Dispositivo de visualización con difusor de calor.

Un dispositivo de visualización que posee un difusor de calor (10),

comprendiendo dicho difusor de caloral menos una lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliado con un área de superficie mayor que el áreade superficie de esa parte de la superficie posterior (12) del dispositivo de visualización donde se genera un árealocalizada de temperaturas más altas; y comprendiendo el difusor de calor una superficie principal (14) en lasección que no está en contacto con el dispositivo de visualización, cubierta con un revestimiento protector (20)que resulta suficiente para impedir la descamación de las partículas de grafito; en el que dicho revestimientoprotector comprende un material termoplástico.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2004/031367.

Solicitante: GRAFTECH INTERNATIONAL HOLDINGS INC.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 12900 SNOW ROAD PARMA, OH 44130 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: CAPP, JOSEPH, PAUL, Norley,Julian, Smalc,Martin David, Clovesko,Timothy.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B32B43/00 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B32 PRODUCTOS ESTRATIFICADOS.B32B PRODUCTOS ESTRATIFICADOS, es decir, HECHOS DE VARIAS CAPAS DE FORMA PLANA O NO PLANA, p. ej. CELULAR O EN NIDO DE ABEJA. › Operaciones especialmente adaptadas a los productos estratificados y no previstos en otro lugar, p.ej. reparación; Aparatos para ello.
  • B32B9/00 B32B […] › Productos estratificados compuestos esencialmente por una sustancia particular no cubierta por los grupos B32B 11/00 - B32B 29/00.
  • C01B31/04 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C01 QUIMICA INORGANICA.C01B ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la preparación de elementos o de compuestos inorgánicos excepto anhídrido carbónico C12P 3/00; producción de elementos no metálicos o de compuestos inorgánicos por electrólisis o electroforesis C25B). › C01B 31/00 Carbono; Sus compuestos (C01B 21/00, C01B 23/00  tienen prioridad; percarbonatos C01B 15/10; negro de carbón C09C 1/48). › Grafito.
  • F28F21/02 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F28 INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL.F28F PARTES CONSTITUTIVAS DE APLICACION GENERAL DE LOS APARATOS INTERCAMBIADORES O DE TRANSFERENCIA DE CALOR (materiales de transferencia de calor, de intercambio de calor o de almacenamiento de calor C09K 5/00; purgadores de agua o aire, ventilación F16). › F28F 21/00 Estructura de los aparatos intercambiadores de calor caracterizada por el empleo de materiales específicos. › de carbón, p. ej. de grafito.
  • H01J7/24 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01J TUBOS DE DESCARGA ELECTRICA O LAMPARAS DE DESCARGA ELECTRICA (espinterómetros H01T; lámparas de arco, con electrodos consumibles H05B; aceleradores de partículas H05H). › H01J 7/00 Detalles no previstos en los grupos precedentes H01J 1/00 - H01J 5/00 y comunes a dos o más tipos básicos de tubos o lámparas de descarga. › Dispositivos de refrigeración; Dispositivos de calentamiento; Medios para hacer circular gas o vapor dentro del espacio de descarga.
  • H01J9/20 H01J […] › H01J 9/00 Aparatos o procedimientos especialmente adaptados para la fabricación de tubos de descarga eléctrica, lámparas de descarga o de sus componentes; Recuperación de materiales a partir de tubos o lámparas de descarga. › Fabricación de pantallas sobre las cuales o a partir de las cuales una imagen o modelo es formado, recogido, convertido o memorizado; Aplicación de revestimientos a la superficie del tubo o ampolla.
  • H05K7/20 H […] › H05 TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.H05K CIRCUITOS IMPRESOS; ENVOLTURAS O DETALLES DE REALIZACION DE APARATOS ELECTRICOS; FABRICACION DE CONJUNTOS DE COMPONENTES ELECTRICOS (detalles de instrumentos o detalles comparables de otros aparatos no previstos en otro lugar G12B; circuitos de película delgada o de película gruesa H01L 27/01, H01L 27/13; medios no impresos para realizar conexiones con o entre circuitos impresos H01R; envolturas o detalles de realización de tipos particulares de aparatos, ver las subclases apropiadas; procedimientos que sólo comprenden una técnica prevista en otro lugar, p. ej. calefacción, pulverización, ver la subclase apropiada). › H05K 7/00 Detalles constructivos comunes a diferentes tipos de aparatos eléctricos (envolturas, cajas, cajones H05K 5/00). › Modificaciones para facilitar la refrigeración, ventilación o calefacción.

PDF original: ES-2400183_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Dispositivo de visualización con difusor de calor

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un dispositivo de visualización –como por ejemplo una pantalla de plasma (PDP, plasma display panel) , una pantalla de cristal líquido (LCD, Liquid Cr y stal Display) , un diodo emisor de luz (LED) y similares– que posee un difusor de calor y a los problemas térmicos singulares que causan este tipo de dispositivos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Una pantalla de plasma es un aparato de visualización que contiene una pluralidad de células de descarga y está diseñado para mostrar una imagen mediante la aplicación de un voltaje a los electrodos de las células de descarga, haciendo así que la célula de descarga deseada emita luz. Se fabrica una unidad de panel, que constituye la parte principal de la pantalla de plasma, mediante la unión de dos placas de base de vidrio de tal manera que una pluralidad de células de descarga quede ubicada entre las dos placas.

En una pantalla de plasma, cada una de las células de descarga que emite luz para la formación de imágenes genera calor, por lo que cada una constituye una fuente de calor, lo que provoca un incremento de la temperatura de la pantalla de plasma en su conjunto. El calor generado en las células de descarga se transfiere al vidrio que forma las placas de base, pero la conducción del calor en direcciones paralelas a la cara de la pantalla resulta difícil debido a las propiedades del material de la placa de base de vidrio.

Asimismo, la temperatura de una célula de descarga que ha sido activada para la emisión de luz se incrementa sustancialmente, mientras que la temperatura de una célula de descarga que no ha sido activada no asciende de la misma forma. Por esta razón, la temperatura de la cara de la pantalla de plasma aumenta localmente en las áreas en las que se está generando una imagen. Además, una célula de descarga activada en los espectros de color blanco o más claro genera más calor que las activadas en los espectros de color negro o más oscuro. Por consiguiente, la temperatura de la cara de la pantalla varía localmente dependiendo de los colores generados en la creación de la imagen. Estas diferencias de temperatura localizadas pueden acelerar el deterioro térmico de las células de descarga afectadas, a menos que se tomen medidas para reducir las diferencias. Asimismo, cuando la naturaleza de la imagen en el dispositivo de visualización cambia, la ubicación de la generación de calor localizada también cambia con la imagen.

Por otra parte, puesto que la diferencia de temperatura entre las células de descarga activadas y no activadas puede ser elevada, y la diferencia de temperatura entre las células de descarga que generan luz blanca y las que generan colores más oscuros también puede ser elevada, se aplica una tensión a la unidad de panel, lo que hace que las pantallas de plasma convencionales tengan una tendencia a sufrir grietas y roturas.

Cuando se incrementa el voltaje aplicado a los electrodos de las células de descarga, aumenta el brillo de las células de descarga, pero también aumenta el total de calor generado en dichas células. Por lo tanto, las células que requieren grandes voltajes para su activación son más susceptibles de sufrir un deterioro térmico y suelen agravar el problema de roturas en la unidad de panel de la pantalla de plasma. Los LED presentan problemas similares a las PDP por lo que respecta a la generación de calor. Los dispositivos de visualización diferentes a dispositivos de visualización emisores, como por ejemplo las pantallas de cristal líquido (LCD) , pueden causar problemas similares, ya que los puntos calientes pueden limitar la eficacia o vida útil del dispositivo.

En la patente estadounidense nº 5.831.374 de Morita, Ichiyanagi, Ikeda, Nishiki, Inoue, Komyoji y Kawashima se sugiere la utilización de la denominada “película de grafito de alta orientación” como material de interfaz térmica en las pantallas de plasma con el fin de rellenar el espacio entre la parte posterior del panel y una unidad de disipación térmica y de nivelar las diferencias de temperatura locales. Sin embargo, no se hace mención en la misma del uso o de las ventajas distintivas de las láminas de grafito flexible. Asimismo, la patente estadounidense nº 6.482.520, otorgada a Tzeng, divulga el uso de láminas de partículas comprimidas de grafito exfoliado como difusores de calor (denominados en dicha patente interfaces térmicas) para una fuente de calor como, por ejemplo, un componente electrónico. De hecho, Advanced Energy Technology Inc., de Lakewood, Ohio, Estados Unidos de América, comercializa estos materiales bajo la denominación de clase de materiales eGraf® SpreaderShield.

Los grafitos se componen de planos de capas de matrices o redes hexagonales de átomos de carbono. Estos planos de capas de átomos de carbono dispuestos hexagonalmente son sustancialmente planos y están orientados u ordenados de manera sustancialmente paralela y equidistante entre sí. Las láminas o capas de átomos de carbono equidistantes, paralelas y sustancialmente planas, que normalmente se denominan capas de grafeno o planos basales, están ligadas o unidas y grupos de las mismas se configuran en cristalitos. Los grafitos altamente ordenados consisten en cristalitos de tamaño considerable, los cristalitos están altamente alineados u orientados entre sí y poseen capas de carbono bien ordenadas. En otras palabras, los grafitos altamente ordenados poseen un alto grado de orientación preferida de cristalito. Cabe destacar que los grafitos poseen estructuras anisotrópicas y, por consiguiente, exhiben o poseen muchas propiedades altamente direccionales, como por ejemplo una conductividad térmica y eléctrica.

Brevemente, se pueden caracterizar los grafitos como estructuras laminadas de carbono, es decir, estructuras que se componen de capas superpuestas o láminas de átomos de carbono unidas mediante fuerzas débiles de Van der Waals. A la hora de describir la estructura del grafito, normalmente se indican dos ejes o direcciones, a saber, el eje o dirección “c” y los ejes o direcciones “a”. Simplificando, se puede considerar el eje o dirección “c” como la dirección perpendicular a las capas de carbono. Se pueden considerar los ejes o direcciones “a” como las direcciones paralelas a las capas de carbono o las direcciones perpendiculares a la dirección “c”. Los grafitos apropiados para la fabricación de láminas de grafito flexible poseen un grado muy alto de orientación.

Como se ha indicado anteriormente, las fuerzas de unión que mantienen juntas a las capas paralelas de átomos de carbono son únicamente fuerzas débiles de Van der Waals. Se pueden tratar los grafitos naturales de tal manera que sea posible ampliar de forma apreciable el espaciado entre las capas o láminas de carbono superpuestas para proporcionar una marcada expansión en la dirección perpendicular a las capas, es decir, en la dirección “c”, formando así una estructura de grafito expandida o intumescida que retiene sustancialmente el carácter laminar de las capas de carbono.

Una escama de grafito (en inglés, graphite flake) que se ha expandido en gran medida y, más en concreto, que se ha expandido hasta alcanzar un grosor final o una dimensión de dirección “c” que es hasta 80 o más veces la dimensión de dirección “c” original, puede formarse sin el uso de un aglutinante en láminas cohesivas o integradas de grafito expandido, por ejemplo tejidos, papeles, tiras, cintas, láminas, esteras o similares (denominadas comúnmente “grafito flexible”) . Se estima que es posible, a partir de partículas de grafito que han sido expandidas hasta alcanzar un grosor final o dimensión de dirección “c” de hasta 80 veces o más la dimensión de dirección “c” original, formar láminas flexibles integradas por compresión, sin necesidad de utilizar ningún material aglutinante, gracias al acoplamiento o cohesión mecánicos que se consiguen entre las partículas de grafito expandidas en volumen.

También se ha constatado que, además de flexibilidad, el material de láminas, como se ha indicado anteriormente, posee un alto grado de anisotropía con respecto a la conductividad térmica, debido a la orientación de las partículas de grafito expandidas y de las capas de grafito expandidas sustancialmente paralelas a las caras opuestas de la lámina que son el resultado de una compresión elevada, por lo que resulta especialmente útil en las aplicaciones de difusión de calor. El material de lámina que se produce de esta manera posee una flexibilidad excelente,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo de visualización que posee un difusor de calor (10) , comprendiendo dicho difusor de calor al menos una lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliado con un área de superficie mayor que el área de superficie de esa parte de la superficie posterior (12) del dispositivo de visualización donde se genera un área localizada de temperaturas más altas; y comprendiendo el difusor de calor una superficie principal (14) en la sección que no está en contacto con el dispositivo de visualización, cubierta con un revestimiento protector (20) que resulta suficiente para impedir la descamación de las partículas de grafito; en el que dicho revestimiento protector comprende un material termoplástico.

2. El dispositivo de visualización de la reivindicación 1, en el que el dispositivo de visualización es un dispositivo de visualización emisor, y al menos una lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliado posee un área de superficie mayor que el área de superficie de esa parte de la célula de descarga orientada hacia la superficie posterior (12) del dispositivo de visualización emisor.

3. El dispositivo de visualización de la reivindicación 2, en el que el dispositivo de visualización emisor comprende una pantalla de plasma.

4. El dispositivo de visualización de la reivindicación 3, en el que al menos una lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliado posee un área de superficie mayor que el área de superficie de esa parte de una pluralidad de células de descarga orientadas hacia la superficie posterior (12) de la pantalla de plasma.

5. El dispositivo de visualización de cualquiera de las reivindicaciones comprendidas entre la 1 y la 4, en el que el difusor de calor (10) comprende un laminado que a su vez comprende una pluralidad de láminas de partículas comprimidas de grafito exfoliado.

6. El dispositivo de visualización de la reivindicación 5, en el que el laminado comprende capas de un material no grafítico.

7. El dispositivo de visualización de cualquiera de las reivindicaciones comprendidas entre la 1 y la 6, en el que el revestimiento protector (20) no posee un grosor superior a aproximadamente 0, 025 mm.

8. El dispositivo de visualización de la reivindicación 13, en el que el revestimiento protector (20) resulta eficaz para aislar eléctricamente a la superficie principal revestida de al menos una lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliado.

9. El dispositivo de visualización de la reivindicación 1, en el que al menos una lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliado posee superficies de borde (16a) y al menos una superficie de borde está cubierta con un revestimiento protector (20) que resulta suficiente para impedir la descamación de las partículas de grafito.

10. El dispositivo de visualización de la reivindicación 1, que además comprende una capa de adhesivo (30) interpuesta entre el revestimiento protector (20) y al menos una lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliado.

11. El dispositivo de visualización de la reivindicación 1, que además comprende una capa de recubrimiento adherida a una superficie del mismo para interponerse entre la lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliado y el dispositivo de visualización.

12. El dispositivo de visualización de la reivindicación 11, en el que la capa de recubrimiento comprende un metal.


 

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