JP2018207047A - Led素子用基板、及び、それを用いたledバックライト - Google Patents
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Abstract
【課題】透過反射板等の光学フィルム部材との組合せにより、発光面上における輝度の均一性に優れるLEDバックライトを構成可能であって、尚且つ、個々のLED素子から発せられる光のバックライト内部での出射光の減衰を回避して、LEDバックライト全体の輝度向上に寄与することができる、LED素子用基板を提供する。【解決手段】支持基板11上及び金属配線部13上には、LED素子実装用領域を除いて光反射層が形成されていて、この光反射層は、LED素子実装用領域を包囲してなる領域として想定されるLED素子周辺領域内において、その表面の算術平均粗さRaが2以上である拡散反射面141とされている、LED素子用基板とする。【選択図】図4
Description
本発明は、LED素子用基板、及び、それを用いたLEDバックライトに関する。
近年、LED液晶ディスプレー等、LEDバックライトを光源として用いた各種のLED表示装置が急速に普及している。そして、これらのLED表示装置において、LED素子を光源とするバックライトを構成するために、通常、支持基板上に金属配線部が形成されてなるLED素子用の回路基板(本明細書において「LED素子用基板」と言う)が用いられる。
LEDバックライトは、光源とするLED素子を表示面の側方に配置するエッジライト方式のバックライトと、光源とするLED素子を表示面の背面側に配置する直下型のバックライトとに大別される。スマートフォンの表示画面等、中小型のLED表示装置においては、通常、エッジライト方式のバックライトが用いられる。一方、大画面液晶テレビ等の大型のLED表示装置においては、多くの場合、LED素子用基板に多数のLED素子がマトリクス状に配置されてなる直下型のLEDバックライトが用いられる。
ここで、直下型のLEDバックライトを用いるLED表示装置においては、ムラのない高品位な映像を表示するために、各LED素子から出射された光を発光面に対する水平方向に均一に拡散させる必要がある。このためにLEDバックライトと画像表示パネルとの間に拡散板が配置される。そして、LEDバックライトとこの拡散板との間に、更に、透過反射板を配置して、よりいっそうの出射光の均一性の向上を企図した技術の開発も進んでいる(特許文献1参照)。
これらの直下型のLEDバックライトにおいては、光源全体の輝度を高めるために、通常、LED素子を実装するめに必要な領域を除いて、その周辺部分に光反射層が形成される。この光反射層は、光反射性を有する各種の光反射性樹脂シートで形成されることが一般的である。しかし、一方で、これらの光反射性樹脂シートと併用して、或いは、これらの光反射性樹脂シートに代えて、支持基板上に成形される絶縁性保護膜を、光線反射率の高い白色の絶縁性保護膜(白色レジスト層)とすることにより、この層に光反射層としての機能をも発揮させる構成のLEDバックライト(特許文献2参照)が開発されている。
しかしながら、例えば、図1に示すLED表示装置100のように、透過反射板3を光源であるLED素子2上に配置した直下型のLEDバックライト10においては、図7に示すようにLED素子2から出射された光線l2が、透過反射板3の透過部33に達するまでに、透過反射板3の反射部32と光反射層(絶縁性保護膜14)との間で反射を繰り返す間に減衰して輝度が低下してしまうことが、昨今、映像品位向上が厳しく要求されるLED表示装置において、改善すべき新たな課題として認識されるに至っている。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、直下型のLEDバックライトを構成するのに好適なLED素子用基板であって、例えば、透過反射板等の光学フィルム部材との組合せにより、発光面上における輝度の均一性に優れるLEDバックライトを構成可能であって、尚且つ、個々のLED素子から発せられる光のLEDバックライト内部での減衰を回避して、LEDバックライトの輝度向上に寄与することができる、LED素子用基板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、白色の絶縁性保護膜により構成される光反射層の表面のうち、LED素子実装領域の周辺の領域を、微少な凹凸がその表面に形成されている拡散反射面とすることによって、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。具体的に本発明は以下のものを提供する。
(1) 支持基板の表面に金属配線部が形成されてなるLED素子用基板であって、前記支持基板上及び前記金属配線部上には、LED素子実装用領域を除いて光反射層が形成されていて、前記光反射層は、前記LED素子実装用領域毎に同領域を包囲してなる領域として想定されるLED素子周辺領域内において、その表面の算術平均粗さRaが2以上である拡散反射面とされている、LED素子用基板。
(1)の発明においては、LED素子用基板において、少なくともLED素子周辺領域内の光反射層の表面を、所定以上の表面粗さを有する拡散反射面とした。これにより、このLED素子用基板にLED素子を実装してなる直下型のLEDバックライトにおいて、個々のLED素子から発せられる光を水平方向に適切に拡散させることによりバックライト内部での反射の繰り返しによる出射光の減衰を回避して、LEDバックライトの輝度向上に寄与することができる。
ここで、本明細書におけるLED素子用基板の「光反射層」とは、当該LED素子用基板を用いて構成するLEDバックライトの光利用効率の向上を目的として、LED素子用基板の発光面側の表面にLED素子実装領域を除く領域を覆って積層されている層であり、その表面において光を反射する機能を備える層のことを言う。この光反射層は、後に詳しく説明する通り、絶縁性保護膜に白色顔料を添加して光反射機能を付与することによって構成することができるし、或いは、反射性を有する樹脂シートからなる反射板等によってもこれを構成することができる。又、これらを併用して光反射層を構成することもできる。本発明の好ましい実施形態であるLED素子用基板1においては、図3及び図4に示すように絶縁性保護膜14の一部であって、LED素子2の実装領域の周辺の任意の領域であるLED素子周辺領域内において表面に露出している部分(拡散反射面141)と、この領域外のその他の部分を被覆して積層される反射板15とによって、光反射層が構成されている。
そして、本明細書における表面の算術平均粗さRaとは、JIS B0601−2001に規定の通りの算術平均粗さRaのことを言うものとする。算術平均粗さRaは、詳しくは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜取り部分の平均線の方向にX軸を、縦倍率の方向にY軸を取り、粗さ曲線をy=f(χ)で表したときに、次の式によって求められる値をマイクロメートル(μm)で表したものを言う。又、このようなRaは、例えば、表面粗さ測定器:HANDYSURF E−35B(東京精密製)等により測定して求めることができる。
又、本明細書における「LED素子実装用領域」とは、LED素子用基板におけるLED素子の金属配線部への接合箇所となる部分及びその周辺部分からなる領域であり、LED素子の設置と当該LED素子から発光する光の外部への光路として最低限必要となる空間の直下の領域のことを言う。
又、本明細書における「LED素子周辺領域」とは、各LED素子毎に、上述の「LED素子実装用領域」を包囲する領域として想定される領域である。この「LED素子周辺領域」の幅は、LED素子のサイズ、LED素子の実装位置及びLED素子上に配置される反射板の開口位置とサイズの加工精度等に応じて、個々のLEDバックライト毎に最適化される幅であり、具体的な特定の幅に限られるものではない。一例として、LED素子のサイズが3mm角(対角線サイズで4.2mm)の場合において、LED素子の中心から4mm〜5mm以下程度の範囲に想定されることが一般的である。このようなLED素子周辺領域は、通常、各LED素子実装領域毎に離間して形成されるが、光学設計上の要請に応じて、各領域の外縁の一部が隣接する領域と相互に重なる場合もある。
(2) 前記光反射層が、前記LED素子周辺領域内においては、白色顔料を含む樹脂組成物からなる絶縁性保護膜により構成されている(1)に記載のLED素子用基板。
(2)の発明においては、(1)の発明における光反射層を、白色顔料を含んでなる絶縁性保護膜によって構成した。LED素子用基板においては、通常、耐マイグレーション特性を向上させることを主たる目的として、金属配線部上に絶縁性の樹脂インキ等からなる絶縁性保護膜が形成されている。そして、この絶縁性保護膜に白色顔料を添加して白色の光反射層としての機能をも発揮させるようにすることも広く行われている。(1)の発明における重要な構成要件であるLED素子周辺領域の拡散反射面を、この絶縁性保護膜上に形成する構成とすることにより、LED素子用基板に求められる絶縁機能と本願特有の優れた光学特性とを、このような絶縁性保護膜のみによって担保することができる。即ち、(2)の発明によれば、所定の拡散反射率を有する特殊な反射層を追加的に積層することなく、一般的なLED素子用基板における通常の層構成の範囲内において、絶縁性保護膜の表面加工のみによる簡易な追加加工のみにより、(1)の発明の奏する上記効果を享受することができる。
(3) 前記光反射層を構成する前記絶縁性保護膜が、前記支持基板及び前記金属配線部との密着面を構成する密着層と、LED素子の実装面側の表面に露出するように該密着層上に配置される光反射層とを含んでなる多層構成である、(2)に記載のLED素子用基板。
(3)の発明においては、光反射層を、金属配線部との密着性に優れる密着層と、拡散反射面を有し、本発明特有の光反射性能を担保することを主たる目的とする光反射層とを積層してなる多層構成とした。例えば、光反射層を絶縁性樹脂組成物からなる絶縁インキで形成する場合、単層構成で十分な反射性を保持するためには、光反射層の厚さを確保するために高粘度のインキの選択が不可避となる。このような高粘度のインキは埋まり込み性が悪く、光反射層の長期耐久性が不十分となる怖れがある。(3)の発明のように、光反射層を、主として金属密着性と絶縁性を担保する層と、本願特有の拡散反射性を含む望ましい光反射性を担保する層との多層構成とすることにより、金属密着性及び絶縁性と、本願発明が特に必要とする同層表面における光反射性とを、層全体として極めて好ましい水準で兼ね備える光反射層を形成することができる。
(4) 前記金属配線部が銅からなり、前記絶縁性保護膜の前記密着層がフッ素系樹脂をベース樹脂とし、該絶縁性保護膜の前記光反射層がポリエステル系の樹脂をベース樹脂とする、(3)に記載のLED素子用基板。
(4)の発明においては、光反射層を多層化した上で、金属配線部を形成する銅と接する層のベース樹脂をフッ素系の樹脂に限定した。これにより、汎用的な金属であり導電体として優れ、放熱性においも有利な銅を金属配線部の材料として用いる場合に問題となりやすい、銅が触媒となることによる樹脂の劣化促進、所謂銅害を、抑制することができる。又、金属配線部と直接接しない光反射層については、フッ素系樹脂よりも相対的に安価で、十分な耐候性を有し、熱硬化温度が相対的に低く生産性においても有利なポリエステル系樹脂を用いることとした。
(5) 前記光反射層は、各の前記LED素子周辺領域内においてのみ、その表面が拡散反射面とされていて、前記LED素子周辺領域外においては、その表面の算術平均粗さRaが0.5以下の正反射面とされている、(1)から(4)のいずれかに記載のLED素子用基板。
(5)の発明においては、(1)から(4)に記載のLEDバックライトの拡散反射面の形成領域をLED素子周辺領域のみに限定し、光反射層の表面のその他の領域については、表面が平滑な正反射面とした。これにより、LED周辺領域においてのみ、その外縁部への光の拡散を促進する構造とすることができる。一方で、外縁部に拡散された光については高い正反射率でこれを反射することにより、LED素子周辺領域において拡散された光が再び光源の方向に反射されてしまう割合を低減することができる。以上より、例えば、(1)から(4)のLED素子用基板と拡散反射板等との組合せによって構成するLEDバックライトにおける、光の利用効率や面光源としての輝度の均一性を更に向上させることができる。
(6) 前記支持基板が可撓性を有する樹脂フィルムで構成されている(1)から(5)のいずれかに記載のLED素子用基板。
(6)の発明においては、(1)から(5)のいずれかに記載のLED素子用基板を、硬質のリジット基板ではなく、フレキシブル基板とした。これによれば、LED素子の配置密度の更なる高密度可が可能となり、光反射層表面とLEDバックライトの出光面側に別途設けられる拡散板等の光学フィルムまでの光学距離(OD値)を更に縮小して、LED表示装置の薄型化を更に促進することができる。又、薄型であるのみならず、支持基板の可撓性により、様々な形状の設置面への形状追随性にも優れるLEDバックライトを得ることができる。
(7) (1)から(6)のいずれかに記載のLED素子用基板に、前記金属配線部によって導通可能な態様でマトリックス状に配置されている複数のLED素子と、前記LED素子から発せられる光を、LED素子用基板の面上において水平方向に拡散させる光学フィルムが、前記LED素子に対向離間して配置されている、LEDバックライト。
(7)の発明においては、(1)から(6)のいずれかに記載のLED素子用基板にLED素子を実装したモジュールに、拡散板等の光学フィルムを更に組合せてLEDバックライトを構成した。これによれば、発光面上における輝度の均一性を上記光学フィルムの機能によって十分に担保しつつ、尚且つ、個々のLED素子から発せられる光のLEDバックライト内部での減衰を回避して、個々のLED素子から発せられる光の利用効率を高めることができる。以上により、発光面の輝度の均一性に優れ、尚且つ、高輝度のLEDバックライトを得ることができる。
(8) 前記光学フィルムが、前記LED素子からの出射光の一部を透過する透過部と該出射光の一部を反射する反射部とを有する透過反射板であって、各のLED素子の直上には前記反射部が配置されている、(7)に記載のLEDバックライト。
(8)の発明においては、(1)から(6)のいずれかに記載のLED素子用基板にLED素子を実装したモジュールに、透過反射板を更に組合せてLEDバックライトを構成した。これによれば、(7)のLEDバックライトの発光面の輝度の均一性を更に向上させることができ、発光面の輝度の均一性に極めて優れ、尚且つ、高輝度のLEDバックライトを得ることができる。
(9) (2)から(4)のいずれかに記載のLED素子用基板の製造方法であって、前記光反射層を構成する前記絶縁性保護膜を、白色顔料を含む樹脂組成物をスクリーン印刷によって複数回重ね塗りする工程によって形成する、LED素子用基板の製造方法。
(9)の発明においては、LED素子用基板の製造方法を、スクリーン印刷による重ね塗りによって多層の樹脂層である光反射層を形成する工程を含む製造方法とした。この製造方法は、特に、上記の(3)又は(4)に記載のLED素子用基板の製造に好適である。スクリーン印刷に用いるインキの粘度やスクリーンメッシュサイズを調整することにより、適宜、所望の表面粗さを有する光反射層を容易に形成することができるからである。
本発明によれば、直下型のLEDバックライトを構成するのに好適なLED素子用基板であって、例えば、透過反射板等の光学フィルム部材との組合せにより、発光面上における輝度の均一性に優れるLEDバックライトを構成可能であって、尚且つ、個々のLED素子から発せられる光のLEDバックライト内部での減衰を回避して、LEDバックライトの輝度向上に寄与することができる、LED素子用基板を提供することができる。
以下、先ず、本発明の直下型のLEDバックライトを用いて構成することができるLED表示装置の全体構成について説明し、続いて、本発明のLEDバックライト、LED素子用基板、及び、それらを構成する各部材の詳細について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されず、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、本発明のLEDバックライト10を用いた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、LEDバックライト10と液晶表示パネル等の画像表示パネル4とを含んで構成される。又、この実施形態におけるLEDバックライト10は、LED素子用基板1と、LED素子2と、透過反射板3とを含んで構成される。そして、LED素子用基板1の発光面側の最表面には、LEDバックライト10の発光能力の向上を目的として、LED素子実装領域を除く領域を覆って絶縁性保護膜14が形成されており、更にこれを被覆して積層されている反射板15とともに光反射層を構成している(図3参照)。
図1は、本発明のLEDバックライト10を用いた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、LEDバックライト10と液晶表示パネル等の画像表示パネル4とを含んで構成される。又、この実施形態におけるLEDバックライト10は、LED素子用基板1と、LED素子2と、透過反射板3とを含んで構成される。そして、LED素子用基板1の発光面側の最表面には、LEDバックライト10の発光能力の向上を目的として、LED素子実装領域を除く領域を覆って絶縁性保護膜14が形成されており、更にこれを被覆して積層されている反射板15とともに光反射層を構成している(図3参照)。
LEDバックライト10を構成するLED素子用基板としては、光反射層の特有の拡散反射性にかかる要件等、本発明の他の要件を満たすものである限り、リジット基板を含めた各種の配線基板を適宜用いることができる。但し、本発明のLEDバックライトに用いるLED素子用基板としては、可撓性を有する樹脂フィルムを支持基板とするフレキシブル基板を特に好ましく用いることができる。以下、本発明のLEDバックライト10を構成するLED素子用基板については、これをフレキシブル基板とした場合の実施形態について説明する。
LED表示装置100においては、LEDバックライト10から放熱される熱を更に効率よく外部に放射するために、LED素子用基板1の裏面側にアルミニウム等からなる放熱構造5が更に設置されていることが好ましい。これらの各部材は、実際には、金属製等の外部フレーム(図示せず)の内部に、それぞれ適切な位置に固定配置されてLED表示装置100を構成する。
<LEDバックライト>
以下、図2〜図6を適宜参照しながら、LEDバックライト10について説明する。図2に示す通り、LEDバックライト10においては、LED素子用基板1上に複数のLED素子2が所定の間隔でマトリックス状に配置されている。そしてLEDバックライト10には、LED素子2の発光面から所定の距離dだけ離間した位置に、透過反射板3が、LED素子用基板1と平行に配置されていることが好ましい。この距離dは、好ましくは、1mm以上6mm以下の範囲である。このように配置される透過反射板3は、点光源である個々のLED素子からの出射光の水平方向への均一な拡散を促進する機能を有する。
以下、図2〜図6を適宜参照しながら、LEDバックライト10について説明する。図2に示す通り、LEDバックライト10においては、LED素子用基板1上に複数のLED素子2が所定の間隔でマトリックス状に配置されている。そしてLEDバックライト10には、LED素子2の発光面から所定の距離dだけ離間した位置に、透過反射板3が、LED素子用基板1と平行に配置されていることが好ましい。この距離dは、好ましくは、1mm以上6mm以下の範囲である。このように配置される透過反射板3は、点光源である個々のLED素子からの出射光の水平方向への均一な拡散を促進する機能を有する。
又、LEDバックライト10においては、透過反射板3の光出射面側に対向し、所定の距離を介して、拡散板6が、透過反射板3と平行に配置されていることがより好ましい(図1参照)。このように透過反射板3及び拡散板6が配置されたLEDバックライトにおいては、透過反射板3を透過した光が、拡散板6で更に画像表示パネルの表面に対して水平な方向に拡散されて平面視における輝度ムラが極めて少ない光に変換される。そして画像表示パネル4の背面側から、このような平面視における均一性が極めて高い光が照射されることにより、文字や映像等の情報(画像)を高品位で表示することができる。
LEDバックライト10において、LED素子2は、LED素子用基板1の表面に形成された金属配線部13によって導通可能な態様で実装されている。LEDバックライト10においては、この複数のLED素子2が、マトリクス状に配置されることによって面光源が形成されている。LEDバックライトにおけるLED素子2の配置密度は、0.02個/cm2以上2.0個/cm2以下であることが好ましく、0.1個/cm2以上1.5個/cm2以下であることがより好ましい。金属配線部13へのLED素子2の実装は、ハンダ層16を介して行うことができる。
<LED素子用基板>
本発明のLED素子用基板1は、図3に示す通り、支持基板11の表面に、複数のLED素子2をマトリクス状に実装可能な金属配線部13が形成されてなる回路基板である。そして、LED素子用基板1には、支持基板11上及び金属配線部13上に、絶縁性保護膜14や反射板15等によって構成される光反射層が形成されている。そして、この光反射層の表面のうち、少なくともLED素子周辺領域内の部分が、その表面の算術平均粗さRaが2以上、好ましくは4以上である拡散反射面141とされている。
本発明のLED素子用基板1は、図3に示す通り、支持基板11の表面に、複数のLED素子2をマトリクス状に実装可能な金属配線部13が形成されてなる回路基板である。そして、LED素子用基板1には、支持基板11上及び金属配線部13上に、絶縁性保護膜14や反射板15等によって構成される光反射層が形成されている。そして、この光反射層の表面のうち、少なくともLED素子周辺領域内の部分が、その表面の算術平均粗さRaが2以上、好ましくは4以上である拡散反射面141とされている。
図4に示すLED素子用基板1においては、絶縁性保護膜14の一部であって表面に露出している部分(拡散反射面141が形成されている部分)と反射板15とによって、光反射層が形成されている。
又、本発明のLED素子用基板は、可撓性を有する樹脂フィルム等で構成されている支持基板11上に接着剤層12を介して金属配線部13が形成されている。そして、支持基板11上及び金属配線部13上に、熱硬化型インキ等からなる絶縁性保護膜14が形成されている。この絶縁性保護膜14は、通常、LED素子用基板の耐マイグレーション特性向上のために、金属配線部13の表面のうちLED素子実装領域を除く略全面、及び、支持基板11の表面のうち金属配線部13の非形成部分の概ね全面を被覆する態様で形成されている。そして、この絶縁性保護膜14上には、LED素子周辺領域においては絶縁性保護膜14が表面に露出する態様で反射板15が配置されている。LED素子用基板1においては、この絶縁性保護膜14のうち、その表面が露出している部分(拡散反射面141)が、反射板15とともに光反射層を構成している。
但し、LED素子用基板の光反射層の構成は図4に示す上記構成に限定されるものではない。例えば、絶縁性保護膜14に十分な反射機能を備えさせて、反射板15を設置せずに、必要な反射機能を絶縁性保護膜のみによって担保した構成とすることもできる。この場合、絶縁性保護膜14が、単独で光反射層を構成することとなる。一方、反射板を、LED素子周辺領域をも含めて絶縁性保護膜を被覆するものとし、このように配置した反射板の表面の一部、少なくともLED素子周辺領域に対応する部分を、拡散反射面とすることによっても、本発明のLED素子用基板の光反射層を構成することができる。
LED素子用基板1のサイズについては、特段の限定はない。但し、LED素子用基板1が、フレキシブル基板である場合には、その軽量性及び設計自由度の高さから、例えば、対角線の長さが32インチ以上の大型の画像表示パネル4を備えるLED表示装置において、特に好ましく用いることができる。
[支持基板]
支持基板11としては、従来LED素子用基板の支持基板として用いられている各種の基板材料を適宜用いることができる。この基板材料は、可撓性を有する樹脂フィルムであることが好ましい。尚、本明細書において「可撓性を有する」とは、「曲率半径を少なくとも1m以下、好ましくは50cm、より好ましくは30cm、更に好ましくは10cm、特に好ましくは5cmに曲げることが可能であること」を言う。
支持基板11としては、従来LED素子用基板の支持基板として用いられている各種の基板材料を適宜用いることができる。この基板材料は、可撓性を有する樹脂フィルムであることが好ましい。尚、本明細書において「可撓性を有する」とは、「曲率半径を少なくとも1m以下、好ましくは50cm、より好ましくは30cm、更に好ましくは10cm、特に好ましくは5cmに曲げることが可能であること」を言う。
支持基板11の材料として用いる樹脂フィルムには、高い耐熱性及び絶縁性が求められる。このような樹脂フィルムとして、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(PI)や、ポリエチレンナフタレート(PEN)等からなる樹脂フィルムを好ましく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)からなるものを特に好ましく用いることができる。又、難燃性の無機フィラー等の添加によって難燃性を向上させたポリエチレンテレフタレート(PET)からなる樹脂フィルムも支持基板11の材料として好ましく用いることができる。
支持基板11を形成する基板材料が、熱可塑性樹脂からなる樹脂フィルムである場合、その熱収縮開始温度が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、支持基板を形成する樹脂フィルムは、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。
支持基板11には、LEDバックライト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樹脂であ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。但し、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、及び、製造コストのバランスとの観点から、支持基板11の厚さは、12μm以上500μm以下であることが好ましく、好ましくは、20μm以上250μm以下であることがより好ましい。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。
[接着剤層]
LED素子用基板1の表面への金属配線部13の形成は、接着剤層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。この接着剤層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。
LED素子用基板1の表面への金属配線部13の形成は、接着剤層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。この接着剤層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。
[金属配線部]
図3に示す通り、金属配線部13は、LED素子用基板1の一方の表面に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。
図3に示す通り、金属配線部13は、LED素子用基板1の一方の表面に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。
金属配線部13を構成する金属の熱伝導率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。金属配線部13を構成する金属の電気抵抗率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、金属配線部13を銅で形成した場合、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、熱による支持基板等の周辺部材の劣化も防止できるので、LEDバックライトを組み込んだLED表示装置の製品寿命も延長できる。
金属配線部13を形成する金属の例としては、上記の銅の他、アルミニウム、金、銀等の金属を挙げることができる。
金属配線部13の平面形状は、LED素子を導通可能な配置、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形状に限定されない。但し、LED素子用基板1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、この金属配線部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バックライト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バックライト10に備えさせることができる。
金属配線部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、10μm以上50μm以下の厚さであることが好ましい。放熱性向上の観点から、金属配線部13の厚さは、10μm以上であることが好ましい。金属層の厚さ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、この観点からも金属配線部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。
LED素子用基板1は、上述の通り、高い放熱性を発揮することができる金属配線部13に、LED素子2を直接実装可能な配線基板である。これにより、LED素子2を高密度で配置した場合においても点灯時に発生する過剰な熱を金属配線部13を通して速やかに拡散し、支持基板11を経由させての放熱を十分に促進させることができる。
[絶縁性保護膜]
絶縁性保護膜14を形成する樹脂組成物としては、従来公知の各種の熱硬化型インキを用いることができる。熱硬化型インキとしては、熱硬化温度が120℃以下程度のものであることが好ましい。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、フッ素系樹脂等、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1の絶縁性保護膜14を形成するための材料として特に好ましい。尚、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。
絶縁性保護膜14を形成する樹脂組成物としては、従来公知の各種の熱硬化型インキを用いることができる。熱硬化型インキとしては、熱硬化温度が120℃以下程度のものであることが好ましい。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、フッ素系樹脂等、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1の絶縁性保護膜14を形成するための材料として特に好ましい。尚、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、絶縁性保護膜14を形成する熱硬化型インキに白色顔料を添加して、これを白色インキとすることにより、上記の通り、絶縁性保護膜14を、光反射機能を有する光反射層とすることができる。この場合に用いる白色顔料としては、二酸化チタン等の無機白色顔料を好ましい顔料の例として挙げることができる。
ここで、単層構成の絶縁性保護膜で光反射率を十分に高めるためには、膜厚を十分に大きくするために高粘度の絶縁性インキが必要となる。高粘度のインキは金属配線部と支持基板の段差への埋まりこみ性が悪い。又、掠れやピンホールの発生等の印刷不良も発生しやすい。そこで、絶縁性保護膜14を上述のように白色層として、これにより光反射層の一部又は全部を構成する場合には、当該絶縁性保護膜を多層構成とすることがより好ましい。
上述の多層構成とは、詳細には、金属配線部13と密着する側の表面層である密着層と、光反射層の反対側の最表面に露出して拡散反射面141を構成する光反射層とが積層されてなる構成である。
このような多層構成の絶縁性保護膜を構成する密着層及び光反射層のいずれの層についても、上記の単層構成の場合と同様、従来公知の絶縁性インキ等を用いて形成することができる。但し、密着層については、フッ素系樹脂又は、アクリル系樹脂、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ベース樹脂とすることが好ましく、特に、金属配線部13を銅で形成する場合には、所謂銅害による樹脂の劣化を回避するために、特にこの層をフッ素系樹脂による形成することが好ましい。又、密着層については、上記の他、更に、絶縁性、耐マイグレーション性、印刷性、及び、金属配線部及び樹脂製の支持基板に対する密着性が良好な各種の絶縁性インキを使用して形成することが好ましい。
一方、光反射層については、酸化チタン等の白色顔料を添加して所望の反射性を付与することができる樹脂であればよいが、生産性向上やコスト抑制の観点から、汎用的なポリエステル系樹脂を用いることが好ましい。又、光反射層については、特に光反射機能に優れた層を形成可能であることに主眼をおいて選択される各種の白色の絶縁性インキを使用して形成することが好ましい。
又、本発明のLED素子用基板においては、絶縁性保護膜14を上記の多層構成とする場合、例えば、図6に示すように、密着層14Aを、絶縁機能を担保するために必要な全領域に形成し、拡散反射面141を有する光反射層14Bについては、LED素子周辺領域内にのみ形成する構成とすることもできる。このように平面視においてドーナツ状の拡散反射面141がLED素子周辺領域にのみに離散的に形成されている構成とすることにより、本発明特有の光学特性向上の効果を享受しながら、十分な光学特性を得るための絶縁性保護膜の厚さの増大に伴う、基板の可撓性低下を回避することができる。又、略全面に絶縁性保護膜の全層を形成する場合と比較してインキ材料費を大幅に節約して経済性の向上に寄与することもできる。
又、特にLED素子用基板1がフレキシブル基板タイプのものである場合、上述のように拡散反射面141を有する光反射層14BがLED素子周辺領域にのみに離散的に形成されている構成とすることによる他の効果として、基板のカール変形の発生を抑制する効果を享受することができる。絶縁性保護膜の光反射性の向上のためには、光学設計上の要求として同膜の厚さを一定以上の厚さにすることが要求されるが、絶縁性保護膜が一定以上の厚さを有する場合には、当該基板を構成する各部材の熱収縮率の差異に起因するカール変形のリスクが増大してしまう。光反射層14Bを分散形成する上述の構成よれば、光学特性面での要求は満たしながら、絶縁性保護膜の全面における厚さの増大を回避することができる。このような構成とすることにより、優れた光学特性とカール変形の発生リスクの低減を両立させたフレキシブル基板タイプのLED素子要基板とすることができる。
これらの絶縁性保護膜14の形成は、上記いずれの態様による場合においても、スクリーン印刷他、公知の各種印刷方法等によることができる。但し、拡散反射面を容易に構成しやすい点において、スクリーン印刷が好ましい。又、絶縁性保護膜を上記のような多層構成とする場合には、特に、スクリーン印刷による重ね塗りによることが好ましい。LED素子用基板の製造方法の詳細については後述する。
尚、図6には、分散形成される複数の光反射層14Bが、全ての形成領域において、同一の形状とされている実施形態が例示されているが、分散形成される光反射層14Bの形状やサイズは、必ずしも全ての形成領域において同一であることが必須ではない。一般的に直下型のLEDバックライトにおいては、発光面全体において、その中心部分よりも周縁部分の方が輝度が小さくなりやすいという問題がある。LED素子用基板1においてこの問題を改善するための手段として、例えば、個々の光反射層14Bの厚さ、及び平面形状や反射面となる表面の面積を、中心部から周縁部分に向けて漸増させて、光反射率を特定の部分においてより向上させた構成とすることもできる。
[反射板]
反射板15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、反射板15は、LEDバックライト10の発光能力の向上を目的として、LED素子用基板1の発光面側の最表面に、LED素子実装領域を除く領域を覆って積層されている。尚、この実施形態においては、反射板15は、平面視において、LED素子周辺領域において絶縁性保護膜14の内周縁部(拡散反射面141)が表面に露出する態様で絶縁性保護膜14上に積層されている。尚、反射板15におけるLED素子周辺領域に対応する部分が、その表面の算術平均粗さRaが2以上、好ましくは4以上である拡散反射面となるように反射板の表面を適切に加工することによっても、本発明のLED素子用基板を構成することができる。この場合の表面加工方法としては、例えば、表面を熱プレスでのエンボス加工する方法等によることが可能である。
反射板15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、反射板15は、LEDバックライト10の発光能力の向上を目的として、LED素子用基板1の発光面側の最表面に、LED素子実装領域を除く領域を覆って積層されている。尚、この実施形態においては、反射板15は、平面視において、LED素子周辺領域において絶縁性保護膜14の内周縁部(拡散反射面141)が表面に露出する態様で絶縁性保護膜14上に積層されている。尚、反射板15におけるLED素子周辺領域に対応する部分が、その表面の算術平均粗さRaが2以上、好ましくは4以上である拡散反射面となるように反射板の表面を適切に加工することによっても、本発明のLED素子用基板を構成することができる。この場合の表面加工方法としては、例えば、表面を熱プレスでのエンボス加工する方法等によることが可能である。
反射板15は、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。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。
[光反射層]
本発明のLED素子用基板1の光反射層は、少なくともLED素子周辺領域において、その表面の算術平均粗さRaが2以上、好ましくは4以上であることにより、高い拡散反射性を有する拡散反射面141とされていることを特徴とする。このような光反射層は、上述の通り、白色顔料の添加等により光反射性能を付与した絶縁性保護膜、反射性を有する反射板、又は、それらの組合せにより構成することができる。それらのうちのいずれかの構成に限定されるものではないが、LED素子用基板の光反射層は、図4に示す通り、白色顔料を含む樹脂組成物からなる絶縁性保護膜14と、LED素子周辺領域を除いてこれに積層される反射板15との組合せにより構成されているものであることが好ましい。
本発明のLED素子用基板1の光反射層は、少なくともLED素子周辺領域において、その表面の算術平均粗さRaが2以上、好ましくは4以上であることにより、高い拡散反射性を有する拡散反射面141とされていることを特徴とする。このような光反射層は、上述の通り、白色顔料の添加等により光反射性能を付与した絶縁性保護膜、反射性を有する反射板、又は、それらの組合せにより構成することができる。それらのうちのいずれかの構成に限定されるものではないが、LED素子用基板の光反射層は、図4に示す通り、白色顔料を含む樹脂組成物からなる絶縁性保護膜14と、LED素子周辺領域を除いてこれに積層される反射板15との組合せにより構成されているものであることが好ましい。
図4に示すように絶縁性保護膜14と反射板15とで光反射層が構成されている場合には、先ず、露出面側の表面の算術平均粗さRaが2以上、好ましくは4以上である絶縁性保護膜14を、支持基板11上のLED実装領域を除く領域に形成し、この絶縁性保護膜14上に、LED素子周辺領域においては、絶縁性保護膜14の表面(拡散反射面141)が最表面に露出する態様で開口部が形成されている反射板15を更に積層する。これにより、LED素子周辺領域に拡散反射面141が形成されている光反射層を形成することができる。ここで、拡散反射面141は、その表面に多数の微細な凹凸が形成されている面であり、その表面の算術平均粗さRaが2以上、好ましくは4以上の光反射面である。この微細な凹凸が拡散反射に寄与することにより、LED素子2の出射光の面光源の水平方向への望ましい拡散を促進することができる。
又、上記構成の光反射層において、LED素子周辺領域内を除くその他の領域については、この領域において光反射機能を発揮する反射板15として、その表面の算術平均粗さRaが0.5以下のものを配置することにより、LED素子周辺領域内を除くその他の領域を正反射面とした光反射層を形成することができる。このような構成により、上記の拡散反射面による面光源の水平方向における均一性の向上と併せ面光源全体の輝度を好ましく向上させることができる。
[ハンダ層]
LED素子用基板1においては、金属配線部13とLED素子2との接合については、ハンダ層16を介した接合を行う。このハンダによる接合方法の詳細は後述するが、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。
LED素子用基板1においては、金属配線部13とLED素子2との接合については、ハンダ層16を介した接合を行う。このハンダによる接合方法の詳細は後述するが、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。
[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接合部での発光を利用した発光素子である。P型電極、N型電極を素子上面、下面に設けた構造と、素子片面にP型、N型電極の双方が設けられた構造が提案されている。いずれの構造のLED素子2も、本発明のLEDバックライト10に用いることができるが、素子片面にP型、N型電極の双方が設けられた構造のLED素子を特に好ましく用いることができる。
LED素子2は、P型半導体とN型半導体が接合されたPN接合部での発光を利用した発光素子である。P型電極、N型電極を素子上面、下面に設けた構造と、素子片面にP型、N型電極の双方が設けられた構造が提案されている。いずれの構造のLED素子2も、本発明のLEDバックライト10に用いることができるが、素子片面にP型、N型電極の双方が設けられた構造のLED素子を特に好ましく用いることができる。
[光拡散型レンズ]
LEDバックライト10においてムラのない高品位な映像を表示するために、光源となる各LED素子から発せられる指向性を有する光をバックライトの発光面全体に均一に拡散させるために、LED素子用基板1においては個々のLED素子2に光拡散型レンズ(図示せず)を装着してもよい。光拡散型レンズはLED素子2から出射された光を拡散させる光拡散型のレンズであり、例えば非球面レンズである。例えば、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、エポキシ樹脂(EP)等の透明樹脂材料、又は透明なガラスにより形成することができる。例えば、特開2013−12417号公報に開示されている従来の公知のレンズ部材も含め所望の光拡散効果を奏しうる光学部材を適宜用いることができる。このような光拡散型レンズを個々のLED素子2に装着することにより、拡散反射面141と光拡散型レンズの光拡散効果が相互に補い合って、より高輝度で且つ発光面上における輝度の均一性にも優れるLEDバックライトとすることができる。
LEDバックライト10においてムラのない高品位な映像を表示するために、光源となる各LED素子から発せられる指向性を有する光をバックライトの発光面全体に均一に拡散させるために、LED素子用基板1においては個々のLED素子2に光拡散型レンズ(図示せず)を装着してもよい。光拡散型レンズはLED素子2から出射された光を拡散させる光拡散型のレンズであり、例えば非球面レンズである。例えば、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、エポキシ樹脂(EP)等の透明樹脂材料、又は透明なガラスにより形成することができる。例えば、特開2013−12417号公報に開示されている従来の公知のレンズ部材も含め所望の光拡散効果を奏しうる光学部材を適宜用いることができる。このような光拡散型レンズを個々のLED素子2に装着することにより、拡散反射面141と光拡散型レンズの光拡散効果が相互に補い合って、より高輝度で且つ発光面上における輝度の均一性にも優れるLEDバックライトとすることができる。
[透過反射板]
次に、本発明のLED素子用基板1に積層して、高輝度で尚且つ発光面上における輝度の均一性にも優れるLEDバックライト10を構成することができる透過反射板について説明する。図2に示すように、透過反射板3は、平面視において複数に分割された区画領域31を備える。そして、それぞれの区画領域31は、光を反射する反射部32と、光を透過する透過部33とからなる。透過反射板3に入射される光の強度の分布は、LED素子2の配光特性以外に、光源モジュールの形状、寸法、取り付け位置等(例えば、LED素子2が並べられるピッチ、光反射層と透過反射板3との間隔等)にも依存する。そのため、透過反射板3のうちの光の入射量が多い部分には、光の透過量が少なくなるように相対的に大きな割合で反射部32が形成されている。その一方、透過反射板3のうちの光の入射量が少ない部分には、光の透過量が多くなるように相対的に大きな割合で透過部33が形成されている。
次に、本発明のLED素子用基板1に積層して、高輝度で尚且つ発光面上における輝度の均一性にも優れるLEDバックライト10を構成することができる透過反射板について説明する。図2に示すように、透過反射板3は、平面視において複数に分割された区画領域31を備える。そして、それぞれの区画領域31は、光を反射する反射部32と、光を透過する透過部33とからなる。透過反射板3に入射される光の強度の分布は、LED素子2の配光特性以外に、光源モジュールの形状、寸法、取り付け位置等(例えば、LED素子2が並べられるピッチ、光反射層と透過反射板3との間隔等)にも依存する。そのため、透過反射板3のうちの光の入射量が多い部分には、光の透過量が少なくなるように相対的に大きな割合で反射部32が形成されている。その一方、透過反射板3のうちの光の入射量が少ない部分には、光の透過量が多くなるように相対的に大きな割合で透過部33が形成されている。
このような透過反射板は、例えば、発泡PET等反射性を有する板状の部材に、プレス打ち抜き加工、或いは、彫刻刃による抜き加工等により任意の形状の複数の貫通孔を所定のパターンに沿って互いに連結しないように分散配置して設けることによって製造することができる。この場合これらの複数の貫通孔が、光を透過させる透過部となり、貫通孔以外の部分が、光を反射させる反射部となる。プレス打ち抜き加工は、ランニングコストや生産性に優れるため、大量生産する場合に有効な製造方法である。
透過反射板は、例えばポリエチレンナフタレート(PEN)製の透明フィルム等、透明性を有する樹脂フィルムの表面に、所定のパターンで反射性を有するインキを含有する樹脂層を印刷することによっても製造することができる。
反射部32を形成する反射材としては、酸化チタン等の白色顔料を含む熱硬化性樹脂組成物を用いることができる。反射部32は、この樹脂生物からなる硬化層であることが好ましく、当該硬化層の厚さは、20μm以上200μm以下であることが好ましい。又、反射部32の反射性能については、波長380nm以上780nm以下で少なくとも80%以上の反射率であることが好ましい。尚、透過反射板3における反射部32のように狭小な範囲に形成されている反射部の反射率を測定するためには、顕微分光測定機(例えば、オリンパス社製「USPM−RU III」)を用いることより、これを正確に測定することができる。反射率の値は、硫酸バリウムを標準板とし、標準板を100%とした相対反射率を測定した値とする。
反射材として用いる熱硬化性樹脂組成物の具体例としては、従来公知のウレタン樹脂とイソシアネート化合物との組合せ、エポキシ樹脂とポリアミンや酸無水物との組合せ、シリコーン樹脂と架橋剤との組合せのような、主剤と硬化剤とを含む2成分型の熱硬化性樹脂や、更に、アミン、イミダゾール、リン系等の硬化促進剤を含有する3成分型の熱硬化性樹脂を用いることができる。具体的には、特開2014−129549に記載されているシリコーン系の熱硬化性樹脂を用いた光反射層を例示することができる。反射部32は、反射材を、例えば、スクリーン印刷等の印刷法を用いて樹脂フィルム30の表面にパターン印刷することによって形成することができる。尚、上記の厚さや反射率は、光反射層が樹脂フィルムの両面に形成されている場合には両面の厚さの合計厚さであり、両面に光反射層を形成した場合の反射率である。
透過反射板3においては、区画領域31は、LED素子2の直上位置周辺の中央部分は反射部32のみで構成されており、そこから区画領域31の外縁部を含む外側部分に近づくに連れて透過部33の割合、即ち開口率が、漸増するように構成されている。尚、この開口率は、一の区画領域における少なくとも80%以上、好ましくは90%以上の面積を占める範囲において、外側部分に向けて漸増していればよく、例えば中央部分や外側部分近傍の限定された一部範囲においては上記の開口率が一定である領域が存在していてもよい。ここで、本発明における、上記の「開口率」とは、一の区画領域を、25〜100等分程度の適当な割合で当分する等面積の正方形のマス目状に区切った際に、それぞれのマス目における透過部の面積比率のことを言う。一の区画領域におけるこの等面積のマス目の規定の仕方は任意であるが、例えば、各マス目内に存在する透過部33の個数が概ね等数となるように設定することが望ましい。
[拡散板]
拡散板6は、ポリカーボネートやアクリル樹脂等からなる半透明の樹脂フィルム上に光拡散機能を発揮するために、例えば、微小でランダムなレンズアレイ等が全面に形成されている光学フィルムである。これを、透過反射板3との間に所定の光学距離(OD)をおいた位置に配置することにより、透過反射板3から出射された光を更に拡散させて輝度ムラの少ない面状光に変換することができる。尚、本発明においては、透過反射板3と拡散板6との光学距離は、1mm以上10mm以下の範囲であることが好ましい。
拡散板6は、ポリカーボネートやアクリル樹脂等からなる半透明の樹脂フィルム上に光拡散機能を発揮するために、例えば、微小でランダムなレンズアレイ等が全面に形成されている光学フィルムである。これを、透過反射板3との間に所定の光学距離(OD)をおいた位置に配置することにより、透過反射板3から出射された光を更に拡散させて輝度ムラの少ない面状光に変換することができる。尚、本発明においては、透過反射板3と拡散板6との光学距離は、1mm以上10mm以下の範囲であることが好ましい。
[LED素子用基板の製造方法]
LED素子用基板1の代表的な実施形態として、光反射層が、拡散反射面141を有する多層構成の絶縁性保護膜14と反射板15との組合せによって形成される場合について、その製造方法を説明する。
LED素子用基板1の代表的な実施形態として、光反射層が、拡散反射面141を有する多層構成の絶縁性保護膜14と反射板15との組合せによって形成される場合について、その製造方法を説明する。
(エッチング工程)
支持基板11の表面に、金属配線部13の材料とする銅箔等の金属配線部13を積層してLED素子用基板1の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)により金属配線部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。
支持基板11の表面に、金属配線部13の材料とする銅箔等の金属配線部13を積層してLED素子用基板1の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)により金属配線部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。
次に、上記の積層体の金属箔の表面に、金属配線部13の形状にパターニングされたエッチングマスクを形成する。エッチングマスクは、将来、金属配線部13となる金属箔の配線パターン形成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形成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シートの表面にエッチングマスクを形成してもよいし、インクジェットプリンター等の印刷技術により積層シートの表面にエッチングマスクを形成してもよい。
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、金属配線部13となる箇所以外の部分が除去される。
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金属配線部13の表面から除去される。
(絶縁性保護膜形成工程)
金属配線部形成後、絶縁性保護膜14を積層形成する。この積層は、絶縁性インキを均一に塗工できる塗工手段であれば特に限定されず、例えば、スクリーン印刷、スプレーコータ、ホンメルトコータ、バーコータ、アプリケータ、ブレードコータ、ナイフコータ、エアナイフコータ、カーテンフローコータ、ロールコータ、グラビアコータ、オフセット印刷、ディップコータ、刷毛塗り、その他通常の方法は全て使用することができる。但し、これらの中でも、インキ粘度、スクリーンメッシュの番手(スクリーン孔サイズ)、その他の印刷加工条件(主に版離れのスピード)の調整により、絶縁性保護膜14の表面に所望の表面粗さを生じさせて任意の拡散反射面141を形成しやすいスクリーン印刷によることが好ましい。特に上述のように絶縁性保護膜14を多層構成とする場合には、絶縁性インキを、スクリーン印刷によって複数回重ね塗りする工程によって絶縁性保護膜14を形成することが極めて好ましい。又、図6に示すような光反射層を密着層上に離間形成する多層構成からなる白色の絶縁性保護膜を形成する場合にも、白色の絶縁性インキを、各層毎に所望のパターンでスクリーン印刷法にて塗布する製法によることが好ましい。
金属配線部形成後、絶縁性保護膜14を積層形成する。この積層は、絶縁性インキを均一に塗工できる塗工手段であれば特に限定されず、例えば、スクリーン印刷、スプレーコータ、ホンメルトコータ、バーコータ、アプリケータ、ブレードコータ、ナイフコータ、エアナイフコータ、カーテンフローコータ、ロールコータ、グラビアコータ、オフセット印刷、ディップコータ、刷毛塗り、その他通常の方法は全て使用することができる。但し、これらの中でも、インキ粘度、スクリーンメッシュの番手(スクリーン孔サイズ)、その他の印刷加工条件(主に版離れのスピード)の調整により、絶縁性保護膜14の表面に所望の表面粗さを生じさせて任意の拡散反射面141を形成しやすいスクリーン印刷によることが好ましい。特に上述のように絶縁性保護膜14を多層構成とする場合には、絶縁性インキを、スクリーン印刷によって複数回重ね塗りする工程によって絶縁性保護膜14を形成することが極めて好ましい。又、図6に示すような光反射層を密着層上に離間形成する多層構成からなる白色の絶縁性保護膜を形成する場合にも、白色の絶縁性インキを、各層毎に所望のパターンでスクリーン印刷法にて塗布する製法によることが好ましい。
又、絶縁性保護膜14を多層構成とする場合におけるスクリーン印刷による重ね塗りに際しては、密着層を形成する絶縁性インキの塗布範囲を光反射層を形成する絶縁性インキの塗布範囲よりも、よりLED素子2の外縁に近接する領域まで広げて、(光反射層を形成する絶縁性インキの塗布範囲について密着層の外縁にまで達しないようにその手前0.1〜0.2mm程度の範囲に止めて)、これらの各層の印刷を行うことが好ましい。上記の重ね塗りを、このような態様で行うことにより、相対的に塗布厚さが大きい光反射層を形成する絶縁性インキの塗布域からの微細な漏れ広がりやごく微細な版ずれ等により、光学設計上確保すべきLED素子実装用領域が、侵食されてしまうことを防止することができる。
(反射板取付け工程)
絶縁性保護膜14上に、上述した態様の反射板15を、図3、図4に示すように、絶縁性保護膜14の表面に形成された拡散反射面141がLED素子周辺領域において最表面に露出することとなる配置で載置し、これを粘着剤やプッシュリベット等により固定する。
絶縁性保護膜14上に、上述した態様の反射板15を、図3、図4に示すように、絶縁性保護膜14の表面に形成された拡散反射面141がLED素子周辺領域において最表面に露出することとなる配置で載置し、これを粘着剤やプッシュリベット等により固定する。
<シミュレーションによる拡散反射効果の検証>
(試験用基板の製造)
150mm×150mmサイズのフィルム状の樹脂基板(ポリエチレンナフタレート)の表面に、下記の絶縁性インキを用いて、下記条件のスクリーン印刷により、下記の各膜厚で絶縁性保護膜を形成し、各試験用基板(試験例1〜3)を製造した。
(試験用基板の製造)
150mm×150mmサイズのフィルム状の樹脂基板(ポリエチレンナフタレート)の表面に、下記の絶縁性インキを用いて、下記条件のスクリーン印刷により、下記の各膜厚で絶縁性保護膜を形成し、各試験用基板(試験例1〜3)を製造した。
(スクリーン印刷の実施条件)
印刷装置:micro−tec社製 MT−320TV
乳剤厚さ:20μm
絶縁性インキ:アサヒ化学研究所社製 HRP−006−5(開発品)
粘度:170dPa(@1rpm)、60dPa(@4rpm)
印刷条件
スキージ:圧力0.20MPa、スピード50mm/min、硬度80度
スクレッパ:圧力0.20MPa、スピード100mm/min
背圧:0.10MPa
クリアランス:1.2mm
オフセット:なし
印刷から乾燥までの時間:30min以内
乾燥条件:130℃×10min
スクリーン(版)については、試験例毎に、いずれもメッシュ株式会社製のスクリーンである下記の各スクリーン(版)を使い分けた。
試験例1:「V100」(線径0.100mm、紗厚0.188mm、オープニング65%、透過量121cm3/m3)
試験例2:「V160」(線径0.045mm、紗厚0.074mm、オープニング51%、透過量38cm3/m3)
試験例3:「V250」(線径0.030mm、紗厚0.052mm、オープニング50%、透過量26cm3/m3)
スクリーン(版)については、試験例毎に、いずれもメッシュ株式会社製のスクリーンである下記の各スクリーン(版)を使い分けた。
印刷装置:micro−tec社製 MT−320TV
乳剤厚さ:20μm
絶縁性インキ:アサヒ化学研究所社製 HRP−006−5(開発品)
粘度:170dPa(@1rpm)、60dPa(@4rpm)
印刷条件
スキージ:圧力0.20MPa、スピード50mm/min、硬度80度
スクレッパ:圧力0.20MPa、スピード100mm/min
背圧:0.10MPa
クリアランス:1.2mm
オフセット:なし
印刷から乾燥までの時間:30min以内
乾燥条件:130℃×10min
スクリーン(版)については、試験例毎に、いずれもメッシュ株式会社製のスクリーンである下記の各スクリーン(版)を使い分けた。
試験例1:「V100」(線径0.100mm、紗厚0.188mm、オープニング65%、透過量121cm3/m3)
試験例2:「V160」(線径0.045mm、紗厚0.074mm、オープニング51%、透過量38cm3/m3)
試験例3:「V250」(線径0.030mm、紗厚0.052mm、オープニング50%、透過量26cm3/m3)
スクリーン(版)については、試験例毎に、いずれもメッシュ株式会社製のスクリーンである下記の各スクリーン(版)を使い分けた。
(各試験例の反射面の表面粗さ)
試験例1〜3の表面の算術平均粗さRa(JIS B0601−2001に規定の通りの算術平均粗さRa)を、表面粗さ測定器:HANDYSURF E−35B(東京精密製)等により測定して求めた。結果は表1に示す通りであった。
試験例1〜3の表面の算術平均粗さRa(JIS B0601−2001に規定の通りの算術平均粗さRa)を、表面粗さ測定器:HANDYSURF E−35B(東京精密製)等により測定して求めた。結果は表1に示す通りであった。
(各試験例の拡散反射性評価)
三次元変化角分光測色システム GCMS−11(株式会社 村上色彩技術研究所)により、試験例1〜3の拡散反射性を測定評価した。入射角を10°とし、測定範囲は−70°〜70°とした。尚、図5の縦軸の強度は上記測定機付属の標準白色板の値を基準とした相対値である。更に、同様の試験を入射角を30°、45°とした場合についても行った。結果は図5に示す通りであった。
三次元変化角分光測色システム GCMS−11(株式会社 村上色彩技術研究所)により、試験例1〜3の拡散反射性を測定評価した。入射角を10°とし、測定範囲は−70°〜70°とした。尚、図5の縦軸の強度は上記測定機付属の標準白色板の値を基準とした相対値である。更に、同様の試験を入射角を30°、45°とした場合についても行った。結果は図5に示す通りであった。
(結果)
上記試験により、表面の算術平均粗さRaが2以上、好ましくは4以上の白色の絶縁性保護膜は、その表面の拡散反射性が優位に向上されているものであることが確認された。これより、LED素子周辺領域内において、その表面の算術平均粗さRaが2以上である拡散反射面とされている、LED素子用基板は、透過反射板等の光学フィルム部材との組合せにより、発光面上における輝度の均一性に優れるLEDバックライトを構成可能であって、尚且つ、個々のLED素子から発せられる光のバックライト内部での出射光の減衰を回避して、LEDバックライト全体の輝度向上に寄与するという課題を解決しうるものであることが分かる。
上記試験により、表面の算術平均粗さRaが2以上、好ましくは4以上の白色の絶縁性保護膜は、その表面の拡散反射性が優位に向上されているものであることが確認された。これより、LED素子周辺領域内において、その表面の算術平均粗さRaが2以上である拡散反射面とされている、LED素子用基板は、透過反射板等の光学フィルム部材との組合せにより、発光面上における輝度の均一性に優れるLEDバックライトを構成可能であって、尚且つ、個々のLED素子から発せられる光のバックライト内部での出射光の減衰を回避して、LEDバックライト全体の輝度向上に寄与するという課題を解決しうるものであることが分かる。
1 LED素子用基板
10 LEDバックライト
11 支持基板
12 接着剤層
13 金属配線部
14 絶縁性保護膜
141 拡散反射面
15 反射板
16 ハンダ層
2 LED素子
3 透過反射板
31 区画領域
32 反射部
33 透過部
4 画像表示パネル
5 放熱構造
6 拡散板
100 LED表示装置
10 LEDバックライト
11 支持基板
12 接着剤層
13 金属配線部
14 絶縁性保護膜
141 拡散反射面
15 反射板
16 ハンダ層
2 LED素子
3 透過反射板
31 区画領域
32 反射部
33 透過部
4 画像表示パネル
5 放熱構造
6 拡散板
100 LED表示装置
Claims (9)
- 支持基板の表面に金属配線部が形成されてなるLED素子用基板であって、
前記支持基板上及び前記金属配線部上には、LED素子実装用領域を除いて光反射層が形成されていて、
前記光反射層は、前記LED素子実装用領域毎に同領域を包囲してなる領域として想定されるLED素子周辺領域内において、その表面の算術平均粗さRaが2以上である拡散反射面とされている、LED素子用基板。 - 前記光反射層が、前記LED素子周辺領域内においては、白色顔料を含む樹脂組成物からなる絶縁性保護膜により構成されている請求項1に記載のLED素子用基板。
- 前記光反射層を構成する前記絶縁性保護膜が、前記支持基板及び前記金属配線部との密着面を構成する密着層と、LED素子の実装面側の表面に露出するように該密着層上に配置される光反射層とを含んでなる多層構成である、請求項2に記載のLED素子用基板。
- 前記金属配線部が銅からなり、
前記絶縁性保護膜の前記密着層がフッ素系樹脂をベース樹脂とし、
該絶縁性保護膜の前記光反射層がポリエステル系の樹脂をベース樹脂とする、請求項3に記載のLED素子用基板。 - 前記光反射層は、各の前記LED素子周辺領域内においてのみ、その表面が拡散反射面とされていて、前記LED素子周辺領域外においては、その表面の算術平均粗さRaが0.5以下の正反射面とされている、請求項1から4のいずれかに記載のLED素子用基板。
- 前記支持基板が可撓性を有する樹脂フィルムで構成されている請求項1から5のいずれかに記載のLED素子用基板。
- 請求項1から6のいずれかに記載のLED素子用基板に、前記金属配線部によって導通可能な態様でマトリックス状に配置されている複数のLED素子と、
前記LED素子から発せられる光を、LED素子用基板の面上において水平方向に拡散させる光学フィルムが、前記LED素子に対向離間して配置されている、LEDバックライト。 - 前記光学フィルムが、前記LED素子からの出射光の一部を透過する透過部と該出射光の一部を反射する反射部とを有する透過反射板であって、各のLED素子の直上には前記反射部が配置されている、請求項7に記載のLEDバックライト。
- 請求項2から4のいずれかに記載のLED素子用基板の製造方法であって、
前記光反射層を構成する前記絶縁性保護膜を、白色顔料を含む樹脂組成物をスクリーン印刷によって複数回重ね塗りする工程によって形成する、LED素子用基板の製造方法。
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