CN103346249A - 一种led背光源曲面散热片及其制造方法 - Google Patents

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文尚胜
马遥
缪露娜
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Abstract

本发明公开了一种LED背光源曲面散热片，包括用于LED背光源散热的铝型材，该铝型材用于安装LED背光源的面为曲面，该曲面上设有石墨烯膜。发明还公开了制造上述LED背光源曲面散热片的方法。本发明优点在于增加了LED的现有发光效率和使用寿命，特别是针对大功率的平板显示LED背光源模块。而且石墨烯的使用也可以使整个LED结构更加轻便。

Description

一种LED背光源曲面散热片及其制造方法
技术领域
本发明涉及LED散热片技术领域，特别涉及一种新型的LED背光源的曲面散热片，本发明以石墨烯薄膜为制作原材料，并对散热片结构做出了改良。
背景技术
近几年来，石墨烯作为一种新型材料在全世界引起了广泛关注。它是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的,其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环,其理论厚度仅为0.35nm,是目前所发现的最薄的二维材料.石墨烯是构成其它石墨材料的基本单元,可以翘曲变成零维的富勒烯,卷曲形成一维的CNTs[4-5]或者堆垛成三维的石墨。这种特殊结构蕴含了丰富而奇特的物理现象,使石墨烯表现出许多优异的物理化学性质。我们这里所涉及的是它的热学性能，它作为一种低维纳米碳材料，因为其极高的弹性常数和平均自由程，具有高达3000至6000Wm-1K-1的热传导率，又因为其在高温下的稳定性，这些材料可用作高温的导热材料。
传统LED散热片大多都是用铝或者铜-铝作为散热材料，铜面可以极速传热，热通过铜面的传导在平面上迅速扩散，然后通过整个面的热传导至散热壳体再散发出去，以此达到散热效果。但是即使铜在工业界中作为传热材料被广泛应用，但是它的热传导率只有400Wm-1K-1。如图1所示为现有技术中的LED散热片结构的示意图，从下至上依次包括铜材层2和铝材层1，铜材层2与导热硅胶垫片或者导热硅脂结合，用于安装LED背光源的发光模块。
发明内容
为了使现有的散热片发挥更大的散热功效，本发明的目的之一在于提供一种以石墨烯膜代替铜为原材料制作并对散热片结构做出改良的LED背光源曲面型散热片，本发明的目的之二在于提供上述实现了热传导率的上升LED背光源曲面型散热片的制造方法。本发明的出发点在于增加LED的现有发光效率和使用寿命，特别是针对大功率的平板显示LED背光源模块。而且石墨烯的使用也可以使整个LED结构更加轻便。
为实现本发明目的之一所采用的技术方案为：一种LED背光源曲面散热片，包括用于LED背光源散热的铝型材，该铝型材用于安装LED背光源的面为曲面，该曲面上设有石墨烯膜。
优选的，所述石墨烯膜的厚度为0.50nm至1.83nm。
优选的，所述铝型材上还设有一体成型的散热鳍片；所述散热鳍片为波浪形的鳍片结构。
优选的，所述曲面为平滑过渡的曲面。
为实现本发明目的之所2采用的技术方案为：一种制造LED背光源曲面散热片的方法，包括以下步骤：步骤一、制作石墨烯膜；步骤二、将石墨烯膜转移至铝型材的曲面上。
优选的，步骤二之前，使用硝酸对石墨烯膜和铝型材曲面的相互接触面作预处理。
优选的，步骤一中，制作石墨烯膜的方法为化学气相沉淀法、碳化硅表面外延生长法或氧化减薄石墨片法。
优选的，步骤二中，将石墨烯膜转移至铝型材曲面上的方法为PDMS转移法、溶液刻蚀法或滤纸转移法。
本发明中，所述石墨烯膜选取的是层数尽量少的石墨烯膜，因为对于多层的石墨烯，由于各层之间低频声子的散射以及Umklapp散射过程的改变，其热传导率有所降低，当石墨烯层数从2层增至4层时，其热传导率从2800Wm-1K-1降低至1300Wm-1K-1。所以说相比而言，层数较少的石墨烯在热传导率上更有优势。而新设计的曲面结构相对平面结构增大了与导热硅胶的接触面，从而致使单位时间内石墨烯导出的热量更多，比简单的平面结构更有优势。
所述曲面型鳍片式散热型铝型材下面做成波浪形的鳍片结构，上表面则是制作成平滑曲面，用作转移石墨烯薄膜的基底并与薄膜粘合，并减少结合面的空隙，并且由于接触面的增加，导致单位时间内从石墨烯传导过来的热量较之以前更多，从而增加传热效率。下面的波浪形的鳍片结构可以增加空气的流通量，使热量可以更快地发散到空气中。这种铝型材所选的是为铝挤AL6063，其有着良好的热传导率与加工性。易于曲面加工和制造。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明通过利用石墨烯膜的高热传导率，代替薄铜面放置在鳍片式散热型铝型材上，使热更快地在面上传导，令单位时间内通过鳍片结构散发出去的热比原来更加的多，从而增加LED的现有发光效率和使用寿命。特别是针对需急速散热的大功率的平板显示LED背光源模块。
(2)本发明利用曲面结构，增大了散热片与导热硅胶的接触面积，令单位时间内从导热硅胶散发到曲面散热片的热量增多，从而增加LED的现有发光效率和使用寿命。特别是针对需急速散热的大功率的平板显示LED背光源模块。
(3)本发明利用波浪形的鳍片结构，增加空气的流通量，令单位时间内从导热硅胶散发到曲面散热片的热量可以很快地通过空气散到LED之外，从而增加LED的现有发光效率和使用寿命。特别是针对需急速散热的大功率的平板显示LED背光源模块。
附图说明
图1为现有技术的LED散热片的结构示意图
图2为本发明实施例LED背光源曲面散热片的结构示意图
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图2所示，一种新型的LED背光源曲面散热片，包括用于LED背光源散热的铝型材10，该铝型材用于安装LED背光源的面为曲面，曲面为平滑过渡的曲面，该曲面上设有石墨烯膜20。
所述石墨烯膜的厚度为0.50nm至1.83nm，即单层到四层石墨烯薄膜的APM实测厚度。所述铝型材上还设有一体成型的散热鳍片；所述散热鳍片为波浪形的鳍片结构。
石墨烯薄膜20优先选用化学气相沉淀法制得，然后通过PDMS转移法来转移薄膜，这种方法制成的薄膜连续性较好，而且具有一定的韧性，可以随柔性基底进行弯曲而不被破坏。
一种PDMS转移方法的步骤为：
（1）将生长有制备态石墨烯的铜基底折成槽状；
（2）将PDMS（聚二甲基硅氧烷）和PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）以10：1的质量比混合均匀，再将PDMS和PMMA的均匀混合物倾倒在槽状的铜基底上，静置在水平位置，直至PDMS凝固；
（3）用0.5mol/L的FeCl3溶液进行刻蚀，待铜完全溶解后，石墨烯薄膜便会贴附在PDMS基底上；
（4）用去离子水清洗后，即可获得大面积的连续石墨烯薄膜。
所述石墨烯薄膜和铝型材的接触面用硝酸预处理，加强两个材料的复合界面粘结效果，这样还有助于提高它的热导性能，然后将两者弯曲的已处理界面粘结起来，当石墨烯薄膜已处理过的表面粘结到曲面型散热铝型材表面并形成曲面型石墨烯薄膜时，整体的结构就完成了。
这种结构不仅仅大大改善复合材料的热导性能，而且由于石墨烯薄膜和散热铝型材基底材料的相互作用，可以有效阻止石墨烯在还原时发生的团聚，从而阻止石墨烯层数的增加。接下来，和传统的方法一样，将已完成的石墨烯-铝散热片与导热硅胶垫片或者导热硅脂结合即可。
当我们用石墨烯材料作为散热片中的均温材料时，它的高效热传导性使它均温的速度比目前使用的纯铜大大增快，即使考虑到其与基底的相互作用对声子有所散射，它的热传导率仍然可达到600Wm-1K-1,其热传导率和铜相比依然很有优势。
具体实施方式中石墨烯薄膜制备的其他方法：
（1）碳化硅表面外延生长法：通过加热单晶碳化硅脱除硅，在单晶面上分解出石墨烯片层。具体操作是将经氧气或氢气刻蚀处理得到的样品在高真空下通过电子轰击加热，除去氧化物。
（2）氧化减薄石墨片法：通过加热氧化的方法一层层地减薄石墨片，从而得到单层或双层的石墨烯薄膜。
具体实施方式中石墨烯薄膜转移的其他方法：
（1）溶液刻蚀转移法：将制备态的石墨烯薄膜放入不能与石墨烯反应的溶液中，将镍基底/铜基底溶解，进而制备石墨烯薄膜的方法。刻蚀溶液可采用FeCl3、HNO3或FeCl3+HCl混合溶液。
（2）滤纸转移法：分析滤纸不溶于水而溶于丙酮，于是可将石墨烯薄膜先沉积在分析滤纸基底上，再用丙酮清洗以获得石墨烯薄膜。
本发明的实施方式并不受所述实施的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种LED背光源曲面散热片，包括用于LED背光源散热的铝型材，其特征在于：该铝型材用于安装LED背光源的面为曲面，该曲面上设有石墨烯膜。
2.根据权利要求1所述的LED背光源曲面散热片，其特征在于：所述石墨烯膜的厚度为0.50nm至1.83nm。
3.根据权利要求1所述的LED背光源曲面散热片，其特征在于：所述铝型材上还设有一体成型的散热鳍片；所述散热鳍片为波浪形的鳍片结构。
4.根据权利要求1所述的LED背光源曲面散热片，其特征在于：所述曲面为平滑过渡的曲面。
5.一种制造如权利要求1所述LED背光源曲面散热片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、制作石墨烯膜；
步骤二、将石墨烯膜转移至铝型材的曲面上。
6.根据权利要求5所述的制造LED背光源曲面散热片的方法，其特征在于：在步骤二之前，使用硝酸对石墨烯膜和铝型材曲面的相互接触面作预处理。
7.根据权利要求5所述的制造LED背光源曲面散热片的方法，其特征在于：步骤一中，制作石墨烯膜的方法为化学气相沉淀法、碳化硅表面外延生长法或氧化减薄石墨片法。
8.根据权利要求5所述的制造LED背光源曲面散热片的方法，其特征在于：步骤二中，将石墨烯膜转移至铝型材曲面上的方法为PDMS转移法、溶液刻蚀法或滤纸转移法。
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