KR20120052963A

KR20120052963A - Ｌｅｄ 전구용 방열 부재

Info

Publication number: KR20120052963A
Application number: KR1020127003075A
Authority: KR
Inventors: 게이이치로 하쓰노; 노부유키 무토; 겐지 가토; 미쓰히로 다마키
Original assignee: 스미토모 게이 긴조쿠 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2012-05-24
Also published as: JP4637272B2; HK1167446A1; JP2011034958A; TWI425167B; CN102472445A; TW201120367A; KR101677470B1; CN102472445B; WO2011004731A1

Abstract

LED 소자를 내장하여 이루어진 LED 전구에 있어서의 방열 부재(1)이다. 방열 부재(1)는 알루미늄 합금판을 대략 원추형으로 프레스 성형함으로써 형성되어 있고, 외주 측면(10)에는 요철부(12)가 형성되어 있다. 알루미늄 합금판은 기판의 양면 또는 한쪽면에 합성 수지 도막을 프리코팅하여 이루어진 프리코팅 알루미늄 합금판이고, 적어도 한쪽의 면에 프리코팅된 합성 수지 도막은 우레탄 수지, 아이오노머 수지, 폴리에틸렌 수지, 에폭시 수지, 불소 수지, 폴리에스테르 수지의 1종 또는 2종 이상으로 이루어진 수평균 분자량이 10000 내지 40000의 베이스 수지 중에 방열성 물질을 함유하여 이루어진 방열성 도막을 구비하고 있는 것이 바람직하다.／

Description

ＬＥＤ 전구용 방열 부재{HEAT DISSIPATING MEMBER FOR LED LIGHT BULB}

본 발명은 LED(발광 다이오드) 소자를 내장하여 이루어진 LED 전구에서의 방열 부재에 관한 것이다.

LED의 고성능화에 따라, LED를 광원으로 한 램프(LED 램프)를 차세대 조명 장치로서 이용하는 것이 검토되고 있다. LED 램프로서는 다양한 형태를 생각할 수 있는데, 널리 일반 가정에 보급되어 있는 백열 전구를 대체할 수 있는 전구형 LED 램프(이하, LED 전구라고 한다.)가 특히 주목받고 있다.

LED 전구는 종래의 백열 전구에 비하여 소비 전력이 약 1/8, 수명은 약 40배의 성능을 발휘하므로, 요즘의 지구 온난화 방지 사상을 배경으로 한 에너지 절약 요구에 부합하는 뛰어난 물품이라고 말할 수 있다.

한편, LED 소자는 일반적으로 온도 상승에 따라 광 출력이 저하되고, 또한, 환경 온도가 높은 편이 낮은 경우보다도 광 출력의 경시적 저하가 커서 수명이 짧다. 따라서, LED 전구에서는 그 보디에 방열 부재를 설치하고, LED 소자로부터 발생하는 열의 방열을 촉진하는 시도가 이루어지고 있다. 지금까지 제안되었던 것으로서는, 예를 들어, 특허문헌 1 내지 5의 구성이 있다.

특허문헌 1은 나팔 형상 금속 방열부를 갖는 것이다. 특허문헌 2는 방사상으로 방열 핀을 형성한 방열부를 갖고 있다. 특허문헌 3, 4는 축방향으로 겹친 방열 핀 구조의 방열부를 갖고 있다. 특허문헌 5는 기체(基體)의 바깥 주위를 덮는 방열부를 형성한 구성이 제시되어 있다.

특허문헌 1:일본 특개2001-243809호 공보 특허문헌 2:일본 특개2005-93097호 공보 특허문헌 3:일본 특개2005-166578호 공보 특허문헌 4:일본 특개2008-186758호 공보 특허문헌 5:일본 특개2008-311002호 공보

하지만, 상술한 특허문헌 1의 나팔 형상 금속 방열부에서는 반드시 충분한 방열 효과가 얻어지는 것은 아니다. 또한, 특허문헌 2 내지 5에 기재된 방열부는 복수의 부품을 조합한 복잡한 구조이거나, 알루미늄 등의 주물 또는 다이캐스트품을 사용한 것으로, 생산성이 낮고, 중량이 무겁고, 비용도 높다.

최근, 실용화된 LED 전구로서는 방열 날개를 갖는 형상의 알루미늄 주물을 방열부에 사용한 것이 있는데, 가격은 종래의 백열 전구의 수십배 정도로 설정되어 있어, 그에 대한 저가격화가 과제가 되어 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 방열 성능이 뛰어나고, 구조가 간단하며, 생산성이 뛰어나고, 저비용의 LED 전구용 방열 부재를 제공하고, 나아가서는, 고성능이면서 저렴한 LED 전구의 실현을 도모할 수 있는 LED 전구용 방열 부재를 제공하려고 하는 것이다.

본 발명은 LED 소자를 내장하여 이루어진 LED 전구의 방열 부재로서,

상기 방열 부재는 알루미늄 합금판을 대략 원추형으로 프레스 성형함으로써 형성되어 있고,

또한, 상기 외주 측면에는 요철부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 전구용 방열 부재에 있다.

본 발명의 LED 전구용 방열 부재는 상기와 같이 알루미늄 합금판을 소재로 하여 구성되어 있다. 알루미늄 합금판은, 주물이나 다이캐스트품과 달리, 연속 라인을 사용하여 대량으로 효율적으로 제조할 수 있다.

또한, 상기 방열 부재는 상기 알루미늄 합금판을 프레스 성형함으로써 대략 원추형으로 성형하여 제작한다. 알루미늄 합금판의 프레스 성형은 용이하게 행할 수 있고, 대량 생산을 전제로 하면, 매우 효율적이고 저렴하게 가공할 수 있다.

또한, 상기 방열 부재는 그 외주 측면에 요철부를 갖고 있다. 이것에 의하여, 외주 측면의 표면적 증대를 도모할 수 있고, 방열 특성을 한층 더 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 LED 전구용 방열 부재는 방열 성능이 뛰어나고, 구조가 간단하며, 생산성이 뛰어나고, 저비용의 것이 된다. 따라서, 본 발명의 방열 부재를 사용하면, 고성능이면서 저렴한 LED 전구의 실현을 도모할 수 있다.

도 1은 실시예 1에서의 프리코팅 알루미늄 합금판의 구조를 나타내는 설명도.
도 2는 실시예 1에서의 방열 부재의 성형 방법을 나타내는 설명도.
도 3은 실시예 1에서의 방열 부재의 측면도.
도 4는 실시예 1에서의 방열 부재의 저면도.
도 5는 실시예 1에서의 방열 부재의 횡단면도(도 3의 A-A선 화살표 방향에서 본 단면도).
도 6은 실시예 1에서의 뚜껑체의 단면도(도 7의 B-B선 화살표 방향에서 본 단면도).
도 7은 실시예 1에서의 뚜껑체의 평면도.
도 8은 실시예 1에서의, LED 전구를 나타내는 설명도.
도 9는 실시예 3에서의 방열 부재의 변형예를 나타내는 횡단면도.
도 10는 실시예 3에서의 방열 부재의 변형예를 나타내는 횡단면도.
도 11은 실시예 3에서의 방열 부재의 변형예를 나타내는 횡단면도.
도 12는 실시예 3에서의 방열 부재의 변형예를 나타내는 측면도.
도 13은 실시예 3에서의 방열 부재의 변형예를 나타내는 측면도.
도 14는 실시예 3에서의 방열 부재의 변형에를 나타내는 종단면도.

본 발명의 LED 전구용 방열 부재는 대략 원추형상을 띠고, 그 외주 측면에 요철부를 형성하고 있다. 상기 요철부는 외주 측면에 바깥쪽으로 돌출한 볼록부를 복수개 형성하여 전체로서 요철부로 한 형상과, 외주 측면에 안쪽으로 움푹 들어간 오목부를 복수개 형성하여 전체로서 요철부로 한 형상과, 외주 측면에 바깥쪽으로 돌출한 볼록부와 안쪽으로 움푹 들어간 오목부의 양쪽을 복수개 형성하여 전체로서 요철부로 한 형상이 있는데, 그 어느쪽이라도 좋다. 어떠한 형상의 요철부도 프레스 성형에 의하여 성형 가능하다.

또한, 상기 LED 전구용 방열 부재용의 알루미늄 합금판의 재질로서는 1000계, 3000계, 5000계, 6000계 등, 성형 가공에 적합한 재질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 1050, 8021, 3003, 3004, 3104, 5052, 5182, 5N01 등이 있다.

또한, 상기 알루미늄 합금판은 상기 알루미늄 합금판으로 이루어진 기판의 양면 또는 한쪽면에 합성 수지 도막을 프리코팅하여 이루어진 프리코팅 알루미늄 합금판이고, 적어도 한쪽의 면에 프리코팅된 상기 합성 수지 도막은 우레탄 수지, 아이오노머 수지, 폴리에틸렌 수지, 에폭시 수지, 불소 수지, 폴리에스테르 수지 중 1종 또는 2종 이상으로 이루어진 수평균 분자량이 10000 내지 40000의 베이스 수지 중에 방열성 물질을 함유하여 이루어진 방열성 도막을 구비하고 있는 것이 바람직하다.

상기 프리코팅 알루미늄 합금판은 합성 수지 도막의 도장에 대하여도 연속 라인을 사용하여 대량으로 효율적으로 실시할 수 있다. 또한, 프리코팅 알루미늄 합금판의 프레스 성형은 지금까지 확립된 기술을 조합함으로써 용이하게 행할 수 있고, 대량 생산을 전제로 하면, 매우 효율적으로 저렴하게 가공할 수 있다.

또한, 적어도 한쪽의 면의 상기 합성 수지 도막은 상기 방열성 물질을 함유한 방열성 도막을 구비하고 있다. 따라서, 프리코팅 알루미늄 합금판은 소재 그대로의 상태보다도 방열성을 크게 향상시킨 표면을 갖는다. 그리고, 방열성 도막을 표면에 갖춘 채로 대략 원추형상으로 성형하여 얻어진 방열 부재는 방열 특성이 한층 더 뛰어나다. 또한, 상기 대략 원추형상이란 기하학상의 원추형에 한정되는 것이 아니라, 축방향으로 직교하는 단면 형상이 개략 원형상이고, 축방향의 일단의 외경이 타단의 외경보다 커지도록 축방향을 따라 외경이 변화하고 있는 형상을 포함하는 것이다.

또한, 상기 기판의 한쪽면만에 합성 수지 도막을 형성할 경우에는, 그 합성 수지 도막이 상기 방열성 도막을 구비하는 것이 필요하고, 상기 기판의 양면에 합성 수지 도막을 형성할 경우에는, 적어도 한쪽 면에 배치된 합성 수지 도막에 상기 방열성 도막을 구비하면 좋다. 물론, 양면의 합성 수지 도막에 상기 방열성 도막을 구비하여도 좋다.

또한, 상기 프리코팅 알루미늄 합금판에서의 상기 방열성 도막은 원하는 두께에 따라 1층 도포, 다층 도포를 선택할 수 있다. 또한, 상기 방열성 도막은 상기와 같이 방열성 물질을 함유함과 동시에 수평균 분자량이 10000 내지 40000의 베이스 수지를 함유하고 있는 것이 필요하다.

즉, 상기 방열성 도막으로서는, 그 베이스 수지로서, 수평균 분자량이 10000 내지 40000의 합성 수지를 사용한다. 이 합성 수지의 수평균 분자량이 10000 미만일 경우에는, 도막이 경화되어, 요철부를 형성한 특징적인 형상을 얻기 위한 성형성이 나빠진다는 문제가 있으며, 한편, 40000을 초과할 경우에는, 도막이 너무 물러져서 내흠집성이 저하된다는 문제가 있다.

본 발명의 LED 전구용 방열 부재에 있어서, 상기 방열성 도막은, 상기 방열성 물질로서, 산화티타늄, 카본, 실리카, 알루미나, 산화지르코늄 중 1종 또는 2종 이상을 함유하고 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 상기 방열성 도막의 방열성을 용이하게 높일 수 있다.

상기 방열성 도막의 방열성의 특성으로서는 적외선의 적분 방사율에 의하여 평가할 수 있다. 본 발명에서는, 적외선의 적분 방사율이 70% 이상이 되도록 조정하는 것이 바람직하다. 이것에 의하여, 안정된 방열 특성이 얻어진다.

적외선의 적분 방사율은 FT-IR에 의하여 시료와 이상 흑체(理想黑體)의 적외선 방사량을 비교함으로써 측정할 수 있다.

또한, 상기 방열성 도막은 상기 베이스 수지 100 중량부에 대하여, 평균 입자 직경 0.1 내지 100㎛의 산화티타늄을 50 내지 200 중량부, 미세 분말의 카본을 1 내지 25 중량부, 실리카를 50 내지 200 중량부, 알루미나를 50 내지 200 중량부, 산화지르코늄을 50 내지 200 중량부 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 방열성 도막에 산화티타늄을 함유시킬 경우에는, 그 평균 입자 직경을 0.1 내지 100㎛의 범위로 하는 것이 바람직하다. 산화티타늄의 평균 입자 직경이 0.1㎛ 미만일 경우에는, 적외선 적분 방사율이 저하된다는 문제가 있으며, 한편, 100㎛를 초과할 경우에는, 산화티타늄의 도막으로부터의 탈락 수가 증가한다는 문제가 있다.

또한, 상기 방열성 도막에 산화티타늄을 함유시킬 경우의 함유량은 상기 베이스 수지 100 중량부에 대하여 50 내지 200 중량부로 하는 것이 바람직하다. 산화티타늄의 함유량이 50 중량부 미만일 경우에는, 적외선 적분 방사율이 저하된다는 문제가 있으며, 한편, 200 중량부를 초과할 경우에는, 산화티타늄의 도막으로부터의 탈락　수가　증가한다는　문제가　있다．

또한, 상기 미세 분말의 카본으로서는, 입자 직경이 1nm 내지 500nm의 카본을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 방열성 도막에 카본을 함유시킬 경우의 함유량은 1 내지 25 중량부인 것이 바람직하다. 카본의 함유량이 1 중량부 미만일 경우에는 적외선 적분 방사율이 저하된다는 문제가 있으며, 한편, 25 중량부를 초과할 경우에는, 카본의 도막으로부터의 탈락　수가 증가한다는 문제가 있다.

또한, 상기 방열성 도막에 실리카를 함유시킬 경우의 함유량은 50 내지 200 중량부인 것이 바람직하다. 실리카의 함유량이 50 중량부 미만일 경우에는, 적외선 적분 방사율이 저하된다는 문제가 있으며, 한편, 200 중량부를 초과할 경우에는, 실리카의 도막으로부터의 탈락　수가 증가한다는 문제가 있다.

또한, 상기 방열성 도막에 알루미나를 함유시킬 경우의 함유량은 50 내지 200 중량부인 것이 바람직하다. 알루미나의 함유량이 50 중량부 미만일 경우에는, 적외선 적분 방사율이 저하된다는 문제가 있으며, 한편, 200 중량부를 초과할 경우에는, 알루미나의 도막으로부터의 탈락　수가　증가한다는　문제가　있다．

또한, 상기 방열성 도막에 산화지르코늄을 함유시킬 경우의 함유량은 50 내지 200 중량부인 것이 바람직하다. 산화지르코늄의 함유량이 50 중량부 미만일 경우에는, 적외선 적분 방사율이 저하된다는 문제가 있으며, 한편, 200 중량부를 초과할 경우에는, 산화지르코늄의 도막으로부터의 탈락　수가 증가한다는 문제가 있다.

또한, 상기 방열성 도막의 막두께는 0.5 내지 100㎛인 것이 바람직하다. 막두께가 0.5㎛ 미만일 경우에는, 적외선 적분 방사율이 저하된다는 문제가 있으며, 한편, 100㎛을 초과할 경우에는 비용이 증대한다는 문제가 있다.

또한, 상기 방열성 도막은 평균 입자 직경 0.3 내지 100㎛의 Ni 구상 필러, 또는 0.2 내지 5㎛의 두께로 2 내지 50㎛의 긴 직경을 갖는 인편상(;비늘 조각 모양)의 Ni 필러의 적어도 한쪽을 함유하고 있고, 이들 양자의 합계 함유량은 상기 베이스 수지 100 중량부에 대하여 1 내지 1000 중량부인 것이 바람직하다. 이들 Ni 필러를 방열성 도막에 함유시킴으로써, 방열성 도막에 도전성을 부여할 수 있고, LED 전구의 회로에서 발생하는 전자파를 차단하는 효과를 높일 수 있고, 그밖의 전자 기기, 가전 기기 등에 대한 영향을 최소한으로 억제할 수 있다.

상기 Ni 구상 필러의 평균 입자 직경이 0.3㎛ 미만에서는 도전성 향상 효과를 충분히 얻을 수 없다는 문제가 있으며, 한편, 100㎛을 초과할 경우에는, Ni 구상 필러의 도막으로부터의 탈락량이 증가한다는 문제가 있다.

또한, 상기 인편상 Ni 필러의 두께가 0.2㎛ 미만일 경우에는 도전성 향상 효과를 충분히 얻을 수 없다는 문제가 있으며, 한편, 5㎛를 초과할 경우에는 비용이 증대한다는 문제가 있다. 또한, 인편상 Ni 필러의 긴 입자 직경이 2㎛ 미만일 경우에는 도전성이 저하된다는 문제가 있으며, 한편, 50㎛을 초과할 경우에는 인편상 Ni 필러의 도막으로부터의 탈락　수가 증가한다는 문제가 있다.

그리고, 이들 양자의 Ni 필러(Ni 구상 필러와 인편상 Ni 필러)의 합계 함유량(한쪽만 함유한 경우도 포함)은 상기 베이스 수지 100중량부에 대하여 1 내지 1000 중량부인 것이 바람직하다. 이 함유량이 1 중량부 미만일 경우에는 도전성이 부족하고, 한편, 1000 중량부를 초과할 경우에는 Ni 필러의 도막으로부터의 탈락　수가 증가한다는 문제가 있다.

또한, 상기 방열성 도막은 상기 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.05 내지 3 중량부의 라놀린, 카르나바, 폴리에틸렌, 마이크로크리스탈린 중 1종 또는 2종의 인너 왁스를 함유하고 있는 것이 바람직하다. 이것에 의하여, 내흠집성 향상 효과를 얻을 수 있고, 가공성도 향상시킬 수 있다.

상기 인너 왁스의 함유량이 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.05 중량부 미만일 경우에는 내흠집성이 저하된다는 문제가 있으며, 한편, 3 중량부를 초과할 경우에는 블로킹이 발생한다는 문제가 있다.

또한, 상기 합성 수지 도막은 상기 기판의 표면에 형성된 도포형 또는 반응형의 크로메이트 또는 논크로메이트층의 상층에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 알루미늄 합금판과 상기 프리코팅층과의 밀착성을 향상시킬 수 있고, 가공성, 내구성 등을 높일 수 있다.

또한, 상기 방열성 도막을 구비한 상기 합성 수지 도막은 상기 방열성 도막의 하층에 하지 도막을 갖는 복수 적층 구조를 갖고 있고, 상기 하지 도막은 우레탄 수지, 아이오노머 수지, 폴리에틸렌 수지, 에폭시 수지, 불소 수지, 폴리에스테르 수지 중 1종 또는 2종 이상으로 이루어진 수평균 분자량이 10000 이상인 수지로 이루어진 것이 바람직하다. 이 경우에는, 상기 방열성 도막의 하층에 다양한 특성을 갖는 합성 수지 도막을 하지 도막으로서 배치할 수 있고, 도막의 밀착성, 가공성 등을 한층 향상시킬 수 있다.

특히, 상기 하지 도막을 구성하는 수지로서, 상기 특정 수지 중 수평균 분자량이 10000 이상인 수지를 선택함으로써, 요철부를 갖는 상기 방열 부재의 가공을 행할 때의 도막의 가공성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 하지 도막을 구성하는 수지의 수평균 분자량의 상한치는 하지 도막의 신장이 방열성 도막의 신장과 크게 다르면 가공시의 도막 균열이 일어나기 쉬워진다는 이유에 의하여 40000으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 하지 도막으로서는, 방열성 물질 등이 함유되어 있지 않은 점 이외에는, 상기 방열성 도막과 동일한 수지를 사용하여도 좋고, 다른 수지를 사용하여도 좋다.

또한, 상기 하지 도막의 막두께는 50㎛를 초과하면 알루미늄 합금판과 방열성 도막의 밀착성이 저하되므로, 50㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 또한, 막두께가 너무 얇아도 밀착성이 저하되기 때문에, 1㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 더 바람직한 범위는 5㎛ 이상 20㎛ 이하이다.

또한, 상기 합성 수지 도막에는 방열성, 가공성, 밀착성을 저해하지 않는 범위에서 안료 및 염료를 첨가하여, 의장성을 향상시켜도 좋다.

실시예

(실시예 1)

본　발명의　실시예에　따른 LED 전구용 방열 부재에 대하여, 도 1 내지 도 8을 이용하여 설명한다.

본 실시예의 LED 전구용 방열　부재(1)는, 도 8에 도시한 바와 같이, LED 소자(8)을 내장하여 이루어진 LED 전구(80)에서의 방열 부재이다.

본 실시예에서는 복수 종류의 방열 부재(1)를 제작하여, 그 특성을 평가하였다.

본 발명의 실시예로서의 방열 부재(1)는, 도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 알루미늄 합금판(20)을 대략 원추형으로 프레스 성형함으로써 형성되어 있다. 방열 부재(1)의 외주 측면(10)에는 요철부(12)가 형성되어 있다.

또한, 일부의 것에 대해서는, 알루미늄 합금판으로 이루어진 기판(20)의 양면에 방열성 물질(215)을 함유한 방열성 도막(21)을 프리코팅한 프리코팅 알루미늄 합금판(2)을 사용하여 형성되고 있다.

이하, 상기 방열 부재(1)의 제조 공정에 준하여 상세히 설명한다.

<알루미늄 합금판>

알루미늄 합금판(20)으로서는 재질-질별이 5N01-O재, 사이즈가 1.5mm두께×100mm폭×100mm길이의 것을 준비하고, 그 양면을 알칼리계 탈지제로 탈지한 상태로 사용하였다.

<프리코팅 알루미늄 합금판>

도 1에 도시한 바와 같이, 방열 부재(1)용의 프리코팅 알루미늄 합금판(2)을 제작한다.

기판(20)으로서는 재질-질별이 5N01-O재, 사이즈가 1.5mm두께×100mm폭×100mm길이의 것을 준비하였다.

다음으로, 기판(20)의 양면을 알칼리계 탈지제로 탈지한 후, 기판(20)을 인산크로메이트욕에 침지시키고, 화성 처리를 행하였다. 얻어진 화성 피막(인산 크로메이트 피막)(22)은 피막 중의 Cr 함유량으로서 20±5mg/m²의 범위 내로 하였다.

다음으로, 기판(20)의 양면 각각의 면에 방열성 도막(21)만으로 이루어진 합성 수지 도막을 형성하였다. 도료로서는 수평균 분자량이 10000인 폴리에스테르 수지를 베이스 수지로 하고, 고형분 비에 있어서, 상기 베이스 수지 100 중량부에 대하여, 방열성 물질로서 평균 입자 직경 1㎛의 산화티타늄이 50 중량부 함유되고, 인너 왁스로서 폴리에틸렌이 1 중량부 함유되어 있는 것을 사용하였다. 도장은 바코터를 이용하여 행하였고, 방열성 도막(21)의 막두께는 30㎛로 하였다. 또한, 방열성 도막(21)의 소결 경화 조건은 표면 온도가 230℃가 되도록 240℃의 오븐 속에 60초 유지하는 조건으로 하였다.

<프레스 성형>

도 2에 도시한 바와 같이, 알루미늄 합금판(20) 또는 프리코팅 알루미늄 합금판(2)에 복수회의 프레스 성형을 실시한다.

우선, 도 2(a)(b)에 도시한 바와 같이, 평판상의 알루미늄 합금판(20) 또는 프리코팅 알루미늄 합금판(2)에 드로잉 가공을 가하여, 대략 원추형상의 중간체(151)로 성형한다. 이 때, 중간체(151)의 소경 선단부에는 바닥부재(158)가 존재한 채로 있고, 대경 후단부의 주위에는 성형한 부분의 주위가 여백 부분(159)으로서 잔존한 채로 있다.

다음으로, 도 2(b)(c)에 도시한 바와 같이, 대략 원추형상의 중간체(151)의 소경부 선단부의 바닥부재(158)를 절제함과 동시에, 대경 후단부의 주위의 여백 부분(159)을 절제한다.

다음으로, 도 2(c)(d)에 도시한 바와 같이, 중간체(151)의 외주 측면에 오목부(121)를 갖는 요철부(12)를 형성한다. 요철부(12)는 단면 대략 원호상의 오목부(121)를 축방향을 따라 세로 길이에 형성하고, 또한, 이것을 둘레 방향 16개 배치함으로써 형성하였다.

얻어진 방열 부재(1)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 원추 형상의 본체 부분의 전후에 스트레이트부(18,19)를 갖는 형상을 띤다. 도 3, 도 5에 도시한 바와 같이, 대경 부분의 외경(D1)은 약 53mm, 소경(D2)는 약 25mm, 전체 길이(L)는 약 45mm, 오목부(121)의 깊이(D3)는 2mm로 하였다.

<평가재>

상기 프리코팅 알루미늄 합금판(2)을 소재로 사용하여 도 3 내지 도 5의 상태까지 가공한 본 발명의 실시예를 평가재 1로 하고, 합성 수지 도막 처리를 하지 않은 무도장의 상기 알루미늄 합금판(2)을 소재로 사용하여 도 3 내지 도 5의 상태까지 가공한 본 발명의 실시예를 평가재 2로 하고, 그 밖에, 비교예로서의 2종류의 평가재를 준비하였다.

평가재 3은 상기 프리코팅 알루미늄 합금판(2)을 소재로 사용하여 도 2(c)의 상태까지 성형한 것이다.

평가재 4는 합성 수지 도막 처리를 하지 않은 무도장의 상기 알루미늄 합금판(20)을 소재로 사용하여 도 2(c)의 상태까지 성형한 것이다. 평가재 3 및 4는 외주 측면에는 요철부를 형성하지 않고, 단면 원형상의 외주 측면을 갖는 형상으로 하였다.

<평가>

평가는, 도 8에 도시한 바와 같이, 각 평가재를 방열 부재로써 사용하여 제작한 LED 전구(80)를 사용하여 행하였다. LED 전구(80)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 알루미늄 합금판을 프레스 성형하여 제작한 뚜껑체(3)(도 6)와 방열 부재(1)를 조합하고, 뚜껑체(3)의 상면에 4개의 LED 소자(8)(도시는 2개만) 및 그 제어부를 배치하고, 방열 부재(1)에는 구금부(86;口金部)를 삽입 배치하고, 뚜껑체(3)를 덮는 반구 돔(85)을 씌움으로써 제작하였다.

LED 소자(8)는 온도 85℃의 발열을 하는 타입의 백색 LED 소자이다.

평가 방법은 상기 LED 전구(80)의 LED 소자(8)의 근방의 뚜껑체(3) 표면에 온도 측정용 열전대(도시 생략)를 고정하고, 통전 발광의 시간 당 온도 상승을 측정하는 방법이다.

측정 결과를 표 1에 도시한다.

[표 1]

표 1로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예인 평가재 1, 2는 다른 비교예의 평가재 3, 4에 비하여, 방열 성능이 뛰어난 것을 알 수 있다.

(실시예 2)

실시예 1에서의 합성 수지 도막이 있는 예에 대하여, 실험예를 더욱 늘려 평가하였다. 우선, 각 평가재를 다음과 같이 제작하였다.

<프리코팅 알루미늄 합금판>

실시예 1과 동일하게, 도 1에 도시한 바와 같이, 방열 부재용 프리코팅 알루미늄 합금판(2)을 제작한다.

기판(20)으로서는 재질-질별이 A1050-O재, 사이즈가 0.5mm두께×100mm폭×100mm길이의 것을 준비하였다.

다음으로, 기판(20)의 양면을 알칼리계 탈지제로 탈지한 후, 표 2, 표 3에 도시한 화성 처리를 행하였다.

화성 처리 a는, 인산크로메이트 처리에 의하여, 크롬량이 20mg/m²가 되도록 반응형 크로메이트 피막을 형성하는 것이다. 구체적으로는, 화성 처리액에 시료를 침지시키는 침지법에 의하여 화성 처리를 행한 후, 약 100℃의 분위기에서 건조시켰다.

화성 처리 b는, 지르코늄 처리에 의하여, 지르코늄량이 20mg/m²가 되도록 반응형 크로메이트 피막을 형성하는 것이다. 처리 방법은 상기 화성 처리 a와 동일하다.

화성 처리 c는, 도포형 크로메이트 처리에 의하여, 크롬량이 20mg/m²가 되도록 피막을 형성하는 것이다. 구체적으로는, 화성 처리액을 바코터로 도포한 후, 약 120℃의 분위기에서 건조시켰다.

화성 처리 d는, 도포형 지르코늄 처리에 의하여, 지르코늄량이 20mg/m²가 되도록 화성 피막을 형성하는 것이다. 구체적으로는, 화성 처리액을 바코터로 도포한 후, 약 120℃의 분위기에서 건조시켰다.

다음으로, 기판(20)의 한쪽 면에, 방열성 도막이 아닌 합성 수지 도막으로서, 수평균 분자량 16000의 폴리에스테르 수지를 바코터를 이용하여 도장하였다. 도장의 두께는 15㎛로 하고, 표면 온도가 230℃가 되도록, 240℃의 오븐 속에 60초 유지하였다.

그 후, 상술한 폴리에스테르 수지로 이루어진 도장면의 반대면에 표 2, 표 3에 도시한 구성의 합성 수지 도막을 형성하였다. 표 2, 표 3에 도시한 바와 같이, 시료 E4 내지 E6, E37, E40, E42에 대해서는, 하지 도막으로서 폴리에스테르 수지, 우레탄 수지, 폴리에스테르 수지 또는 에폭시 수지로 이루어진 도막을 형성하고, 그 상층으로서 방열성 도막을 형성하였다. 그 밖에는, 하지 도막을 형성하지 않고 최외층을 형성하였다. 어느 도장도 바코터를 이용하여 행하였고, 하지 도막의 막두께는 10㎛, 방열성 도막의 막두께는 25㎛로 하였다.

또한, 하지 도막의 소결 조건은 표면 온도가 230℃가 되도록 오븐 속에 60초 유지하는 조건으로 하고, 상기 방열성 도막의 소결 경화 조건은 표면 온도가 230℃가 되도록 240℃의 오븐 속에 60초 유지하는 조건으로 하였다.

또한, 방열성 도막에는 인너 왁스를 함유시켰다. 인너 왁스의 종류 및 함유량은 표 2, 표 3에 나타낸 대로이며, "PE"는 폴리에틸렌을 나타내고, "CA"는 카르나바를 나타내고, "MC"는 마이크로크리스탈린을 나타내고, "LL"은 라놀린을 나타낸다.

또한, 방열성 도막에 함유시킨 방열성 물질로서는 전 시료에 산화티타늄을 사용하였다. 또한, 일부의 시료에 대해서는, 미세 분말의 카본 또는 실리카를 추가로 첨가하였다. 산화티타늄의 입자 직경 및 함유량, 및 카본 및 실리카의 함유량은, 표 2, 표 3에 나타낸 대로이다.

또한, 시료의 일부에는, 방열성 도막 중에 Ni 구상 필러 또는 인편상의 Ni 필러를 함유시켰다. 이들 필러의 직경 및 함유량은 표 2, 표 3에 나타낸 대로이다.

[표 2]

[표 3]

얻어진 각 시료에 대하여, 실시예 1과 동일하게, 도 2에 도시한 바와 같이, 각 시료의 프리코팅 알루미늄 합금판(20)에 복수회의 프레스 성형을 실시한다. 프레스 성형 후에 얻어지는 방열 부재(1)(도 3)의 치수, 요철부의 형상도 실시예 1과 동일하게 하였다.

얻어진 방열 부재의 도막 상태를 목시 관찰하여, 도막(합성 수지 도막)의 균열, 흠집, 박리를 확인하였다. 또한, 방열성 및 의장성(은폐성 및 광택)에 대해서도 평가하였다.

도막의 균열에 대해서는, 목시 관찰에 의하여, 프레스 가공 후의 오목부에서 도막이 찢어진 상태의 것 중, 길이 1mm 이상 및 폭 1mm 이상의 범위에서 알루미늄 소지가 노출되어 있는 것을 균열이 있다고 하였다. 그리고, 도막의 균열의 평가점은 5단계로 하였다. 구체적으로는, 도막 균열이 없는 경우를 5점, 길이 1mm 이상 1.1mm 이하, 또는 폭 1mm 이상 1.1mm 이하의 도막 균열이 1개일 경우를 4점, 길이 1mm 이상 1.1mm 이하, 또는 폭 1mm 이상 1.1mm 이하의 도막 균열이 2개일 경우를 3점, 길이 1.1mm 초과, 또는 폭 1.1mm 초과의 도막 균열이 1개일 경우를 2점, 길이 1.1mm 초과, 또는 폭 1.1mm 초과의 도막 균열이 2개 이상일 경우를 1점으로 하여, 3점 이상을 합격으로 하였다.

흠집성에 대해서는, 목시 관찰에 의하여, 프레스 가공 후의 도막 표면에 이물질을 기점으로 하는 도막 파괴로 인정할 수 있는 것 중, 길이 1mm 이상 및 폭 0.5mm 이상의 범위에서 알루미늄 소지가 노출되어 있는 것을 도막의 흠집으로 하였다.

도막의 흠집의 평가점은 5단계로 하였다. 구체적으로는, 흠집이 없는 것을 5점, 흠집이 1 내지 2개일 경우를 4점, 흠집이 3 내지 4개일 경우를 3점, 흠집이 5 내지 6개일 경우를 2점, 흠집이 7개 이상을 1점으로 하여, 3점 이상을 합격으로 하였다.

박리에 대해서는, 프레스 가공 후의 시료를 온도 65℃, 습도 90%RH의 분위기 중에 30시간 유지한 후에, 목시 관찰에 의해, 상기 균열 또는 흠집의 결함이 있는 부분 이외의 부분의 도막이 벗겨져서, 길이 0.5mm 이상 및 폭 0.5mm 이상의 범위에서 알루미늄 소지가 노출된 경우를 박리가 있다고 하였다.

박리의 평가점은 5단계로 하였다. 구체적으로는, 도막의 박리가 없는 것을 5점, 길이 0.5mm 이상 0.7mm 미만 또는 폭 0.5mm 이상 0.7mm 미만의 박리가 1개일 경우는 4점, 길이 0.7mm 이상 0.9mm 미만 또는 폭 0.7mm 이상 0.8mm 미만의 박리가 1개일 경우를 3점, 길이 0.9mm 이상 1.1mm 미만 또는 폭 0.9mm 이상 1.1mm 미만의 박리가 1개일 경우를 2점, 길이 1.1mm 이상 또는 폭 1.1mm 이상의 박리가 2개 이상일 경우를 1점으로 하고, 3점 이상을 합격으로 하였다.

방열성의 시험은 각 평가재를 방열 부재로서 사용하여 실시예 1과 동일하게 제작한 LED 전구를 사용하여 행하였다.

평가 방법은 상기 LED 전구의 LED 소자의 근접한 뚜껑체 표면에 온도 측정용의 열전대(도시 생략)를 고정하고, 통전 발광의 시간 당 온도 상승을 측정하는 방법이다.

은폐성과 광택은 성형 전의 평판에서 측정을 행하였다. 표준색의 도장판으로서 이하의 것을 준비하였다. 수평균 분자량 16000의 폴리에스테르 수지에 1차 입자 직경 0.3㎛의 산화티타늄을 100 중량부 함유시킨 도료를 바코터를 사용하여, 두께 3mm의 투명한 유리판에 도장하였다. 도장 두께는 50㎛로 하고, 표면 온도가 230℃가 되도록, 240℃의 오븐 중에 60초 유지하였다.

은폐성의 평가는 도장판의 L*값을 색차계(유니카 미놀타사 제조 CR100)로 측정하여, 표준판의 L*값을 100으로 한 상대치를 산출하여 행하였다. 은폐성의 평가점은 5단계로 하였다. 구체적으로는, L*값의 상대치가 96 이상 100 이하의 경우를 5점, L*값의 상대치가 91 이상 96 미만일 경우를 4점, L*값의 상대치가 86 이상 91 미만일 경우를 3점, L*값의 상대치가 81 이상 86 미만일 경우를 2점, L*값의 상대치가 81 미만일 경우를 1점으로 하여, 3점 이상을 합격으로 하였다.

광택도의 평가는 도장판의 광택을 광택계(카부시키카이샤 호리바 세사쿠쇼 제조 Gloss Checker-IG320)로 60°광택도를 측정하여, 표준판의 광택도를 100으로 한 상대치를 산출하여 행하였다. 광택도의 평가점은 5단계로 하였다. 구체적으로는, 광택도의 상대치가 96 이상 100 이하의 경우를 5점, 광택도의 상대치가 91 이상 96 미만일 경우를 4점, 광택도의 상대치가 86 이상 91 미만일 경우를 3점, 광택도의 상대치가 81 이상 86 미만일 경우를 2점, 광택도의 상대치가 81 미만일 경우를 1점으로 하여, 3점 이상을 합격으로 하였다.

가공성의 평가는 도막의 균열성, 내흠집성 및 도막 박리가 모두 합격일 경우를 합격(양(良))으로 하고, 어떤 항목이라도 불합격이 있는 경우를 불합격[열(劣)]으로 하였다. 그리고, 가공성의 평가가 양(良)이고, 방열성 평가가 우(優)일 경우를 종합 평가로서 합격(○), 가공성의 평가가 열이고, 방열성 평가가 열(이번 시험에서는 해당하는 시료 없음)일 경우를 종합 평가로서 불합격(×)으로 하였다.

평가 결과를 표 4 및 표 5에 도시한다.

[표 4]

[표 5]

표 4 및 표 5에서 알 수 있듯이, LED 전구용 방열 부재로서의 기본 성능인 방열성은 전 시료에서 양호하였으나, 이 방열성을 담보하는 합성 수지 도막의 가공성에 대해서는, 시료 C1, C2가 불합격이었다. 이러한 점으로부터, 방열성 물질을 함유하는 방열성 도막의 베이스 수지의 분자량이 요철부를 갖는 특수한 형상의 LED 전구용 방열 부재를 성형할 때의 도막의 가공성에 영향을 미치고 있음을 알 수 있다.

또한, 방열성 도막에 함유시킨 방열성 물질, Ni 필러 및 인너 왁스에 대해서는, 상술한 바람직한 범위에서 선택함으로써, 방열성 및 도전성 뿐 아니라 의장성도 포함하여 종합적으로 특성이 향상된다.

(실시예 3)

본 실시예에서는 실시예 1에 나타낸 방열 부재(1)의 형상을 변경한 변형예에 대해서 나타낸다.

도 9 내지 도 11에는 방열 부재(1)의 축방향에 직교하는 방향의 횡단면에서의 형상의 변형예를 도시한다. 그 어느 것도 실시예 1의 도 3에 상당하는 도면이다.

도 9에 도시한 방열 부재(103)는 요철부(13)의 볼록부(131) 및 오목부(132)의 단면 형상을 모두 원호상으로 하여 교대로 매끄럽게 연결한 것이다.

도 10에 도시한 방열 부재(104)는 요철부(14)의 볼록부(141) 및 오목부(142)의 단면 형상을 모두 저변(低邊)을 제외한 사다리꼴 형상으로 하여 교대로 연결한 것이다.

도 11에 도시한 방열 부재(105)는 요철부(15)의 볼록부(151) 및 오목부(152)의 단면 형상을 모두 저변을 제외한 삼각형상으로 하여 교대로 연결한 것이다.

도 12에는 방열 부재의 전체 형상의 변형예이다. 도 12에 도시한 방열 부재(106)는 요철부의 기재는 생략하고, 그 방향만을 선으로 나타낸 것이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 방열 부재의 형상은 실시예 1에서 나타낸 바와 같은 비교적 단순한 원추형상으로 바꾸어, 방열 부재(106)처럼, 대경부에서 소경부로 근접함에 따라 축방향에 대한 경사 각도가 커지는 소위 후지산(富士山)형 형상으로 할 수 있다.

도 13, 도 14에 도시한 방열 부재(107)는 지금까지 설명한 요철부와 형성 방향이 다르고, 축방향에 직교하는 방향을 따라 볼록부(171)과 오목부(172) 사이의 선이 배치되도록 요철부(17)를 형성한 예이다.

이상의 변형예를 채용하여도, 실시예 1, 2와 동일한 작용 효과가 얻어진다.

Claims

LED 소자를 내장하여 이루어진 LED 전구에서의 방열 부재에 있어서,
상기 방열 부재는 알루미늄 합금판을 대략 원추형으로 프레스 성형함으로써 형성되어 있고,
또한, 상기 외주 측면에는 요철부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 전구용 방열 부재.
제 1 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금판은 상기 알루미늄 합금판으로 이루어진 기판의 양면 또는 한쪽면에 합성 수지 도막을 프리코팅하여 이루어진 프리코팅 알루미늄 합금판이고, 적어도 한쪽면에 프리코팅된 상기 합성 수지 도막은 우레탄 수지, 아이오노머 수지, 폴리에틸렌 수지, 에폭시 수지, 불소 수지, 폴리에스테르 수지 중 1종 또는 2종 이상으로 이루어진 수평균 분자량이 10000 내지 40000의 베이스 수지 중에 방열성 물질을 함유하여 이루어진 방열성 도막을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 LED 전구용 방열 부재.
제 2 항에 있어서, 상기 방열성 도막은, 상기 방열성 물질로서, 산화티타늄, 카본, 실리카, 알루미나, 산화지르코늄 중 1종 또는 2종 이상을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 LED 전구용 방열 부재.
제 3 항에 있어서, 상기 방열성 도막은, 상기 베이스 수지 100 중량부에 대하여, 평균 입자 직경 0.1 내지 100㎛의 산화티타늄을 50 내지 200 중량부, 미세 분말의 카본을 1 내지 25 중량부, 실리카를 50 내지 200 중량부, 알루미나를 50 내지 200 중량부, 산화지르코늄을 50 내지 200 중량부 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 LED 전구용 방열 부재.
제 4 항에 있어서, 상기 방열성 도막은 평균 입자 직경 0.3 내지 100㎛의 Ni 구상 필러, 또는 0.2 내지 5㎛의 두께로 2 내지 50㎛의 긴 직경을 갖는 인편상의 Ni 필러 중 적어도 한쪽을 함유하고 있고, 이들 양자의 합계 함유량은 상기 베이스 수지 100 중량부에 대하여 1 내지 1000 중량부인 것을 특징으로 하는 LED 전구용 방열 부재.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 방열성 도막은, 상기 베이스 수지 100 중량부에 대하여, 0.05 내지 3 중량부의 라놀린, 카르노바, 폴리에틸렌, 마이크로크리스탈린 중 1종 또는 2종의 인너 왁스를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 LED전구용 방열 부재.
제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 수지 도막은 상기 기판의 표면에 형성된 도포형 또는 반응형의 크로메이트 또는 논크로메이트층의 상층에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 전구용 방열 부재.
제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방열성 도막을 구비한 상기 합성 수지 도막은 상기 방열성 도막의 하층에 하지 도막을 갖는 복수 적층 구조를 갖고 있으며, 상기 하지 도막은 우레탄 수지, 아이오노머 수지, 폴리에틸렌 수지, 에폭시 수지, 불소 수지, 폴리에스테르 수지 중 1종 또는 2종 이상으로 이루어진 수평균 분자량이 10000 내지 40000의 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 전구용 방열 부재.