KR20100094908A - 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엘이디 조명기구에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 열이 발생하는 엘이디 피씨비(PCB) 기판 또는 엘이디 하우징 및 방열판, 반사 갓에 대하여 통풍이 되지 않는 실내공간에서도 방열이 원활하게 그라핀 방열부를 구비함으로써 송풍 팬 없이도 엘이디 점등에 따른 방열을 효과적으로 수행하여 상기 엘이디의 방열의 효율을 높혀 긴수명과 품질특성을 극대화하도록 하는 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 관한 것이다.
엘이디, 그라핀, 방열, 냉각, 전도체, 탄소

Description

그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구{Graphene Module and sticking Light Emitting Diode system}
본 발명은 상기하였듯이 그라핀 부재가 인설된 엘이디 조명기에 관한 것으로서,
특히 방열부재를 필요로 하는 피씨비(PCB), 반사 갓, 방열판, 하우징에 대하여 통풍이 안 되는 실내공간에서도 방열이 원활하게 이루어질 수 있는 그라핀 방열부를 구비함으로써 송풍 팬 없이도 엘이디 점등에 따른 방열을 효과적으로 수행하여 엘이디의 수명연장과 품질특성을 극대화하도록 하는 그라핀 방열부 재를 갖는 엘이디 조명기구에 관한 것이다.
본원의 엘이디(LED: Light Emitting Diode)는 종래의 타 광원에 비하여 소형이고 수명이 길뿐만 아니라 열을 발생하지않고 전기에너지가 열에너지의 변환 없이 빛에너지로 직접 변환되기 때문에 전력이 적게 소모되어 에너지 효율이 우수한 고휘도를 발하며 고속응답 특성을 지니고 있으므로 이러한 엘이디를 광원으로 하는 다양한 조명기구가 개발되고 있다.
그렇지만, 이러한 엘이디도 장시간 통풍이 되지 않는 실내공간 등에서 점등시 필연적으로 열이 발생하고, 방열이 원활하게 되지 못할 경우 엘이디의 수명을 단축하게 하고 조도가 급격하게 떨어지게 되므로 엘이디 조명기구의 실생활에서의 활용도 의 성패는 엘이디의 고열이 원활하게 방열 되는 조건을 전제로 하고 있으며 여러 가지의 기술들이 고안되고 있다.
종래의 엘이디 조명기구는 도 1에 도시된 바와 같이, 피씨비(PCB)에 복수의 엘이디가 설치되는 광원부와 상기 피씨비에 접합 되는 방열부재인 팬 및 상기 광원부 및 방열부재와 수용지지하는 하우징으로 구성되고, 상기 하우징에 피씨비와 전원을 연결하는 전원연결부가 구비되며 방열부재의 내부 공간에 송풍 팬을 설치하고 있다.
그러나 엘이디의 수명은 약 5만 시간임에 비하여 송풍 팬의 수명은 약 1만 시간에 그침으로 송풍 팬으로 인하여 엘이디 조명기구의 수명을 현저히 단축하게 하는 치명적인 문제점이 있으며, 소음이 발생하여 조용한 실내에서는 사용이 어렵고 또한, 송풍으로 인하여 방열 부재 표면에 먼지가 증착되므로 방열효율을 저하하는 문제점이 있었으며 또한, 외부에 설치되는 경우 방열부재에 형성되는 송풍통로를 통하여 습기, 벌레, 먼지 등이 램프 내부로 들어와 송풍 팬을 파손시키는 문제로 인하여 가로등과 같은 옥외 설치용으로는 사용이 불가능하고 다만 소음에 민감하지 않은 옥내로 설치범위가 국한되는 문제점이 있었다.
이와 같은 방열문제로 인하여 종래 기술의 일실시 예에서는 열 부하를 줄이기 위해 피씨비에 전류를 정격보다 적게 흐르도록 하기도 하지만 이 경우에는 엘이디의 밝기가 떨어지므로 엘이디의 수량을 증가시켜야 조명기구의 설정 조도를 맞출 수 있고 이에 따라 열을 발생하지않고 전기에너지가 낭비되며 엘이디 수량이 많아지므로 제조원가가 상승하는 문제점이 있었다.
본원의 엘이디 주변 부재 및 방열부재로 사용되는 그라핀은 탄소소재인 흑연을 나 노사이즈로 표면적을 넓힌 것으로 탄소층은 매우 안정적일 뿐 아니라 무엇보다 투명도가 뛰어나고 탄성이 좋으며 구리보다 100배 많은 전류가 흐르고, 실리콘보다 100배 빨리 전자가 이동하며, 어느 물질보다 열전도율이 큰 놀라운 특성이 있으며 상기 그라핀 표면에 형성된 미세한 기공들 사이의 상호작용에 의하여보다 많은 파장의 빛을 생산할 수 있는 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 관한 것이다.
그라핀(grgphene)을 설명하면 그라핀은 최근에 발견된 탄소의 동소체이며
그라핀은 벌집 모양의 격자로 배열된 평면 단일 층으로 구성되었고 수많은 독특한 물리적 성질 때문에 나노기술 연구진에 의해서 많은 주목을 받고 있다.
그라핀의 특성 중에 가장 흥미로운 것들은 대단한 상온 캐리어 이동도(carrier mobility)와 지극히 높은 열전도율이다. 그라핀은 뛰어난 전기전도와 열전도 성질이 있어서 전자장치, 상호연결자 그리고 열처리 분야 적용에 잠재력이 있다.
본원 발명은 제조비용절감과 긴 수명 갖출 수 있는 그라핀 방열 부재가 인설된 엘이디 조명 기구에 관한 것이며 통상의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 의하여 본원의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구를 용이하게 생산할 수 있는 것이다.
본원의 엘이디(LED: Light Emitting Diode)는 종래의 타 광원에 비하여 소형이고 수명이 길뿐만 아니라 열을 발생하지않고 전기에너지가 빛에너지로 직접 변환되기 때문에 전력이 적게 소모되어 에너지 효율이 우수하며 타광원에 비하여 고속응답 특징을 지니고 있다.
이러한 엘이디를 광원으로 하는 다양한 조명기구가 개시되어 있으나 엘이디의 직진성으로 인하여 빛이 일방향에서 점멸되므로 눈부심이 매우 심하여 시력을 손상시키고. 이러한 눈부심 방지를 위하여 다중의 필터가 수반되므로 빛 효율이 저하되
는 문제점이 있는 한편, 이러한 엘이디 조명기구는 대개 DC 전류를 사용하므로 상기 AC 전류 나사 결합식 소켓에는 적용이 불가능한 한계를 지니고 있었다.
한편, AC 전류를 이용하는 엘이디가 개시되어 있기도 하지만 가격이 고가이며 발열량이 많아서 방열장치의 규모를 대단히 크게 형성해야 하므로 기기의 부피 및 하중이 커져 점유공간을 많이 차지하고 취급 관리가 어려우며 제조원가가 고가로 되
고, DC 전류를 이용하는 일반 엘이디에 비하여 에너지 효율이 저조한 문제점이 있었다.
본원발명 이전에 다수의 선행기술들이 개시되어있는데 출원번호 10-2007-0035259 발명의 명칭:무팬(無 ｆａｎ) 방열 엘이디 조명기구는 방열부재인 피씨부가 경사지게 연장형성되어 통풍이 되지 않는 실내에서도 방열이 원활하게 방열부를 구비함으로써 송풍 팬 없이도 엘이디 점등에 따른 방열을 효과적으로 수행하는 방열부재를 갖는 엘이디 조명기구가 개시되어있는데 이는 금속이나 합성수지소재로 되어있고 무게가 많이 나가고 무엇보다 열전도율이 제한적이라는 문제점을 내포하고 있다.
본 발명은 상기하였듯이 고효율의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 관한 것으로, 상기 그라핀은 다른 금속, 유기고무나 실리콘과는 달리 분자구조 내 대기중의 산소, 오존, 자외선 등과 반응하여 균열을 발생케 하는 이중결합이 없기 때문에 내후성과 내마모성, 내부식성이 매우 양호하다.
상기 그라핀은 탄소소재인 흑연을 나노사이즈로 표면적을 넓힌 것으로 탄소층은 매우 안정적일 뿐 아니라 무엇보다 투명도가 뛰어나고 탄성이 좋으며 전도성이 강한 구리보다 100배 많은 전류가 흐르고, 빨리 전자가 이동하며, 어느 물질보다 열전도율이 큰 놀라운 특성이 있으며 이것이 바로 그라핀 이며 그라핀은 강도가 강하고 깨어지지 않으며 투명하고 잡아당기거나 휘어도 전기적 특성이 변하지 않는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서,
본 발명의 목적은 방열이 필요로 하는 피씨비(PCB)부, 반사 갓, 방열판, 엘이디 하우징중 선택된 어느 한 부분이나 전부에 대하여 방열이 원활하게 할 수 있는 그라핀 방열부를 구비함으로써 송풍 팬이나 알루미늄소재의 방열판이 없이도 엘이디 점등에 따른 방열을 효과적으로 수행하여 엘이디의 수명연장과 품질특성을 극대화하도록 하는 그라핀 방열 부재를 갖는 엘이디 조명기구를 제공함에 있다.
종래의 엘이디 점등으로 인하여 엘이디(LED)나 피씨비(PCB)에서 발생하는 발열을 방열하기 위한 상기 방열부재는 열전도성이 우수한 알루미늄이나 방열팬등으로 이루어지고 피씨비에 접속됨과 아울러 하우징에 접속됨으로써 피씨비(PCB)의 발열을 하우징을 통하여 외부로 방열시키게 되었다.
본원의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구는 결정상태에 따라서 단결정 그라 핀(monocrystalline Graphene) 다결정그라핀(multicrystalline Graphene), 비정질그라 핀(amorphous Graphene)의 세 가지로 분류한다.
이들 중에서 가격은 단결정 그라핀이 가장 고가이고 다 결정, 비정질순으로 가격이 저렴하며 비정질계는 열에너지의 흡수율이 더 우수하나 비정질계의 경우 장시간 사용 시에는 점차 퇴화가 빨라져서 효율이 감소한다는 단점이 있다.
본원 발명의 그라핀(180)은 투명도가 뛰어나고 엘이디에서 발생하는 발열량이 빠르게 흡수하며 종래의 엘이디 모듈이 지닌 온도과열과 방열 등과 같은 여러 가지 문제를 해결할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명은 적은 비용으로 높은 효율의 얻으면서 실제 생산에 적용할 수 있는 엘이디 방열부재를 구현할 수 있는 효과를 창출하며 엘이디의 반사 갓의 표면 재료로도 사용하여도 투명성이 확보되고 깨어지거나 휘어짐 부식이 없어 많은 장점을 갖는다.
이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 그라핀 방열 부재를 갖는 엘이디 조명기구는 방열이 되지 않는 실내공간에서도 방열이 원활하게 할 수 있는
그라핀 방열부를 구비함으로써 송풍 팬이나 별도의 중량이 많이 나가는 금속 방열기구를 사용하지않아도 없이도 엘이디 점등에 따른 방열을 효과적으로 수행하여 엘이디의 수명연장과 품질특성을 극대화하는 뛰어난 효과가 있다.
본원에서 사용되는 그라핀은 나 노화된 탄소소재로 이루어지고 탄소는 주기율표 6번째 원소로서 12.011의 원자량과 3367의 녹는점, 4827의 끓는점, 2.5의 전기음성 도가 있다.
따라서 보통 탄소 주변에는 결합하는 원자가 4개이거나 결합이 4개가 형성되며
탄소는 우리 생활과는 밀접한 관계의 물질로서 요즘에는 신소재 분야에서도 탄소가 많이 쓰인다.
예를 들어 탄소의 집합체는 다이아몬드 형태와, 그래파이트(graphite)형태의 2가지가 있는데 그래파이트의 한층 만을 보면, 이게 바로 그라 핀(Graphene)이다.
상기 그라핀(Graphene)은 반도체 분야에서 신소재로 각광받고 있고 그라핀(Graphene)이 sheet라면 이걸 둥글게 만들어서 원통형으로 만든 게 carbon nanotube 이며 반도체, 촉매, 엘시디 등에 많이 사용되며 폭넓은 외부 기온 환경에서 동작한다는 것이다.
연구자들은 시스템을 영하 75도에서 영상 200도 이상까지 견딜 수가 있으며 강한 충격이 가하여져도 깨어지거나 뒤틀리지않는다.
종래의 천연고무와 실리콘은 100˚C를 초과하면 단시간에 노화되어 사용할 수 없게 되지만 그라핀(180)은 일반적으로 사용온도가 150˚C이상이며 간헐적으로 단시간 사용하는 경우는 300˚C이상까지도 가능하며 일반 유기계 고무가 파괴되는 저온에서도 거의 변함없이 탄성을 유지함으로써 모든 종류의 합성수지나 고무 실리콘 중에서도 내한성이 가장 우수하다.
또한, 상기 그라핀(180)은 다른 금속이나 합성수지, 유기고무나 실리콘과는 달리 분자구조 내 대기중의 산소, 오존, 자외선 등과 반응하여 균열을 발생케 하는 이중결합이 없기 때문에 내후성이 매우 양호하다.
상기 그라핀(180)은 탄소소재인 흑연을 나노사이즈로 표면적을 넓힌 것으로 탄소층은 매우 안정적일 뿐 아니라 무엇보다 투명도가 뛰어나고 탄성이 좋으며 구리보다 100배 많은 전류와 열전도율과 전자가 이동하며, 어느 물질보다 열전도율이 큰 놀라운 특성이 있으며 이것이 바로 그라핀 이며 또한 그라핀(180)은 강도가 강하고 깨어지지 않으며 투명하고 잡아당기거나 휘어도 전기적 특성이 변하지 않는 장점이 있으며 조명기구의 중량을 현저하게 가볍게 할 수 있으며 엘이디에서 발생하는 열을 효과적으로 발열시킬 수 있는 장점이 있는 것이다.
본원 발명은 상기하였듯이 엘이디 조명기구에 관한 것으로 상기 엘이디 조명기구를 이루는 엘이디(20)와 피씨비부(40)와 광원부(60)와 방열부재(80)와 하우징(120)과 반사갓(140)중 선택된 어느 하나의 부재가 그라핀(180) 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구로서
엘이디(20)와 피씨비부(40)와 광원부(60)와 방열부재(80)와 하우징(120)과 반사 갓 (140) 일체가 그라핀(180)소재로 이루어진다.
또한, 상기 그라 핀(180)은 전도성 충전제, 탄소, 카본, 흑연 중 선택된 어느 하나의 소재가 투입되며 상기 그라핀에 투입된 소재의 파티클의 사이즈는 0.01nm 내지~1000nm 직경을 갖는 것을 특징으로 하며 상기 그라핀(180)은 전열 및 전도성의 투명한 플렉서블 형태가 바람직하고 상기 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구는 단결정 그라핀(monocrystalline Graphene) 다결정그라핀(multicrystalline Graphene), 비정질그라핀(amorphous Graphene) 중 선택된 어느 하나의 그라핀인 것 을 특징으로 한다.
또한, 상기 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구는 스퍼터링 (Sputtering), 전자빔증착법 (E-beam evaporation), 열 증착법 (Thermal evaporation), 레이저 분자빔 증착법 (L-MBE, Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스레이저증착법 (PLD, Pulsed Laser Deposition) 중 바람직하게 선택되어 제조되게 된다.
또한, 상기 방열부재(80)는 원반, 각형, 타원형, 삿갓 형태중 선택된 어느 하나의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 엘이디 조명기구의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같고 아래에서는 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 복잡하게 하거나 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 간략하게 정의된 용어들로서 이는 당업자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으며 본원의
엘이디 조명기구의 제조방식은 통상의 바람직한 제조방법에 모두 포함될 수 있는 것이며 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
상기한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 그라핀 방열 부재를 갖는 엘이디 조명기구는 엘이디 램프(20)가 인설되는 피씨비부(PCB)에 복수의 엘이디(LED: Light Emitting Diode)가 탑재되어 이루어지는 광원부(60)와 상기 피씨비부(40)에 접합 되어 광원부의 열기를 방출하기 위한 방열 부재(80) 및 상기 방열 수단과 결합하고 전원부(100)가 구비된 하우징(120)을 포함하여 구성되는 엘이디 조명기구에 관한 것이다.
상기 방열 부재(80)는 상기 다수의 엘이디(20)가 인설된 피씨비부(40)에 접합 되는 동시에 상기 이를 수용하는 하우징(120)과 결합하는 결합부 및 상기 결합부 둘레에 형성된 방열 부재(80)와 빛을 비추는 반사 갓(140)에 대하여 그라핀(180) 소재로 이루어짐을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일실시 예에 의해 이루어진 구성을 첨부된 도면과 관련하여 상세히 설명하되, 첨부된 도면은 본 발명의 일실시 예를 구체적으로 설명하는 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위가 도면 또는 상기 도면을 참조한 설명에 의해 제한 되
거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 있어 종래의 엘이디 조명기구의 일실시 예를 나타낸 사시도로서 종래의 팬 냉각 부재가 인설된 엘이디 램프를 사시 도로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 있어 조명기구의 일실시 예를 나타낸 후면 사시도.
도 3은 본 발명의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 있어 조명기구의 일실시 예를 나타낸 내부 사시도.
도 4는 본 발명의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 있어 칩 형태의 엘이디의 일실시예를 나타낸 내부 사시도.
도 5는 본 발명의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 있어 원형 형태의 엘이디의 일실시 예를 나타낸 내부 사시도를 나타낸 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 일 실시예의 팬이 부착되지않는 방열이 이루어지는 엘이디 조명기구는 피씨비부(40)에 복수의 엘이디(LED: Light Emitting Diode)가 탑재되어 이루어지는 광원부(60)와 상기 피씨비부(40)에 접합 되어 광원부(60)의 열기를 신속하게 방출하기 위한 방열 부재(80)와 결합하고 전원부(100)가 구비된 하우징(120)을 포함하여 구성되는 엘이디 조명기구로 이루어진다.
본원의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구는 상기한 엘이디(20)와 피씨비부(40)와 광원부(60)와 방열부재(80)와 하우징(120)과 반사갓(140)중 선택된 어느 하나의 부재가 그라핀(180) 소재이거나 또는 상기 피씨비부(40)와 광원부(60)와 방열부재(80)와 하우징(120)과 반사 갓 (140) 일체가 그라핀(180)소재로 이루어질 수 있으며 상기의 엘이디 램프의 외부소재가 그라핀(180) 소재로 이루어지게 된다.
또한, 상기 방열부재(80)는 바람직하게는 원반, 각형, 타원형 또는 삿갓형태로 형성됨이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 있어 그라핀의 결정구조를 나타낸 TEM사진으로 그림 1에서는 그라핀 첨가에 따른 나노입자와 중합체 상호관계 및 그 계면 특성을 변화를 보여주는 것을 사진으로 나타낸 TEM사진이며
그림 2는 그라핀 첨가에 따른 유리 전이 온도의 변화를 %로 표현하여 그래프화 한 결과를 촬영한 TEM(전자현미경)사진이다.
도 7은 본 발명의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 있어 그라핀의 결정구조를 나타낸 확대사진으로 전자현미경으로 확대한 사진을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 있어 그라핀의 사슬구조를 나타낸 사진.
도 9는 본 발명의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 있어 그라핀 소재를 나타낸 사진으로 완성된 그라핀의 형태를 사진으로 나타낸 것이다.
상기하였듯이 그라핀(180)은 전도성 충전제, 탄소, 카본, 흑연 중 선택된 어느 하나의 소재가 투입되며 상기 그라핀 투입된 소재의 파티클의 사이즈는 0.01nm 내지~1000nm 직경을 갖고 상기 그라핀(180)은 전도성의 투명한 플렉서블(flexible)인 것을 특징으로 하며 상기 그라핀(20) 부재가 인설된 엘이디 조명기구는 단결정 그라핀(monocrystalline Graphene) 다결정그라핀(multicrystalline Graphene), 비정질그라핀(amorphous Graphene) 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 그라핀(180)소재로 이루어진 엘이디 모듈에 관하여서이다.
이와 같은 방법으로 제조되는 본 발명의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구 모듈은 기본적으로 광전변환 원리를 이용하는 것은 종래와 동일하나 Indium-Tin Oxide(인-주석 산화물)내의 인다움을 산소 플라스마를 이용하여 형성한 그라핀이 막아주기 때문에 이 인다움이 비정질 그라핀층으로 통과되지 못하여 엘이디의 광전변환 효율을 유지시켜 주고 엘이디의 열화가 방지되게 된다.
상기 그라핀 (graphene)은 육각형 구조의 탄소 한 층, 즉 흑연의 면 단층을 말하는데, 이 그라핀은 통상의 탄소나노튜브보다 더 뛰어난 물성을 갖는 것으로 알려져 있다.
일반적으로, 그라핀은 테이프 등을 이용하여 고 결정성 흑연 등으로부터 떼어내는 방법으로 얻어지며 그밖에, 기계적 방법과, 정전기적 방법 등을 사용하여 그라 핀을 제조하게 된다.
상기 그라핀 합성의 경우, 합성 온도는 300∼900℃이고, 합성 압력은 일반적으로 10mTorr∼10 Torr의 저압에서 합성된다.
상기 그라핀 제조에 유용한 바람직한 열경화 수지에는 페놀, 우레아, 멜아민, 에폭시, 폴리에스테르, 비닐 에스테르, 실리콘, 폴리이미드, 우레탄 및 폴리우레탄이 있고 열경화수지는 일반적으로 적어도 2종의 다른 성분 또는 전구체를 화학반응시킴으로써 제조되며 화학반응에는 가교와 같은 중재 결합을 촉진하기 위한 촉매, 화학 물질, 에너지, 열 또는 방사선의 사용이 포함될 수 있다.
또한, 산소 플라스마를 이용하여 그라핀층을 형성하는 경우에 대기속에서 자연 산화(NaturalOxidation) 시키는 경우보다 그라핀층의 두께를 인위적으로 조절할 수 있고 비정질 그라핀을 이용한 다이오드가 진공실 밖으로 나오지 않은 상태에서 산소의 증착이 가능하기 때문에 엘이디의 특성을 향상시킬 수도 있다.
또한, 그라핀 웨이퍼를 NaOH(수산화나트륨)을 사용하여 텍스춰 에칭을 한 후 POCl3(염화포스포릴)을 사용하여 도핑하게 되고 더욱 바람직하게는 그 위에 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition 화학기상증착장비) 장치로 그라핀을 500~800Å정도 증착하여 확산과 금속도금 마스크로 사용될 뿐만 아니라 반사 방지막의 역활을 할 수 있도록 하고 그 후에 전면부에 레이저 그루빙(LaserGrooving) 을 하며 레이저 그루빙이 된 부분에 n++도핑을 하게 된다.
그리고 뒷면에는 금속을 스크린 프린팅 방법에 의해 프린팅 하는데 바람직한 금속은 알루미늄이며 500℃~900℃ 사이에서 열 처리하여 상기 금속이 n 도핑층과 그라핀층을 뚫고 들어가 P++도핑이 되도록 한다.
그 후 n++도핑이 된 그라핀 위에 무전해 도금 방법으로 Ni와 Cu를 코팅하여 전면전극을 형성하며 이렇게 제조된 엘이디는 높은 열 방출효과를 낼 수가 있다.
또한, 엘이디 모듈에 부착된 그라핀(180)은 상기 ITO 내의 인다움을 막아주므로 광전변환 효율을 유지시켜 엘이디의 효율을 향상시킬 수 있음은 물론 엘이디의 열적 안정화를 가져와 엘이디의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.
본원 발명의 엘이디 조명기구에 투입된 핵심소재인 그라핀(Graphene)은 겨우 원자 한 개의 두께를 가진 2차원 탄소 구조체이며 이 재료는 연필에서 발견되는 흑연(graphite, 그라파이트)에서 만들어지며 그라핀(Graphene)은 몇 가지 비범한 물리적 성질이 있으며 이 성질들 중 하나는 그라핀(Graphene) 내의 전자들이 정지 질량이 없는 상대론 적 입지처럼 행동하고 약 초속 1 백만 미터로 움직인다는 것이다.
비록 이 속도가 진공 중의 빛의 속도보다 300배나 느린 것이지만 일반 도체나 반도체 내의 전자의 속도보다는 훨씬 빠른 것이다.
그라핀(180)은 질량의 1% 비율로 첨가하면 유리 전이 온도(glass transition temperature)가 40˚C도나 변화하며 0.05%만 넣었을 경우에도 30˚C도나 변화하게 된다.
이처럼 그라핀(180)은 투명하고 잡아당기거나 휘어도 전기적 특성이 변하지 않고 상기 엘이디의 표면이나 패널 재료로도 사용하여도 투명도가 높고 열전도율이 좋으며 중량이 가볍고 결코 깨어지거나 부식이 없어 많은 장점을 갖는다.
이처럼 그라핀 이란 탄소 원자들이 그물망(도8)이나 철망처럼 얽혀 있는 얇은 막 형태의 새로운 나노 소재. 탄소 원자들이 관 모양으로 연결된 형태의 탄소나노튜브와는 전혀 성질이 다르며 그라핀 이란 탄소 원자가 서로 연결돼 벌집 모양의 평면 구조를 이루는 물질로 구조적，화학적으로 안정돼있고 매우 뛰어난 전기적 성질을 갖는다.
현재 반도체에서 사용되는 단결정 실리콘보다 100배 이상 빠르게 전자가 이동할 뿐만 아니라 전도성이 강한 구리보다 무려 100배나 많은 전류가 흐를 수 있는 물성이 있으며 조명기구의 중량을 현저하게 가볍게 할 수 있으며 엘이디에서 발생하는 열을 빠르고 효과적으로 발열시킬 수 있는 것이다.
상기 본 발명의 명세서는 일 실시 예에 의한 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능할 것이다.
또한, 본 발명과 관련하여, 일부 용어들이 특정용어를 지칭하더라도, 상기 용어들은 또한 복수 의미를 총칭할 수 있으며 상기에 기재된 본원 발명은 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본원 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 상기 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 일실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 당업자는 이해하여야 한다.
그리고 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 간략하게 정의된 용어들로서 이는 당업자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으며 본원의 제조 방식은 통상의 바람직한 제조방법에 모두 포함될 수 있는 것이며 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 있어 종래의
엘이디 조명기구의 일실시 예를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 있어 조명기구의 일실시 예를 나타낸 후면 사시도.
도 3은 본 발명의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 있어 조명기구의 일실시 예를 나타낸 내부 사시도.
도 4는 본 발명의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 있어 칩 형태의 엘이디의 일실시예를 나타낸 내부 사시도.
도 5는 본 발명의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 있어 원형 형태의 엘이디의 일실시 예를 나타낸 내부 사시도.
도 6은 본 발명의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 있어 그라핀의 결정구조를 나타낸 TEM사진.
도 7은 본 발명의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 있어 그라핀의 결정구 조를 나타낸 확대사진.
도 8은 본 발명의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 있어 그라핀의 사슬구조를 나타낸 사진.
도 9는 본 발명의 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구에 있어 그라핀 소재를 나타낸 사진.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20: 엘이디 40: 피씨비부
60: 광원부 80: 방열 부재
100: 전원부 120: 하우징
140: 반사 갓 160: 소켓
180: 그라핀

Claims (7)

  1. 엘이디 조명기구에 있어서 상기 엘이디 조명기구를 이루는
    엘이디(20)와 피씨비부(40)와 광원부(60)와 방열부재(80)와 하우징(120)과 반사갓(140)중 선택된 어느 하나의 부재가 그라핀(180) 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구.
  2. 엘이디(20)와 피씨비부(40)와 광원부(60)와 방열부재(80)와 하우징(120)과 반사 갓 (140) 일체가 그라핀(180)소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구.
  3. 청구항 제1항 또는 2항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 그라핀(180)은 전도성 충전제, 탄소, 카본, 흑연 중 선택된 어느 하나의 소재가 투입되며 상기 그라핀에 투입된 상기 소재의 파티클의 사이즈는 0.01nm 내지~1000nm 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구.
  4. 청구항 제 3항에 있어서,
    상기 그라핀(180)은 전열 및 전도성의 투명한 플렉서블 형태인 것을 특징으로 하는 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구.
  5. 청구항 제 4항에 있어서,
    상기 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구는 단결정 그라핀(monocrystalline Graphene) 다결정그라핀(multicrystalline Graphene), 비정질그라핀(amorphous Graphene) 중 선택된 어느 하나의 그라핀인 것을 특징으로 하는 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구.
  6. 청구항 제 5항에 있어서,
    상기 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구는 스퍼터링 (Sputtering), 전자빔증착법 (E-beam evaporation), 열 증착법 (Thermal evaporation), 레이저 분자빔 증착법 (L-MBE, Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스레이저증착법 (PLD, Pulsed Laser Deposition) 중 선택되어 제조되는 것을 특징으로 하는 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구.
  7. 청구항 제1항 또는 2항 중 어느 한 항에 있어서
    방열부재(80)는 원반, 각형, 타원형, 삿갓 형태중 선택된 어느 하나의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 그라핀 소재가 인설된 엘이디 조명기구.
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