一种液晶显示装置的优化框架系统

摘要

一种图像显示装置，包括图像显示屏，框架系统，其包括可接合图像显示屏的框架和多个可接合框架的电子元件；接合到框架的散热材料，其可与电子元件热接触，其中框架系统显示出具有小于大约375mm-W/m°K的支承因子。

权利要求

1.一种图像显示装置，包括：

图像显示屏；

框架系统，其包括：

(i)可接合图像显示屏的框架；和

(ii)多个可接合框架的热源；

包括至少一个片状剥离石墨压缩颗粒片的散热材料，该至少一个片状剥离石墨压缩颗粒片具有至少250W/mK的面内热传导性，所说散热材料接合到框架，与热源热接触；

其中，所述框架系统包括至少一个支承件或者不包括支承件，并且显示出具有小于

375mm-W/mK的支承因子，其中支承因子通过显示屏上的支承件厚度乘以面内导热系数来确定。

2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，所述框架系统显示出具有小于

150mm-W/mK的支承因子。

3.根据权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，所述框架系统不包括支承件时，显示出支承因子为零。

4.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，所述热源包括发光二极管，冷阴极荧光灯，平面荧光灯，或其组合。

5.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，所述装置包括侧光液晶显示装置。

6.根据权利要求5所述的图像显示装置，其特征在于，所述装置还包括至少一个热接触件，位于热源和散热材料之间。

7.根据权利要求6所述的图像显示装置，其特征在于，所述至少一个热接触件包括印刷电路板，其上安装有发光二极管。

8.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，还包括设置在热源周围的发光材料，用于实现均匀的光分配。

9.一种图像显示装置，包括：

图像显示屏，包括图像显示侧面；

框架系统，其包括：

(i)可接合与图像显示侧面相对的图像显示屏的周边框架，所述周边框架包括顶，底，第一侧和第二侧；和(ii)多个可接合框架的电子元件；

接合到框架的散热材料，可与电子元件热接触；和其中，所述框架系统包括至少一个支承件或者不包括支承件，并且显示出具有小于

375mm-W/mK的支承因子，其中支承因子通过显示屏上的支承件厚度乘以面内导热系数来确定。

10.根据权利要求9所述的图像显示装置，其特征在于，所述框架的顶、底、第一侧和第二侧形成有孔，多个电子元件基本位于所述孔内。

11.根据权利要求10所述的图像显示装置，其特征在于，所述散热材料基本上覆盖所述孔。

12.根据权利要求11所述的图像显示装置，其特征在于，所述散热材料可接合框架的顶、底、第一侧和第二侧。

13.根据权利要求9所述的图像显示装置，其特征在于，所述图像显示屏是液晶显示屏，所述电子元件包括发光二极管。

14.根据权利要求9所述的图像显示装置，其特征在于，所述电子元件包括发光二极管，冷阴极荧光灯，平面荧光灯，或其组合。

15.根据权利要求9所述的图像显示装置，其特征在于，所述框架系统显示出小于

150mm-W/mK的支承因子。

16.根据权利要求15所述的图像显示装置，其特征在于，所述框架系统不包括支承件时，显示出支承因子为零。

17.根据权利要求9所述的图像显示装置，其特征在于，所述装置包括侧光液晶显示装置。

18.根据权利要求17所述的图像显示装置，其特征在于，所述装置还包括至少一个热接触件，位于热源和散热材料之间。

19.根据权利要求18所述的图像显示装置，其特征在于，所述至少一个热接触件包括印制电路板，其上固定有发光二极管。

20.根据权利要求9所述的图像显示装置，其特征在于，所述装置还包括围绕热源设置的反光材料，用于实现均匀的光分配。

说明书

一种液晶显示装置的优化框架系统

[0001] 相关申请

[0002] 本申请是Shives等人2005年6月25日提交的标题为“显示装置的优化框架系统”的共同未决和共同转让的美国专利申请No.11/167,935的部分继续申请，该专利的内容本文参考引用。

技术领域

[0003] 本发明涉及一种优化框架系统，可结合到显示装置，如液晶显示器(LCD)及类似装置，的散热器，框架系统的设计和使用考虑到这些装置所具有的特殊热问题。

背景技术

[0004] 液晶显示屏或LCD是一种显示装置，具有由两个透明的偏振材料片形成的图像显示屏，偏振材料片由含有柱状晶的液体分隔，两片材料的偏振轴互相正交对正。LCD通过电流流过液体来显示图像，流过液体的电流使得晶体对齐阻挡光线。各晶体可单个受到控制，其作用基本如同开关。当电流施加到特定的像素区时，这些晶体对齐形成暗区或图像。暗区与亮区结合，在屏幕上形成文字和图像。LCD屏不能发射光，但通常设有背光或侧光，以更好地观看显示屏上的文字和图像。一般地，背光LCD用于较大的屏幕(一般认为对角线要大于约24英寸)，而侧光LCD用于较小的屏幕，通常结合光学器件进行光分配，所以不会显示出光线来自侧面。

[0005] 在液晶显示屏，用于照亮和增强图像显示屏的背光和侧光产生热量，因此构成热源，可使得液晶显示器的总体温度上升。一般地，单个光源或多个产生热量的光源，如荧光灯，如冷阴极荧光灯(CCFLs)，或平面荧光灯(FFLs)已经用作照明光。近来，发光二极管阵列，或LED，已用作光源，用于消除荧光灯偶然造成的环境问题，改进能够显示的颜色范围。

[0006] 光源产生的热量对于液晶显示器的工作和观看都不利。光源发出的热量传递到图像显示屏、液晶显示器上的其他电子元件、和液晶显示器的支承结构。事实上，显示屏的一些电子元件本身是热源，使得问题复杂化。液晶显示器上的其他元件一般具有很差的散热性能，一般不是设计用来散发光源的热量，尤其是沿平行图像显示屏表面的方向散热。

[0007] 此外，液晶显示器的照明光保持处于激励状态和恒定的能量水平，并与观看屏上的图像特征无关。图像的变化由图像显示屏上的晶体的排列和对齐控制。这样一来，液晶显示器的元件需要释放照明光产生的恒定热量。产生的恒定热量可加速构成显示器的液晶材料的热退化，缩短液晶显示装置的使用寿命。热量可对屏幕的刷新速率有负面影响。

[0008] 美国专利No.5,831,374的发明人Morita，Ichiyanagi，Ikeda，Nishiki，Inoue，Komyoji和Kawashima建议使用所谓的“高定向石墨膜”作为等离子显示屏的热界面材料，充填屏幕背面和散热单元之间的空间。但是，公开的专利主要内容是使用热解石墨作为石墨材料，未涉及使用片状剥离石墨的压缩颗粒片，或片状剥离石墨压缩颗粒片的独特优点。此外，使用重型铝散热单元是Morita等人发明的关键部分。此外，Tzeng的美国专利No.6,482,520使用一种片状剥离石墨压缩颗粒片作为散热件(专利称为热界面)，用于热源，如电子元件。实际上，这些材料可从商业途径从美国Ohio州的Lakewood的Advanced EnergyTechnology Inc.买到，称作eGraf Spreader Shield级材料。Tzeng的石墨散热器最好位于产生热量的电子元件和散热器之间，以增加产生热量元件的有效表面区；Tzeng的专利未能解决显示装置偶然出现的特殊热问题。

[0009] 石墨由六角形排列的碳原子层或网格组成。这些六角形排列的碳原子层基本上是平面的，定向或排列成基本上互相平行和等间距。基本为平面的平行等间距的碳原子片或层通常称作石墨层或基面，连接或粘接到一起组成微晶体。不同尺寸的微晶体组成高度有序的石墨，微晶体相互高度对齐或定向，具有良好排列的碳层。换句话，高度有序的石墨具有高度优化的微晶取向。应当注意到，石墨具有各向异性的结构，因此显示出或具有许多性质，如高度定向，即导热和导电性和流体扩散的高度定向。

[0010] 简单地，石墨的特征如层状结构的碳，即这种结构包括碳原子的叠层或片，碳原子通过弱范德瓦耳斯力连接到一起。对于石墨结构，通常要注意两个轴或轴向，即c轴或轴向和a轴或轴向。简单地，c轴或轴向可认为是正交于碳层的方向，a轴或轴向可认为是平行于碳层的方向，或与c轴向正交的方向。石墨适合制造具有高度取向的柔性石墨片。

[0011] 如上所述，结合平行的碳原子层的结合力只是弱范德瓦耳斯力。天然的石墨可进行处理，使得叠置的碳层或片之间的间距适当打开，提供正交于各层的方向上的明显膨胀，即沿c向的膨胀，因此形成膨胀的或扩大的石墨结构，其中碳层的层叠特征基本上保持。

[0012] 膨胀很大的石墨片，尤其是膨胀到具有最终厚度或c向尺寸，可达原始c向尺寸的大约80或更多倍，的石墨片可以形成，不必使用粘接剂来形成粘接或结合的膨胀石墨片，如薄条、纸、条，带、薄膜、垫或类似结构(可称作柔性石墨)。通过压缩，不使用任何粘接材料，相信将石墨颗粒形成一体的柔性片是可能的，其中石墨颗粒膨胀到具有最终厚度或c向尺寸，可达原始c向尺寸的大约80或更多倍，因为体积膨胀的石墨颗粒之间存在机械互锁或粘聚力。

[0013] 与天然石墨原始材料相比，如上所述，除了柔性，片状材料还具有高度各向异性的热和电传导性和流体扩散性，这是因为膨胀石墨颗粒和石墨层的取向基本上平行于高度压缩如滚压形成的片材的相对表面。这样形成的片材具有优良的柔韧性，良好的强度和非常高度的取向。

[0014] 简单地，生产柔性的无粘接剂的各向异性的石墨片材料，如薄片，纸片，带，条，薄膜，垫或类似结构的工艺包括在预定的载荷和不带有粘接剂的条件下压缩或压制膨胀的石墨颗粒，其中石墨颗粒具有的c向尺寸可达原始颗粒的c向尺寸的大约80或更多倍，形成基本为平面的柔性的一体的石墨片。膨胀的石墨颗粒的形状一般为蚯蚓状或蠕虫状，受到压缩将保持相对片主表面的压缩变形和对齐。片材料的密度和厚度可通过控制压缩程度进3 3
行变化。片材料的密度可处于大约0.04g/cm 到大约2.0g/cm 的范围。柔性石墨片材料显示出适当程度的各向异性，因为石墨颗粒平行于片材的相对主平行表面对齐，当片材通过滚压提高其取向性时各向异性的程度增加。对于滚压各向异性片材，其厚度，即正交于相对的平行片材表面的方向，包括c向；沿着长度和宽度的方向，即沿着或平行于相对的主表面的方向包括a向；片材的热，电和流体扩散性能的程度在c和a方向上非常不同。

[0015] 尽管已经建议片状剥离石墨(即柔性石墨)的压缩颗粒片用作热扩散件，热界面和作为散热器的部件，将热源产生的热量散发出去(可参考美国专利No.6,245,400；6,482,520；6,503,626和6,538,892)，但使用石墨材料已经成为独立的选择，不再视为与其他部件相关联，如显示屏的框架系统。

[0016] 传统的显示装置一般使用厚重的金属支承件(通常是厚铝片或一组多个铝片)，显示屏单元、光源和相关的电子元件连接到支承件(在LED的情况下光源固定到印制电路板，如金属心印制电路板PCB，其上设有导热介电材料)。从热源发出的热量造成显示屏单元的不均匀温度分布，对显示屏上的图像和显示屏的可靠性带来负面影响。

[0017] 传统的支承件具有机械功能(如固定屏单元和相关的电子元件)以及热功能(如帮助光源和/或相关电子元件产生的热量发散和散布)。因此，支承件一般用实心铝片制造，厚度大约在2.0mm。用另一种方式表达，设有支承件的传统的显示屏显示出支承因子大约在440mm-W/mK或更高。确定支承因子可通过显示屏上的支承件的厚度乘以面内导热系数(因此，2.0mm的铝片具有支承因子为440mm-W/mK，因为高导热铝的面内导热系数一般为220W/mK)。应当认识到，由于大部分金属的热传导是各向同性的，面内导热系数与材料的面导热系数基本上相同。

[0018] 这样的支承件可添加很大的重量，价格可能会很高，因物理要求而难以制造，还需要电子元件设置很多的螺纹固定特征结构，以及价格很高的高度导热铝板。此外，还使用框架件(通常用钢或铝制造)向支承件提供额外的机械支承，提供牢固的固定机构连接显示屏到壁支架或支承单元。框架件和支承件一起构成传统的显示屏的框架系统。

[0019] LCD装置的制造商承受了很大的要求降低现有的显示技术方案的成本和重量的压力，同时希望增加显示屏单元的亮度和照明效率。这意味着有更多的能量被送到光源，这增加了系统的热载荷，要求显示单元具有更高的散热能力。不希望采用主动冷却方案，如风扇和/或热管，因为可靠性不高，存在噪音，及会增加系统的成本和重量等负面因素。除了增加显示器的亮度和照明效率，显示器的制造商还承担了生产更大屏幕尺寸的压力，这可能成比例地增加框架系统(尤其是支承件)的重量。

[0020] 希望的能提供一种重量轻和价格合理的显示装置的框架系统，尤其是该框架系统可提供增强的热传导能力，而且结构可靠地提供对屏幕单元和相关电子元件的连接，以及安装和支承显示装置的结构完整性。希望的框架系统减少或消除了对支承件的需要，尤其是对高传导性铝形成的支承件的需要。

发明内容

[0021] 因此，本发明的目的是提供一种显示装置，如液晶显示或类似装置的框架系统，其重量轻和结构完整。

[0022] 本发明的另一目的是提供一种显示装置的框架系统，包括具有低支承因子的框架系统。

[0023] 本发明的另一目的是提供一种显示装置，其包括散热材料，有时指散热器，设置在显示装置的发热源，如发光二极管排列，冷阴极荧光灯或平面荧光灯，的附近。

[0024] 本发明还有一个目的是提供一种显示装置的框架系统，其包括设有周边的框架系统，提供了显示装置的结构完整性。

[0025] 本发明的另一目的是提供一种显示装置的框架，其设有内孔，可帮助显示装置内的散热材料的热传递和热发散。

[0026] 本发明的又一目的是提供一种显示装置的框架系统，包括重铝板或成套铝板以外的其他支承件。

[0027] 这些目的和对于阅读过下面介绍的所述领域的技术人员很明显的其他目的可通过一种图像显示装置实现，该装置包括图像显示屏，一个或多个发热光源，框架系统，显示出具有小于大约375mm-W/mK的支承因子；和散热材料，与至少一些发热光源热接触；散热材料最好接合框架系统。在优选实施例中，框架系统包括：可接合图像显示屏和多个接合到框架的热源，如发光二极管，的框架。

[0028] 框架系统最好具有小于大约150mm-W/mK的支承因子，在最优选的实施例中，框架系统显示出支承因子为零。即框架系统完全没有支承件。

[0029] LCD可以是背光LCD或侧光LCD。在背光LCD，成排的光源，如PCB固定的LED，直接设置在LCD板的后面，提供直接照在LCD板后面的光线。在侧光LCD，光源沿LCD板的侧面排列，通常采用光学器件(有时称为光导)来均匀化越过LCD板后面的光分布，所以光线不会显示出或很明显看出在板的边或侧面产生。此外，不管是背光或侧光，LCD通常还设置反光材料，以进一步帮助实现从光源到LCD板后面的均匀光线分布。

[0030] LCD的框架包括金属，如钢，铝或其他结构材料件，可进行螺纹连接，螺栓连接，和粘接，或其他牢固固定到支承机构的方式。如果没有支承机构，框架可通过粘接剂、机械固定件或现有技术已有的其他机构直接连接到散热材料。

[0031] 框架可包括横过框架的横向支承件，电子元件可接合横向支承件。此外，框架可包括凸缘以支承散热材料和电子元件，或者至少一个横向支承件，其接合电子元件。光源和散热材料可基本上位于框架内，框架有高度和宽度，散热材料基本上覆盖高度和宽度。

[0032] 此外，多个横向支承件可横跨框架，至少一个光源，如光发射二极管可接合至少一个横向支承件或剩余的框架部分。尽管框架这样设置是优选的，其他类似设置，如多排横向支承件，也可用于框架内。

[0033] 当设有支承件时，散热材料最好设置在光源和支承件之间，尽管这不是必须的。任何方式，散热材料都与发热的光源热接触，这样意味着光源和散热材料之间存在热传递。有时候，当设有支承件时，支承件可设置在散热材料和光源之间，使得支承件具有足够的热传导，可有效地从光源传递热量到散热材料。但是散热材料最好设置在光源如发光二极管附近，基本上暴露于相对的光源。当未设置支承件时，散热材料最好设置在光源附近，几乎完全暴露于相对的光源。

[0034] 在背光LCD，散热材料和PCB或其他支承光源的结构件之间设有空隙，和/或在支承件和PCB或其他支承光源的结构件之间设有空隙；在侧光显示器，PCB或其他支承光源的结构件安装在分配光的光学器件的边缘，空隙位于光学器件和散热材料之间。

[0035] 在另一实施例中，图像显示屏包括图像显示侧面，其接合周边框架，散热材料接合相对图像显示侧面的框架。所述周边框架包括顶，底，第一侧和第二侧。多个电子元件接合周边框架。周边框架的顶、底、第一侧和第二侧形成有孔，其中散热材料基本覆盖孔，并可接合周边框架的顶、底、第一侧和第二侧。散热材料和多个电子元件(具体是光源)，可基本位于孔内。框架可包括支承散热材料和多个电子元件的凸缘。图像显示装置可以是液晶显示单元，电子元件可以是光源，如发光二极管，散热材料可以包括石墨。

[0036] 在另一实施例中，图像显示装置包括框架系统，其包括接合图像显示屏的框架，相对图像显示屏的凸缘。多个电子元件接合凸缘，同时散热材料设置在多个电子元件的附近，并相对图像显示屏。框架系统显示出具有小于大约375mm-W/mK的支承因子。多个横向支承件基本上横跨框架并接合凸缘，其中，各电子元件接合至少一个横向支承件。散热材料可位于凸缘和多个横向支承件之间，同时多个固定件可连接散热材料和多个横向支承件到凸缘。框架具有高度，宽度，和基本越过高度和宽度的孔。多个电子元件，如光源，接合到框架，可基本在框架内对齐，可设置成覆盖孔。

[0037] 当设有支承件时，一般其设置成片状，带有臂部或其他延伸部，可相对框架设置。当设有支承件时，其包括热传导系数低于前面提到的可对显示屏提供充分有效散热的热传导系数的金属，显示屏可使用石墨或其他类型的散热材料。例如，代替使用具有高传导性的铝厚片，可使用面内导热系数小于大约20W/mK的钢片。由于钢比高导热系数的铝便宜，可带来很大的节约，即使采用与高导热系数的铝相同的厚度，即大约2.0mm。这样的钢片将提供支承因子为大约40mm-W/mK的单元。或者，支承件可以是高导热系数的铝，但采用比前面提到可采用厚度相比薄很多的薄片，用于使用石墨或其他类型散热材料的显示屏装置。例如，高导热系数的厚度为0.5毫米的铝片可提供大约为110mm-W/mK的支承因子，形成非常轻的结构。当然，当支承件完全取消，形成的框架系统具有的支承因子为零，这样的重量节约和成本节约都是巨大的。

[0038] 如上所述，所用的散热材料由石墨形成，最好由片状剥离石墨，一般称作柔性石墨，的压缩颗粒片形成。石墨是碳的晶形，包括通过共价键结合的碳原子平面层，层之间结合力较弱。通过用中间溶液，即硫酸和硝酸溶液，对石墨，如天然石墨的颗粒进行处理，石墨的晶体结构反应，形成石墨和插入体的复合体。处理后的石墨颗粒下面称为“膨胀石墨颗粒”。当暴露于高温下，石墨中的插入体分解和挥发，使得插入石墨颗粒的尺寸以伸缩方式沿c向膨胀，可高达其原始体积的大约80倍或更高，即沿着正交于石墨的晶面的方向膨胀。片状剥离石墨颗粒的形状是蠕虫状，因此一般可称为蠕虫。蠕虫可压缩成为柔性片，与原始石墨片不同，其可成型和切割成各种形状。

[0039] 适合于本发明的石墨原始材料包括高度石墨化的碳材料，能够插入有机和无机酸以及卤素，然后暴露于热源时进行膨胀。这些高度石墨化的碳材料最好石墨化程度为1.0。如本发明中所公开的，术语“石墨化程度”指的是根据下面公式得到的值g：

[0040]

[0041] 其中d(002)是晶体结构中石墨碳层之间的间距，单位为埃。石墨层之间的间距d通过标准的X光衍射技术进行测量。测量对应Miller指数002，004，006的衍射峰的位置，然后用标准的最小二乘法得到间距，这样可减小所有峰值的总误差。高度石墨化碳材料的示例包括各种来源的天然石墨，以及其他碳材料，如化学气相沉积，聚合物高温分解，或熔化金属溶液结晶或类似方法得到的石墨。天然石墨是最好的。

[0042] 本发明所采用的石墨原始材料含有非石墨成分，只要原始材料的晶体结构能够保持要求程度的石墨化并能够层状剥离。一般地，任何含碳材料的晶体结构具有要求程度的石墨化，可进行层状剥离，适合用于本发明。这样的石墨的纯度最好至少为大约80％重量。本发明所采用石墨的纯度至少为大约94％。在最优选的实施例中，所用石墨的纯度为至少大约98％。

[0043] Shane等人在美国专利No.3,404,061介绍了通用的制造石墨片的方法，其公开的内容在本文参考引用。在Shane等人方法的典型实施中，通过将天然石墨片分散放置在含有如硝酸和硫酸混合物的溶液中，溶液水平最好为每100份重量的石墨片有大约20到300份重量的添加溶液(pph)，对天然石墨片进行膨胀。添加溶液含有现有技术已有的氧化和其他添加剂。含有氧化剂和氧化混合液的溶液的示例，如含有硝酸、氯酸钾、铬酸、高锰酸钾、铬酸钾、重铬酸钾、过氯酸及类似酸的溶液，或含有混合液的，如浓缩的硝酸和氯酸盐，铬酸和磷酸，硫酸和硝酸的溶液，或强有机酸，如三氟乙酸，和溶于有机酸中的强氧化剂的混合液。或者，电势可用于产生石墨氧化。可以通过电解氧化添加到石墨晶体的化学品，包括硫酸以及其他酸。

[0044] 在优选实施例中，添加剂是硫酸，或硫酸和磷酸，与氧化剂的混合液，氧化剂包括硝酸，过氯酸，铬酸，高锰酸钾，过氧化氢、碘酸或高碘酸，或类似酸。尽管不是优选，添加溶液可含有金属卤化物，如氯化铁，和混合硫酸的氯化铁；或卤化物，如溴，以溴和硫酸溶液，或有机溶液中的溴溶液的形式。

[0045] 添加溶液的数量可在大约20到350pph，更好是大约40到160pph。在石墨片膨胀后，多余的溶液从石墨片排走，用水清洗石墨片。或者，添加溶液的数量可限制在大约10到大约40pph之间，这样可取消清洗步骤，如美国专利No.4,895,713所作公开和介绍，该专利的内容也在本文中参考引用。

[0046] 石墨片用添加溶液进行处理还可选择接触，如通过混合，有机还原剂来实现，有机还原剂可选择乙醇、糖、乙醛和酯，还原剂可在25℃到125℃的温度范围与氧化添加溶液的表面膜反应。适当的专用有机添加剂包括十六醇、十八醇、1-辛醇、2-辛醇、癸醇、1，10癸二酰、癸醛、1-丙醇、1，3丙二醇、乙二醇、聚丙二醇、葡萄糖、果糖、乳糖、蔗糖、土豆淀粉、乙二醇单硬酯酸酯、二甘醇二苯并酯、丙二醇单硬酯酸酯、单硬酯酸酯、草酸二甲脂、草酸二乙脂、甲酸甲酯、甲酸乙酯、抗坏血酸和木质素派生的化合物，如木质硫酸盐。有机还原剂的数量为石墨片颗粒重量的大约0.5到4％。

[0047] 在添加前，添加期间和添加后提供膨胀促进剂可带来改进。改进可以是减少片状剥离温度和增加膨胀体积(也称作蠕虫体积)。用于这方面的膨胀促进剂最好是有机材料，能够溶解于添加溶液中，以实现对膨胀的改进。更具体地，使用最好是排它的含有碳，氢和氧的有机材料。羧酸已经发现特别有效。用作膨胀促进剂的适当的羧酸可选择芳香的，脂肪族的或环脂族的，直链的或支链的，饱和的和非饱和的一元羧酸、二羧酸和多羧酸，具有至少一个碳原子，最好具有多达约15个碳原子，可溶解于添加溶液，数量足以提供一个或多个层状剥离方面的可测量出的改进。适当的有机溶液可用于改进有机膨胀促进剂在添加溶液中的溶解性。

[0048] 饱和脂肪族羧酸的代表性示例是分子式为H(CH2)n COOH的酸，其中n是从0到大约5的数字，包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸和类似酸。代替羧酸，可使用酸酐或活性羧酸的衍生物，如烷基酯。代表性的烷基酯是甲酸甲酯和甲酸乙酯。硫酸、硝酸和其他已知的水添加剂具有分解甲酸的能力，最后得到水和二氧化碳。因此，甲酸和其他敏感的膨胀促进剂最好在将石墨片浸入水添加剂之前接触石墨片。代表性的二羧酸是具有2-12个碳原子的脂肪族二羧酸，具体是草酸，延胡索酸，丙二酸，马来酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、1，5-戊二羧酸、1，6-己二羧酸、1，10-癸二羧酸、环己烷-1，4-二羧酸和芳族二羧酸，如酞酸或对苯二酸。代表性的烷基酯是草酸二甲酯和草酸二乙酯。代表性的脂环族酸是环己烷羧酸。代表性的芳香族羧酸是苯甲酸、萘甲酸、氨茴酸、p-氨基苯酸、水杨酸、o-，m-和p-甲苯基酸，甲氧基酸和乙氧基苯酸、乙酰乙酰胺苯甲酸、乙酰胺苯甲酸、苯乙酸和萘甲酸。代表性的羟基芳香族酸是羟基苯甲酸、3-羟基-1-萘甲酸，3-羟基-2-萘甲酸，4-羟基-2-萘甲酸、5-羟基-1-萘甲酸、5-羟基-2-萘甲酸，6-羟基-2-萘甲酸和7-羟基-2-萘甲酸。最有效的多羧酸是柠檬酸。

[0049] 添加溶液是水溶液，最好含有大约1到10％的膨胀促进剂，这个数量可增强片状剥离。在一实施例中，在石墨片浸入添加水溶液前或之后，膨胀促进剂接触石墨片，膨胀促进剂可与石墨通过适当方式混合，如通过V型混合器，数量大约是石墨片重量的0.2到10％。

[0050] 在添加到石墨片后，然后混合添加剂涂复的石墨片和有机还原剂，混合物暴露于25℃到135℃的温度范围，促进还原剂和添加涂层的反应。加热时间可达20小时，对于高过上述范围的温度可采用更短的加热时间，如至少约10分钟。对于更高的温度，可采用半小时或更短，如大约10到25分钟。

[0051] 这样处理的石墨颗粒有时称为“膨胀石墨颗粒”。当暴露于高温时，如温度至少为大约160℃，尤其是大约700℃到1000℃或更高，膨胀石墨的颗粒通过伸缩方式沿着C向，膨胀达到原始体积的80到1000倍或更多，C向即正交于石墨颗粒晶面的方向。膨胀的即层状剥离的石墨颗粒形状是蠕虫状，因此通常称作蠕虫。蠕虫可压缩形成柔性片，不同于原始石墨片，其可成型和切割成各种形状。

[0052] 柔性石墨片和薄膜是粘在一起的，具有良好的操作强度，适合进行压缩，即通过滚压，到大约0.075毫米到3.75毫米的厚度，密度一般达到大约0.1到1.5克/立方厘米(g/3
cm)。大约1.5到30％重量的陶瓷添加剂可混合膨胀的石墨片，如美国专利No.5,902,762所介绍的，该专利的内容本文参考引用，提供增强树脂浸入最终的柔性石墨产品。添加剂包括陶瓷纤维颗粒，其具有的长度大约在0.15到1.5毫米。颗粒的宽度在大约0.04到0.004毫米。陶瓷纤维颗粒是非活性的，不能粘接到石墨，在温度高达约1100℃时稳定，最好在大约1400℃或更高是稳定的。适当的陶瓷纤维颗粒包括浸渍的石英玻璃纤维，碳和石墨纤维，氧化锆、氮化铜、碳化硅和氧化镁纤维，天然形成的矿物纤维，如偏硅酸钙纤维，钙铝硅纤维，氧化铝纤维和类似的纤维。

[0053] 上面介绍的膨胀和片状剥离石墨片的方法通过在石墨化温度下，即温度处于大约3000℃或之上的范围进行石墨片预处理，并通过在膨胀剂中加入润滑添加剂，如国际专利申请No.PCT/US02/39749所介绍的，可增强其优点。

[0054] 石墨片的预处理或退火可导致石墨片后来进行膨胀和层状剥离时的膨胀明显增加(即增加膨胀量高达300％或更多)。确实希望，与没有退火步骤的类似工艺相比，膨胀增加至少大约50％。退火步骤采用的温度不应当明显低于3000℃，因为即使温度低100℃可导致膨胀明显减少。

[0055] 本发明的退火进行一段时间，足以导致石墨片在膨胀和后来的层状剥离时具有增强的膨胀。一般所要求的时间为1小时或更多，1到3个小时更好，最好是在惰性气体环境下进行。为了获得最好的结果，退火的石墨片还要进行先有技术已有的工艺，以增强膨胀程度，即存在有机还原剂，膨胀促进剂，如有机酸时的膨胀程度，膨胀后进行表面清洗。此外，为了获得最好的结果，膨胀步骤可重复进行。

[0056] 本发明的退火步骤可在还原炉中或其他这类装置中进行，如石墨技术领域技术人员都知道的，采用的温度在3000℃的范围，处于石墨化工艺的温度范围的高端。

[0057] 因为已经观察到使用膨胀前退火的石墨产生的蠕虫有时会聚集到一起，会对区域重量均匀性有负面影响，希望使用一种添加剂，帮助形成能自由移动的蠕虫。添加润滑剂到膨胀溶液中可帮助蠕虫在压缩装置的基体上(如通常用于压缩(或压制)石墨蠕虫成为柔性石墨片的压制台的基体)更均匀地分布。所形成的片因此具有更高的区域重量均匀性和更高的拉伸强度。润滑添加剂最好是长链碳氢化合物，最好是具有至少10个碳的碳氢化合物。其他具有长链碳氢化合物团的有机化合物，即使还存在其他功能团，也可以使用。

[0058] 润滑剂最好是油，最好是带有矿物油，尤其是考虑到矿物油不容易变质和有异味，对于长期储存这是很重要的考虑因素。应当注意到，上面介绍的某些膨胀促进剂也满足润滑剂的定义。当这些材料用作膨胀促进剂，没必要在膨胀溶液中添加单独的润滑添加剂。

[0059] 膨胀溶液中的润滑添加剂的数量至少为1.4pph，最好是至少1.8pph。尽管添加润滑添加剂的上限不像下限那样严格，当润滑添加剂大于约4pph时没有明显的效果。

[0060] 柔性石墨片有的时候最好用树脂和吸收树脂进行处理，固化后，提高柔性石墨片的抗湿性和操作强度，如刚性，和石墨片的组织的固定性。树脂含量最好至少为大约5％重量，10到35％重量更好，可以达到大约60％重量。已发现树脂在实施本发明时非常有用，其包括丙烯酸基的、环氧基的和苯酚基的树脂系统，氟基聚合物或其混合物。适当的环氧基系统包括基于双酚A的二环氧甘油醚(DGEBA)的树脂和其他多功能树脂系统；可采用的苯酚基树脂包括酚醛树脂和酚醛塑料。除了树脂或代替树脂，柔性石墨还可选择用纤维和/或盐进行浸渍。此外，活性或非活性的添加剂可用于树脂系统，以改进其性质(如粘性，材料流动性，疏水性等)。

[0061] 或者，本发明的柔性石墨片可使用重新研磨的柔性石墨片的颗粒，不使用刚刚膨胀的蠕虫，如国际专利申请No.PCT/US02/16730所作讨论。石墨片可以是新形成的片材，循环使用的片材，碎片材或任何其他适当的材料。

[0062] 另外，本发明的工艺可使用原始材料和循环使用材料的混合物。

[0063] 循环使用材料的源材料可以是片材或片材的修整部分，其已经进行了压缩模制，如上面所介绍的，或是已经用预压制滚轮进行压缩的片材，但尚未用树脂进行浸渍。另外，源材料可以是片材或片材的经修整部分，已经用树脂进行了浸渍，但尚未进行固化；或是片材或片材的修整部分，已经用树脂进行了浸渍并进行了固化。源材料还可以是循环使用的柔性石墨质子交换膜(PEM)燃料电池部件，如流场板或电极。各种石墨源可与天然石墨片一起使用或混合后使用。

[0064] 一旦得到了柔性石墨片的源材料，可通过已知的工艺或装置，如喷射磨，空气磨、混合器等进行粉碎，形成颗粒。大部分的颗粒最好其直径可通过20US目；最好大部分(超过大约20％，超过大约50％最好)不能通过80US目。颗粒的尺寸最好不大于约20目。希望在进行粉碎时对树脂浸渍的柔性石墨片进行冷却，以防止粉碎期间热损伤树脂系统。

[0065] 可选择粉碎颗粒的尺寸，以平衡具有希望热特性的石墨颗粒的机械加工性和成形性能。因此，较小的颗粒将导致石墨颗粒容易加工和/或成形，而较大颗粒将导致石墨颗粒较大的各向异性，因此，导致较大的面内电和热传导性。

[0066] 如果源材料已经进行了树脂浸渍，则最好将树脂从颗粒清除。树脂清除的详情在下面进一步介绍。

[0067] 一旦源材料进行了粉碎，清除了树脂，然后进行重新膨胀。重新膨胀可使用膨胀和片状剥离工艺进行，如上面所介绍的和Shane等人的美国专利No.3,404,061及Greimke等人的美国专利No.4,895,713所介绍的。

[0068] 一般地，膨胀后，颗粒通过炉中加热膨胀的颗粒进行片状剥离。在片状剥离步骤，膨胀的天然石墨片可添加到循环使用的膨胀颗粒中。在重新膨胀步骤，最好颗粒膨胀到特定体积，范围在至少大约100％到大约350cc/g或更高。最后，重新膨胀步骤后，重新膨胀的颗粒可压缩成为柔性片，如下面将进行的介绍。

[0069] 如果原始材料已经进行了树脂浸渍，树脂最好从颗粒上部分清除，清除步骤应当在粉碎步骤和重新膨胀步骤之间进行。

[0070] 在一个实施例中，清除步骤包括加热含有重新研磨颗粒的树脂，如置于明火上。具体地，浸渍树脂可加热到至少大约250℃的温度，以实现树脂清除。在加热步骤期间，应注意避免树脂分解产物的溢流，这可通过仔细在空气中或在惰性气体中加热来实现。加热温度最好在大约400℃到大约800℃，加热时间在至少大约10分钟到大约150分钟或更长。

[0071] 还有，清除树脂步骤可导致通过模制工艺制成的物品的拉伸强度比不清除树脂的类似工艺的强度提高。清除树脂步骤还具有优越性，因为在膨胀步骤(即膨胀和片状剥离)，当树脂与膨胀化学品混合时，在某些情况下可产生有毒的副产品。

[0072] 因此，通过在膨胀步骤前清除树脂可得到超级的产品，如上面讨论的强度特征得到提高。强度特征提高一部分是因为膨胀增加。当树脂存在于颗粒中，膨胀受到限制。

[0073] 除了强度特征和环境影响，考虑到树脂可能与酸形成失控的有毒反应，可在膨胀之前清除树脂。

[0074] 鉴于上述情况，最好清除大部分的树脂。具体地，清除超过75％的树脂。最好是清除大于99％的树脂。

[0075] 在优选实施例中，一旦柔性石墨片进行粉碎，可形成希望的形状，然后进行固化(当树脂进行浸渍)。或者，石墨片可在进行粉碎之前进行固化，尽管后粉碎固化是优选的。

[0076] 用于形成本发明的散热材料的柔性石墨片还可选择为层压件，带有或不带有各层之间的粘接剂。非石墨层可设置在叠层中，尽管这时有必要使用粘接剂，但这可带来缺点，如上面所讨论的。这些非石墨层可包括金属，塑料或其他非金属，如玻璃纤维或陶瓷。

[0077] 如上所述，这样自然形成的片状剥离石墨的压缩颗粒片是各向异性的。即，各片的热传导性，相对于穿过片的方向或c向，在面内或a向较大。通过这样的方式，石墨片的各向异性沿着热溶液的平面方向引导热量(即沿着石墨片的a向)。这样的石墨片一般具有至少大约140的沿面内方向的热传导性，至少大约200更好，最好是至少大约250W/mK，穿过平面的方向不大于12，不大于10更好，最好是不大于约6W/mK。因此，散热材料具有不小于大约10的导热各向异性比(即面内热传导率与穿过面热传导率之比)。

[0078] 叠层结构的面内和穿过面方向的热传导率的数值可通过改变形成热流的柔性石墨片的石墨层的方向对正度来控制，包括改变用于形成叠层的石墨片，或在形成叠层后改变叠层的石墨层的方向对正。通过这样的方式，热流的面内热传导性增加，而热流的穿过面的热传导性减少，这可导致热传导各向异性比增加。

[0079] 可实现石墨层方向对正的一个方式是施加压力到部分的柔性石墨片，可通过压制石墨片(即通过施加剪力)或通过模压或往复的印压(即通过施加压缩)，通过压制可更有效地产生方向对正。例如，通过压制石墨片到1.7g/cc的密度，相对于1.1g/cc，面内热传导率从大约240W/mK增加到大约450W/mK或更高，穿过面的热传导率成比例减少，因此增加了各石墨片的热传导各向异性比，这可延伸到其形成的叠层。

[0080] 或者，如果形成了叠层，组成叠层的石墨层的方向对正总体上是增加的，如可通过施加压力，导致密度大于组成叠层的各柔性石墨片的初始密度。实际上，通过这种方式得到的叠层物体的最后密度至少大约1.4g/cc，更好是至少大约1.6g/cc，最多为大约2.0g/cc。可通过传统的方式，如模压或压制，来施加压力。需要压力最好至少为大约60百万帕(Mpa)，压力至少为550Mpa，最好是至少大约700Mpa，以实现高达2.0g/cc的密度。

[0081] 增加石墨层的方向对正可增加石墨叠层的面内热传导性到等于甚至大于纯铜的热传导性，而密度保持是纯铜的分数。此外，与无对正的叠层相比，所形成的对正层还显示出强度增加。

[0082] 令人惊奇的是，通过使用这样的石墨基散热材料，减少了框架系统的支承因子，甚至取消整个支承件，同时仍可提供必要的机械支承和有效的散热。

[0083] 还提出了一种制造图像显示装置的框架系统的方法。该方法包括提供图像显示屏单元，散热材料，框架，和至少一个光源，如发光二极管。该方法包括定位散热材料，使得与光源热接触，具体地，以靠近光源，并位于光源和框架之间。散热材料最好基本是开放的，或相对光源暴露。光源设置成可增加显示屏单元上图像的显示。

[0084] 应当知道，前面的总体介绍和后面的详细介绍提供了本发明的多个实施例，并希望能提供了解如权利要求所公开的本发明的性质和特征的总体情况或结构。还带有附图以提供对本发明的进一步的了解，附图结合成为本说明的一部分。附图显示了本发明的各个实施例，并同说明一起介绍本发明的原理和操作。

附图说明

[0085] 图1是根据本发明的背光LCD装置的部件的侧视透视图，部件包括LED，发光材料，散热材料和支承件；

[0086] 图2是图1的背光LCD装置的分解截面图；

[0087] 图3是图1的背光LCD装置的平面截面图；

[0088] 图4是根据本发明的侧光LCD装置的部件的侧视透视图，部件包括PCB固定的LED，发光材料，散热材料，光分配光学器件和支承件；

[0089] 图5是图4的侧光LCD装置的分解截面图；

[0090] 图6是图4的侧光LCD装置的平面截面图；

[0091] 图7是根据本发明的侧光LCD装置的可选实施例的侧视截面图；

[0092] 图8是根据本发明的侧光LCD装置的另一可选实施例的侧视截面图；

[0093] 图9是用目前公开的部分制造的图像显示装置的前视图，图像显示装置位于框架内，其上显示有图像；

[0094] 图10是显示根据本发明制造的图像显示装置的实施例的侧视分解透视图；

[0095] 图11是根据本发明制造的框架的后视图。

具体实施方式

[0096] 现在大体上参考图1到3，图显示出背光LCD图像显示装置，其用数字10来表示。装置10包括一系列的光源，如LED 20，设置成指向图像显示屏(未显示)。装置10还包括散热材料30，由片状剥离石墨的压缩颗粒片形成。散热材料30与LED20热接触，使得LED
20产生的热量传递到散热材料30。此外，LCD装置10还包括支承件40，使得装置10的支承因子小于大约375mm-W/mK。支承件40提供给装置10的支承因子小于大约150mm-W/mK。
如上面所讨论的，在本发明的优选实施例中，装置10的支承因子是零，意味着LCD装置10没有支承件40。反光材料50可结合LED 20，使得LED 20的光分布更均匀。

[0097] 现在参考图4-6，显示了标记为100的侧光LCD装置。装置100包括一系列的光源，如LED 120，沿装置100的周边的至少一部分固定；光分配的光学器件，如光导件170帮助引导光从LED 120到达图像显示屏(未显示)。装置100还包括散热材料130，由一个或多个片状剥离石墨的压缩颗粒片形成。散热材料130与LED 120热接触，使得LED120产生的热量传递到散热材料130。但是，因为LED120绕LCD装置100的周边设置，散热材料130和LED1210之间的热接触通过热接触件135实现。

[0098] 热接触件135可以是任何能够使LED120和散热材料130之间热接触的材料。热接触件135最好是由片状剥离石墨的压缩颗粒形成，如同散热材料130。实际上，在特定的优选实施例中，散热材料130设置成与热接触件135整体形成(如图7所示)。换句话，散热材料130可局部弯曲接近90°角，形成热接触件135。

[0099] 在可选实施例中，设置LED 120的PCB 160可延伸和弯曲大约90度，在LED 120和散热材料130之间形成热接触。如上所述，设置了LED 120的PCB 160通常是金属心PCB；因此这样的PCB 160的金属心可延伸和弯曲适当角度，以提供LED 120和散热材料130之间的热连接，如图8所示。或者，PCB 160可形成所谓的柔性印制电路板，LED直接安装到PCB，PCB 160粘接或直接连接到散热材料130。形成PCB160的柔性电路板材料可以是聚酰亚胺，聚酯、液晶聚合物(LCP)等，还可以设置多个导热管，通过薄柔性印制电路板160到达散热材料130，以保持两者之间的热阻尽可能低。可使用粘接剂来粘接PCB 160到散热材料
130。

[0100] 侧光LCD装置100还可包括支承件140，使得装置100的支承因子小于大约375mm-W/mK，最好支承件140提供给装置100的支承因子小于大约150mm-W/mK。在本发明的最优选的实施例中，装置100的支承因子是零，意味着LCD装置100没设置支承件140。
此外，反光材料150可位于LED 120周围或设置在光导件170的后面，以帮助LED 120的光均匀分配。

[0101] 现在参考图9-11(涉及背光LCD10，尽管该概念还可应用于侧光LCD)，背光图像显示装置10包括图像显示屏12，可显示图像14，框架系统18，和散热材料30，其接合框架系统18，并相对图像显示屏12。框架系统18可包括框架17，其可称作周边框架17，支承图像显示屏12和多个受到框架17支承的LED 20。框架17包括高度22，宽度24和基本覆盖高度22和宽度24的孔26。散热材料30可基本上覆盖框架17的高度22和宽度24。或者，散热材料30可包括多件散热材料，共同覆盖框架17的高度22和宽度24。

[0102] LED基本上与框架17的内侧对齐，可覆盖部分的孔26。对齐可帮助散热材料30发散LED20产生的热量。LED 20还可设置在框架17的孔26内。

[0103] 在优选实施例中，散热材料30包括片状剥离石墨的压缩颗粒，而框架17的材料是钢。

[0104] LCD图像显示屏12包括图像显示侧面13，其上显示图像14。图像显示侧面13可通过图像显示装置10的壳体11看到，如图9清楚显示。

[0105] 散热材料30可包括粘接剂和/或热界面材料(未显示)，位于面对LED 20的表面。该粘接剂，比如可以是压力敏感粘接剂，可帮助LED 20和散热材料30之间良好热接触，增强装置10内的热发散。

[0106] 此外，如图10所示，横向支承件34可连接到框架17。横向支承件34可用于增强和稳定框架17和整个图像显示装置10。横向支承件34最好支承LED 20和将LED 20连接到框架17，不管LED 20是否固定到PCB。多个横向支承件34可用于增加另外刚性到框架17和LCD装置10。横向支承件34和框架17的接合包括机械固定件，如螺钉、螺栓、铆钉，夹子和类似构件，如所属领域的人员都知道的(未显示)。

[0107] 横向件36也可用于添加额外的刚性到框架17。横向件36最好越过框架17，与框架17上的凸缘28接合。横向件36包括单个或组合的钢，铝和塑料。横向件36用于接合壳体11和固定壳体11成为显示装置10的一部分。横向件36可支承第二组的多个电子元件，如印制电路板，以提供对LCD装置10的控制。横向件36可完全越过框架17，如图10所示，或着越过孔26的一部分。

[0108] 框架17可制成单个挤压件，弯曲或折叠成型。或者，框架17可制造成多个部件，进行机械组装，如可使用铆钉，焊接，Tox-lok 机械连接件或类似构件，减少单片材料形成冲压框架17的必要性。

[0109] 因此，通过实施本发明，显示屏如液晶显示屏，和类似的屏幕可减少对支承件的需要，实际上完全不需要支承件可导致显示屏重量和成本上的节约，同时仍使得图像显示装置的发热件能保持或增加热量散发。

[0110] 所有提到的与本申请有关的专利和专利申请在本文中引用参考。

[0111] 已经对本发明进行了介绍，很明显可通过许多方式对本发明进行变化。这些变化不能认为是脱离了本发明的精神和范围，对所属领域的技术人员很明显，所有改进应包括在所附权利要求的范围内。