JP2017152451A - Led表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】LED表示装置のバックライトとして使用した際の放熱性能を十分に向上させることができ、且つ、LED表示装置のバックライトに用いられる反射シートの凹凸を軽減することにより反射シートの表面を均一な面となり、バックライトの光学特性が低下しないLED表示装置を提供すること。【解決手段】LED実装モジュール10は、放熱基材5上に接着部材4を介してLED素子用基板1が配置され、接着部材4は、LED素子用基板1をLED素子2が実装される表面の側から見た平面視において、接着部材4の少なくとも一部が、支持基板11の外側に延出している延出部41を備え、延出部41のLED素子側の表面を介して反射シート18が接着されており、放熱基材5において、支持基板11が配置される位置には凹部51が形成されているLED表示装置100である。【選択図】図3
Description
本発明は、LED表示装置に関する。より詳しくは、発光ダイオード(LED)素子を光源とする直下型のバックライトとして、液晶テレビ等のLED表示装置に関する。
近年、ブラウン管型のモニターに代わって、低消費電力化、機器の大型化と薄型化の要請に応え得るものとして、LED素子をバックライトの光源として用いた液晶テレビ等の各種のLED表示装置の普及が急速に進展している。
LED表示装置として、例えば、直下型のLED表示装置を挙げることができる。直下型のLED表示装置とは、画面の直下に画素のようにLEDを縦横にマトリックス状に敷き詰められたLEDバックライトである。直下型のLED表示装置は、エッジ式のLED表示装置に比べて細かいエリアコントロールがしやすく、光を均一に全体に広げることができる。
しかしながら、直下型のバックライトは、エッジ式に比べて多数のLEDを基板上に配置することが必要なため、LED素子からの発熱量の増加は、LED素子の発光能力の低下や、それによる消費電力の増加につながる。又、放熱によって基板等の周辺部材を膨張させ、更にはON/OFFを繰り返すことで、反りや亀裂等、周辺部材を劣化させる要因にもなる。このため、直下型はエッジ式に比べて放熱性の向上が強く求められる。この放熱性向上の要求は、近年大型化の進む液晶テレビ等のディスプレー等において特に喫緊の課題となっている。
例えば、樹脂フィルム基材に金属回路を形成したフレキシブル基板であって、放熱機能を発現させるために導通回路とは別途に設けられる金属層を別途形成した基板が提案されている(特許文献1)。
又、直下型のLED表示装置として、LED実装モジュールが複数の領域に分割されて個別に制御可能なLED表示装置が提案されている(特許文献2)。
特許文献1に記載のLED素子用基板は、放熱機能を発現させるために支持基板に金属層を別途形成されている。そのため、樹脂フィルム基材からなるLED素子用基板と比較して基板全体の厚さが増加する。
ここで、LED表示装置のバックライトには、バックライトの輝度を上昇させるため、反射シートが最表面に積層される。反射シートをLED実装モジュールの表示画面の領域全面に積層され、且つ、LED実装モジュールが複数の領域に分割されている場合、基板全体の厚みが大きいとLED実装モジュールが積層されている領域とLED実装モジュールが積層されていない領域とで膜厚の差が大きくなる。そのため、反射シートの表面に凹凸が生じ、バックライトの光学特性が低下する場合があった。
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、LED表示装置のバックライトとして使用した際の放熱性能を十分に向上させることができ、且つ、LED表示装置のバックライトに用いられる反射シートの凹凸を軽減することにより反射シートの表面を均一な面となり、バックライトの光学特性が低下しないLED表示装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、放熱基材において、支持基板が配置される位置に凹部が形成されているLED表示装置であれば、上記課題を解決できることを見出し本発明を完成するに至った。
(1) LED素子用基板にLED素子が実装されている、LED実装モジュールと、前記LED実装モジュールの前記LED素子が実装される側の表面の反対側の表面に接着部材を介して配置される、放熱基材と、を備えるLED表示装置であって、前記接着部材は、前記LED素子用基板を前記LED素子が実装される表面の側から見た平面視において、前記接着部材の少なくとも一部が、支持基板の外側に延出している延出部を備え、前記延出部の前記LED素子が実装される表面を介して反射シートが接着されており、
前記放熱基材において、前記支持基板が配置される位置には凹部が形成されているLED表示装置。
前記放熱基材において、前記支持基板が配置される位置には凹部が形成されているLED表示装置。
(2)前記放熱基材における前記凹部の段差がLED素子用基板の厚さの総厚の0.8倍以上1.2倍以下の範囲である(1)に記載のLED表示装置。
(3)前記放熱基材における前記凹部の段差が10μm以上300μm以下である(1)又は(2)に記載のLED表示装置。
本発明のLED表示装置は、LED表示装置のバックライトとして使用した際の放熱性能を十分に向上させることができ、且つ、LED表示装置のバックライトに用いられる反射シートの凹凸を軽減することにより反射シートの表面を均一な面とすることができる。そのため、本発明のLED表示装置は、反射シートの凹凸によってバックライトの光学特性が低下することのないLED表示装置である。
以下、本発明のLED表示装置の一実施形態について詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されず、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
<LED表示装置>
図1は、本実施形態のLED表示装置100の構成を模式的に示す斜視図である。LED表示装置100は、例えばLED表示装置の外部筐体である金属シャーシの背面側の金属プレートでもある放熱基材5と、放熱基材5に接着部材4を介して固定されているLED実装モジュール10と、液晶表示パネル等の表示画面3とを含んで構成される。これらのLED表示装置100を構成する各部材は、外部筐体内において、それぞれ所望の光学性能を発揮しうる適切な位置に配置されてLED表示装置100を構成する。尚、本発明に関する放熱基材は、金属シャーシの背面側の金属プレートに限定されるものではない。
図1は、本実施形態のLED表示装置100の構成を模式的に示す斜視図である。LED表示装置100は、例えばLED表示装置の外部筐体である金属シャーシの背面側の金属プレートでもある放熱基材5と、放熱基材5に接着部材4を介して固定されているLED実装モジュール10と、液晶表示パネル等の表示画面3とを含んで構成される。これらのLED表示装置100を構成する各部材は、外部筐体内において、それぞれ所望の光学性能を発揮しうる適切な位置に配置されてLED表示装置100を構成する。尚、本発明に関する放熱基材は、金属シャーシの背面側の金属プレートに限定されるものではない。
又、本実施形態に関するLED実装モジュール10は、放熱基材5上に粘着テープにより形成された接着部材4を介してLED素子用基板1が配置されている。尚、本発明に関する接着部材は、粘着テープ(両面テープ)により形成された接着部材に限定されるものではないが、粘着テープ(両面テープ)により形成されることにより、LED表示装置の製造時の作業性を向上させることができる。
更に、接着部材19は、支持基板の外側に延出している延出部191を備える。延出部191とは、LED表示装置100をLED素子2が実装される表面の側から見た平面視において、支持基板11の外側に延出している接着部材19の一部分である。延出部191が備わることにより、放熱基材5への接着が容易となり、LED表示装置の製造時の作業性を向上させることができる。更に、延出部191が備わることにより、LED表示装置の放熱性を向上させることができる。LED表示装置の放熱性が向上する理由については後述する。尚、LED表示装置100のLED素子2が実装される表面の側とは、LED素子用基板1がLED表示装置として構成されたときの表示画面側の表面を意味する。
LED実装モジュール10においては、支持基板11のLED素子が実装される側の表面に形成されている配線部13上にLED素子2が所定の間隔でマトリックス状に実装されている(図2)。LED素子用基板の配線部13とLED素子2との接合については、ハンダ層14を介した接合を行う。このハンダによる接合方法は、大きく分けて、リフロー方式、或いは、レーザー方式の2方式のいずれかによって行うことができる。
支持基板11のLED素子が実装される側の表面の反対側の表面に、接着層15を介して金属層16が積層されている(図3)。支持基板11の表面に金属層16が積層されることにより、LED素子から発生した熱を効果的に放熱することができる。
又、放熱基材5において、支持基板11が配置される位置に凹部51が形成されている(図3参照)。放熱基材5に凹部51が形成されることにより、反射シート18の表面を均一な面とすることができる。
[放熱基材]
本実施形態に関する放熱基材5とは、例えば、外部筐体である金属シャーシの背面側の金属プレート等の熱伝導性を有するLED表示装置の一構成部品である。本実施形態に関するLED実装モジュール10は、LED実装モジュールの金属層積層側の表面と、放熱基材5と、が接着部材4を介して積層されてなる構成である。放熱基材5が備わることにより、LED素子2から発生した熱を支持基板11及び金属層16を通じて、放熱基材へと放熱することが可能となる。
本実施形態に関する放熱基材5とは、例えば、外部筐体である金属シャーシの背面側の金属プレート等の熱伝導性を有するLED表示装置の一構成部品である。本実施形態に関するLED実装モジュール10は、LED実装モジュールの金属層積層側の表面と、放熱基材5と、が接着部材4を介して積層されてなる構成である。放熱基材5が備わることにより、LED素子2から発生した熱を支持基板11及び金属層16を通じて、放熱基材へと放熱することが可能となる。
又、放熱基材5には、支持基板が配置される位置には凹部51が形成されている(図3参照)。凹部51は、支持基板11と金属層16とが積層されたLED素子用基板を収容する機能を有する。金属層16が積層されることによりLED素子用基板全体の厚みが大きくなった場合であっても、LED実装モジュールが積層されている領域とLED実装モジュールが積層されていない領域とで、反射シート18の表面を均一な面とすることができる。そのため、反射シートの表面に凹凸が生じることによる、バックライトの光学特性の低下を抑制することができる。
更に、放熱基材5と、LED実装モジュール10と、は、接着部材4を介して接着されている。そして、接着部材4の少なくとも一部が、支持基板11の外側に延出している延出部41を備える構成である。図3のLED表示装置の断面図のように、放熱基材5と、反射シート18と、が、接着部材4の延出部41を介して積層される。本実施形態に関する延出部41を備えた接着部材4であれば、放熱基材5とLED実装モジュール10とを接着する機能、及び放熱基材5と反射シート18とを接着する機能を両立することができる。
更に、本実施形態のLED素子用基板1であれば、反射シート18が接着部材4の延出部41によって固定されるため、反射シート18が動くことにより、LED素子の発光にばらつきを抑制することができるという利点もある。
放熱基材5における凹部51の段差aは、LED素子用基板1に用いられる各層の厚さの総厚に応じて決定することが好ましい。例えば、凹部51の段差aは、LED素子用基板の厚さの総厚Tの0.8倍以上1.2倍以下の範囲にすることが好ましく、0.9割以上1.1倍以下の範囲とすることがより好ましい。具体的には、図3のLED表示装置において、支持基板の厚さが50μmであり、配線部の厚さが35μmであり、接着層12、接着層15の厚さがそれぞれ5μmであり、金属層16の厚さが35μmである場合には、LED素子用基板1に用いられる各層の厚さの総厚は、130μmとなるので、104μm以上156μm以下(総厚の0.8倍以上1.2倍以下の範囲)とすることが好ましく、117μm以上143μm以下(総厚の0.9倍以上1.1倍以下の範囲)とすることがより好ましい。放熱基材5における凹部51の段差aがLED素子用基板の厚さの総厚の2割以下の範囲であれば、反射シートの表面を十分に均一な面とすることができる。
放熱基材5における凹部51の段差aは、10μm以上300μm以下であることが好ましく、100μm以上200μm以下であることがより好ましい。放熱基材5における凹部51の段差aは、300μm以下であることにより、凹部51の形成がより容易となる。放熱基材5における凹部51の段差aが10μm以上であることにより、反射シートの表面を均一な面とすることができる。
又、凹部51は、LED素子用基板を収納可能な形状であれば、特に限定はされないが、凹部51の端部には、図3のLED表示装置のようにLED表示装置の表示面側から表示面側の反対面側に向けて開口部の内径が縮小するようなテーパ―状のテーパ―部511が形成されていることが好ましい。尚、テーパ―部511を形成する角度bは特に限定はされないが15°以上°75°以下のものを例示することができる。
更に、接着部材4に延出部41を設けることにより、接着部材4と放熱基材5との接触面積が増加し、接着部材4から放熱基材へ熱が伝わる性能は向上する。そのため、接着部材4に延出部41を備えることにより、LED表示装置の放熱性を向上させることができる。本発明のLED素子用基板及びLED表示装置は、接着部材4に延出部41を備えることにより、LED表示装置の放熱性を向上させることができる。
接着部材4における延出部41の長さは、特に限定されるものではないが、LED素子用基板の大きさにもよるが、支持基板の端部から1mm以上10mm以下であることが好ましく1mm以上6mm以下であることがより好ましい。延出部41の長さが支持基板の端部から1mm以上であることにより、接着部材4と放熱基材5との接触面積が増加し、接着部材4から放熱基材へ熱が伝わる性能が向上し、LED表示装置の放熱性を向上させることができる。延出部41の長さが支持基板の端部から10mm以下であることにより、LEDバックライト中のLED実装モジュールが配置される領域を十分に確保することができる。
又、LED素子用基板1をLED素子2が実装される表面の側から見た平面視において、接着部材4の延出部41の面積は、特に限定されるものではないが、支持基板の面積に対して1%以上300%以下であることが好ましく、3%以上200%以下であることがより好ましい。延出部41の面積が支持基板の面積に対して1%以上であることにより、接着部材4と放熱基材5との接触面積が増加し、接着部材4から放熱基材へ熱が伝わる性能が向上し、LED表示装置の放熱性を向上させることができる。延出部41の面積が支持基板の面積に対して300%以下であることにより、LEDバックライト中のLED素子の実装領域(LED実装モジュールが配置される領域)を十分に確保することができる。
接着部材4の厚さは100μm以上200μm以下であることが好ましい。接着部材4の厚さが100μm以上であることにより、放熱基材5とLED実装モジュールとの接着性を向上させることができる。接着部材4の厚さが200μm以下であることにより、放熱基材へ熱が伝わる性能が向上し、LED表示装置の放熱性を向上させることができる。
[LED素子]
LED素子2は、P型半導体とN型半導体が接合されたPN接合部で発光するLEDチップ21を内蔵する発光素子である。LED素子2は、通常、カソード(−)側(負極側配線部)の電極にLEDチップを接合し、アノード(+)側(正極側配線部)の電極に金線により導通を確保する態様で実装されることが一般的である。
LED素子2は、P型半導体とN型半導体が接合されたPN接合部で発光するLEDチップ21を内蔵する発光素子である。LED素子2は、通常、カソード(−)側(負極側配線部)の電極にLEDチップを接合し、アノード(+)側(正極側配線部)の電極に金線により導通を確保する態様で実装されることが一般的である。
[LED素子用基板]
LED実装モジュール10を構成するLED素子用基板1は、図3に示す通り、支持基板11の一方の表面に、複数のLED素子2を実装可能な態様で配線部13が形成されている配線基板である。
LED実装モジュール10を構成するLED素子用基板1は、図3に示す通り、支持基板11の一方の表面に、複数のLED素子2を実装可能な態様で配線部13が形成されている配線基板である。
そして、本実施形態に係るLED素子用基板1は、LED素子が実装される側の表面の反対側の面に、金属層16が積層されている。金属層16は、LED素子2から発生した熱を放熱基材へと放熱するための熱伝導経路としての役割を有する。
尚、本実施形態に係るLED素子用基板1は、支持基板11及び配線部13上に熱硬化型インキ等からなる絶縁性保護膜が形成されていることが好ましい(図示せず)。絶縁性保護膜は、LED素子用基板1の耐マイグレーション特性向上のために、配線部13の表面のうちLED素子2を実装するための接続部分を除く全面、及び、支持基板11の表面のうち配線部13の非形成部分の概ね全面を覆う態様で形成される。なお、上記の反射シートを絶縁性の高い樹脂で構成することによって、絶縁性保護膜を特に配置せず、反射シート18によってLED素子用基板に必要な絶縁機能を担保することもできる。尚、本発明のLED表示装置においては、絶縁性保護膜は必須ではない。
本実施形態に係るLED素子用基板のサイズについては、特段の限定はない。本実施形態に係る支持基板11が、例えばポリエチレンナフタレートを含む樹脂フィルムである場合には、基板のサイズ加工の自由度が極めて高い。そのため、例えば、対角線の長さが32インチ以上、より好ましくは65インチ以上の大型の表示画面3を備えるLED表示装置であっても本発明を容易且つ好適に適用することができる。
本実施形態に係るLED素子用基板1に、LED素子2が、ハンダ層14を介して、配線部13の上に導電可能な態様で実装されることによりLED実装モジュール10が構成される。
(金属層)
本実施形態に関する金属層16は、支持基板11のLED素子が実装される側の表面の反対側の表面に積層される金属の層である。支持基板11の放熱基材5側の表面に金属層16が積層されることにより金属層16は、LED素子2から発生した熱を支持基板11を通じて蓄熱し、放熱基材へと放熱することが可能となる。そのため、LED実装モジュールに金属シャーシ等の放熱基材を接着する際に熱伝導率の低い接着部材によって放熱基材の取付けを行ったとしても、放熱性を十分に向上させることができる。
本実施形態に関する金属層16は、支持基板11のLED素子が実装される側の表面の反対側の表面に積層される金属の層である。支持基板11の放熱基材5側の表面に金属層16が積層されることにより金属層16は、LED素子2から発生した熱を支持基板11を通じて蓄熱し、放熱基材へと放熱することが可能となる。そのため、LED実装モジュールに金属シャーシ等の放熱基材を接着する際に熱伝導率の低い接着部材によって放熱基材の取付けを行ったとしても、放熱性を十分に向上させることができる。
又、本実施形態のLED表示装置には、先述したように、放熱基材5において、凹部51が形成されているため、金属層16の厚さが大きいことによって反射シート18の表面に凹凸が生じることはない。そのため、本実施形態のLED表示装置は、金属層16の厚さの自由度が極めて高い。
金属層16の厚さは特に限定されるものではないが、例えば、10μm以上150μm以下であることが好ましく、15μm以上100μm以下であることがより好ましい。金属層の厚さが10μm以上であることにより、LED素子2から発生した熱を支持基板11を通じて十分に蓄熱可能となり、LED素子から発生した熱をより効果的に放熱することができる。金属層の厚さが150μm以下であることにより、LED素子用基板の十分なフレキシブル性を維持することができ、重量増大によるハンドリング性の低下等も防止できる。
金属層16に用いることのできる金属は特に限定はされない。例えば、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、モリブデン、クロム又はこれらの合金からなる金属層を例示することができる。又、これらの金属を複数張り合わせた積層体でもよい(図示せず)。
尚、金属層は金属箔で構成されていることが好ましい。又、LED素子用基板1の表面への金属層16の積層は、接着層15を介したドライラミネート法によって行われることが好ましい。この接着層15を形成する接着剤は、公知の樹脂系接着剤を適宜用いることができる。それらの樹脂接着剤のうち、ウレタン系、ポリカーボネート系、又はエポキシ系の接着剤等を特に好ましく用いることができる。接着層15の厚さはドライラミネート法によって行う場合には、1μm以上300μm以下であることが好ましく、4μm以上15μm以下であることがより好ましい。
(支持基板)
本実施形態に関する支持基板11は、特に限定されるものではなく、ベークライト、エポキシ樹脂、又はアルミナ等の材料により製造されたリジット基板でもよく、樹脂により製造された可撓性を有する樹脂基板でもよい。そのなかでも、支持基板11が樹脂基板であることが特に好ましい。樹脂基板である場合には、可撓性を有することから基板のサイズ加工の自由度が極めて高いため、例えば、対角線の長さが32インチ以上、より好ましくは65インチ以上の大型の表示画面を備えるLED表示装置においても、本発明を容易且つ好適に適用することができる。
本実施形態に関する支持基板11は、特に限定されるものではなく、ベークライト、エポキシ樹脂、又はアルミナ等の材料により製造されたリジット基板でもよく、樹脂により製造された可撓性を有する樹脂基板でもよい。そのなかでも、支持基板11が樹脂基板であることが特に好ましい。樹脂基板である場合には、可撓性を有することから基板のサイズ加工の自由度が極めて高いため、例えば、対角線の長さが32インチ以上、より好ましくは65インチ以上の大型の表示画面を備えるLED表示装置においても、本発明を容易且つ好適に適用することができる。
支持基板11の材料として樹脂を用いる場合には耐熱性及び絶縁性が高いものであることが求められる。このような樹脂として、耐熱性と加熱時の寸法安定性、機械的強度、及び耐久性に優れるポリイミド樹脂(PI)や、ポリエチレンナフタレート(PEN)を用いることができる。中でも、アニール処理等の耐熱性向上処理を施すことによって耐熱性と寸法安定性を向上させたポリエチレンナフタレート(PEN)を好ましく用いることができる。
例えば、厚さ50μmのポリエチレンナフタレート(PEN)からなる二軸延伸の樹脂フィルムであれば、200℃の温度で30秒程度アニール処理することにより、JIS K7133:1999に基づき測定されたMD方向(二軸延伸の流れ方向)とTD方向(MD方向と直行する方向)の熱収縮率(150℃×30分)の平均値が、0.5%(アニール処理前)から0.1%(アニール処理後)にすることができる。
尚、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリエチレンナフタレート(PEN)を含む樹脂フィルムには必要に応じて難燃性の無機フィラー等を添加してもよい。
支持基板11を形成することのできる熱可塑性樹脂は、熱収縮開始温度が100℃以上のもの、又は、上記のアニール処理等によって、同温度が100℃以上となるように耐熱性を向上させたものを用いることが好ましい。通常LED素子から発せられる熱により同素子周辺部は90℃程度の温度に達する場合がある。この観点から、支持基板11を形成する熱可塑性樹脂は、上記温度以上の耐熱性を有するものであることが好ましい。
尚、本明細書における「熱収縮開始温度」とは、TMA装置に測定対象の熱可塑性樹脂からなるサンプルフィルムをセットし、荷重1gをかけて、昇温速度2℃/分で120℃まで昇温し、その時の収縮量(%表示)を測定し、このデータを出力して温度と収縮量を記録したグラフから、収縮によって、0%のベースラインから離れる温度を読みとり、その温度を熱収縮開始温度としたものである。又、本明細書における「熱硬化温度」とは、測定対象の熱硬化型樹脂を加熱した際の熱硬化反応の立ち上がり位置の温度を測定算出し、その温度を熱硬化温度としたものである。
又、支持基板11には、LED実装モジュール10としての一体化時に、LED素子用基板1に必要な絶縁性を付与し得るだけの高い絶縁性を有することが求められる。一般的には、支持基板11は、その体積固有抵抗率が1014Ω・cm以上であることが好ましく、1018Ω・cm以上であることがより好ましい。
支持基板11の厚さは、特に限定されないが、放熱経路としてボトルネックとはならないこと、耐熱性及び絶縁性を有するものであることが好ましい。例えば、支持基板11の材料として樹脂を用いる場合には、製造コストのバランスとの観点から、概ね10μm以上100μm以下、好ましくは、10μm以上60μm以下であることが好ましい。又、ロール・トゥ・ロール方式による製造を行う場合の生産性を良好に維持する観点からも上記厚さ範囲であることが好ましい。
(接着層)
LED素子用基板1の表面への配線部13の形成は、接着層12を介したドライラミネート法によって行われることが好ましい。この接着層12を形成する接着剤は、公知の樹脂系接着剤を適宜用いることができる。それらの樹脂接着剤のうち、ウレタン系、ポリカーボネート系、又はエポキシ系の接着剤等を特に好ましく用いることができる。この接着層12は、通常、配線部13のエッチング処理後に支持基板11上に残存しているものである。
LED素子用基板1の表面への配線部13の形成は、接着層12を介したドライラミネート法によって行われることが好ましい。この接着層12を形成する接着剤は、公知の樹脂系接着剤を適宜用いることができる。それらの樹脂接着剤のうち、ウレタン系、ポリカーボネート系、又はエポキシ系の接着剤等を特に好ましく用いることができる。この接着層12は、通常、配線部13のエッチング処理後に支持基板11上に残存しているものである。
(配線部)
配線部13とは、図3に示す通り、LED素子用基板の一方の表面にLED素子を実装可能な金属箔等の導電性基材によって形成される配線パターンである。
配線部13とは、図3に示す通り、LED素子用基板の一方の表面にLED素子を実装可能な金属箔等の導電性基材によって形成される配線パターンである。
配線部13を構成する導電性基材の熱伝導率λは200W/(m・K)以上500W/(m・K)以下が好ましく、300W/(m・K)以上500W/(m・K)以下がより好ましい。配線部13を構成する導電性基材の電気抵抗率Rは3.00×10−8Ωm以下が好ましく、2.50×10−8Ωm以下がより好ましい。ここで、熱伝導率λの測定は、例えば、京都電子工業社製の熱伝導率計QTM−500を用いることができ、電気抵抗率Rの測定は、例えば、ケースレー社製の6517B型エレクトロメータを用いることができる。これによれば、例えば、銅の場合、熱伝導率λは403W/(m・K)であり、電気抵抗率Rは1.55×10−8Ωmとなる。
例えば、配線部13を銅箔で形成した場合、放熱性と電気伝導性を高い水準で両立させることができる。より具体的には、LED素子からの放熱性が安定し、電気抵抗の増加を防げるので、LED間の発光バラツキが小さくなってLEDの安定した発光が可能となる。又、LED素子の寿命も延長される。更に、熱による基板等の周辺部材の劣化も防止できるので、LED表示装置の製品寿命も延長できる。
尚、配線部13の表面抵抗値は、500Ω/□以下が好ましく、300Ω/□以下がより好ましく、更に100Ω/□以下が好ましく、特に50Ω/□以下が好ましい。下限は0.005Ω/□程度である。
配線部13を形成する導電性基材の例としては、上記の銅の他、アルミニウム、金、銀等の金属等を挙げることができる。
又、配線部13は電解銅箔であり、支持基板11との積層面側の表面粗さRzが1.0以上10.0以下であることがより好ましい。ここで、RzはJISB0601で規定される十点平均粗さである。放熱性の観点から、表面粗さを上記範囲内とすることで、特に支持基板11との積層面側の表面積を増大でき、放熱性を更に高めることができる。又、表面凹凸によって支持基板11との密着性を向上できるので、これによっても放熱性を向上できる。このような表面粗さRzは、電解銅箔の粗面側(マット面側)を好適に用いることができる。
配線部13の配置は、LED素子の導通可能な配置、好ましくはマトリックス状の配置で実装できる配置であれば特定の配置に限定されない。但し、本実施形態に関するLED素子用基板においては、支持基板11の一方の表面の好ましくは80%以上、より好ましくは90%、最も好ましくは95%以上の範囲が、この配線部13によって被覆されていることが好ましい。これにより、LED素子2を高密度で配置したLED実装モジュール10において発生する過剰な熱を十分に放熱することができる優れた放熱性をLED実装モジュール10に備えさせることができる。
又、配線部13の厚さは、LED素子用基板1に要求される耐電流の大きさ等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、一例として厚さ10μm以上50μm以下が挙げられる。放熱性向上の観点から、配線部13の厚さは、10μm以上であることが好ましい。又、導電性基材の厚みが上記下限値に満たないと、支持基板11の熱収縮の影響が大きく、はんだリフロー処理時に処理後の反りが大きくなりやすいため、この観点からも配線部13の厚さは10μm以上であることが好ましい。一方、同厚さが、50μm以下であることによって、LED素子用基板1の十分なフレキシブル性を維持することができ、重量増大によるハンドリング性の低下等も防止できる。
(絶縁保護膜)
絶縁性保護膜は、熱硬化型インキによって、配線部13と支持基板11の表面上の電気的接合が必要となる一部分を除いた他の部分に、主としてLED素子用基板の耐マイグレーション特性を向上させるために形成される(図示せず)。
絶縁性保護膜は、熱硬化型インキによって、配線部13と支持基板11の表面上の電気的接合が必要となる一部分を除いた他の部分に、主としてLED素子用基板の耐マイグレーション特性を向上させるために形成される(図示せず)。
熱硬化型インキとしては、熱硬化温度が100℃以下程度のものであれば、公知のインキを適宜好ましく用いることができる。具体的には、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、エポキシ系及びフェノール系樹脂、エポキシアクリレート樹脂、シリコーン系樹脂等、を其々ベース樹脂とする絶縁性インキを好ましく用いることができるインキの代表例として挙げることができる。又、これらのうちでも、ポリエステル系の熱硬化型の絶縁インキは、可撓性に優れる点から、LED素子用基板の絶縁性保護膜を形成するための材料として特に好ましい。
又、絶縁性保護膜を形成する熱硬化型インキは、例えば、二酸化チタン等の無機白色顔料を更に含有する白色のインキであってもよい。絶縁性保護膜17を白色化することで、意匠性の向上を図ることができる。絶縁性の熱硬化型インキによる絶縁性保護膜の形成は、スクリーン印刷等公知の方法によって行うことができる。
(反射シート)
反射シート18は、主として可視光波長域の光に対する高い反射性を有する反射部材である。そして、反射シート18は、LED実装モジュール10の発光能力の向上を目的として、LED素子用基板の発光面側の最表面に、LED素子実装領域を除く領域を覆って積層されている。
反射シート18は、主として可視光波長域の光に対する高い反射性を有する反射部材である。そして、反射シート18は、LED実装モジュール10の発光能力の向上を目的として、LED素子用基板の発光面側の最表面に、LED素子実装領域を除く領域を覆って積層されている。
反射シート18は、LED実装モジュール10において、発光能力を向上させることを目的として、LED素子用基板1の発光面側の最表面に、LED素子2の実装部分を除いて積層される。LED素子の発光を反射し、所定の方向へ導くための反射面を持つ部材であれば特に限定されないが、白色ポリエステル発泡タイプの白色ポリエステル、白色ポリエチレン樹脂、銀蒸着ポリエステル等を、最終製品の用途とその要求スペック等に応じて適宜用いることができる。
[接着部材]
本実施形態に関する接着部材4とは、放熱基材5とLED素子用基板1とを接着する機能を有する接着部材である。本実施形態に関する接着部材4は、当該機能を有する接着部材であれば特に限定されず、例えば、従来公知の粘着テープ等により形成されていてもよい。従来公知の粘着テープを用いることにより、LED実装モジュールの放熱基材への取付け作業が簡便に行えるため作業性は良好である。又、接着剤等により形成される層を接着部材4としてもよい。
本実施形態に関する接着部材4とは、放熱基材5とLED素子用基板1とを接着する機能を有する接着部材である。本実施形態に関する接着部材4は、当該機能を有する接着部材であれば特に限定されず、例えば、従来公知の粘着テープ等により形成されていてもよい。従来公知の粘着テープを用いることにより、LED実装モジュールの放熱基材への取付け作業が簡便に行えるため作業性は良好である。又、接着剤等により形成される層を接着部材4としてもよい。
接着部材4を従来公知の粘着テープ等によって形成される場合、LED素子用基板の背面側全面に形成されていてもよいが、背面側の面の一部に形成されていてもよい。接着部材4が支持基板の背面側の面の一部にのみ形成されたようなLED表示装置は、LED実装モジュールの放熱基材への取付け作業が簡便に行えるため作業性は良好であるものの、LED素子用基板と放熱基材が接触しない部分が発生し、LED表示装置の放熱性は悪化する。しかしながら、LED素子用基板の支持基板の放熱基材表面に金属層16が積層されている本実施形態のLED表示装置の場合には、LED素子から発生した熱が支持基板11を通じて金属層16に蓄熱することが可能であり、金属層16に蓄積された熱が金属層16から接着部材4を通じて徐々に放熱基材に放熱することが可能である。よって、本発明のLED表示装置は、極めて簡便な構造で放熱性をも優れるLED表示装置である。
又、接着部材4には、延出部41を備える。延出部41とは、LED素子用基板1をLED素子2が実装される表面の側から見た平面視において、支持基板11の外側に延出している接着部材4の一部をいう。接着部材4に延出部41が備えられることにより、先述したように、延出部41を介して放熱基材5と反射シート18とを接着することができる。
接着部材4を形成することのできる粘着テープは特に限定されない。例えば、「NITTO5000NS(日東電工)」等を用いることができる。又、熱伝導性粘着フィルムを用いてもよい。熱伝導性粘着フィルムを用いることにより、金属層16に蓄積された熱を接着部材4を通じて放熱基材により放熱しやすくなる。熱伝導性粘着フィルムとしては例えば、「TR−5310(日東電工)(熱伝導率0.4W/m・K)」や、「TR−5912F(日東電工)(熱伝導率1.1W/m・K)」等の市販の熱伝導性テープを挙げることができる。
接着部材4の熱伝導率は特に限定されるものではないがレーザーフラッシュ法に基づき測定された接着部材4の厚さ方向の25℃における熱伝導率は0.1W/K・m以上であることが好ましく、0.2W/K・m以上であることがより好ましい。接着部材4の熱伝導率は0.1W/K・m以上であることにより、金属層16に蓄積された熱を接着部材4を通じて放熱基材により放熱しやすくなる。接着部材4の熱伝導率の上限は特に限定されないが、10W/K・m以下程度を挙げることができる。尚、レーザーフラッシュ法に基づく熱伝導率の測定はレーザーフラッシュ法熱定数測定装置(真空理工社製「TC−7000」)等を用いることにより測定することができる。
接着部材4は、LED素子用基板の面積にもよるが、LED素子用基板の面積に対する接着部材4の面積の割合が2%以上100%以下であることが好ましい。接着部材4の面積の割合が2%以上であることにより、放熱基材とLED実装モジュールを安定的に固定することができ、且つ、金属層16に蓄積された熱を接着部材4を通じて放熱基材により放熱しやすくなる。接着部材4の面積の割合が100%以下であることにより、接着部材4を形成するための粘着テープ等の使用量を軽減することができる。
対角線の長さが少なくとも65インチ以上の大型の表示画面用のLED素子用基板の場合、接着部材4を形成するための粘着テープ等の使用量が増加するため、上記接着部材4の面積の割合を増加させることは好ましくない。大型の表示画面用のLED素子用基板の場合には、LED素子用基板の面積に対する接着部材4の面積の割合が2%以上10%以下程度になるように形成されていることが好ましい。尚、大型の表示画面用のLED素子用基板の場合には、接着部材4は、LED実装領域直下とその周辺にのみに形成されていることが好ましい。
一方、上記の大型の表示画面用のLED素子用基板とは異なり、面積の小さいLED素子用基板の場合、接着部材4を形成するための粘着テープ等の使用量は減少するため、上記接着部材4の面積の割合を増加させることが好ましい。このようなLED素子用基板の場合、LED素子用基板の面積に対する接着部材4の面積の割合が80%以上100%以下程度になるように形成されていることが好ましい。面積の小さいLED素子用基板としては、例えば、LED素子が直線状に配置されるような短冊形状のLED素子用基板を挙げることができる。
接着部材4を形成する位置は特に限定されない。例えば、背面のうちLED素子2の実装されている領域の直下の領域に形成されていてもよいし、LED素子2の実装されている領域の直下の外縁近傍の領域に配置されていてもよい。
接着部材4の厚さは100μm以上200μm以下であることが好ましい。接着部材4の厚さが100μm以上であることにより、放熱基材5とLED実装モジュールとの接着性を向上させることができる。接着部材4の厚さが200μm以下であることにより、放熱基材へ熱が伝わる性能が向上し、LED表示装置の放熱性を向上させることができる。
<LED実装モジュールの製造方法>
以下、本実施形態に関するLED実装モジュール10の製造方法の一例について説明する。LED実装モジュール10は、先ず、従来公知の電子基板の製造方法の一つであるエッチング工程を用いて、LED素子用基板を製造し、これにLED素子2を実装し、その後に、接着部材4を形成することによって製造することができる。
以下、本実施形態に関するLED実装モジュール10の製造方法の一例について説明する。LED実装モジュール10は、先ず、従来公知の電子基板の製造方法の一つであるエッチング工程を用いて、LED素子用基板を製造し、これにLED素子2を実装し、その後に、接着部材4を形成することによって製造することができる。
[LED素子用基板の製造]
(金属層積層工程)
支持基板11の両表面に、金属層16及び配線部13の材料とする金属箔等の配線部13を積層して材料とする積層体を得る。積層方法としては、金属箔を接着剤によって支持基板11の表面に接着する方法、或いは、支持基板11の表面に直接にメッキ方法や気相製膜法(スパッタリング、イオンプレーティング、電子ビーム蒸着、真空蒸着、化学蒸着等)により配線部13を蒸着させる方法を挙げることができる。コストや生産性の面からは、金属箔をウレタン系の接着剤によって支持基板11の表面に接着する方法が有利である。
(金属層積層工程)
支持基板11の両表面に、金属層16及び配線部13の材料とする金属箔等の配線部13を積層して材料とする積層体を得る。積層方法としては、金属箔を接着剤によって支持基板11の表面に接着する方法、或いは、支持基板11の表面に直接にメッキ方法や気相製膜法(スパッタリング、イオンプレーティング、電子ビーム蒸着、真空蒸着、化学蒸着等)により配線部13を蒸着させる方法を挙げることができる。コストや生産性の面からは、金属箔をウレタン系の接着剤によって支持基板11の表面に接着する方法が有利である。
(エッチング工程)
次に、上記の積層体の配線部13の材料を積層した側の金属箔の表面に、配線部13の形状にパターニングされたエッチングマスクを成形する。エッチングマスクは、将来、配線部13となる金属箔の配線パターン成形部分がエッチング液による腐食を免れるために設けられる。エッチングマスクを成形する方法は特に限定されず、例えば、フォトレジスト又はドライフィルムをフォトマスクを通して感光させた後で現像することにより積層フィルムの表面にエッチングマスクを成形してもよいし、インクジェットプリンター等の印刷技術により積層フィルムの表面にエッチングマスクを成形してもよい。
次に、上記の積層体の配線部13の材料を積層した側の金属箔の表面に、配線部13の形状にパターニングされたエッチングマスクを成形する。エッチングマスクは、将来、配線部13となる金属箔の配線パターン成形部分がエッチング液による腐食を免れるために設けられる。エッチングマスクを成形する方法は特に限定されず、例えば、フォトレジスト又はドライフィルムをフォトマスクを通して感光させた後で現像することにより積層フィルムの表面にエッチングマスクを成形してもよいし、インクジェットプリンター等の印刷技術により積層フィルムの表面にエッチングマスクを成形してもよい。
次に、エッチングマスクに覆われていない箇所における金属箔を浸漬液により除去する。これにより、金属箔のうち、配線部13となる箇所以外の部分が除去される。そして、最後に、アルカリ性の剥離液を使用して、エッチングマスクを除去する。これにより、エッチングマスクが配線部13の表面から除去される。
(絶縁性保護膜形成工程)
配線部形成後、必要に応じて絶縁性保護膜17を積層する。これらの積層は公知の方法によって行うことができる。採用する材料によりスクリーン印刷等の印刷法或いは、ドライラミネーション、熱ラミネーション法等、各種のラミネート処理方法によることができる。
配線部形成後、必要に応じて絶縁性保護膜17を積層する。これらの積層は公知の方法によって行うことができる。採用する材料によりスクリーン印刷等の印刷法或いは、ドライラミネーション、熱ラミネーション法等、各種のラミネート処理方法によることができる。
(反射シート積層工程)
配線部13の形成後、その上に反射シート18を直接或いは絶縁性保護膜を介して、更に積層する。この積層は、上記製造方法によって得た反射シート用のフィルムを、配線部13等及び支持基板11の表面に加熱圧着する熱ラミネーション法により好ましく行うことができる。この熱ラミネーションはLED素子2の実装の前後の段階で、適宜、反射シートを配線部13等に圧着させるための独立した加熱処理として行ってもよい。又、LED実装モジュールが積層されていない領域においては、放熱基材5と、反射シート18と、が、接着部材4の延出部41を介して積層される。ただし、下記に記す通り、LED実装モジュールの製造のプロセス内で、LED素子2の実装のためのハンダ処理時にハンダを溶融するための熱によって、LED素子2の実装のためのハンダ処理と反射シート18の配線部13等への熱ラミネーション処理を同時に行うこともできる。
配線部13の形成後、その上に反射シート18を直接或いは絶縁性保護膜を介して、更に積層する。この積層は、上記製造方法によって得た反射シート用のフィルムを、配線部13等及び支持基板11の表面に加熱圧着する熱ラミネーション法により好ましく行うことができる。この熱ラミネーションはLED素子2の実装の前後の段階で、適宜、反射シートを配線部13等に圧着させるための独立した加熱処理として行ってもよい。又、LED実装モジュールが積層されていない領域においては、放熱基材5と、反射シート18と、が、接着部材4の延出部41を介して積層される。ただし、下記に記す通り、LED実装モジュールの製造のプロセス内で、LED素子2の実装のためのハンダ処理時にハンダを溶融するための熱によって、LED素子2の実装のためのハンダ処理と反射シート18の配線部13等への熱ラミネーション処理を同時に行うこともできる。
[LED素子用基板の実装]
(LED素子実装工程)
LED素子用基板1を用いたLED実装モジュール10の製造方法について説明する。配線部13へのLED素子2の接合は、ハンダ加工により好ましく行うことができる。このハンダによる接合は、リフロー方式、或いは、レーザー方式によることができる。リフロー方式は、配線部13にハンダを介してLED素子2を搭載し、その後、LED素子用基板1をリフロー炉内に搬送して、リフロー炉内で配線部13に所定温度の熱風を吹きつけることで、ハンダペーストを融解させ、LED素子2を配線部13にハンダ付けする方法である。又、レーザー方式とは、レーザーによってハンダを局所的に加熱して、LED素子2を配線部13にハンダ付けする手法である。
(LED素子実装工程)
LED素子用基板1を用いたLED実装モジュール10の製造方法について説明する。配線部13へのLED素子2の接合は、ハンダ加工により好ましく行うことができる。このハンダによる接合は、リフロー方式、或いは、レーザー方式によることができる。リフロー方式は、配線部13にハンダを介してLED素子2を搭載し、その後、LED素子用基板1をリフロー炉内に搬送して、リフロー炉内で配線部13に所定温度の熱風を吹きつけることで、ハンダペーストを融解させ、LED素子2を配線部13にハンダ付けする方法である。又、レーザー方式とは、レーザーによってハンダを局所的に加熱して、LED素子2を配線部13にハンダ付けする手法である。
配線部13へのLED素子2のハンダ接合を行う際は、支持基板11における裏面側からのレーザー照射によって、ハンダのリフローを行う方法とすることが好ましい。これにより、加熱によるハンダの有機成分の発火とそれに伴う基材の損傷をより確実に抑制することができる。
[放熱基材の取り付け]
放熱基材5には、支持基板11が配置される位置に凹部51を形成する。に凹部51する方法は、例えば、放熱基材5の一部分を削ることにより形成することができる。放熱基材5の一部分を削る方法は、例えば、やすりや砥石を用いた研削加工等を用いることにより実現することができる。
放熱基材5には、支持基板11が配置される位置に凹部51を形成する。に凹部51する方法は、例えば、放熱基材5の一部分を削ることにより形成することができる。放熱基材5の一部分を削る方法は、例えば、やすりや砥石を用いた研削加工等を用いることにより実現することができる。
上記各工程を経て得たLED素子用基板1のLED素子が実装される側の表面の反対側の表面に、上述の両面テープ等を、LED素子用基板のLED素子が実装される側の表面の反対側の表面に貼付する。そして、LED素子用基板に適度な押圧をかけることによって放熱基材に接着する。なお、両面テープは、その一部が支持基板の外側に延出するように貼付を行う。両面テープの一部が支持基板の外側に延出するような延出部41が備えられることにより、先述したように、延出部41を介して放熱基材5と反射シート18とを接着することができる。又、両面テープにより形成されることで、放熱基材の取り付けの作業性は向上する。
以上より、本発明のLED表示装置は、LED表示装置のバックライトとして使用した際の放熱性能を十分に向上させることができ、且つ、LED表示装置のバックライトに用いられる反射シートの凹凸を軽減することにより反射シートの表面を均一な面とすることができる。そのため、本発明のLED表示装置は、反射シートの凹凸によってバックライトの光学特性が低下することのないLED表示装置である。
100 LED表示装置
1 LED素子用基板
10 LED実装モジュール
11 支持基板
12 接着層
13 配線部
14 ハンダ層
15 接着層
16 金属層
18 反射シート
2 LED素子
3 表示画面
4 接着部材
41 接着部材の延出部
42 延出部以外の接着部材
5 放熱基材
51 凹部
511 テーパ―部
a 凹部の段差
T LED素子用基板の厚さの総厚
b 角度
1 LED素子用基板
10 LED実装モジュール
11 支持基板
12 接着層
13 配線部
14 ハンダ層
15 接着層
16 金属層
18 反射シート
2 LED素子
3 表示画面
4 接着部材
41 接着部材の延出部
42 延出部以外の接着部材
5 放熱基材
51 凹部
511 テーパ―部
a 凹部の段差
T LED素子用基板の厚さの総厚
b 角度
Claims (3)
- LED素子用基板にLED素子が実装されている、LED実装モジュールと、
前記LED実装モジュールの前記LED素子が実装される側の表面の反対側の表面に接着部材を介して配置される、放熱基材と、を備えるLED表示装置であって、
前記接着部材は、前記LED素子用基板を前記LED素子が実装される表面の側から見た平面視において、前記接着部材の少なくとも一部が、支持基板の外側に延出している延出部を備え、
前記延出部の前記LED素子が実装される表面を介して反射シートが接着されており、
前記放熱基材において、前記支持基板が配置される位置には凹部が形成されているLED表示装置。 - 前記放熱基材における前記凹部の段差がLED素子用基板の厚さの総厚の0.8倍以上1.2倍以下の範囲である請求項1に記載のLED表示装置。
- 前記放熱基材における前記凹部の段差が10μm以上300μm以下である請求項1又は2に記載のLED表示装置。
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