JP2007184237A - Light-emitting module, its manufacturing method, and backlight device using light-emitting module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄型ディスプレイ等のバックライトあるいは薄型の照明装置等に使われる発光モジュールとその製造方法並びにそれを用いたバックライト装置に関するものである。 The present invention relates to a light emitting module used for a backlight such as a thin display or a thin illuminating device, a manufacturing method thereof, and a backlight device using the same.
従来、液晶テレビ等のバックライトには、冷陰極管等が使われてきたが、近年、LEDやレーザ等の半導体発光素子を、放熱性の基板の上に実装することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a cold cathode tube or the like has been used for a backlight of a liquid crystal television or the like, but in recent years, it has been proposed to mount a semiconductor light emitting element such as an LED or a laser on a heat dissipating substrate ( For example, see Patent Document 1).
図12は、従来の発光モジュールの一例を示す断面図である。図12において、セラミック基板101に形成された凹部には、発光素子102が実装されている。また複数のセラミック基板101は放熱板103の上に固定されており、この複数のセラミック基板101は窓部104を有する接続基板105で電気的に接続されている。そして発光素子102から放射される光の方向106は、接続基板105に形成された窓部104を介して、外部に放出される。なお図12において、凹部を有するセラミック基板101や接続基板105における配線および発光素子102などの配線パターン等は図示していない。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of a conventional light emitting module. In FIG. 12, a
そして、このような構成を有する発光モジュールは液晶ディスプレイ等のバックライトとして使われている。 The light emitting module having such a configuration is used as a backlight for a liquid crystal display or the like.
一方、液晶TVを始めとする表示装置側からは、色表示範囲の拡大、発光素子の更なる高輝度化、更には多数個の発光素子を高密度で実装できる放熱性の優れた発光モジュールが要求されている。
しかしながら、前記従来の構成では、発光素子を実装する基板がセラミック基板101であることから、加工性や放熱性で不利になるという課題を有しており、本発明では、前記従来の課題を解決するものであり、セラミック基板101の代わりに、リードフレームと熱伝導性に優れた絶縁体と配向性グラファイトシートを一体化して構成することによって、放熱性に優れた小型軽量の発光モジュールとその製造方法並びにそれを用いたバックライト装置を提供することを目的とする。
However, in the conventional configuration, since the substrate on which the light emitting element is mounted is the
前記課題を解決するために、本発明はLED等の発光素子を、放熱性と光の反射性に優れたリードフレームの上に直接実装し、更にリードフレームの熱を熱伝導性樹脂を介して、裏面に形成した放熱用の配向性グラファイトシートに伝えるものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention directly mounts a light emitting element such as an LED on a lead frame having excellent heat dissipation and light reflectivity, and further heats the lead frame through a heat conductive resin. This is transmitted to the oriented graphite sheet for heat dissipation formed on the back surface.
本発明の発光モジュールとその製造方法並びにそれを用いたバックライト装置によって得られた発光モジュールは、LEDや半導体レーザ等の発光素子によって発光された光を同一方向に集光するとともに、発生した熱をリードフレームと配向性グラファイトシートによって効率的に拡散放熱することができることから、放熱性と発光効率に優れた小型軽量の発光モジュールとその製造方法を実現することができ、さらにこの発光モジュールを用いてバックライト装置を構成することによって放熱性に優れた薄型の液晶用などのバックライト装置を実現することができる。 The light emitting module of the present invention, the manufacturing method thereof, and the light emitting module obtained by the backlight device using the same condense light emitted by light emitting elements such as LEDs and semiconductor lasers in the same direction and generate generated heat. Can be efficiently diffused and dissipated by the lead frame and the oriented graphite sheet, so that a compact and lightweight light emitting module with excellent heat dissipation and luminous efficiency and its manufacturing method can be realized. By configuring the backlight device, it is possible to realize a backlight device for a thin liquid crystal having excellent heat dissipation.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における発光モジュールについて、図面を用いて説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the light emitting module in
図1は本発明の実施の形態1における発光モジュールの構成を示す斜視図であり、図2は図1の発光モジュールにおける断面図を示す。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a light emitting module according to
図1および図2において、1は銅などの熱伝導性に優れたリードフレームであり、このリードフレーム1は陽極電極としてのリードフレーム1aと接地電極としてのリードフレーム1bとによって構成している。そして、2は熱伝導性に優れた絶縁性を有する無機フィラとエポキシ樹脂などの複合材料からなる熱伝導性樹脂であり、また、熱伝導性樹脂2には熱伝導性に優れた配向性グラファイトシート3を接合している。
1 and 2,
そして、8は赤、青、緑あるいは白色などの発光素子であるLEDであり、4は前記LED8から放射された光の進行方向を示す矢印である。そして、前記LED8は半導体レーザ等の発光素子の一例として示したものであり、他の発光素子へ応用できることは言うまでもない。
さらにまた、リードフレーム1は接地電極として用いるリードフレーム1bと陽極電極として用いるリードフレーム1aとで構成している。そして、リードフレーム1aはどのような特性を有するLEDにも対応できるように個別に分割している。このようにリードフレーム1aを個別の電極として構成することによってLED8への印加電圧あるいは印加電流を個別に制御できることから輝度を個別に制御することができる。
Furthermore, the
なお、あらかじめLED8を選別して用いるときには、リードフレーム1aはリードフレーム1bと同じように共通電極の構造とすることも可能であり、これによって、より放熱性に優れた発光モジュールを実現することができる。
When the
また、リードフレーム1a、1bは熱伝導性樹脂2に埋設されるようにして配向性グラファイトシート3の上に絶縁された状態で固定しており、このリードフレーム1a、1bは熱伝導性樹脂2を介して互いに絶縁されている。そして、この熱伝導性樹脂2は絶縁性と熱伝導性に優れていることから発熱の集中が起こることなくLED8から放出された熱を拡散放熱させることができる。
The lead frames 1a and 1b are fixed in an insulated state on the oriented
次に、リードフレーム1a、1bをテーパ状に折り曲げることで、図2に示すような凹部6を形成しており、前記LED8はリードフレーム1aと1bの上に跨るようにバンプ電極9を介して実装している。
Next, by bending the lead frames 1a and 1b into a tapered shape, a recess 6 as shown in FIG. 2 is formed, and the
なお、LED8の実装形態としてはワイヤボンディング接続、あるいは導電性樹脂や半田などによりフリップチップ実装などを用いることができるが、適宜選択して実装することが可能である。
The
このように、リードフレーム1a、1bをテーパ状に折り曲げ加工するとともに、できる限り広い面積となるように設計することによってLED8から発光された光をリードフレーム1a、1bを介して、所定の方向へ光を反射することによって発光効率に優れた発光モジュールを実現することができる。
In this way, the lead frames 1a and 1b are bent into a taper shape, and the light emitted from the
また、このとき、リードフレーム1a、1bには放熱性に優れた銅を主成分とする金属材料によって形成することによってリードフレーム1は電極と、光の反射板および放熱板としての作用効果を発揮することができ、発光効率に優れた小型の発光モジュールを実現することができる。
At this time, the lead frames 1a and 1b are formed of a metal material mainly composed of copper, which has excellent heat dissipation, so that the
さらに、このリードフレーム1a、1bの表出面には光の反射率の高い銀またはニッケルを主成分とする金属材料の薄膜材料を用いて形成した反射膜5を形成することによって、更に発光効率が高い発光モジュールを実現することができる。
Further, by forming a
また、このリードフレーム1a、1bはテーパ状あるいは曲面状(あるいは放物線状等)に加工することで、LED8の側面から放射された光を、矢印4のように方向制御することができ、発光モジュールの輝度をより高められるという効果を発揮することができる。
Further, the lead frames 1a and 1b are processed into a taper shape or a curved surface shape (or a parabolic shape or the like), so that the direction of the light emitted from the side surface of the
また、配向性グラファイトシート3は高分子フィルムを熱分解によりグラファイト化するという方法で作られた単結晶に近い構造を持つ高配向性グラファイトであり、面方向(a−b面)に対して、高い熱伝導性を有した放熱材料である。
In addition, the oriented
そして、このような配向性グラファイトシート3はポリイミドフィルムなどを雰囲気制御された電気炉中で約3000℃の温度で熱処理し、その後圧延処理することによって柔軟性のある配向性グラファイトシート3を得ることができる。そして、この配向性グラファイトシート3の物性としては、単結晶グラファイトと同様なものを呈し、かつ鱗片状の剥離や、残留酸などの現象が生ぜず、高品質で折れ曲げに強く柔軟性に富む熱伝導性に優れた配向性グラファイトシート3が得られる。
And such an oriented
この配向性グラファイトシート3の熱伝導率は400〜1700W/(m・K)を有するものが実現されており、例えば熱伝導性に優れた銅の熱伝導率は390W/(m・K)であり、これに対して配向性グラファイトシートの熱伝導率はこれを上回る特性を有しており、さらにその比重は銅の1/9という軽さを発揮することができることから、放熱性に優れ、軽量化を実現できる発光モジュールを実現することができる。そして、この配向性グラファイトシート3の熱伝導率は適宜発光モジュールの特性に合わせて設計できることから熱設計の自由度を高めることができる。従って、このような軽量で優れた熱伝導性を有する配向性グラファイトシート3をLED8の背面に熱伝導性樹脂2を介して接合することによって、面方向に優れた熱伝導性を有する発光モジュールを実現できるとともに、軽量化が要求される携帯型の電子機器の発光デバイスに用いたときには電子機器の軽量化を実現することができる。
The oriented
次に、LED8の上には通常、発光素子の信頼性確保とレンズとしての機能を発揮することができる透明樹脂などを用いて密封封止している(図示していない)。この透明樹脂には、PMMA(ポリメタクリレート)やシリコン系の透明な樹脂を用いることが望ましい。また、エポキシ系の樹脂を用いた場合には、エポキシ樹脂の黄化防止のUV抑制剤を添加することが必要である。これはLED8に白色、または青色発光素子を用いたときに、光によってエポキシ樹脂が黄化する場合があるためである。
Next, the
また、ここにシリコン系樹脂等の柔らかい(少なくともエポキシ系より硬度が低い)樹脂を用いることが望ましい。この柔軟性を有する樹脂材料を用いることで、LED8が発熱、熱膨張した際のLED8とリードフレーム1a、1bの接続部への応力集中を防止することができる。
In addition, it is desirable to use a soft resin (having a hardness lower than that of an epoxy resin) such as a silicon resin. By using this flexible resin material, it is possible to prevent stress concentration on the connection portion between the
同様に、LED8とリードフレーム1a、1bをワイヤボンディング接続したときに金製ワイヤーへの応力集中を低減することもできる(金ワイヤーが切断されにくくなる)。
Similarly, stress concentration on the gold wire can be reduced when the
また、リードフレーム1a、1bと配向性グラファイトシート3の間を絶縁する熱伝導性樹脂2の厚みをできる限り薄く(更には均一に)することによって、リードフレーム1a、1bから配向性グラファイトシート3への熱拡散性を高められる。これによって、LED8で発生した熱はリードフレーム1a、1bに伝熱し、このリードフレーム1a、1bの接続先を工夫することによってリードフレーム1a、1bを通じてかなりの熱を外部へ放熱することが可能となるとともに、さらにこのリードフレーム1a、1bの裏面には熱伝導性樹脂2を介して配向性グラファイトシート3へ拡散できる構造としていることから、配向性グラファイトシート3を通じてもLED8で発生した熱を効率よく拡散できる発光モジュールを実現することができる。このように電極と放熱板として用いるリードフレーム1a、1bと放熱のための配向性グラファイトシート3との複合化によって放熱できる構成を有していることから、複数の高輝度特性を有するLED8を高密度に実装することができる発光モジュールを実現することができる。
Further, by reducing the thickness of the heat
また、熱伝導性樹脂2として、熱硬化型樹脂の中に熱伝導性に優れた無機フィラを分散させたものを用いることが望ましく、特にこの無機フィラは略球形状で、その直径は0.1〜100μmが適当である(なお0.1μm未満の場合、樹脂への分散が難しくなる場合がある)。そのため熱伝導性樹脂2における無機フィラの充填量は、熱伝導率を上げるために70〜95重量%と高濃度に充填している。本実施の形態1では、無機フィラは平均粒径3μmと平均粒径12μmの2種類のAl2O3を混合したものを用いている。この大小2種類の粒径のAl2O3を用いることによって、大きな粒径のAl2O3の隙間に小さな粒径のAl2O3を充填できるので、Al2O3を90重量%近くまで高濃度に充填できるものである。この結果、熱伝導性樹脂2の熱伝導率は5W/(m・K)程度となる。なお無機フィラとしてはAl2O3の代わりに、MgO、BN、SiC、Si3N4およびAlNからなる群から選択される少なくとも一種以上を含んでもよい。
Moreover, it is desirable to use the thermally
なお、熱硬化性の絶縁樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびシアネート樹脂の内、少なくとも1種類の樹脂を含んでいる。これらの樹脂は耐熱性や電気絶縁性に優れている。熱伝導性樹脂2の厚みは薄くすればリードフレーム1a、1bに装着したLED8から生じる熱を配向性グラファイトシート3に伝えやすくなるが、絶縁耐圧が問題となり、厚すぎると熱抵抗が大きくなることから、絶縁耐圧と熱抵抗を考慮して最適な厚さである50〜1000μmに設定すれば良い。
In addition, as a thermosetting insulating resin, at least 1 type of resin is included among an epoxy resin, a phenol resin, and cyanate resin. These resins are excellent in heat resistance and electrical insulation. If the thickness of the heat
以上のように、LED8から発生した熱は、まずリードフレーム1a、1bから横方向に熱伝導することによって放熱する。これは、リードフレーム1a、1bを銅を主体とした熱伝導率の高いものを用いていることによる。さらに、リードフレーム1a、1bに伝わった熱は、熱伝導性樹脂2を介して、配向性グラファイトシート3に熱伝導する。そして配向性グラファイトシート3の熱は、例えばヒートシンク等に伝えることによって効率よく放熱することができる。このようにして、LED8に発生した熱を効率よく高速で拡散することができることから、LED8の効率的な冷却が可能となり、凹部6の中に複数個のLED8(更には高放熱が必要なLEDであっても)を高密度に実装することができる。
As described above, the heat generated from the
この結果、小型、低背型の高密度実装可能な発光モジュールを実現することができる。このような発光モジュールは液晶表示装置などのバックライトなどに特に効果的である。 As a result, a small, low-profile light emitting module capable of high-density mounting can be realized. Such a light emitting module is particularly effective for a backlight of a liquid crystal display device or the like.
また、複数個のLED8は複数のリードフレーム1aから電流を供給され、リードフレーム1bの接地電極へ接続されることによって、所定の色に発光することになる。
The plurality of
また、異なった波長の光を発光するLED8を実装することによって所望の広い波長帯域をカバーする発光モジュールを実現することができる。
Further, by mounting the
また、一方のリードフレーム1bを共通の一つの接地電極とし、他方のリードフレーム1aを一つの共通の陽極電極とし、接地電極と陽極電極の上に発光素子を並列接続して実装することによって、特にリードフレーム1aにおいて、より熱伝導性に優れた高密度実装された発光モジュールを実現することができる。そしてこのとき、同じ波長の光を発光するLED8を実装することが好ましい。
Also, by mounting one
なお、熱伝導性樹脂2の色は反射率の観点から白色(もしくは白色に近い無色)が望ましい。これは表出した熱伝導性樹脂2からも反射させることによる効果を発揮することができるためである。これに対して、黒色や赤、青等に着色されている場合、LED8から放射された光を反射させにくくなり、発光効率に影響を与える。
The color of the heat
このように、複数のLED8を凹部6の底面にてリードフレーム1a、1bの上に跨るように実装し、更にリードフレーム1a、1bをテーパ状に折り曲げて反射板としても用いていることから、側壁面にも広く形成していることが好ましく、側壁面の50〜95%とすることが望ましい。これによって、効率よく発光した光を前面の所定の方向に集光して反射させることができる。
In this way, a plurality of
なお、リードフレーム1a、1bの側壁に占める面積割合が50%を下回る場合、リードフレーム1a、1bの表面による光反射量を減らす可能性がある。また95%を超えた場合(側面における熱伝導性樹脂2の露出割合が5%未満のとき)、リードフレーム1aどうし、あるいはリードフレーム1aとリードフレーム1bとが短絡する可能性が高くなる。
In addition, when the area ratio which occupies for the side wall of
また、凹部6の形状は、底部に向かって狭くなる形状が望ましく、発光素子の特性、あるいはバックライトに要求される発光特性から適宜、所定の形状に折り曲げ加工することによって任意の形状の反射板として設計することができ、光の反射効率を自由に設計することができる発光モジュールを実現することができる。 In addition, the shape of the recess 6 is desirably a shape that narrows toward the bottom, and a reflector having an arbitrary shape can be obtained by appropriately bending it into a predetermined shape from the characteristics of the light emitting element or the light emitting characteristics required for the backlight. It is possible to realize a light emitting module that can be freely designed with light reflection efficiency.
次に、本実施の形態1における発光モジュールの製造方法について、図面を用いて説明する。図3、図4は本実施の形態1における発光モジュールの製造方法を説明するための平面図であり、図5〜図10は断面図である。
Next, the manufacturing method of the light emitting module in this
図3は本実施の形態1におけるリードフレーム1の平面図であり、フープ状に連続したものとして用いている。そして、リードフレーム1aは個片化できるようにしてあり、リードフレーム1bは連続した金属片となるようにしている。
FIG. 3 is a plan view of the
そして、フープ状のリードフレーム1を機械的に搬送するためにガイド穴20を設けている。このようなリードフレーム1aとリードフレーム1bに跨ってLED8を実装する位置を点線で示している。
A
また、点線30はリードフレーム1を折り曲げる位置を示している。
A dotted
そして、図4は熱伝導性樹脂2と配向性グラファイトシート3を接合してLED8を実装した後、打ち抜いて、所定の形状の発光モジュールとしてリードフレーム1の余分な部分を切断した状態を示している。
FIG. 4 shows a state in which the thermally
次に、具体的に発光モジュールを作製するための製造方法について詳細に説明する。 Next, a manufacturing method for manufacturing a light emitting module will be described in detail.
図5〜図10は本実施の形態1における発光モジュールの製造方法の一例を示す断面図である。図5において、10は下金型、11は金型、12は上金型であり、13はリードフレーム1の汚れを防止するための汚れ防止フィルムである。
5-10 is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the light emitting module in this
まず、所定の銅を主体とするシート状の金属板などを、プレス等を用いて所定形状に打抜き、これをリードフレーム1とする。
First, a sheet-like metal plate mainly made of predetermined copper is punched into a predetermined shape using a press or the like, and this is used as the
このとき、反射膜5を形成するときには、シート状の金属板の少なくとも一面に銀などを主成分とする薄膜を形成しておくと良い(図5〜図10では反射膜5は図示していない)。
At this time, when the
次に、下金型10と金型11をセットして、この中に所定の寸法に加工された厚み300μmの配向性グラファイトシート3を載置し、この配向性グラファイトシート3の上に未硬化状態のシート状の熱伝導性樹脂2をセットする。このとき、熱伝導性樹脂2はあらかじめ熱伝導性に優れた無機フィラとエポキシ樹脂などとを所定の配合比に混練して均一化した後、所定の厚みになるように圧延ロールなどによってシート状に加工しておくことによって作製することができる。そして、この圧延したシートの厚みはリードフレーム1の隙間に充填する熱伝導性樹脂2の量を加味した厚みとすることが好ましい。
Next, the
そして、この熱伝導性樹脂2の上にリードフレーム1を位置決めした状態で、金型11と上金型12の間にセットする。
Then, the
次に、図6に示すようにプレス装置(図6には図示していない)によって、上金型12を下降させながら、リードフレーム1が熱伝導性樹脂2に押し付けられ、そして所定温度、所定時間で加熱硬化する。このとき、リードフレーム1と、金型12の間に汚れ防止フィルム13をセットしておくことによって、リードフレーム1を熱伝導性樹脂2の中に押し付けた際、リードフレーム1の表面の汚れを防止するとともに、空気残りの発生を防止できる。
Next, as shown in FIG. 6, the
その後、図7に示すように成型金型から取り出すことによって、リードフレーム1と配向性グラファイトシート3が熱伝導性樹脂2によって一体化された成型品を作製する。
Thereafter, as shown in FIG. 7, the molded product in which the
次に、図8に示すようにリードフレーム1aとリードフレーム1bに跨るようにLED8をはんだバンプ接続技術などによってバンプ9によって実装する。
Next, as shown in FIG. 8, the
その後、図9に示すように連続フープとして扱うために必要なリードフレーム1の余分な部分を金型などを用いて切断することによって所定の発光モジュールの外形形状に切断加工する。
Thereafter, as shown in FIG. 9, an extra portion of the
その後、図10に示すように所定の折り曲げ位置30に沿ってテーパ状に金型などを用いて折り曲げ加工する。この折り曲げ加工の形状は発光モジュールの形状寸法によって所定の形状に加工することが容易にできる。
Then, as shown in FIG. 10, it is bent along a
そして、その後必要に応じて透明樹脂などでカバーすることで、図1に示したような発光モジュールが完成する。 Then, the light emitting module as shown in FIG. 1 is completed by covering with a transparent resin or the like as necessary.
次に、絶縁材料である熱伝導性樹脂2について更に詳しく説明する。熱伝導性樹脂2はフィラと絶縁樹脂から構成されている。なおこのフィラとしては無機フィラが望ましい。そして、無機フィラとしてはAl2O3、MgO、BN、SiC、Si3N4およびAlNからなる群から選択される少なくとも一種を含む一つを含むことが望ましい。なお、MgOを用いると線熱膨張係数を大きくすることができ、BNを用いると線熱膨張係数を小さくすることができる。このようにして、熱伝導性樹脂2としての熱伝導率が1〜10W/(m・K)のものを形成することができる。なお、熱伝導率が1W/(m・K)未満の場合、発光モジュールの放熱性に影響を与える。また熱伝導率を10W/(m・K)より高くしようとした場合、無機フィラ量を増やす必要があり、プレス時の加工性に影響を与える場合がある。
Next, the heat
また絶縁樹脂としては、熱硬化性樹脂を用いることが望ましく、具体的にはエポキシ樹脂、フェノール樹脂およびイソシアネート樹脂からなる群から選択される少なくとも一種を含むことが望ましい。 The insulating resin is preferably a thermosetting resin, and specifically includes at least one selected from the group consisting of an epoxy resin, a phenol resin, and an isocyanate resin.
また、無機フィラは略球形状で、その直径は0.1〜100μmであるが、粒径が小さいほど樹脂への充填率を向上できる。そのため熱伝導性樹脂2における無機フィラの充填量(もしくは含有率)は、熱伝導率を上げるために70〜95重量%と高濃度に充填している。特に、本実施の形態1では、無機フィラは平均粒径3μmと平均粒径12μmの2種類のAl2O3を混合したものを用いている。この大小2種類の粒径のAl2O3を用いることによって、大きな粒径のAl2O3の隙間に小さな粒径のAl2O3を充填できるので、Al2O3を90重量%近くまで高濃度に充填できるものである。この結果、熱伝導性樹脂2の熱伝導率は5W/(m・K)程度となる。そして、無機フィラの充填率が70重量%未満の場合には熱伝導性が低下する場合がある。また、無機フィラの充填率(もしくは含有率)が95重量%を超えると、未硬化前の熱伝導性樹脂2の成型性に影響を与える場合があり、熱伝導性樹脂2とリードフレーム1の接着性(例えば埋め込んだ場合や、その表面に貼り付けた場合)に影響を与える可能性がある。
In addition, the inorganic filler has a substantially spherical shape and a diameter of 0.1 to 100 μm. The smaller the particle size, the better the filling rate into the resin. Therefore, the filling amount (or content) of the inorganic filler in the heat
なお、熱硬化性の絶縁樹脂はエポキシ樹脂、フェノール樹脂およびシアネート樹脂の内、少なくとも1種類の樹脂を含んでいる。これらの樹脂は耐熱性や電気絶縁性に優れている。 The thermosetting insulating resin contains at least one kind of resin among epoxy resin, phenol resin and cyanate resin. These resins are excellent in heat resistance and electrical insulation.
次に、リードフレーム1の材質について説明する。リードフレーム1の材質としては、銅を主体とするものが望ましい。これは銅が熱伝導性と導電率が共に優れているためである。またリードフレーム1としての加工性や、熱伝導性を高めるためには、リードフレーム1と異なる銅素材に銅以外の少なくともSn、Zr、Ni、Si、Zn、P、Fe等の群から選択される少なくとも1種類以上の材料とからなる合金を使うことが望ましい。例えばCuを主体として、ここにSnを加えた合金(以下、Cu+Snとする)を用いることができる。Cu+Sn合金の場合、例えばSnを0.1〜0.15wt%の範囲で添加することによって、その軟化温度を400℃まで高められる。比較のために、Sn無しの銅(Cu>99.96wt%)を用いて、リードフレーム1を作製したところ、導電率は低いが、でき上がった放熱基板において特に凹部6の形成部等に歪が発生する場合があった。そこで詳細に調べたところ、その材料の軟化点が200℃程度と低いために、後工程において部品を実装した時(半田付け時)、LED8の実装後の信頼性(発熱/冷却の繰り返し等)に変形する可能性があることが予想された。
Next, the material of the
一方、Cu+Sn>99.96wt%の銅素材を用いた場合、実装された各種部品や複数個のLED8による発熱の影響は特に受けなかった。そして、半田付け性やダイボンド性にも影響が無かった。そこで、この材料の軟化点を測定したところ、400℃であることが判った。
On the other hand, when a copper material with Cu + Sn> 99.96 wt% was used, it was not particularly affected by the heat generated by various mounted components and the plurality of
このように、銅を主体として、いくつかの元素を添加することが望ましい。銅に添加する元素として、Zrの場合、0.015〜0.15wt%の範囲が望ましい。添加量が0.015wt%より低くなると、軟化温度の上昇効果が少ない場合がある。また添加量が0.15wt%より多いと電気特性に影響を与える場合がある。また、Ni、Si、Zn、P等を添加することでも軟化温度を高くできる。この場合、Niは0.1〜5wt%、Siは0.01〜2wt%、Znは0.1〜5wt%、Pは0.005〜0.1wt%の組成範囲が望ましい。 Thus, it is desirable to add some elements mainly composed of copper. In the case of Zr as an element to be added to copper, a range of 0.015 to 0.15 wt% is desirable. When the addition amount is lower than 0.015 wt%, the effect of increasing the softening temperature may be small. On the other hand, if the amount added is more than 0.15 wt%, the electrical characteristics may be affected. Also, the softening temperature can be increased by adding Ni, Si, Zn, P or the like. In this case, a composition range of 0.1 to 5 wt% for Ni, 0.01 to 2 wt% for Si, 0.1 to 5 wt% for Zn, and 0.005 to 0.1 wt% for P is desirable.
そして、これらの元素は、この範囲で単独、もしくは複数を添加することで、銅素材の軟化点を高くできる。なお、添加量がここで記載した割合より少ない場合、軟化点の上昇効果が低い場合がある。また、ここで記載した割合より多い場合、導電率への影響の可能性がある。同様に、Feの場合0.1〜5wt%、Crの場合0.05〜1wt%が望ましい。これらの元素の場合も前述の元素と同様である。 And these elements can make the softening point of a copper raw material high by adding single or multiple in this range. In addition, when there are few addition amounts than the ratio described here, the raise effect of a softening point may be low. Moreover, when there are more than the ratio described here, there exists a possibility of affecting the electrical conductivity. Similarly, in the case of Fe, 0.1 to 5 wt% and in the case of Cr 0.05 to 1 wt% are desirable. These elements are the same as those described above.
なお、銅合金の引張り強度は600N/mm2以下が望ましい。この引張り強度が600N/mm2を超える材料の場合、リードフレーム1の加工性に影響を与える場合がある。また、こうした引張り強度の高い材料は、その電気抵抗が増加する傾向にあるため、本実施の形態1で用いるようなLED8等の大電流用途には向かない場合がある。一方、引張り強度が600N/mm2以下(更にリードフレーム1に微細で複雑な加工が必要な場合、望ましくは400N/mm2以下)とすることでスプリングバック(必要な角度まで曲げても圧力を除くと反力によってはねかえってしまうこと)の発生を抑えられ、凹部6の形成精度を高められる。このようにリードフレーム材料としては、Cuを主体としたリードフレーム1とすることで高い導電率を実現し、柔らかくすることで加工性を高め、更に熱伝導性にも優れていることから放熱効果も高められる。
Incidentally, the tensile strength of the copper alloy 600N / mm 2 or less. In the case of a material having a tensile strength exceeding 600 N / mm 2 , the workability of the
なお、リードフレーム1の熱伝導性樹脂2から露出している面(LED8あるいは、図示していないが制御用ICやチップ部品等の実装面)に、予め半田付け性を改善するように半田層や錫層を形成しておくことで、ガラエポ基板等に比べて熱容量が大きく半田付けしにくいリードフレーム1に対する部品の実装性を高められると共に、配線の錆び防止が可能となる。なおリードフレーム1の熱伝導性樹脂2に接する面(もしくは埋め込まれた面)には、半田層は形成しないことが望ましい。このように熱伝導性樹脂2と接する面に半田層や錫層を形成すると、半田付け時にこの層が柔らかくなり、リードフレーム1と熱伝導性樹脂2の接着性(もしくは結合強度)に影響を与える場合がある。なお図1、図2において、半田層や錫層は図示していない。
A solder layer is previously applied to the surface of the
また、本実施の形態1では、配向性グラファイトシート3の厚みを300μmとしているが、その厚みは発光モジュール等の仕様に応じて設計できる(配向性グラファイトシート3の厚みが20μmを下回るときには放熱性や強度的に不足する可能性がある。また配向性グラファイトシート3の厚みが300μmを超えると、生産性、コスト面で不利になる)。
In
また、全膨張係数は8〜20×10-6/℃とすることによって、配向性グラファイトシート3やLED8の線膨張係数に近づけることにより、発光モジュールの基板全体の反りや歪みを小さくできる。また実装部品を表面実装する際、互いに熱膨張係数をマッチングさせることは信頼性的にも重要となる。
In addition, by setting the total expansion coefficient to 8 to 20 × 10 −6 / ° C., it is possible to reduce the warpage and distortion of the entire substrate of the light emitting module by bringing it closer to the linear expansion coefficient of the oriented
また、配向性グラファイトシート3を他の放熱板(図示していない)にネジ止めできるように加工することも可能である。
It is also possible to process the oriented
また、リードフレーム1としては、少なくともその一部が事前に3次元の凹部形状に打抜かれたものを用いることができる。そしてリードフレーム1の厚みは0.1〜1.0mm(より望ましくは0.4〜0.8mm)が望ましい。これはLEDを制御するには大電流(例えば30〜150Aであり、これは駆動するLEDの数によって更に増加する場合もある)が必要であるためである。またリードフレーム1の肉厚が1mmを超えると、プレスによる打ち抜き時にパターンの微細化が影響を受ける場合がある。
Further, as the
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2におけるバックライト装置について、図面を用いて説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a backlight device according to
図11は本発明の実施の形態2におけるバックライト装置の一例であるエッジライトの構成を示す断面図であり、LEDチップなどの発光素子を用いて薄型を要求されている液晶用バックライトに用いるエッジライトの構成を示したものである。図11に示すように、その構成はLED8、リードフレーム41a、41b、熱伝導性樹脂2および配向性グラファイトシート3よりなる発光モジュールと、導光板42と、拡散板43と、反射板44およびフレーム45からなり、前記発光モジュールから発光された光は導光板42の側面より入射させ、この導光板42を用いて面状に光を導光させた後、拡散板43を用いて均一性と指向性を制御しながら光を拡散させることによって薄型の面状光源を実現するものである。そして、前記反射板44は導光板42より照射された光を拡散板43の方向へ反射させることによって、効率良く一方向に発光する面状の光源とするために用いるものである。この拡散板43と反射板44は必要に応じて用いることができるものである。また、エッジライトの光学特性を向上させるために拡散板43の上面にプリズムなどを配置して用いることも可能である。
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an edge light which is an example of a backlight device according to
なお、ここでは実装した複数のLED8の輝度、色域、色調などの光学制御を行う光学制御回路部などの説明は省略する。 In addition, description of the optical control circuit part etc. which perform optical control of the brightness | luminance of the some LED8 mounted, color gamut, color tone, etc. is abbreviate | omitted here.
そして、本実施の形態2におけるエッジライトの構成において、最も特徴的なところはリードフレーム41a、41bを折り曲げ、このリードフレーム41a、41bを反射板として用いていることと、リードフレーム41aの一端をエッジライトのフレーム45に接合した構成をしていることである。
In the configuration of the edge light according to the second embodiment, the most characteristic point is that the lead frames 41a and 41b are bent, the lead frames 41a and 41b are used as a reflector, and one end of the
このとき、さらにリードフレーム41a、41bの表面に反射膜5を形成しておくことによって、より効率よくLED8の光を導光板42へ集中させることができる。そして、通常エッジライトは一本の細い棒状の基板の上にLED8を列状に配置することが行われており、薄型のエッジライトを実現するためには、この発光素子からの放熱を効率良く放熱することができるエッジライトの構成が非常に重要であり、図11に示したような構成とすることによってLED8から発生した熱はリードフレーム41a、41bへ熱伝導され、その後リードフレーム41aからフレーム45へと熱伝導される。そして、リードフレーム41aの一端とフレーム45との接合は棒状の長さ方向に沿って接合長さをより大きくとることが熱伝導性の観点から効果的である。
At this time, the light of the
そして、フレーム45は金属などの熱伝導性に優れた材料を用いることによって補強用の構造材であるとともに表示デバイスの裏側などに大きな放熱面積を有するような構造とすることが可能であり、効率良くLED8からの発熱を放熱することができる。また、フレーム45に放熱フィンあるいはヒートパイプなどの更なる冷却構造を追加することも可能である。
The
また、フレーム45へ接合するリードフレーム41aは接地端子側とすることが好ましい。これによって、熱伝導性を低下させることなく放熱させることができる。
The
また、フレーム45を接地電極とすることができないときには熱伝導性樹脂2を介して絶縁処理した後、リードフレーム41aをフレーム45へ接合することが好ましい。これによって直接接合するより放熱性は若干低下するが、電気的に絶縁処理した状態で放熱することができるエッジライトを実現することができる。この場合、もう一方のリードフレーム41bもフレーム45へ熱伝導性樹脂2を介して絶縁処理した後、接合することが好ましい。これによって、放熱性をより高めることができる。
In addition, when the
さらにまた、配向性グラファイトシート3をフレーム45へ接合することによって、放熱性をより高めることができる。これによって、リードフレーム41a、41bより熱伝導性樹脂2へと放熱され、その後配向性グラファイトシート3へと放熱される。そして、この配向性グラファイトシート3は熱伝導性に優れるとともに金属材料よりも軽量な材料であることから、効率良くフレーム45へと放熱することができるとともに、軽量化されたバックライト装置を実現することができる。
Furthermore, by joining the oriented
また、絶縁性を確保する必要があるときには配向性グラファイトシート3をフレーム45の一部に熱伝導性樹脂2を介して接合することによって放熱性と高めることができる。また、薄型のエッジライトを実現したとき、たわみなどの応力に対して効果的なエッジライトを実現することができる。
Moreover, when it is necessary to ensure insulation, heat dissipation can be improved by joining the oriented
以上のように、本発明にかかる発光モジュールとその製造方法並びにそれを用いたバックライト装置を用いることで、高放熱性と小型化が実現できることから、多数個の発光素子を高密度に実装することによって放熱性に優れた小型軽量の液晶TV等のバックライト、プロジェクタなどの光源として有用である。 As described above, by using the light emitting module, the manufacturing method thereof, and the backlight device using the light emitting module according to the present invention, high heat dissipation and miniaturization can be realized, so that a large number of light emitting elements are mounted with high density. Therefore, it is useful as a light source for backlights, projectors and the like of small and light liquid crystal TVs having excellent heat dissipation.
1、1a、1b リードフレーム
2 熱伝導性樹脂
3 配向性グラファイトシート
4 光の方向を示す矢印
5 反射膜
6 凹部
8 LED
9 バンプ
10 下金型
11 金型
12 上金型
13 汚れ防止フィルム
20 ガイド穴
30 折り曲げ位置
41a、41b リードフレーム
42 導光板
43 拡散板
44 反射板
45 フレーム
DESCRIPTION OF
9 Bump 10
Claims (21)
前記配向性グラファイトシート、リードフレームおよび熱伝導性樹脂を金型の中に載置する工程と、
プレスによって加圧するとともに加熱した状態で熱伝導性樹脂を熱硬化して一体化して成型体とする工程と、
前記成型体のリードフレームの一部に跨るように発光素子を実装した後、透明樹脂で封止する工程を含む発光モジュールの製造方法。 A step of placing a thermally conductive resin between a lead frame punched in advance and an oriented graphite sheet;
Placing the oriented graphite sheet, the lead frame and the thermally conductive resin in a mold; and
A process of heat-curing the heat-conductive resin in a state of being pressed and heated by the press and integrated into a molded body; and
A method for manufacturing a light emitting module, comprising a step of mounting a light emitting element so as to straddle a part of a lead frame of the molded body and then sealing with a transparent resin.
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