JP2007184540A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】配向性グラファイトシート３と、凹部を形成するように折り曲げた銅を主体とする複数のリードフレーム１ａ、１ｂと、前記配向性グラファイトシート３とリードフレーム１ａ、１ｂを接合するための無機フィラと熱硬化性樹脂からなる熱伝導性樹脂２と、前記リードフレーム１ａ、１ｂの上に複数個の発光素子８を実装した発光モジュールであって、少なくとも配向性グラファイトシート３と対向するリードフレーム１ａ、１ｂの一面を熱伝導性に優れた絶縁膜７にて被覆するように構成する。
【選択図】図２

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。

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）。

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。

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。

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（大きな電流を流す必要がある）、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。
特開２００４−３１１７９１号公報

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構成することによって、放熱性と高輝度化に優れた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。

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、この発光素子を実装したリードフレームの裏面を熱伝導性に優れた絶縁膜にて被覆したリードフレームとし、このリードフレームと放熱用の配向性グラファイトシートを薄く形成した熱伝導性樹脂によって接合する構成とする。

本発明の発光モジュールとその製造方法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、リードフレームの一面に形成した熱伝導性に優れた薄膜状の絶縁膜を介して配向性グラファイトシートとを薄く形成した熱伝導性樹脂によって接合すること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。

（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。

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。

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、このリードフレーム１の一面には熱伝導性に優れた金属酸化物、金属窒化物、またはダイヤモンド・ライク・カーボン（以下、ＤＬＣ膜と呼ぶ）からなる絶縁膜７を形成している。

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、またこの熱伝導性樹脂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。ここで、熱伝導性樹脂２の熱伝導性はリードフレーム１、配向性グラファイトシート３よりも低いという問題を含んでいる。しかしながら、直接リードフレーム１と配向性グラファイトシート３とは接合することは不可能であり、必ず絶縁性材料を介してそれぞれを接合することが不可欠である。ここで、熱伝導性樹脂２の熱伝導度が大きく放熱特性を支配することになる。そこで、絶縁性と熱伝導性を両立させるために、リードフレーム１の一面に熱伝導性樹脂２よりも熱伝導性に優れるとともに、厚みが薄くても絶縁性に優れた絶縁膜７を形成し、この絶縁膜７を介して熱伝導性樹脂２と配向性グラファイトシート３を接合する。これによって、熱伝導性樹脂２の厚みを極力薄く形成することができる。通常、この熱伝導性樹脂２を薄く形成すると、一部リードフレーム１と配向性グラファイトシート３とが接触することによって短絡してしまうという問題を抱えていた。従って、この短絡不良を発生させないためにはある程度の厚みを熱伝導性樹脂２に設計しておくことが必要であった。これに対して、絶縁膜７を介して熱伝導性樹脂２と配向性グラファイトシート３を接合することによって熱伝導性樹脂２は接合するということが主要な役割となり、絶縁性は絶縁膜７で確実に実現することによって、熱伝導性樹脂２の厚みを極めて薄く形成したとしても電気的特性を阻害することはなくなるとともに、リードフレーム１と配向性グラファイトシート３との接合距離を最短の寸法にて接合することができる。その結果、発光素子８から発生した熱を、リードフレーム１から効率よく配向性グラファイトシート３へ熱伝導することができる。このような構成の発光モジュールとすることによって小型軽量で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。

また、図１および図２では絶縁膜７はリードフレーム１の裏面全面に形成しているが、少なくとも熱伝導性樹脂２を介して配向性グラファイトシート３と対向する面積に形成しておくことによってその効果を発揮することができる。

また、この絶縁膜７には少なくとも酸化マグネシウム、酸化アルミニウムまたは酸化ベリリウムのいずれか一つを含む金属酸化物薄膜とすることが好ましい。これらの金属酸化物は熱伝導性樹脂２よりも高い熱伝導率と優れた絶縁性を有していることから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。

また、絶縁膜７を窒化アルミニウム、窒化シリコンおよび窒化ボロンのいずれか一つを含む金属窒化物薄膜とすることによって前記金属酸化物と同様の作用を発揮するとともに、リードフレーム１との密着力をより高められることからより信頼性に優れた発光モジュールを実現することができる。

さらに、絶縁膜７を少なくともＤＬＣ膜とすることによってさらに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。

これらの絶縁膜７は適宜選択することによって所望の特性を有する発光モジュールを実現することができる。

また、この絶縁膜７は薄膜プロセスを用いて形成できることから、その厚みは高精度に製膜することが可能であり、その厚みは少なくとも５０ｎｍ以上であれば絶縁性を確保することが可能である。最低の厚みとしては材料、組成、製膜法などによって異なってくるが、少なくとも５００Ｖ／μｍ以上の耐圧絶縁特性があれば実用上問題はなく、より好ましくは１０００Ｖ／μｍ以上である。

そして、前記絶縁膜７は１μｍ以下の厚みが好ましい。１μｍを超えると絶縁膜７の熱伝導性が金属材料であるリードフレーム１と配向性グラファイトシート３よりも低いことから放熱性を阻害する。

また、この絶縁膜７はスパッタ法、めっき法、ＣＶＤ法などの薄膜プロセスによって形成することができる。例えば、酸化マグネシウムの薄膜は酸化マグネシウムをターゲットとし、酸素ガスと窒素ガスの制御された雰囲気下でスパッタすることによって形成することができ、窒化アルミニウムの膜は一般的にはアルミニウム（Ａｌ）をターゲットとし、スパッタガスとして窒素ガス（Ｎ₂）を使用した反応性スパッタにより形成することができる。

このように、熱伝導性と絶縁性に優れた絶縁膜７と接合性に優れた熱伝導性樹脂２との相乗効果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との間隔を極めて接近させた構成とすることができ、絶縁性と熱伝導性に優れた発光モジュールを実現することができる。

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。

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。

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３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、このような優れた熱伝導特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。

次に、８は赤、青、緑あるいは白色などを発光するＬＥＤであり、４はこの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。

また、リードフレーム１ａはどのような特性を有するＬＥＤ８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を個別の分割した電極構造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。

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、リードフレーム１ａは連続した状態となり、横方向への熱伝導性が高まることから、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。

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。

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とリードフレーム１ｂの上に跨るようにバンプ電極９を介して実装されている。

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。

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。

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。

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、更に発光効率の高い発光モジュールを実現することができる。

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の方向に反射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。

なお、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。

また、透明樹脂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）透明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。

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（金製ワイヤーが切断されにくくなる）。

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に伝熱する。そして、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を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。

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０．１〜５０μｍ以下が適当である（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種類の平均粒径のＡｌ₂Ｏ₃を用いることによって、大きな平均粒径のＡｌ₂Ｏ₃の隙間に小さな平均粒径の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、熱伝導性に優れた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。

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５０μｍ以下に設定すれば良い。

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に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。次に、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。さらに、配向性グラファイトシート３の熱は接続構造を工夫することによって放熱性に優れた構成とすることができる。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。

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。

そして、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。

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。

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素子を選別して実装することが好ましい。これは、ＬＥＤ８へ印加する電圧あるいは電流を一定とすることが必要であるからである。

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からも反射され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。

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。

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。

なお、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。

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。

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。

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。

そして、このリードフレーム１の裏面には絶縁膜７がスパッタ法などの薄膜プロセスによって形成している。その厚みは２０００〜３０００Åの厚みに製膜している。

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。

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。

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。

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。

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ち抜き、これをリードフレーム１とする。

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は省略している）。

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。

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。

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、上金型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。

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にて一体化された成型品を作製する。

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実装によって実装する。

その後、図９に示すように今までは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。

そして、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。

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。

次に、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熱伝導性に優れた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。

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。

また、無機フィラは略球形状で、その直径は０．１〜５０μｍ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。

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。

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の形成部等に歪み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。

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。

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。

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。

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。

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の大きく半田付けしにくいリードフレーム１へ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。

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、厚み寸法、重量面で不利になる）。配向性グラファイトシート３としては、単なる板状のものだけでなく、より放熱性を高めるため、熱伝導性樹脂２と接合した反対側の面に、表面積を広げるためにフィン部（あるいは凹凸部）を形成することによってさらに、その放熱性を高めることができる。

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。

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。

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ち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。

（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。

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る。

図１１に示すエッジライトは、ＬＥＤ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概念的に示したものであり、その構成はＬＥＤ８、配向性グラファイトシート３、少なくともこの配向性グラファイトシート３と対向する一面を熱伝導性に優れた絶縁膜７にて被覆したリードフレーム４１ａ、４１ｂ、前記配向性グラファイトシート３とリードフレーム４１ａ、４１ｂを接合するための熱伝導性樹脂２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、光源であるＬＥＤ８から発光された光は導光板４２の側面より入射させ、導光板４２を用いて面状にＬＥＤ８からの光を導光させた後、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、この反射板４４は導光板４２より照射された光を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。なお、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プリズムなどを用いることも可能である。

なお、ここでは実装した複数のＬＥＤ素子の輝度、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。

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、少なくとも配向性グラファイトシート３と対向するリードフレーム４１ａ、４１ｂの一面を熱伝導性に優れた絶縁膜７にて被覆したリードフレーム４１ａ、４１ｂを折り曲げて反射板４４として用いていること、およびリードフレーム４１ａまたはリードフレーム４１ｂの一端がエッジライトのフレーム４５に接合していることである。このとき、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、液晶ディスプレイなどに用いるエッジライトは一本の細い棒状の基板の上に発光素子を列状に配置することが通常行われており、薄型のエッジライトを実現するためには、この発光素子であるＬＥＤ８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へ放熱され、その後リードフレーム４１ａからフレーム４５へと放熱される。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放熱性の観点から効果的である。このとき、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。

そして、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、フレーム４５への熱伝導性をより高めることができる。このとき、リードフレーム４１ａの裏面には絶縁膜７を形成しているが、この絶縁膜７はリードフレーム４１ａ、４１ｂと配向性グラファイトシート３との絶縁性を高めることが目的であることから、絶縁膜７の形成は少なくとも配向性グラファイトシート３と対向するリードフレーム４１ａ、４１ｂの一面にすることによってその目的は実現できる。

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、薄型のエッジライトを実現することができる。

そして、リードフレーム４１ａとフレーム４５を絶縁しておく必要があるときには、絶縁膜７をリードフレーム４１ａの先端まで形成した後、前記熱伝導性樹脂２を介してリードフレーム４１ａをフレーム４５へ接合することも可能である。

また、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、接合することによってさらに放熱性を高めることができる。

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も可能である。この配向性グラファイトシート３とフレーム４５の絶縁性を保持する必要があるときには熱伝導性樹脂２を介して配向性グラファイトシート３と接合することができる。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は熱伝導性に優れた材料を用いていることから、効率良くフレーム４５へと放熱することができる。また、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を高めることと、非常に薄い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有効なエッジライトを実現することができる。

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。

本発明の実施の形態１における発光モジュールの斜視図 同断面図 同製造方法を説明するためのリードフレームの平面図 同平面図 同製造方法を説明するための断面図 同断面図 同断面図 同断面図 同断面図 同断面図 本発明の実施の形態２におけるバックライト装置の断面図 従来の発光モジュールの断面図

符号の説明

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
７ 絶縁膜
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

Claims (25)

1. 配向性グラファイトシートと、凹部を形成するように折り曲げた銅を主体とする複数のリードフレームと、前記配向性グラファイトシートとリードフレームを接合するための無機フィラと熱硬化性樹脂からなる熱伝導性樹脂と、前記リードフレームの上に複数個の発光素子を実装した発光モジュールであって、少なくとも配向性グラファイトシートと対向するリードフレームの一面を熱伝導性に優れた絶縁膜にて被覆した発光モジュール。
2. 絶縁膜を少なくとも酸化マグネシウム、酸化アルミニウムまたは酸化ベリリウムのいずれか一つを含む金属酸化物薄膜とした請求項１に記載の発光モジュール。
3. 絶縁膜を少なくとも窒化アルミニウム、窒化シリコンおよび窒化ボロンのいずれか一つを含む金属窒化物薄膜とした請求項１に記載の発光モジュール。
4. 絶縁膜を少なくともダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜とした請求項１に記載の発光モジュール。
5. 絶縁膜の厚みを１μｍ以下とした請求項１に記載の発光モジュール。
6. 配向性グラファイトシートの面方向の熱伝導率を４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とした請求項１に記載の発光モジュール。
7. 配向性グラファイトシートの厚みを２０〜３００μｍとした請求項１に記載の発光モジュール。
8. 一方のリードフレームを共通の接地電極とし、他方のリードフレームを独立した複数の陽極電極とし、接地電極と独立した陽極電極の上に跨るように発光素子を実装した請求項１に記載の発光モジュール。
9. 異なった波長の光を発光する発光素子を実装した請求項８に記載の発光モジュール。
10. 一方のリードフレームを共通の接地電極とし、他方のリードフレームを共通の陽極電極とし、接地電極と陽極電極の上に跨るように発光素子を並列接続して実装した請求項１に記載の発光モジュール。
11. 同じ波長の光を発光する発光素子を並列に実装した請求項１０に記載の発光モジュール。
12. リードフレームの表出面に反射膜を設けた請求項１に記載の発光モジュール。
13. リードフレームを、テーパを形成する側面の５０〜９５％の面積を占めるリードフレームとした請求項１に記載の発光モジュール。
14. リードフレームの厚みを０．１０〜１．０ｍｍとした請求項１に記載の発光モジュール。
15. リードフレームを、Ｓｎを０．１〜０．１５ｗｔ％、Ｚｒを０．０１５〜０．１５ｗｔ％、Ｎｉを０．１〜５ｗｔ％、Ｓｉを０．０１〜２ｗｔ％、Ｚｎを０．１〜５ｗｔ％、Ｐを０．００５〜０．１ｗｔ％、Ｆｅを０．１〜５ｗｔ％である群から選択される少なくとも一種を含む銅を主成分とするリードフレームとした請求項１に記載の発光モジュール。
16. 熱伝導性樹脂の厚みを５０μｍ以下とした請求項１に記載の発光モジュール。
17. 熱伝導性樹脂の熱伝導率を１〜１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした請求項１に記載の発光モジュール。
18. 無機フィラを、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んだ無機フィラとした請求項１に記載の発光モジュール。
19. 熱硬化性樹脂を、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んだ熱硬化性樹脂とした請求項１に記載の発光モジュール。
20. 熱伝導性樹脂を白色とした請求項１に記載の発光モジュール。
21. 一面を熱伝導性に優れた絶縁膜にて被覆して打ち抜き加工したリードフレームと、配向性グラファイトシートとの間に、熱伝導性樹脂を配置する工程と、
    前記配向性グラファイトシート、熱伝導性樹脂、および絶縁膜にて被覆したリードフレームの一面を前記配向性グラファイトシートと対向するように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。
22. 配向性グラファイトシートと、凹部を形成するように折り曲げた銅を主体とする複数のリードフレームと、前記配向性グラファイトシートとリードフレームを接合するための無機フィラと熱硬化性樹脂からなる熱伝導性樹脂と、前記リードフレームの上に複数個の発光素子を実装し、少なくとも配向性グラファイトシートと対向するリードフレームの一面を熱伝導性に優れた絶縁膜にて被覆した発光モジュールと、側面の入射面から入射した前記発光モジュールの光を照射する導光板と、フレームとを備えたバックライト装置であって、少なくとも一つの前記リードフレームの一端を前記フレームの一部に接合したバックライト装置。
23. リードフレームの一端をフレームの一部に熱伝導性樹脂を介して接合した請求項２２に記載のバックライト装置。
24. 配向性グラファイトシートをフレームの一部に接合した請求項２２に記載のバックライト装置。
25. 配向性グラファイトシートをフレームの一部に熱伝導性樹脂を介して接合した請求項２４に記載のバックライト装置。

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