Dispositivo de visualización con disipador térmico.

Un dispositivo de visualización que comprende:

a. un panel de visualización que incluye una pluralidad de fuentes de calor;

y

b. un difusor de calor (10) que comprende al menos una lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliadocon una primera superficie principal (12) y una segunda superficie principal (14); el difusor de calor posee unárea de superficie mayor que el área de superficie de un área localizada de temperatura más alta en lasuperficie posterior del panel de visualización, y en el que el difusor de calor recubre la pluralidad de fuentes decalor y sustancialmente la totalidad de la primera superficie principal (12) se encuentra en contacto térmico conel panel, y en el que además se incluye un adhesivo que adhiere la primera superficie principal (12) al panel devisualización y un revestimiento protector (20) ubicado en la segunda superficie principal (14),en el que el difusor de calor (10) es capaz de reducir la diferencia de temperatura entre las diferentesubicaciones en el panel de visualización.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11191427.

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:

  • B32B33/00 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. › Productos estratificados caracterizados por propiedades particulares o características de superficie particulares, p. ej. por revestimientos de superficie particulares (discontinuidades o rugosidades de superficie B32B 3/00 ); Productos estratificados concebidos para casos particulares no cubiertos por una sola otra clase.
  • B32B43/00 B32B […] › 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.
  • B32B9/04 B32B […] › B32B 9/00 Productos estratificados compuestos esencialmente por una sustancia particular no cubierta por los grupos B32B 11/00 - B32B 29/00. › que tienen una de tales sustancias como único componente o componente principal de una capa adyacente a otra capa de una sustancia específica.
  • 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.
  • F28F7/02 F28F […] › F28F 7/00 Elementos no cubiertos por los grupos F28F 1/00, F28F 3/00, ó F28F 5/00. › Bloques atravesados por conductos para medios que intercambian calor.
  • G06F1/20 SECCION G — FISICA.G06 COMPUTO; CALCULO; CONTEO.G06F TRATAMIENTO DE DATOS DIGITALES ELECTRICOS (computadores en los que una parte del cálculo se efectúa hidráulica o neumáticamente G06D, ópticamente G06E; sistemas de computadores basados en modelos de cálculo específicos G06N). › G06F 1/00 Detalles no cubiertos en los grupos G06F 3/00 - G06F 13/00 y G06F 21/00 (arquitecturas de computadores universales con programas grabados G06F 15/76). › Medios de enfriamiento.
  • G09F9/00 G […] › G09 ENSEÑANZA; CRIPTOGRAFIA; PRESENTACION; PUBLICIDAD; PRECINTOS.G09F PRESENTACION; PUBLICIDAD; CARTELES; ETIQUETAS O PLACAS DE IDENTIFICACION; PRECINTOS.Dispositivos de representación de información variable, en los que la información se forma sobre un soporte, por selección o combinación de elementos individuales (en los que la información variable se fija de manera permanente sobre un soporte móvil G09F 11/00).
  • G12B15/06 G […] › G12 DETALLES O PARTES CONSTITUTIVAS DE INSTRUMENTOS.G12B DETALLES DE CONSTRUCCION O PARTES CONSTITUTIVAS DE INSTRUMENTOS O DETALLES O PARTES CONSTITUTIVAS COMPARABLES DE OTROS APARATOS, NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR.G12B 15/00 Refrigeración. › por contacto con masas absorbentes o radiantes del calor, p. ej. baño refrigerante.
  • H01J11/02
  • H01J17/28 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 17/00 Tubos de descarga en atmósfera gaseosa con cátodos sólidos (H01J 25/00, H01J 27/00, H01J 31/00 - H01J 41/00 tienen prioridad; lámparas de descarga de gas H01T; convertidores del tipo Marx H02M 7/26). › Dispositivos de refrigeración.
  • H01J17/49 H01J 17/00 […] › Paneles de representación, p. ej. de electrodos cruzados.
  • H01J7/24 H01J […] › 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.
  • H01L23/36 H01 […] › H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctrica en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 23/00 Detalles de dispositivos semiconductores o de otros dispositivos de estado sólido (H01L 25/00 tiene prioridad). › Selección de materiales, o su forma, para facilitar la refrigeración o el calentamiento, p. ej. disipadores de calor.
  • H01L23/373 H01L 23/00 […] › Refrigeración facilitada por el empleo de materiales particulares para el dispositivo.
  • H05K5/00 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). › Envolturas, cajones o cajas para aparatos eléctricos (en general A47B; ebanistería de receptores de radio H04B 1/08; ebanistería de receptores de televisión H04N 5/64).
  • H05K7/20 H05K […] › 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-2426252_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Dispositivo de visualización con disipador térmico

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un difusor de calor que resulta útil para un dispositivo de visualización –como por ejemplo un panel de visualización 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– y a los problemas térmicos singulares que causan estos dispositivos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Un panel de visualización 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 del panel de visualización 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 un panel de visualización 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 del panel de visualización 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 del panel 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 del panel 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 del panel 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 los paneles de visualización 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 del panel de visualización 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 los paneles de visualización 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... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo de visualización que comprende:

a. un panel de visualización que incluye una pluralidad de fuentes de calor; y

b. un difusor de calor (10) que comprende al menos una lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliado con una primera superficie principal (12) y una segunda superficie principal (14) ; el difusor de calor posee un área de superficie mayor que el área de superficie de un área localizada de temperatura más alta en la superficie posterior del panel de visualización, y en el que el difusor de calor recubre la pluralidad de fuentes de calor y sustancialmente la totalidad de la primera superficie principal (12) se encuentra en contacto térmico con el panel, y en el que además se incluye un adhesivo que adhiere la primera superficie principal (12) al panel de visualización y un revestimiento protector (20) ubicado en la segunda superficie principal (14) ,

en el que el difusor de calor (10) es capaz de reducir la diferencia de temperatura entre las diferentes ubicaciones en el panel de visualización.

2. Dispositivo de visualización según la reivindicación 1, en el cual el difusor térmico comprende además una o varias superficies de borde (16a) y el revestimiento de protección (20) cubre una o varias de las superficies de borde.

3. Dispositivo de visualización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el adhesivo se selecciona de tal manera que en combinación con una doblez que se puede desprender anteriormente retirada, tenga una carga de desprendimiento media que no sobrepasa 40 gramos por centímetro a una velocidad de desprendimiento de un metro por segundo.

4. Dispositivo de visualización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el dispositivo de visualización comprende uno de entre un panel de visualización con plasma, de un dispositivo de cristal líquido, o de un panel con diodos electroluminiscentes.

5. Dispositivo de visualización según la reivindicación 4, en el cual un tamaño del panel de visualización de plasma es de 1 metro o más medido en diagonal.

6. Dispositivo de visualización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual cada fuente de calor de la pluralidad de fuentes de calor comprende una célula de descarga.

7. Dispositivo de visualización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el revestimiento de protección (20) comprende un termoplástico.

8. Dispositivo de visualización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el revestimiento de protección (20) aísla eléctricamente el difusor térmico (10) .


 

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