KR20060136304A - 향상된 성질을 갖는 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20060136304A
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게리 디. 쉬브스
제럴드 호페르트
윌리엄 바레라
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어드밴스드 에너지 테크놀로지 인코포레이티드
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이미지 디스플레이 패널; 상기 이미지 디스플레이 패널에 근접하여 위치하는, 약 250 W/m°K 이상의 수평 열 전도도를 갖는 열 분산 물질; 상기 이미지 디스플레이 패널의 반대편에서, 상기 열 분산 물질과 근접하여 위치하는 개방 프레임; 및 상기 개방 프레임과 결합되는 다수의 전자 부품; 을 포함하고, 상기 이미지 디스플레이 장치가 약 375 mm-W/m°K 이하의 지지인자를 나타내는, 향상된 성질을 갖는 이미지 디스플레이 장치가 개시된다.
이미지 디스플레이 장치, 열 분산 물질, 프레임

Description

향상된 성질을 갖는 디스플레이 장치 {DISPLAY DEVICE HAVING IMPROVED PROPERTIES}
도 1은 본원발명에 따라 제조된 이미지 디스플레이 장치 일 실시예의 구성 요소의 예를 도시하는 측방향 사시도이다.
도 2는 도 1의 실시예의 상부측 사시도이다.
도 3은 도 1, 2에 도시된 실시예의 측방향 사시도로서 프레임에 도포되는 접착제의 예를 보여주고 있다.
도 4는 도 3과 유사한 측방향 사시도로서, 프레임 내에 위치하는 열 분산 물질의 예를 보여주고 있다.
도 5는 도 3, 4와 유사한 측방향 사시도로서, 이미지 디스플레이 스크린에 근접하여 위치하는 열 분산 물질 및 프레임을 보여주고 있다.
도 6은 도 3 내지 5와 유사한 사시도로서, 프레임 및 열 분산 물질이 이미지 디스플레이 패널에 근접하여 위치하고 인쇄 회로 기판이 상기 프레임 상에 위치하는 것을 보여주고 있다.
도 7은 도 3 내지 6와 유사한 후방측 사시도로서, 프레임과 결합하도록 위치한 지지부재 및 이때 나머지 구성요소들이 정렬되어 실질적으로 서로에 근접하여 위치하는 것을 보여주고 있다.
도 8은 도 7과 유사한 후방측 사시도이다.
도 9는 본원발명에 따라 제조된 디스플레이 장치의 대안적 실시예를 보여주는 후방측 사시도이다.
도 10은 이미지 디스플레이 장치의 전면도로서, 케이싱 내에 있으며서 이미지를 디스플레이하고 있는 것을 도시하고 있다.
도 11은 본원발명에 따라 제조된 프레임의 배면도로서, 립 및 플렌지의 일례를 보여주고 있다.
도 12는 본원발명에 따라 제조된 프레임의 배면도로서, 프레임의 플랜지에 도포되는 접착제의 일례를 보여주고 있다.
도 13은 도 12와 유사한 배면도로서, 프레임의 플랜지 상에 위치하는 접착제 및 열 분산 물질을 보여주고 있다.
도 14 내지 16은 0 mm-W/m°K 의 지지 인자를 갖는, 본원발명의 프레임 시스템의 대안적 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 17은 실시예1에서 설명되는 PDP의 스틸 보조프레임 및 알루미늄 샤시의 사진을 도시하고 있다.
도 18은 실시예1에서 설명되는 PDP의 스틸 보조프레임 및 알루미늄 샤시를 대체하기 위해 사용된 본원발명의 프레임 시스템의 사진을 도시하고 있다.
도 19는 실시예2의 시험을 실행하기 위해 사용된 PDP를 도시하고 있다.
도 20은 실시예2의 시험을 실행하기 위해 사용된 백색 스폿 시험 패턴을 도시하고 있다.
도 21은 실시예2의 시험으로부터의 통상적 IR 이미지 결과를 도시하고 있다.
도 22는 실시예2의 시험에 따른 온도 - 시간 그래프를 도시하고 있다.
도 23은 실시예2의 시험에 따른 온도 - 휘도 그래프를 도시하고 있다.
도 24는 실시예2에 사용된 잔상을 평가하기 위하여 도 20의 백색 스폿 시험 패턴이 완전 백색 패턴으로 대체된 것을 도시하고 있다.
도 25는 실시예2의 시험에 따른 시간 - 휘도 그래프를 도시하고 있다.
본 발명은 쉬브(Shives) 등에 의해 2005년 6월 27일 출원되어 공개된 미국특허 제 11/167,935호 "디스플레이 장치를 위한 최적화된 프레임 시스템(Optimized Frame System For A Display Device)" 의 계속출원(continuation-in-part)으로서, 그 개시 내용은 본 명세서에 참작되어 있다.
본원발명은, 본원발명에 따른 디스플레이 장치용 지지 구조에 의하여 휘도가 향상되고 잔상이 감소되며 온도 균일성이 향상된, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 액정 디스플레이(LCD) 등과 같은 디스플레이 장치에 관한 것이다.
플라즈마 디스플레이 패널은 다수의 방전 셀을 포함하고, 전극 방전 셀을 가로질러 전압을 인가하여 소정의 방전 셀이 빛을 방출하게 함으로써 이미지를 디스플레이하도록 구성된 디스플레이 장치이다. 플라즈마 디스플레이 패널의 주요 부분인 패널 유닛은 다수의 방전 셀을 두 개의 유리 베이스 플레이트 사이에 샌드위 치시키는 방식으로 두 개의 유리 베이스 플레이트를 결합시킴으로써 제조된다.
플라즈마 디스플레이 패널에서, 이미지 형성을 위해 빛을 방출하게 되는 방전 셀은 열을 발생시켜 열원을 구성하며, 이는 플라즈마 디스플레이 패널의 온도를 전체적으로 상승시킨다. 방전 셀에서 발생된 열은 베이스 플레이트를 형성하는 유리에 전달되지만, 패널면에 평행한 방향으로의 열전도는 유리 베이스 플레이트 재료의 특성으로 인해 어렵다.
게다가, 빛을 방출시키기 위해 활성화되었던 방전 셀의 온도가 현저히 상승하는 반면, 활성화되지 않았던 방전 셀의 온도는 그 만큼 상승하지 않는다. 이 때문에, 플라즈마 디스플레이 패널의 패널면 온도는 이미지가 발생되는 영역에서 국부적으로 상승하게 된다. 또한, 백색이나 밝은 색 범위에서 작용하는 방전 셀은 어두운 색 범위에서 작용하는 방전 셀보다 더 많은 열을 발생시키게 된다. 따라서 패널 면의 온도는 이미지를 형성하면서 발생되는 색깔에 따라 국부적으로 다르게 된다. 이와 같은 국부적 온도 차이는, 이러한 차이를 개선시키기 위한 방도가 취해지지 않는 한 이들의 영구성 정도에 따라, 영향을 받는 방전 셀의 열적 열화(thermal deterioration)(종종 "번-인(burn-in)" 또는 "잔상(image-sticking)"으로 언급됨)를 가속화시키게 된다. 또한 디스플레이 상의 이미지 속성이 변하게 되면, 이미지와 함께 국부적 열 발생 지점도 변하게 된다.
또한, 활성화된 방전 셀과 활성화되지 않은 방전 셀 사이의 온도차가 클 수 있고, 사실 백색광을 발생시키는 방전 셀과 암색을 발생시키는 방전 셀 사이의 온도차 또한 클 수 있기 때문에, 응력이 패널 유닛에 가해져 종래의 플라즈마 디스플 레이 패널이 파손되고 크랙이 발생될 수 있다.
방전 셀의 전극에 인가된 전압이 증가될 때, 방전 셀의 휘도는 증가하지만 이러한 셀 내에서 발생되는 열의 양 또한 증가한다. 그러므로, 활성화를 위해 큰 전압이 인가되는 이러한 방전 셀은 열적 열화에 보다 민감하게 되고 플라즈마 디스플레이 패널의 패널 유닛의 파손 문제점을 악화시키는 경향이 있다. 또한, 패널의 휘도도, 특히 온도가 균일하게 분포되지 않을 때, 패널의 온도가 증가함에 따라 저하되게 된다.
LED(발광 다이오드), CCFL(냉 전극 형광 광원 또는 램프), 및 FFP(평면 형광 광원 또는 램프)와 같은, LCD 디스플레이용 백라이트에 있어서도 PDP 디스플레이에서와 같이 방사성 디스플레이를 함에 따른 열 발생에 관한 유사한 문제점이 존재하게 된다.
국부적 온도 차이를 균일화시키기 위하여 패널 후방과 열 소멸장치 사이의 공간을 채우도록 소위 "고 배향 그라파이트 필름(high orientation graphite film)"을 플라즈마 디스플레이 패널에 대한 열적 인터페이스 재료로서 사용하는 방안이 예를 들어 모리타, 이치야나기, 이케다, 니시키, 이노우에, 코미오지 및 카와시마 등의 미국 특허 제 5,831,374호에 개시되어 있다. 그러나 상기 특허는 그라파이트성 물질로서 열 분해성 그라파이트를 사용하는 것에 초점을 맞추고 있으며 또한 박리된 그라파이트의 압축된 입자의 시이트(sheets of compressed particles of exfoliated graphite)를 사용하는 것 또는 이의 명확한 이점이 대해서는 언급하지 않고 있다. 게다가, 무거운 알루미늄 재질의 열 소멸 장치는 모리타 등의 특허에 있어 결정적인 부분이다. 또한, 쳉(Tzeng)의 미국 특허 제 6,482,520호에는 전자 부품과 같은 열원에 대하여 열 확산기(상기 특허에서는 열적 인터페이스(thermal interface)로 언급됨)로서 박리된 그라파이트의 압축된 입자의 시이트를 사용하는 것이 개시되어 있다. 사실, 이러한 재료는 미국 오하이오 레이크우드에 소재하는 어드밴스드 에너지 테크놀로지 인코포레이드(Advanced Energy Technology Inc.)의 eGraf®SpreaderShield 계열 재료로부터 상업적으로 이용가능하다. 쳉의 그라파이트 열 확산기는, 열 발생 부품의 유효 표면적을 넓히기 위하여, 열 발생 전자부품과 열 소멸장치 사이에 위치하는데, 디스플레이 장치에서 발생되는 구체적인 열적 문제에 대해서는 언급하고 있지 않다.
그라파이트는 탄소 원자의 망상 구조 또는 육방 배열의 층 평면들로 구성되어 있다. 육방으로 배열된 탄소 원자의 이들 층 평면들은 실질적으로 편평하고 서로 실질적으로 평행하고 동일 거리에 있도록 배향(orient) 또는 정렬(order)된다. 일반적으로 그래팬(graphene)층 또는 바탕면(basal planes)으로 지칭되는, 실질적으로 편평하고 평행한 동일 거리의 탄소 원자의 시이트 또는 층은 서로 링크되거나 결합되며 이들 그룹은 결정 상태로 배열된다. 잘 배열된 그라파이트는 상당한 크기의 결정으로 구성되고, 서로 잘 정렬되거나 배향된 결정들은 잘 배열된 탄소층을 갖는다. 즉, 잘 배열된 그라파이트는 매우 바람직한 결정 방향을 갖는다. 그라파이트가 이방성(anisotropic) 구조를 가져 높은 방향성을 갖는 열전도도 및 전기 전도도와 같은 많은 특성을 나타내거나 가짐을 주목해야 한다.
요컨대, 그라파이트는 탄소의 라미네이트된 구조(laminated structure)를 특 징으로 하며, 즉 상기 구조는 약한 반데르바알스 힘에 의해 서로 결합된 탄소 원자의 중첩된 층 또는 라미내(laminae)로 구성된다. 그라파이트 구조를 고려할 때, 두 개의 축 또는 방향, 즉 "c" 축 또는 방향과 "a" 축 또는 방향이 일반적으로 언급된다. 단순히, "c" 축 또는 방향은 탄소 층에 수직한 방향으로 간주될 수도 있다. "a" 축 또는 방향은 탄소 층에 평행한 방향 또는 "c" 방향에 수직한 방향으로 간주될 수도 있다. 가요성 그라파이트 시이트를 제조하는데 적절한 그라파이트는 매우 높은 방향성(orientation)을 갖는다.
전술한 것처럼, 탄소 원자의 평행한 층을 서로 유지시키는 결합력은 단지 약한 반데르바알스 힘이다. 천연 그라파이트는 중첩된 탄소 층 또는 라미내 사이의 공간이 다소 개방되어 층에 수직한 방향, 즉 "c" 방향으로 현저한 팽창을 제공하여, 탄소 층의 층 특성이 실질적으로 유지되는 팽창된 또는 부푼 그라파이트 구조를 형성하도록 처리될 수 있다.
매우 팽창된, 보다 구체적으로 초기 "c" 방향 치수 보다 약 80배 이상 큰 "c" 방향 치수 또는 최종 두께를 갖도록 팽창된 그라파이트 플레이크는 바인더의 사용 없이 예를 들어 웨브, 종이, 스트립, 테이프, 호일, 매트 등(일반적으로 "가요성 그라파이트"로 지칭됨)과 같은 팽창된 그라파이트의 접착성 시이트 또는 일체식(integrated) 시이트로 형성될 수 있다. 초기 "c" 방향 치수 보다 약 80배 이상 큰 "c" 방향 치수 또는 최종 두께를 갖도록 팽창된 그라파이트 입자를, 소정의 바인딩 재료를 사용하지 않고, 압축에 의해 일체식 가요성 시이트로 형성하는 것은 큰 부피로 팽창된 그라파이트 입자 사이에서 달성되는 기계적 인터로킹 (interlocking), 또는 접착으로 인해 가능하다고 믿어진다.
가요성 외에, 전술된 시이트 재료는 롤러 압착과 같은 큰 압축으로 인해 사이트의 대향면에 실질적으로 평행한 그라파이트 층 및 팽창된 그라파이트 입자의 방향성으로 인해서, 천연 그라파이트 출발 물질(nature graphite starting material)과 비교할 때, 열 및 전기 전도도와 유체 확산에 있어서 큰 이방성을 가지는 것으로 알려져 있다. 그렇게 제조된 시이트 재료는 우수한 가요성, 양호한 강도 및 높은 방향성을 갖는다.
요컨대, 예를 들어 웨브, 종이, 스트립, 테이프, 호일, 매트 등과 같은 가요성이 있고 바인더가 없는 이방성 그라파이트 시이트 재료를 제조하는 방법은 실질적으로 편평하고, 가요성이 있는 일체식 그라파이트 시이트를 형성하기 위해 소정의 하중 하에서 바인더 없이 초기 입자의 "c" 방향 치수 보다 약 80배 이상 큰 "c" 방향 치수를 갖는 팽창된 그라파이트 입자를 압축하는 단계를 포함한다. 일반적으로 외형이 벌레 모양인 팽창된 그라파이트 입자는 일단 압축되면, 압축 상태와 시이트의 대향 주요면과의 정렬 상태를 유지한다. 시이트 재료의 밀도와 두께는 압축 정도를 조절함으로써 변할 수 있다. 시이트 재료의 밀도는 약 0.04g/cm3 내지 약 2.0g/cm3 범위 내에 있을 수 있다.
가요성 그라파이트 시이트 재료는 시이트의 대향하고 평행한 주요면에 평행한 그라파이트 입자의 정렬로 인해 상당한 정도의 이방성을 나타내며, 이방성의 정도는 방향성을 증가시키기 위해 시이트 재료를 롤러 압착할 때 증가한다. 롤러로 압착된 이방성 시이트 재료에서, 두께, 즉 대향하고 평행한 시이트 표면에 수직한 방향은 "c" 방향을 포함하고 길이 및 폭을 따른, 즉 대향된 주요면을 따른 또는 대향된 주요면에 평행한 방향은 "a" 방향을 포함하며 시이트의 열적 및 전기적 특성은 "c" 및 "a" 방향에 대하여 그 크기가 매우 상이하게 된다.
박리된 그라파이트(즉, 가요성 그라파이트)의 압축된 입자의 시이트를 열원에서 발생되는 열을 방산시키기 위한 열 소멸원(heat sink)의 구성부품으로써, 그리고 열 확산기 및 열적 인터페이스로서 사용하는 방안이 제시되었으나(예를 들어, 미국 특허 제6,245,400호, 제6,482,520호, 제6,503,526호, 및 제6,538,892호 참조), 지금까지는 그라파이트 재료의 사용이 독립적이었을 뿐, 디스플레이 패널 지지 구조체와 같은 다른 구성부품과 연계해서 고려하지는 않았었다.
종래의 디스플레이 장치는 통상적으로 두껍고 무거운 금속 지지부재(보통 두꺼운 알루미늄 시이트나 다수의 시이트 세트)를 사용하였으며, 상기 지지부재에는 디스플레이 패널 유닛 및 인쇄 회로 기판과 같은 관련 전자 부품이 부착되었다. 이러한 전자 부품으로부터 발생되는 열은 패널 유닛 그 자체 상에 균일하지 않은 온도 분포를 발생시키는 원인이 되어, 디스플레이 패널 상에 나타나는 이미지에 악영향을 미치게 된다. 통상적으로, 패널 유닛은 양면 접착 테입 재료를 사용하여 지지 부재에 부착된다. 대안적으로는, 패널 유닛이 일반적으로 입자 충전 아크릴 또는 실리콘(particle-filled acrylic or silicon)인 열 전도성 접착 물질의 완전한 시이트를 사용하여 직접 지지 부재에 부착되는 경우도 있다.
어느 경우든 간에, 종래의 지지 부재는 기계적 기능(즉, 패널 유닛 및 관련 전자부품을 장착시키기 위한 기능) 및 열적 기능(즉, 패널 유닛 및/또는 관련 전자부품에 의해 발생된 열을 확산시키거나 소멸시키는 것을 보조하는 기능)의 두가지 기능을 제공한다. 따라서, 지지 부재는 통상적으로 약 2.0mm 두께의 단단한 알루미늄 시이트로 제조된다. 달리 표현되지 않는 한, 지지 부재를 갖는 종래의 디스플레이 패널은 약 440 mm-W/m°k 의 지지 인자(support factor)를 나타낸다. 지지 인자는 디스플레이 패널에 있는 지지 부재의 두께와 지지 부재의 수평 열 전도도(in-plane thermal conductivity)를 곱함으로써 결정된다(사용된 높은 열 전도도의 알루미늄의 수평 열 전도도가 220 mm-W/m°k 이므로, 2.0mm의 알루미늄 시이트는 440 mm-W/m°k 의 지지 인자를 갖는다). 대부분의 금속인 비교적 열적으로 등방성을 가지므로, 수평 열 전도도가 수직(through-plane) 열 전도도와 실질적으로 다르지 않다는 점을 알 수 있다.
이와 같은 지지 부재는 무게가 약 10 파운드 이상이며, 일정한 평탄 조건(flatness requirement), 전자부품에 대한 다수의 나사식 장착 특성, 및 높은 열 전도도의 알루미늄 시이트의 높은 비용으로 인하여 제조가 어려우며 고가일 수 있다. 추가적으로, 지지 부재에 좀더 기계적 지지력을 추가하기 위하여 프레임(보통 스틸이나 알루미늄으로 제조된다)이 사용되며, 디스플레이 패널을 벽면 브라켓(bracket)이나 스탠드 장치에 부착시키기 위한 튼튼한 장착 수단을 필요로 한다.
종래의 디스플레이 장치 제조업자들, 특히 PDP 제조업자들은 패널 유닛의 휘도 및 발광 효율은 증가시키면서도 이와 동시에 그 디스플레이 장치의 비용 및 무게를 절감시켜야 한다는 중압감을 느낀다. 이는 보다 많은 전력이 디스플레이 장치 로 공급된다는 것을 의미할 수 있으며, 이로써 시스템의 열적 부하가 증가되어 디스플레이 장치 내에 추가적이 열 분산 능력을 요구하게 된다. 팬 및/또는 열 파이프와 같은 능동적 냉각 방안은 비신뢰성(unreliability), 잡음, 그리고 이들이 시스템의 비용 및 무게에 부정적인 영향을 미친다는 점에서 바람직하지 않다. 또한, 디스플레이 장치의 휘도 및 발광 효율의 증가에 더하여, 디스플레이 제조업자들은 패널 크기의 대형화에 대한 중압감도 더 느끼게 되는데, 이러한 패널 크기의 대형화는 이에 비례하는 지지 부재의 무게 증가를 수반하게 된다.
더욱이, 종래의 프레임 시스템을 구비하는 디스플레이 패널은 상술한 문제점을 더욱 악화시키는, 과도하게 높은 이미지의 잔상 및 과도하게 낮은 휘도를 나타내게 된다. 또한, 종래의 프레임 시스템이 패널에 대한 열적 문제를 완화시키기 위한 것이라 할지라도, 평균 스크린 온도 및 (온도를 증가시키는 그래픽이 종종 표시되는)스크린의 하부 Ⅲ의 온도에서 나타나는 것과 같이, 디스플레이 패널에서의 비 균일한 온도 분포는 여전히 문제점으로 남게 된다.
따라서 디스플레이 장치에 필요한 것은 가벼운 무게와 경제적인 프레임 시스템이다. 특히 디스플레이 장치 자체의 장착 및 지지에 대한 구조적 일체성뿐만 아니라 패널 유닛과 관련 전자부품의 부착을 제공하기에 충분히 구조적으로 견고하면서도, 휘도의 향상 및 잔상 감소를 촉진시키고 월등한 열전달 능력의 제공할 수 있는 것이 필요하다. 바람직한 프레임 시스템은 지지 부재, 특히 높은 열 전도성 알루미늄으로 형성된 지지부재에 대한 필요성을 줄이거나 없앨 수 있다.
따라서, 본원발명의 목적은 플라즈마 디스플레이 패널, 액정 디스플레이 등과 같은 디스플레이 장치용 프레임으로서 무게가 가볍고 구조적으로 견고한 프레임을 제공하는 것이다.
본원발명의 다른 목적은 휘도의 향상, 잔상의 감소, 평균 스크린 온도의 감소, 및 온도 균일성의 향상을 포함하여, 성능이 향상된 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본원발명의 또 다른 목적은 패널의 하부Ⅲ 영역에 있는 디스플레이 패널의 스크린 온도를 감소시키는 것이다.
본원발명의 또 다른 목적은 디스플레이 장치의 열 확산 부재와 디스플레이 장치의 인쇄 회로 기판과 같은 제어 시스템 사이에 디스플레이 장치용 프레임을 제공하는 것이다.
본원발명의 또 다른 목적은 디스플레이 장치에 구조적 일체성을 제공하는 둘레 가장자리부를 포함하는 디스플레이 장치용 프레임을 제공하는 것이다.
본원발명의 또 다른 목적은 디스플레이 장치 내의 열 분산 물질에 의한 열 전달 및 열 분산을 촉진시키는 내부 개구부를 구비하는 디스플레이 장치용 프레임을 제공하는 것이다.
본원발명의 또 다른 목적은 스틸을 포함하는 디스플레이 장치용 프레임을제공하는 것이다.
이하의 설명에 의하여 당업자에게 명백해질 이러한 목적들 등은 이미지 디스 플레이 패널 유닛, 상기 이미지 디스플레이 패널에 근접하여 위치하는, 약 250 W/m°K 이상의 수평 열 전도도를 갖는 열 분산 물질, 상기 이미지 디스플레이 패널의 반대편에서, 상기 열 분산 물질과 근접하여 위치하는 개방 프레임, 상기 이미지 디스플레이 패널 유닛에 약 375 mm-W/m°K 이하의 지지인자를 제공하는 지지부재, 및 상기 개방 프레임과 결합되는 다수의 전자 부품을 포함하는 이미지 디스플레이 장치를 제공함으로써 달성된다. 보다 바람직하게는, 상기 지지부재가 약 150 mm-W/m°K 이하의 지지인자를 제공하는, 가장 바람직하게는 0 mm-W/m°K 의 지지인자를 제공하는; 즉, 지지 부재가 전부 제거되는 것이 바람직하다.
개방 프레임은 스틸로 이루어질 수 있으며, 또한 존재한다면, 지지부재 및/또는 열 분산 물질에 접착식으로 부착될 수 있다. 개방 프레임이 폭과 높이를 포함하여 상기 열 분산 물질이 실질적으로 상기 폭과 높이에 걸쳐 연장될 수 있다. 추가적으로, 제2 가로 지지부가 상기 개방 프레임에 걸쳐 연장되어 제2 인쇄 회로 기판 중 하나 이상이 제2 가로 지지부에 결합될 수 있다. 프레임에 대한 이러한 구성이 바람직하기는 하나, 로마 숫자 Ⅱ 를 연상시키는 두 개의 "I" 형상 부품과 같은 유사한 다른 구성이 프레임 구조로서 사용될 수도 있다.
지지부재가 존재하면 열 분산 물질은 바람직하게 패널 유닛과 지지 부재 사이에 위치하게 된다. 대안적으로, 디스플레이 패널 유닛으로부터 열 분산 물질로 효과적인 열 전달을 할 수 있도록 지지부재가 충분히 얇고/얇거나 열 전도도가 있으면, 지지부재는 열 분산 물질과 패널 유닛 사이에서 디스플레이 패널 유닛에 근접하여 위치할 수 있다.
다른 실시예에서는, 이미지 디스플레이 패널이 이미지 디스플레이 측면을 포함하고 열 분산 물질이 상기 이미지 디스플레이 측면의 반대편에서 이미지 디스플레이 패널에 근접하여 위치한다. 주변 프레임이 이미지 디스플레이 패널의 반대편에서 열 분산 물질에 근접하여 위치하고, 이때 주변 프레임은 상부, 하부, 제1 측면, 및 제2 측면을 포함한다. 다수의 인쇄 회로 기판이 상기 주변 프레임에 결합된다. 주변 프레임의 상부, 하부, 제1 측면, 및 제2 측면은 개구부를 형성하고, 열 분산 물질은 실질적으로 상기 개구부에 걸쳐 연장되고 상기 주변 프레임의 상부, 하부, 제1 측면, 및 제2 측면에 결합될 수 있다. 이미지 디스플레이 패널은 플라즈마 디스플레이 패널 또는 액정 디스플레이 패널일 수 있으며, 열 분산 물질은 그라파이트로 구성될 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 이미지 디스플레이 장치가 열 분산 물질에 근접하여 위치하는 이미지 디스플레이 패널을 포함한다. 프레임은 이미지 디스플레이 패널의 반대편에서 열 분산 물질에 근접하여 위치한다. 프레임은 높이와 폭, 그리고 실질적으로 상기 높이와 폭에 걸쳐 연장하는 개구부를 포함한다. 다수의 인쇄 회로 기판이 상기 프레임에 결합되어 프레임 내에서 실질적으로 정렬되며, 또한 상기 개구부를 덮도록 위치할 수 있다.
지지부재가 존재하면, 일반적으로 시이트로서 구성되며, 일반적으로 프레임과 디스플레이 패널 유닛 사이에서 프레임에 지지하여 위치한다. 지지부재는, 존재한다면, 종래에 디스플레이 패널, 심지어는 그라파이트나 기타의 열 분산 물질을 활용하는 것에서 효과적인 열 분산을 제공하기에 충분하다고 생각되었던 열 전도도 보다 낮은 열 전도도를 갖는 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 높은 열 전도도의 두꺼운 알루미늄 시이트를 사용하는 대신에, 수평 열 전도도가 약 20 W/m°k 이하 정도인 스틸 시이트가 사용될 수 있다. 스틸은 높은 열 전도도의 알루미늄보다 실질적으로 더 싸기 때문에, 2.0 mm 의 높은 열 전도성 알루미늄과 동일한 수준의 두께로 사용된다 하더라도, 실질적으로 경제적이다. 이러한 스틸 시이트는 40 mm-W/m°k 의 지지 인자를 갖는 유닛을 제공한다. 대안적으로, 지지부재는 높은 열 전도도의 알루미늄일 수 있으나, 심지어는 그라파이트나 기타의 열 분산 물질을 활용하는 디스플레이 패널에서 종래에 적당하다고 생각되었던 두께보다 실질적으로 얇은 시이트로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 0.5mm 두께의 높은 열 전도성 알루미늄 시이트는 약 110 mm-W/m°k 의 지지 인자를 제공함으로써 매우 가벼운 구조를 이룰 수 있게 한다. 물론 지지부재가 전부 제거된 경우에는, 유닛은 0 mm-W/m°k 의 지지 인자를 갖게 되어, 무게를 줄일 수 있으며 비용을 절감하게 된다.
전술한 바와 같이, 사용되는 열 분산 물질은 그라파이트로 형성되는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 일반적으로 가요성 그라파이트라고 알려진 박리된 그라파이트의 압축된 입자의 시이트로 형성되는 것이 좋다. 그라파이트는 평면 사이에 약한 결합을 갖는 편평한 층 평면 내에 공유 결합된 원자를 포함하는 탄소의 결정 구조이다. 천연 그라파이트 플레이크(flake)와 같은 그라파이트 입자를, 예를 들어 황산과 질산의 용액의 인터카랜트(intercalant)로 처리함으로써, 그라파이트의 결정 구조가 그라파이트와 인터카랜트의 화합물을 형성하도록 반응한다. 처리된 그라파이트의 입자는 그 후 "인터카레이트된 그라파이트 입자(particles of intercalated graphite)"로 지칭된다. 고온에 노출되면, 그라파이트 내의 인터카랜트는 분해되고 기화되어, 인터카레이트된 그라파이트 입자가 "c" 방향, 즉 그라파이트의 결정면에 수직한 방향으로 아코디언 형태로 초기 치수 보다 약 80배 이상 큰 치수로 팽창한다. 팽창된 그라파이트 입자는 외형이 벌레 모양이어서, 통상 벌레(worms)로 지칭된다. 벌레는 가요성 시이트 내에 함께 압축될 수도 있고, 초기의 그라파이트 플레이크와 달리 다양한 형태로 형성 및 절단될 수 있다.
본 발명에 사용되기에 적절한 그라파이트 출발 물질은 할로겐화물 뿐만 아니라 유기산 및 무기산을 인터카레이트시킬 수 있고 이후 열에 노출될 때 팽창할 수 있는 고도의 그라파이트 탄소질 재료(highly graphitic carbonaceous material)를 포함한다. 이들 고도의 그라파이트 탄소질 재료는 가장 바람직하게 약 1.0의 흑연화도(a degree of graphitization)를 갖는다. 본원에서 사용되는 것처럼, "흑연화도"란 용어는 g = [3.45-d(002)]/0.095에 따른 값 g를 지칭하며, 여기서 d(002)는 옹스트롱 단위로 측정된 결정 구조 내의 탄소의 그라파이트 층 사이의 거리이다. 그라파이트 층 사이의 거리는 표준 X-선 회절 기술에 의해 측정된다. (002), (004) 및 (006) 밀러 지수에 대응하는 회절 피크의 위치가 측정되고, 이들 모든 피크에 대한 전체 에러를 최소화시키는 거리를 유도하기 위해 표준 최소 자승법 기술이 이용된다. 고도의 그라파이트 탄소질 재료의 예로는 다양한 소스로부터의 천연 그라파이트 뿐만 아니라 화학 기상 증착, 폴리머의 고온 열분해, 또는 용융 금속 용액으로부터의 결정화 등에 의해 준비된 그라파이트와 같은 다른 탄소질 재료를 포함한다. 천연 그라파이트가 가장 바람직하다.
본 발명에 사용되는 그라파이트 출발 물질은 출발 물질의 결정 구조가 요구된 흑연화도를 유지하고 출발 물질이 박리될 수 있는 한 비-그라파이트 성분을 함유할 수도 있다. 일반적으로, 결정 구조가 요구된 흑연화도를 소유하고 박리될 수 있는 탄소 함유 재료는 본 발명에 사용되기에 적절하다. 이러한 그라파이트는 바람직하게 80% 이상의 순도를 갖는다. 보다 바람직하게, 본 발명에 사용된 그라파이트는 약 94% 이상의 순도를 가질 것이다. 가장 바람직한 실시예에서, 사용된 그라파이트는 약 98% 이상의 순도를 가질 것이다.
그라파이트 시이트를 제조하는 통상적인 방법은 쉐인(Shane) 등에게 허여된 미국 특허 제 3,404, 061호에 개시되어 있고, 그 개시는 본원에 참고로 병합된다. 쉐인 등에게 허여된 특허의 방법의 실행에서, 천연 그라파이트 플레이크는 예를 들어 질산과 황산의 혼합물을 함유하는 용액 내에 유리하게 100 중량부의 그라파이트 플레이크(pph) 당 약 20 내지 약 300 중량부의 인터카랜트 용액 레벨로 플레이크를 분산킴으로써 인터카레이트된다. 인터카레이션 용액은 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 산화제와 다른 인터카레이팅제를 함유한다. 그 예로는 예를 들어 농축된 질산 및 클로레이트, 크롬산 및 인산, 황산 및 질산과 같은 혼합물, 또는 강 유기산 예를 들어 트리플루오로아세트산의 혼합물 또는 질산, 칼륨 클로레이트, 크롬산, 과망간산 칼륨, 칼륨 크로메이트, 칼륨 디크로메이트, 과염소산 등을 함유하는 용액 및 유기산에 용해가능한 강 산화제와 같은 산화제 및 산화 혼합물을 함유하는 것을 포함한다. 대안적으로, 전기 포텐셜이 그라파이트의 산화를 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 전해질 산화를 이용하여 그라파이트 결정에 유입될 수 있는 화학종은 황산 뿐만 아니라 다른 산을 포함한다.
바람직한 실시예에서, 인터카레이팅제는 황산, 또는 황산과 인산, 및 산화제, 즉 질산, 과염소산, 크롬산, 과망간산 칼륨, 과산화수소, 요오드산 또는 과옥소산 등의 혼합 용액이다. 덜 바람직할 수도 있지만, 인터카레이션 용액은 염화제1철(ferric chloride), 및 황산과 혼합된 염화제1철과 같은 금속 할로겐화물, 또는 브롬 용액으로서의 브롬 및 유기 용매 내의 황산 또는 브롬과 같은 할라이드를 함유할 수도 있다.
인터카레이션 용액의 양은 약 20 내지 약 350pph 그리고 보다 일반적으로 약 40 내지 약 160pph 범위일 수도 있다. 플레이크가 인터카레이트된 후에, 임의의 과잉 용액은 플레이크로부터 유출되고 플레이크는 수세척된다. 대안적으로, 인터카레이션 용액의 양은 약 10 내지 약 40pph 범위로 제한될 수도 있는데, 이로 인해 참고로 본원에 병합된 미국 특허 제 4,895,713호에 개시되고 설명된 것처럼 세척 단계가 제거될 수 있다.
인터카레이션 용액으로 처리된 그라파이트 플레이크 입자는 예를 들어 25℃ 내지 125℃ 범위의 온도에서 산화 인터카레이팅 용액의 표면 필름과 반응하는 알코올, 설탕, 알데히드 및 에스테르로부터 선택되는 유기 환원제와 혼합됨으로써 선택적으로 접촉될 수 있다. 적절한 특정 유기제로는 헥사데카놀, 옥타데카놀, 1-옥탄올, 2-옥탄올, 데실알코올, 1,10 데칸디올, 데실알데히드, 1-프로판올, 1,3프로판디올, 에틸렌글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 덱스트로스, 프럭토스, 락토스, 수크로스, 포테이토 스타치, 에틸렌 글리콜 모노스테아레이트, 디에틸렌 글리콜 디벤조에 이트, 프로필렌 글리콜 모노스테아레이트, 글리세롤 모노스테아레이트, 디메틸 옥실레이트, 디에틸 옥실레이트, 메틸 포르메이트, 에틸 포르메이트, 아스코르빈산 및 소듐 리그노술페이트와 같은 리그린 유도 화합물을 포함한다. 유기 환원제의 양은 적절하게 그라파이트 플레이크 입자의 약 0.5 내지 4 중량%이다.
인터카레이션 전에, 중에 또는 직후에 적용된 팽창 보조제의 이용이 또한 개선점을 제공할 수 있다. 이들 개선점 중 박리 온도는 감소될 수 있고 팽창된 부피(또한 "벌레 부피"로 지칭됨)는 증가될 수 있다. 본원에서 팽창 보조제는 유리하게 팽창 개선을 달성하기 위해 인터카레이션 용액 내에 충분히 용해 가능한 유기 재료일 것이다. 보다 좁게, 탄소, 수소 및 산소를 함유하는 이러한 형태의 유기 재료가, 바람직하게는 배타적으로, 이용될 수도 있다. 카르복실산이 특히 효과적이라고 알려져 있다. 팽창 보조제로서 유용한 카르복실산은 1 개 이상의 탄소 원자, 바람직하게 약 15 개 이하의 탄소 원자를 갖는 방향족, 지방족 또는 지환족, 직쇄 또는 분지쇄의, 포화 및 불포화 모노카르복실산, 디카르복실산 및 폴리카르복실산으로부터 선택될 수 있고, 박리의 하나 이상의 측면의 개선을 제공하기에 효과적인 양으로 인터카레이션 용액에 용해 가능하다. 적절한 유기 용매는 인터카레이션 내의 유기 팽창 보조제의 용해성을 개선시키기 위해 사용될 수 있다.
포화 지방족 카르복실산의 대표적인 예는 화학식 H(CH2)nCOOH와 같은 산이고, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 낙산, 펜탄산, 헥산산 등을 포함하며, 여기서 n은 0에서 약 5까지의 수이다. 카르복실산을 대신하여, 무수물 또는 알킬 에스테 르와 같은 반응성 카르복실산이 또한 사용될 수 있다. 알킬 에스테르의 대표적인 예는 메틸 포르메이트 및 에틸 포르메이트이다. 황산, 질산 및 다른 공지된 수용성 인터카랜트는 포름산을 궁극적으로 물과 이산화탄소로 분해시킬 수 있다. 이 때문에, 포름산과 다른 민감한 팽창 보조제는 유리하게 수용성 인터카랜트 내에 플레이크를 주입시키기 전에 그라파이트 플레이크와 접촉된다. 대표적인 디카르복실산은 2-12 개의 탄소 원자를 갖는 지방족 디카르복실산, 특히 옥살산, 푸마르산, 말론산, 말레산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 1,5-펜탄디카르복실산, 1,6-헥산디카르복실산, 1,10-데칸디카르복실산, 시클로헥산-1,4-디카르복실산 및 프탈산 또는 테레프탈산과 같은 방향족 디카르복실산이다. 대표적인 알킬 에스테르는 디메틸 옥실레이트 및 디에틸 옥실레이트이다. 대표적인 지환족 산은 시클로헥산 카르복실산이고 대표적인 방향족 카르복실산은 벤조산, 나프토산(naphthoic acid), 안트라닐산, p-아미노벤조산, 살리실산, o-, m-, 및 p-토릴산, 메톡시 및 오톡시 벤조산, 아세토아세트아미도벤조산 및, 아세트아미도벤조산, 페닐아세트산 및 나프토산이다. 대표적인 하이드록시 방향족 산은 하이드록시 벤조산, 3-하이드록시-1-나프토산, 3-하이드록시-2-나프토산, 4-하이드록시-2-나프토산, 5-하이드록시-1-나프토산, 5-하이드록시-2-나프토산, 6-하이드록시-2-나프토산 및 7-하이드록시-2-나프토산이다. 폴리카르복실산 중에는 구연산이 대표적이다.
인터카레이션 용액은 수용성일 것이고 바람직하게 약 1 내지 10%의 팽창 보조제를 함유하며, 이 양은 박리를 향상시키는데 효과적이다. 팽창 보조제가 수용성 인터카레이션 용액 내에 주입되기 전 또는 주입된 후에 그라파이트 플레이크와 접촉되는 실시예에서, 팽창 보조제는 그라파이트와 일반적으로 약 0.2중량% 내지 약 10중량% 범위의 양으로 V-블렌더와 같은 적절한 수단에 의해 혼합될 수 있다.
그라파이트 플레이크를 인터카레이트하고, 그 후 인터카레이트된 그라파이트 플레이크와 유기 환원제를 혼합한 후에, 상기 혼합물은 25℃ 내지 125℃ 범위의 온도에 노출되어 환원제와 인터카렌트 코팅의 반응을 촉진시킬 수 있다. 가열 기간은 약 20시간 이하이며, 전술한 범위보다 높은 온도에 대해서는 보다 짧은 가열 기간, 예를 들어 적어도 약 10분이다. 30분 이하의 시간, 예를 들어 10 내지 25분 정도가 보다 높은 온도에서 사용될 수 있다.
이렇게 처리된 그라파이트 입자는 종종 "인터카레이트된 그라파이트"로 지칭된다. 고온, 예를 들어 약 160℃ 이상의 온도 및 특히 약 700℃ 내지 1000℃ 이상의 온도에 노출될 때, 인터카레이트된 그라파이트의 입자는 "c" 방향, 즉 구성성분인 그라파이트 입자의 결정면에 수직한 방향으로 아코디언 형태로 초기 부피 보다 약 80배 내지 1000배 이상 팽창한다. 팽창된, 즉 박리된 그라파이트 입자는 외형이 벌레 모양이어서, 통상 벌레로 지칭된다. 벌레는 초기 그라파이트 플레이크와 달리 다양한 형태로 형성 및 절단될 수 있는 가요성 시이트로 압축 성형될 수도 있다.
가요성 그라파이트 시이트 및 호일은 양호한 처리 강도를 가지면서 응집성이 있으며, 예를 들어 롤러 압착에 의해 약 0.075mm 내지 3.75mm의 두께 및 약 0.1 내지 1.5g/cm3의 전형적인 밀도로 적절히 압축된다. 약 1.5 내지 30 중량%의 세라믹 첨가제가 최종 가요성 그라파이트 생성물에 향상된 수지 주입을 제공하기 위해 미국 특허 제 5,902,762호(본원에 병합됨)에 개시된 것처럼 인터카레이트된 입자 플레이크와 혼합될 수 있다. 첨가제는 약 0.15 내지 1.5mm의 길이를 갖는 세라믹 섬유 입자를 포함한다. 입자의 폭은 적절하게 약 0.04 내지 0.004mm 범위이다. 세라믹 섬유 입자는 그라파이트에 비반응성 및 비접착성이며 약 1100℃, 바람직하게 약 1400℃ 이상까지의 온도에서 안정하다. 적절한 세라믹 섬유 입자는 매서레이티드(macerated) 석영 유리 섬유, 탄소 및 그라파이트 섬유, 지르코니아, 보론 나이트라이드, 실리콘 카바이드 및 마그네시아 섬유, 칼슘 메타실리케이트 섬유, 칼슘 알루미늄 실리케이트 섬유, 알루미늄 옥사이드 섬유 등과 같은 자연 발생 광 섬유로부터 형성된다.
그라파이트 플레이크를 인터카레이트시키고 박리시키는 전술한 방법은, 국제 특허 출원 제 PCT/US02/39749호에 개시된 바와 같이, 흑연화 온도, 즉 약 3000℃ 범위의 온도에서 그라파이트 플레이크의 예비 처리 및 인터카랜트에 유연성 첨가제의 함유에 의해 유리하게 향상될 수도 있다.
그라파이트 플레이크의 예비처리, 또는 어닐링은 플레이크가 후속적으로 인터카레이션 및 박리될 때 상당히 증가된 팽창(즉, 300% 이상의 팽창 부피 증가)을 야기한다. 사실, 바람직하게, 팽창의 증가는 어닐링 단계 없는 유사한 프로세싱과 비교할 때 적어도 약 50%이다. 어닐링 단계에 사용되는 온도는 3000℃ 보다 상당히 낮아서는 안되며, 이는 100℃ 보다 낮은 온도가 실질적으로 감소된 팽창을 야기하기 때문이다.
본 발명의 어닐링은 인터카레이션 및 후속적인 박리 시에 향상된 정도의 팽창을 갖는 플레이크를 야기하기에 충분한 시간 동안 수행된다. 일반적으로 요구된 시간은 1 시간 이상, 바람직하게 1 내지 3시간이고 가장 유리하게 불활성 분위기에서 진행한다. 최대의 유익한 결과를 위해, 어닐링된 그라파이트 플레이크는 팽창 정도를 향상시키기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 다른 프로세스, 즉 유기 환원제, 유기 산과 같은 인터카레이션 보조제, 및 인터카레이션 후 계면활성제 세척제의 존재 하에서의 인터카레이션을 거칠 것이다. 더욱이, 최대의 유익한 결과를 위해, 인터카레이션 단계는 반복될 수도 있다.
본 발명의 어닐링 단계는 흑연화 분야에서 공지되고 인식된 유도로 또는 다른 유사한 장치에서 수행되고, 여기서 사용되는 온도는 3000℃ 범위이고, 흑연화 프로세스에서 일어날 수 있는 높은 범위의 온도이다.
예비 인터카레이션 어닐링을 거친 그라파이트를 이용하여 생성된 벌레는 종종 "응집(clump)"되어, 충격 면적 중량 균일성에 악영향을 줄 수 있다고 관찰되었기 때문에, "자유 유동" 벌레의 형성을 보조하는 첨가제가 매우 바람직하다. 인터카레이션 용액에 유연성 첨가제를 첨가하면 압축 장치(그라파이트 벌레를 가요성 그라파이트 시이트로 압축(또는 "칼랜더링")하는데 통상적으로 사용되는 칼랜더 스테이션의 베드와 같은)의 베드를 가로질러 벌레의 보다 균일한 분포가 용이하게 된다. 그러므로 결과적인 시이트는 보다 큰 면적 중량 균일성과 인장 강도를 갖는다. 유연성 첨가제는 장쇄(long chain) 탄화수소인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 약 10개 이상의 탄소를 갖는 탄화수소인 것이 좋다. 다른 작용기가 존재하 지만, 장쇄 탄화수소기를 갖는 다른 유기 화합물이 또한 사용될 수 있다.
보다 바람직하게, 유연성 첨가제는 오일이며, 광유가 특히 장기간 저장에 있어 중요한 고려사항인 악취 및 냄새가 덜 하다는 사실을 고려할 때 가장 바람직하다. 전술한 소정의 팽창 보조제가 유연성 첨가제의 정의를 충족시킴을 주목한다. 이들 재료가 팽창 보조제로 사용될 때, 인터카랜트 내에 별도의 유연성 첨가제를 포함할 필요가 없다.
유연성 첨가제는 약 1.4pph 이상, 보다 바람직하게 약 1.8pph 이상의 양으로 인터카랜트 내에 존재한다. 유연성 첨가제 함유의 상한이 하한 보다 중요하진 않지만, 약 4pph 정도 이상 유연성 첨가제를 함유한다고 하여 상당한 추가적인 장점이 있는 것은 아니다.
이렇게 처리된 그라파이트 입자는 종종 "인터카레이트된 그라파이트"로 지칭된다. 고온, 예를 들어 약 160℃ 이상의 온도 및 특히 약 700℃ 내지 1200℃ 이상의 온도에 노출될 때, 인터카레이트된 그라파이트의 입자는 "c" 방향, 즉 구성성분인 그라파이트 입자의 결정면에 수직한 방향으로 아코디언 형태로 초기 부피 보다 약 80배 내지 1000배 이상 팽창한다. 팽창된, 즉 박리된 그라파이트 입자는 외형이 벌레 모양이어서, 통상 벌레로 지칭된다. 벌레는 초기 그라파이트 플레이크와 달리 전술한 것처럼 기계적 충격을 변형시킴으로써 작은 횡단 개구가 제공되고 다양한 형태로 형성 및 절단될 수 있는 가요성 시이트로 함께 압축될 수도 있다.
가요성 그라파이트 시이트 및 호일은 양호한 처리 강도를 가지면서 응집성이 있으며, 예를 들어 롤러 압착에 의해 약 0.075mm 내지 3.75mm의 두께 및 약 0.1 내 지 1.5g/cm3의 전형적인 밀도로 적절히 압축된다. 약 1.5 내지 30 중량%의 세라믹 첨가제가 최종 가요성 그라파이트 생성물에 향상된 수지 주입을 제공하기 위해 미국 특허 제 5,902,762호(본원에 병합됨)에 개시된 것처럼 인터카레이트된 입자 플레이크와 혼합될 수 있다. 첨가제는 약 0.15 내지 1.5mm의 길이를 갖는 세라믹 섬유 입자를 포함한다. 입자의 폭은 적절하게 약 0.04 내지 0.004mm 범위이다. 세라믹 섬유 입자는 그라파이트에 비반응성 및 비접착성이며 약 1100℃, 바람직하게 약 1400℃ 이상까지의 온도에서 안정하다. 적절한 세라믹 섬유 입자는 매서레이티드(macerated) 석영 유리 섬유, 탄소 및 그라파이트 섬유, 지르코니아, 보론 나이트라이드, 실리콘 카바이드 및 마그네시아 섬유, 칼슘 메타실리케이트 섬유, 칼슘 알루미늄 실리케이트 섬유, 알루미늄 옥사이드 섬유 등과 같은 자연 발생 광 섬유로부터 형성된다.
가요성 그라파이트 시이트는 종종 수지로 유리하게 처리될 수 있고 흡수된 수지는 경화 후에 내습성 및 처리 강도, 즉 가요성 그라파이트 시이트의 강성도를 향상시킬 뿐만 아니라 시이트의 형상을 고정시킨다. 적절한 수지 함량은 바람직하게 약 5 중량% 이상, 보다 바람직하게 약 10 내지 35 중량%, 그리고 적절하게 약 60 중량% 이하이다. 본 발명의 실시에서 특히 유용하다고 알려진 수지는 아크릴-, 에폭시- 및 페놀-계 수지 시스템, 플루오르-계 폴리머 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 적절한 에폭시 수지 시스템은 디글리시딜 에테르 또는 비스페놀 A(DGEBA) 및 다른 다기능성 수지 시스템에 기초한 것을 포함하며; 사용될 수 있는 페놀 수지 는 레졸(resole) 및 노볼락(novolak) 페놀을 포함한다. 선택적으로, 가요성 그라파이트에는 수지에 추가하여 또는 수지를 대신하여 섬유 및/또는 염이 주입될 수 있다. 추가적으로, (접착성, 물질 유동(material flow), 친수성 등과 같은) 특성을 변경시키기 위하여 반응성 또는 비반응성 첨가제가 수지 시스템에 사용될 수 있다.
대안적으로, 본원발명의 가요성 그라파이트 시이트는, 국제특허출원 제 PCT/US02/16730호에 개시된 바와 같이, 새로이 팽창된 벌레보다는 재가공된(reground) 가요성 그라파이트 입자를 사용할 수 있다. 이러한 시이트는 새롭게 형성된 시이트 재료, 재생된 시이트 재료, 작은 조각(scrap)의 시이트 재료, 또는 기타 적절한 소스(source)가 될 수 있다.
또한 본원발명의 처리 과정은 순수 재료(virgin material)와 재생된 재료의 혼합물을 사용할 수도 있다.
재생된 재료의 소오스 재료는 전술한 것처럼 압축 성형된 시이트 또는 시이트의 마무리부분, 또는 예를 들어 예비 칼랜더링 롤로 압축되지만 수지로 주입되지 않은 시이트일 수도 있다. 더욱이, 소오스 재료는 수지로 주입되었지만 아직 경화되지 않은 시이트 또는 시이트의 마무리부분, 또는 수지로 주입되고 경화된 시이트 또는 시이트의 마무리부분일 수도 있다. 소오스 재료는 플로우 필드 플레이트 또는 전극과 같은 재생된 가요성 그라파이트 양성자 교환 막(proton exchange membrane; PEM) 연료 전지 성분일 수도 있다. 다양한 그라파이트 소오스 각각은 그대로 또는 천연 그라파이트 플레이크와 혼합된 채로 사용될 수도 있다.
가요성 그라파이트 시이트의 소오스 재료가 이용가능하면, 입자를 생성하기 위해 제트 밀, 에어 밀, 블렌더 등과 같은 공지된 프로세스 또는 장치와 연결될 수 있다. 바람직하게, 대부분의 입자는 20 U.S. 메쉬를 통과하고 보다 바람직하게 대부분(약 20% 초과, 보다 바람직하게 약 50% 초과)이 80 U.S. 메쉬를 통과하지 않는 지름을 갖는다. 가장 바람직하게 입자는 약 20 메쉬 이하의 입자 크기를 갖는다. 가요성 그라파이트 시이트는 분쇄 프로세스 중에 수지 시스템에 열 손상을 방지하기 위해 분쇄되기 때문에 수지 주입될 때 가요성 그라파이트 시이트를 냉각시키는 것이 바람직할 수도 있다.
분쇄된 입자의 크기는 요구된 열적 특성과 그라파이트 입자의 기계가공성 및 성형성을 균형맞추도록 선택될 수도 있다. 그러므로, 보다 작은 입자는 기계가공 및/또는 성형을 용이하게 하는 그라파이트 입자를 야기하는 반면, 보다 큰 입자는 보다 큰 이방성, 및 보다 큰 인-플레인(in-plane) 전기전도도 및 열전도도를 야기할 것이다.
소정 재료가 수지 주입된다면, 바람직하게 수지는 입자로부터 제거된다. 수지 제거에 대한 상세한 내용은 후술된다.
소오스 재료가 분쇄되고, 소정 수지가 제거되면, 이는 재팽창된다. 재팽창은 인터카레이션과 박리 프로세스 및 그레인크(Greinke) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,895,713호 및 쉐인(Shane)에게 허여된 미국 특허 제 3,404,061호에 개시된 내용을 이용함으로써 발생할 수도 있다.
일반적으로, 인터카레이션 후에 입자는 노 내에서 인터카레이트된 입자를 가열함으로써 박리된다. 이러한 박리 단계 중에, 인터카레이트된 천연 그라파이트 플레이크는 재생되고 인터카레이트된 입자에 추가될 수도 있다. 바람직하게, 재팽창 단계 중에 입자는 약 100cc/g 이상 그리고 약 350cc/g 또는 그 이상까지의 범위의 비부피를 갖도록 팽창된다. 마지막으로, 재팽창 단계 후에, 재팽창된 입자는 전술한 것처럼 가요성 시이트로 압축될 수도 있다.
출발 물질이 수지로 주입되면, 수지는 바람직하게 입자로부터 적어도 부분적으로 제거되어야 한다. 이러한 제거 단계는 분쇄 단계와 재팽창 단계 사이에서 발생해야 한다.
일 실시예에서, 제거 단계는 오픈 프레임(open flame)과 같이 리그라인드 입자를 함유하는 수지를 가열하는 단계를 포함한다. 보다 구체적으로, 주입된 수지는 수지 제거를 효과적으로 수행하기 위해 약 250℃ 이상의 온도로 가열될 수도 있다. 이러한 가열 단계 중에 수지 분해 생성물의 플래싱(flashing)을 방지하기 위해 주의해야 하며, 이는 공기 내에서의 주의깊은 가열 또는 불활성 분위기 내에서의 가열에 의해 수행될 수 있다. 바람직하게, 가열 온도는 적어도 약 10분에서 약 150분 또는 그 이상 범위까지의 시간 동안 약 400℃ 내지 약 800℃ 범위이어야 한다.
추가적으로, 수지 제거 단계는 수지가 제거되지 않는 유사한 방법과 비교할 때 성형 프로세스로부터 제조된 최종 아티클의 인장 강도를 증가시킨다. 수지 제거 단계는 팽창 단계 중에(즉, 인터카레이션 및 박리), 수지가 인터카레이션 화학물과 혼합될 때, 소정의 경우 유독성 부산물을 발생시키기 때문에 유리할 수도 있다.
그러므로, 팽창 단계 전에 수지를 제거함으로써 전술한 향상된 강도 특성과 같은 우수한 생성물이 얻어진다. 증가된 강도 특성은 부분적으로 증가된 팽창의 결과이다. 입자 내에 존재하는 수지로 인해, 팽창이 제한될 수도 있다.
강도 특성 및 환경에 대한 관심 외에, 수지는 산과 런 어웨이 발열 반응(run away exothermic reaction)을 발생시킬 수 있는 수지의 관점에서 인터카레이션 전에 제거될 수도 있다.
상기와 같은 관점에서, 바람직하게 대부분의 수지는 제거된다. 보다 바람직하게, 약 75% 이상의 수지가 제거된다. 가장 바람직하게, 99% 이상의 수지가 제거된다.
가요성 그라파이트 시이트가 분쇄되면, 바람직한 실시예에서 소정 형태(즉, 시이트)로 형성되고 경화(수지 주입될 때)된다. 대안적으로, 시이트는 사후 분쇄 경화가 바람직하지만, 분쇄되기 전에 경화될 수 있다.
선택적으로, 본원발명의 열적 해결방안을 구성하기 위하여 사용되는 가요성 그라파이트는, 적층된 층 사이에 접착제를 구비하거나 또는 구비하지 않은, 라미네이트(laminate)로서 사용될 수 있다. 비록 상기한 바와 같이 불리할 수 있는 접착제의 사용을 필요로 하지만, 라이네이트 스택(stack)에는 비-그라파이트 층(non-graphite layer)이 포함될 수 있다. 이러한 비-그라파이트 충은 금속이나 플라스틱 또는 유리섬유나 세라믹과 같은 비 금속물질을 포함할 수 있다.
앞서 주목한 바와 같이, 이렇게 형성된 박리된 그라파이트의 압축된 입자 시이트는 본질적으로 이방성을 갖는다; 즉, 시이트의 열 전도도는, 시이트에 수직인 방향("c" 방향)과 반대인 수평방향("a" 방향)에서 더 크다. 이로써, 그라파이트 시이트의 이방성은 열이 본원발명의 열적 해결방안의 수평방향(즉, 그라파이트 시이트를 따라 "a"방향)을 따르도록 한다. 이러한 시이트는 일반적으로 수평 열 전도도가 약 140 W/m°K 이상, 보다 바람직하게는 약 200 W/m°K 이상, 가장 바람직하게는 약 250 W/m°K 이상이며, 수직 방향에서는 약 12 W/m°K 이하, 보다 바람직하게는 약 10 W/m°K 이하, 가장 바람직하게는 약 6 W/m°K 이하이다. 따라서 본원발명의 열적 해결방안은 약 10 이하의 열적 이방성 비율(thermal anisotropic ratio)(즉, 수직 열 전도도에 대한 수평 열 전도도의 비율)을 갖는다.
라미네이트의 수평 및 수직 열 전도도 값은, 라미네이트를 형성하기 위해 사용되는 것을 포함하여 본원발명의 열적 해결방안을 구성하기 위해 사용된 가요성 그라파이트 시이트의 그라펜 층(graphene layer)의 지향성 정렬(directional alignment)을 변경함으로써, 혹은 라미네이트가 형성된 후에 라미네이트 자체의 그라펜 층의 지향성 정렬을 변경함으로써 조절될 수 있다. 이러한 방식으로 하여, 본원발명의 열적 해결방안의 수직 열 전도도는 감소되면서도 본원발명의 열적 해결방안의 수평 열 전도도는 증가하게 되어, 결과적으로 열적 이방성 비율이 증가하게 된다.
이와 같은 그라펜 층의 지향성 정렬을 달성하기 위한 방법 중 하나는, 지향성 정렬을 형성하는 곳에서 보다 효과적으로 롤러 압착하면서 시이트를 롤러 압착하거나(즉, 전단력을 적용) 다이 프레싱(die pressing) 또는 상호 플래튼 프레싱(reciprocal platen pressing) 함으로써(즉, 압축을 가함) 가요성 그라파이트 시이 트에 압력을 가하는 것이다. 예를 들어, 시이트를, 1.1 g/cc 와는 대조적으로, 1.7 g/cc 의 밀도로 롤러 압착함으로써, 수평 열 전도도는 약 240 W/m°K 으로부터 약 450 W/m°K 까지 증가하게 되고 수직 열 전도도는 비례적으로 감소하게 되어, 이로써 각각의 시이트 및, 보다 확대하여, 모든 라미네이트의 열적 이방성 비율의 증가가 이루어지게 된다.
대안적으로, 라미네이트가 형성되면, 라미네이트를 구성하는 그라펜 층의 지향성 정렬이, 가압 등에 의하여, 대체로 증가하게 되며, 이로써 라미네이트를 구성하는 가요성 그라파이트 시이트의 초기 밀도보다 더 밀도가 커지게 된다. 사실, 적층된 제품의 최종 밀도는 이러한 방식으로 약 1.4 g/cc 이상, 보다 바람직하게는 약 1.6 g/cc 이상, 가장 바람직하게는 약 2.0 g/cc 까지 얻어질 수 있다. 압력은 다이 프레싱이나 압착 롤러와 같은 종래의 수단에 의해 가해질 수 있다. 2.0 g/cc 정도의 높은 밀도를 얻기 위해서는, 약 60 MPa 이상, 바람직하게는 약 500 MPa 이상, 보다 바람직하게는 약 700 MPa 이상의 압력이 필요하다.
놀랍게도, 그라펜 층의 지향성 정렬을 증가시키게 되면, 밀도는 순수 구리 밀도의 일부를 유지하면서도, 그라파이트 라미네이트의 수평 열 전도도는 순수 구리의 열 전도도 이상으로 증가하게 된다. 또한, 정렬된 라미네이트는 정렬되지 않은 라미네이트와 비교하여 증가된 강도를 나타낸다.
이와 같은 그라파이트-계 열 분산 물질을 사용함으로써, 필요한 기계적 지지력 및 효과적인 열 분산을 제공하면서도, 디스플레이 패널에 대한 지지 인자의 감소뿐만 아니라 지지 부재 전체의 제거까지도 이룰 수 있다. 또한, 본원발명에 따라 지지 인자가 감소된 프레임 시스템을 사용함으로써, 휘도의 향상, 잔상의 감소, 온도 균일성의 개선, 평균 스크린 온도의 감소, 및 패널의 하부Ⅲ 영역에서의 온도 감소를 포함하는 디스플레이 패널의 특성 향상을 얻을 수 있게 된다. 이러한 방식으로 하여, 무게 및 비용을 절감하면서도, 동시에 디스플레이 패널의 전체적인 성능 향상이 이루어질 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 향상된 특성을 나타내는 이미지 디스플레이 장치를 제조하는 방법도 포함된다. 이러한 방법은 이미지 디스플레이 패널, 열 분산 물질, 개방된 프레임, 및 하나 이상의 인쇄 기판 회로를 제공하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 열 분산 물질을 이미지 디스플레이 패널과 개방된 프레임 사이에 위치시키는 단계 및 이미지 디스플레이 패널 상에 나타나는 이미지를 제어하기 위하여 인쇄 회로 기판과 같은 하나 이상의 전자 부품을 개방된 프레임 상에 위치시키는 단계를 포함한다. 상기한 바와 같이 열 분산을 촉진시키기 위하여 하나 이상의 팬을 포함하는 것은 바람직하지 않으나, 추가적인 열 분산이 요구된다면, 이러한 목적을 위해 프레임 주위에 팬이 배치될 수도 있다.
전술한 일반적인 설명 및 이하의 상세한 설명은 본원발명의 실시예를 제공하며 청구된 바와 같은 본원발명의 특성과 본질 및 이해에 대한 전체적 구성이나 개관을 제공하고자 하는 것이라는 것을 이해해야 한다. 첨부된 도면은 본원발명의 이해를 돕고자 제공되었으며 명세서의 일부를 구성하고 있다. 도면에는 본원발명의 다양한 실시예가 도시되어 있으며, 명세서의 설명과 함께 본원발명의 원리 및 작동에 대한 설명을 돕고 있다.
도 1-13을 전반적으로 참조하면, 이미지 디스플레이 장치가 도면부호 10으로 도시되어 있다. 이미지 디스플레이 장치(10)는 이미지(14)를 나타내기 위한 이미지 디스플레이 패널(12), 상기 이미지 디스플레이 패널(12)에 근접하여 위치하는 열 분산 물질(16), 상기 이미지 디스플레이 패널(12)의 반대측에서 상기 열 분산 물질 (16)에 근접하여 위치하는 프레임(18), 및 상기 프레임(18)과 맞물리는 다수의 인쇄 회로 기판(20)을 포함한다. 프레임(18)은 높이(22), 폭(24), 및 실질적으로 상기 높이(22)와 폭(24)에 걸쳐 있는 개구부(26)을 포함한다. 열 분산 물질(16)은 실질적으로 상기 프레임(18)의 높이(22) 및 폭(24)에 걸쳐 연장될 수 있다.
인쇄 회로 기판(20)은 프레임(18) 내에 실질적으로 정렬되며, 개구부(26)의 일부 위에 놓일 수 있다. 이러한 정렬은 열 분산 물질(16)이 인쇄 회로 기판(20)에 의해 발생되는 열을 분산시키는 것을 촉진시킨다.
본원발명의 바람직한 실시예에서는, 열 분산 물질(16)이 그라파이트를 포함하고 프레임(18)은 스틸로 이루어진다. 또한, 프레임(18)은 프레임(18)의 주변에 위치하는 립(lip; 28) 및 상기 립(28)으로부터 내부로 연장하는 플렌지(30)를 포함한다. 인쇄 회로 기판(20)을 프레임(18)에 고정시키기 위하여, 인쇄 회로 기판(20)은 립(28) 및/또는 플랜지(30)와 맞물릴 수 있다. 또한, 열 분산 물질(16)은 인쇄 회로 기판(20)의 반대 측에서 플랜지(30)와 맞물릴 수도 있다. 이렇게 하여, 열 분산 물질(16)은 실질적으로 플레임(18)의 개구부(26)에 걸쳐 연장될 수 있다. 이러한 구성은 이미지 디스플레이 장치(10) 내에서 열 분산 물질(16)에 의한 열 분산을 촉진시키게 된다.
이미지 디스플레이 패널(12)은 이미지(14)가 표시되는 이미지 디스플레이 측면(13)을 포함할 수 있다. 이미지 디스플레이 측면(13)은 도 10에 가장 잘 나타나 있듯이, 이미지 디스플레이 장치의 케이스(11)를 통해 시청될 수 있다.
이제 도 1-8을 참조하면, 본원발명에 따라 구성된 이미지 디스플레이 장치(10)의 일 실시예에 대한 조립은 다음과 같이 설명된다. 예를 들어 아크릴 접착제 테입과 같은 접착제(32)가 립(28)의 반대측에서 플랜지(30)에 부착될 수 있다. 접착제(32)의 폭은 열 분살 물질(16)을 프레임(18)의 플랜지(30)에 부착시킬 공간을 확보하기 위하여 플랜지(30)의 폭 이하인 것이 바람직하다. 열 분산 물질(16)을 프레임(18)의 플랜지(30)에 부착시키기 위하여, 압력 반응 접착제(pressure sensitive sdhesive)와 같은 제2 접착제(33)가 플랜지(30)의 내부 부분 상에 사용될 수 있다. 대안적으로, 접착제(32)가 실질적으로 플랜지(30)의 폭에 걸쳐 연장되므로써 열 분산 물질(16)이 접착제(32)에 의해 프레임(18)에 부착될 수도 있다.
바람직한 실시예에서는, 접착제(32)의 두께가 열 분산 물질(16)의 두께와 실질적으로 동일하다. 이러한 구성은, 열 분산 물질(16)을 이미지 디스플레이 패널(12)의 근접부에 위치시킬 수 있게 하며, 또한 프레임(18)을 이미지 디스플레이 패널(12)에 제대로 부착시키는 것을 용이하게 한다. 대안적으로, 프레임(18), 열 분산 물질(16), 및 디스플레이 패널(12)을 부착시키기 위하여 기계적인 설비가 사용될 수도 있다.
열 분산 물질(16)은 이미지 디스플레이 패널(12)을 향하는 표면 상에 접착제(도시되지 않음)를 포함할 수도 있다. 압력 반응 접착제와 같은 이러한 접착제는 이미지 디스플레이 장치(10) 내에서의 열 분산을 강화시키기 위하여, 이미지 디스플레이 패널(12)과 열 분산 물질(16) 사이의 양호한 열적 접촉을 촉진시킬 수 있다.
프레임(18)과 열 분산 물질(16)의 조합체는 이미지 디스플레이 패널12)에 압력밀봉될 수 있다. 이러한 타입의 밀봉은 이미지 디스플레이 패널(12)에 의해 발생되는 열을 분산시키기 위하여 이미지 디스플레이 패널(12)에 열 분산 물질(16)을 적절히 위치시키는 것을 돕는다. 또한, 이러한 타입의 밀봉은 프레임(18)이 이미지 디스플레이 패널(12)을 적절하게 지지할 수 있게 한다. 이러한 압력은 조립 공정 동안의 가압 공기 시스템 또는 컴플라이언트 패드(compliant pad)와 같이 다양한 방법에 의해 적용될 수 있다. 대안적으로는, 열 분산 물질(16)이 개별적으로 이미지 디스플레이 패널(12)에 결합되고, 이후 프레임(18)이 이미지 디스플레이 패널(12)과 열 분산 물질(16)의 조립된 조합체에 결합될 수도 있다.
다음으로, 인쇄 회로 기판(20)이 프레임(18) 또는 열 분산 물질(16)에 부착된다. 인쇄 회로 기판(20)은 종래 기술에서 공지되어 있는 바와 같이 스탠드오프(standoff)(도시되지 않음)에 부착되어, 이미지 디스플레이 패널(12)의 이미지 디스플레이 측면(13) 상에서의 이미지(14) 표시를 적절히 제어하도록 위치할 수 있다. 또한, 인쇄 회로 기판(20)은 프레임(18)의 플랜지(30) 또는 립(28) 상에 위치할 수도 있다.
추가적으로, 가로 지지부(34)가 프레임(18)에 부착될 수 있다. 이러한 가로 지지부(34)는 프레임(18) 및 전체 이미지 디스플레이 장치(10)를 보강시키고 안정 화시키기 위해 사용된다. 가로 지지부(34)와 프레임(18) 간의 결합부에는 종래 기술에서 공지된 바와 같이, 나사, 볼트, 리벳, 클립 등과 같은 기계적 파스너(fastener)를 포함할 수 있다.
프레임(18) 및 이미지 디스플레이 장치(10)에 더욱 강성을 더하기 위하여 다수의 가로 지지부(34)가 사용될 수 있다. 이러한 가로 지지부(34)는 프레임(18)에 더욱 강성을 더하기 위하여 사용되는 추가적 횡단부재(36)를 포함할 수 있다. 가로 지지부(34)는 프레임(18)에 걸쳐 연장되어 립(28) 또는 플랜지(30)와 결합될 수 있는 것이 바람직하다. 가로 지지부(34) 및 횡단 부재(36)는, 개별적으로 또는 결합되어, 스틸, 알루미늄, 및 플라스틱으로 구성될 수 있다. 가로 지지부(34)는 이미지 디스플레이 장치(10)의 일부로서 케이스(11)를 고정시키기 위하여 그리고 케이스(11)를 결합시키기 위하여 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서는, 다수의 제2 인쇄회로 기판(21)이 이미지 디스플레이 장치(10)에 대한 또 다른 제어를 제공하기 위하여 가로 지지부(34) 또는 횡단 부재(36)에 부착될 수 있다.
인쇄 회로 기판(20,21)은 이미지 디스플레이 장치(10)로부터의 효과적 열 제거를 촉진하도록 인쇄 회로 기판(20,21)과 열 분산 물질 사이에서 보다 많은 공기의 이동을 발생시키기 위하여, 열 분산 물질(16)로부터 간격을 두고 위치할 수 있다.
대안적으로, 프레임(18)은 개방 프레임(18)으로 설명될 수 있다. 개방 프레임(18)은 이미지 디스플레이 장치(10) 내에서의 열전달을 촉진시키기 위하여 그 둘레 내에 개구부(26)를 포함한다. 이러한 프레임은 다시 주변 프레임(18)으로 설명 될 수 있는데, 이러한 주변 프레임(18)은 상부(38), 하부(40), 제1측면(42), 및 제2측면(44)을 포함한다. 상부(38), 하부(40), 제1측면(42), 및 제2측면(44)은 개구부(26)를 형성하며 또한 주변 프레임(18)의 플랜지(30)를 형성하도록 구성될 수 있다.
프레임(18)은 단일 사출품 및 구부려지거나 접혀진 형상으로 제조될 수 있다. 대안적으로는, 프레임(18)이 다수의 부분을 리벳, 용접 등에 의해 기계적으로 조립하여 제조됨으로써 단일한 재료의 시이트로부터 프레임(18)을 압형해야 할 필요성을 줄일 수 있다.
도 14-16에는, 다른 형식 및 방향이 제공될 수도 있다는 것을 보여주기 위하여, 프레임(18)에 대한 몇가지의 대안적인 실시예가 도시되어 있다. 각각의 경우에, 프레임(18)은 상부(38), 하부(40), 제1측면(42), 및 제2측면(44)을 포함하고 있다. 또한, 전자 부품의 장착지점 및 프레임(18)의 구조적 지지를 제공하기 위하여 가로 지지부(34) 및 횡단 부재(36)가 존재한다.
본원발명을 보다 완전하게 이해하는데 도움을 주기 위하여, 이하에서는 다수의 실시예가 제공된다. 그러나, 이러한 실시예들은 단지 설명을 위한 목적일 뿐, 본원발명의 범위가 이러한 특정 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하의 실시예에서 언급되는 모든 비율 및 양은 다른 언급이 없는 한 중량에 관한 것임을 밝혀둔다.
실시예1
시판되는 42" PDP(Hitachi Ultravision HD42T51)가 표준 조건(as-received condition)에서 열에 관해 시험된다. 패널의 열적 특성은 패널의 정면에 초점을 둔 적외선 카메라(IR Flexcam® infrared camera)를 이용하여 촬영된다. 시험은 100% 조명도(완전 백색)의 상태에서 실행되었다.
이후, 상기 PDP가 분해되고 여기에 있던 알루미늄 샤시 및 강철 보조프레임(도 17 참조)이 도 18에 도시된 바와 같이 본원발명에 따른 프레임으로 교체된다. 이후 열적 시험이 다시 되풀이되었고, 그 결과가 표 1에 제시되어 있다.
샤시 무게(lbs) 완전 백색 평균 온도(℃) 하부영역에서의 평균 온도상승치(℃)
종래기술 23.9 28.1 25.0
최적화된 프레임 122.6 24.5 20.6
개량치 11.3 3.6 4.4
표 1에 도시된 바와 같이, 11.3lbs의 중량이 감소되었으며, 평균 온도가 3.6℃ 감소되었다. 이러한 온도 감소는 중요한데, 이는, 실시예 2에 나타나 있듯이, 중요한 디스플레이 특질인 휘도(luminance) 및 잔상(image sticking)이 온도가 감소함에 따라 향상되기 때문이다. 예기치 않은 또 하나의 장점은 하부의 30mm 내에서 패널의 전체 폭에 걸쳐 연장되는 영역으로 정의되는 PDP의 하부Ⅲ (bottom third) 영역에서, 종래의 PDP와 비교해 보았을 때, 약 4.4℃ 정도의 큰 평균 온도 감소가 이루어진다는 점이다(표 1 참조). 이러한 영역에서의 낮은 온도는 특히 중요한데, 이는 이러한 영역이 (티커(ticker) 메시지와 같은 그패픽이 표시될 때와 같이) 백색 바탕이 장기간 동안 정지된 상태로 지속될 수 있는 공공 영역(common area)으로써 이로 인해 국부적으로 온도를 증가시키고 휘도의 감소 및 잔상의 증가를 초래할 수 있기 때문이다.
팬을 사용함으로써 얻을 수 있는 추가 장점을 설명하기 위하여, 4개의 크로스 플로우 팬(cross-flow fan, Dofasco Inc.의 Model DF25)이 프레임 주위에 설치된 후 열적 시험이 다시 되풀이되었다. 그 결가가 표 2에 나타나 있다.
완전 백색 평균 온도 상승(℃)
종래 기술 28.1
최적화된 프레임 24.5
팬을 구비한 최적화된 프레임 20.5
표 2에서 알 수 있듯이, 본원발명에 따른 최적화된 프레임에 팬을 사용함으로써 4℃의 온도 감소를 추가적으로 제공할 수 있게 된다.
실시예2
낮은 온도가, 중요한 디스플레이 특질인, 휘도를 향상시키고 잔상을 감소시킨다는 것을 증명하기 위하여, PDP 스크린 온도를 넓은 범위에 걸쳐 변화시켜 해당 휘도 및 잔상 경향을 온도에 따라 측정하는 실험이 실행되었다. 하나의 PDP 스크린이, 도 19에 도시된 바와 같이, 3개의 영역, 즉 열 확산기가 없는 영역, 알루미늄 샤시에 낮은 열 전도도(대략 1W/m°K)의 아크릴 열 인터페이스 물질이 접착된 영역, 및 PDP 유리에 높은 수평 열 전도도(대략 400W/m°K)의 그라파이트 열 확산기가 접촉된 영역으로 각각 분리되었다. 이후, 도 20에 도시된 바와 같이, 두 개의 스폿(spot)/영역으로 백색 스폿 시험 패턴이 설정되었고, 각각의 스폿에서의 온도가 PDP 패널이 가열됨에 따라 매 2분마다 측정되었다. 통상적인 IR 이미지가 도 21에 도시되어 있고, 시간에 따른 온도의 차트가 도 22에 도시되어 있다. 여기서 알 수 있듯이, 백색 스폿 영역에서의 온도 상승을 최소화시키는데 있어서 그라파이트 확산기의 장점이 명백히 나타난다. 또한, PDP 작동의 극단적인 상태를 나타내는, 이 실험에서 이루어진 넓은 온도 범위에 주목하자.
Minolta CA210 휘도 측정기를 사용하여 여섯개의 스폿 각각에 대하여, 동일한 시간 간격 동안, 휘도 측정이 실행되었다. 이로써 도 23에 도시된 결과 도면으로 온도에 대한 휘도 데이타가 생성되었다. 휘도와 온도와의 명확한 상관관계는 온도가 증가함에 따라 휘도가 감소한다는 것으로 증명된다; 그러나 본원발명의 그라파이트 열 확산기는 낮은 온도로 인해서 높은 휘도값을 보이고 있다(표 3 에도 나타나 있음). 이 실험을 통해 드러나 휘도와 온도 사이의 방정식을 사용하고 표 1의 온도값에 대입해보면, 본원발명의 프레임 시스템이 PDP의 휘도를 평균적으로 5.1 cd/m2 만큼 향상시키게 된다는 것을 계산해 낼 수 있다.
확산기 30분이 지난 이후의 평균 스폿 온도(℃) 30분이 지난 이후의 평균 휘도(cd/m2) 스폿이 시각적으로 사라지는데 걸리는 평균시간(분) 백색 스폿의 휘도가 백색 배경의 휘도값의 96%에 도달하기까지 걸리는 시간(분)
그라파이트 37.6 324.0 9 <2
아크릴 44.7 302.3 13 4 - 6
없음 63.0 286.6 18 12 - 14
낮은 온도의 또 다른 주요 장점은 배경이 바뀜에 따라 PDP 스크린 상에 이미지가 남아있게 되는 경향인 잔상이 감소된다는 것이다. 이는 PDP가 모니터나 TV 스크린으로 사용될 때, 시청자가 구(舊) 이미지가 잔존하는 것을 보게 되므로, 매우 바람직하지 못하다. 잔상은 두 가지 방법에 의해 정량적으로 나타낼 수 있다. 그 하나는 간단히, 백색 스폿 패턴을 완전 백색 스크린으로 전환했을 때(밝은 잔상이라고 함), 육안으로 시청함에 따라 잔존 영상이 사라지는데 걸리는 시간이다. 다른 하나는 백색 스폿 영역에서의 휘도가 인접하는 백색 영역(이전에는 흑색이었던 영역)에서의 휘도와 동일해지는데 걸리는 시간에 기초한다.
잔산을 평가하기 위해 실행된 시험은 도 20에 도시된 백색 스폿 시험 패턴이다. 약 30분이 경과된 후에, 백색 스폿 시험 패턴은 완전 백색 패턴(100% 조명도)으로 대체된다. 이러한 시험에서 백색 스폿은 전환 직후에 백색 스폿을 둘러싸는 백색 배경보다 덜 밝게(낮은 휘도) 되는 것을 시각적으로 명확히 알 수 있는데, 이는 상기한 바와 같이 스폿이 도 24에 도시된 것처럼 높은 온도에 있기 때문이다. 백색 스폿이 냉각됨에 따라 백색 스폿에서의 휘도가 증가하게 되고, 결국 상기 스폿은 육안으로 볼 때 사라지게 된다. 이는 잔상 측정의 첫번째 방법(스폿이 시각적으로 사라지는데 걸리는 시간을 측정하는 방법)이다. 백색 스폿의 휘도가 증가함에 따라 백색 스폿에서의 휘도가 백색 배경의 휘도와 동일해지는 시점이 오게 된다. 이것이 잔상 측정의 두번째 방법(휘도가 동일하게 되는데 걸리는 시간을 측정하는방법)이다. 실제로, 그라파이트 열 확산기가 없는 장치에 있어서 이러한 시간은 매우 오래 걸리게 되므로, 비교를 위해 96% 의 상대 휘도(이는 스폿의 휘도가 백색 배경 휘도의 96%에 도달하는 것으로 정의된다)가 사용된다. 시간에 대한 상대 휘도 그래프가 도 25에 도시되어 있다. 표 3에는 스폿이 육안으로부터 사라지는데 걸리는 시간(분) 및 휘도가 96%의 상대 휘도에 도달하는데 걸리는 시간이 제시되어 있다. 잔상 기준(image sticking criteria) 및 낮은 온도 모두에 의해 잔상에 대한 경향이 낮아진다는 것은 명백하다.
본 명세서에서 언급된 모든 등록특허 및 특허출원들은 본 명세서에 참조되어 있다.
이제껏 기술된 본원발명은, 다양한 방식으로 변화시킬 수 있는 것이 명백하다. 이러한 변형은 본원발명의 범위나 기술사상을 벗어나는 것으로 간주되어서는 안되며, 당업자에게 명백한 이러한 모든 변형들은 이하의 본원발명의 청구항의 범위에 포함되는 것이다.
본원발명의 실행에 의하여, 낮은 무게 및 비용과 더불어 매우 향상된 특성 및 성능을 갖는 이미지 디스플레이 패널이 제공될 수 있다. 이와 같이 향상된 특성 및 성능은 종래의 이미지 디스플레이 패널과 비교했을 때 보다 향상된 휘도, 잔상의 감소, 향상된 온도 균일화(즉, 스크린에 걸친 온도 차이의 감소), 평균 스크린 온도의 감소, 및 스크린의 하부Ⅲ 영역을 따른 온도의 감소를 포함한다. 이러한 요소들은 모두 결합하여 종래의 제품에 의해 기대되던 것보다 더 길고 더 효과적인 사용수명을 갖는 이미지 디스플레이 패널을 제공하게 된다.

Claims (26)

  1. 이미지 디스플레이 장치의 특성을 향상시키기 위한 방법으로서,
    이미지 디스플레이 패널을 제공하는 단계; 및
    약 250 W/m°K 이상의 수평 열 전도도(in-plane thermal conductivity)를 갖는 열 분산 물질을 상기 이미지 디스플레이 패널에 근접하게 위치하도록 제공하는 단계; 를 포함하고,
    상기 이미지 디스플레이 장치가 약 375 mm-W/m°K 이하의 지지 인자(support factor)를 갖는,
    이미지 디스플레이 장치의 특성 향상 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 향상된 특성이 휘도의 증가, 잔상의 감소, 열적 성질의 개선, 또는 이들의 조합을 포함하는,
    이미지 디스플레이 장치의 특성 향상 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 이미지 디스플레이 패널의 반대편에서, 상기 열 분산 물질과 근접하여 위치하도록 개방 프레임을 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 개방 프레임이 폭과 높이를 가지며, 상기 열 분산 물질이 실질적으로 상기 폭과 높이에 걸쳐 연장되도록 위치하는,
    이미지 디스플레이 장치의 특성 향상 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 열 분산 물질이 박리된 그라파이트의 압축된 입자의 시이트를 하나 이상 포함하는,
    이미지 디스플레이 장치의 특성 향상 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 이미지 디스플레이 장치가 0 mm-W/m°K의 지지 인자를 갖는,
    이미지 디스플레이 장치의 특성 향상 방법.
  6. 휘도가 향상된 이미지 디스플레이 장치로서,
    이미지 디스플레이 패널;
    상기 이미지 디스플레이 패널에 근접하여 위치하며, 약 250 W/m°K 이상의 수평 열 전도도를 갖는 열 분산 물질; 및
    상기 이미지 디스플레이 패널의 반대편에서, 상기 열 분산 물질과 근접하여 위치하는 개방 프레임; 을 포함하고,
    상기 이미지 디스플레이 장치가 약 375 mm-W/m°K 이하의 지지 인자를 갖는,
    이미지 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 개방 프레임에 걸쳐 연장하는 제1 가로 지지부 및 상기 제1 가로 지지부와 결합되는 다수의 제2 인쇄 회로 기판을 더 포함하는,
    이미지 디스플레이 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 개방 프레임이 폭과 높이를 가지며, 상기 열 분산 물질이 실질적으로 상기 폭과 높이에 걸쳐 연장되는,
    이미지 디스플레이 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 열 분산 물질이 박리된 그라파이트의 압축된 입자의 시이트를 하나 이상 포함하는,
    이미지 디스플레이 장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 이미지 디스플레이 장치가 0 mm-W/m°K의 지지 인자를 갖는,
    이미지 디스플레이 장치.
  11. 제6항에 있어서, 상기 이미지 디스플레이 장치가 하나 이상의 팬을 더 포함하는,
    이미지 디스플레이 장치.
  12. 잔상이 감소된 이미지 디스플레이 장치로서,
    이미지 디스플레이 패널;
    상기 이미지 디스플레이 패널에 근접하여 위치하며, 약 250 W/m°K 이상의 수평 열 전도도를 갖는 열 분산 물질;
    상기 이미지 디스플레이 패널의 반대편에서, 상기 열 분산 물질과 근접하여 위치하는 개방 프레임; 및
    상기 개방 프레임과 결합되는 다수의 전자 부품; 을 포함하고,
    상기 이미지 디스플레이 장치가 약 375 mm-W/m°K 이하의 지지 인자를 갖는,
    이미지 디스플레이 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 개방 프레임에 걸쳐 연장하는 제1 가로 지지부 및 상기 제1 가로 지지부와 결합되는 다수의 제2 인쇄 회로 기판을 더 포함하는,
    이미지 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 개방 프레임에 걸쳐 연장하는 제2 가로 지지부를 더 포함하고, 상기 제2 인쇄 회로 기판 중 하나 이상이 상기 제2 가로 지지부와 결합되는,
    이미지 디스플레이 장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 개방 프레임이 스틸로 구성되는,
    이미지 디스플레이 장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 개방 프레임이 폭과 높이를 포함하며, 상기 열 분산 물질이 실질적으로 상기 폭과 높이에 걸쳐 연장되는,
    이미지 디스플레이 장치.
  17. 제12항에 있어서, 상기 열 분산 물질이 박리된 그라파이트의 압축된 입자의 시이트를 하나 이상 포함하는,
    이미지 디스플레이 장치.
  18. 제12항에 있어서, 상기 이미지 디스플레이 장치가 0 mm-W/m°K의 지지 인자를 갖는,
    이미지 디스플레이 장치.
  19. 향상된 열적 성질을 갖는 이미지 디스플레이 장치에 있어서,
    이미지 디스플레이 패널;
    상기 이미지 디스플레이 패널에 근접하여 위치하며, 약 250 W/m°K 이상의 수평 열 전도도를 갖는 열 분산 물질;
    상기 이미지 디스플레이 패널의 반대편에서, 상기 열 분산 물질과 근접하여 위치하는 개방 프레임; 및
    상기 개방 프레임과 결합되는 다수의 전자 부품; 을 포함하고,
    상기 이미지 디스플레이 장치가 약 375 mm-W/m°K 이하의 지지 인자를 갖는,
    이미지 디스플레이 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 개방 프레임에 걸쳐 연장하는 제1 가로 지지부 및 상기 제1 가로 지지부와 결합되는 다수의 제2 인쇄 회로 기판을 더 포함하는,
    이미지 디스플레이 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 개방 프레임에 걸쳐 연장하는 제2 가로 지지부를 더 포함하고, 상기 제2 인쇄 회로 기판 중 하나 이상이 상기 제2 가로 지지부와 결합되는,
    이미지 디스플레이 장치.
  22. 제19항에 있어서, 상기 개방 프레임이 스틸로 구성되는,
    이미지 디스플레이 장치.
  23. 제19항에 있어서, 상기 개방 프레임이 폭과 높이를 가지며, 상기 열 분산 물질이 실질적으로 상기 폭과 높이에 걸쳐 연장되는,
    이미지 디스플레이 장치.
  24. 제19항에 있어서, 상기 열 분산 물질이 박리된 그라파이트의 압축된 입자의 시이트를 하나 이상 포함하는,
    이미지 디스플레이 장치.
  25. 제19항에 있어서, 상기 이미지 디스플레이 장치가 0 mm-W/m°K의 지지 인자를 갖는,
    이미지 디스플레이 장치.
  26. 제6항에 있어서, 상기 이미지 디스플레이 장치가 하나 이상의 팬을 더 포함하는,
    이미지 디스플레이 장치.
KR1020060024043A 2005-06-27 2006-03-15 향상된 성질을 갖는 디스플레이 장치 KR100768630B1 (ko)

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