KR20130074799A

KR20130074799A - 엘이디 램프용 히트싱크

Info

Publication number: KR20130074799A
Application number: KR1020130071661A
Authority: KR
Inventors: 박상욱; 박원용
Original assignee: (주) 유원컴텍
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2013-07-04

Abstract

본 발명은 LED 조명기기용 히트싱크에 무기 피막을 형성하기 위해, 상기 히트시크 소재의 표면저항이 0.1 ~ 10 Ω/□ 이고, 동시에 평균표면조도가 0.1 ~ 10 ㎛으로 처리하는 표면처리를 하고, 상기 표면처리된 소재 위에 무기피막을 형성하며, 상기 히트싱크에서 열을 방출하는 방열핀이 경사 구조로 형성하므로서, 표면 처리의 구조를 갖는 히트싱크는 적외선 방사를 높일 수 있고 방열 효과도 향상시킬 수 있게 되며, 얇은 도막층으로도 LED 조명기기용 히트싱크의 성능을 얻을 수 있어서, 생산 시간과 경비를 크게 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 이러한 본 발명에 따른 LED 조명기기용 히트싱크는 LED 히트싱크 뿐만 아니라, 각종 통신기기, 디지털카메라, 비디오 카메라, 켐코더, MP3플레이어, 기타 오디오 기기 등에 적용할 수 있다.

Description

엘이디 램프용 히트싱크{THE HEAT SINK FOR LED LAMP}

본 발명은 엘이디(LED) 램프(lamp)에서 외부의 히트 싱크를 통한 방열을 향상시키기 위해, 우수한 방열성능과 우수한 내식성을 갖도록 하는 방열 층을 코팅한 히트싱크에 것에 관한 것이다.

LED 조명기기에 있어서 가장 중요한 부품 중의 하나는, LED 동작시 많은 열을 용이하게 방출시키도록 하는 히트싱크이다. 히트싱크가 LED에서 발생되는 열을 외부로 신속히 방출시키지 못하게 되면, 조명기기의 광원으로 작용하는 LED 소자의 성능이 급격히 저하되거나 LED 소자의 파손으로 인해 고장을 일으키게 된다.

따라서, 히트싱크의 방열성능을 극대화하기 위하여 다양한 방법들이 제안되고 있으며, 그 일예로서 LED에서 발생되는 열을 신속히 외부로 방출시킬 수 있도록 하기 위하여 히트싱크를 외부에서 보일 수 있도록 노출형으로 설계하는 것이 보다 방열성능의 관점에서 유리하게 된다.

그런데, 히트싱크를 노출형으로 설계하게 되면, 히트싱크를 성형된 상태 그대로 사용하는 것은 부식의 우려 뿐만 아니라 미관상으로도 좋지 못하게 되므로 히트싱크의 표면에 아크릴 수지 도료계 또는 우레탄 수지 도료계 등의 도료로 도장을 실시하여 부식을 방지하고 또 미관을 향상시키고 있다.

그러나, 원하는 색상을 내기 위해 히트싱크의 표면에 실시되는 스프레이 도장은 양호한 도장층을 형성시키기 위해서는 수차례 반복해서 도장작업을 해야 한다. 즉, 1회의 도장을 할 경우에는 제조원가는 저렴하게 되지만 도장층이 너무 얇아서, 표면처리된 히트싱크의 표면 바탕색이 얇은 도장층과 어우러져, 도장색의 원색 구현이 매우 어려울 뿐만 아니라, 내식성이 부족하여 도장층이 쉽게 손상되는 경우가 많게 된다. 따라서 이러한 문제점을 보완하기 위하여 LED 조명기기용 히트싱크는 2회 이상의 스프레이 도장이 실시되어야 하며, 경우에 따라서는 4회까지도 도장이 요구되기도 한다. 그런데 이렇게 여러 겹의 도장층을 형성시키게 되면 생산시간이 길어지고 도료 비용이 증가하며, 수차례의 도장으로 인하여 제조 공정이 늘어나서 불량률이 증가하여, 결과적으로 제조 원가가 높아질 뿐만 아니라, 히트싱크 소재 표면에 두껍게 형성된 도장층으로 인하여, LED 소자에서 발생한 열이 히트싱크 외부로 방출되기 어려워지므로, 히트싱크의 방열성능이 현저하게 떨어지는 문제점이 있게 된다.

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 기존의 LED 조명기기용 히트싱크의 방열 성능을 향상 시키는 코팅층을 형성하고, 효과적인 방열이 되는 구조를 갖는 히트싱크를 제공함에 있다.

본 발명에 따르면, LED 조명기기용 히트싱크에 무기 피막을 형성하기 위해, 상기 히트시크 소재의 표면저항이 0.1 ~ 10 Ω/□ 이고, 동시에 평균표면조도가 0.1 ~ 10 ㎛으로 처리하는 표면처리를 하고, 상기 표면처리된 소재 위에 무기피막을 형성하며, 상기 히트싱크에서 열을 방출하는 방열핀이 경사 구조로 형성된다.

그리고, 상기 방열핀의 아래의 폭(T)과 위쪽의 폭(T1)의 비율이 0.1 이상 1 이하이고, 방열핀의 폭의 두께 T는 1- 5mm 이다. 또한, 상기 방열판에 방열 돌기가 더 형성된다.

본 발명에 따른 표면 처리의 구조를 갖는 히트싱크는 적외선 방사를 높일 수 있고 방열 효과도 향상시킬 수 있게 되며, 얇은 도막층으로도 LED 조명기기용 히트싱크의 성능을 얻을 수 있어서, 생산 시간과 경비를 크게 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 이러한 본 발명에 따른 LED 조명기기용 히트싱크는 LED 히트싱크 뿐만 아니라, 각종 통신기기, 디지털카메라, 비디오 카메라, 켐코더, MP3플레이어, 기타 오디오 기기 등에 적용할 수 있다.

도 1은 사각형 형태의 엘이디 램프(10)의 배면도.
도 2는 원형 형태의 엘이디 램프(10)를 나타낸 도면.
도 3은 형광등 타입 관형 엘이디(10)를 나타낸 도면.
도 4는 백열등 방식의 엘이디 램프를 나타내는 도면.
도 5는 코팅층이 형성된 단층면을 나타낸 도면.
도 6과 도 7은 방열판의 설계 구조를 나타낸 실시예의 도면.
도 8의 경사 구조의 효용성을 나타낸 도면.
도 9는 표면 거칠기를 나타낸 도면.
도 10은 도 2의 방열판 구조를 더 상세히 나타낸 도면.
도 11은 적외선 방사 효과를 극대화한 방열판의 또 따른 구조를 나타낸 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 조명기기용 히트싱크의 표면처리 방법에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 히트싱크의 표면 처리 방법에 대해 설명한다. 히트싱크의 표면처리를 위해서는 소재 가공단계와, 표면처리단계와, 피막형성단계로 이루어진다.

상기 소재 가공단계는 LED 조명기기용 히트싱크의 소재를 원하는 형상으로 가공하는 단계이다. 여기서, 상기 소재는 알루미늄합금 혹은 마그네슘 합금이 이용될 수 있다. 상기 알루미늄 합금은 대표적인 예로서 ADC12종, ADC10종 등이 있으며, 상기 마그네슘 합금의 예로서는 AZ91D 및 AZ31B 등이 사용될 수 있다.

상기 소재는 LED용 조명기기의 성능과 용량에 따라 다양한 형상으로 제조되며, 조명기기의 조도가 높을수록 우수한 방열성능을 갖도록 형상이 설계되어야 한다.

상기 표면처리단계는 상기 소재가공단계에서 원하는 형상으로 가공된 소재의 표면을 표면처리하는 단계로서, 소재의 표면저항이 0.1 ~ 10 Ω/□ 이고, 동시에 평균표면조도가 0.1 ~ 10 ㎛가 되도록 표면처리한다.

상기 소재의 표면저항이 10 Ω/□ 이상으로 저항이 높아지면 후술된 무기피막을 형성하는 단계에서 무기피막의 형성이 잘 되지 않으며, 표면저항이 0.1 Ω/□ 미만인 경우에는 후술된 무기피막층을 원활히 형성될 수 있지만 내식성이 떨어지는 문제점이 있다. 상기 표면저항이 0.1 Ω/□ 내지 10 Ω/□ 사이에 있도록 처리한 경우라도 평균 표면조도가 0.1 ㎛이하이면 표면이 너무 매끄러워 후술된 무기피막의 밀착성을 떨어뜨리며, 평균표면조도가 10 ㎛이상으로 되면 표면의 거칠기가 너무 커서 최종 제품의 외관을 해치게 되며, 아울러, 평균표면조도가 위의 범위에서는 방열되는 표면적을 보다 늘릴 수 있으므로 방열성능을 보다 향상시키게 된다.

상기 표면처리단계는 다양한 방법들이 이용될 수 있으며, 그 구체적인 예로서는 화성피막법과 PEO법이 이용될 수 있다.

상기 화성피막법에는 논크로메이트 피막처리법이 사용될 수 있다. 상기 화성피막의 기본적인 처리 공정은 예비탈지, 본탈지, 수세, 산세, 수세, 표면조정, 인산염피막형성, 수세, 탈세, 건조의 복잡한 공정으로 이루어져 있다. 이 중에서 중요한 공정은 산세공정, 표면조정 공정, 인산염 피막형성 공정을 들 수 있다. 상기 논크로메이트 피막처리법에서의 핵심공정에 사용되는 처리액으로는 인산, 금속염, 불화물(弗化物) 등이 주성분인 것이 주로 사용된다.

상기 PEO법은 일명 plasma electrolytic oxidation이라 칭하는 표면처리 방법으로서 상기 히트싱크의 소재와 대향되는 전극을 이격지게 전해액 중에 침지시키고, 상기 히트싱크의 소재와 대향되는 전극에 각각 서로 다른 극성이 가해지도록 통전시키게 되면, 상기 히트싱크 소재의 표면에 산화물 및 금속간화합물(intermetallic compound) 형태가 형성된다. 이때, 전해액, 인가 전압, 인가 전류밀도 및 인가 주파수를 적절히 조정함으로써, 원하는 코팅층의 두께나, 소재의 표면저항, 및 평균표면조도를 갖도록 할 수 있다.

상기 전극의 재료는 일반적으로 부식에 강하고, 전기화학적으로 안정한 재료가 사용되며, 대표적 재료로서 스테인리스강이 있으며, 티타늄 혹은 흑연이 전극재료로 이용되기도 한다. 본 발명에서는 스테인리스강을 전극 재료로 이용하였으며, 대향되는 전극에 해당되는 것이 상기 원하는 형상으로 가공된 히트싱크의 소재이다. 전류의 형태를 교류로 사용할 경우에는 각각의 전극의 극성이 정해지지 않으며, 직류로 사용할 경우에는 스테인리스를 음극으로 사용하고, 상기 원하는 형상으로 가공된 히트싱크의 소재를 양극으로 사용한다.

상기 전해액은 기본적으로 소량의 강알칼리성 수용액 및 산화물층의 한 성분으로서 역할을 할 수 있는 모든 종류의 수용성 염 중의 하나 또는 그 이상의 조합으로 이루어진다. 본 발명에 따른 상기 전해액은 수산화칼륨(KOH)과 규산나트륨(Na₂O-nSiO₂, n=1~4)를 함유하는 것이 바람직하다. 수산화칼륨 대신 수산화나트륨(NaOH)과 같은 강알칼리성 용질을 이용할 수도 있으며, 그 함량은 0.1~100 g/L 정도인 것이 좋다. 여기서, 규산나트륨 대신 알루민산나트륨(Na₂AlO₃)과 같은 약 알칼리성 용질을 이용할 수도 있고, 그 함량은 0.1~50 g/L 가 좋으며, 보다 적절하게는 3~10 g/L가 바람직하다.

상기 전해액 중에서 상기 히트싱크의 소재 표면에 코팅층을 형성시키기 위해서는 서로 다른 극성을 갖는 상기 히크싱크의 소재와 전극 사이에 교류 혹은 직류의 전류를 흘려주면 된다. 이때 인가되는 전압과 전류 밀도 및 인가 주파수를 적절히 조정하면 상기 표면저항이 0.1 내지 10 Ω/□ 이고, 동시에 평균표면조도가 0.1 내지 10 ㎛인 표면처리 층을 얻을 수 있다. 이때 적정한 인가전압은 50 ~ 150 V 사이에 존재하며, 보다 적절하게는 70 ~ 100 V 범위에 있다. 적정한 인가 전류 밀도는 0.1~30 A/dm²의 범위에 있는 것이 좋으며, 보다 적절하게는 0.2~3 A/dm² 범위에 있는 것이 좋다. 인가되는 주파수는 인가 전류가 교류일 경우에는 보통 30 Hz ~1 GHz 이하인 것이 좋으며, 더욱 좋게는 50~700 Hz 범위가 좋다. 인가 전류가 직류일 경우에는 보통 60 Hz를 이용하여도 좋으나, 펄스파 형태의 인가 전류를 가질 경우에는 최대 1 GHz의 높은 주파수를 이용할 수도 있다. 상기 가해지는 전류의 파형은 정방향의 전류 파형과 역방향의 전류 파형이 시간의 경과와 더불어 교대로 나타나도록 조정하며, 정방향 전류파와 역방향 전류파의 각각의 유지 시간과 진폭을 적절히 조정할 수도 있으며, 전류파와 전류파 사이에 전류가 전혀 흐르지 않게 하는 휴지시간을 둘 수도 있다. 이때, 가해지는 전류파의 모양은 정현파 외에도 삼각파, 사각파, 톱니파 혹은 이들의 불규칙한 조합 등을 사용할 수 있다.

위와 같은 방법에 의해 형성된 상기 표면처리에 의해 처리된 표면처리층은, 히트싱크 소재의 표면에 내식성을 갖도록 하면서도 후술하는 무기피막층이 히트싱크 소재의 표면으로부터 박리되지 아니하고 히트싱크 소재의 표면에 밀착되도록 하는 매개체의 역할을 하는 동시에 표면조도를 적정범위로 조절하여 방열되는 표면적을 늘려 방열성능을 향상시키는 역할을 한다.

상기 표면처리하는 단계에서 표면처리가 완료되면 히트싱크의 방열성능과 내식성을 더욱 향상시키고 미려한 외관을 갖게 하기 위하여 상기 표면처리가 완료된 히트싱크의 표면에 무기피막을 형성시킨다.

상기 무기피막은 피도물(표면처리된 히트싱크)과 탱크(혹은 피도물에 대향하는 전극)를 양쪽 전극으로 하고 탱크 내의 수용성 도료 중에 전류를 통해서 피도물에 도막을 입히는 전착 도장을 이용하여 형성시키는 것이 바람직하다.

상기 전착도장은 상기 표면처리된 히트싱크의 표면의 내식성을 보다 향상시키고 동시에 방열성능을 더욱 향상시키기 위하여 실시하는 것으로서, 상기 전착도장의 도장층을 형성시키기 위하여는 먼저 상기 표면처리된 히트싱크를 세정한 후에 전착도장용 도료를 함유한 전해조 내에 침지시킨 후, 상기 표면처리된 히트싱크와 전극 간에 전압을 인가한다. 전압을 인가할 때, 0 ~ 250V 정도의 전압 범위 내에서 승압시키는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0 ~ 150V 전압 범위가 좋으며, 더욱 바람직하게는 0 ~ 120V의 전압 범위가 좋다. 전착 처리시 일정 전압까지의 승압시간은 30초 내지 60초 내에 이루어지며, 전착 처리 시간은 승압시간을 포함하여 3분을 넘기지 않는 게 바람직하다. 전착 처리시 사용하는 도료는 양이온성 도료와 음이온성 도료의 두가지 모두를 사용할 수 있으며, 내식성이 우수한 양이온성 에폭시계 도료를 사용하는 것이 바람직하지만, 목적에 따라 양이온성 아크릴계 도료나 음이온성 에폭시계 도료 등과 같은 모든 종류의 전착 도장용 도료를 이용할 수도 있다. 전착 도장 공정이 완료되면, 수세에 의한 세정 공정을 거친 후, 150 ℃ 내지 185 ℃의 온도에서 건조하면 원하는 전착도장 공정이 완료된다.

이와 같은 전착도장을 통해 얻어진 무기피막층은 히트싱크의 방열성능을 더욱 향상시키며 동시에 내식성을 향상시키는 역할을 할 뿐만 아니라, 상기 무기피막을 형성하는 단계 후에 원하는 색상의 도장층을 형성하는 단계가 더 수행될 때 상기 도장층의 밀착성을 향상시키는 역할을 수행하게 된다. 상기 원하는 색상의 도장층은 일반적인 스프레이 도장법을 이용하여 수행할 수 있으며, 이때, 상기 스프레이 도장은 종래의 방법과는 달리 1회의 스프레이 도장만을 실시한다 하더라도 도장층의 박리가 일어나지 않게 된다.

다음은 본 발명에 따른 실시예 및 비교예로서, 각 실시예 및 비교예에서 선정한 히트싱크용 재질은 AZ91D 마그네슘 주조합금과 ADC12 다이캐스팅용 알루미늄 합금이며, 모든 시편은 40mm x 40mm x 2mm 크기로 주조하여 제작하였다.

<실시예 1>

O 재질 : AZ91D (마그네슘 주조합금)

O 표면처리 층 형성 조건

- 표면처리 방법 : PEO

- 전해액 조성: KOH 5g/l + Na₂O-SiO₂ 8 g/l + 증류수

- 전원조건: 전류밀도 1.8 A/dm², 최종 인가 전압 120 V AC

O 무기피막 층 형성 조건

- F1 : F2 (Nv=1:3) 백색 아크릴계 수지

- 전압 범위 : 0 ~ 100 V DC

- 인가 전압 : 100 V DC

- 인가전압까지의 승압시간 : 55초

- 총 공정 시간(승압시간 포함) : 150초

<실시예 2>

O 재질 : AZ91D (마그네슘 주조합금)

O 표면처리 층 형성 조건

- 표면처리 방법 : 논크로메이트

- 처리 용액: 인산아연계 처리용액

- 처리온도/시간 : 55 ^oC / 70초

O 무기피막 층 형성 조건

- 피막성분 : F1(안료), F2(아크릴계 수지), Nv=1:3

- 전압 범위 : 0 ~ 100 V DC

- 인가 전압 : 100 V DC

- 인가전압까지의 승압시간 : 55초

- 총 공정 시간(승압시간 포함) : 150초

<실시예 3>

O 재질 : ADC12 (다이캐스팅용 알루미늄 합금)

O 표면처리 층 형성 조건

- 표면처리 방법 : PEO

- 전해액 조성: KOH 5g/l + Na₂O-SiO₂ 8 g/l + 증류수

- 전원조건: 전류밀도 1.8 A/dm², 최종 인가 전압 120 V AC

O 무기피막 층 형성 조건

- 피막성분 : F1(안료), F2(아크릴계 수지), Nv=1:3

- 전압 범위 : 0 ~ 100 V DC

- 인가 전압 : 100 V DC

- 인가전압까지의 승압시간 : 55초

- 총 공정 시간(승압시간 포함) : 150초

<비교예 1>

O 재질 : AZ91D (마그네슘 주조합금)

O 표면처리 층 형성 조건

- 표면처리 방법 : 미실시

O 스프레이도장 층 형성 조건

- 백색 아크릴계 소부도장용 페인트

- 도장 방식 및 횟수 : 스프레이도장/4회(4-coating)

- 건조 온도/시간 : 150 ^oC, 1시간/1회

- 총 공정시간 : 4 hrs

<비교예 2>

O 재질 : AZ91D (마그네슘 주조합금)

O 표면처리 층 형성 조건

- 표면처리 방법 : 샌드블라스트(습식)

- 블라스트 미디어 : 금강석 분말 (80mesh)

- 분사압력/시간: 7 kg/cm² / 60초

O 스프레이도장 층 형성 조건

- 백색 아크릴계 소부도장용 페인트

- 도장 방식 및 횟수 : 스프레이도장/4회(4-coating)

- 건조 온도/시간 : 150 ^oC, 2시간/1회

- 총 공정시간 : 4 hrs

<비교예 3>

O 재질 : AZ91D (마그네슘 주조합금)

O 표면처리 층 형성 조건

- 표면처리 방법 : 논크로메이트

- 처리 용액: 인산아연계 처리용액

- 처리온도/시간 : 55 ^oC / 150 초

O 스프레이도장 층 형성 조건

- 백색 아크릴계 소부도장용 페인트

- 도장 방식 및 횟수 : 스프레이도장/4회(4-coating)

- 건조 온도/시간 : 150 ^oC, 2시간/1회

- 총 공정시간 : 4 hrs

<비교예 4>

O 재질 : AZ91D (마그네슘 주조합금)

- 표면처리 방법 : PEO

- 전해액 조성: KOH 5g/l + Na₂O-SiO₂ 8 g/l + 증류수

- 전원조건: 전류밀도 1.8 A/dm², 최종 인가 전압 150 V AC

O 스프레이도장 층 형성 조건

- 백색 아크릴계 소부도장용 페인트

- 도장 방식 및 횟수 : 스프레이도장/4회(4-coating)

- 건조 온도/시간 : 150 ^oC, 2시간/1회

상기 실시예들에서 보는 바와 같이 표면처리 시간 및 무기피막 형성에 필요한 단위 공정시간을 각각 합하면, 약 200초 내지 250초에 불과하여 빠른 시간 내에 단위공정을 완료할 수 있으나, 이에 비하여 비교예들에 따른 공정의 경우 무려 4시간에 가까운 공정시간이 소요되어 본 발명에 따른 LED 조명기기용 히트싱크의 생산성이 월등히 우수하다는 것을 알 수 있다.

상기 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 8에 따른 LED 조명기기용 히트싱크의 표면처리에 따른 특성시험 결과를 표 1(히트싱크 소재의 표면처리(실시예)에 따른 특성시험 결과) 및 표 2(히트싱크 소재의 표면처리(비교예)에 따른 특성시험 결과)에 요약하여 나타내었다.

위의 실시예 및 비교예에 따른 시편에 대하여, 내식성 시험은 ASTM B117에 규정된 방법에 의하여 72시간 동안 중성 염수 분무시험을 행하였으며, 방열성능 시험은 KICM FIS-1005 시험 규격에 의하여 조명기기용 LED 히트싱크의 허용 최고온도인 60^oC에서의 열방사율을 측정하였다. 이와 함께, 실시예의 경우 표면처리층과 무기피막층간의 도막 밀착성 측정과, 비교예의 표면처리층과 스프레이 도장층간의 도막밀착성 측정을 위해 ISO 2409에 규정된 시험 절차에 따라, 크로스 컷팅(X-cutting) 시험을 행하였다.

상기 시험결과를 분석하여 보면, 위의 표 1에서 보는 바와 같이, 모든 실시예들은 부식이 전혀 일어나지 않은 반면, 표 2에서 보는 바와 같이, 비교예들에서는 일부 부식현상이 발생하였으며, 방열성능에 있어서는 실시예들의 경우 85%(=0.850) 이상의 높은 방사율을 나타내는 반면, 비교예의 경우 최대 66.5%(=0.665)에 불과하여 상대적으로 실시예의 경우에 방열성능이 우수한 것으로 나타났다. 또한 도막 밀착성에 있어서도, 실시예의 경우, 가장 우수한 등급인 0 등급(100개의 도막조각 중에서 단 1개의 도막도 벗겨지 않은 경우)에 해당하는 결과를 나타내었지만, 비교예들의 경우에는 실시예에 비해 도막밀착성이 약한 1 등급(100개의 도막조각 중에서 5개 이하의 도막만 벗겨지는 경우)에 해당하는 결과를 얻었다.

한편, 위의 실시예와 비교예에서 표면처리층의 두께와 최종 외관 도막층의 두께를 합한 결과를 살펴 보면, 실시예들의 경우 20 ~35 ㎛ 의 두께를 가지고 있고, 비교예들의 경우 75~ 90 ㎛의 두께를 가지고 있는데, 표 1 및 표 2에서 보는 바와 같이 1/3 정도의 도막 두께로도 기존의 표면처리 방법에 비하여 월등히 우수한 성능을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 추가 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 기술하기로 한다.

도 1은 사각형 형태의 엘이디 램프(10)의 배면을 나타내는데, 도면에서처럼 배면의 외부 케이스(40)에는 히트싱크(이하 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.

도 2는 원형 형태의 엘이디 램프(10)를 나타낸 도면이다. 마찬가지로 엘이디 램프(10) 배면의 외부 케이스(40) 에는 핀모양의 히트싱크(이하 방열판)(20)을 구비한다.

상기 방열판도 공가와이 접촉 면적을 늘여서 방열 효과를 더 갖도록 한 것이다.

도 3은 형광등 타입 관형 엘이디(10)를 나타낸 도면이다. 형광등 타입 관형 엘이디는 플라스틱 수지로 된 튜브 내부에 엘이디 소자가 장착되어, 마치 형광등처럼 생긴 관 내에서 엘이디 소자에 의해 빛이 방출되는 것이다.

형광등 타입 엘이디도 엘이디 소자의 의한 열을 방출하기 위해 방열판(20)이 구비되는 것이다.

도 4는 백열등 방식의 엘이디 램프를 나타내는 도면이다.형상은 백열등 구조를 가지지만. 엘이디 소자에 의해 빛이 조사되므로, 엘이디 열을 외부로 방출하기 위한 방열판(20)이 역시 구비된다.

도 5는 코팅층이 형성된 단층면을 타나낸 도면이다.

본 발명의 실시예에서는 표면 처리를 실시한 다음 무기 피막층을 형성하고, 경우에따라서는 도장층을 형성할 수도 있음을 나타내었다. 그리고 도 5는 이에 대한 단면도 인 것이다.

즉, 단층(50) 아래에는 표면처리층(53)을 상징적으로 나타내었고, 그 위에 무기 피막층(52)이 형성되고, 다시 그 위에 경우에 따라서는 도장층이 형성된다.

이때, 무기 피막층의 그 두께는 50 -60 ?를 넘지 않는 것이 좋다. 너무 두꺼우면 방열성이 떨어지고 너무 얇으면 피막 효과가 떨어지기 때문에 적당한 두께를 고려하게 되는 것이다.

물론 본 발명의 실시예에서는 20 ~35 ㎛ 의 두께를 형성하였지만 경우에 따라서는 더 두꺼울 수도 있다는 것을 의미하는 것이다.

도 6과 도 7은 방열판의 설계 구조를 나타낸 실시예의 도면이다.

도 6에서처럼 방열판(20)과 방열판(20) 사이의 간격(C)는 램프의 크기에 따라 차이가 나겠지만, 보통은 엘이디 램프 본체의 두께 B 룰 기준으로 할 때, 1/4 이에서 1 이하가 되는 것이 좋다.

그리고 방열판의 높이 A는 B(본체)의 1/2에서 2배 정도 이내가 좋다. 방열판이 너무 작으면 방열효과가 떨어지고 너무 크면 엘이디 램프의 외관이 좋지 않게 되기 때문이다.

또한 방열판의 폭 T는 1- 5mm 사이가 적당하다.

도 7은 방열판(20) 한 개(이하 방열핀이라고 함)를 나타낸 도면으로, 방열판을 경사 구조로 하였다. 상기와 같이 경사 구조로 하므로서 방열판의 면적을 더 크게 하여 공기와의 접촉 면적을 증가시키는 효과를 갖는다.

이때, 경사도를 나타내기 위해 방열핀(20) 아래의 폭(T)과 방열판 위쪽의 폭(T1)의 비율을 정할 수 있으며, T1/T의 비가 0.1 이상 1 이하가 되는 것이 적당하다.

특히 본 발명에서는 적외선 방사 효과가 극대화된 무기 피막층이 형성된 방열판을 제공하는 것이 그 목적이며, 상기와 같이 경사구조를 갖는 방열핀(여러개의 방열핀이 모여 방열판을 이룸)이 구비되므로서, 적외선 방사 면적을 높이는 효과를 갖게 된다.

도 8의 경사 구조의 효용성을 나타낸 도면이다.

적외선을 방사하는 무기 피막층을 형성하는 경사구조를 갖는 방열판은 적외선 방사에 의한 열 방출에도 효과적인 특성을 가지게 된다.

즉, 적외선이 방사되었을 때, 방열판이 서로 평행 구조로 되어 있으면 이웃하는 방열판이 방사된 적외선을 ?수할 수도 있으나, 각각 경사 구조로 형성된 방열판은 적외선 반사 효율을 증가시키게 된다.

따라서, 방사된 적외선이 이웃하는 방열판에 흡수되지 않고 반사되는 비율을 높이는 효과가 있게 되는 것이다. 도면에서 화살표는 방사된 적외선이 이웃하는 방열판 표면에 반사되어 방열판 외부로 나가게 되는 모습을 도식도로 나타낸 그림이 된다.

도 9는 표면 거칠기를 나타낸 도면이다.

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.

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

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.

이 값은 표면 거칠기 기호로 와 같이 나타내기도 한다. 물론 한계 범위를 정해야 하며 그 한계범위는 1 ? 이상으로 하는 적이 적당하며 너무 작으면 가공에 한계가 부딪치기 때문이다. 따라서 최고값과 최저값의 차이는 1- 6.5 ? 가 되는 것이다. 하지만, 그러한 경우는 최적의 값을 의미하는 것이고, 본 발명의 목적이 달성되기 위한 평균 표면조도 값은 0.1 ~ 10 ㎛ 가 되는 것으로 어느 정도 발명의 목적은 달성될 수 있다고 본다.

도 10은 도 2의 방열판 구조를 더 상세히 나타낸 도면이다.

도면에서 보면 원을 4 부분으로 나누고 4 방향으로 방열판(20)의 방향이 만들어 지도록 되어 있다. 즉, 방열판(20)의 방향이 원의 중심으로 향하는 방향이 아니라 원의 지름과 평행한 방향으로 방열판(20)의 방향이 만들어 지도록 되어있다.

이렇게 하므로서, 방열판과 방열판 사이의 간격을 일정하게 할 수가 있게 되는 것이다. 방열판의 방향이 원의 중심으로 향하게 되면 방열판의 간격이 일정해지기가 어렵게 된다.

이러한 일정한 구조의 방열판을 구비하므로서, 엘이디 소자의 전체 부분에서 열이 균일하게 방출될 있으며, 방열판도 경사 구조를 가지므로서 방사되는 적외선이 이웃하는 방열판에 흡수되는 정도를 더 약하게 할 수가 있는 것이다.

도 11은 적외선 방사 효과를 극대화한 방열판의 또 따른 구조를 나타낸 도면이다.

도면에서처럼 방열판(20)을 경사 구조를 만들어, 차가운 공기와 접촉되는 면적을 늘이는 한편, 방열 돌기(25)를 추가로 더 구비하도록 하여, 면적을 더 늘이는 효과를 갖게 한 실시예의 도면이다. 즉, 방열핀에 방열 돌기가 더 구비된 설계 구조를 제공하는 것이다.

상기와 같은 구조를 가지므로서, 경사 구조를 갖기 않은 도 6의 방열판 보다고 방열판의 면적을 2배 정도 늘릴 수 있게 된다.

그리고, 이러한 경구 구조의 장점은 방사된 적외선이 이웃하는 방열판에 흡수되지 않고, 이웃하는 방열판에서 효과저으로 반사가 일어나도록 하는 설계 구조를 제공하는 효과도 더 가지게 된다.

10: 엘이디 램프 40: 외부 케이스
20: 히트싱크(방열판) 50: 단층
52: 무기 피막층 53: 표면처리층

Claims

LED 조명기기용 히트싱크에 무기 피막을 형성하기 위해, 상기 히트싱크 소재의 표면저항이 0.1 ~ 10 Ω/cm² 이고, 동시에 평균표면조도가 0.1 ~ 10 ㎛으로 처리하는 표면처리를 하고, 방열핀의 폭의 두께 T는 1- 5mm 이고,
상기 표면처리된 소재 위에 무기피막을 형성하며, 상기 히트싱크에서 열을 방출하는 방열핀이 경사 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 LED 램프용 히트싱크.
제1항에 있어서,
상기 방열핀의 아래의 폭(T)과 위쪽의 폭(T1)의 비율이 0.1 이상 1 이하인 것을 특징으로 하는 LED 램프용 히트싱크.
제1항에 있어서,
상기 방열핀에 방열 돌기가 더 형성된 것을 특징으로 하는 LED 램프용 히트싱크.