JP2013230975A - 多層グラファイトフィルムおよびその製造方法、電子機器、ディスプレイならびにバックライト - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本多層グラファイトフィルムは、面方向において互いに異なる熱伝導度を有する第1のグラファイト層11および第2のグラファイト層12を含む。本多層グラファイトフィルムの製造方法は、第1のグラファイト層11として、高分子フィルムを熱処理して得られる比重が0.2以上2.0以下の高分子グラファイトフィルムを準備する工程と、第1のグラファイト層11に比べて面方向において異なる熱伝導度を有する第2のグラファイト層12として、グラファイト粉末を酸処理、熱処理および圧延処理して得られる膨張グラファイトフィルムを準備する工程と、第1のグラファイト層11と第2のグラファイト層12とを加圧して接合する工程とを、備える。
【選択図】図1
Description
図1〜図4を参照して、本発明のある実施形態である多層グラファイトフィルム10は、面方向において互いに異なる熱伝導度を有する異なる第1のグラファイト層11および第2のグラファイト層12を含む。かかる多層グラファイトフィルムは、第1のグラファイト層および第2のグラファイト層のそれぞれの欠陥を補うことにより、高い熱拡散性能および放熱性能を有する。
図1〜図4を参照して、本発明の他の実施形態である多層グラファイトフィルムの製造方法は、第1のグラファイト層11として、高分子フィルムを熱処理して得られる比重が0.2以上2.0以下の高分子グラファイトフィルムを準備する工程と、第1のグラファイト層11に比べて面方向において異なる熱伝導度を有する第2のグラファイト層12として、グラファイト粉末を酸処理、熱処理および圧延処理して得られる膨張グラファイトフィルムとを準備する工程と、第1のグラファイト層11と第2のグラファイト層12とを加圧して接合する工程とを、備える。高分子グラファイトフィルムと膨張グラファイトフィルムとは、圧力を加えることにより接着剤を用いることなく、直接接合することができ、高い熱拡散性能および放熱性能を有する多層グラファイトフィルムが得られる。
図10を参照して、本発明のさらに他の実施形態である電子機器は、実施形態1の多層グラファイトフィルム10と、発熱体21とを含む。かかる電子機器は、実施形態1の多層グラファイトフィルムを10含むことにより、その温度分布が均一化される。
図12および図14〜図17を参照して、本発明のさらに他の実施形態であるディスプレイは、実施形態1の多層グラファイトフィルム10と、発光層41とを含む。かかるディスプレイは、実施形態1の多層グラファイトフィルム10を含むことにより、その温度分布が均一化される。
図18を参照して、本発明のさらに他の実施形態であるバックライトは、実施形態1の多層グラファイトフィルム10と、発光体51とを含む。かかるバックライトは、実施形態1の多層グラファイトフィルムを10含むことにより、その温度分布が均一化される。
まず、A4サイズ(210mm×297mm)に裁断したデュポン社製ポリイミドフィルム(商品名:カプトンHフィルム、厚さ50μm)を準備した。このポリイミドフィルムの100℃〜200℃における平均線膨張係数は3.0×10-5K-1であり、複屈折は0.10〜0.11の範囲であった。
第1のグラファイト層として、実施例1と同じ方法で作製した発泡グラファイト(A−1)、この発泡グラファイトを予め10MPaの圧力でプレスした高分子グラファイトフィルム(A−2:厚さ40μm、比重1.8)を用い、第2のグラファイト層として、作製時のロール圧力を変えて作製した比重の異なる3種類の膨張グラファイトフィルム(B−2:厚さ400μm、比重0.5、B−3:厚さ250μm、比重0.8、B−4:厚さ165μm、比重1.2)を用いて、実施例1と同様に第1のグラファイト層と第2のグラファイト層をプレス処理して、多層グラファイトを作製した。こうして得られた多層フィルムの接合強度、破断面の観察を行なった、これらの結果を表1にまとめた。これらの結果から、これらのグラファイトフィルムの組み合わせでは加圧のみによって十分な接合を実現できることが分かった。
実施例1と同じ方法で作製した発泡グラファイトフィルム(A−1)と、および、前記発泡グラファイトを予め10MPaの圧力でプレスしたグラファイトフィルム(A−2:厚さ40μm、比重1.8)を用いて、実施例1と同様にプレス処理をして、多層グラファイトを作製した。得られた多層グラファイトフィルムについて、実施例1と同様にして接合強度を測定し破断面を観察した。結果を表1にまとめた。グラファイトフィルムがA−1同士の場合には、10回の接合強度の測定において、接合面での破断が6回、グラファイト層内部での破断が4回であったが、その他の組み合わせの場合には、10回の接合強度の測定のすべてにおいて接合面での破断であった。この結果から、高分子グラファイトフィルム同士では、加圧による接合によっては十分な接合強度を得ることができなかった。
全く発泡していない高分子グラファイトフィルムを、西木直巳,「パイロリティック・グラファイトの合成と物性」,電気学会論文誌A,電気学会,2003年,第123巻,第11号,p.1115−1123(非特許文献3)の方法により、以下のように作製した。すなわち、ポリイミドフィルムを収納した炉の内部を真空引きした後にアルゴンガスで置換し、室温(23℃)〜1000℃までは7℃/分の昇温速度で昇温し、1000℃〜2900℃の間は20℃/分の速度で昇温した。2900℃で10分間保持した後、20℃/分の速度で降温させ、温度が1000℃に達した後にヒータをオフとして後は自然冷却した。こうして得られた高分子グラファイトフィルム(A−3)は、全く発泡しておらず、厚さが35μm、比重が2.16、面方向における熱伝導度が1200W・m-1・K-1であった。この高分子グラファイトフィルム(A−3)と実施例1と同じ膨張グラファイトフィルム(B−1)を、実施例1と同様にプレス処理し、その接合強度を測定した。10回の測定において、平均接合強度は4.0gf/5mmであり、接合面での破断が7回、グラファイト層内部での破断が3回であった。このことから、第2のグラファイト層として膨張グラファイトを用いたとしても、第1のグラファイト層が、高分子グラファイトフィルムが発泡状態を経由して作製されたものでない場合には、十分な接合強度がえられなかった。
5種類の剥離用フィルム付アクリル系接着剤、すなわち、(C−1)(株)寺岡製作所製剥離用PETフィルム付アクリル系接着剤:製品名707(接着層厚さ30μm)、(C−2)(株)寺岡製作所製剥離用PETフィルム付きアクリル系接着剤:製品名7053(接着層厚さ20μm)、(C−3)(株)日東電工製剥離用フィルム付きアクリル系接着剤:製品名5601(接着層厚さ10μm)、(C−4)(株)寺岡製作所製剥離PETフィルム付きアクリル系接着剤:製品名7641(接着層厚さ100μm)、および(C−5)(株)寺岡製作所製剥離PETフィルム付きアクリル系接着剤:製品名7646(接着層厚さ60μm)を準備した。
図10を参照して、実施例1と同じ方法で作製した幅W11a50mm×幅11b50mm×厚さ100μmの発泡グラファイト(第1のグラファイト層11)(比重0.8、面方向における熱伝導度1200W・m-1・K-1)と、幅W12a100mm×幅W12b100mm×厚さ200μmの膨張グラファイトフィルム(第2のグラファイト層12)(比重1.0、面方向における熱伝導度200W・m-1・K-1)(東洋炭素(株)社製:製品名PERMA−FOILPF−UHPL)とを積層し、10MPaの圧力でプレス処理して多層グラファイトフィルム10を得た。次いで、この多層グラファイトフィルム10の第1のグラファイト層11上の中央に幅W21a10mm×幅W21b10mm×厚さ0.5mmの熱伝導性ゲル23(GELTEC社製αゲルCOH−4000)を介在して、幅W21a10mm×幅W21b10mm×厚さ1.8mmの発熱体21を配置して、電子機器を得た。
図11を参照して、幅W12a100mm×幅W12b100mm×厚さ200μmの膨張グラファイトフィルム(第2のグラファイト層12)(比重1.0、面方向における熱伝導度200W・m-1・K-1)(東洋炭素(株)社製:製品名PERMA−FOILPF−UHPL)の一方の主面の中央に幅W21a10mm×幅W21b10mm×厚さ0.5mmの熱伝導性ゲル23(GELTEC社製αゲルCOH−4000)を介在して、幅W21a10mm×幅W21b10mm×厚さ1.8mmの発熱体21を配置して、電子機器を得た。
図12を参照して、実施例1と同じ方法で作製した幅Wa280mm×幅W11b80mm×厚さ100μmの発泡グラファイトフィルム(第1のグラファイト層11)(比重0.8、面方向における熱伝導度1200W・m-1・K-1)と、幅Wa280mm×幅Wb160mm×厚さ200μmの膨張グラファイトフィルム(第2のグラファイトフィルム)(比重1.0、面方向における熱伝導度200W・m-1・K-1)(東洋炭素(株)社製:製品名PERMA−FOILPF−UHPL)とを積層し、10MPaの圧力でプレス処理して多層グラファイトフィルム10を得た。幅Wa280mm×幅Wb160mmの有機ELディスプレイ層(第1の基板43a、発光層41および第2の基板43bの積層)の第1の基板43a上に、幅Wa280mm×幅Wb160mm×厚さ10μmの接着層33(アクリル系接着剤(寺岡製作所製5601)で形成される)を介在して、発泡グラファイトフィルム(第1のグラファイト層11)が対向するように多層グラファイトフィルム10を配置して、ディスプレイを得た。
図13を参照して、幅Wa280mm×幅Wb160mmの有機ELディスプレイ層(第1の基板43a、発光層41および第2の基板43bの積層)の第1の基板43a上に、幅Wa280mm×幅Wb160mm×厚さ10μmの接着層33(アクリル系接着剤(寺岡製作所製5601)で形成される)を介在して、幅Wa280mm×幅Wb160mm×厚さ200μmの膨張グラファイトフィルム(第2のグラファイト層12)(比重1.0、面方向における熱伝導度200W・m-1・K-1)(東洋炭素(株)社製:製品名PERMA−FOILPF−UHPL)を配置して、ディスプレイを得た。
図14を参照して、実施例1と同じ方法で作製した幅Wa280mm×幅Wb160mm×厚さ100μmの発泡グラファイトフィルム(比重0.8、面方向における熱伝導度1200W・m-1・K-1)から、互いに幅Wa方向に位置する2つの角からそれぞれ幅Wae80mm×幅Wbe80mm×厚さ100μmの領域を除去したT字型の発泡グラファイトフィルム(第1のグラファイト層11)と、幅Wa280mm×幅Wb160mm×厚さ200μmの膨張グラファイトフィルム(第2のグラファイト層12)(比重1.0、面方向における熱伝導度200W・m-1・K-1)(東洋炭素(株)社製:製品名PERMA−FOILPF−UHPL)とを積層し、10MPaの圧力でプレス処理して多層グラファイトフィルム10を得た。幅Wa280mm×幅Wb160mmの有機ELディスプレイ層(第1の基板43a、発光層41および第2の基板43bの積層)の第1の基板43a上に、幅Wa280mm×幅Wb160mm×厚さ10μmの接着層33(アクリル系接着剤(寺岡製作所製5601)で形成される)を介在して、発泡グラファイトフィルム(第1のグラファイト層11)が対向するように多層グラファイトフィルム10を配置して、ディスプレイを得た。
図15を参照して、実施例1と同じ方法で作製した幅Wa280mm×幅Wb160mm×厚さ100μmの発泡グラファイトフィルム(比重0.8、面方向における熱伝導度1200W・m-1・K-1)から、幅Wa方向に位置する2つの角からそれぞれ幅Wbe80mm×幅Wae80mm×厚さ100μmの領域を除去したT字型の第1の発泡グラファイトフィルム(第1のグラファイト層11)と、幅Wa280mm×幅Wb160mm×厚さ200μmの膨張グラファイトフィルム(第2のグラファイト層12)(比重1.0、面方向における熱伝導度200W・m-1・K-1)(東洋炭素(株)社製:製品名PERMA−FOILPF−UHPL)と、実施例1と同じ方法で作製した幅W11a120mm×幅W11b80mm×厚さ100μmの第2の発泡グラファイトフィルム(第1のグラファイト層11)(比重0.8、面方向における熱伝導度1200W・m-1・K-1)とを積層し、10MPaの圧力でプレス処理して多層グラファイトフィルム10を得た。幅Wa280mm×幅Wb160mmの有機ELディスプレイ層(第1の基板43a、発光層41および第2の基板43bの積層)の第1の基板43a上に、幅Wa280mm×幅Wb160mm×厚さ10μmの接着層33(アクリル系接着剤(寺岡製作所製5601)で形成される)を介在して、第1の発泡グラファイトフィルム(第1のグラファイト層11)が対向するように多層グラファイトフィルム10を配置して、ディスプレイを得た。
図16を参照して、実施例1と同じ方法で作製した幅Wa280mm×幅W11b80mm×厚さ100μmの第1の発泡グラファイトフィルム(第1のグラファイト層11)(比重0.8、面方向における熱伝導度1200W・m-1・K-1)と、幅Wa280mm×幅Wb160mm×厚さ200μmの膨張グラファイトフィルム(第2のグラファイトフィルム)(比重1.0、面方向における熱伝導度200W・m-1・K-1)(東洋炭素(株)社製:製品名PERMA−FOILPF−UHPL)と、実施例1と同じ方法で作製した幅W11a120mm×幅Wb160mm×厚さ100μmの第2の発泡グラファイトフィルム(第1のグラファイト層11)(比重0.8、面方向における熱伝導度1200W・m-1・K-1)とを積層し、10MPaの圧力でプレス処理して多層グラファイトフィルム10を得た。幅Wa280mm×幅Wb160mmの有機ELディスプレイ層(第1の基板43a、発光層41および第2の基板43bの積層)の第1の基板43a上に、幅Wa280mm×幅Wb160mm×厚さ10μmの接着層33(アクリル系接着剤(寺岡製作所製5601)で形成される)を介在して、第1の発泡グラファイトフィルム(第1のグラファイト層11)が対向するように多層グラファイトフィルム10を配置して、ディスプレイを得た。
図17を参照して、実施例1と同じ方法で作製した幅Wa280mm×幅W11b80mm×厚さ100μmの第1の発泡グラファイトフィルム(第1のグラファイト層11)(比重0.8、面方向における熱伝導度1200W・m-1・K-1)と、実施例1と同じ方法で作製した幅W11a120mm×幅Wb160mm×厚さ100μmの第2の発泡グラファイトフィルム(第1のグラファイト層11)(比重0.8、面方向における熱伝導度1200W・m-1・K-1)と、幅Wa280mm×幅Wb160mm×厚さ200μmの膨張グラファイトフィルム(第2のグラファイトフィルム)(比重1.0、面方向における熱伝導度200W・m-1・K-1)(東洋炭素(株)社製:製品名PERMA−FOILPF−UHPL)とを積層し、10MPaの圧力でプレス処理して多層グラファイトフィルム10を得た。幅Wb160mm×幅Wa280mmの有機ELディスプレイ層(第1の基板43a、発光層41および第2の基板43bの積層)の第1の基板43a上に、幅Wa280mm×幅Wb160mm×厚さ10μmの接着層33(アクリル系接着剤(寺岡製作所製5601)で形成される)を介在して、第1の発泡グラファイトフィルム(第1のグラファイト層11)が対向するように多層グラファイトフィルム10を配置して、ディスプレイを得た。
図18を参照して、実施例1と同じ方法で作製した幅W11a20mm×幅Wb40mm×厚さ100μmの発泡グラファイト(第1のグラファイト層11)(比重0.8、面方向における熱伝導度1200W・m-1・K-1)と、幅Wa60mm×幅Wb40mm×厚さ200μmの膨張グラファイトフィルム(第2のグラファイト層12)(比重1.0、面方向における熱伝導度200W・m-1・K-1)(東洋炭素(株)社製:製品名PERMA−FOILPF−UHPL)を積層し、10MPaの圧力でプレス処理して多層グラファイトフィルム10を得た。幅Wa60mm×幅Wb40mmのバックライト層(カバー53、発光体51、導光板57および出光板55の積層)のカバー53上に、幅Wa60mm×幅Wb40mm×厚さ10μmの接着層33(アクリル系接着剤(寺岡製作所製5601)で形成される)を介在して、上記の多層グラファイトフィルム10を配置して、バックライトが得られた。発光体51(たとえば、LED(発光ダイオード))に50mWの出力を与え、定常状態になったときのバックライト層の表面(出光板55の表面)の測定点P1〜P11における温度TP1〜TP11を測定した。なお、測定点P1は発泡グラファイトフィルム(第1のグラファイト層11)におけるWbの長さの辺の中央から垂直方向の内側に5mmの距離の点であり、測定点P1から第2のグラファイト層のWbの長さを有する辺に垂直な方向に測定点P2〜P11をとった。測定点P1からの距離Dは、それぞれ、P2:5mm、P3:10mm、P4:15mm、P5:20mm、P6:25mm、P7:30mm、P8:35mm、P9:40mm、P10:45mm、P11:50mmの距離である。温度測定の結果を表5および図25にまとめた。
図19を参照して、幅Wa60mm×幅Wb40mmのバックライト層(カバー53、発光体51、導光板57および出光板55の積層)のカバー53上に、幅Wa60mm×幅Wb40mm×厚さ10μmの接着層(アクリル系接着剤(寺岡製作所製5601)で形成される)を介在して、幅Wa60mm×幅Wb40mm×厚さ200μmの膨張グラファイトフィルム(第2のグラファイト層12)(比重1.0、面方向における熱伝導度200W・m-1・K-1)(東洋炭素(株)社製:製品名PERMA−FOILPF−UHPL)を配置して、バックライトが得られた。
Claims (17)
- 面方向において互いに異なる熱伝導度を有する第1のグラファイト層および第2のグラファイト層を含む多層グラファイトフィルム。
- 前記第1のグラファイト層の面方向における熱伝導度は600W・m-1・K-1以上1800W・m-1・K-1未満であり、前記第2のグラファイト層の面方向における熱伝導度は100W・m-1・K-1以上600W・m-1・K-1未満である請求項1に記載の多層グラファイトフィルム。
- 前記第1のグラファイト層と前記第2のグラファイト層とが直接接合されている請求項1または請求項2に記載の多層グラファイトフィルム。
- 前記第1のグラファイト層と前記第2のグラファイト層とが、前記第1のグラファイト層の厚さ以下の厚さの接着層を介在して、接合されている請求項1または請求項2に記載の多層グラファイトフィルム。
- 前記第1のグラファイト層の面積と前記第2のグラファイト層の面積とが異なっている請求項1から請求項4までのいずれかに記載の多層グラファイトフィルム。
- 前記第1のグラファイト層の面積が、前記第2のグラファイト層の面積より小さい請求項5に記載の多層グラファイトフィルム。
- 前記第1のグラファイト層は、面方向から見て前記第1のグラファイト層の一部の領域から複数の方向に伸びる形状を有する請求項1から請求項6までのいずれかに記載の多層グラファイトフィルム。
- 前記第1のグラファイト層を複数含み、
面方向から見て、複数の前記第1のグラファイト層は、それらの少なくとも一部の領域が重なるように配置されている請求項1から請求項6までのいずれかに記載の多層グラファイトフィルム。 - 前記第1のグラファイト層を複数含み、
面方向から見て、複数の前記第1のグラファイト層は、それらの長手方向が互いに異なる方向に配置されている請求項1から請求項6までのいずれかに記載の多層グラファイトフィルム。 - 前記第1のグラファイト層は、高分子フィルムを熱処理して得られる高分子グラファイトフィルムである請求項1から請求項9までのいずれかに記載の多層グラファイトフィルム。
- 前記第2のグラファイト層は、グラファイト粉末を酸処理、熱処理および圧延処理して得られる膨張グラファイトフィルムである請求項1から請求項9までのいずれかに記載の多層グラファイトフィルム。
- 第1のグラファイト層として、高分子フィルムを熱処理して得られる比重が0.2以上2.0以下の高分子グラファイトフィルムを準備する工程と、
前記第1のグラファイト層に比べて面方向において異なる熱伝導度を有する第2のグラファイト層として、グラファイト粉末を酸処理、熱処理および圧延処理して得られる膨張グラファイトフィルムを準備する工程と、
前記第1のグラファイト層と前記第2のグラファイト層とを加圧して接合する工程とを、備える多層グラファイトフィルムの製造方法。 - 前記第2のグラファイト層は比重が0.1以上1.2以下の膨張グラファイトフィルムである請求項12に記載の多層グラファイトフィルムの製造方法。
- 前記加圧して接合する工程において、前記第1のグラファイト層と前記第2のグラファイト層との間に、前記第1のグラファイト層の厚さ以下の厚さの接着層を介在させる請求項12または請求項13に記載の多層グラファイトフィルムの製造方法。
- 請求項1から請求項11までのいずれかの多層グラファイトフィルムと、発熱体とを含む電子機器。
- 請求項1から請求項11までのいずれかの多層グラファイトフィルムと、発光層とを含むディスプレイ。
- 請求項1から請求項11までのいずれかの多層グラファイトフィルムと、発光体とを含むバックライト。
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