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KR101345067B1 - Led용 방열강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

Led용 방열강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR101345067B1
KR101345067B1 KR1020120069411A KR20120069411A KR101345067B1 KR 101345067 B1 KR101345067 B1 KR 101345067B1 KR 1020120069411 A KR1020120069411 A KR 1020120069411A KR 20120069411 A KR20120069411 A KR 20120069411A KR 101345067 B1 KR101345067 B1 KR 101345067B1
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KR
South Korea
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resin
steel sheet
heat
nitride
dissipating
Prior art date
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Active
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KR1020120069411A
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English (en)
Inventor
최강호
손인석
정용수
김용희
문만빈
Original Assignee
현대하이스코 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

LED용 방열강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 LED용 방열강판은 베이스 강판; 상기 베이스 강판 상에 형성되며, 아연을 포함하는 도금층; 및 상기 도금층 상에 형성되며, 수지 및 방열 안료를 포함하는 수지 코팅층;을 포함하고, 상기 방열 안료는 질화처리된 파우더와 알루미늄 파우더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

LED용 방열강판 및 그 제조 방법 {HEAT EMITTING STEEL SHEET FOR LED AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 LED용 방열강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LCD-LED TV와 같이 LED를 사용하는 제품의 방열 문제를 해결할 수 있는 LED용 방열강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
LCD-LED TV의 급속한 성장에 따라, 방열기술 및 방열소재에 대하여도 관심이 높아지고 있다.
LED는 고효율의 에너지 소자로써 큰 장점을 가지고 있다. 그러나, LED는 열에 취약한 특징 때문에 LED를 광원으로 사용하는 제품의 수명과 신뢰성 확보를 위해서는 방열기술이 반드시 필요하다.
통상 방열소재로 사용되고 있는 것은 알루미늄 방열판이다. 알루미늄 방열판의 경우, 높은 열전도도를 통하여 우수한 방열 효과를 제공한다.
그러나, 알루미늄의 경우, 스틸에 비하여 강도가 낮고, 또한 알루미늄은 스틸에 비하여 상대적으로 고가이다.
따라서, 스틸을 방열소재로 활용하고자 하는 많은 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 배경기술로는 대한민국 공개특허번호 제10-2009-0020843호(2009.02.27. 공개)에 개시된 방열특성이 우수한 아연도금강판이 있다.
본 발명의 목적은 방열 특성이 우수하고, 아울러 내식성, 내오염성 등 표면 물성이 우수한 LED용 방열 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 LED용 방열 강판은 베이스 강판; 상기 베이스 강판 상에 형성되며, 아연을 포함하는 도금층; 및 상기 도금층 상에 형성되며, 수지 및 방열 안료를 포함하는 수지 코팅층;을 포함하고, 상기 방열 안료는 질화처리된 파우더와 알루미늄 파우더를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 도금층은 전기아연도금층인 것이 바람직하다.
또한, 상기 질화처리된 파우더와 알루미늄 파우더는 중량비로, 3:1 ~ 1:3로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 방열 안료는 상기 수지 100 중량부에 대하여 15~35중량부로 포함되는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 수지 코팅층은 편면 기준 부착량이 1700~3000 mg/m2인 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 LED용 방열 강판 제조 방법은 베이스 강판 상에, 아연을 포함하는 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 도금층 상에, 수지, 방열 안료 및 용매를 포함하는 수지 조성물을 도포 및 건조하여 수지 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 방열 안료는, 질화처리된 파우더와 알루미늄 파우더를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 LED용 방열 강판은 우수한 방열 특성과 함께 내식성, 내오염성 등 표면 물성이 우수한 장점이 있다.
따라서, 본 발명에 따른 LED용 방열 강판은 현재 널리 사용되고 있는 알루미늄 방열판을 대체하여, LED 제품의 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED용 방열 강판을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED용 방열 강판 제조 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED용 방열 강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED용 방열 강판을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 도시된 LED용 방열 강판은 베이스 강판(110), 도금층(115) 및 수지 코팅층(120)을 포함한다.
도 1에서는 베이스 강판 일면에 도금층 및 수지 코팅층이 형성된 것을 나타내었으나, 도금층 및 수지 코팅층은 베이스 강판 양면에 형성될 수 있다.
베이스 강판(110)은 열연강판 혹은 냉연강판이 될 수 있으며, 전기도금이 용이한 냉연강판이 보다 바람직하다.
도금층(115)은 베이스 강판(115) 상에 형성되며, 아연을 포함하여 강판 표면이 산화되는 것을 방지하고, 내식성을 부여한다.
이러한 아연을 포함하는 도금층(115)은 용융도금층, 전기도금층 등이 될 수 있으며, 이 중에서 도금층의 두께를 얇게 할 수 있는 전기도금층이 보다 바람직하다. 전기도금층의 예로 Zn, Zn-Ni 합금 등이 제시될 수 있다.
수지 코팅층(120)은 도금층(115) 상에 형성되며, 수지 및 방열 안료를 포함한다.
이때, 본 발명에서는 방열 안료로서, 질화처리된 금속 또는 비금속 파우더와 알루미늄 파우더를 복합적으로 이용한다. 질화처리된 파우더와 알루미늄 파우더를 복합적으로 이용한 결과, 이들을 단독으로 이용한 경우 또는 다른 재질의 방열 안료를 이용한 경우보다 우수한 방열 효과 및 우수한 표면 물성을 얻을 수 있었다.
이때, 질화처리된 파우더로는 질화철, 질화알루미늄, 질화지르코늄, 질화티탄늄, 질화붕소, 질화텅스텐, 질화마그네슘, 질화구리 및 질화은 중에서 1종 이상을 이용할 수 있다.
알루미늄 파우더는 입자 사이즈가 1~100㎛ 정도의 구상 및 편상의 알루미늄 파우더를 사용할 수 있다.
질화처리된 파우더와 알루미늄 파우더의 상대적인 사용량은 큰제한은 없으나, 중량비로, 3:1 ~ 1:3, 즉 어느 한 종의 파우더가 다른 한 종의 파우더보다 중량 대비 3배 이내로 포함되는 것이 보다 바람직하다. 질화처리된 (금속 및 비금속) 파우더와 알루미늄 파우더의 중량비가 상기 범위일 때, 보다 우수한 방열 효과를 나타내었다.
한편, 방열 안료는 수지 100 중량부에 대하여 15~35중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 방열 안료의 함량이 수지 100 중량부 대비 15 중량부 미만일 경우, 충분한 방열 효과를 얻기 어려워질 수 있다. 반대로, 방열 안료의 함량이 수지 100 중량부 대비 35 중량부를 초과하는 경우, 내오염성, 표면 가공 윤활성 등 다른 표면 품질이 저하될 수 있다.
수지는 수분산 아크릴 수지, 아크릴 변성 에폭시 수지, 아크릴 변성 폴리에스테르 수지, 우레탄 변성 폴리에스테르 수지, 아크릴-스틸렌 변성 에폭시 수지, 폴리 카보네이트계 우레탄 수지, 폴리 에스터계 우레탄 수지, 폴리에틸렌 변성 폴리우레탄 수지, 폴리 우레탄 실란 변성 수지, 우레탄 아크릴 변성 수지, 실란 변성 올레핀계 수지, 올레핀계 수지 등을 사용할 수 있다.
이들 수지 중에서, 올레핀계 수지를 이용할 경우, 내식성 및 내용제성, 내오염성 등 표면 물성이 보다 우수하므로, 올레핀계 수지가 보다 바람직하다.
한편, 수지로서 올레핀계 수지를 이용할 경우, 우레탄 수지를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 열가소성 수지인 올레핀계 수지를 열풍 조건에서 미흡한 경화 조건을 열경화성 수지인 우레탄의 포함함으로, 표면 경화 조건을 향상시키고 도금 소재의 밀착성을 향상시켜, 내알칼리에 강한 도막을 형성할 수 있다.
우레탄 수지는 올레핀계 수지 100 중량부에 대하여 10~50중량부로 사용되는 것이 보다 바람직하다. 우레탄 수지의 첨가량이 10중량부 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 우레탄 수지의 첨가량이 50중량부를 초과하여 과다하면, 가공성이 저하될 수 있다.
또한, 수지 코팅층은 경화제, 왁스, 금속킬레이트제 중 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
경화제는 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, 베타 (3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리디메톡시실란 중 1종 이상을 이용할 수 있다.
상기 경화제가 포함될 경우, 그 함량은 수지 100 중량부에 대하여 10 중량부 이하인 것이 바람직하다. 경화제의 함량이 10 중량부를 초과하는 경우, 수지와의 반응으로 겔화가 가속될 수 있다.
왁스는 윤활성을 향상시키는 역할을 하며, PE계 왁스 와 PTFE계 왁스를 2:1~1:2의 비율로 혼용 사용할 수 있다. 상기 비율로 왁스 사용 시 수지 코팅층의 가공성이 가장 우수하다.
왁스가 포함될 경우, 그 함량은 수지 100 중량부에 대하여 20 중량부 이하인 것이 바람직하다. 왁스의 함량이 20중량부를 초과하는 경우, 내식성이 저하될 수 있다.
금속킬레이트제는 수지의 열경화 조건에서 표면의 경화를 가속시키며, 소재층과의 반응으로 밀착성을 향상시켜, 내식성 내용제성,내알칼리성을 향상시킨다.
이러한 금속킬레이트제는 유기화합물, 인산화합물 및 황화합물 등을 제시할 수 있으며, 금속킬레이트제에 포함되는 금속으로는 지르코늄, 티타늄, 텅스텐, 바나듐, 스트론튬, 이트륨, 코발트, 알루미늄 중 1종 이상이 이용될 수 있다.
상기 금속킬레이트제의 경우, 수지 100 중량부에 대하여 10.0 중량부 이하로 사용되는 것이 바람직하다. 금속킬레이트제의 함량이 10.0 중량부를 초과하는 경우, 수지와의 반응으로 겔화가 가속될 수 있다.
상기와 같이, 수지와 방열 안료를 포함하는 수지 코팅층은 편면 기준 부착량이 1700~3000 mg/m2인 것이 바람직하다. 편면 기준 부착량이 1700 mg/m2 미만인 경우, 충분한 방열 효과가 저하될 수 있다. 반대로, 편면 기준 부착량이 3000 mg/m2를 초과하는 경우, 더 이상의 효과없이 비용만 상승할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED용 방열 강판 제조 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 도시돈 LED용 방열 강판 제조 방법은 도금층 형성 단계(S210) 및 수지 코팅층 형성 단계(S220)를 포함한다.
도금층 형성 단계(S210)에서는 전기아연도금 등의 방법으로 베이스 강판 상에 아연을 포함하는 도금층을 형성한다.
다음으로, 수지 코팅층 형성 단계(S220)에서는 도금층 상에, 수지, 방열 안료 및 용매를 포함하는 수지 조성물을 도포 및 건조하여 수지 코팅층을 형성한다. 이때, 수지 조성물에 포함되는 방열 안료는, 질화처리된 파우더와 알루미늄 파우더를 포함한다. 용매는 그리고 물, 알코올류, 아세톤 등을 단독으로 혹은 혼합 이용할 수 있으며, 수지 100 중량부에 대하여 대략 10~50중량부로 포함될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
건조는 대략 170~180℃ 정도에서 수행될 수 있으며, 건조 방식으로는 열풍 건조, 오븐 내 건조 등이 이용될 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 시편의 제조
실시예 1
두께 1mm의 전기아연도금강판 표면에, 폴리에틸렌 수지 100중량부, 우레탄 수지 20중량부, 방열 안료 20중량부, 금속킬레이트제로서 이소-부톡시 티타늄 에틸 아세토 아세테이트 5중량부, 물 20 중량부 및 에탄올 10 중량부로 이루어진 수지 조성물을 도포하고, 170℃의 오븐에서 건조하여 수지 코팅층을 형성하여, 실시예 1에 따른 방열 강판 시편을 제조하였다. 이때, 수지 코팅층은 부착량이 2000mg/m2이었고, 방열 안료에는 질화알루미늄 분말과 구상 알루미늄이 중량비로 3:1로 포함되었다.
실시예 2
질화알루미늄 분말과 구상 알루미늄이 중량비로 2:1로 포함된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2에 따른 방열 강판 시편을 제조하였다.
실시예 3
질화붕소 분말과 구상 알루미늄이 중량비로 3:1로 포함된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 3에 따른 방열 강판 시편을 제조하였다.
실시예 4
질화구리 분말과 구상 알루미늄이 중량비로 3:1로 포함된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 4에 따른 방열 강판 시편을 제조하였다.
실시예 5
질화은 분말과 구상 알루미늄이 중량비로 3:1로 포함된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 5에 따른 방열 강판 시편을 제조하였다.
비교예 1
방열안료가 카본 블랙 및 탄소나노튜브로 이루어진 것을 제외하고는실시예1과 동일한 방법으로 비교예 1에 따른 방열 강판 시편을 제조하였다.
2. 물성 평가 방법
(1) 방열 특성 평가
방열 특성은 200mm x 300mm의 시편에 실제 LED 조명을 노출한 후, 열적외선 카메라로 온도 분포를 확인하며, 여러 지점에 써모커플을 부착하여 온도 변화를 확인하였다.
(2) 내마모성
내마모성은 220℃에서 10분간 시편을 방치 후, 5kg의 하중으로 가공 PAD를 이용 100회 러빙 후 색차계를 이용하여 색차 변화를 측정, 색차 변화(△E)가 1 미만일 경우 양호로 판단하였다.
(3) 내흑변성
내흑변성은 항온항습기를 이용하여. 60℃, 상대습도 95%에서 120시간동안 나판 상태와 적층 상태로 방치 후 색차계를 이용하여 백색도차 변화를 측정, 백색도차(△L)가 5 미만일 경우 양호로 판단하였다.
(4) 내식성
내식성은 ASTM B117에 규정한 방법에 의해 염수분무 실험을 행한 후, 72시간 경과후 백청 발생 여부로 평가하였다.
(5)전기전도도
전기전도도는 80mm x 150mm 시편의 표면저항을 9회 반복 측정하여 평균값으로 다음과 같이 평가 하였다.
표면 저항 10mΩ 미만 : 우수
표면 저항 10mΩ 이상 100mΩ 미만 : 양호
표면 저항 100mΩ 이상 : 불량
(6) 내지문성
내지문성은 시편의 5군데에 인공 지문액을 각각 50ul씩 떨어뜨린 후, 항온장치에 48시간 보관 후 색차 변화를 측정, 색차 변화(△E)가 0.5 이하일 경우 우수, 2.0이상일 경우 불량, 그 사이는 양호로 판단하였다.
(7) 가공성
가공성은 시편 표면에 1mm 간격으로 바둑판 형태로 눈금을 100개 만든 후, 6mm 에릭슨 가공 후, 스카치 테이프로 도막을 박리시켰을 때, 테이프에 박리되어 나오는 도막의 개수로 평가하였다.
1개 미만 : 우수, 2~10개 : 양호, 10개 초과 : 불량
(8) 내용제성
내용제성은 50mm x 100mm 크기의 시편에 대하여, 메틸 에틸 케톤(MEK)를 적신 자재로 1Kgf의 힘으로 시편을 10회 문지를 때 도막이 박리되는지 여부로 평가하였다.
3. 물성 평가 결과
표 1은 실시예 1~2 및 비교예 1에 따른 시편의 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.
[표 1]
Figure 112012051456884-pat00001
표 1을 참조하면, 실시예 1~5 에 따른 시편, 그리고 비교예 1에 따른 시편 모두 방열 특성을 나타내었으며, 실시예 1~5에 따른 경우가 보다 우수한 방열성을 나타내었다.
특히, 실시예 1~5에 따른 시편의 경우, 내지문성 등에서 보다 우수한 내화학적 특성을 나타내었는 바, 표면 물성이 보다 우수하다고 볼 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
110 : 베이스 강판
115 : 도금층
120 : 수지 코팅층

Claims (17)

  1. 베이스 강판;
    상기 베이스 강판 상에 형성되며, 아연을 포함하는 도금층; 및
    상기 도금층 상에 형성되며, 수지 및 방열 안료를 포함하는 수지 코팅층;을 포함하고,
    상기 방열 안료는 질화처리된 파우더와 알루미늄 파우더를 포함하되, 상기 질화처리된 파우더와 알루미늄 파우더는 중량비로 1:3 ~ 3:1로 포함되는 것을 특징으로 하는 LED용 방열 강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도금층은
    전기아연도금층인 것을 특징으로 하는 LED용 방열 강판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 질화처리된 파우더는
    질화철, 질화알루미늄, 질화지르코늄, 질화티탄늄, 질화붕소, 질화텅스텐, 질화마그네슘, 질화구리 및 질화은 중에서 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 방열 강판.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방열 안료는
    상기 수지 100 중량부에 대하여 15~35중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 LED용 방열 강판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수지는
    수분산 아크릴 수지, 아크릴 변성 에폭시 수지, 아크릴 변성 폴리에스테르 수지, 우레탄 변성 폴리에스테르 수지, 아크릴-스틸렌 변성 에폭시 수지, 폴리 카보네이트계 우레탄 수지, 폴리 에스터계 우레탄 수지, 폴리에틸렌 변성 폴리우레탄 수지, 폴리 우레탄 실란 변성 수지, 우레탄 아크릴 변성 수지, 실란 변성 올레핀계 수지 및 올레핀계 수지 중에서 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 방열 강판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수지는
    올레핀계 수지 및 우레탄 수지가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 LED용 방열 강판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수지 코팅층은
    경화제, 왁스, 증점제, 금속킬레이트제 중 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 방열 강판.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 수지 코팅층은
    편면 기준 부착량이 1700~3000 mg/m2인 것을 특징으로 하는 LED용 방열 강판.
  10. 베이스 강판 상에, 아연을 포함하는 도금층을 형성하는 단계; 및
    상기 도금층 상에, 수지, 방열 안료 및 용매를 포함하는 수지 조성물을 도포 및 건조하여 수지 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 방열 안료는 질화처리된 파우더와 알루미늄 파우더를 포함하되, 상기 질화처리된 파우더와 알루미늄 파우더는 중량비로 1:3 ~ 3:1로 포함되는 것을 특징으로 하는 LED용 방열 강판 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 도금층의 형성은
    전기아연도금 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 LED용 방열 강판 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 질화처리된 파우더는
    질화철, 질화알루미늄, 질화지르코늄, 질화티탄늄, 질화붕소, 질화텅스텐, 질화마그네슘, 질화구리 및 질화은 중에서 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 방열 강판 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 제10항에 있어서,
    상기 수지는
    수분산 아크릴 수지, 아크릴 변성 에폭시 수지, 아크릴 변성 폴리에스테르 수지, 우레탄 변성 폴리에스테르 수지, 아크릴-스틸렌 변성 에폭시 수지, 폴리 카보네이트계 우레탄 수지, 폴리 에스터계 우레탄 수지, 폴리에틸렌 변성 폴리우레탄 수지, 폴리 우레탄 실란 변성 수지, 우레탄 아크릴 변성 수지, 실란 변성 올레핀계 수지 및 올레핀계 수지 중에서 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 방열 강판 제조 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    올레핀계 수지 및 우레탄 수지가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 LED용 방열 강판 제조 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 수지 조성물은
    경화제, 왁스, 증점제, 금속킬레이트제 중 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 방열 강판 제조 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 수지 코팅층은
    편면 기준 부착량이 1700~3000 mg/m2인 것을 특징으로 하는 LED용 방열 강판 제조 방법.
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