KR101066415B1 - 엘이디 램프용 방열 도료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘이디 램프의 외부 케이스 혹은 방열판에 코팅하는 엘이디 램프용 방열 도료에 있어서, 상기 방열 도료는 수지류와 금속 분말을 포함하며, 용제를 제외한 상태에서 금속 입자 40- 60 중량%, 수계용 폴리 우레탄 디스퍼션 수지 10-20 중량%, 기본으로 하고 전도성 고분자 수지 10-20 중량% 혹은 내열성 고분자 수지 10-20 중량%를 포함하고, 여기에 왁스 1-5 중량% 와 중점제 1 중량%를 포함하고, 상기 조성물을 100으로 하였을 때 상기 조성물의 1배 내지는 2배의 수계 혹은 유기 용제를 더 포함하여 교반하여 도포함으로써 엘이디 램프의 외부 케이스 혹은 방열판에 코팅하는 방열 도료의 조성에, 방열 효과를 개선한 고분자 수지 혹은 내열성 고분자 수지 혹은 금속 입자 성분비 확대를 위한 탄성체 수지를 첨가하여, 엘이디 램프의 특성에 맞는 방열 도료를 제조할 수 있게 된다.

Description

엘이디 램프용 방열 도료{THE HEAT RELEASE PAINT FOR THE LED LAMP}

본 발명은 엘이디(LED) 램프(lamp)에서 외부 케이스를 통한 방열을 향상시키기 위해, 상기 외부 케이스에 코팅하는 방열 도료의 조성과 특성을 향상시키는 방열 도료에 관한 것이다.

종래의 엘이디(LED) 램프는 열이 많이 발생되며, 따라서 시스템 내부 열을 외부로 확산시키지 못하면 시스템 안정성에 심각한 우려를 제공하며, 이러한 열은 제품의 수명 단축이나 고장 오동작 등을 유발할 수 있다.

그래서, 시스템 내부의 열을 방출하거나 냉각시켜야 한다. 종래 이러한 열을 효율적으로 제어하기 위한 방법들이 많이 시도되었으며, 히트싱크, 히트파이프, 냉각팬을 사용하는 것이 일반적이었다. 그러나, 전자기기의 성능향상, 경량화, 슬림화 등에 의해 사용에 제약이 따를 뿐만 아니라 성능향상이 요구된다.

또한, LED 램프의 경유 야외에 사용하거나, 주변의 디자인과 조화를 이루기 위해서는 LED 램프 케이스 외부 표면 도료를 코팅하게 되는 경우가 많다. 하지만. 도료 물질은 통상 수지막을 형성하는 것이므로, LED 램프의 방열 특성을 저하하게 된다. 따라서 LED 램프는 열을 많이 발생하는 소자를 사용하는 발광장치이므로, Lㅅr기 도료에 열을 방출하는 기능을 부여할 필요가 있게 된다.

본 발명에서는 LED 램프의 외벽에 코팅되는 도료로서, LED 램프의 특성에 맞는 방열 특성을 갖도록 하는데 그 목적을 두고 있다. 이때, LED 램프는 열이 많이 발생하는 특성을 가지므로, 뛰어난 방열 효과를 가짐은 물론 고온에서도 견딜 수 있는 방열 도료를 제공함을 목적으로 하고 있다.

상기 목적은, 엘이디 램프의 외부 케이스 혹은 방열판에 코팅하는 엘이디 램프용 방열 도료에 있어서, 상기 방열 도료는 용제를 제외한 상태에서 40 ~ 60 중량%의 금속 입자 분말과, 10 ~ 20 중량%의 수계용 폴리 우레탄 디스퍼션 수지와, 10 ~ 20 중량%의 전도성 고분자 수지 및 10 ~ 20 중량%의 내열성 고분자 수지와10 ~ 20 중량%의 탄성체 수지 중에서 선택된 하나의 수지를 포함하는 수지류와, 1 ~ 5 중량%의 왁스 및 1 중량%의 중점제로 구성되며, 용제를 제외한 상기 수지류, 상기 금속 입자 분말, 상기 왁스 및 상기 중점제로 이루어진 조성물을 기준으로 한 배 내지 두 배의 수계 혹은 유기 용제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 램프용 방열 도료에 의해 달성 가능하다.

상기 전도성 고분자 수지는 폴리에틸렌 디옥시씨오펜(polyethylene dioxythiophene) 혹은 Baytron M 이다.

또한, 탄성체 수지는 Ethylene Propylene Diene Monomer), EPM(Ethylene PropyleneMonomer), EPD(Ethylene Propylene Dicyclo pentadiene) 중에 하나이다.

본 발명에 따르면, 엘이디 램프의 외부 케이스 혹은 방열판에 코팅하는 방열 도료의 조성에, 방열 효과를 개선한 고분자 수지 혹은 내열성 고분자 수지 혹은 금속 입자 성분비 확대를 위한 탄성체 수지를 첨가하여, 엘이디 램프의 특성에 맞는 방열 도료를 제조할 수 있게 된다.

도 1은 방열 효과를 측정하는 실험 실시예이다.
도 2는 방열 도료가 코팅되는 엘이디 램프의 한예를 나타내는 도면이다.
도 3은 방열 도료가 코팅되는 방법을 타나낸 도면이다.
도 4는 방열성을 더 높이기 위한 실시예의 도면이다.
도 5는 표면 거칠기를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 방열 도료를 코팅한 엘이디(LED) 램프에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은 엘이디 램프의 방열판 혹은 외부 케이스에 방열 도료를 코팅하는 것을 특징으로 한다. 따라서 먼저 본 발명에서 사용되는 방열 도료를 실시예를 통해 설명하고자 한다.

먼저, 본 발명의 방열 도료의 조성물의 기본 조성은 다음과 같다.

수지 및 용제 15 내지 25중량%의 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지, 25 내지 20중량%의 알코올계 용제 및 1 내지 5중량%의 폴리아마이드 왁스, 0.2 내지 1중량%의 셀룰로오즈 증점제 또는 이들의 혼합물로 구성된 조성물 전체 중량의 30 - 50 % 은 금속 입자이다. 그리고 상기 수계 용제 대신 유기 용제를 사용할 수 있고, 특성 강화를 위해 유기 전도성 고분자 혹은 내열 플라스틱을 함유 할 수가 있다.

한편, 본 발명은 목적에 따른 특성 향상을 위해 별도의 물질을 더 추가하여 LED 램프가 가져야 하는 특성을 갖는 방열 도료를 얻고자 함이며, 그에 대한 다음의 실시예와 함께 본 발명을 설명하고자 한다.

- 실시예 1 -

실시예 1은 통상의 방열도료 조성물질에, 전도성 고분자의 조성을 더 첨가하는 것을 특징으로 한다. 통상 본 발명의 기본 조성물질의 예는 다음과 같다. 즉, 본 발명의 코팅제 조성물은 전체 중량대비 30 내지 50중량%의 무기 물질 플레이크, 혹은 무기 물질 분말 또는 이들의 혼합물, 15 내지 25중량%의 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지, 25 내지 40중량%의 알코올계 용제, 1 내지 5중량%의 폴리아마이드 왁스, 및 0.2 내지 1중량%의 셀룰로오즈 증점제 또는 이들의 혼합물로 이루지는 것을 특징으로 한다. 이때 무기 물질로 알루미늄 혹은 산화 알루미늄을 사용한다.

그리고, 본 발명의 기본 조성물의 실시예에서 일부 조성 비율을 변화시킬 수 있으며. 그 예는 다음과 같다. 즉, 35 내지 45중량%의 무기 물질 플레이크 혹은 무기 물질 분말 또는 이들의 혼합물, 15 내지 20중량%의 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지, 35 내지 40중량%의 알코올계 용제 및 3 내지 4중량%의 폴리아마이드 왁스, 0.2 내지 0.5중량%의 셀룰로오즈 증점제 또는 이들의 혼합물로 이루어진다.

한편, 본 발명에서는 방열 특성을 더 강화시키고, 내열성 특성도 강화 시킴을 그 기본 특징으로 하고 있다.

따라서, 본 발명에서는 방열 특성을 더 강화 시키기 위해 상기 기본 조성에 전도성 고분자를 더 사용하게 된다. 즉, 유기 전도성 고분자를 5 -10 % 정도를 상기 기본 조성에 더 혼합하는 것이다. 전도성 고분자 수지를 더 함유하는 만큼 상기 기본 조성에서 폴리우레탄 디스퍼션 수지와 폴리아미드 왁스의 조성 성분의 비율이 줄어들게 되는 것이다.

그리고, 유기 전도성 고분자는 도전성을 유지시켜 전자파 차폐의 기능을 극대화시키는 특성을 가진 고분자라면 그 어느 것을 사용하여도 무방하며, 바람직하게는 폴리에틸렌 디옥시씨오펜(polyethylene dioxythiophene)을 사용할 수 있으며, 특히 바람직하게는 Bayer사(독일)에 의해 시판되는 Baytron M 등을 사용할 수 있다.

참고적으로 유기 전도성 고분자는 전자의 움직임이 활성화되었기 때문에, 방열 특성도 더 뛰어 나게 된다.

또한, 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지는 신율, 부착성, 상용성이 우수하여야 하며, 그 예로는 AVECIA사(영국)에 의해 시판되는 알리파틱 폴리에스터 타입의 NeoRez R-550, NeoRez R-972, NeoRez R-981, 알리파틱 폴리에테르 타입의 NeoRez R-987 등, BF Goodrich사(독일)에 의해 시판되는 알리파틱 폴리에스터 타입의 Sancure 777, Sancure 815, Sancure 825, Sancure 843, Sancure 899 등이 있다.

또한 분말이나 도료의 얽힘 현상을 방지하기 위하여, 일반적으로 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지에서는 아크릴 증점제, 우레탄 증점제 및 비우레탄 증점제 등을 마스터 배치(Master batch)로 사용하지만, 코팅제의 점도를 상승시키지 못한다. 따라서 본 발명에서는 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지에 유기 용제 타입의 증점제 및 침강 방지제로 사용되는 폴리아마이드 왁스, 알칼리 스웰러블(swellable) 형 셀룰로오즈 증점제 또는 이들의 혼합물을 마스터 배치로 직접 혼입하여 사용함으로써, 분산을 좋게 하고 작업 중의 흩날림을 방지할 수 있으며, 아울러 저장 안정성의 문제점을 해결하였다.

상기 폴리아마이드 왁스는 폴리아마이드계 고분자라면 그 어느 것을 사용하여도 무방하며, 상기 알코올계 용제로서 저급 알킬 알코올을 사용할 수 있으며, 바람직하기는 에틸 알코올, 메틸 알코올, 이소프로필 알코올 등을 사용할 수 있다.

특히 코팅제 조성물 제조시 용제를 선정함에 있어서, 알코올의 종류에 따른 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지의 희석성 차이로 인하여 최종 코팅제의 점도가 많은 차이를 보이기 때문에 알코올 용제의 희석비를 실험적으로 잘 선택하여야 하며, 바람직하기는 코팅제에 포함되는 전체 용제 대비 40 내지 45중량%의 메틸 알코올, 40 내지 45중량%의 에틸 알코올, 10 내지 20 중량%의 이소 프로필 알코올을 사용할 수 있다.

- 실시예 2 -

실시예 2는 고온에도 견디는 특성을 갖도록 하기위해, 방열 도료의 조성에 내열 플라스틱을 함유하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기본 조성물질의 예는 다음과 같다. 즉, 35 내지 50중량%의 무기 물질 플레이크 혹은 무기 물질 분말 또는 이들의 혼합물, 15 내지 20중량%의 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지, 및 3 내지 4중량%의 폴리아마이드 왁스, 0.2 내지 0.5중량%의 셀룰로오즈 증점제 또는 이들의 혼합물로 이루어진다. 그리고, 여기에 유기 전도성 고분자를 5 -10 % 정도를 상기 기본 조성에 더 혼합하는 것이다. 이때. 전도성 고분자 수지를 더 함유하는 만큼 상기 기본 조성에서 폴리우레탄 디스퍼션 수지와 폴리아미드 왁스의 조성 성분의 비율이 줄어들게 되는 것이다. 이때 무기 물질로 알루미늄 혹은 산화 알루미늄을 사용한다.

한편, 본 발명은 내열 특성을 강화시키기 위해, 내열 플라스틱을 더 혼합하는 것을 특징으로 한다. 고효율의 LED 램프가 사용될 경우 그 온도는 백수십도 이상에 장기간 노출될 가능성이 매우 높게 된다. 따라서, 도료의 내열 특성을 강화 시키기 위해 내열성 수지를 더 첨가하게 되는 것이다. 이러한 내열성 수지로는 폴리에테르에테르케톤(PEEK, Polyether ether ketone), 서모플라스틱폴리이미드(TPI, thermoplastic polyimide), 폴리에테르이미드(PEI, Polyether imide), 폴리에테르술폰(PES, Polyether sulfone), 폴리아크릴설폰(PAS, Polyacrylsulfone) 등이 있다. 그리고 상기 내열성 플라스틱 소재중에서 한가지를 선택하거나 두가지 이상을 혼합하여 사용할 수 있음은 물론이다. 상기 내열성 수지도 5 -10 % 정도를 첨가하게 되며, 그렇게 되면 다른 수지류를 내열성 수지가 첨가되는 양 만큼 줄이게 되는 것이다.

그리고, 상기 내열 플라스틱 수지를 사용함으로써 알콜계 용매 대신, 유기 용매를 사용하며, 유기용매로는 톨루엔, 노말헥산, 시클로헥산, 펜탄, 크실렌, 이소옥탄, 헵탄 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 사용될 수 있고, 25 내지 40중량% 로 혼합하게 된다. 물론 상기 유기 용매는 휘발성이 매우 뛰어나므로 혼합성을 강하하기 위하여 그 첨가량을 20 -30 % 정도 증가시켜도 된다. 그러므로 막 두께의 조절을 위해 유기용매의 함량을 증가시킬 수 있음은 당연하다.

즉, 유기 용매이 첨가량을 증가시키게 되면, 도포되는 도료의 막 두께는 상대적으로 얇아지게 되는 것이다. 물론 건조 시간은 더 길어지게 되는 단점은 존재하게 된다.

- 실시예 3 -

실시예 3은 다양한 방열 특성을 갖는 무기입자를 선택하여 상품성을 높이고자 하는 것이다. 통상 방열 기능을 제공하는 성분으로서 산화알루미늄(Al2O3), 질화붕소(BN), 탄화규소(SiC), 질화규소, 산화베릴륨(BeO), 질화알루미늄(AlN), 탄소나노튜브(CNT), 그라파이트(Graphite), 등이 해당될 수가 있다. 그리고 상기 무기물 중에서 하나 혹은 두 개 이상을 선택하여 사용이 가능하다.

한편, 상기 입자들의 크기는 10㎛ 이하, 바람직하기로는 0.1~5㎛인 것을 사용하는 것이 좋다.

한편 단일 성분의 금속 입자의 사용도 가능한데 그 예로는 다음과 같다. 즉, 알루미늄(Al), 아연(Zn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), Sn(주석) 등이 사용될 수 있다. 그리고 당연히 상기 단일 금속의 산화물, 유화물등의 사용이 가능하다.

또한 그밖에 산화물로는 지르코니아(ZrO2), 실리카(SiO2), 지르콘(ZrSiO4), 마그네시아(MgO), 이트륨(Y2O3), 코지라이트(2MgO·2Al2O3·5SiO2), β스포듀민(Li2O·Al2O3·4SiO2), 멀라이트(Al2O3·3SiO2), 티탄산알루미늄(Al2O3·TiO2)등의 사용이 가능하다.

그리고, 상기 무기 고형물중에서 하나 그 이상을 선택한 다음, 앞의 실시예에 해당되는 물질을 혼합하여 사용하게 되는 것이다.즉, 즉, 35 내지 45중량%의 무기 물질 플레이크 혹은 무기 물질 분말 또는 이들의 혼합물, 15 내지 20중량%의 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지, 및 3 내지 4중량%의 폴리아마이드 왁스, 0.2 내지 0.5중량%의 셀룰로오즈 증점제 또는 이들의 혼합물로 이루어진다. 그리고, 여기에 유기 전도성 고분자를 5 -10 % 정도를 상기 기본 조성에 더 혼합하는 것이다.

한편, 내열성 수지로 폴리에테르에테르케톤(PEEK, Polyether ether ketone), 서모플라스틱폴리이미드(TPI, thermoplastic polyimide), 폴리에테르이미드(PEI, Polyether imide), 폴리에테르술폰(PES, Polyether sulfone), 폴리아크릴설폰(PAS, Polyacrylsulfone) 등을 5 -10 % 정도 더 첨가한다.

- 실시예 4 -

실시예 4는 상기 실시예 1을 기반으로 하는 즉 전도성 고분자를 혼합하는 것을 목적으로 한다. 금속 입자의 함량을 무리하게 높일 수 없으므로, 같은 고분자 수지중에서 상대적으로 방열특성이 좋은 전도성 고분자를 혼합하는 것을 특징으로 하는 것이다.

전도성 고분자는 수지내에 전자의 움직임이 활달하여 일반수지보다 방열 특성도 더 높게 되는 것이다.

하지만, 상기 실시예1에서 실시예 3 까지의 경우 수지의 성분비의 함량은 일정하게 정해질 수 있어도, 오히려 변화되는 조성 비율은 무기물 분말 함량일 수가 있다. 왜냐하면, 결국 열전도성을 높이는 방법은 무기물 입자의 함량을 높이는 것이기 때문이다. 그러나 무기물 입자의 함량이 너무 높으면 도료의 막 특성이 저하되므로, 최적화가 필요한 것이다. 그리고 무기물의 최적화 다음에 물질 자체에 방열 특성을 높이는 선택이 바로 고분자 수지인 것이다.

상기 실시예 1의 최적 조성비로서 실시예를 적어 보겠다. 용매를 제외한 중량 %는 다음과 같다. 즉, 50중량%의 알루미늄 혹은 구리 입자(0.1~5㎛), 25 중량%의 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지, 4.3 중량%의 폴리아마이드 왁스, 0.7 중량%의 셀룰로오즈 증점제 등을 혼합하고, 유기 전도성 고분자로 폴리에틸렌 디옥시씨오펜(polyethylene dioxythiophene)을 20 중량 %를 더 혼합한다.

그리고 상기 혼합물의 질량의 1배내지 2배의 바람직하기는 코팅제에 포함되는 전체 용제 대비 40 내지 45중량%의 메틸 알코올, 에틸 알코올, 이소 프로필 알코올 중에서 하나의 용제의 용제를 선택하여 혼합하게 된다.

그리고, 써스(SUS) 용기에 넣고 내용물을 2,000 내지 2,500rpm으로 30 내지 40 분간 고속 교반하고. 다음으로, 상기 혼합물을 아이거 밀(Eiger Mill)로 분산을 실시한다.

또한 실시예로서 전도성 고분자 수지의 함량을 더 높이기 위한 방법으로서 방열 특성을 더 높이기 위한 방법이다. 즉, 용매를 제외한 중량 % 로서, 50중량%의 알루미늄 혹은 구리 입자(0.1~5㎛), 15 중량%의 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지, 4.3 중량%의 폴리아마이드 왁스, 0.7 중량%의 셀룰로오즈 증점제 등을 혼합하고, 유기 전도성 고분자로 폴리에틸렌 디옥시씨오펜(polyethylene dioxythiophene)을 15 중량 %, 및 또 다른 유기 전도성 고분자 수지로서 Baytron M 더 혼합한다.

그리고, 상기 혼합물의 질량의 1배 혹은 2 배 정도의 메틸 알코올, 에틸 알코올, 이소 프로필 알코올 중에서 하나의 용제의 용제를 선택하여 혼합하게 된다.

한편, 상기 수계용 용제 대신에 유기 용제를 사용할 수 있음은 당연하며, 가장 추전될 수 있는 유기 용제로서 톨루엔, 노말 헥산을 사용할 수가 있고 사용량은 수계용 용제와 비슷하게 된다.

- 실시예 5 -

실시예 5는 실시예 2를 기반으로 한 조성물의 최적화 실시예를 적은 것이다. 즉, LED 램프의 특성을 고려한 방열 도료를 제조하고자 하는 것이다. 고온의 열을 발생하는 LED 램프가 장기간 방열 상태에 노출되어도 방열 도료의 특성을 그대로 유지하고자 함인 것이다.

본 발명의 기본 조성물질의 예는 다음과 같다. 50중량%의 알루미늄 혹은 구리 입자, 20중량%의 폴리우레탄 디스퍼젼 수지, 4.3 중량%의 폴리아마이드 왁스, 0.7중량%의 셀룰로오즈 증점제, 여기에 유기 전도성 고분자 중량 10 %, 15중량 %의 내열 플라스틱 수지를 사용하며, 사용되는 내열 플라스틱 수지로는 폴리에테르에테르케톤(PEEK, Polyether ether ketone)을 사용한다.

이때 내열 플라스틱 수지의 종류를 다양화 할 수 있으며, 즉 내열 플라스틱 수지의 함량 15%를 두가지 수지로서 맞출 수가 있다. 폴리에테르에테르케톤(PEEK, Polyether ether ketone) 7.5중량 % 와 폴리에테르이미드(PEI, Polyether imide) 7.5중량 %를 혼합하는 것이다.

또한, 상기 15중량%를 위해 3 가지의 내열 플르스틱을 5중량%씩 사용할 수 있으며, 추전되는 수지는 폴리에테르에테르케톤(PEEK, Polyether ether ketone), 폴리에테르이미드(PEI, Polyether imide), 서모플라스틱폴리이미드(TPI, thermoplastic polyimide)이다.

그리고, 상기 내열 플라스틱 수지를 사용함으로써 사용되난 유기용매로는 톨루엔, 노말헥산, 시클로헥산, 펜탄, 크실렌, 이소옥탄, 헵탄 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 사용될 수 있고, 상기 조성물을 100으로 할 때, 배 내지 2배 내외의 질량으로 혼합 사용할 수 있다.

실시예 5의 조성은 내열 특성을 강화로서 120도 이상에 노출되어도 충분한 방열 도료의 성능을 나타내고자 하는 것이다.

이때 내열성 고분자는 볼밀로 세밀하게 갈아 그 입자가 1㎛이내가 되도록 간다. 그런다음 강한 유기 용매를 첨가한루 2,000 내지 2,500rpm 고속으로 10 시간 이상 교반하여 거의 콜로이드 상태가 될정도로 교반한다. 즉 내열성 고분자의 미세한 입자와 용매를 콜로이드 상태까지 되도록 교반한 다음에, 다른 혼합물을 첨가하여 교반하는 것이다. 최종적으로는 아이거 밀(Eiger Mill)로 분산을 실시한다. 즉 내열성 플라스틱을 사용할 때에는 오랫동안의 추가 교반과 분산이 필요한 것이다.

- 실시예 6 -

일반적으로 금속 입자가 방열 특성이 좋으며, 수지류는 방열 특성에 있어서 금속 입자를 따라가기는 어렵다. 그러므로 방열 도료의 방열 특성을 높이기 위해서는 금속 입자의 비율을 높이는 방법이 가장 효과적이다. 그러나 금속입자의 비율을 높이면 도료막 표면의 부착성이 약해지게 된다.

이러한 문제점을 보강하기 위해 탄성력 있는 열 가소성 수지를 혼합하는 것을 특징으로 한다. 즉, 금속 입자를 60%까지 혼합하는 대신 탄성체 수지 혼합하고 또한 전도성 고분자까지 혼합함으로써 방열성을 특별히 강화시킨 방열 도료의 조성물을 제안하는 것이다.

즉, 본 발명의 코팅제 조성물은 전체 중량대비 50 내지 60중량%의 무기 물질 플레이크, 혹은 무기 물질 분말 또는 이들의 혼합물(여기서는 알루미늄을 추천한다.), 10 내지 20중량%의 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지, 1 내지 5중량%의 폴리아마이드 왁스, 및 0.2 내지 1중량%의 셀룰로오즈 증점제를 혼합하고, 여기에 전도성 고분자 10 내지 20 중량%를 혼합하고 또한 탄성 수지 10 내지 20중량%를 포함하게 되는 것이다.

그리고, 상기 혼합물을 100이라고 가정할 때, 상기 혼합물의 1배 내지는 2배 정도의 유기 혼합물을 사용하게 된다.

한편, 탄성력 있는 수지로는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer), EPM(Ethylene PropyleneMonomer), EPD(Ethylene Propylene Dicyclo pentadiene)를 사용할 수가 있는 것이다.

그리고, 첫 번재 실시예로서는 전도성을 확실히 강화시키는 방열 도료의 조성으로는, 60중량%의 무기 물질 플레이크, 혹은 무기 물질 분말 또는 이들의 혼합물(여기서는 알루미늄을 추천한다.), 10 중량%의 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지, 2.5 중량%의 폴리아마이드 왁스, 및 0.5 중량%의 셀룰로오즈 증점제를 혼합하고, 여기에 전도성 고분자 15 %를 혼합하고 또한 탄성 수지 12중량% 를 포함하게 되는 것이다. 그리고, 상기 혼합물을 100이라고 가정할 때, 상기 혼합물의 1배 내지는 2배 정도의 유기 혼합물을 사용하게 된다.

한편, 두 번째 실시예로서는 또 무기 입자의 조성을 더 강화시킨 조성물 실시예로는 65중량%의 무기 물질 플레이크, 혹은 무기 물질 분말 또는 이들의 혼합물(여기서는 알루미늄을 추천한다.), 7.5 중량%의 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지, 2.5 중량%의 폴리아마이드 왁스, 및 0.5 중량%의 셀룰로오즈 증점제를 혼합하고, 여기에 전도성 고분자 12.5 %를 혼합하고 또한 탄성 수지 12중량% 를 포함하게 되는 것이다. 그리고, 상기 혼합물을 100이라고 가정할 때, 상기 혼합물의 1배 내지는 2배 정도의 유기 혼합물을 사용하게 된다.

상기와 같이 전도성 고분자를 함유함과 동시에 금속 입자를 65%까지 함유함으로서 방열 성능을 최대한 높이는 방열 도료막의 조성 혼합물을 제안할 수가 있는 것이다.

본 발명에서 위와 같은 조성물을 제안하고, 각 조성물에 따른 특성을 측정하였다.

물론 방열성을 더 강화시키기 위해서는 알루미늄 대신 은을 사용할 수가 있다 실질적으로 은이 알루미늄보다 발열 성이 더 좋기 때문이다, 그러나 가격 상승의 요인이 발생할 수 있으므로 특수 용도에 사용이 가능하리라 본다. 만일 은을 사용하게 된다면, (독일)에 의해 시판되는 Silver Flake SF 7, Silver Flake SF 7E, Silver Flake SF 7M, Silver Flake SF 65, Silver Flake SF 67, Silver Flake SF 70, Silver Powder SP I-D, Silver Powder SP K-NJ, Silver Powder SP L, Silver Powder SP S 등이 소재가 추천되어 진다.

- 실시예 7-

실시예 7에서는 본 발명에서 제시한 조성물에 대해 몇가지 특성 테스트를 실시하였다.

(1)방열 조건 실험

측정 조건은 도 1에 나타난 바와 같다. 즉 정해진 조건의 전기를 가하고 온도가 상승되는 정도를 측정하여 각 시료간의 방열도를 측정하게 되는 것이다.

발열체는 알루미늄 금속판으로 하여 그 크기를 30mm(세로) x 7mm(가로) X 1(두께)로 하였고, 상기 금속 양쪽 끝단에 도 1에서처럼 다음과 같은 전원을 공급하였다.

“소비 전력 : 3.29W (DC 4.7V, 0.70A)”

그런 다음 도 1에서처럼 다른 끝단의 온도를 측정하는 것이다. 만일 방열이 잘 되었으면 온도는 상대적으로 낮아지게 된다. 이때, 측정 값의 객관성을 유지하기 위해 실내 온도는 30℃를 유지하도록 하였다. 그리고 온도 측정 시간은 전기를 가한 다음 10 초후에 실시하였다.

실시예 4의 최적 실시예는 70도를 나타내었고, 실시예 5의 최적실시예도 70도를 나타내었으면, 실시예 6에서 첫 번째 실시예는 50도를 나타내었고 실시예 6의 두 번재 실시예는 40도를 나타내었다.

물론 일반 도료를 사용하면 온도는 110도 정도로 급격히 올라가게 된다.

예상대로 실시예 6의 두 번째 도료가 방열효과가 가장 뛰어났다.

(2) 부착성 실험

본 발명 조성의 또 다른 목적으로는 방열 효과를 높이기 위해 금속 입자의 함량을 높이면서 부착성은 그대로 유지하도록 하는 것을 특징으로 한다, 이를 위해 실시에4와 실시례 6을 비교하여 본다.

또한 내열 플라스틱을 사용한 실시예 5의 최적 조성물을 각가 측정하여, 내열 플라스틱을 사용한 경우와 탄성 수지를 사용한 경우의 특성을 비교해 볼 수가 있는 것이다.

코팅 소재는 알루미늄 기판을 사용하였으며, 여기에 부착성 시험을 측정한 것이었다. 스프레이 코팅(Spray coating, 분무압 4kgf/㎠)으로 건조도막 20㎛ 도포한 후 60℃에서 1시간 정도 충분히 건조시킨 후 부착성 시험(Cross Tape Method, 1㎜/1㎜, 100/100)을 실시하였다. 그리고, 기준은 아래와 같다.

◎ : 100/100 ○ : 99/100 - 90/100

△ : 90/100 - 80/100 × : 80/100 이하

실시예 4와 실시예 5 및 실시예 6의 두가지 조성물 모두 “◎” 결과를 얻어 매우 양호한 결과를 얻었다.

(3) 내습 환경 시험

도막의 내습성 시험으로 85℃, 85%R.H.에서 7일 경과 후 저항값의 변화를 저항 측정기(Lowresta-GP)로 측정하였다.

◎ : 기존 저항값 ± 5%이내 ○ : 기존 저항값 ± 20%이내

△ : 기존 저항값 ± 30%이내 × : 기존 저항값 ± 40%이내

실시예 4와 실시예 5 및 실시예 6의 두가지 조성물 모두 저항 값에서 ± 5%이내의 변화를 보여 매우 양호한 결과를 얻었다.

(4) 저장 안정성 시험

코팅제 조성물을 60℃에서 168시간 방치할 경우 침강의 상태를 측정하였다. 침강 상태는 육안 판정으로 측정하였다.

◎ : 우수 ○ : 양호

△ : 보통 × : 불량

실시예 4와 실시예 5 및 실시예 6의 두가지 조성물 모두 우수한 상태를 나타내여 양호한 결과를 얻었다.

(5)내열성 실험

본 발명에서는 내열성 플라스틱을 사용하여, 내열성 실험을 실시하였다. 즉, 방열 실험에서 사용한 조건과 똑같은 크기의 알루미늄 기판에 스프레이 코팅(Spray coating, 분무압 4kgf/㎠)으로 건조도막 20㎛ 도포한 후 60℃에서 1시간 정도 충분히 건조시킨 시험 시료를 만들었다. 그리고 150도 온도에서 5 시간 이상방치한 후 부착성 및 저항 변화 및 방열 실험을 실시하였다.

부착성 실험은 앞의 실험예와 같고, 방열 실험도 앞의 실험예와 같다, 그리고, 저항 변화 실험은 저항기를 가지고 측정한 것이다.

실시예 4와 실시예 5 및 실시예 6의 두가지 조성물 모두 우수한 상태를 나타내여 양호한 결과를 얻었다. 실시예4와 실시예 6의 경우 부착성에서 “○ : 99/100 - 90/100”로서 고온에서 약간의 특성 저하를 보였으나 양호한 상태를 보여 제품화에는 문제 없음을 보였다.

그리고, 실시예 5에서는 부착성 실험에서 차이가 없이 우수한 결과를 보였다.

따라서, 본 발명에서는 전도성 고분자 수지를 사용하여, 방열성을 높이는 효과를 보일 수 있었으며, 또한 내열 플라스틱을 사용하여 고온에서도 방열 효과를 그대로 유지할 수 있음도 보였고, 탄성 수지를 사용하여 급속 입자의 함량을 더 높여도 부착성이 저하되지 않는 결과를 얻을 수가 있었다, 따라서 본 발명의 조성물을 통해 LED 램프의 특성에 맞는 방열 도료의 제작이 가능하게 되는 것이다.

이하 실시예 도면을 참고하여 설명한다.

도 1은 방열 효과를 측정하는 실험 실시예이다.

발열체(80)는 알루미늄 금속판으로 하여 그 크기를 30mm(세로) x 7mm(가로) X 1(두께)로 하였고, 상기 금속 양쪽 끝단에 도면 에서처럼 다음과 같은 전원을 공급하였다. 즉, 전원 공급부(70)에서 “소비 전력 : 3.29W (DC 4.7V, 0.70A)”의 전원이 공급되면, 발열체는 온도가 올라가지만 방열에 의해 온도가 충분히 올라가지는 않게 된다. 이대, 전원 공급부 반대 쪽에 센서 접촉부(80)를 통해 온도를 측정하며, 온도 측정은 통상의 온도 측정기를 사용하였다.

만일 일반 도료를 사용하면 온도는 상당히 올라가지만 방열 효과가 있는 도료를 사용함으로써 온도 상승히 급격히 되지 않고 있다.

이때, 측정 값의 객관성을 유지하기 위해 실내 온도는 30℃를 유지하도록 하였다. 일정 온도를 유지하기 위해 밀폐된 공간에서 실험하였으며 이를 위해 용기 케이스(100)를 준비하여 그 안에서 실험하였다. 그리고 온도 측정 시간은 전기를 가한 다음 10초 후에 실시하였다.

도 2는 방열 도료가 코팅되는 엘이디 램프(10)의 한예를 나타내는 도면이다.

도면에서처럼 배면의 외부 케이스(40)에는 방열판(20)이 구비된다. 상기 방열판(20)은 엘이디 램프의 방열효과를 높이기 위해 핀(fin) 형태로 방열판(20)을 만들게 된다. 즉 공기와의 접촉 면적을 늘여서 방열 효과를 더 갖도록 한 것이다.

그리고, 상기 엘이디 램프의 외부 케이스(40)와 방열판(20)에 본 발명의 방열 도료를 코팅하게 되는 것이며, 그렇게 되면 방열핀 효과를 극대화하여 엘이디 램프의 열손실을 최소화할 수 있는 것이다.

도 3는 방열 도료가 코팅되는 방법을 타나낸 도면이다.

본 발명의 실시예에서는 방열 도료를 엘이디 램프의 외부 케이스에 코팅할 때에 통상 방열 도료는 단층으로 코팅하며, 그 두께는 30 μm 정도가 적당하다.

너무 두꺼우면 방열성이 떨어지고 너무 얇으면 피막 효과가 떨어지기 때문에 적당한 두께를 고려하게 되는 것이다.

이때, 고체 입자의 함량비에 따라 방열성이 차이가 나는데 일반적으로 고체 입자가 많을수록 방열성은 높아지지만, 고체 입자가 너무 많으면 도료의 접착성은 떨어지게 되는 것이다.

따라서, 이러한 부분을 보완하기 위해 도료층(50)을 3 개 층으로 나누어 코팅을 하게 된다. 즉, 외부 케이스와 직접 접촉하는 하부층(53), 외부에 노출되는 상부층(51) 및 가운데에 존재하는 내부층(52)이 존재하게 된다.

이때 내부층에는 전체 무게(방열도료 전체의 무게)에서 금속 입자가 차지하는 비율을 60% - 65% 정도까지 높게 할 수 있고, 하부층(53)가 상부층(51)은 금속입자가 차지하는 비율을 40- 50%가지 할 수 있다.

하지만, 내부층은 상부층과 하부층보다 3배 이상 두껍게 형성하여, 결과적으로 3 개층을 모두 포함해서 전체 방열 도료 내에서는 금속 입자의 함량을 고려하면, 금속 입자가 차지하는 비중이 더 증가되게 되는 것이다.

즉, 금속 입자의 비율이 높아지면 접착성이 떨어지므로 하부층과 상부층에만 금속 입자의 비율을 낮추고, 내부 층에만 금속 입자의 비율을 높여서, 방열 도료 전체에서 볼 때에는 금속 입자의 함량은 높이지만, 접착성을 그대로 유지하도록 하는 것이다.

도 4는 방열성을 더 높이기 위한 실시예의 도면으로. 금속 입자가 원형으로만 존재할 수도 있지만 판상형으로 존재할 수도 있게 된다. 그리고, 판상형으로 존재하게 되면, 적외선 방출의 효과가 증가되는 것은 당연하다.

LED 램프에서 외부 케이스에 열이 전달되는 방향은 외부 케이스 판과 직각 방향이므로, 판상형으로 존재하면 열이 전달되는 방향으로 적외선 방출이 증가되므로 결과적으로 방열효과가 증가되게 되는 것이다.

하지만, 판상형 금속 입자는 접착력이 떨어지게 된다. 따라서 접착력이 떨어지는 판형 금속 입자는 내부층에 존재하도록 하는 것이다. 또한 내부 층에 판형 입자가 존재할 때에도 판형 입자만으로는 접착력을 약해질 수 있으므로, 구형 입자를 혼합하게 된다.

따라서, 상기 내부층에서 판형 입자와 구형 입자의 비는 3: 1에서 10: 1 정도의 비로 판형 입자를 많이 사용하지만, 접착력을 위해 구형 입자를 일부 함유하는 형태를 취하게 되는 것이다.

즉, 판형 입자를 사용하여 열 방사율을 높이면서 엘이디 램프 외부 케이스에 도료의 접착력도 증가시키는 효과를 갖게 되는 것이다.

도 5는 표면 거칠기를 나타낸 도면이다.

엘이디 램프(10)의 외부 케이스(40)는 통상 알루미늄 같은 금속 재질로 만들고, 상기 외부 케이스 표면에 방열 도료를 코팅하는 것이다. 이때 방열도료를 코팅하기 전에 표면 처리를 하여야 한다. 즉, 산성, 알카리, 붕산 포름아미드법, 용융염법, 경질 피막, 착색 피막 등의 산화 처리법을 사용할 수 있다.

즉, 표면처리(Surface treatment)를 통해 금속재료 표면상에 이종 재질을 전기적, 물리적, 화학적 처리방법 등을 통해 보호표면을 생성시킴으로서 금속의 방청, 외관미화, 내마모성, 전기절연, 전기전도성 부여 등의 폭넓은 목적을 달성하게 된다.

따라서, 전기도금 (Electric plating), 산화피막, 화학작용에 의한 피막처리, 무전해도금 등을 사용할 수 있다. 그 밖에 도료처리, 도장처리, 비금속용사, 합성수지 용사처리, 세라믹 용사처리, 그라스 라이닝(GLASS LINING) 처리, 합성수지 라이닝(LINING), 코울타르 처리, 기타 금속 융사, 확산 침투 처리, 금속 도금등 다양한 방법이 사용된다,

그리고, 이러한 표면 처리를 위해 전처리를 하여야 하며, 알루미늄재료의 소재표면에는 압연류, 이형재, 부유물등 이물질이나 산화막이 존재하며 이를 제거 하지 않으면 표면처리에 있어서 균일한처리에 문제가 있으며, 피막의 밀착성 에 떨어진다. 따라서 이것을 제거하는 것이 표면처리에 있어서 필수적이다. 이와 같은 목적에 따라 다양한 전 처리 방법이 있다.

한편, 상기와 같이 표면 처리를 한 다음에 방열 도료를 코팅하게 되면, 방열 도료의 코팅 효과가 증가됨은 당연하다.

그리고, 마찬가지로 코팅후의 표면 처리도 매우 중요하다. 표면이 거칠면, 먼지나 이물질이 부착되기가 쉽고 미관상 상품성도 떨어지기 때문이다.

그러므로 이 부분에서는 표면 거칠기를 나타내는 조도의 중요성이 매우크다. 본 발명에서는 가장 낮은 곳에서 가장 높은 곳까지의 높이를 취하고 이때의 최고값 을 Rt라 하고, 최저값을 Rv로 표시할 때, Rt에서 Rv 값의 차이를 수치로 나타낼 수 있게 된다. 그리고, 값을 6.5 μm 이하로 관리한다.

이 값은 표면 거칠기 기호로 ▽▽▽와 같이 나타내기도 한다. 물론 한계 범위를 정해야 하며 그 한계범위는 1 μm 이상으로 하는 적이 적당하며 너무 작으면 가공에 한계가 부딪치기 때문이다. 따라서 최고값과 최저 값의 차이는 1- 6.5 μm 가 되는 것이다.

10 : LED 램프 20 : 방열판
40 : 외부 케이스 50 ; 도료층
70 : 전원 공급부 80 : 센서 접촉부

Claims (4)

1. 엘이디 램프의 외부 케이스 혹은 방열판에 코팅하는 엘이디 램프용 방열 도료에 있어서,
   상기 방열 도료는 용제를 제외한 상태에서
   40 ~ 60 중량%의 금속 입자 분말;
   10 ~ 20 중량%의 수계용 폴리 우레탄 디스퍼션 수지와, 10 ~ 20 중량%의 전도성 고분자 수지 및 10 ~ 20 중량%의 내열성 고분자 수지를 포함하는 수지류;
   1 ~ 5 중량%의 왁스; 및
   1 중량%의 중점제
   로 구성되며,
   용제를 제외한 상기 수지류, 상기 금속 입자 분말, 상기 왁스 및 상기 중점제로 이루어진 조성물을 기준으로 한 배 내지 두 배의 수계 혹은 유기 용제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 램프용 방열 도료.
   
2. 엘이디 램프의 외부 케이스 혹은 방열판에 코팅하는 엘이디 램프용 방열 도료에 있어서,
   상기 방열 도료는 용제를 제외한 상태에서
   40 ~ 60 중량%의 금속 입자 분말;
   10 ~ 20 중량%의 수계용 폴리 우레탄 디스퍼션 수지와, 10 ~ 20 중량%의 전도성 고분자 수지 및 10 ~ 20 중량%의 탄성체 수지를 포함하는 수지류;
   1 ~ 5 중량%의 왁스; 및
   1 중량%의 중점제
   로 구성되며,
   용제를 제외한 상기 수지류, 상기 금속 입자 분말, 상기 왁스 및 상기 중점제로 이루어진 조성물을 기준으로 한 배 내지 두 배의 수계 혹은 유기 용제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 램프용 방열 도료.
3. 삭제
4. 삭제

Images