CN102702887B - 一种散热材料、其制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种散热材料，其包含如下重量份组分：无机化合物10-30重量份，金属氧化物10-30重量份，成膜材料40-80重量份。本发明还提供该散热材料的制备方法及其应用。本发明的散热材料可以作为散热涂层覆于LED液晶模组的背板表面，将LED产生的一部分热量，通过红外辐射的方式散去，增强了LED液晶模组的散热性能，在相同的散热面积上，增加了散热量，提高了散热效率。

Description

一种散热材料、其制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种散热材料，具体地说，涉及一种用于LED液晶模组的散热材料、其制备方法及其应用。

背景技术

随着微电子技术及组装技术的发展，现代电子设备正日益成为由高密度组装、微组装所形成的高度集成系统，电子设备的热流密度也日益提高，而寿命与其工作温度具有直接的关系，使用过程中的温度梯度会产生热应力与热变形，最终导致产品疲劳失效。由此可见，散热设计处理不当是导致现代电子产品失效的重要原因。

LED液晶电视是近几年才出现的新产品，如图1所示，LED散热器一般为挤出铝合金型材1，铝合金型材1放置在背板2上，通过螺钉连接，将LED灯条3与铝合金型材1连接在一起。

在液晶模组工作时，LED散发的热量由LED传到到LED灯条3的基板上，然后再经由铝合金型材传导到背板2上进而进行散热。随着目前LED功率的增大，为解决散热问题，大多数是使用铝背板或设计异型散热器1’增加散热器的面积来着手，如图2所示，这样不但对制件的加工技术的要求提高，也会造成设计难度的提高，导致成本的增加。

在专利文献中也有相关解决LED液晶模组散热问题的报道，比如专利申请CN200810149566.5公开的是LED基板散热结构及包括该结构的LED灯管，其采用在LED基板上涂覆有涂布层，涂布层中含有纳米粉末和粘结剂；纳米粉末采用纳米粘土、纳米二氧化硅、远红外陶瓷粉末中一种或三者的混合。该LED基板散热结构只适合在LED敞开在空间内的状况下应用，不适合在液晶模组内的LED灯条上使用。

专利申请CN 201010187223.5公开的是一种碳基复合散热材料，其含有碳量82%以上的碳基材料，18%以下的金属铜、铝、金、银或锡，该散热材料可以作为LED液晶模组的背板，但其存在如下缺点：1）耐冲击性能差，受机械冲击后，易断裂；2）材料成型条件苛刻，不适合大批量的工业生产；3）成型需要复杂精密的控制过程来实现，设计自由度低，不能很容易的进行设计变更以适应多样化的产品。

专利申请CN 200920277539.6和专利申请CN 200920261709.1分别公开了一种散热结构，但其只是增强了模组中的导热性能，并未增加背板的辐射散热效率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种用于LED液晶模组的散热材料，可提高液晶模组的辐射散热性能，提高散热效率。

本发明的另一目的是提供该散热材料的制备方法。

本发明的再一目的是提供散热材料在用于制备散热涂层的应用。

为了实现本发明目的，本发明提供一种散热材料，其包含如下重量份组分：

无机化合物10-30重量份，金属氧化物10-30重量份，成膜材料40-80重量份。

其中，所述重量份，可为本领域技术人员熟知的重量单位，比如克、千克、公斤、吨等。

所述无机化合物为碳纤维与碳纳米管、氮化硼、碳化硅中的一种或多种组合的混合物。

所述金属氧化物为三氧化二铁、三氧化二铝、二氧化锰中的一种或多种组合的混合物。

所述碳纤维的直径3-7微米，长度为5-20微米。

所述碳纳米管直径为0.05-0.1微米，长度为0.05-10微米。其可以选择单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，或是带有羟基或羧基的碳纳米管，羟基或羧基质量百分数控制在0.1-3%为佳。

所述氮化硼、碳化硅以及金属氧化物的直径控制在0.1-20微米。

所述氮化硼优选采用六方氮化硼。

所述成膜材料为丙烯酸树脂和/或环氧树脂。

为了实现本发明的另一目的，本发明所述散热材料的制备方法，其采用将无机化合物、金属氧化物和成膜材料按配比加入有机溶剂中，搅拌均匀，并经烘干而成。

其中所述有机溶剂为酯类或苯类有机溶剂，具体地说，可以为甲苯、二甲苯、乙苯、乙酸乙酯或者乙酸丁酯中一种或多种。

所述烘干温度为150-200℃，烘干时间在1-2小时。

本发明的所述散热材料可以采用喷涂、刷涂、丝印的方法（优选喷涂方法）形成散热涂层覆于液晶模组背板外表面上。

本发明提供一种散热涂层，由所述的散热涂料制备而成。

所述散热涂层的厚度为20-60微米，优选为20-40微米。

本发明提供一种液晶模组，包括所述的散热涂层，所述散热涂层设于背板外表面。

本发明研究人员经过大量实验研究，选择无机化合物、金属氧化物及成膜材料以特定组分形成散热材料，该散热材料具有可将热量转换为电磁波（红外线）发射出涂料表面的功能，由于单位面积上辐射散热量和表面的发射率有关系（近似正比），本发明的散热材料的发射率能达到0.8以上，而普通的钢板表面为0.2左右，铝板表面则为0.07左右。发射率越高，在相同的散热面积上，散热效率越高，单位面积的散热量也越大。热量经背板传递到涂料表面后，本发明的红外材料可以热量转化成电磁波（红外线）发射出去，将其作为散热涂层覆于LED液晶模组的背板表面，可将LED产生的一部分热量，通过红外辐射的方式散去，增强了LED液晶模组的散热性能。

本发明采用碳纤维与碳纳米管、氮化硼、碳化硅等纳米材料，以及金属氧化物构成导热、散热组分，保证其在径向和轴向上都具有高的导热性和散热性，并在聚合物中起到“骨架”作用，以形成三维网状的散热结构。本发明采用在溶剂中将碳纤维和纳米材料的无机化合物及金属氧化物进行混合，由于碳纤维具备一定的长度，在聚合物成膜材料中能起到“骨架”的作用，同时利用纳米材料的吸附作用，可以搭接在碳纤维上，可以使得碳纳米管等纳米材料附着在碳纤维内部缺陷及表面上，使得碳纤维在径向和轴向上都具有高的导热性，而本发明所采用的碳纤维和碳纳米管等纳米材料分散性非常好，可以分散在聚合物体系内，解决了纳米材料在聚合物体系内常见的“团簇”问题，因此在涂料层可以形成对散热有利的稳定的三维网状体系的散热结构，将热量快速的导到涂料层外表面。同时，由于部分纳米材料会均匀的分散在涂料层外表面，将传导过来的热量转化为电磁波（红外线）传递到外界环境中。

附图说明

图1为现有LED液晶电视液晶模组的结构示意图；

图2为现有具有异型散热器的LED液晶电视液晶模组的结构示意图；

图3为本发明实施例1-4用于评价液晶模组散热性能的测温点分布的示意图；

图4为本发明实施例5的包含所述散热涂层的液晶模组的结构示意图。

图中，1铝合金型材，1’异型散热器，2背板，3LED灯条，

4测温点a，5测温点b，6测温点c，7散热涂层，

8反射片，9反射点，10导光板，11光学膜片组，12液晶面板。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

将20g碳纳米管（直径为0.1微米，长度为5微米），20g碳纤维（直径5微米，长度10微米），70g六方氮化硼（最大直径15微米），70g三氧化二铁（最大直径20微米）和340g丙烯酸树脂（30g苯乙烯、20g丙烯酸、290g丙烯酸正丁酯、1200g乙酸丁酯配制成单体溶液，使用0.5g偶氮二异丁腈在85℃下引发聚合后，脱溶剂后的聚合物。）分散在溶剂中（220g二甲苯，200g乙酸乙酯，60g乙苯），形成动力粘度为800mPa·S的均匀溶液，用1mm直径喷嘴喷涂在SECC背板（电镀锌钢板）表面，然后将喷涂好的背板在170℃下烘干1小时，得到表面有30微米散热涂层的SECC液晶模组背板。

对该SECC液晶模组背板进行散热性能检测：

1.先对不加散热涂层的液晶模组背板进行温度测试，液晶模组包括背板2，背板2的一侧固定连接铝合金型材1和LED灯条3；背板2底部上依次设有反射片8、导光板10、光学膜片组11和液晶面板12，导光板10上设有用于光反射的反射点9，如图3所示，分别测量测温点a4，测温点b 5，测温点c 6的温度，温度分别为67.5℃、58.9℃、54.6℃。温度越低，说明散热性能越好。

2.然后再将本实施例覆有30微米散热涂层的SECC液晶模组背板进行散热性能检测，分别对测温点a 4，测温点b 5，测温点c 6的温度进行测定，温度分别为63.4℃、55.4℃、51.5℃。

实施例2

将20g碳纳米管（直径为0.1微米，长度为0.5微米），20g碳纤维（直径5微米，长度7微米），30g六方氮化硼（最大直径10微米），30g碳化硅（最大直径15微米），50g三氧化二铝（最大直径20微米），60g二氧化锰（最大直径20微米）和320g丙烯酸树脂（20g苯乙烯、20g丙烯酸、80g丙烯酸正丁酯、200g丙烯酸-2-乙基己酯、1200g乙酸丁酯配制成单体溶液，使用0.4g偶氮二异丁腈在85℃下引发聚合后，脱溶剂后的聚合物。）分散在溶剂中（230g二甲苯，200g乙酸丁酯，60g乙苯），形成动力粘度为2Pa·S的均匀溶液，用1mm直径喷嘴喷涂在SECC背板表面，然后将喷涂好的背板在170℃下烘干1小时，得到表面有25微米散热涂层的SECC液晶模组背板。

采用实施例1的方法进行测试，测温点a 4，测温点b 5，测温点c 6的温度分别为62.8℃、55.2℃、51.1℃。

实施例3

使用20g苯乙烯、20g丙烯酸、80g丙烯酸正丁酯、200g丙烯酸-2-乙基己酯、1200g乙酸丁酯配制成单体溶液，使用0.4g偶氮二异丁腈在85℃下引发聚合后，脱溶剂后得到360g丙烯酸树脂。

将20g羧基含量为0.7％的多壁碳纳米管（直径为0.06微米，长度为0.1微米），80g碳纤维（直径5微米，长度10微米），30g三氧化二铁（最大直径20微米），60g二氧化锰（最大直径20微米）和360g丙烯酸树脂分散在溶剂中（230g二甲苯，200g乙酸乙酯，60g乙苯），形成动力粘度为2.2Pa·S的均匀溶液。将涂料溶液用1.2mm喷嘴喷涂在5052铝背板上，然后将喷涂好的背板在150℃下烘干半小时，在其表面，形成约25微米的散热涂层，对该液晶模组背板进行散热性能检测：

1.对无散热涂层的液晶模组背板进行温度测试，如图3所示，分别测量测温点a 4，测温点b 5，测温点c 6的温度，其温度分别为65.4℃、54.3℃、50.5℃。

2.增加散热涂层后测温点a4，测温点b 5，测温点c 6的温度分别为59.5℃、50.7℃、46.9℃。

实施例4

将20g碳纳米管（直径为0.1微米，长度为0.5微米），20g碳纤维（直径5微米，长度7微米），30g六方氮化硼（最大直径10微米），30g碳化硅（最大直径15微米），50g三氧化二铝（最大直径20微米），60g二氧化锰（最大直径20微米）和220g环氧树脂（使用双酚A（BPA）和过量的环氧氯丙烷(ECH)制成的环氧值为0.21的环氧树脂，）分散在溶剂中（230g二甲苯，200g乙酸乙酯，60g乙苯），形成均匀溶液，然后再加入100g咪唑类固化剂704（市售获得的市场上的定型产品），混合均匀后，用1mm直径喷嘴喷涂在SECC背板表面，然后将喷涂好的背板在180℃下烘干半小时，得到表面有25微米散热涂层的SECC液晶模组背板。

采用实施例1的方法进行测试，测温点a 4，测温点b 5，测温点c 6的温度分别为63.2℃、55.3℃、50.7℃。

实施例5

图4为本发明包含所述散热涂层的液晶模组的结构示意图。如图4所示，该液晶模组包括散热涂层7，设于背板2外表面。散热涂层7为实施例1-4制成的散热涂层。

该液晶模组的其他部件与现有的液晶模组中通常设有的部件相同，背板2的一侧固定连接铝合金型材1和LED灯条3；背板2底部上依次设有反射片8、导光板10、光学膜片组11和液晶面板12，导光板10上设有用于光反射的反射点9。

散热涂层7具有可将热量转换为红外线发射功能，可将LED灯条3上LED灯散发出来的热量通过红外辐射的方式散去，增强了LED液晶模组的散热性能，在相同的散热面积上，增加了散热量，提高了散热效率。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种用于LED液晶模组的散热材料，其特征在于，其包含如下重量份组分：

无机化合物10-30重量份，金属氧化物10-30重量份，成膜材料40-80重量份；

所述无机化合物包含碳纤维与碳纳米管的混合物；

所述金属氧化物为三氧化二铁、三氧化二铝、二氧化锰中的一种或多种组合的混合物；

所述成膜材料为丙烯酸树脂和/或环氧树脂。

2.根据权利要求1所述的散热材料，其特征在于，所述无机化合物还包含氮化硼和/或碳化硅。

3.根据权利要求2所述的散热材料，其特征在于，所述氮化硼、碳化硅以及金属氧化物的直径控制在0.1-20微米。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的散热材料，其特征在于，所述碳纤维的直径为3-7微米，长度为5-20微米；所述碳纳米管直径为0.05-0.1微米，长度为0.05-10微米。

5.制备权利要求1-4任意一项所述散热材料的制备方法，其特征在于，其采用将无机化合物、金属氧化物和成膜材料按配比加入有机溶剂中，搅拌均匀，并经烘干而成。

6.根据权利要求5所述散热材料的制备方法，其特征在于，所述烘干温度为150-200℃，烘干时间在1-2小时。

7.权利要求1-4任意一项所述散热材料在用于制备液晶模组背板中的应用。

8.一种散热涂层，其特征在于，由权利要求1-4任意一项所述的散热材料制备而成。

9.一种液晶模组，其特征在于，包括权利要求8所述的散热涂层，所述散热涂层设于背板外表面。

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