KR100698727B1 - 흑연시트와 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열 확산시트에 관한 것으로, 특히 열원으로부터 발생되는 열을 효과적으로 흡수하여 분산시키는 준 이방성 흑연시트와 그 제조방법에 관한 것으로,

준 이방성 흑연시트 제조방법은 인터칼레이트 용액의 양(농도)을 조절하여 천연 흑연의 팽창 배수를 20-80배로 작게 팽창시켜 이방성을 줄이는 것을 특징으로 한다.

이러한 준 이방성 흑연시트는 전자제품 특히 대면적의 평판 디스플레이에서 발생하는 열원의 열을 보다 효과적으로 흡수, 분산 및 방출시켜 전자제품의 특성과 신뢰성을 향상 시키는데 유용하다.

준 이방성(quasi-anisotropy), 열 이방화계수(thermal anisotropic ratio), 흑연 시트.

Description

흑연시트와 그 제조방법{GRAPHITE SHEET AND THE SHEET MANUFACTURING METHOD}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 준 이방성 흑연시트를 압축 압연 성형하는 과정을 설명하기 위한 도면.

도 2는 열 확산 개념도.

본 발명은 열 확산시트에 관한 것으로, 특히 열원으로부터 발생되는 열을 효과적으로 흡수하여 분산시키는 준 이방성 흑연시트와 그 제조방법에 관한 것이다.

열 확산시트는 전자제품 등의 열원 표면으로부터의 열을 보다 차가운 환경( 통상은 공기측)으로 분산시키는 것을 용이하게 하는 제품이다. 즉, 열 확산시트는 주로 열원과 직접 또는 간접 접촉하여 시트의 면 방향 또는 두께 방향으로 열을 확산시켜 제품에서 발생하는 열을 효율적으로 방열하는데 이용되는 것이다.

휴대용 전화기, 디지털 (비디오) 카메라, 노트북, PDA, PMP 등의 전자제품과 PDP(Plasma Display Panel), LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emission Display), OLED(Organic Light Emission Display), FED(Ferroelectric Emission Display) 등의 영상기기에서는 구리, 알루미늄과 같이 열 전도도가 뛰어난 등방성의 금속 재질과, 흑연을 팽창시켜 시트 형태로 만든 이방성 재질의 열 확산용 소재를 주로 사용하고 있다.

하지만 구리, 알루미늄과 같은 금속 재질은 밀도가 높아 제품을 경량화하는데 한계가 있으며, 등방성이기 때문에 효율적인 열 확산 효과를 얻을 수 없고 더 나아가 제조 비용이 높다는 단점을 가지고 있다. 이에 반하여 이방성 흑연시트는 금속 재질의 단점을 보완할 수 있다는 측면에서 유용한 열 확산 소재로 각광받고 있다.

흑연을 열 확산 소재로 이용한 기술로서 미합중국 특허 제 5,831,374호, 제 6,482,520호를 예로 들 수 있다. 예시한 선행 특허들에서는 열 확산 소재로서 각각 이방성 흑연 필름과 흑연입자의 시트를 사용하고 있다.

예시한 미국 특허 제 6,482,520호에 공지된 이방성 흑연시트는 높은 이방성('고 이방성이라고 함') 때문에 시트의 두께 방향으로의 열을 효과적으로 흡수하지 못하고 단지 시트의 면 방향으로만 지배적으로 열을 확산시키기 때문에, 중심부에서 발생하는 열을 효과적으로 흡수 확산하지 못한다. 이와 같이 중심부에서 발생하는 열을 효과적으로 흡수 확산하지 못하면 디스플레이 패널 전체에 열적 불균형(Hot Spot)이 야기됨으로서, 결과적으로는 장치의 효율성과 수명을 제한하게 된다.

이러한 단점은 이방성을 조절함으로써 해결 가능하다. 이방성 조절을 통해 국부적으로 발생하는 열을 효율적으로 흡수 확산하는 기술이 미합중국 특허 제 3,492,197호에 게시되어 있다. 예시한 선행 특허에서는 팽창 흑연 시트를 압축함에 있어 서로 다른 축 방향에서 서로 다른 압력을 가하여 압축함으로서 이방성을 조절하고 있다. 그러나 이 방법은 가공 방법에 의하여 팽창 흑연의 이방성 정도를 조절하는 기술로서, 대면적의 흑연 시트를 제조함에 있어 서로 다른 축 방향으로 압력을 가하기 위한 금형 설계가 어렵고, 큰 장치를 구비해야 하기 때문에 제조비용이 높고 생산성이 낮다는 단점을 안고 있다.

이에 본 발명의 목적은 시트의 면 방향은 물론 두께 방향으로도 열 전도도가 우수한 흑연시트를 간단한 공정과 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 제조방법과 그 방법에 의해 제조된 준 이방성 흑연시트를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 서로 다른 팽창배수를 가지는 흑연을 혼합하여 면 방향은 물론 두께 방향으로도 열 전도도가 우수한 흑연시트를 제조할 수 있는 방법과 그 방법에 의해 제조된 준 이방성 흑연시트를 제공함에 있으며,

더 나아가 제조된 팽창 흑연시트를 재사용하여 면 방향은 물론 두께 방향으로도 열 전도도가 우수한 흑연시트를 제조할 수 있는 방법과 그 방법에 의해 제조된 준 이방성 흑연시트를 제공함에 있다.

더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 준 이방성 흑연시트를 채용한 디스플레이 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 흑연시트 제조방법 은,

팽창 흑연의 팽창배수가 20~80배가 되도록 농도 조절된 인터칼레이트(intercalate) 용액에 천연 흑연을 인터칼레이트 처리하는 단계와;

인터칼레이트 처리된 천연 흑연으로부터 과다용액을 드레인시키고 수세하는 단계와;

수세된 천연 측연을 증가된 온도에 노출시켜 원 체적의 20~80배 팽창된 연충(worm) 모양의 팽창 흑연을 형성하는 단계와;

상기 팽창 흑연을 압축 압연 성형하여 열이방화계수가 3 ~ 20인 준이방성 흑연시트를 제조하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

더 나아가 상기 인터칼레이트 처리 단계는, 고농도의 인터칼레이트제 혼합용액을 증류수로 희석하되, 그 혼합용액을 구성하는 제1용액의 노르말 농도(이하 노르말 농도라 함)가 0.3 ~ 1.5의 저농도 인터칼레이트 용액이 되도록 만든 다음 천연 흑연 100 중량부 당 인터칼레이트 용액 50 ~ 300 중량부의 레벨로 분산시켜 인터칼레이트시킴을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 흑연시트 제조방법은,

팽창 흑연이 서로 다른 팽창배수를 가지도록 농도 조절된 복수의 인터칼레이트 용액에 천연 흑연을 각각 인터칼레이트 처리하는 단계와;

각각 인터칼레이트 처리된 천연 흑연으로부터 과다용액을 드레인시키고 수세하는 단계와;

인터칼레이트 처리 및 수세 처리된 천연 흑연을 균일하게 혼합하는 단계와;

수세된 천연 측연을 증가된 온도에 노출시켜 연충(worm) 모양의 팽창 흑연을 형성하는 단계와;

상기 팽창 흑연을 압축 압연 성형하여 열이방화계수가 3 ~ 20인 준이방성 흑연시트를 제조하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

우선 흑연은 탄소 원자의 6원자 고리가 평면적으로 무한히 연결된 평면형 거대분자가 층을 이루어 포개어진 광물로서 그 성질은 전기의 양도체이고, 또한 폴리센의 층상구조로 인해 유연하고 활성이 있으며 쪼개지기는 쉽지만 거대 분자여서 반응성이 낮은 특징이 있다.

그러나 흑연은 폴리센 구조의 탄소 평면 사이가 반데르바알스 힘으로 연결되어 있을 뿐이어서 탄소원자 사이의 간격인 14.2nm에 비하여 35.5nm로 넓기 때문에 층 사이의 틈새에 다른 원자를 삽입하여 층간 화합물을 만들 수 있다. 즉, 흑연 결정의 망상 평면을 유지한 채로 평면 사이의 틈새에 많은 원자나 분자 또는 이온을 삽입하여 층간 화합물을 만드는 것이다. 그리고 흑연의 층 사이에 황산과 같은 산을 도포한 층간 화합물 또는 잔류 화합물을 1000℃에 가까운 온도로 급가열하면 산이 기화되어 가스가 발생되고, 그 가스의 팽창압에 의해 흑연 층간이 수십 내지 수백 배로 팽창하게 되는데, 이를 보통 팽창 흑연이라 한다. 팽창된 흑연 입자(팽창 흑연)는 그 외관이 연충모양이기에 보통 웜(worm)으로 불리우기도 한다.

참고적으로 팽창 흑연을 제조하는 방법이 Shane 등에 의해 제안된 미합중국 특허 제 3,404,601호에 기술되어 있다. 그 특허의 내용은 본 발명에서도 인용되기에 우선 Shane 등에 의해 제안된 방법을 간단히 언급해 보기로 한다.

Shane의 방법에 따르면,

1) 우선 천연흑연을 예를 들어 질산 및 황산의 혼합물을 함유하는 용액에, 천연흑연 100중량부 당 인터칼레이트(intercalate) 용액 약 50 내지 300중량부의 레벨로 분산시켜서 인터칼레이트시킨다.

상기 인터칼레이트 용액은 해당분야에서 공지된 산화제 및 그 외의 인터칼레이트제를 포함한다. 예로서는, 질산, 염소산칼륨, 크롬산, 과망간산칼륨, 크롬산칼륨, 중크롬산칼륨, 과염소산 등의 산화제, 또는 농축질산 및 염소산염, 크롬산 및 인산, 황산 및 질산, 또는 강유기산, 예를 들어 트리플루오로아세스트산의 혼합물 등의 산화혼합물 및 유기산에 용해되는 강산화제가 포함된다.

바람직한 실시예에 있어서, 인터칼레이트제는 황산이나 질산, 과염소산, 크롬산, 과망간산칼륨, 과산화수소, 요오드산이나 과요오드산 등의 산화제 혼합용액이 사용될 수 있다. 경우에 따라서, 인터칼레이트 용액은 염화제 2철, 황산과 혼합된 염화제 2철 등의 금속할라이드, 또는 브롬 및 황산용액 같은 브롬이나 유기용매 내의 브롬 같은 할라이드를 포함할 수 있다.

2) 상기 천연흑연을 인터칼레이트시킨 후, 과다용액을 천연흑연으로부터 드레인시키고 천연흑연을 수세한다.

드레인 및 수세 후에 천연흑연 내부에 보유하는 산용액(인터칼란트)의 양은 천연흑연 100중량부 당 용액 5-150중량부(pph)의 범위에 있을 수 있으며, 보다 일 반적으로는 약 10-110pph의 범위를 가질 수 있다. 다른 방법으로서, 인터칼란트의 양은 흑연 100중량부 당 용액 10 - 50중량부로 한정할 수 있다.

3) 한편 인터칼레이트 처리되어 수세된 천연 흑연이 300℃-1000℃이상에 노출될 때, 인터칼레이트된 흑연입자들은 c-방향(구성흑연입자의 결정면에 수직한 방향)으로 원래 체적의 80 내지 1000배 이상 팽창하여 팽창흑연 또는 웜(worm) 모양을 형성한다.

4) 그리고 웜 모양의 팽창흑연들은 압축 압연되어 유연성(flexible) 흑연시트로 성형되는 것이다. 이와 같이 원래 체적의 80-1000배로 팽창되어 제조된 흑연시트는 높은 이방성을 갖는다.

참고적으로 하기 설명에서 "고 이방성 흑연시트"란 열 이방화계수가 20 이상(통상적으로 20 ~ 50)인 흑연시트를 말하는 것이며, "준 이방성 흑연시트"란 열 이방화계수가 3 ~ 20인 흑연시트를, "등방성 흑연시트"란 열 이방화계수가 3 미만의 흑연시트를 말하는 것으로 정의하기로 한다. 한편 열 이방화계수는 시트의 면 방향('a'축 방향, 열원과의 수직방향)과 시트의 두께 방향('c'축 방향, 열원과의 수평방향)의 열전도도 비율로서 1 이상의 값을 갖는다. 열 전도도 측정은 ASTM D 6744에 근거하여 측정한다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 흑연시트 제조방법을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 참고적으로 하기에서의 흑연시트는 가요성 흑연시트를 포함하는 개념으 로 정의하기로 한다.

우선 본 발명의 제1실시예에 따른 흑연시트 제조방법은 인터칼레이트 용액의 양(농도)을 조절하여 천연 흑연의 팽창 배수를 20-80배로 작게 팽창시켜 이방성을 줄이는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명의 제1실시예에 따른 흑연시트 제조방법을 단계별로 살펴보면,

1단계)

팽창 흑연의 팽창배수가 20~80배가 되도록 농도 조절된 인터칼레이트(intercalate) 용액에 천연 흑연을 인터칼레이트 처리한다.

상기 1단계의 보다 구체적인 예를 들면, 30-150메시 바람직하게는 30-100메시 천연흑연을, 예를 들어 고농도의 질산 및 황산의 혼합용액(체적비로 황산 90%와 질산 10% 혼합용액)을 증류수로 희석하여 제1용액인 황산의 노르말 농도가 0.3 - 1.5의 저농도 인터칼레이트 용액이 되도록 만든 다음, 유리하게는 천연흑연 100중량부 당 인터칼레이트 용액 약 5 - 300중량부의 레벨로 분산시켜서 인터칼레이트시킨다.

2단계)

인터칼레이트 처리된 천연 흑연으로부터 과다용액을 드레인시키고 수세한다.

드레인 및 수세 후에 천연 흑연 내부에 보유하는 산용액(인터칼레이트 용액)의 양은 천연 흑연 100중량부 당 용액 1-9중량부(pph)의 범위를 가질 수 있다.

3단계)

수세된 천연 측연을 증가된 온도에 노출시켜 원 체적의 20~80배 팽창된 연 충(worm) 모양의 팽창 흑연을 형성한다.

수세된 천연 흑연을 예를 들어 700℃-1000℃이상에 노출하면, 인터칼레이트된 흑연 입자들은 c-방향으로 원래 체적의 20-80배로 팽창하여 웜 모양의 저팽창 흑연 입자를 형성한다.

4단계)

팽창 흑연을 압축 압연 성형하여 열 이방화계수가 3 ~ 20인 준이방성 흑연시트를 제조한다.

제조된 팽창 흑연이 도 1에 도시한 바와 같이 진행하는 방향으로 폭이 좁아지도록 설계된 벨트(팽창 흑연을 효과적으로 이송 및 압축하도록 설계된 벨트)를 통과하게 되면 저밀도 시트형태로 되고, 이후 적어도 하나 이상의 압연 롤을 통과하면서 밀도가 높아진 흑연 시트가 된다. 필요에 따라서는 압축 공정을 추가할 수 있을 것이다.

상술한 방법에 의해 제조된 흑연시트는 c축 방향으로의 팽창이 기존 Shane에 의한 방법(80-1000배)에 비해 작기 때문에, 흑연 시트로 압연 압축 성형할 때 a축으로 완전 배향되지 않고 다소 변형된 배향으로 압축 성형된다. 따라서 본 발명의 방법에 의해 제조된 흑연 시트는 기존 a축 방향의 고 이방성 흑연시트가 아니라 준 이방성 흑연시트가 되는 것이다.

참고적으로 80배 이상으로 팽창된 팽창 흑연을 압연 압축 성형하면 고 이방성 흑연시트가 되고, 20배 미만으로 팽창된 팽창 흑연을 압연 압축 성형하면 등방성에 준하는 흑연시트가 된다.

이하 본 발명의 제2실시예에 따른 흑연시트 제조방법을 단계별로 살펴보기로 한다. 본 발명의 제2실시예에 따른 방법은 서로 다른 팽창 배수를 가지는 팽창흑연을 혼합하여 흑연시트로 제조함을 특징으로 한다.

1단계)

팽창 흑연이 서로 다른 팽창배수를 가지도록 농도 조절된 복수의 인터칼레이트 용액에 천연 흑연을 각각 인터칼레이트 처리한다.

예를 들어 상기 제1실시예에서와 같이 천연 흑연이 20-80배로 팽창할 수 있도록 고농도의 인터칼레이트제 혼합용액을 증류수로 희석하되, 그 혼합용액을 구성하는 황산(제1용액)의 노르말 농도가 0.3 ~ 1.5의 저농도 인터칼레이트 용액이 되도록 만든 다음 천연 흑연 100 중량부 당 인터칼레이트 용액 50 ~ 300 중량부의 레벨로 분산시켜 인터칼레이트 처리하는 한편,

천연 흑연이 80-300배 팽창될 수 있도록 고농도의 인터칼레이트제 혼합용액을 증류수로 희석하되, 그 혼합용액을 구성하는 황산(제1용액)의 노르말 농도가 1.5 ~ 5.0의 고농도 인터칼레이트제 용액이 되도록 만든 다음 천연 흑연 100 중량부 당 인터칼레이트 용액 50 ~ 300 중량부의 레벨로 분산시켜 인터칼레이트 처리한다.

2단계)

각각 인터칼레이트 처리된 천연 흑연으로부터 과다용액을 드레인시키고 수세한다.

3단계)

인터칼레이트 처리 및 수세된 천연 흑연을 총중량이 100이 되도록 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한다.

4단계)

수세된 천연 측연을 700-1000℃ 온도에 노출시켜 연충(worm) 모양의 팽창 흑연을 형성한다.

5단계)

팽창 흑연을 압축 압연 성형하여 열 이방화계수가 3 ~ 20인 준이방성 흑연시트를 제조한다.

상술한 방법과 같이 적어도 2가지 이상의 팽창 배수를 가지는 팽창 흑연을 제조하여 압연 압축 성형하면 열 이방화계수가 3 ∼ 20인 준이방성 흑연 시트를 제조할 수 있다. 보다 구체적으로, 서로 다른 팽창 배수를 가진 혼합물을 사용해 팽창 흑연시트를 형성하면, 20-80배로 적게 팽창된 흑연은 80-300배로 팽창된 흑연 사이에 균일하게 혼합된 상태로 존재하게 되고, 20-80배로 팽창된 흑연은 80-300배로 팽창된 흑연의 완전 배향을 방해하게 되므로 변형된 배향을 형성한다. 따라서 상술한 제2방법에 의해 제조된 흑연 시트는 a축 방향의 고 이방성 흑연시트가 아니라 준 이방성 흑연시트로 제조 가능하게 되는 것이다.

한편 본 발명의 제3실시예에 따른 흑연시트 제조방법은,

천연 흑연의 원 체적에 대하여 80 ~ 300배 팽창된 연충(worm) 모양의 팽창 흑연(Shane 등이 제안한 방법)을 압축 압연 성형하여 제조된 고 이방성 흑연시트를 30 ~ 400 ㎛의 입도 크기를 가지도록 분쇄하는 단계와;

분쇄된 흑연들을 다시 압축 압연 성형하여 열 이방화계수가 3 ~ 20인 준이방성 흑연시트를 제조하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

제3실시예에 따른 방법은 천연 흑연의 원 체적에 대하여 80 ~ 300배 팽창된 흑연으로 제조된 흑연 시트를 분쇄하여 사용함으로서, 최초에 가졌던 a축으로의 고 이방성은 줄어들고 압연이나 압축 성형시 분쇄된 흑연은 c축으로 배향되어 결국 c축 방향으로 열이 전도될 수 있는 채널을 형성한다. 따라서 제3실시예에 따른 방법으로 제조된 흑연 시트는 a축 방향의 고 이방성 흑연시트가 아니라, 준 이방성 흑연 시트가 되는 것이다. 열 이방화계수는 분쇄된 흑연의 입도와 양으로 조절 가능하다.

본 발명의 제4실시예에 따른 흑연시트 제조방법 역시 상기 제3실시예와 유사하게,

천연 흑연의 원 체적에 대하여 80 내지 300 배 팽창된 연충 모양의 팽창 흑연을 압축 압연 성형하여 제조된 고 이방성 흑연시트를 30 내지 400 ㎛의 입도 크기를 가지도록 분쇄하는 단계와;

천연 흑연의 원 체적에 대하여 80 내지 300배의 범위내에서 팽창배수를 가지도록 팽창 처리된 팽창 흑연을 상기 분쇄된 흑연과 혼합하는 단계와;

혼합된 흑연들을 다시 압축 압연 성형하여 열이방화계수가 3 ~ 20인 준이방성 흑연시트를 제조하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

즉, 제3실시예에서의 분쇄된 흑연을 첨가함으로서, 첨가된 팽창 흑연은 c축으로 배향이 증가되도록 하며 분쇄품 사이에 충진되어 성형성도 좋아지게 된다. 따 라서 상술한 방법에 의해 제조된 흑연 시트는 a축 방향의 고 이방성 흑연 시트가 아니라 준 이방성 흑연시트로 제조 가능하게 되는 것이다.

한편 본 발명의 제5실시예에 따른 흑연 시트 제조방법은,

상기 제1실시예에 따른 방법을 이용하여 제조된 준 이방성 흑연시트와 천연 흑연의 원 체적에 대하여 80 ~ 300배 팽창된 연충(worm) 모양의 팽창 흑연(Shane 등에 의해 제안된 방법에 의해 팽창 처리된 흑연)을 압축 압연 성형하여 제조된 고 이방성 흑연시트를 액상 또는 고상 접착제를 사용하여 적어도 하나 이상 적층하여 제조됨을 특징으로 한다.

이러한 방법에 따라 제조된 흑연시트는, 한 예로 준 이방성 흑연시트가 열원의 방향으로 향하고, 고 이방성 흑연시트가 준 이방성 흑연시트에 접촉되면 준 이방성 시트는 열원의 열을 효과적으로 흡수하고 고 이방성 흑연시트는 흡수된 열을 효과적으로 확산하기 때문에 효율적인 열 방출이 가능하게 되는 것이다.

참고적으로 흑연 시트 적층시 접착제가 사용되는 경우에, 접착제로서는 액상 및 고상의 열가소성 수지, 열경화성 수지, 천연고무 및 인조고무가 이용될 수 있으며, 적층 방법은 핫 프레싱, 롤링 프레싱 등의 방법을 사용할 수 있다.

이하에서는 상술한 각 실시예들에 맞게 보다 구체적인 수치 한정을 들어 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 구현이 이러한 수치에들에만 한정되는 것은 아니다. 하기에서 실험예 1-1과 1-2는 본 발명의 제1실시예에 기초한 것이며, 실험예 2은 본 발명의 제2실시예, 실험예 3은 본 발명의 제3실시예, 실험예 4는 본 발명의 제4실시예에 기초한 것이다. 그리고 각 비교예는 Shane 등에 의해 제안된 방법 혹 은 이를 일부 이용한 경우의 실험예이다.

실험예 1-1

80메시 이하로 분급된 천연 흑연을, 고농도의 질산 및 황산의 혼합물(부피비로 황산 90%와 질산 10%)을 증류수로 희석하여 노르말 농도 0.5로 만든 인터칼레이트 용액에, 천연 흑연 100중량부 당 인터칼레이트 용액 100 중량부의 레벨로 분산시켜서 인터칼레이트시킨다. 천연 흑연을 인터칼레이트시킨 후, 과다 인터칼레이트 용액을 천연 흑연으로부터 드레인시키고 천연 흑연을 수세한다. 800℃에 노출시키면 30배로 팽창된 팽창 흑연이 제조된다. 30배 팽창된 팽창 흑연을 도 1에 도시한 바와 같이 진행하는 방향으로 폭이 좁아지도록 설계된 벨트를 통과시켜 저밀도의 흑연 시트를 만들고, 4개의 압연 롤러를 통과시켜 두께가 3mm인 흑연시트를 제조하였다.

실험예 1-2

실험예 1-1과 같은 방법으로, 80메시 이하로 분급된 천연 흑연을 100 중량부당 노르말농도 1.0의 인터칼레이트 용액 100 중량부를 분산시켜 인터칼레이트시킨후, 드레인, 수세 및 고온 노출을 통해 80배 팽창되도록 한다. 그리고 그 팽창흑연을 압연 압축 처리하여 두께가 3mm인 흑연시트를 제조하였다.

비교예 1

80메시 이하로 분급된 천연 흑연을 120배 팽창되도록 처리한 팽창 흑연을 압연 압축 성형하여 두께가 3mm인 흑연시트를 제조하였다.

비교예 2

80메시 이하로 분급된 천연 흑연을 200배 팽창되도록 처리한 팽창 흑연을 압연 압축 성형하여 두께가 3mm인 흑연시트를 제조하였다.

실험예 2

실험예 1-1과 비교예 2와 같이 각각 30배 및 200배 팽창할 수 있도록 인터칼레이트 용액 처리된 흑연을 각각 50 중량부씩 혼합하여 팽창 처리된 팽창 흑연을 압연 압축 성형하여 두께가 3mm인 흑연시트를 제조하였다.

실험예 3

비교예 2로부터 제조된 팽창 흑연 시트를 분쇄한 후 재 압연 압축 성형하여 두께가 3mm인 흑연시트를 제조하였다.

실험예 4

80메시 이하로 분급된 천연 흑연이 200배 팽창되도록 처리된 팽창흑연 50중량부와 비교예 2로부터 제조된 팽창 흑연 시트의 분쇄품 50중량부를 혼합 압연 압축 성형하여 두께가 3mm인 흑연시트를 제조하였다.

비교예 3

80메시 이하로 분급된 천연흑연을 200배 팽창되도록 처리된 팽창흑연 80중량부와 비교예 2로부터 제조된 팽창 흑연 시트의 분쇄품 20중량부를 혼합 압연 압축 성형하여 두께가 3mm인 흑연시트를 제조하였다.

비교예 4

판상 천연흑연을 압축 성형한 후 두께 3mm이고, 밀도가 2.0g/cc인 흑연판을 제조하였다.

상기 실험예들과 비교예에 의해 제조된 흑연시트의 열전도도 특성은 하기 표와 같다.

	메시	팽창배수	열전도도(W/mK)		열이방화 계수 (a/c)	배향성
			a축 방향	c축 방향
실험예1-1	80	30	120.2	17.4	6.91	준이방성
실험예1-2	80	80	155.3	10.9	14.25	준이방성
비교예 1	80	120	173.7	6.8	25.54	이방성
비교예 2	80	200	200.4	4.1	48.80	이방성
실험예 2	80	30+200	158.5	10.8	15.60	준이방성
	설명		열전도도(W/mK)		열 이방화 계수 (a/c))	배향성
			a축 방향	c축 방향
실험예 3	비교예 2 분쇄품 100%		152.9	10.5	14.56	준이방성
실험예 4	비교예 2 분쇄품 50%+ 80메시 200배 팽창흑연 50%		163.4	8.8	18.57	준이방성
비교예 3	비교예 2 분쇄품 20% + 80메시 200배 팽창흑연 80%		170.3	7.1	23.98	이방성
비교예 4	천연 흑연 분말 성형판		53.2	34.8	1.53	등방성

상기 표에서, 본 발명의 실시예에 따른 실험예 1-1, 1-2의 a축 방향(시트 면방향)의 열전도도는 Shane에 의해 제안된 방법으로 제조된 시트에 비해 낮은 수치를 보이지만, 상대적으로 c축 방향(시트 두께 방향)에 대해서는 높은 것으로 나타났다. 이는 곧 본 발명의 방법에 의해 제조된 흑연시트의 열전도도가 시트의 면방향은 물론 두께 방향으로도 우수하다는 것을 나타내고 있는 결과이다.

따라서 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 흑연시트들은 각각 종전의 흑연시트에 비해 더 많은 열을 시트 두께 방향으로 신속히 흡수할 수 있으며, 이를 면 방 향으로도 신속히 확산시킬 수 있는 열적 특성을 가지게 되는 것이다.

한편 본 발명의 실시예에서 설명한 준 이방성 흑연시트가 실제 제품, 예를 들면 LCD와 같은 디스플레이 장치에 탑재되어 사용되는 경우를 가정할 수 있다.

이러한 디스플레이 장치는 전기신호 공급에 따라 열을 발생시키는 하나 이상의 열원(LED, 전자부품 등)과, 상기 열원으로부터 발생되는 열을 흡수하여 확산시키되, 팽창 흑연을 압축 압연 성형하여 열 이방화계수가 3 ~ 20이 되도록 제조된 준 이방성 흑연시트를 포함하되, 상기 준 이방성 흑연시트는 디스플레이 장치의 케이싱내 혹은 케이싱 외부면 혹은 상기 열원 부착된 기판(메탈PCB, 경성인쇄회로기판, 도전성 박막 등)중 어느 하나에 부착 사용 가능하다.

이와 같이 준 이방성 흑연시트를 채용한 디스플레이 장치에서는 시트의 두께 방향으로의 열을 효과적으로 흡수하여 확산하기 때문에 디스플레이 패널 전체의 열적 불균형이 야기되는 것을 막을 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명에 따른 준 이방성 흑연시트는 종전 흑연시트에 비해 면 방향의 열 전도도는 다소 낮은 특성을 보이지만, 상대적으로 두께 방향의 열 전도도는 월등히 높기 때문에, 열원의 열을 보다 많이 효과적으로 흡수하여 이를 면 방향으로 분산시킬 수 있는 장점을 가지게 되는 것이다.

더 나아가 본 발명에 따른 준 이방성 흑연 시트를 전자 제품이나 대면적의 영상기기에 적용하면 중심부에서 발생하는 열원의 열을 효과적으로 흡수 분산시키기 때문에 전자제품의 특성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과도 기대할 수 있다.

또한 제조된 흑연 시트를 분쇄하여 준 이방성 흑연시트로 재사용 가능하기 때문에 폐기되는 흑연 시트들로 인한 환경 오염의 문제를 경감시킬 수 있고, 생산자 측면에서 보면 자원 재활용에 따른 경제적 이득을 얻을 수 있는 이점도 있다.

한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들면 본 발명의 준 이방성 흑연시트는 디스플레이 장치에 사용되는 경우를 설명하였으나, 이에 국한되지 않고 열원의 열을 확산시키는 모든 장치에 광범위하게 사용될 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (16)

1. 팽창 흑연의 팽창배수가 20~80배가 되도록 농도 조절된 인터칼레이트(intercalate) 용액에 천연 흑연을 인터칼레이트 처리하는 단계와;

   인터칼레이트 처리된 천연 흑연으로부터 과다용액을 드레인시키고 수세하는 단계와;

   수세된 천연 측연을 증가된 온도에 노출시켜 원 체적의 20~80배 팽창된 연충(worm) 모양의 팽창 흑연을 형성하는 단계와;

   상기 팽창 흑연을 압축 압연 성형하여 열이방화계수가 3 ~ 20인 준이방성 흑연시트를 제조하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 흑연시트 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 인터칼레이트 처리 단계는,

   고농도의 인터칼레이트제 혼합용액을 증류수로 희석하되, 그 혼합용액을 구성하는 제1용액의 노르말 농도가 0.3 ~ 1.5의 저농도 인터칼레이트 용액이 되도록 만든 다음 천연 흑연 100 중량부 당 인터칼레이트 용액 50 ~ 300 중량부의 레벨로 분산시켜 인터칼레이트시킴을 특징으로 하는 흑연시트 제조방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 제조방법으로 제조된 흑연시트로서,

   열원에서 발생한 열을 넓은 면에 대하여 수직방향으로 흡수하여 수평방향으로 분산시키는 기능을 갖도록 된 열이방화계수가 3 ~ 20인 준이방성 흑연시트.
4. 팽창 흑연이 서로 다른 팽창배수를 가지도록 농도 조절된 복수의 인터칼레이트 용액에 천연 흑연을 각각 인터칼레이트 처리하는 단계와;

   인터칼레이트 처리된 각각의 천연 흑연으로부터 과다용액을 드레인시키고 수제하는 단계와;

   각각 인터칼레이트 및 수세 처리된 천연 흑연을 균일하게 혼합하는 단계와;

   수세된 천연 측연 혼합물을 증가된 온도에 노출시켜 연충(worm) 모양의 팽창 흑연을 형성하는 단계와;

   상기 팽창 흑연을 압축 압연 성형하여 열이방화계수가 3 ~ 20인 준이방성 흑연시트를 제조하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 흑연시트 제조방법.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 인터칼레이트 처리하는 단계는,

   팽창 흑연의 팽창배수가 20 ~ 80배가 되도록 농도 조절된 인터칼레이트(intercalate) 용액에 일부 천연 흑연을 인터칼레이트 처리하는 제1단계와;

   팽창 흑연의 팽창배수가 80 ~ 300배가 되도록 농도 조절된 인터칼레이트 용액에 다른 천연 흑연을 인터칼레이트 처리하는 제2단계;를 포함함을 특징으로 하는 흑연 시트 제조방법.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 제1단계는,

   고농도의 인터칼레이트제 혼합용액을 증류수로 희석하되, 그 혼합용액을 구성하는 제1용액의 노르말 농도가 0.3 ~ 1.5의 저농도 인터칼레이트 용액이 되도록 만든 다음 천연 흑연 100 중량부 당 인터칼레이트 용액 50 ~ 300 중량부의 레벨로 분산시켜 인터칼레이트시킴을 특징으로 하는 흑연시트 제조방법.
7. 청구항 5에 있어서, 상기 제2단계는,

   고농도의 인터칼레이트제 혼합용액을 증류수로 희석하되, 그 혼합용액을 구성하는 제1용액의 노르말 농도가 1.5 ~ 5.0의 고농도 인터칼레이트제 용액이 되도록 만든 다음 천연 흑연 100 중량부 당 인터칼레이트 용액 50 ~ 300 중량부의 레벨로 분산시켜 인터칼레이트시킴을 특징으로 하는 흑연시트 제조방법.
8. 청구항 4, 청구항 5, 청구항 6, 청구항 7중 어느 한 항에 기재된 제조방법으로 제조된 흑연시트로서,

   열원에서 발생한 열을 넓은 면에 대하여 수직방향으로 흡수하여 수평방향으로 분산시키는 기능을 갖도록 된 열이방화계수가 3 ~ 20인 준이방성 흑연시트.
9. 천연 흑연의 원 체적에 대하여 80 ~ 300배 팽창된 연충(worm) 모양의 팽창 흑연을 압축 압연 성형하여 제조된 고 이방성(열이방화계수 20 ~ 50) 흑연시트를 30 ~ 400 ㎛의 입도 크기를 가지도록 분쇄하는 단계와;

   분쇄된 흑연들을 다시 압축 압연 성형하여 열이방화계수가 3 ~ 20인 준이방성 흑연시트를 제조하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 흑연시트 제조방법.
10. 청구항 9에 기재된 제조방법으로 제조된 흑연시트로서,

    열원에서 발생한 열을 넓은 면에 대하여 수직방향으로 흡수하여 수평방향으로 분산시키는 기능을 갖도록 된 열이방화계수가 3 ~ 20인 준이방성 흑연시트.
11. 천연 흑연의 원 체적에 대하여 80 ~ 300배 팽창된 연충 모양의 팽창 흑연을 압축 압연 성형하여 제조된 고 이방성(열이방화계수 20 ~ 50) 흑연시트를 30 ~ 400㎛의 입도 크기를 가지도록 분쇄하는 단계와;

    천연 흑연의 원 체적에 대하여 80 내지 300배의 범위내에서 팽창 배수를 가지도록 팽창 처리된 팽창 흑연을 상기 분쇄된 흑연과 혼합하는 단계와;

    혼합된 흑연들을 다시 압축 압연 성형하여 열이방화계수가 3 ~ 20인 준이방성 흑연시트를 제조하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 흑연시트 제조방법.
12. 청구항 11에 기재된 제조방법으로 제조된 흑연시트로서,

    열원에서 발생한 열을 넓은 면에 대하여 수직방향으로 흡수하여 수평방향으로 분산시키는 기능을 갖도록 된 열이방화계수가 3 ~ 20인 준이방성 흑연시트.
13. 청구항 1에 기재된 방법을 이용하여 제조된 준 이방성 흑연시트와, 천연 흑연의 원 체적에 대하여 80 ~ 300배 팽창된 연충(worm) 모양의 팽창 흑연을 압축 압연 성형하여 제조된 고 이방성(열이방화계수 20 ~ 50) 흑연시트를 액상 또는 고상 접착제를 사용하여 적어도 하나 이상 적층하여 제조됨을 특징으로 하는 흑연시트 제조방법.
14. 청구항 13에 기재된 제조방법으로 제조된 흑연시트로서,

    열원에서 발생한 열을 넓은 면에 대하여 수직방향으로 흡수하여 수평방향으로 분산시키는 기능을 갖도록 된 흑연시트.
15. 전기신호 공급에 따라 열을 발생시키는 하나 이상의 열원과;

    상기 열원으로부터 발생되는 열을 흡수하여 확산시키되, 팽창 흑연을 압축 압연 성형하여 열 이방화계수가 3 ~ 20이 되도록 제조된 준 이방성 흑연시트;를 포함함을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
16. 청구항 15에 있어서, 상기 준 이방성 흑연시트는 케이싱내 혹은 케이싱 외부면 혹은 상기 열원 부착된 기판 이면중 어느 하나에 부착 사용됨을 특징으로 하는 디스플레이 장치.

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