネートが、非グラファイト系材料の層を含んでなる、請求項１６に記載の表示装置。
18. 前記バイアス材料の第二主要表面に接着された、少なくとも一枚の、剥離グラファイトの圧縮された粒子から形成された、２つの主要表面を有するシートをさらに含んでなる、請求項１１に記載の表示装置。

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