JP2009037239A - ディスプレイデバイスの温度差を減少させる方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】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素子用の放熱を促進する構造を提供する。
【解決手段】放射性ディスプレイデバイス、例えば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、または別の種類のディスプレイデバイス、例えば液晶ディスプレイデバイスにおいて、デバイスの裏側表面に面した部分の表面積より大きな表面積を有する少なくとも一枚の、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シートを含んでなる放熱体を備える。
【選択図】図１

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）等の表示素子に有用なヒートスプレッダー、およびこれらの素子
からの熱的な有益性に関する。
プラズマディスプレイパネルは、複数の放電セルを含み、放電セルの電極を横切って電
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狭持するように接合して製造される。
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、それぞれが熱源となり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、基板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、ガラス基板材料の特性のために困難である。
さらに、発光のために活性化された放電セルの温度は著しく上昇するのに対し、活性化
されていない放電セルの温度はあまり上昇しない。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活性化される放電セルは、黒色または暗色スペクトルで活性化される
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、局所的に発熱させる場所が画像と共に変化する。
さらに、活性化された放電セルと活性化され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を生じ易くなる。
放電セルの電極に印加すべき電圧が増加すると、放電セルの明るさが増加するものの、
セルで発生する熱量も増加する。従って、活性化させるための電圧が高いセルは、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。例
えばＬＣＤ等の放射性表示素子以外の表示素子にも類似の問題があり、そこではホットス
ポットが素子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、Ik
eda、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放熱体（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、Lakewo
od, 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を有するために、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／ｃｍ３〜約２．０ｇ／ｃｍ３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性ディスプレイデバイス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性表示素子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。
そのため、放射性ディスプレイデバイス用の軽量で経済的なヒートスプレッダー、特に
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、必要な時にデバイスから効果
的に取り外せるヒートスプレッダーが希求されている。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表示素子の区域全体にわたって温度差を均等化し、そ
れによってパネルが暴露される危険性の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、ホットスポットを減少させるように機能し得るべきである。
そこで、本発明の目的は、例えば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素子に使用するヒートスプレッダーを提供することにある。
本発明の別の目的は、表示素子に使用し、使用中に起こる温度差を緩和することができ
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、熱源、例えばプラズマディスプレイパネルの一個以上のセ
ル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、熱源または熱源の集合体、例えばプラズマディスプレイパネルま
たは発光ダイオードに取り付け、ヒートスプレッダーとデバイスとの間の良好な熱的接触
を保ちながら密着することが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式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。
これらの目的および他の目的は、下記の説明を読むことにより、当業者には明らかであ
り、ディスプレイデバイス用のヒートスプレッダーであって、少なくとも一枚の、剥離さ
れたグラファイトの圧縮された粒子から形成されたシート（該シートは、デバイス、例え
ば放電セル、の、そのデバイスの裏側表面に面した部分の表面積よりも大きな表面積を有
する）を含んでな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。ディスプレイ
デバイスは、放射性ディスプレイデバイス、例えば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、または別の種類のディスプレイデバイス、例えば液晶ディスプレイ
デバイスでよい。より好ましくは、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シートは、複数の放電セルの、デバイスの裏側表面に面した部分
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複数のシートを含んでなるラミネートであり、その上に
、シートからグラファイト粒子が剥がれるのを阻止するために、保護被覆が施されている
のが好ましい。好ましい実施態様としては、ヒートスプレッダー表面は、その上に表面仕
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。
好ましい実施態様としては、ヒートスプレッダーはその上に接着剤および剥離材料を有
し、剥離材料は、接着剤が放熱体と剥離材料の間に狭持さ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する。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通した熱抵抗増加が、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以下であるべきである。
上記の一般的な説明および下記の詳細な説明の両方が、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：
Figure 2009037239
 （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（ＣＨ２）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２
０％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９
０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１
２６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、１２
７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１
３２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１３
６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／ｃｍ３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。
剥離されたグラファイトの圧縮された粒子から形成されたシート、特に剥離されたグラ
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、ディスプレイデバイス
、例えばプラズマディスプレイパネル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、ディスプレイデバイ
ス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、グラファイトヒートスプレッダーが、その上に接着剤の層を有し、特にプラ
ズマディスプレイパネルを組み立てる工程で、放熱体をプラズマディスプレイパネルに接
着するのが有利である。その際、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、プラズマディスプレイパネルに
接着させる前に、グラファイト放熱体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、ディスプレイデバイス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
トシートをディスプレイデバイス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ディスプレイデバイスか
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、ディスプレイデバイス、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／ｃ
ｍ、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ディスプレイデバイス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。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／ｃｍ２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／ｃｍ２の平均ラップせん断接着強度を有するべきである。
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、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、接
着剤を含まな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、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、接着剤の厚さ
は約０．０１５ｍｍ以下、より好ましくは約０．００５ｍｍ以下であるべきである。
大量生産工程におけるディスプレイデバイス、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、剥離された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 T
ech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、例えば剥離された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んでなり、その上に、ヒートスプレッダー材料
の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、接着剤
がヒートスプレッダー材料と剥離材料との間に狭持さ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／接着剤の組合せをディスプレイデバイス、例
えばプラズマディスプレイパネルに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。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、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る。
フレキシブルグラファイトラミネートを本発明のヒートスプレッダーとして使用する場
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、アルミニウムまたは銅等の熱伝導性の金属のラミネート層を、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導電性と抵抗を犠
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ことができる。さらに、グラファイト材料（単一
シートでもラミネートでも）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ディスプレイデバイス
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、ディスプレイデバイスと接触する表面は、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。最も好ましいのはアルミニウムまたは銅のような金属であり、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ディスプレイデバイス表
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で示す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
、大抵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１
２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
形である場合は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）。
ここで図１〜３に関して、ヒートスプレッダー１０は、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２０を含んでなるのが有利である
。保護被覆２０は、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、放熱体１０を効果的に隔離することが好
ましい。保護被覆２０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、を含んでな
ることができる。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２０は、
アルミニウム等の金属を含んでなることができる。
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２０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２０に真の最大厚
さはないが、保護被覆２０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をディスプレイデバイス、例えばプラズマディスプレイパネル
に付ける場合、ヒートスプレッダー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２０で被覆する必要が無くなる。同様に、主要表面１４が、ヒートスプレッダー
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２０をヒートスプレッダー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、ヒートスプレッダー１０をプラズマディスプレイパネル（
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。
ヒートスプレッダー１０には、保護被覆２０を、幾つかの異なった方法により施すこと
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、ヒートスプレ
ッダー１０を形成するサイズおよび形状に切断した後、保護被覆２０を形成する材料を個
々のヒートスプレッダー１０の上に施し、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１に示すように、ヒートスプレッダー
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２０を、当業者には良く
知られている様々な被覆方法、例えばローラー塗りおよびホットラミネーティングプレス
、により施すことができる。
図２に示す別の実施態様では、保護被覆２０を放熱体１０に、一つ以上の縁部表面１６
ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ（例えば、いずれの端部表面が露出し、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）を覆うように施すことができる
。保護被覆２０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。
本発明のさらに別の実施態様では、図３に示すように、保護被覆２０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では、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２０で、例えばローラー塗り、接着剤と張り合わせる、または熱プ
レスで張り合わせることにより被覆し、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２０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２０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２
０、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（いずれも
、Wilmington, DelawareのE.I. du Pont de Nemours and Companyから市販されている）
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２０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２０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。接着剤層３０
は、ヒートスプレッダー１０および保護被覆２０のどちらか、または両方に施すことがで
きる。接着剤層３０は、できるだけ薄いが、それでも保護被覆２０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、接着剤層３０は、厚さが約０
．０１５ｍｍ以下である。
さらに、別の実施態様では、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とディスプレイデバイスの表面との間に挿入された仕上げ層４０を含んでなること
ができる。上記のように、仕上げ層４０は、好ましくは金属、例えばアルミニウムであり
、図１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４０との間に塗布さ
れた接着剤層５０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４０のどちらか、または両方に塗布することができる。無論、接着剤５０は、で
きるだけ薄いが、それでも仕上げ層４０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１に示すように、仕上げ層４０は、保護被覆２０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４０と保護被覆２０との間に密封することができる。よ
り詳しくは、仕上げ層４０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、
保護被覆はヒートスプレッダー１０の周りおよび仕上げ層４０に施すことができる。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４０と保護被覆２０との間で
縁部１６等を密封することができる。
本願は、プラズマディスプレイパネルへのヒートスプレッダーの応用に関して記載して
いるが、無論、本発明の方法およびヒートスプレッダーは、他の放射性ディスプレイデバ
イスの熱源、または、発光ダイオード等の熱源集合体（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）、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液晶ディスプレイ等の他のディスプレイデバイスにも等
しく適用できる。
下記の例は、本発明の一実施態様の操作および効果を例示するが、例示のためだけであ
って、特許請求する本発明の範囲および広さを制限するものではない。
例１
プラズマディスプレイパネルの背面に取り付けたアクリル系放熱体を使用するPanasoni
cプラズマＴＶモデル番号TH42PA20の熱的特性を、下記の様々なスクリーン条件下で解析
する。ディスプレイ上に白および黒のパターンを発生させ、赤外カメラを使用してスクリ
ーン表面温度を測定する。すべての場合で、背景は黒である。パターンは、１）スクリー
ンを横切って水平に、均等に間隔を置いて配置された３本の白色線（２３．９％スクリー
ン照明）、および２）４×３列の、均等に間隔を置いて配置された白色点（４％スクリー
ン照明）からなる。従来のアクリル系放熱体を備えた装置を試験した後、アクリル系放熱
体を取り外し、厚さ１．４ｍｍ、平面内熱伝導率約２６０Ｗ／ｍ°Ｋを有するフレキシブ
ルグラファイト放熱体と交換する。次いで、プラズマディスプレイを、前に試験した条件
と同じ条件下で再試験し、結果を表１に示す。
Figure 2009037239
例２
プラズマディスプレイパネルの背面に取り付けたアルミニウム／シリコーン放熱体を使
用するNECプラズマディスプレイモデルPlasmasync 42" 42XM2 HDの熱的特性を、下記の様
々なスクリーン条件下で解析する。ディスプレイ上に白および黒のパターンを発生させ、
赤外カメラを使用してスクリーン表面温度を測定する。すべての場合で、背景は黒である
。パターンは、１）スクリーンを横切って水平に、均等に間隔を置いて配置された３本の
白色線（２３．９％スクリーン照明）、および２）４×３列の、均等に間隔を置いて配置
された白色点（４％スクリーン照明）からなる。従来のアルミニウム／シリコーン放熱体
を備えた装置を試験した後、アクリル系放熱体を取り外し、厚さ１．４ｍｍ、熱伝導率約
２６０Ｗ／ｍ°Ｋを有するフレキシブルグラファイト放熱体と交換する。次いで、プラズ
マディスプレイを、同じ条件下で再試験し、結果を表２に示す。
Figure 2009037239
これらの例は、最高温度（Ｔｍａｘ）および温度範囲（Ｔ範囲）の両方に関して、従来
の放熱体技術に対する、フレキシブルグラファイト放熱体使用の優位性を示している。
本願に関連して引用した特許およびは出版物はすべて本願明細書に参考として包含され
る。
以上、説明した本発明を多くの方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。
本発明の放熱体の一実施態様の、部分的に切り取った、上面透視図である。 本発明の放熱体の別の実施態様の、部分的に切り取った、上面透視図である。 本発明の放熱体のさらに別の実施態様の、側方平面図である。 樹脂含浸され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示す。

Claims (12)

  1. ディスプレイデバイス上の場所間における温度差を減少させる方法であって、少なくとも一枚の、二つの主要表面を備えた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シートより成るヒートスプレッダーの一方の主要表面のほぼ全面をディスプレイデバイスのディスプレイパネルの表面と熱的に接触させて配置し、前記ヒートスプレッダーは高温の局所的区域が発生する前記ディスプレイパネル表面の表面積よりも大きな表面積を有し、前記ヒートスプレッダーによりディスプレイパネル上の場所間における温度差を減少させることを特徴とする方法。
  2. 前記ヒートスプレッダーが、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複数のシートを含んでなるラミネートを含んでなる、請求項１に記載の方法。
  3. 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２に記載の方法。
  4. 前記ヒートスプレッダーが、１平方センチメートルあたり少なくとも１２５グラムの最小ラップせん断接着強度を達成する接着剤を含んでなる、請求項１に記載の方法。
  5. 前記接着剤が、１平方センチメートルあたり少なくとも７００グラムの平均ラップせん断接着強度を達成する、請求項４に記載の方法。
  6. 前記接着剤の厚さが０．０１５ｍｍ以下である、請求項４に記載の方法。
  7. 前記少なくとも一枚の、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シートが縁部表面を有し、少なくとも一つの縁部表面に、グラファイト粒子が剥がれるのを阻止するのに十分な保護被覆が施されている、請求項１に記載の方法。
  8. 前記主要表面の少なくとも一方に、グラファイト粒子が剥がれるのを阻止するのに十分な保護被覆が施されている、請求項１に記載の方法。
  9. 前記保護被覆が金属または熱可塑性材料を含んでなる、請求項７に記載の方法。
  10. 前記保護被覆の厚さが０．０２５ｍｍ以下である、請求項８に記載の方法。
  11. 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シートとディスプレイデバイスとの間に挿入するための、前記ヒートスプレッダーの表面に接着された仕上げ層をさらに含んでなる、請求項１に記載の方法。
  12. 前記仕上げ層が金属を含んでなる、請求項１１に記載の方法。
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