专利名称：用于发光显示器件的散热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于发光显示器件，如等离子体显示面板(PDP)或发光二极管(LED)的散热器，及这些器件产生的独特的热问题。
背景技术：
等离子体显示面板是一种包括多个放电单元的显示装置，通过在电极放电单元上施加电压使希望的放电单元发光，从而使制得的显示装置显示图像。面板单元为等离子体显示面板的主要部分，通过将两个玻璃基板结合起来，以使其中夹有多个放电单元来制得该面板单元。
等离子体显示面板中，发光形成图像的各个放电单元产生热量，因此各个放电单元构成热源，其导致整个等离子体显示面板的温度升高。放电单元中产生的热传递至形成基板的玻璃中，但玻璃基板材料的性质导致难于在平行于面板表面的方向上进行热传导。
此外，激活发光的放电单元的温度显著升高，而未激活的放电单元的温度却不会同样升高。基于此，在产生图像的局部区域内，等离子体显示面板的面板表面温度升高。而且，与黑色或较深色光谱区内激活的放电单元相比，白色或较浅色光谱区内激活的放电单元产生更多热量。因此，取决于生成图像的颜色，面板表面的局部温度也不同。这些局部温差会加速受影响的放电单元的热老化，除非采取措施改善该差值。而且，显示器上的图像性质发生变化时，产生局部热量的位置也随着图像发生变化。
此外，由于激活和未激活放电单元的温差可能很高，而且产生白光的放电单元与产生较深色光的放电单元间的温差也可能很高，因此对面板单元施加了应力，导致常规的等离子体显示面板易于裂缝和破损。
施加于放电单元电极的电压增大时，放电单元的亮度增加，但单元内产生的热量也增加。因此，具有大的激活电压的单元更易于热老化，且趋于使等离子体显示面板的面板单元的破损问题加重。LED与PDP一样也存在有关热量产生的问题。
Morita，Ichiyanagi，Ikeda，Nishiki，Inoue，Komyoji和Kawashima在美国专利No.5,831,374中建议使用所谓的“高取向石墨膜”作为等离子体显示面板的热界面材料，填充介于面板后与散热单元间的空间，并用于均衡局部温差，但是，其并未述及使用柔性石墨片或柔性石墨片的特殊优点。此外，Tzeng的美国专利No.6,482,520公开了使用层离石墨的压缩颗粒片作为热源，例如电子元件的散热器(该专利中称为热界面)。实际上，这种材料可商购自位于Lakewood，Ohio的Advanced Energy Technology Inc.的eGraf型材料。
石墨是由六角排列的或网状的碳原子层平面组成。这些六角排列的碳原子层平面基本上是平的，且有取向性或有序性从而基本上互相平行或等距离。基本上平的、平行等距离的碳原子片或层通常称为石墨(graphene)六边网层或基平面，其连接或键合到一起，且其基团排列成微晶。高度有序的石墨由大尺寸的微晶组成，该微晶彼此间高度对齐或具有高度取向性，且具有次序良好的碳原子层。换言之，高度有序的石墨具有很高程度的优选的微晶取向性。应该注意的是，石墨具有各向异性结构，因此显示出或具有许多高度定向的性质，例如热和电传导性。
简言之，石墨可表征为碳的层压结构，即，通过弱范德华力连接在一起的碳原子层压层或层压层组成的结构。考虑到石墨结构，通常要注意到两个轴或方向，即，“c”轴或方向和“a”轴或方向。为简单起见，“c”轴或方向可认为是垂直于碳层的方向。“a”轴或方向可认为是平行于碳层的方向或垂直于“c”方向的方向。适于制造柔性石墨片的石墨应具有非常高度的取向性。
如上面指出的，使碳原子平行层结合在一起的键合力只是弱范德华力。可对天然石墨进行处理，以使层压层碳层或层压层显著分开，从而在垂直于层的方向上，也就是“c”方向上获得显著的扩展，进而形成扩展的或膨胀的石墨结构，其基本上保持了碳原子层的层状特性。
无需采用粘合力，也可使大大膨胀的石墨薄片，尤其是膨胀至最终厚度或最终“c”方向尺寸为初始“c”方向尺寸的约80倍或更多倍的石墨薄片成为粘合或集成片膨胀石墨，如网、纸、带、胶带、箔、垫等(通常称为“柔性石墨”)。由于容积膨胀石墨颗粒间具有机械联锁或内聚力，因此无需使用任何粘合材料，通过压缩也可使膨胀使最终厚度或最终“c”方向尺寸为初始“c”方向尺寸的约80倍或更多倍的石墨颗粒成为集成柔性片。
除了柔性外，如上面指出的，还发现由于膨胀石墨颗粒及与高度压缩而成的石墨片的对面基本平行的石墨层的取向性，该石墨片材料具有对热传导的高度各向异性，从而使其特别适用于散热应用。这样制得的石墨片材料具有优异的柔性、良好的强度和高度取向性。
简言之，制备柔性、无粘合剂的各向异性石墨片材料，如网、纸、带、胶带、箔、垫等的方法包括，按预定负载量并在无粘合剂存在下，压缩或压紧膨胀石墨颗粒从而形成基本上平的、柔性的、集成石墨片，其中该膨胀石墨颗粒的“c”方向尺寸为初始颗粒的约80倍或更多倍。膨胀石墨颗粒的外观通常类似蠕虫或为蠕虫状，一经压缩就会保持压缩设定态，并与石墨片的相对主要表面对齐。通过控制压缩程度可使石墨片材料的密度和厚度不同。石墨片材料的密度可为约0.04g/cc-约2.0g/cc。
由于与主要的，相对的，平行的石墨片表面平行的石墨颗粒的对齐，柔性石墨片材料显示出明显的各向异性，压缩石墨片材料提高取向性，则各向异性程度也增大。压缩的各向异性石墨片材料中，厚度，即垂至于相对的，平行的石墨片表面的方向包括“ c”方向，而沿长度和宽度延伸的方向，即沿着或平行于相对的，主要表面的方向包括“a”方向，石墨片的热及电性质在“c”和“a”方向上非常不同，差别可用数量级表示。
因此，希望的是质量轻且成本有效的用于发光显示器件的散热器。希望的散热器应该能够平衡与散热器接触的器件区域的温差，从而减小面板受到的热应力，并补偿热点位置的变化。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于发光显示器件，如等离子体显示面板或发光二极管的散热器。
本发明的另一个目的是提供一种散热器材料，其可用于发光显示器件以改进显示面板使用过程中产生的温差。
本发明的又一个目的是向热源，如等离子体显示面板提供一种散热器材料，使得与未使用本发明散热器的显示面板相比，可减小显示面板任意两个位置间的温差。
本发明的另一个目的是提供一种散热器材料，其可应用于热源或集成热源，例如等离子体显示面板或发光二极管，且其粘附在散热器和器件之间并具有良好的热接触性。
本发明还有另一个目的是提供一种散热器材料，该材料可大量且成本经济有效地生产。
阅读下面说明后，这些目的及其它目的对本领域熟练技术人员来说是显而易见的，可通过提供一种用于发光显示器件的散热器来实现这些目的，该散热器包括至少一片层离石墨的压缩的颗粒，其表面积大于面对器件背面的放电单元的该部分的表面积。发光显示器件可为等离子体显示面板或发光二极管。更优选，该至少一片层离石墨的压缩颗粒的表面积大于面对器件背面的多个放电单元的该部分的表面积。有利地，散热器为包括多个层离石墨的压缩颗粒片的层压层。
优选实施方案中，散热器具有附于其上的粘合剂和适当放置的剥离材料，从而使粘合剂夹合在散热器和剥离材料之间。对剥离材料和粘合剂进行选择，以使剥离材料按预定速率剥离而未对散热器造成不希望的破坏。实际上，粘合剂和剥离材料在1米/秒的剥离速度下，可提供不大于约40克/厘米的平均剥离负载量，更优选1米/秒的剥离速度下，提供不大于约10克/厘米的平均剥离负载量。
此外，优选粘合剂获得的最小搭叠剪切粘合强度为至少约125g/cm2，更优选平均搭叠剪切粘合强度为至少约700g/cm2。与散热器材料本身相比，粘合剂导致粘合剂/散热器材料整个厚度内热阻的增加不大于约35％。粘合剂厚度应不大于约0.015毫米(mm)，更优选不大于约0.006mm。
应该理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述均提供了本发明的实施方案，并意图对理解所要求保护的本发明的性质及特征提供一个总体概述或框架。包括的附图用于对本发明进行进一步理解，并结合起来组成说明书的一部分。附图举例说明了本发明的不同实施方案，并与说明书一起用于描述本发明的原理和操作。
附图表示树脂浸渍的柔性石墨片的连续生产系统。
具体实施例方式
石墨为晶体形式的碳，其包括共价键合在平的层面内的原子，层面间以更弱的键键合。为获得原材料，如上述的柔性石墨片，通常将石墨颗粒，如天然石墨薄片用嵌入剂，如硫酸和硝酸溶液进行处理，其中，石墨晶体结构发生反应而形成石墨与嵌入剂的化合物。处理后的石墨颗粒称为“嵌入式石墨颗粒”。暴露于高温下，石墨内的嵌入剂分解和挥发，导致嵌入式石墨颗粒的尺寸在“c”方向上(即，垂至于石墨晶平面的方向上)，以类似于风琴的方式膨胀至原始体积的约80倍或更多倍。膨胀(又称层离)石墨颗粒外表呈蠕虫状，因此通常称为蠕虫。该蠕虫可压缩在一起形成柔性片，其不同于初始石墨薄片，可以成型并可剪切成各种形状，且可通过变型机械冲击产生小的横向开口。
用于制造适用于本发明的柔性片的石墨起始材料包括高度石墨化的含碳材料，其能嵌入有机或无机酸及卤素，并能在热作用下膨胀。这些高度石墨化的含碳材料优选石墨化程度为约1.0。如本公开内容中所用的，术语“石墨化程度”指下式的值gg=3.45-d(002)0.095]]>其中d(002)为晶体结构内的碳石墨化层间的间距用埃表示。石墨层间的间距d用标准X-射线衍射技术测定。测定相应于(002)、(004)和(006)密勒指数的衍射峰位置，并使用标准最小二乘法技术导出间距，其可使所有峰的总误差减至最小。高度石墨化的含碳材料的例子包括来源不同的天然石墨，及其它含碳材料，如通过化学蒸汽沉积法、聚合物的高温热解或熔融金属溶液结晶等制备的石墨。最优选天然石墨。
只要起始材料的晶体结构保持所需的石墨化程度并能够层离，适于本发明的、用于制造柔性片的石墨起始材料还可含有非石墨组分。通常，任何含碳材料，只要晶体结构具有所需的石墨化程度且能层离，就适用于本发明。这种石墨优选具有小于20重量％的灰含量。更优选，本发明中所用的石墨纯度至少为94％。最优选实施方案中，所用石墨的纯度至少为98％。
Shane等人在美国专利No.3,404,061中描述了制备石墨片的常用方法，其公开内容结合至本文作为参考。在Shane等人的方法中常用的是，通过将天然石墨片分散在含例如硝酸和硫酸混合物的溶液中而对其进行嵌入，有利地是每100重量份石墨片(pph)，嵌入剂溶液的用量为约20-约300重量份。嵌入溶液含有本领域已知的氧化试剂和其它嵌入试剂。例子包括含有氧化试剂和氧化混合物的那些物质，如含有硝酸、氯酸钾、铬酸、高锰酸钾、铬酸钾、重铬酸钾、高氯酸等的溶液，或混合物，例子如，浓缩硝酸和氯酸盐、铬酸和磷酸、硫酸和硝酸，或强有机酸，如三氟乙酸与可溶于该有机酸的强氧化剂的混合物。另外，也可使用电势进行石墨的氧化。可采用电解氧化而引入石墨晶体的化学物质包括硫酸以及其它酸。
优选实施方案中，嵌入试剂为硫酸或硫酸和磷酸与氧化试剂的混合物，氧化试剂即，硝酸、高氯酸、铬酸、高锰酸钾、过氧化氢、碘酸或高碘酸等。虽然不太优选，但嵌入溶液还可含有金属卤化物，如氯化铁和氯化铁与硫酸或卤化物的混合物，卤化物例如为溴，其为溴和硫酸的溶液中的溴，或有机溶剂中的溴。
嵌入溶液的量为约20-约350pph，更通常为约40-约160pph。薄片嵌入后，将任何过量的溶液从薄片中排出，并水洗该薄片。
另外，嵌入溶液的量也可限制在约10和约40pph之间，这样可如美国专利No.4,895,713中教导和描述的那样删除洗涤步骤，该专利公开的内容也引入本文作为参考。
嵌入溶液处理过的石墨薄片颗粒任选可通过，例如混合方式，与还原性有机试剂接触，该试剂选自醇、糖、醛和酯，其在25℃-125℃的温度范围内可与氧化性嵌入溶液的表面膜反应。适合的特殊的有机试剂包括十六烷醇、十八碳醇、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、马铃薯淀粉、乙二醇一硬脂酸酯、二乙二醇二苯甲酸酯、丙二醇一硬脂酸酯、一硬脂酸甘油酯、含氧酸二甲酯、含氧酸二乙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、抗坏血酸和木质素衍生化合物，例如木质素硫酸钠。适宜的有机还原试剂的量为占石墨薄片颗粒的约0.5-4％重量份。
嵌入前、嵌入过程中或嵌入后立即使用膨胀助剂还可带来改进效果。这些改进可为降低层离温度和增大膨胀体积(也称作“蠕虫体积”)。本发明中的膨胀助剂有利的是充分溶于嵌入溶液，以使膨胀得到改进的有机材料。更狭义的说，可使用这种含碳、氢和氧类型的有机材料，优选不含其它物质。已发现羧酸尤其有效。用作膨胀助剂的适宜羧酸可选自芳香族、脂肪族或脂环族、直链或支链、饱和和不饱和的单羧酸、二羧酸和多羧酸，其具有至少一个碳原子，且优选多达约15个碳原子，其溶于嵌入溶液的量足以对层离产生一或多方面的可测到的改进。适合的有机溶剂可用于改进有机膨胀助剂在嵌入溶液中的溶解性。
饱和脂肪族羧酸的代表例为式H(CH2)nCOOH的那些酸，其中n为0-约5的数值，包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸等。还可使用酸酐或反应性的羧酸衍生物，如烷基酯来代替羧酸。烷基酯的代表例为甲酸甲酯和甲酸乙酯。硫酸、硝酸和其它已知的含水嵌入剂能分解甲酸，最终使其成为水和二氧化碳。基于此，有利的是，将薄片浸入含水嵌入剂之前，先使甲酸和其它敏感的膨胀助剂与石墨薄片接触。代表性的二羧酸为具有2-12个碳原子的脂肪族二羧酸，尤其是草酸、富马酸、丙二酸、马来酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、1，5-戊二羧酸、1，6-己二羧酸、1，10-癸二羧酸、环己烷-1，4-二羧酸和芳香族二羧酸，如邻苯二甲酸或对苯二甲酸。代表性的烷基酯为含氧酸二甲酯和含氧酸二乙酯。代表性的脂环族酸为环己烷羧酸，代表性的芳香族羧酸为苯甲酸、萘酸、邻氨基苯甲酸、对氨基苯甲酸、水杨酸、o-，m-，p-甲苯酸、甲氧基和乙氧基苯甲酸、乙酰基乙酰氨基苯甲酸和乙酰氨基苯甲酸、苯乙酸和萘酸。代表性的羟基芳香酸为羟基苯甲酸、3-羟基-1-萘酸、3-羟基-2-萘酸、4-羟基-2-萘酸、5-羟基-1-萘酸、5-羟基-2-萘酸、6-羟基-2-萘酸和7-羟基-2-萘酸。多元酸中最重要的是柠檬酸。
嵌入溶液应为含水溶液，优选含有膨胀助剂约1-10％，该量可有效提高层离。在石墨薄片浸入嵌入剂水溶液之前或之后使膨胀助剂与石墨薄片接触的实施方案中，膨胀助剂可通过适合的装置，例如V-混合器与石墨混合，通常混合量为占石墨薄片的约0.2重量％-约10重量％。
对石墨薄片进行嵌入后，并在嵌入石墨薄片与有机还原试剂混合之后，可将混合物暴露于25-125℃的温度范围内，以促进还原试剂与嵌入石墨薄片之间的反应。加热时间可高达约20小时，对于较短的加热时间，例如至少约10分钟，则需在上述范围中较高的温度。在较高温度下，可使用半小时或更少的时间，例如用10-25分钟的时间。
在石墨化温度，即约3000℃和更高的温度内，对石墨薄片进行预处理并使嵌入剂中掺入润滑添加剂可有利地增强上述方法对石墨薄片的嵌入和层离效果。
对石墨薄片进行预处理或退火，这样就使薄片进行随后的嵌入和层离时，显著提高膨胀效果(即，将膨胀体积增大至高达300％或更大)。实际上，希望的是，与没有退火步骤的相似工艺相比，膨胀至少增加约50％。退火步骤所用的温度应不显著低于3000℃，因为即使降低100℃都会引起膨胀的充分减小。
本发明中要使退火时间足够长，以使所得薄片在嵌入和随后的层离中具有提高的膨胀度。通常所需时间为1小时或更多，优选1-3小时，最有利的是在惰性环境中进行处理。为使所得结果最有利，还要按本领域已知的工艺对退火石墨薄片进行处理，以提高膨胀度，即在有机还原试剂和嵌入助剂如有机酸存在下嵌入，并在嵌入后用表面活性剂洗涤。而且，为使所得结果最有利还可重复该嵌入步骤。
本发明的退火步骤可在感应电炉或其它石墨化领域已知和推荐的类似装置中进行；该步骤所用的温度在3000℃的范围内，其为石墨化工艺所用温度的高值。
由于已发现由石墨预嵌入退火制得的蠕虫有时会“结块”，其会给区域重量的一致性带来负面影响，因此非常希望有一种添加剂可协助形成“自由流动”的蠕虫。向嵌入溶液中加入润滑添加剂有助于蠕虫在压缩装置床层内更均匀地分布(例如，辊压机设备的床层通常用于将石墨蠕虫压缩(或“辊压”)成柔性石墨片)。因而，即使起始石墨颗粒小于常用颗粒，所得的石墨片仍具有更高的区域重量一致性和更大的拉伸强度。润滑添加剂优选为长链烃。即使其中还存在其它官能团，也可使用其它具有长链烃基的有机化合物。
更优选的润滑添加剂为油，最优选矿物油，尤其要考虑的是矿物油更不易于臭败和产生气味，这对长时间贮藏来说是重要的考虑事项。应该注意到的是，上面详述的某些膨胀助剂也可满足润滑添加剂的定义。这些材料用作膨胀助剂时，可不必再包括分开加入至嵌入剂中的润滑添加剂。
润滑添加剂在嵌入剂中的量至少为约1.4pph，更优选至少约1.8pph。虽然对润滑添加剂含量的上限要求得不像下限那样严格，但润滑添加剂水平大于约4pph不会带来任何显著的有利性。
这样处理的石墨颗粒有时称作“嵌入式石墨颗粒”。暴露于高温下，如至少约160℃，且特别为约700℃-1000℃甚至更高温度下，嵌入式石墨颗粒在“c”方向上(即，垂至于组成石墨颗粒的晶体平面的方向)，以类似于手风琴的方式膨胀至原始体积的约80-1000倍或更多倍。膨胀的，即层离的石墨颗粒的外观为蠕虫状，因此通常称为蠕虫。蠕虫可压缩模塑在一起而成为具有小的横向开口的柔性片，其不同于原始石墨薄片，如下所述，其可成型并剪切成各种形状。
或者，本发明的柔性石墨片可使用重新研磨的柔性石墨片，而非新制的膨胀蠕虫。该片可为新形成的片材料、循环使用的片材料、残余片材料或任何其它适宜原料。
本发明方法中还可使用新材料与循环使用材料的混合物。
循环使用的材料的原材料可为按上述方法压缩模塑的石墨片或石墨片的修剪部分，或用例如，预压辊压缩的石墨片。而且，原材料还可为树脂浸渍后未固化的石墨片或石墨片的修剪部分，或树脂浸渍后固化了的石墨片或石墨片的修剪部分。原材料还可为循环使用的柔性石墨PEM燃料电池成分，例如流场板或电极。各种不同石墨源的每一种均可直接使用或与天然石墨薄片混合使用。
一旦获得柔性石墨片的原材料，就可按已知工艺或使用已知装置将其粉碎成颗粒，例如，使用喷射研磨、气流研磨机、混合器等。优选，大多数颗粒具有能通过20U.S.目筛的直径；更优选大部分(大于约20％，最优选大于约50％)不能通过80U.S.目筛。最优选颗粒的颗粒尺寸不大于约20目。
可选择粉碎的颗粒尺寸，以使石墨制品的机械加工性能和可成形性与希望的热特性之间达到平衡。这样，较小的颗粒会使石墨制品更易于机械加工和/或成形，较大的颗粒会使石墨制品具有更高的各向异性，并因此具有更大的平面内电传导性和热传导性。
如果原材料用树脂浸渍过，那么优选还要将树脂从颗粒中除去。下面对除去树脂的方法进行更详细的描述。
原材料粉碎并除去全部树脂后，就可进行再膨胀。可使用上述的嵌入和层离工艺以及Shane等人的US3,404,061和Greinke等人的US4,895,713中描述的方法进行再膨胀。
通常，嵌入后通过在炉内加热嵌入颗粒来进行颗粒的层离。层离步骤中，可将嵌入式天然石墨片加入循环使用的嵌入颗粒中。优选，再膨胀步骤中颗粒膨胀至特定体积，即至少约100cc/g至高达约350cc/g或更大。最后，再膨胀步骤后，可将再膨胀颗粒压缩为柔性片，正如前面所进行的描述。
柔性石墨片和箔具有内聚力并具有良好的操作强度，并可通过，例如压缩模塑法进行适当压缩，而使厚度为约0.025mm-3.75mm，密度通常约0.1-1.5克/立方厘米(g/cc)。虽然并不总是优选的，但柔性石墨片有时还可以有利地使用树脂进行处理，吸收的树脂在固化后可提高柔性石墨片的防潮性和操作强度，即刚性，并可固定石墨片的表面形态。使用时，树脂的适宜含量优选为至少约5重量％，更优选约10-35重量％，且适宜最高到约60重量％。已发现特别适用于本发明操作的树脂包括，丙烯酸基、环氧基和酚醛基树脂系统，或其混合物。适宜的环氧树脂系统包括基于缩水甘油醚或双酚A(DGEBA)以及其它多官能树脂系统的那些树脂系统；可使用的酚醛树脂包括甲阶酚醛树脂和酚醛清漆酚醛树脂。
参考附图，其公开了连续制备浸渍树脂的柔性石墨片的方法，其中将石墨薄片和液体嵌入试剂进料至反应器104。更特别的，容器101含有液体嵌入试剂。通过管路106可连续向容器101(适合由不锈钢制得)内补充液体嵌入剂。容器102含有石墨薄片，该石墨薄片与来自容器101的嵌入试剂一起引入反应器104。对嵌入试剂和石墨薄片进入反应器104的速率分别进行控制，例如使用阀108，107进行控制。通过管路109可对容器102中的石墨薄片进行连续补充。通过分配器110，在其出口用阀111进行计量，引入添加剂，例如嵌入增强剂，如痕量酸，以及有机化学品。
所得嵌入式石墨颗粒为潮湿的并涂敷了酸，将其送至洗涤罐114(例如经管路112)，在罐中可有利地用水洗涤颗粒，水经由116，118进出洗涤罐114。然后，例如通过管路120将洗涤后的嵌入式石墨薄片送入干燥室122。添加剂，例如缓冲剂、抗氧化剂、降低污染的化学试剂可由容器119加入嵌入式石墨薄片流中，其目的是在膨胀和使用过程中改性层离物质的表面化学，并改善导致膨胀的气体发射。
嵌入式石墨薄片在干燥器122中干燥，优选温度约75℃-约150℃，通常要避免嵌入式石墨薄片的任何扩大和膨胀。干燥后，将嵌入式石墨薄片以物流形式进料至燃烧室200，进料方式例如，经由管路126将物流连续进料至收集容器124中，之后再以物流形式进料至膨胀容器128内的燃烧室200中，如2中所示。添加剂，例如为由浸渍石英玻璃纤维构成的陶瓷纤维颗粒、碳和石墨纤维、氧化锆、一氮化硼、碳化硅和镁氧纤维、天然生成的矿物纤维，例如硅酸钙纤维、硅酸钙铝纤维、氧化铝纤维等，其可由容器129加入嵌入式石墨颗粒物流中，该嵌入式石墨颗粒物流通过127引入的非反应性气体的夹带而推进。
嵌入式石墨颗粒2穿过膨胀室201内的燃烧室200，在“c”方向上膨胀至80倍以上，并形成“类似蠕虫”的膨胀形状5；由129引入并与嵌入式石墨颗粒的物流混合的添加剂穿过燃烧室200时基本上不会受到影响。膨胀石墨颗粒5可通过重力沉降分离器130而将较重的灰化天然矿物颗粒由膨胀石墨颗粒中分离出来，之后再进入顶部宽大的加料斗132中。不需要时可绕过分离器130。
膨胀的，即，层离的石墨颗粒5与所有添加剂一起由加料斗自由下落，随机分散并通过压缩站136，例如通过槽134。压缩站136包括互相分开一定距离的相对的、逐渐靠近的、移动的多孔带157，158，其用于接收层离的膨胀石墨颗粒5。由于相对移动的带157，158之间的距离变小，因此层离的膨胀石墨颗粒被压缩为柔性石墨垫，如148所示，其厚度为例如约25.4-0.075mm，特别为约25.4-2.5mm，且密度约0.08-2.0g/cm3。可使用气体洗涤器149除去和清洁膨胀室201及进料斗132排出的气体。
垫148通过容器150，并从喷嘴138用液体树脂浸渍，树脂可有利地借助于真空室139“拉过垫”，此后优选在干燥器160中干燥树脂来降低树脂的粘性，之后在压延机170中使树脂浸渍的垫143致密化成为辊压的柔性石墨片147。优选将来自容器150和干燥器160的气体和烟收集在洗涤器165中并清洗。
致密化后，柔性石墨片147中的树脂在固化炉中至少部分固化。或者，尽管优选致密化后进行固化，但该部分固化也可在致密化之前进行。
但优选实施方案中柔性石墨片并非树脂浸渍的，这种情况下就可删除容器150、干燥器160和固化炉180。
虽然这种应用只描述为等离子体显示面板的散热器用途，但应认识到，本发明的方法及散热器同样可用于其它发光显示器件的热源，或集成热源(对于相关功能而言，其等于组成等离子体显示面板的单个放电单元的集合)，例如发光二极管。
现在，制得的等离子体显示面板尺寸为1米及以上(角对角测量)。因而，用于冷却和改善该面板的热点效应的散热器需要相对大一些，约为270毫米×约500毫米的量级，或大至约800毫米×500毫米，或者甚至更大。如上所述，等离子体显示面板中存在数万个单元，每个单元都含有等离子气体。电压施加于每个单元时，等离子气体就与每个单元中的磷光体反应产生有色光。由于需要大量能量电离气体以产生等离子体，因此等离子体显示器会变得非常热。而且，取决于显示面板特定区域的颜色，热点还可产生于屏幕上，这会导致磷光体过早分解，从而会缩短显示器寿命，并导致显示面板本身产生热应力。因此，需要用散热器降低这些热点的效应。
已发现层离石墨的压缩颗粒片，尤其层离石墨的压缩颗粒片的层压层特别适合用作等离子体显示面板的散热器。更特别的，使一个或多个层离石墨的压缩颗粒片，本文中称为柔性石墨片，与等离子体显示面板的背面热接触，从而使柔性石墨片覆盖面板内的多个热源(即，放电单元)。换句话说，柔性石墨片的表面积大于位于等离子体显示面板背面的放电单元的表面积；实际上，柔性石墨片的表面积大于位于等离子体显示面板背面的多个放电单元的表面积。而且，基于制成本发明的散热器的柔性石墨材料的性质，其可将热量从热点散发出去，当面板显示的图像变化时，该热点可产生于等离子体显示面板的不同位置处。
基于柔性石墨片材料的性质，即其比其它材料更具贴合性(conformable)，甚至比其它类型的石墨更具贴合性，因此，可使散热器和等离子体显示面板之间的接触电阻降低，而且与使用现有技术的采用等效应用压力的散热器相比，其可获得更好的热接触。
本发明的柔性石墨片散热器用于减小等离子体显示面板各位置间的热差(即，ΔT)。换句话说，与未使用柔性石墨片时产生的ΔT相比，通过使用本发明的柔性石墨散热器可减小显示面板上热点间的温差，例如，减小产生白色图像的位置与相邻的产生较暗图像的位置间的温差。因此，等离子体显示面板受到的热应力会减小，会延长面板寿命和效率。而且，由于热点(即，热峰)减少，整个单元可在更高温度下运转，并使所得图像得到改善。
实践中，对于待生产的石墨散热器而言，更有利的是在其上带有一层粘合剂，以便将散热器粘在等离子体显示面板上，在等离子体显示面板的组装生产中更是如此。那么就必须用一种剥离的衬里覆盖所述粘合剂，使粘合剂位于剥离衬里和石墨片之间，以便于在粘在等离子体显示面板前储存和运输该石墨散热器。
如果在大体积等离子体显示面板制造工艺中使用带有剥离衬里且涂敷了粘合剂的石墨片(或片的层压层)，则需要满足特定的条件。更具体地说，剥离衬里必须能非常快速地从石墨片中除去，而不会导致石墨分层。如果在除去剥离衬里时，衬里将粘合剂和一些石墨从片上拉下来而发生分层，则导致石墨损失、石墨片本身损坏及将石墨片粘附在等离子体显示面板上所需的粘合剂减少，并且导致难看且令人遗憾的外观。
但是，尽管应对粘合剂和剥离衬里进行选择，以使剥离衬里能从粘合剂/石墨片上剥离下来而不使石墨片分层，但粘合剂仍必须有足够强的粘性，以便当面板处于各种方向的任意方向时，其能使石墨片保持在等离子体显示面板的适当位置上，并保证散热器和面板之间具有良好的热接触。
此外，粘合剂不应显著减小散热器的热效果。换言之，由于粘合剂会干扰热从等离子体显示面板传导至散热器，因此在大厚度的层内使用的粘合剂会干扰散热器的热效果。
因而，粘合剂和剥离衬里的结合必须达到平衡，使得例如用ChemInstruments HSR-1000高速剥离试验器进行测定时，其提供的剥离负载量不大于约40g/cm，更优选约20g/cm且最优选约10g/cm，剥离速度约1m/s。例如，如果希望以约1m/s的速度除去剥离衬里，以匹配等离子体显示面板的大量制造要求，则剥离衬里的平均剥离负载量应不大于约40g/cm，更有利约20g/cm，最有利约10g/cm，从而可除去剥离衬里而不会导致该剥离速度下的石墨分层。为实现此目的，粘合剂厚度最优选应不大于约0.006mm。
另一个要平衡的因素是上面指出的粘合剂的粘合强度，在等离子体显示面板的制造过程中，其应足以使散热器维持在等离子体显示面板的适当位置，并足以保证散热器和等离子体显示面板之间具有良好的热接触。为了获得要求的粘合力，例如，用ChemInstruments TT-1000抗拉试验器进行测定时，粘合剂的最小搭叠剪切粘合强度至少约为125g/cm2，更优选平均搭叠剪切粘合强度至少约700g/cm2。
基于上述指出的全部内容，粘合剂基本上不应干扰散热器的热效果。也就是指，与不含粘合剂的散热器材料本身相比，存在粘合剂不应导致散热器整个厚度内热阻增加约100％以上。实际上，更优选的实施方案中，与不含粘合剂的散热器材料相比，粘合剂不会导致热阻增加约35％以上。因而，粘合剂必须满足剥离负载量要求和平均搭叠剪切粘合强度要求，还要足够薄以避免热阻的不希望的高增长。为了达到此要求，粘合剂应不厚于约0.015mm，更优选不厚于约0.006mm。
为达到制造散热器所需的上述平衡，该散热器适用于大体积等离子体显示面板的制造工艺，并且其中的散热器为厚度不大于约2.0mm且密度为约1.6-约1.9克/立方厘米的层离石墨的压缩颗粒的片或层压层，可使用理想厚度的商购自Ashland Chemical的Aroset 3300压敏丙烯酸粘合剂，结合用硅氧烷涂敷的牛皮纸制得的剥离衬里，例如商购自Technicote Inc.分公司Sil Tech的L2剥离衬里来达到所希望的结果。这样，就得到散热器复合材料，其含有散热器材料，例如层离石墨的压缩颗粒的片或层压层，其上具有粘合剂，粘合剂厚度基本上不会使散热器材料的热效果受到损害，并带有处于适当位置的剥离层，从而使粘合剂夹合在散热器材料和剥离材料之间。之后的操作中，剥离材料可从散热器/粘合剂结合物中除去，然后再将散热器/粘合剂结合物应用于等离子体显示面板，这样粘合剂就将散热器材料粘在等离子体显示面板上。而且，制造多个等离子体显示面板时，将至少一个散热器/粘合剂结合物应用于该多个等离子体显示面板的每一个中。
将柔性石墨层压层用于发明的散热器时，还可包括其它层压层，以改进层压层的机械或热性质。例如，可将导热金属如铝或铜的层压层插入柔性石墨的层间，以此来提高层压层的散热特性，而不会使石墨显示出的低接触电阻受到损害；其它材料，例如聚合物，也可用于加强或者说改进层压层的强度。此外，无论石墨材料是单层还是层压层，其都可带有背面层，例如，薄塑料片或作为备选的薄干燥树脂涂层，从而在不损害本发明散热器散热能力的情况下，改善材料的操作和/或减小运输或应用于面板时对片的损害。还可使用绝缘材料层。
实施例1在下列不同的屏幕条件下分析型号为TH42PA20的松下等离子体电视的热特性，该等离子体显示板背后粘附有丙烯酸散热剂。在显示器上产生黑白图纹，并使用红外照相机测定屏幕表面温度。在所有情况中背景是黑色的。图纹的组成如下1)水平横穿屏幕的均匀间隔的三条白线(23.9％屏幕照度)；和2)均匀间隔的白点(4％屏幕照度)形成的4×3列阵。在对带有常规丙烯酸散热剂的单元进行了试验后，除去丙烯酸散热剂并代之以柔性石墨散热剂，柔性石墨散热剂厚度为1.4mm，平面内的导热性为大约260W/m0K。然后在与上述相同的条件下再次试验等离子体显示器，结果列在表1中。
表1
实施例2在下列不同的屏幕条件下分析型号为Plasmasync 42″42XM2 HD的NEC等离子体显示器的热特性，该等离子体显示板背后粘附有铝/硅氧烷散热剂。在显示器上产生黑白图纹，并使用红外照相机测定屏幕表面温度。在所有情况中背景是黑色的。图纹的组成如下1)水平横穿屏幕的均匀间隔的三条白线(23.9％屏幕照度)；和2)均匀间隔的白点(4％屏幕照度)形成的4×3列阵。在对带有常规铝/硅氧烷散热剂的单元进行了试验后，除去铝/硅氧烷散热剂并代之以柔性石墨散热剂，柔性石墨散热剂厚度为1.4mm，导热性为大约260W/m0K。然后在与上述相同的条件下再次试验等离子体显示器，结果列在表2中。
表2
这些实施例举例说明了使用柔性石墨散热剂比常规散热剂技术所具有的优势，该优势在最高温度(Tmax)和温度范围(T范围)两方面均能观察到。
本申请中所有引用的专利及涉及的公开物都引入作为参考。
根据对本发明的描述，显然可以按许多方式进行变型。这种变型不应被认为是偏离了本发明的精神和范围，且所有对本领域技术人员来说为显而易见的改变都包括在下面的权利要求范围内。
权利要求
1.用于发光显示器件的散热器，包括至少一片层离石墨的压缩颗粒，其表面积大于面对发光显示器件背面的放电单元的该部分的表面积。
2.权利要求1的散热器，其中发光显示器件包括等离子体显示面板。
3.权利要求2的散热器，其中该至少一片层离石墨的压缩颗粒的表面积大于面对等离子体显示面板背面的多个放电单元的该部分的表面积。
4.权利要求1的散热器，其中该散热器包括一个层压层，该层压层含有多个层离石墨的压缩颗粒片。
5.权利要求4的散热器，其中该层压层包括非石墨材料的层。
6.权利要求5的散热器，其中该非石墨材料层包括金属、聚合物或绝缘材料。
7.权利要求1的散热器，其中该散热器包括附于其上的粘合剂和适当放置的剥离材料，从而使粘合剂夹合在散热器和剥离材料之间。
8.权利要求7的散热器，其中对剥离材料和粘合剂进行选择，以使剥离材料按预定速率剥离而不对散热器造成不希望的破坏。
9.权利要求8的散热器，其中粘合剂和剥离材料在1米/秒的剥离速度下，提供不大于约40克/厘米的平均剥离负载量。
10.权利要求9的散热器，其中在1米/秒的剥离速度下，平均剥离负载量不大于约10克/厘米。
11.权利要求9的散热器，其中粘合剂的最小搭叠剪切粘合强度为至少约125g/cm2。
12.权利要求11的散热器，其中粘合剂的平均搭叠剪切粘合强度为至少约700g/cm2。
13.权利要求11的散热器，其中与散热器材料本身相比，粘合剂导致粘合剂/散热器材料整个厚度内热阻的增加不大于约35％。
14.权利要求13的散热器，其中粘合剂厚度不大于约0.015mm。
15.权利要求14的散热器，其中粘合剂厚度不大于约0.006mm。
全文摘要
一种用于发光显示器件，如等离子体显示面板或发光二极管的散热器，包括至少一片层离石墨的压缩颗粒，其表面积大于面对器件背面的放电单元的该部分的表面积。
文档编号G06F1/20GK1612684SQ200410088148
公开日2005年5月4日 申请日期2004年10月14日 优先权日2003年10月14日
发明者T·克罗维斯科, J·诺尔利, M·D·斯马尔克, J·P·卡普 申请人:先进能源科技公司