KR20080016987A - 디스플레이 장치용 열 확산기 - Google Patents

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KR20080016987A
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조셉 피. 캡
티모시 클로베스코
줄리안 놀레이
마틴 데이비드 스말크
브래들리 이. 레이스
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그라프텍 인터내셔널 홀딩스 인코포레이티드
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Abstract

본 명세서에서는, 플라즈마 디스플레이 패널, 발광 다이오우드, 또는 액정 디스플레이와 같은 디스플레이 장치용 열 확산기(10)로서, 두 개의 주 표면(12, 14)을 갖는 박리된 그래파이트의 압축된 입자로 이루어진 하나 이상의 시트를 포함하는 열 확산기가 개시된다.
그래파이트, 열 확산기, 발광형 디스플레이 장치

Description

디스플레이 장치용 열 확산기 {HEAT SPREADER FOR DISPLAY DEVICE}
본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED) 등과 같은 디스플레이 장치 및 이와 같은 장치에서 발생하는 특별한 열 문제에 있어 유용한, 박리된 그래파이트의 압축된 입자로 이루어진 열 확산기에 관한 것이다.
플라즈마 디스플레이 패널은 다수개의 방전 셀을 포함하고, 전극 방전 셀을 지나 전압을 인가하여, 그 결과 원하는 방전 셀이 발광하도록 함으로써 이미지를 표시하도록 구성되는 디스플레이 장치이다. 플라즈마 디스플레이 패널의 주요 부분인 패널 유닛은 두개의 유리 베이스 플레이트 사이에 다수개의 방전 셀들을 끼워넣는 방식으로 두개의 유리 베이스 플레이트를 결합함으로써 제작된다.
플라즈마 디스플레이 패널에 있어서, 이미지를 형성하기 위해 발광하도록 유도되는 방전 셀 각각은 열을 생성하고, 그 결과 방전 셀 각각은 열원을 구성하며, 이는 플라즈마 디스플레이 패널의 온도를 전체적으로 상승시킨다. 상기 방전 셀에서 생성된 열은 베이스 플레이트를 형성하는 유리로 전달되지만, 유리 베이스 플레이트 소재의 특성 때문에 패널 면에 평행한 방향으로의 열 전도가 어렵다.
게다가, 발광을 위해 활성화되는 방전 셀의 온도는 현저하게 증가하지만, 이 때 활성화되지 않는 방전 셀의 온도는 그다지 증가하지 않는다. 이 때문에, 플라즈마 디스플레이 패널의 패널 면 온도는 이미지가 생성되는 장소에서 국부적으로 증가한다. 또한, 흰색 또는 더 밝은 색의 스펙트럼에서 활성화되는 방전 셀은 검은 색 또는 더 어두운 색의 스펙트럼에서 활성화되는 방전 셀보다 더 많은 열을 생성한다. 따라서, 패널 면의 온도는 이미지를 만들어 낼 때 생성되는 색깔에 따라 국부적으로 달라진다. 만일 온도차를 개선하기 위한 장치가 고려되지 않는다면, 이러한 국부적인 온도 편차는 영향받는 방전 셀의 열적인 저하를 가속화시킬 수 있다. 추가적으로, 디스플레이 위의 이미지의 상태가 변하면, 국부적인 열 생성 위치도 이미지와 함께 변한다.
또한, 활성화된 방전 셀과 활성화되지 않은 방전 셀 사이의 온도차가 클 수 있고, 백색광을 발생시키는 방전 셀과 암색을 발생시키는 방전 셀 사이의 온도차 또한 클 수 있기 때문에, 스트레스가 패널 유닛에 가해져 종래의 플라즈마 디스플레이 패널이 파손되고 크랙의 발생을 유발할 수 있다.
방전 셀의 전극에 인가된 전압이 증가될 때, 방전 셀의 휘도는 증가하고, 이러한 셀 내에서 발생되는 열의 양 또한 증가한다. 그러므로, 활성화를 위해 큰 전압이 인가되는 이러한 방전 셀은 열적 저하에 보다 민감하게 되고 플라즈마 디스플레이 패널의 패널 유닛의 파손 문제점을 악화시키는 경향이 있다. LED는 PDP에서 그러한 것과 같이 열 생성에 관하여 동일한 문제를 내포하고 있다. 유사한 문제가 LCD 와 같이 발광형 디스플레이 장치가 아닌 장치에서도 발생하는데, 여기서는 열점이 장치의 수명이나 유효성을 제한할 수 있다.
패널의 배면과 열 소멸 장치 사이의 공간을 채우고 국부적인 온도차를 균일하게 하기 위한 플라즈마 디스플레이 패널용 열 인터페이스 소재(thermal interface material)로서, 소위 "고 배향 그래파이트 필름(high orientation graphate film)"을 사용하는 것이 모리타, 이치야나기, 이케다, 니시키, 이노우에, 코미요지 및 카와시마에 의해 미국 특허 제 5,831, 374호에서 제안되었으나, 가요성 그래파이트 시트의 사용 또는 특징적인 이점에 대하여는 언급되지 않았다. 쳉(Tzeng), 게츠(Getz), 웨버(Weber)에게 허여된 미국 특허 제 6,245,400 호는 박리된 그래파이트의 압축된 입자로 이루어진 접착 코팅된 시트를 개시하고 있으며, 열적 인터페이스 제품으로서 유용하다고 기재하고 있다. 추가적으로, 쳉(Tzeng)에게 허여된 미국 특허 제 6,482,520호는 전자 부품과 같은 열원에 대하여 (열적 인터페이스(thermal interface)로서 특허에서 언급되는) 열 확산기로서 박리된 그래파이트의 압축된 입자로 이루어진 시트를 사용하는 것을 개시하고 있다. 실제로, 그러한 소재들은 eGraf® SpreaderShield 클래스 재료로서, 오하이오, 레이크우드, 어드밴스드 에너지 테크놀로지 인코포레이티드에서로부터 구입할 수 있다.
그래파이트는 탄소 원자의 망상 구조 또는 육방 배열의 층 평면들로 구성되어 있다. 육방으로 배열된 탄소 원자의 이들 층 평면들은 실질적으로 편평하고, 서로 실질적으로 평행하고 동일 거리에 있도록 배향(orient) 또는 정렬(order)된다. 일반적으로 그래팬(graphene)층 또는 바탕면(basal planes)으로 지칭되는, 실질적으로 편평하고 평행한 동일 거리의 탄소 원자의 시트 또는 층은 서로 링크되거나 결합되며 이들 그룹은 결정 상태로 배열된다. 잘 정렬된 그래파이트는 상당한 크기의 미세결정으로 구성되고, 미세결정은 서로 잘 정렬되거나 배향되며 잘 정렬된 탄소층을 갖는다. 즉, 잘 정렬된 그래파이트는 매우 바람직한 미세결정 방향을 갖는다. 그래파이트가 이방성 구조를 가져 열전도도 및 전기전도도와 같은 높은 방향성을 갖는 많은 특성을 나타내거나 가짐을 주목해야 한다.
요컨대, 그래파이트는 탄소의 라미네이트된 구조(laminated structure)를 특징으로 하며, 즉 상기 구조는 약한 반데르바알스 힘에 의해 서로 결합된 탄소 원자의 중첩된 층 또는 라미내(laminae)로 구성된다. 그래파이트 구조를 고려할 때, 두 개의 축 또는 방향, 즉 "c" 축 또는 방향과 "a" 축 또는 방향이 일반적으로 언급된다. 단순히, "c" 축 또는 방향은 탄소 층에 수직한 방향으로 간주될 수도 있다. "a" 축 또는 방향은 탄소 층에 평행한 방향 또는 "c" 방향에 수직한 방향으로 간주될 수도 있다. 가요성 그래파이트 시트를 제조하는데 적절한 그래파이트는 매우 높은 방향성(orientation)을 갖는다.
전술한 것처럼, 탄소 원자의 평행한 층을 서로 유지시키는 결합력은 단지 약한 반데르바알스 힘이다. 천연 그래파이트는 중첩된 탄소 층 또는 라미내 사이의 공간이 다소 개방되어 층에 수직한 방향, 즉 "c" 방향으로 현저한 팽창을 제공하여, 탄소 층의 층 특성이 실질적으로 유지되는 팽창된 또는 부푼 그래파이트 구조를 형성하도록 처리될 수 있다.
매우 팽창된, 보다 구체적으로 초기 "c" 방향 치수 보다 약 80배 이상 큰 "c" 방향 치수 또는 최종 두께를 갖도록 팽창된 그래파이트 플레이크는 바인더의 사용 없이 예를 들어 웨브, 종이, 스트립, 테이프, 호일, 매트 등과 같은 팽창된 그래파이트의 접착성 시트 또는 일체식(integrated) 시트로 형성될 수 있다(일반적으로 "가요성 그래파이트"로 지칭됨). 초기 "c" 방향 치수 보다 약 80배 이상 큰 "c" 방향 치수 또는 최종 두께를 갖도록 팽창된 그래파이트 입자를, 소정의 바인딩 재료를 사용하지 않고, 압축에 의해 일체식 가요성 시트로 형성하는 것은 큰 부피로 팽창된 그래파이트 입자 사이에서 달성되는 기계적 인터로킹(interlocking), 또는 접착으로 인해 가능하다고 믿어진다.
가요성 외에, 시트 재료는, 상기한 바와 같이, 매우 큰 압축으로 인해 시트의 대향면에 실질적으로 평행한 그래파이트 층 및 팽창된 그래파이트 입자의 방향성으로 인해서, 열전도도에 있어 큰 이방성을 갖으며, 이로써 열 확산 장치 분야에 유용하다는 것이 알려져 있다. 이렇게 제조된 시트 재료는 우수한 가요성, 양호한 강도 및 매우 높은 방향성을 갖는다.
요컨대, 예를 들어 웨브, 종이, 스트립, 테이프, 호일, 매트 등과 같은 가요성이 있고 바인더가 없는 이방성 그래파이트 시트 재료를 제조하는 방법은 실질적으로 편평하고, 가요성이 있는 일체식 그래파이트 시트를 형성하기 위해 소정의 하중 하에서 바인더 없이 초기 입자의 "c" 방향 치수보다 약 80배 이상 큰 "c" 방향 치수를 갖는 팽창된 그래파이트 입자를 압축하는 단계를 포함한다. 대체적으로 외형이 벌레 모양 또는 연충 모양인 팽창된 그래파이트 입자는 일단 압축되면, 시트의 대향 주표면과의 정렬 상태 및 압축 상태를 유지한다. 시트 재료의 밀도와 두께는 압축 정도를 조절함으로써 변할 수 있다. 통상적으로 시트 재료의 밀도는 약 0.04g/cc내지 약 2.0g/cc 범위 내에 있을 수 있다.
가요성 그래파이트 시트 재료는, 시트의 대향하고 평행한 주요면에 평행한 그래파이트 입자의 정렬로 인해 상당한 정도의 이방성을 나타내며, 이방성의 정도는 배향성을 높이기 위하여 시트 재료를 압축할 때 증가한다. 압축된 이방성 시트 재료에서, 두께, 즉 대향하고 평행한 시트 표면에 수직한 방향은 "c" 방향을 포함하고 길이 및 폭을 따른, 즉 대향된 주표면을 따른 또는 대향된 주표면에 평행한 방향은 "a" 방향을 포함하며 시트의 열적, 전기적 특성은 "c" 및 "a" 방향에 대하여 그 크기가 매우 상이하게 된다.
그러나 전자 산업 분야에서는 일반적으로 그래파이트계 재료의 사용으로 인해 그래파이트 입자가 플레이킹(flaking)되어 떨어지고, 이러한 박편들이 장비의 작동이나 기능을 기계적으로 방해하며(즉, 먼지 입자와 같은 방식으로), 보다 중요하게는, 그래파이트의 전도 특성 때문에 그래파이트 박편들은 전기적으로 발광형 디스플레이 장치의 작동을 방해할 수 있다는 것이 염려되는 사항이었다. 비록 이러한 염려가 잘못된 것이라는 것이 밝혀졌다고 여겨져 왔지만, 여전히 이러한 문제점은 존재한다.
또한, 발광형 디스플레이 장치에 그래파이트 열 확산기를 부착하기 위한 접착제의 사용은 때때로 불리할 수 있다. 더욱 상세하게는, 재가공(즉, 열 확산기의 제거 및 교체)이 필요한 경우, 접착제 결합은 그래파이트 시트의 구조적인 결합성보다 더 강할 수 있다; 이러한 경우에, 그래파이트 시트는 스크레이퍼 또는 이와 유사한 도구 등을 사용하지 않고서는 패널로부터 항상 깨끗하게 분리시킬 수는 없으며, 이는 시간적으로도 소모적이고 그래파이트 시트, 패널 또는 둘 모두에 잠재 적인 손상을 가져올 수 있다.
종종 발생하는 또 다른 문제점은 열 확산기가 그 사이에 배치되도록 디스플레이 패널에 알루미늄과 같은 금속 샤시를 부착하는데 있다. 종래에는 이러한 샤시가 양면 접착 테이프 재료를 이용하여 패널에 부착되었으며, 이러한 접착 테이프 재료는 열 확산기 주변에서 "사진틀(picture frame)"을 형성하여 열 확산기 주위에서 패널에 부착된다. 이 때문에, 테이프 재료에 대한 접착 요구조건은 매우 엄격하며, 때로는 경제적으로 효과적이지 않은 재료의 사용을 요구한다.
따라서, 무게가 가볍고 비용 효율적인 발광형 디스플레이 장치용으로서 금속 샤시 구조체가 직접 부착될 수 있는 열 확산기가 요구되며, 특히 그래파이트 입자가 플레이킹 되는 것을 막기 위해 절연되고, 필요할 때 장치로부터 효율적으로 제거가 가능한 열 확산기가 요구된다. 요구되는 확산기는 확산기에 의해 접촉되는 장치의 영역에 걸친 온도 차이의 균형을 맞출 수 있어, 그렇지 않았더라면 패널이 받게될 열적인 스트레스를 줄일 수 있어야 하고, 열점의 구체적 위치가 고정되지 않는 곳에서조차 열점을 줄일 수 있도록 하는 기능을 수행할 수 있어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 플라즈마 디스플레이 패널, 발광 다이오드 또는 액정 디스플레이와 같은 디스플레이 장치용으로서, 디스플레이 장치의 뒷면과 이에 부착되는 샤시 구조체 사이에 배치될 수 있는 열 확산기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 사용하는 동안 발생하는 온도차이를 개선하기 위해 디스플레이 장치에 사용될 수 있으며 디스플레이 장치와 샤시 구조체 사이에서 열 전달을 관리하도록 기능할 수 있는 열 확산 소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 플라즈마 디스플레이 패널의 하나 또는 그 이상의 셀과 같은 열원에 열 확산 소재를 제공하여, 본 발명에 따른 열 확산기를 사용하지 않는 패널과 비교하여 볼 때 패널 상의 어느 두 위치 사이의 온도차를 줄일 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 플라즈마 디스플레이 패널 또는 발광 다이오드와 같은 열원의 집합체 또는 열원과 샤시 구조체 사이에 적용될 수 있고, 열 확산기와 디스플레이 장치 사이에서 좋은 열 접촉을 형성하며 부착될 수 있는 열 확산 소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 그래파이트 입자가 플레이킹 되는 것을 막거나 또는 그 가능성을 줄이기 위해 절연되는 열 확산 소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 확산기 또는 열원에 최소한의 손상을 주면서 열원에 접착되고 제거될 수 있는 열 확산기를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 가격적인 면에서 저렴하면서도 충분한 용량으로 생산가능한 열 확산기를 제공하는 것이다.
다음의 설명을 읽는 숙련된 기술자에게 명백한 상기 목적들은 두 개의 주표면을 갖고, 상기 주표면이 발광형 디스플레이 장치의 배면을 향하는 방전 셀과 같은 장치의 부분의 표면 영역보다 더 큰 표면 영역을 갖는, 박리된 그래파이트의 압축 입자로 이루어진 하나 이상의 시트를 포함하는 디스플레이 장치용 열 확산기를 제공함으로써 달성된다. 박리된 그래파이트의 압축된 입자로 이루어진 시트는 그 주표면 중 하나 또는 모두의 위에 접착성 물질의 층을 구비할 수 있다. 디스플레이 장치는 플라즈마 디스플레이 패널 또는 발광 다이오드 패널과 같은 발광형 디스플레이 장치이거나 또는 액정 디스플레이 장치와 같은 다른 유형의 디스플레이 장치일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 박리된 그래파이트의 압축 입자로 이루어진 하나 이상의 시트가 상기 장치의 배면을 향하는 다수개의 방전 셀 부분의 표면 영역보다 더 큰 표면 영역을 구비한다.
다른 실시예에서는, 열 확산기가 박리된 그래파이트의 압축된 입자로 이루어진 시트를 다수개 포함하는 적층물이며; 이로부터 그래파이트 입자의 플레이킹(flaking)을 방지하기 위하여 그 위에 보호 코팅을 구비할 수도 있다. 바람직한 실시예에서는, 열 확산기의 표면은 그 위에 알루미늄이나 구리 시트 또는 얇은 플라스틱 막과 같은 외장 시트(facing sheet)를 구비하여, 열 확산기를 밀봉하도록 하며 재가공을 용이하게 한다.
바람직한 실시예에서, 접착제가 사용될 때, 열 확산기는 릴리스 재료(release material)를 구비하며, 이러한 릴리스 재료는 각 주표면 상에 있는 접착제가 열 확산기와 릴리스 재료 사이에 샌드위치 되도록 배치된다. 상기 릴리스 재료 및 접착제는 상기 열 확산기에 바람직하지 않은 손상을 야기함이 없이 상기 릴리스 재료의 소정 제거율을 허용하도록 선택된다. 실제로, 접착제와 릴리스 재료는 초당 1미터의 제거 속도(release speed)에서 센티미터 당 약 40그램 이하의, 보다 바람직하게는 초당 1 미터의 제거 속도에서 센티미터당 약 10그램이하의 평균 제거 부하(release load)를 제공한다.
추가적으로, 접착제는 제곱 센티미터당 약 125 그램 이상의 최소 랩 전단 접착 강도(minimun lap shear adhesion strength)를 달성하는 것이 바람직하며, 제곱 센티미터 당 약 700 그램 이상의 평균 랩 전단 접착 강도를 달성하는 것이 더욱 바람직하다. 열 확산기 재료 자체와 비교할 때, 상기 접착제는 접착제/열 확산기의 두께에 대한 열 저항의 증가를 약 35% 이하로 되게 한다. 접착제의 두께는 약 0.015 mm 이하이어야 하며, 더욱 바람직하게는 약 0.005mm 이하이어야 한다.
앞서 설명한 일반적인 설명 및 하기하는 상세한 설명은 본 발명의 실시예를 제공하고, 청구되어지는 본 발명의 특징 및 성격 그리고 이해를 위한 전반 또는 구조를 제공하기 위한 것임을 이해하여야 한다. 첨부된 도면은 본 발명의 추가적인 이해를 제공하기 위한 것이며, 발명의 일부를 구성하도록 병합되어 있다. 상기 도면은 본 발명의 다양한 실시예를 도시하고 있으며, 이는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 작동 및 원리를 설명하는 것을 돕는다.
도 1은 본원발명의 열 확산기의 일 실시예에 대한 측면도이다.
도 2는 본원발명의 열 확산기의 다른 실시예에 대한 부분 절개된 상부 사시도이다.
도 3은 본원발명의 열 확산기의 또 다른 실시예에 대한 부분 절개된 상부 사시도이다.
도 4는 수지 함침된(resin impregnated) 가요성 그래파이트의 연속 제조를 위한 시스템을 도시한다.
그래파이트는 평면 사이에 약한 결합을 갖는 편평한 층 평면 내에 공유 결합된 원자를 포함하는 탄소의 결정 구조이다. 천연 그래파이트 플레이크(flake)와 같은 그래파이트 입자를, 예를 들어 황산과 질산의 용액의 인터카랜트(intercalant)로 처리함으로써, 그래파이트의 결정 구조가 그래파이트와 인터카랜트의 화합물을 형성하도록 반응한다. 처리된 그래파이트의 입자는 그 후 "인터카레이트된 그래파이트 입자(particles of intercalated graphite)"로 지칭된다. 고온에 노출되면, 그래파이트 내의 인터카랜트는 분해되고 기화되어, 인터카레이트된 그래파이트 입자가 "c" 방향, 즉 그래파이트의 결정면에 수직한 방향으로 아코디언 형태로 초기 치수 보다 약 80배 이상 큰 치수로 팽창한다. 팽창된(혹은 박리된(exfoliated) 지칭됨) 그래파이트 입자는 외형이 벌레 모양이어서, 통상 벌레(worms)로 지칭된다. 벌레는 초기의, 그래파이트 플레이크와 달리, 변형된 기계적 충격에 의해 작은 횡단 개구를 가질 수 있으며 다양한 형태로 형성 및 절단될 수 있는 가요성 시트 내에 함께 압축될 수도 있다.
본 발명에 사용되기에 적절한 가요성 시트용 그래파이트 출발 물질은 할로겐화물 뿐만 아니라 유기산 및 무기산을 인터카레이트시킬 수 있고 이후 열에 노출될 때 팽창할 수 있는 고도의 그래파이트 탄소질 재료(highly graphitic carbonaceous material)를 포함한다. 이들 고도의 그래파이트 탄소질 재료는 가장 바람직하게 약 1.0의 흑연화도(a degree of graphitization)를 갖는다. 본원에서 사용될 때, "흑연화도"란 용어는 g = [3.45-d(002)]/0.095에 따른 값 g를 지칭하며, 여기서 d(002)는 옹스트롱 단위로 측정된 결정 구조 내의 탄소의 그래파이트 층 사이의 거리이다. 그래파이트 층 사이의 거리 d는 표준 X-선 회절 기술에 의해 측정된다. (002), (004) 및 (006) 밀러 지수에 대응하는 회절 피크의 위치가 측정되고, 이들 모든 피크에 대한 전체 에러를 최소화시키는 거리를 유도하기 위해 표준 최소 자승법 기술이 이용된다. 고도의 그래파이트 탄소질 재료의 예로는 다양한 소스로부터의 천연 그래파이트 뿐만 아니라 화학 기상 증착, 폴리머의 고온 열분해, 또는 용융된 금속 용매로부터의 결정화 등에 의해 준비된 탄소와 같은 다른 탄소질 재료를 포함한다. 천연 그래파이트가 가장 바람직하다.
본 발명에 사용되는 그래파이트 출발 물질은 출발 물질의 결정 구조가 요구된 흑연화도를 유지하고 출발 물질이 박리될 수 있는 한 비-그래파이트 성분을 함유할 수도 있다. 일반적으로, 결정 구조가 요구된 흑연화도를 소유하고 박리될 수 있는 탄소 함유 재료는 본 발명에 사용되기에 적절하다. 이러한 그래파이트는 바람직하게 80 중량% 이상의 순도를 갖는다. 보다 바람직하게, 본 발명에 사용된 그래파이트는 약 94% 이상의 순도를 가질 것이다. 가장 바람직한 실시예에서, 사용된 그래파이트는 약 98% 이상의 순도를 가질 것이다.
그래파이트 시트를 제조하는 통상적인 방법은 쉐인(Shane) 등에게 허여된 미국 특허 제 3,404,061호에 개시되어 있고, 그 개시 내용은 본원에 참고로 병합된다. 쉐인 등에게 허여된 특허의 방법의 실행에서, 천연 그래파이트 플레이크는 예를 들어 질산과 황산의 혼합물을 함유하는 용액 내에 유리하게 100 중량부의 그래파이트 플레이크(pph) 당 약 20 내지 약 300 중량부의 인터카랜트 용액 레벨로 플 레이크를 분산킴으로써 인터카레이트된다. 인터카레이션 용액은 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 산화제와 다른 인터카레이팅제를 함유한다. 그 예로는 질산, 칼륨 클로레이트, 크롬산, 과망간산 칼륨, 칼륨 크로메이트, 칼륨 디크로메이트, 과염소산 등을 함유하는 용액 등이나, 예를 들어 농축된 질산 및 염소산염, 크롬산 및 인산, 황산 및 질산과 같은 혼합물, 또는 강 유기산 예를 들어 트리플루오로아세트산의 혼합물 및 유기산에 용해가능한 강 산화제와 같은 산화제 및 산화 혼합물을 함유하는 것을 포함한다. 대안적으로, 전기 포텐셜이 그래파이트의 산화를 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 전해질 산화를 이용하여 그래파이트 결정에 유입될 수 있는 화학종은 황산 뿐만 아니라 다른 산을 포함한다.
바람직한 실시예에서, 인터카레이팅제는 황산, 또는 황산과 인산, 및 산화제, 즉 질산, 과염소산, 크롬산, 과망간산 칼륨, 과산화수소, 요오드산 또는 과옥소산 등의 혼합 용액이다. 덜 바람직할 수도 있지만, 인터카레이션 용액은 염화제1철(ferric chloride), 및 황산과 혼합된 염화제1철과 같은 금속 할로겐화물, 또는 브롬 용액으로서의 브롬 및 유기 용매 내의 황산 또는 브롬과 같은 할라이드를 함유할 수도 있다.
인터카레이션 용액의 양은 약 20 내지 약 350pph 그리고 보다 일반적으로 약 40 내지 약 160pph 범위일 수도 있다. 플레이크가 인터카레이트된 후에, 임의의 과잉 용액은 플레이크로부터 유출되고 플레이크는 수세척된다.
대안적으로, 인터카레이션 용액의 양은 약 10 내지 약 40pph 범위로 제한될 수도 있는데, 이로 인해 참고로 본원에 병합된 미국 특허 제 4,895,713호에 개시되 고 설명된 것처럼 세척 단계가 제거될 수 있다.
인터카레이션 용액으로 처리된 그래파이트 플레이크 입자는 예를 들어 25℃ 내지 125℃ 범위의 온도에서 산화 인터카레이팅 용액의 표면 필름과 반응하는 알코올, 설탕, 알데히드 및 에스테르로부터 선택되는 유기 환원제(organic reducing agent)와 혼합됨으로써 선택적으로 접촉될 수 있다. 적절한 특정 유기제로는 헥사데카놀, 옥타데카놀, 1-옥탄올, 2-옥탄올, 데실알코올, 1,10 데칸디올, 데실알데히드, 1-프로판올, 1,3프로판디올, 에틸렌글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 덱스트로스, 프럭토스, 락토스, 수크로스, 포테이토 스타치, 에틸렌 글리콜 모노스테아레이트, 디에틸렌 글리콜 디벤조에이트, 프로필렌 글리콜 모노스테아레이트, 글리세롤 모노스테아레이트, 디메틸 옥실레이트, 디에틸 옥실레이트, 메틸 포르메이트, 에틸 포르메이트, 아스코르빈산 및 소듐 리그노술페이트와 같은 리그린 유도 화합물을 포함한다. 유기 환원제의 양은 적절하게 그래파이트 플레이크 입자의 약 0.5 내지 4 중량%이다.
인터카레이션 전에, 중에 또는 직후에 적용된 팽창 보조제의 이용이 또한 개선점을 제공할 수 있다. 이들 개선점 중 박리 온도는 감소될 수 있고 팽창된 부피(또한 "벌레 부피"로 지칭됨)는 증가될 수 있다. 본원에서 팽창 보조제는 유리하게 팽창 개선을 달성하기 위해 인터카레이션 용액 내에 충분히 용해 가능한 유기 재료일 것이다. 더욱 좁게, 탄소, 수소 및 산소를 함유하는 이러한 형태의 유기 재료가, 바람직하게는 배타적으로, 이용될 수도 있다. 카르복실산이 특히 효과적이라고 알려져 있다. 팽창 보조제로서 유용한 카르복실산은 1 개 이상의 탄소 원 자, 바람직하게 약 15 개 이하의 탄소 원자를 갖는 방향족, 지방족 또는 지환족, 직쇄 또는 분지쇄의, 포화 및 불포화 모노카르복실산, 디카르복실산 및 폴리카르복실산으로부터 선택될 수 있고, 박리의 하나 이상의 측면의 개선을 제공하기에 효과적인 양으로 인터카레이션 용액에 용해 가능하다. 적절한 유기 용매는 인터카레이션 내의 유기 팽창 보조제의 용해성을 개선시키기 위해 사용될 수 있다.
포화 지방족 카르복실산의 대표적인 예는 화학식 H(CH2)nCOOH와 같은 산이고, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 낙산, 펜탄산, 헥산산 등을 포함하며, 여기서 n은 0에서 약 5까지의 수이다. 카르복실산을 대신하여, 무수물 또는 알킬 에스테르와 같은 반응성 카르복실산이 또한 사용될 수 있다. 알킬 에스테르의 대표적인 예는 메틸 포르메이트 및 에틸 포르메이트이다. 황산, 질산 및 다른 공지된 수용성 인터카랜트는 포름산을 궁극적으로 물과 이산화탄소로 분해시킬 수 있다. 이 때문에, 포름산과 다른 민감한 팽창 보조제는 유리하게 수용성 인터카랜트 내에 플레이크를 주입시키기 전에 그래파이트 플레이크와 접촉된다. 대표적인 디카르복실산은 2-12 개의 탄소 원자를 갖는 지방족 디카르복실산, 특히 옥살산, 푸마르산, 말론산, 말레산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 1,5-펜탄디카르복실산, 1,6-헥산디카르복실산, 1,10-데칸디카르복실산, 시클로헥산-1,4-디카르복실산 및 프탈산 또는 테레프탈산과 같은 방향족 디카르복실산이다. 대표적인 알킬 에스테르는 디메틸 옥실레이트 및 디에틸 옥실레이트이다. 대표적인 지환족 산은 시클로헥산 카르복실산이고 대표적인 방향족 카르복실산은 벤조산, 나프토산(naphthoic acid), 안 트라닐산, p-아미노벤조산, 살리실산, o-, m-, 및 p-토릴산, 메톡시 및 오톡시 벤조산, 아세토아세트아미도벤조산 및, 아세트아미도벤조산, 페닐아세트산 및 나프토산이다. 대표적인 하이드록시 방향족 산은 하이드록시 벤조산, 3-하이드록시-1-나프토산, 3-하이드록시-2-나프토산, 4-하이드록시-2-나프토산, 5-하이드록시-1-나프토산, 5-하이드록시-2-나프토산, 6-하이드록시-2-나프토산 및 7-하이드록시-2-나프토산이다. 폴리카르복실산 중에는 구연산이 대표적이다.
인터카레이션 용액은 수용성일 것이고 바람직하게 약 1 내지 10%의 팽창 보조제를 함유하며, 이 양은 박리를 향상시키는데 효과적이다. 팽창 보조제가 수용성 인터카레이션 용액 내에 주입되기 전 또는 주입된 후에 그래파이트 플레이크와 접촉되는 실시예에서, 팽창 보조제는 그래파이트와 일반적으로 약 0.2중량% 내지 약 10중량% 범위의 양으로 V-블렌더와 같은 적절한 수단에 의해 혼합될 수 있다.
그래파이트 플레이크를 인터카레이트하고, 그 후 인터카레이트된 그래파이트 플레이크와 유기 환원제를 혼합한 후에, 상기 혼합물은 25℃ 내지 125℃ 범위의 온도에 노출되어 환원제와 인터카레이트된 그래파이트 플레이크의 반응을 촉진시킬 수 있다. 가열 기간은 약 20시간까지이며, 전술한 범위보다 높은 온도에 대해서는 보다 짧은 가열 기간, 예를 들어 적어도 약 10분이다. 30분 이하의 시간, 예를 들어 10 내지 25분 정도가 보다 높은 온도에서 사용될 수 있다.
그래파이트 플레이크를 인터카레이트시키고 박리시키는 전술한 방법은 흑연화 온도, 즉 약 3000℃ 및 그 이상의 범위의 온도에서 그래파이트 플레이크의 예비 처리 및 유기화제에 유연성 첨가제를 함유함으로써 바람직하게 향상될 수도 있다.
그래파이트 플레이크의 예비처리, 또는 어닐링은 플레이크가 후속적으로 인터카레이션 및 박리될 때 상당히 증가된 팽창(즉, 300%까지 또는 그 이상의 팽창 부피 증가)을 야기한다. 사실, 바람직하게, 팽창의 증가는 어닐링 단계가 없는 유사한 프로세싱과 비교할 때 약 50% 이상이다. 어닐링 단계에 사용되는 온도는 3000℃ 보다 상당히 낮아서는 안되는데, 이는 100℃ 더 낮은 온도에서 조차 실질적으로 감소된 팽창을 야기하기 때문이다.
본 발명의 어닐링은 인터카레이션 및 후속적인 박리 시에 향상된 정도의 팽창을 갖는 플레이크를 야기하기에 충분한 시간 동안 수행된다. 일반적으로 요구된 시간은 1 시간 이상, 바람직하게 1 내지 3시간이고, 가장 바람직하게는 불활성 분위기에서 진행한다. 최대의 유익한 결과를 위해, 어닐링된 그래파이트 플레이크는 팽창 정도를 향상시키기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 다른 프로세스, 즉 유기 환원제, 유기 산과 같은 인터카레이션 보조제, 및 인터카레이션 후 계면활성제 세척제의 존재 하에서의 인터카레이션을 거칠 것이다. 더욱이, 최대의 유익한 결과를 위해, 인터카레이션 단계는 반복될 수도 있다.
본 발명의 어닐링 단계는 흑연화 분야에서 공지되고 인식된 유도로 또는 다른 유사한 장치에서 수행되고, 여기서 사용되는 온도는 3000℃ 범위이고, 흑연화 프로세스에서 일어날 수 있는 높은 범위의 온도이다.
예비 인터카레이션 어닐링을 거친 그래파이트를 이용하여 생성된 벌레는 종종 서로 "응집(clump)"되어, 면적 중량 균일성(area weight uniformity)에 악영향을 줄 수 있다고 관찰되었기 때문에, "자유 유동" 벌레의 형성을 보조하는 첨가제 가 매우 바람직하다. 인터카레이션 용액에 유연성 첨가제를 첨가하면 압축 장치(그래파이트 벌레를 가요성 그래파이트 시트로 압축(또는 "칼랜더링")하는데 통상적으로 사용되는 칼랜더 스테이션의 베드와 같은)의 베드를 가로질러 벌레의 보다 균일한 분포가 용이하게 된다. 그러므로 결과적인 시트는, 심지어 초기 그래파이트 입자가 종래 사용된 것보다 작을 때에도, 보다 큰 면적 중량 균일성과 인장 강도를 갖는다. 유연성 첨가제는 바람직하게 장쇄(long chain) 탄화수소이다. 다른 작용기가 존재한다 하더라도, 장쇄 탄화수소기를 갖는 다른 유기 화합물이 또한 사용될 수 있다.
보다 바람직하게, 유연성 첨가제는 오일이며, 광유(mineral oil)가 특히 장기간 저장에 있어 중요한 고려사항인 악취 및 냄새가 덜 하다는 사실을 고려할 때 가장 바람직하다. 전술한 소정의 팽창 보조제가 유연성 첨가제의 정의를 충족시킴을 주목한다. 이들 소재가 팽창 보조제로 사용될 때, 유기화제 내에 별도의 유연성 첨가제를 포함할 필요가 없다.
유연성 첨가제는 약 1.4 pph 이상, 보다 바람직하게 약 1.8pph 이상의 양으로 유기화제 내에 존재한다. 유연성 첨가제 함유의 상한이 하한 보다 중요하진 않지만, 약 4pph를 초과하는 정도의 유연성 첨가제를 함유한다고 하여 상당한 추가적인 장점이 있는 것은 아니다.
이렇게 처리된 그래파이트 입자는 종종 "인터카레이트된 그래파이트 입자"로 지칭된다. 고온, 예를 들어 약 160℃ 이상의 온도 및 특히 약 700℃ 내지 1000℃ 이상의 온도에 노출될 때, 인터카레이트된 그래파이트의 입자는 "c" 방향, 즉 구성 성분인 그래파이트 입자의 결정면에 수직한 방향으로 아코디언 형태로 초기 부피 보다 약 80배 내지 1000배 이상 팽창한다. 팽창된, 즉 박리된 그래파이트 입자는 외형이 벌레 모양이어서, 통상 벌레로 지칭된다. 벌레는 초기 그래파이트 플레이크와 달리 후술되는 바와 같이 다양한 형태로 형성 및 절단될 수 있는 작은 횡단 개구를 갖는 가요성 시트로 압축 성형될 수도 있다.
대안적으로, 본 발명의 가요성 그래파이트 시트는 새로이 팽창된 벌레 보다 재형성(reground)된 가요성 그래파이트 시트 입자를 이용할 수도 있다. 시트는 새로 형성된 시트 소재, 재활용된 시트 소재, 스크랩 시트 소재, 또는 소정의 다른 적절한 소스일 수도 있다.
또한 본 발명의 방법은 초기 소재와 재활용된 소재의 혼합물을 이용할 수도 있다.
재활용된 소재의 소스 소재는 전술한 것처럼 압축 성형된 시트 또는 시트의 마무리부분, 또는 예를 들어 예비 칼랜더링 롤로 압축된 시트일 수도 있다. 더욱이, 소스 소재는 수지가 함침되었지만 아직 경화되지 않은 시트 또는 시트의 마무리부분, 또는 수지가 함침되고 경화된 시트 또는 시트의 마무리부분일 수도 있다. 소스 소재는 유동 필드 플레이트 또는 전극과 같은 재활용된 가요성 그래파이트 PEM 연료 전지 성분일 수도 있다. 다양한 그래파이트 소스 각각은 그대로 또는 천연 그래파이트 플레이크와 혼합된 채로 사용될 수도 있다.
가요성 그래파이트 시트의 소스 소재가 이용가능하면, 입자를 생성하기 위해 제트 밀, 에어 밀, 블렌더 등과 같은 공지된 프로세스 또는 장치와 연결될 수 있 다. 바람직하게, 대부분의 입자는 20 U.S. 메쉬를 통과하고, 보다 바람직하게 대부분(약 20% 초과, 보다 바람직하게 약 50% 초과)이 80 U.S. 메쉬를 통과하지 않는 지름을 갖는다. 가장 바람직하게 입자는 약 20 메쉬 이하의 입자 크기를 갖는다.
분쇄된 입자의 크기는 요구된 열적 특성과 그래파이트 입자의 기계가공성 및 성형성을 균형맞추도록 선택될 수도 있다. 그러므로, 보다 작은 입자는 기계가공 및/또는 성형을 용이하게 하는 그래파이트 입자를 야기하는 반면, 보다 큰 입자는 보다 큰 이방성과, 그에 따른 보다 큰 수평(in-plane) 전기전도도 및 열전도도를 야기할 것이다.
소스 소재가 분쇄되고, 필요에 따라 모든 수지가 제거되면, 이는 재팽창된다. 재팽창은 인터카레이션과 박리 프로세스 및 Greinke 등에게 허여된 미국 특허 제 4,895,713호 및 Shane에게 허여된 미국 특허 제 3,404,061호에 개시된 내용을 이용함으로써 발생할 수도 있다.
일반적으로, 인터카레이션 후에 입자는 노 내에서 인터카레이트된 입자를 가열함으로써 박리된다. 이러한 박리 단계 중에, 인터카레이트된 천연 그래파이트 플레이크는 재활용되고 인터카레이트된 입자에 추가될 수도 있다. 바람직하게, 재팽창 단계 중에 입자는 약 100cc/g 이상 그리고 약 350cc/g까지 또는 그 이상까지의 범위의 비부피를 갖도록 팽창된다. 마지막으로, 재팽창 단계 후에, 재팽창된 입자는 전술한 것처럼 가요성 시트로 압축될 수도 있다.
가요성 그래파이트 시트 및 포일은 좋은 취급 강도로 밀착되고, 예컨대 세제곱 센티미터당 약 0.1 에서 1.5 그램(g/cc)의 전형적인 밀도 및 약 0.025 mm 에서 3.75mm의 두께로, 예를 들어 압축 성형에 의해 적절하게 압축된다. 비록 항상 바람직한 것은 아니지만, 가요성 그래파이트 시트는 또한, 때때로, 수지로 바람직하게 처리될 수 있으며, 흡수된 수지는 경화 후에 상기 시트의 형태를 "고정" 시킬 뿐 아니라, 가요성 그래파이트 시트의 습기 저항 및 취급 강도, 즉 강성을 향상시킨다. 사용되는 경우, 적합한 수지 내용물은 약 5 중량% 이상이 바람직하고, 약 10 중량% 내지 35 중량%가 더욱 바람직하고, 약 60 중량% 까지도 적합하다. 본 발명의 실시예에서 특히 유용한 것으로 판단되는 수지들은 아크릴-, 에폭시- 및 페놀에 기초한 수지 시스템, 또는 그 혼합물이다. 적합한 에폭시 수지 시스템은 디글리시딜 에테르 또는 비스페놀 A (DGEBA) 및 다른 다기능성 수지 시스템에 기초한 것을 포함한다; 적용될 수 있는 페놀 수지는 리소울 및 노보락 페놀을 포함한다.
도 4를 참고하면, 시스템은 수지가 함침된 가요성 그래파이트 시트의 연속적인 생산을 위하여 개시된 것으로, 그래파이트 플레이크 및 액체 삽입성 물질이 반응기(104) 안에 채워진다. 더욱 상세하게는, 액체 삽입성 물질을 담기 위해 용기(101)가 제공된다. 바람직하게는 스테인리스 스틸로 만들어진 용기(101)에는 연속적으로 도관(106)을 경유하여 액체 유기화제가 공급될 수 있다. 용기(102)은 용기(101)로부터 온 삽입성 물질과 함께, 반응기(104)안으로 안내되는 그래파이트 플레이크를 담고 있다. 밸브(108, 107)에 의해서 삽입성 물질 및 그래파이트 플레이크의 반응기(104) 안으로의 각각의 입력 비율이 조절된다. 용기(102) 안의 그래파이트 플레이크는 도관(109)을 경유하여 연속적으로 공급될 수 있다. 예를 들어 트레이스 산과 같은 인터카레이션 증강제와 같은 첨가물, 그리고 유기 화학물이 밸 브(111)에 의해 그 출력이 계량되는 디스펜서(110)를 경유하여 추가될 수 있다.
결과적으로 인터카레이트된 그래파이트 입자들은 흠뻑 젖고, 산이 코팅되고, 바람직하게는, 116, 118에서 세척 탱크로 들어가고 나오는 물로 입자들이 세척되는 세척 탱크(114)로 (도관(112)을 통해서) 유입된다. 이 때 세척되고 인터카레이트된 그래파이트 플레이크는 도관(120)을 통하여 건조 챔버(122)를 지난다. 팽창 및 사용동안 박리와 같은 표면 화학 작용을 조절하고, 팽창을 야기하는 가스 발산을 조절하기 위한 목적으로, 버퍼, 산화 방지제, 오염 감소 화학물과 같은 첨가제가 용기(119)로부터 인터카레이트된 그래파이트 플레이크의 유동으로 추가될 수 있다.
인터카레이트된 그래파이트 플레이크는, 바람직하게는 약 75℃에서 약 150℃의 온도에서, 일반적으로 인터카레이트되는 그래파이트 플레이크의 팽창 또는 부풀어오름을 회피하기 위해 건조기(122)에서 건조된다. 건조 후에, 인터카레이트된 그래파이트 플레이크는, 예를 들어, 도관(126)을 통해 수집 용기(124)에 연속적으로 공급됨으로써, 플레임(200) 안으로 스트림으로써 공급되고, 그 후 2로 표시된 것과 같이 팽창 용기(128)에서 플레임(200) 안으로 스트림으로써 공급된다. 분해된 쿼트 글래스 피버, 탄소 및 그래파이트 피버, 지르코니아, 보론 니트라이드, 실리콘 카바이드 및 마그네시아 피버 등으로 형성된 세라믹 피버 및 칼슘 메타실리케이트 피버, 칼슘 알루미늄 실리케이트 피버, 알루미늄 옥사이드 피버와 같은 자연 발생한 무기물 피버 등의 입자와 같은 첨가제는 용기(129)로부터 127에서 안내되는 비-반응성 가스에서 유입에 의해 추진되는 인터카레이트된 그래파이트 입자의 스트림으로 추가될 수 있다.
팽창 챔버(201)에서 플레임(200)을 통과하는 경로에서, 인터카레이트된 그래파이트 입자(2)는 "c" 방향으로 80배 이상 팽창하고, "벌레 모양으로" 팽창된 형태(5)를 띠게 된다; 129로부터 안내되어 인터카레이트된 그래파이트 입자의 스트림에 혼합된 첨가제는 본질적으로 플레임(200)을 통하는 경로에 의해 영향을 받지 않는다. 팽창된 그래파이트 입자(5)는 중력 분리기(130)를 지날 수 있고, 이때 무거운 애쉬 천연 미네랄 입자는 팽창된 그래파이트 입자로부터 분리되고, 그 후 넓은 상부 하퍼(132)안으로 들어간다. 분리기(130)는 필요하지 않을 때 생략될 수 있다.
팽창된, 즉 박리된 그래파이트 입자(5)는 하퍼(132)에서 다른 첨가제와 함께 자유로이 떨어지고, 자유분방하게 흩어져 통로(134)를 통해서, 압축 스테이션(136) 안으로 지나간다. 압축 스테이션(136)은 박리되고 팽창된 그래파이트 입자(5)를 수용하기 위해 이격되어 설치되고 마주하고 수렴하는 이동 다공성 벨트(157, 158)를 포함한다. 마주보는 이동 벨트(157, 158) 사이의 수렴하는 공간으로 인해, 박리되고 팽창된 그래파이트 입자는 예를 들어 약 25.4로부터 0.075mm, 특별하게는 약 25.4로부터 2.5mm까지의 두께와 약 0.08에서 2.0g/㎤의 밀도를 갖는, 148에서 지시되는, 가요성 그래파이트의 매트로 압축된다. 가스 세정기(149)는 팽창 챔버(201)와 하퍼(132)로부터 발산하는 가스를 제거하고 정화하도록 사용될 수 있다.
매트(148)는 용기(150)를 지나, 스프레이 노즐(138)로부터 액체 수지가 함침되고, 상기 수지는 바람직하게는 진공 챔버(139)에 의해 "매트를 통해 당겨지는 것"이 바람직하고, 상기 수지는 그 후 건조기(160)에서 건조되어 수지의 점착성이 감소되고, 그 후에 수지가 함침된 매트(143)는 캘린더 밀(170)에서 롤 압축된 가요성 그래파이트 시트(147)로 고밀도화 된다. 용기(150)과 건조기(160)로부터 온 가스 및 연기는 가스 세정기(165)안에서 모여서 정화되는 것이 바람직하다.
고밀도화 과정 후에, 가요성 그래파이트 시트(147)안의 수지는 건조 오븐(180)에서 적어도 부분적으로 경화된다. 대안적으로, 부분적인 경화는 비록 고밀도화 과정 후가 바람직하지만 고밀도화 과정 전에 실행될 수도 있다.
그러나, 바람직한 실시예에서, 가요성 그래파이트 시트에는 수지가 함침되지 않으며, 이러한 경우 용기(150), 건조기(160) 및 건조 오븐(180)은 생략될 수 있다.
플라즈마 디스플레이 패널은 현재 (모서리로부터 모서리까지) 1m 및 그 이상의 크기로 생산되고 있다. 따라서, 그러한 패널에서 열점의 효과를 개선하고 냉각하기 위해 사용되는 열 확산기는 약 270mm ×약 500mm만큼 큰 크기로, 또는 약 800mm ×500mm의 크기로, 또는 그 이상으로 비교적 커야 한다. 상술한 바와 같이, 플라즈마 디스플레이 패널에는, 플라즈마 가스를 각각 담고있는, 수십만 개의 셀이 존재한다. 전압이 각각의 셀에 인가되는 경우, 상기 플라즈마 가스는 각각의 셀에서 색깔을 띤 빛을 생성하도록 인광체와 반응한다. 플라즈마를 생성하도록 가스를 이온화시키기 위해서는 상당한 전력이 필요하기 때문에, 플라즈마 디스플레이는 매우 뜨거워지기 쉽다. 게다가, 패널의 특정한 영역에서의 색깔에 따라, 패널 자체에 열적인 스트레스를 야기할 뿐 아니라 디스플레이의 수명을 짧게 하는 인광체의 조숙한 파손을 야기할 수 있는 스크린에서의 열점이 생성될 수 있다. 따라서, 이 러한 열점의 영향을 줄이기 위한 열 확산기가 요구된다.
박리된 그래파이트의 압축 입자로 이루어진 시트, 특별하게는 박리된 그래파이트의 압축된 입자의 시트의 적층물은 플라즈마 디스플레이 패널용 열 확산기로 특히 유용하다는 것이 발견되었다. 보다 상세하게는, 여기에서 가요성 그래파이트 시트로서 언급되는, 박리된 그래파이트의 압축 입자로 이루어진 하나 또는 그 이상의 시트는 플라즈마 디스플레이 패널의 배면에 열 접촉하도록 위치하고, 그 결과 가요성 그래파이트 시트는 패널에서 다수개의 열원(즉, 방전 셀)을 덮고 있다. 다른 말로 말하면, 가요성 그래파이트 시트의 표면 영역은 플라즈마 디스플레이 패널의 배면에서 방전 셀의 표면 영역보다 크다; 실제로, 가요성 그래파이트 시트의 표면 영역은 플라즈마 디스플레이 패널의 배면에서 다수개의 방전 셀의 표면 영역보다 크다. 사실상, 플라즈마 디스플레이 패널의 거의 모든 표면영역을 덮는데 있어서 하나 내지 4개의 가요성 그래파이트 시트가 충분한 것으로 고려된다. 따라서 본 발명에 따른 열 확산기를 형성하는 가요성 그래파이트 소재의 특성 때문에, 패널에 의해서 디스플레이되는 이미지가 변함에 따라, 플라즈마 디스플레이 패널 위의 다른 위치에서 발생하는 열점으로부터 열이 퍼질 것이다.
가요성 그래파이트 시트 소재의 특성상, 다른 소재들, 또는 그래파이트의 다른 형태들보다 더 정합성(conformability)이 있다는 점에서, 열 확산기와 플라즈마 디스플레이 패널 사이의 접촉 저항은 감소되고, 동일한 적용 압력이 적용된 선행 기술에 따른 열 확산기를 사용할 때 보다 더 나은 열적 접촉이 달성된다.
본 발명에 따른 가요성 그래파이트 시트 열 확산기는 플라즈마 디스플레이 패널 위 지역들 사이의 열 차이(즉, △T)를 줄이도록 작용한다. 다른 말로 말하면, 흰색 이미지가 생성되는 지역과 같은 패널 위의 열점과 어두운 이미지가 생성되는 근접 영역과 같은 패널 위의 열점 사이의 온도 차이가, 가요성 그래파이트 시트가 존재하지 않는 경우의 △T 와 비교할 때, 본 발명에 따른 가요성 그래파이트 열 확산기를 사용함으로써 감소될 수 있다. 따라서, 그렇지 않았더라면 플라즈마 디스플레이 패널이 받게 되는 열적 스트레스가 감소되고, 패널 수명과 효과가 향상된다. 게다가, 열점(즉, 열 스파이크)이 줄어들기 때문에, 전체 유닛이 보다 높은 온도에서 작동할 수 있고 이는 이미지 향상을 가져온다.
실제로, 본원발명의 그래파이트 열 확산기는 그 각각의 주표면 상에 접착제의 층을 구비하여 제조될 수 있다; 주 표면 중 하나의 위에 있는 접착제는 열 확산기를 플라즈마 디스플레이 패널에 부착시키며, 다른 주 표면 위에 있는 접착제는 샤시 구조체, 특히 금속 샤시를 열 확산기에, 따라서 패널에 부착시킨다. 샤시는, 구성과 연결의 편리를 위해 패널과 작동적인 관계에 부품을 배치시도록 전력원(power source) 등과 같은 디스플레이 패널의 전자 부품 중 일부나 모두가 장착되는 구조체(framework)를 구성한다.
열 확산기의 각각의 주표면에 접착제층이 구비되면, 접착제가 그래파이트 시트의 각 주 표면 상에서 릴리스 라이너(release liner)와 그래파이트 시트 사이에 샌드위치되도록 릴리스 라이너가 접착제를 덮도록 사용되어야 하며, 이로써 플라즈마 디스플레이 패널에 열 확산기를 부착시키기에 앞서 그리고 열 확산기에 샤시를 부착시키기에 앞서 그래파이트 열 확산기의 저장 및 선적이 가능하게 된다.
릴리스 라이너와 함께 접착제로 코팅된 그래파이트 시트(또는 시트의 적층물)를 사용하는데 있어서는, 대규모 플라즈마 디스플레이 패널 제조 프로세스에 실용적이기 위해서 충족시켜야할 일정한 요구조건이 있다. 특히, 그래파이트가 얇은 층으로 갈라지지 않고, 릴리스 라이너가 고속으로 시트로부터 제거될 수 있어야 한다. 얇은 층으로 갈라지는 것(delamination)은 릴리스 라이너가 접착제를 당길 때 발생하고 릴리스 라이너가 제거될 때 시트로부터 벗겨진 소정의 그래파이트는 그래파이트의 손실, 그래파이트 시트 자체의 손상, 및 그래파이트 시트를 플라즈마 디스플레이 패널에 접착시키는데 필요한 접착제의 감소 뿐만 아니라 보기 흉하고 불쾌한 외형을 야기한다.
그러나, 그래파이트가 얇은 층으로 갈라짐이 없이 접착제/그래파이트 시트로부터 릴리스 라이너의 제거를 허용하도록 접착제 및 릴리스 라이너가 선택되어야 함에도 불구하고, 접착제는 패널이 다양한 배향을 취하는 동안에도 플라즈마 디스플레이 패널 상의 정위치에 그래파이트 시트를 유지시키고 열 확산기(들)와 패널 사이의 양호한 열 접촉을 보장하도록 충분히 강해야 한다.
게다가, 열 확산기의 열적 성능의 상당한 감소가 디스플레이 패널에 대해 놓여 있는 접착제에 의해 야기되어서는 안 된다. 즉, 상당한 두께의 층으로 도포된 접착제는, 플라즈마 디스플레이 패널이나 다른 디스플레이 장치로부터 열 확산기로의 열 전도를 방해하기 때문에, 열 확산기의 열적 성능을 방해할 수 있다.
그러므로, 접착제 및 릴리스 라이너의 조합은 예를 들어 ChemInstruments HSR-1000 고속 제거 테스터에서 측정될 때 약 1m/s의 제거 속도에서, 약 40g/cm 이 하, 보다 바람직하게 약 20g/cm 이하 및 가장 바람직하게 약 10g/cm 이하의 제거 부하를 제공하도록 균형을 달성해야 한다. 예를 들어, 플라즈마 디스플레이 패널의 대규모 제조 요구사항을 충족시키기 위해 약 1m/s의 속도에서 릴리스 라이너를 제거하는 것이 바람직하다면, 릴리스 라이너의 평균 제거 부하는 상기 제거 속도에서 그래파이트가 얇은 층으로 갈라짐을 야기함이 없이 릴리스 라이너의 제거를 허용하도록 약 40g/cm 이하, 보다 바람직하게는 약 20g/cm 이하, 및 가장 바람직하게는 약 10g/cm 이하이어야 한다. 이를 달성하기 위해, 접착제의 두께는 바람직하게는 약 0.015mm 이하, 가장 바람직하게 약 0.005mm 이하이어야 한다.
균형 맞추어져야 하는 또 다른 인자는 전술한 것처럼 제조 프로세스 중에 플라즈마 디스플레이 장치 상의 정위치에 열 확산기를 유지시키고 열 확산기와 장치 사이의 양호한 열 접촉을 보장하기에 충분한 접착제의 접착 강도이다. 마찬가지로, (접착제는 샤시가 부착될 열 확산기의 전체 주 표면에 도포될 수 있으므로, 상술한 종래의 "사진틀(picture frame)" 테이프 재료의 사용에 의해 요구되는 것보다는 작기는 하지만) 접착제는 열 확산기에 대한 샤시 구조체의 부착을 유지할 수 있어야 한다. 요구된 접착을 달성하기 위해, 그래파이트 열 확산기의 각 주 표면에 도포된 접착제는 예를 들어 ChemInstruments TT-1000 인장 테스터에서 측정될 때 약 125g/㎠ 이상의 최소 랩 전단 접착 강도(lap shear adhesion strength), 보다 바람직하게 약 700g/㎠ 이상의 평균 랩 전단 접착 강도를 가져야 한다.
여기에 덧붙여, 전술한 것처럼 접착제는 열 확산기의 열적 성능을 실질적으로 방해해서는 안된다. 이는 디스플레이 패널과 접하는 주 표면 상의 접착제의 존 재가 패널과 접하는 주 표면 상에 접착제 없는 열 확산기 자체와 비교할 때 열 확산기의 전체 두께를 통한 열 저항의 증가가 약 100% 를 초과해서는 안된다는 것을 의미한다. 사실, 보다 바람직한 실시예에서, 접착제는 그 주 표면 상에 접착제 없는 열 확산 소재와 비교할 때 약 35% 초과의 열 저항 증가를 야기하지 않을 것이다.
그러므로, 접착제는 바람직하지 않은 열 저항의 상당한 증가를 피하기에 충분히 얇으면서 제거 부하 요구사항 및 평균 랩 전단 접착 강도 요구사항을 충족시켜야 한다. 이를 위해서, 주 표면 상의 접착제는 패널에 대해 놓이는 그래파이트 열 확산기의 주 표면 상에서 약 0.015mm, 보다 바람직하게 약 0.005mm 이하의 두께를 가져야 한다. 샤시 구조체가 부착되는 열 확산기의 주 표면과 관련하여서는, 열 확산기로부터 샤시 구조체로의 효과적인 열 전달이 요구되지 않는다면(즉, 샤시를 다른 열 확산기나 히트 싱크로서 사용할 필요가 없다면), 접착제는 약 0.05mm 또는 그 이상의 두께와 같이 상술된 것보다 더 두꺼울 수 있다. 그러나 열 확산기로부터 샤시로의 효과적인 열 전달이 요구된다면(즉, 샤시가 다른 열 확산기나 히트 싱크로서 사용된다면), 샤시 구조체가 부착되는 그래파이트 열 확산기의 주 표면 상에서 약 0.015mm, 보다 바람직하게 약 0.005mm 이하의 두께를 가져야 한다.
열 확산기가 약 2.0mm 이하의 두께와 약 1.6 내지 약 1.9g/cm3 범위의 밀도를 갖는 박리된 그래파이트의 압축된 입자 시트 또는 시트의 적층물인, 대규모 제조 프로세스에서 플라즈마 디스플레이 패널과 같은 디스플레이 장치에 도포하는데 유용한 열 확산기의 제조를 위해 요구되는 전술한 균형을 달성하기 위해, Technicote Inc.의 분사인 Sil Tech로부터 구입할 수 있는 L2 또는 L4릴리스 라이너와 같은 실리콘 코팅된 크라프트 종이(Kraft paper)로 제조된 릴리스 라이너와 결합된, 시판되는 소정 두께의 압력 민감 아크릴 접착제가 바람직한 결과를 달성할 수 있다. 그러므로, 각 주 표면상의 접착제가 열 확산 소재와 릴리스 재료 사이에 끼워지도록 릴리스 라이너가 위치되고, 패널과 열 확산기 사이에서 열을 전달하는데 있어서 열 확산기의 열적 성능이 실질적으로 손상되지 않는 두께의 접착제를 그 각각의 주 표면 상에 갖는, 박리된 그래파이트의 압축된 입자의 시트 또는 시트의 적층물과 같은 열 확산 소재를 포함하는 열 확산 복합소재가 제공된다. 작동에 있어서, 릴리스 재료는 열 확산기/접착제 조합으로부터 제거될 수 있고, 이후 열 확산기의 주 표면 중 하나의 주 표면 상에 있는 접착제가 열 확산 소재를 플라즈마 디스플레이 패널에 접착시키도록 열 확산 소재/접착제 조합이 플라즈마 디스플레이 패널과 같은 디스플레이 장치에 도포될 수 있다. 알루미늄이나 다른 금속으로 형성된 샤시와 같은 샤시 구조체는 열 확산기의 다른 주 표면 상에 코팅된 접착제에 의하여 열 확산기의 다른 주 표면에 부착된다.
더욱이, 다수의 플라즈마 디스플레이 패널이 제조될 때, 하나 이상의 접착제/열 확산기/접착제 조합이 다수의 플라즈마 디스플레이 패널 각각에 도포되며 각각의 접착제/열 확산기/접착제 조합에 샤시가 부착된다.
샤시가 부착되는 열 확산기의 주 표면에는 그래파이트 열 확산기와 샤시 사이에 삽입되는 바이어스 재료(biasing material)가 부착될 수도 있다. 바이어스 재료는 샤시 구조체에 의하여 바이어스 재료에 가해지는 압력에 따라, 디스플레이 패널과 열 확산기 사이의 열적 접촉을 증가시키고 접촉 저항을 감소시키도록 디스플레이 패널에 대하여 본원발명의 열 확산기를 바이어스시키는 재료라면 어떠한 재료도 가능하다. 즉, 샤시 구조체는, 열 확산기/바이어스 재료 조합에 부착될 때, 보다 나은 열적 접촉을 위하여 열 확산기를 패널에 압착시키게 된다. 바이어스 재료는, 바람직하게는, 그래파이트 열 확산기와 동일한 치수를 갖는다. 대안적으로, 바이어스 재료는 스트립이나 다른 비-연속적 형상으로 제공될 수 있다.
바람직한 바이어스 재료는 폼(foam)과 같은 압축성 및 정합성 재료를 포함하므로써, 그에 대해 압착되는 샤시의 작용에 의해 압착될 때, 열 확산기를 상술한 바와 같이 패널에 대해 압착하게 된다. 바람직하게, 사용되는 재료는 동일한 방향으로 탄력적인 또는 "스프링식(spring-like)" 압력을 형성하도록 탄성을 갖는다. 바람직하게, 바이어스 재료로 사용되는 폼은 고무나 실리콘(또는 실리콘 충진물(filled-silicone))이다. 바이어스 재료는, 열 확산기로부터 샤시로의 효과적인 열전달이 요구되지 않는다면 단열성일 수 있거나, 열 확산기로부터 샤시로의 효과적인 열전달이 요구된다면 좋은 열전달 특성을 가질 수 있다.
바이어스 재료를 열 확산기에 부착시키도록 그래파이트 열 확산기와 바이어스 재료 사이에 접착제 층이 존재하도록 그리고 샤시를 바이어스 재료에 부착시키도록 샤시와 바이어스 재료 사이에 접착제 층이 존재하도록 바이어스 재료가 사용될 때에는 추가적인 접착제가 필요할 수 있다. 즉, 그래파이트 열 확산기를 향하는 바이어스 재료의 표면과 접하는 접착제층 및 그래파이트 열 확산기를 외면하는 바이어스 재료의 표면과 접하는 접착제층이 있다. 상술한 바와 같이, 열 확산기로부터 샤시로의 효과적인 열전달이 요구되지 않는다면, 그래파이트 열 확산기와 샤시 사이의 각각의 접착제층은 약 0.5 mm 또는 그 이상의 두께일 수 있다. 그러나 열 확산기로부터 샤시로의 효과적인 열 전달이 요구된다면, 샤시와 그래파이트 열 확산기 사이의 각각의 접착제층은 약 0.015mm, 보다 바람직하게 약 0.005mm 이하의 두께를 가져야 한다.
대안적으로, 추가적인 접착제층의 필요 없이 그래파이트 열 확산기에 직접 부착될 수 있도록, 바이어스 재료 자체가 접착성을 가질 수도 있다. 또한, 접착성 바이어스 재료가 사용될 때, 샤시도 바이어스 재료에 부착될 수 있으며, 따라서 그래파이트 열 확산기와 바이어스 재료 또는 바이어스 재료와 샤시 사이에 어떠한 접착제도 필요로 하지 않게 된다.
본원발명의 다른 대안적 실시예는 샤시 구조체 및/또는 이에 장착된 전자 부품 자체가 열을 발생하는 경우에 적용된다. 즉, 샤시에 장착된 전자 부품이 열을 발생하게 되면, 이러한 열은 전자 부품으로부터 복사를 통하여 직접 또는 전도에 의해 샤시를 통해서 패널로 전달될 수 있는데, 이는 바람직하지 않다. 이러한 경우에, 박리된 그래파이트의 압축된 입자로 이루어진 하나 이상의 시트를 포함하는 제2의 열 확산기가 바이어스 재료와 샤시 사이에 삽입될 수 있으며, 바이어스 재료에 도포된 접착제층에 의하거나 바이어스 재료의 접착성에 의하여 부착될 수 있다. 이러한 목적으로 사용되는 박리된 그래파이트의 압축된 입자로 이루어진 하나 이상의 시트는 패널에 부착되는 그래파이트 열 확산기 재료와 동일한 구성 재료 및 특 성을 가지며, 필연적으로 샤시를 그래파이트 열 확산기(및 이에 따라 패널)에 부착시키기 위해 그 위에 도포되는 접착제층을 갖는다. 제2 그래파이트 열 확산기와 샤시 사이의 이러한 접착제층은 약 0.015mm, 보다 바람직하게 약 0.005mm 이하의 두께를 가져야 한다.
따라서, 제2 그래파이트 열 확산기는 샤시 및/또는 샤시에 장착되는 전자 부품에 있거나 이에 의해 발생되는 열을 확산시켜서, 샤시 및/또는 전자 부품으로부터의 열전달에 의해 야기되는 패널 뒷면상의 열점을 상당히 감소시킬 뿐만 아니라 패널로의 열전달의 양의 감소시킨다.
대안적인 실시예에서, 본원발명의 그래파이트 열 확산기는 열 확산기(또는 바이어스 재료 및/또는 그 위에 배치되는 제2 그래파이트 열 확산기)와 샤시 사이에 접착제가 없이 제공될 수 있다; 즉, 샤시를 향하는 열 확산기의 주 표면 상에 아무런 접착제도 도포되지 않는다. 따라서, 샤시를 패널에 부착시키는 다른 방법이 사용되어야 한다. 이러한 목적을 위해 통상적으로 사용되는 것은 전술한 바와 같이 열 확산기 주변에서 "사진틀"로서 사용되는 압축성, 고 접착강도 테이프이다. 적당한 테이프 중 하나는 3M 사로부터 구입할 수 있는 VHB 테이프이다.
실제로, 사진틀 형태의 장착부가 샤시와 패널 사이에 사용될 때, 그래파이트 열 확산기 상에 어떠한 접착제도 구비할 필요가 없다. 오히려, 열 확산기는 샤시와 패널 사이에서 "부유(float)"하여 접착 테이프나 샤시와 패널의 다른 사진틀 장착부에 의해 제 위치에 유지된다. 실제로, 필요하다면 샤시와 열 확산기 사이에 간극이 유지될 수 있다. 바이어스 재료가 사용된다면, 이는 원하는 열적 접촉을 위하여 패널에 대해 그래파이트 열 확산기를 바이어스 시킨다; 그렇지 않다면, 샤시 자체가 이러한 기능을 할 수 있다. 대안적으로, 사진틀 테이프는 그래파이트 열 확산기의 가장자리와 겹쳐서 열 확산기를 패널에 대해 압착할 수 있다.
단일한 또는 한덩어리의(monolithic) 시트와 반대로, 가요성 그래파이트 적층물이 본원발명의 열 확산기로서 사용되면, 적층물의 기계적 또는 열적 특성을 향상시키기 위하여 다른 적층물 층이 포함될 수도 있다. 예를 들면, 알루미늄이나 구리와 같은 열전도성 금속의 적층물 층(laminate layer)이 가요성 그래파이트 층들 사이에 삽입되어 그래파이트에 의해 나타나는 낮은 접촉 저항을 손상시키지 않으면서도 적층물의 열 확산 특성을 증가시킬 수 있으며; 적층물의 강도를 향상시키거나 보강하기 위하여 폴리머와 같은 다른 물질이 사용될 수도 있다. 또한, 그래파이트 재료에는, 단일 시트이건 적층물이건 간에, 예를 들어 얇은 플라스틱 시트의 후면 층이 제공되거나, 대안적으로 건조된 수지(dried resin)의 얇은 막이 제공되어 열 확산기의 열 확산 능력을 손상시키지 않으면서도 디스플레이 장치로의 적용이나 선적과정 동안 시트에 대한 손상을 감소시키고/감소시키거나 재료의 취급을 향상시킬 수 있다. 단열 재료층이 사용될 수도 있다.
또한, 디스플레이 장치와 접하도록 예정된 열 확산기 표면은 열적 성능 및/또는 열 확산기의 재가공을 위한 능력을 향상시키기 위하여 외장 재료(facing of a material)를 구비할 수도 있다. 가장 바람직한 것은 얇은 플라스틱 막 또는 알루미늄이나 구리와 같은 금속이며, 알루미늄이 가장 바람직하다. (이러한 외장재(facing)가 사용되면 정합성의(conformable) 그래파이트 표면이 장치와 접촉하지 않게 되므로) 비록 보다 큰 열적 저항과 관련하여 일부 열적인 손실이 있을 수 있으나, 이는 금속 외장재의 열적 등방성에 의해 보충될 수 있다. 그러나 중요한 것은, 장치 표면에 부착되는 것은 외장재이므로, 재가공이나 다른 목적을 위하여 본원발명의 열 확산기를 제거하는 것이 용이하게 되는데, 이는 금속 외장재의 구조가 접착제 결합보다 강하여 열 확산기를 디스플레이 장치 표면으로부터 빠르게 그리고 손상시키지 않고 제거하는 것을 가능하게 하기 때문이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 도면부호 10으로 지시된, 본 발명의 열 확산기로써 사용되기 위해 일단 형성된 가요성 그래파이트 시트 또는 적층물은 필요한 모양으로 잘려질 수 있으며, 대부분의 경우에는 직사각형이다. 만일 (명배히 알 수 있듯이, 열 확산기(10)는 사각형 모양과 다른 곡선형이나 또는 보다 복잡한 형태로 잘려질 수 있으며, 이때에는 다른 갯수의 가장자리 표면(16)을 갖게 될 것이다.) 열 확산기(10)가 정사각형이라면, 열 확산기(10)는 하나 이상의 가장자리 표면(16), 일반적으로는 4개의 가장자리 표면(16a, 16b, 16c, 16d) 뿐만 아니라 두 개의 주 표면(12 및 14)을 갖는다.
본원발명에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 샤시 구조체(도시되지 않음)가 부착되는 열 확산기(10)의 주 표면(14) 상에 접착제층(30)이 제공된다. 이후 접착제(30)에 바이어스 재료(20)가 부착될 수 있으며, 다른 접착제층(35)이 바이어스 재료(30) 위에 도포될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 대안적인 실시예에서는, 특히 열 확산기(10)로부터 (도시되지 않은) 샤시 구조체로의 열 전달이 요구되지 않는다면, 열 확산기(10)가 바람직하게는 보호 코팅(40)도 포함하여 열 확산기(10)를 구성하는 가요성 그래파이트 시트 또는 적층물로부터 그래파이트 입자가 플레이킹되거나 또는 이로부터 분리될 가능성을 차단한다. 보호 코팅(40)은 또한 전기장치에 전기적으로 전도성 소재(그래파이트)가 포함됨으로써 야기되는 전기적 간섭(electrical interference)을 방지하기 위해서, 열 확산기(10)를 효과적으로 절연시키는 것이 바람직하다. 보호 코팅(40)은 폴리에틸렌, 폴리에스테르 또는 폴리이미드와 같은 열가소성 소재, 왁스 및/또는 니스 소재와 같이 전기적으로 그래파이트를 절연시키고/절연시키거나 그래파이트 소재의 플레이킹을 방지하기에 충분한 모든 적합한 소재를 포함할 수 있다. 실제로, 전기적으로 절연되는 것과 반대로, 접지가 요구된다면, 보호 코팅(40)은 알루미늄과 같은 금속을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 요구되는 플레이킹-저항(flake-resistance) 및/또는 전기적 절연을 달성하기 위해서, 보호코팅(40)은 약 0.001mm 두께 이상인 것이 바람직하다. 비록 보호 코팅(40)에 대한 진정한 최대 두께는 존재하지 않더라도, 효과적으로 기능하기 위하여 보호 코팅(40)은 두께가 약 0.025mm 이하이어야 하며, 바람직하게는 약 0.005mm 이하이어야 한다.
열 확산기(10)가 플라즈마 디스플레이 패널과 같은 디스플레이 장치에 적용될 때, 열 확산기(10)의 주 표면(12)은 패널에 작동적으로 접촉하는 면이다. 따라서 많은 실시예에서, 주 표면(12)과 패널 사이의 접촉은 그래파이트 플레이킹에 대하여 주 표면(12)을 '밀봉'하는 기능을 하고, 그 결과 보호 코팅(40)으로 주표면(12)을 코팅할 필요가 없게 된다. 이와 마찬가지로, 열 확산기(10)가 위치하는 전기 장치의 잔부로부터 전기적으로 주표면(14)이 절연되는 경우에는 전기적으로 주표면(12)을 절연하는 것이 필요하지 않다. 그러나, 취급 또는 다른 고려사항을 위해서, 어떤 실시예에서는, (도시되지 않은) 플라즈마 디스플레이 패널에 열 확산기(10)를 접착하기 위하여 주 표면(12)에 사용되는 모든 접착제와 그래파이트 시트 사이에 보호코팅(40)이 삽입되고, 또한 열 확산기(10)의 양 주 표면(12, 14) 모두에 보호 코팅(40)이 코팅될 수 있다.
열 확산기(10)에는 다양한 다른 과정에 의해 보호 코팅(40)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 일단 가요성 그래파이트 시트 또는 적층물이 열 확산기(10)를 형성하는 크기와 형태로 잘라지면, 보호 코팅(40)을 형성하는 소재가 개별적인 열 확산기(10)에 코팅되어, 주 표면(14)과 가장자리 표면(16) 등의 주변에 완벽하게 흘러, 도 3 에 도시된 것과 같이, 열 확산기(10) 둘레의 플레이킹 보호 경계(protective flaking boundary)를 형성하도록 가장자리 표면(16) 등을 지나 연장한다. 이를 위하여, 보호 코팅(40)은 스프레이 코팅, 롤러 코팅 및 고온 적층 프레스와 같은 당업자에게 친숙한 다양한 방식의 코팅에 의해 적용될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 보호 코팅(40)이 열 확산기(10)에 적용되어, (예를 들어, 어떤 것이 노출되어 전기적 간섭을 야기하고/야기하거나 플레이킹될 수 있는가에 따라서) 하나 또는 그 이상의 가장자리 표면(16a, 16b, 16c, 16d)을 커버한다. 보호 코팅(40)은 이를 달성하기 위하여 기계적인 매핑(mapping)이나 적층에 의해 도포될 수 있다.
또한 보호 코팅(40)은 단지 주 표면(14)만을 코팅하도록 열 확산기(10)에 도 포될 수 있다(도시되지 않음). 이러한 열 확산기(10)의 실시예를 제조하는 방식 중 특히 바람직한 한 가지 방식은, 롤러 코팅, 접착제를 사용한 적층, 또는 고온 프레스식 적층등에 의하여 보호 코팅(40)으로 가요성 그래파이트 시트 또는 적층물을 코팅하고, 그 후 원하는 열 확산기(10) 모양으로 가요성 그래파이트 시트 또는 적층물을 절단하는 것이다. 이와 같은 방식으로, 제조 효율은 최대화되고 제조과정 중의 보호 코팅(40) 낭비가 최소화된다.
일반적으로, 코팅 과정은 대부분의 사용에 충분한 강도를 갖도록 열 확산기(10)에 보호 코팅(40)을 접착한다. 그러나, 만일 필요하다면, 또는 [델라웨어주 윌밍톤의 듀퐁 사(E.I du Pont de Nemours and Company)로부터 구입할 수 있는] Mylar®폴리에스터 소재 및 켑톤 폴리아미드 소재와 같은 비교적 비접착성인 보호 코팅(40)에 대하여는, 접착제의 층(30)이 도 3에 도시된 바와 같이, 열 확산기(10)와 보호 코팅(40) 사이에 도포될 수 있다. 적합한 접착제는 아크릴 또는 라텍스 접착제와 같이, 열 확산기(10)에 보호 코팅(40)의 접착을 용이하게 할 수 있는 것이다. 접착제의 층(30)은 열 확산기(10) 및 보호 코팅(40) 중 어느 하나 또는 양쪽에 코팅될 수 있다. 바람직하게는, 접착제의 층(30)은 보호 코팅(40)과 열 확산기(10) 사이의 접착을 유지하면서도 가능한 얇은 것이 좋다. 접착제의 층(30)은 두께가 약 0.015mm 이하인 것이 바람직하다.
추가적으로, 다른 실시예에서, 열 확산기(10)는 열 확산기의 표면(12)과 디스플레이 장치의 표면 사이에 끼워지는 외장 층(facing layer; 50)을 포함할 수 있다. 상기에서 논의된 바와 같이, 외장 층(50)은 바람직하게는 알루미늄과 같은 금 속이거나 얇은 플라스틱 막 등일 수 있으며, 이는 도 3에 도시된 바와 같이, 외장 층(50)과 열 확산기(10)의 표면(12)사이에 도포된 접착제의 층(30)을 사용함으로써 표면(12)에 접착될 수 있다. 적합한 접착제는 아크릴 또는 라텍스 접착제이고, 이는 외장 층(50)과 열 확산기 표면(12) 중 어느 하나 또는 양쪽에 코팅될 수 있다. 물론 접착제(30)는 외장 층(50)과 표면(12)상의 접착을 유지하면서도 가능한 한 얇게 도포되어야 하며, 그 두께가 약 0.015mm 이하인 것이 바람직하다.
추가적으로, 도 3에서 보여지는 바와 같이, 외장 층(50)은, 특히 외장 층(30)이 단단한 시트인 경우에, 외장 층(50)과 보호 코팅(40) 사이에 그래파이트 열 확산기(10)를 밀봉하기 위해, 보호 코팅(40)과 함께 작용할 수 있다. 더욱 구체적으로, 만일 외장 층(50)이 확산기(10)의 가장자리 표면(16) 등을 지나 연장한다면, 보호 코팅(40)은 열 확산기(10)의 주위 및 외장 층(50)에 코팅될 수 있다. 대안적으로, 알루미늄 테이프와 같은 소재가 외장 층(50)과 보호 코팅(40) 사이의 가장자리 표면(16) 등을 밀봉하기 위해 사용될 수 있다.
다른 실시예에서는, VHB 테이프(도시되지 않음)와 같은 접착 테이프가 사용된다면, 단단한 시트와는 반대로, 외장 층(50) 자체가 사진틀 형상이다. 이렇게 하여, 외장 층(50)은 열 확산기(10)에 부착되며, 이는 계속하여 테이프에 부착되어, 패널에 적용될 수 있는 단일 유닛을 형성한다. 대안적으로, 외장 층(50)은 직접 테이프에 부착될 수 있으며, 여기서 이들은 서로 겹쳐서 마찬가지로 패널에 적용하기 위한 단일 유닛을 형성한다(도시되지 않음).
비록 본 실시예가 플라즈마 디스플레이 패널에 열 확산기를 적용하는 점에서 서술되었으나, 본 발명적인 방법 및 열 확산기는 동일하게 액정 디스플레이와 같은, 국부적으로 고온의 지역 또는 열점을 생성하는 또 다른 디스플레이 장치뿐 아니라 발광 다이오드와 같은 (플라즈마 디스플레이 패널을 만드는 개별적인 방전 셀의 집합에 대한 관련 기능에 있어 동일한) 다른 발광형 디스플레이 장치 열원, 또는 열원 집합체에도 동일하게 적용이 가능하다.
본 명세서에서 언급된 모든 인용 특허, 특허출원 및 공보는 본 명세서에 참조문헌으로서 병합된다.
본 명세서에 기술된 내용에 따라 다양한 변경이 가능한 것은 명백하다. 이러한 변경은 본원발명의 범위 및 기술 사상을 벗어나는 것으로 간주되어서는 안되며, 당업자에게 명백한 모든 수정 및 변경은 이하의 청구범위에서 한정되는 본원발명의 범위내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (18)

  1. 디스플레이 장치로서,
    패널에 장착되는 샤시;
    상기 패널과 샤시 사이에 배치되고 두 개의 주 표면을 갖는 박리된 그래파이트의 압축된 입자로 이루어진 하나 이상의 시트를 구비하는 열 확산기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 확산기의 주 표면 중 하나의 표면영역은 높은 온도의 국부적 영역이 발생되는 패널의 부분의 표면영역보다 큰 것을 특징으로 하는,
    디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    후면 패널을 갖는 발광형 디스플레이 장치를 포함하고, 박리된 그래파이트의 압축된 입자로 이루어진 하나 이상의 시트가 발광형 디스플레이 장치의 후면 패널을 향하는 방전셀의 부분의 표면영역보다 큰 표면영역을 갖는 것을 특징으로 하는,
    디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발광형 디스플레이 장치가 플라즈마 디스플레이 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    박리된 그래파이트의 압축된 입자로 이루어진 하나 이상의 시트가 플라즈마 디스플레이 패널의 후면 패널을 향하는 다수의 방전셀의 부분의 표면영역보다 더 큰 표면영역을 갖는 것을 특징으로 하는,
    디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열 확산기가 박리된 그래파이트의 압축된 입자로 이루어진 다수의 시트를 구비하는 적층물을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적층물이 비-그래파이트 재료의 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열 확산기가 사진틀 형상의 접착테이프 사이에서 정위치에 유지되는 것을 특징으로 하는,
    디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열 확산기의 주 표면 중 하나 이상이 그 위에 접착제 재료의 층을 구비하는 것을 특징으로 하는,
    디스플레이 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 주 표면 중 하나 이상이 그래파이트 입자의 플레이킹을 방지하기에 충분한 보호 코팅으로 코팅되는 것을 특징으로 하는,
    디스플레이 장치.
  11. 디스플레이 장치로서,
    패널에 장착되는 샤시;
    박리된 그래파이트의 압축된 입자로 이루어진 하나 이상의 시트를 구비하는 열 확산기; 를 포함하며,
    상기 열 확산기는 두 개의 주 표면을 갖고, 바이어스 재료의 제1 주 표면이 박리된 그래파이트의 압축된 입자로 이루어진 하나 이상의 시트에 부착되도록 상기 주 표면 중 하나에 두 개의 주 표면을 갖는 바이어스 재료가 부착되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 바이어스 재료가 폼(foam)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    디스플레이 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 폼이 고무 폼, 실리콘 폼, 실리콘 충진 폼, 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 열 확산기가 상기 박리된 그래파이트의 압축된 입자로 이루어진 하나 이상의 시트를 외면하는 바이어스 재료의 표면 상에 접착제 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    디스플레이 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치가 발광형 디스플레이 장치이며, 상기 박리된 그래파이트의 압축된 입자로 이루어진 하나 이상의 시트가 상기 발광형 디스플레이 장치의 후표면을 향하는 방전셀 부분의 표면영역보다 큰 표면영역을 갖는 것을 특징으로 하는,
    디스플레이 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 열 확산기가 박리된 그래파이트의 압축된 입자로 이루어진 다수의 시트를 구비하는 적층물을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 적층물이 비-그래파이트 재료의 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    디스플레이 장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 바이어스 재료의 제2 주표면에 부착되는, 두 개의 주 표면을 갖는 박리된 그래파이트의 압축된 입자로 이루어진 하나 이상의 시트를 더 포함하는,
    디스플레이 장치.
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