JP4459910B2 - Ｌｅｄ光源ユニット - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を光源に使用した発光ダイオード（ＬＥＤ）光源ユニットに関するものであり、特に、液晶表示素子とバックライトとからなる液晶表示装置のバックライトに用いて好適な発光ダイオード（ＬＥＤ）光源ユニットに関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源に使用した発光ダイオード（ＬＥＤ）光源ユニットがいろいろな分野で用いられてきているが、例えば、液晶表示装置のバックライトの光源においてはＣＦＬ（冷陰極管）といわれる小型の蛍光管を使用されることが一般的であった。

前記ＣＦＬ（冷陰極管）の光源は、放電管の中にＨｇ（水銀）を封入していて、放電により励起された水銀から放出される紫外線がＣＦＬ（冷陰極管）の管壁の蛍光体にあたり可視光に変換される構造が採用されている。このため、最近は環境面の配慮から、有害な水銀の使用していない代替光源の使用が求められている。

新たな光源として、発光ダイオード（以下、単にＬＥＤと記す。）を使用したものが提案されているが、ＬＥＤは光に指向性があり、特にフレキシブル基板等への面実装タイプでは一方向に光りが取り出されるため、従来のＣＦＬ（冷陰極管）を用いた構造とは異なり、光のロスも少ないことから面状光源方式のバックライト光源に使用されている。（特許文献１参照）。
特開２００５−２９３９２５号公報

ＬＥＤを光源としたバックライトは、低価格化と発光効率向上および環境規制に伴い、液晶表示装置のバックライトとして普及し始めている。同時に液晶表示装置の高輝度化および表示領域の大型化に伴い、発光量を向上させるためＬＥＤのフレキシブル基板等への搭載数増加と大出力化がますます進んでいる。

しかしながら、ＬＥＤの光源は発光効率が低いため、ＬＥＤが発光する際に入力電力の大半が熱として放出される。ＬＥＤは電流を流すと熱を発生し、発生した熱によって高温となり、この程度が著しいとＬＥＤが破壊されてしまう。ＬＥＤを光源としたバックライトにおいても、この発生熱がＬＥＤとそれを実装した基板とに蓄熱され、ＬＥＤの温度上昇に伴い、ＬＥＤ自身の発光効率の低下を招く。しかも、バックライトを明るくするために、ＬＥＤの実装数を増加させたり入力電力を増加させると、その発熱量が増大することから、一層、この熱を除去することが重要である。

ＬＥＤ実装基板の蓄熱を低減し、ＬＥＤチップの温度上昇を小さくするために、ＬＥＤ実装基板のＬＥＤチップ実装面にＬＥＤチップが実装される実装金属膜と、ＬＥＤチップに駆動電流を供給する金属駆動配線と、放熱を目的とした金属膜パターンが形成され、ＬＥＤチップ実装面と対向する面に放熱様金属膜が形成され、ＬＥＤチップ実装基板の厚み方向に、一方主面側の金属パターンと他方主面側の放熱用金属膜とを接続する金属スルーホールを形成して、ＬＥＤからの発熱を金属スルーホールより裏面の金属膜に放熱することが提案されている（特許文献２参照）。
特開２００５−２８３８５２号公報

しかし、実装するＬＥＤの形状が小さい場合には、実装金属膜の面積が限られてしまうこと、ＬＥＤ直下に形成できる金属スルーホールの数の限られてしまうこと、更に、実装基板上に金属膜パターンを基板面積の制約から形成できない場合にはＬＥＤで発生した熱を効率良く基板裏面に放熱することができないという問題がある。

一方、厚さ２ｍｍ程度の金属板上に無機フィラーを充填したエポキシ樹脂などからなる絶縁層を設け、その上に回路パターンを形成した金属ベース回路基板は、熱放散性と電気絶縁性に優れることから高発熱性電子部品を実装する通信機及び自動車などの電子機器用回路基板として用いられている（特許文献３参照）。
特開昭６２−２７１４４２号公報

フレキシブル基板の代わりに厚さ２ｍｍの金属ベース板を用いた金属ベース回路基板を使用すると、金属スルーホール等を設けること無く、良好な放熱性が得られるが、基板厚みが厚くなること、また、フレキシブル基板よりも電極及び配線パターン等から打ち抜き寸法を大きくする必要があり、基板面積が大きくなってしまう問題がある。更に、ＬＥＤ搭載部分以外を任意に折り曲げることができない為、入力端子の形成位置など制約を受ける。

また、前記金属ベース回路基板の金属ベース厚みを薄くしてフレキシブル基板と同様に電極及び配線パターン等からの打ち抜き寸法を小さくした構造とすると、金属ベース回路基板が多少撓むだけでも絶縁層にクラックが入り使用できない。同様にＬＥＤ搭載部分を任意に折り曲げることができない課題があった。

本発明は、前記従来技術の有する問題を解決することを課題になされたもので、ＬＥＤ光源を実装するＬＥＤ実装基板の厚みが従来程度に薄く、また基板の幅を狭くした状態のままに、しかもＬＥＤ直下にスルーホールを形成したり、実装基板上のＬＥＤ搭載面に放熱用金属膜をパターン化することなく、放熱性を向上し、その結果ＬＥＤの損傷が防がれて明るく長寿命のＬＥＤ光源ユニットを提供するものである。

即ち、本発明は、次の通りである。
（１）金属箔上に絶縁層を介して導体回路を設けてなる金属ベース回路基板を、粘着テープを介して、筐体表面に配置し、しかも前記金属ベース回路基板の前記導体回路上に１個以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を搭載してなるＬＥＤ光源ユニットであって、前記金属箔の厚さが１８μｍ以上３００μｍ以下であり、前記絶縁層が無機フィラーと熱硬化性樹脂とを含有し、厚さが８０μｍ以上２００μｍ以下であり、前記導体回路の厚さが９μｍ以上１４０μｍ以下であり、金属箔と絶縁層および導体回路は、放熱性を有する筐体に密着されていることを特徴とするＬＥＤ光源ユニット。
（２）絶縁層の熱伝導率が１〜４Ｗ／ｍＫであることを特徴とする前記のＬＥＤ光源ユニット。
（３）絶縁層が、熱硬化性樹脂を２５〜５０体積％含有し、残部が最大粒子径７５μｍ以下で平均粒子径１０〜４０μｍの球状粗粒子と平均粒子径０．４〜１．２μｍの球状微粒子とからなる無機フィラーであることを特徴とする前記のＬＥＤ光源ユニット。
（４）絶縁層中の熱硬化性樹脂のガラス転移温度が０〜４０℃であることを特徴とする前記のＬＥＤ光源ユニット。
（５）熱硬化性樹脂が、水素添加されたビスフェノールＦ型及び／又はＡ型のエポキシ樹脂を含有することを特徴とする前記のＬＥＤ光源ユニット。
（６）熱硬化性樹脂が、エポキシ当量８００以上４０００以下の直鎖状のエポキシ樹脂を含有することを特徴とする前記のＬＥＤ光源ユニット。
（７）熱硬化性樹脂が、ポリオキシアルキレンポリアミンを含有することを特徴とする前記のＬＥＤ光源ユニット。
（８）熱硬化性樹脂に含まれるエポキシ樹脂のエポキシ当量に対して、活性水素当量が０．８〜１倍となるようにポリオキシアルミレンポリアミンを含有させたことを特徴とする前記のＬＥＤ光源ユニット。
（９）金属ベース回路基板が、ＬＥＤを実装した部分以外の部分の１箇所以上の部分で、導体回路面または導体回路面と反対側に曲率半径１〜５ｍｍで９０°以上折り曲げられ、しかも前記折り曲げた金属ベース回路基板の導体回路と金属箔との間の耐電圧が１．５ｋＶ以上であることを特徴とする前記のＬＥＤ光源ユニット。
（１０）粘着テープの熱伝導率が１〜２Ｗ／ｍＫで、厚さが５０μｍ以上１５０μｍ以下であることを特徴とする前記のＬＥＤ光源ユニット。
（１１）粘着テープが、アクリル酸及び／またはメタクリル酸を含む高分子を含有することを特徴とする前記のＬＥＤ光源ユニット。
（１２）粘着テープが、熱伝導性電気絶縁剤を４０〜８０体積％含有していることを特徴とする前記のＬＥＤ光源ユニット。
（１３）熱伝導性電気絶縁剤がアクリルゴムであることを特徴とする前記のＬＥＤ光源ユニット。
（１４）前記高分子が（メタ）アクリル酸エステルモノマーを含むモノマーを重合してなるアクリル重合体であることを特徴とする前記のＬＥＤ光源ユニット。
（１５）前記（メタ）アクリル酸エステルモノマーが２−エチルヘキシルアクリレートを含むことを特徴とする前記のＬＥＤ光源ユニット。
（１６）熱伝導性電気絶縁剤の最大粒子径が４５μｍ以下で平均粒子径０．５〜３０μｍであることを特徴とする前記のＬＥＤ光源ユニット。
（１７）熱伝導性電気絶縁剤がアルミナ、結晶性シリカ、及び水酸化アルミニウムからなる群から選ばれる１種以上であることを特徴とする前記のＬＥＤ光源ユニット。

本発明によれば、ＬＥＤ光源を実装するＬＥＤ実装基板の厚みが従来程度に薄く、また基板の幅を狭い状態のままに、しかもＬＥＤ直下にスルーホールを形成したり、実装基板上のＬＥＤ搭載面に放熱用金属膜をパターン化することもなしに、ＬＥＤ光源から発生する熱を、基板裏面側に放熱し、さらに熱伝導性粘着テープを介して外部に放出することが可能なので、ＬＥＤ実装基板の蓄熱を低減し、ＬＥＤの温度上昇を小さくできるという効果が得られる。従い、ＬＥＤの発光効率低下を抑制することができ、ＬＥＤの損傷を防ぎ、明るく長寿命のＬＥＤ光源ユニットを提供することができる。

図１は、本発明のＬＥＤ光源ユニットの一例について、その大略構造を示す断面図である。本発明のＬＥＤ光源ユニットにおいては、金属箔１と絶縁層２と、導体回路３とからなる金属ベース回路基板の導体回路３上に、１個以上のＬＥＤ６が半田接合部５などにより接合、搭載され、熱伝導性粘着テープ７を介して放熱性を有する筐体８と密着されている。導体回路３と引き出し配線（入力回路）４は電気的に接合されていて、ＬＥＤに外部より電源入力できる状態になっている。尚、図１においては、全体的な形状は箱形を呈しているが、本発明に於いては、ＬＥＤ６の実装されている部分以外の金属ベース回路基板を構成する金属箔１と絶縁層２および導体回路３は、放熱性を有する筐体８に密着していれば良く、放熱性を有する筐体８の表面形状に合わせていろいろな形状をとることができる。

本発明のＬＥＤ光源ユニットは、上記構成を有していて、更に、前記金属箔の厚さが１８μｍ以上３００μｍ以下であり、前記絶縁層が無機フィラーと熱硬化性樹脂とを含有し、厚さが８０μｍ以上２００μｍ以下であり、前記導体回路の厚さが９μｍ以上１４０μｍ以下である。これらの諸条件を満足するときに、本発明の目的を達成することができる。

本発明において、金属箔１としては、良好な熱伝導性を持つ銅および銅合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金、鉄ならびにステンレスなどが使用可能である。また、金属箔１の厚みとしては、１８μｍ以上３００μｍ以下のものが選択される。金属箔１の厚みが１８μｍ未満の場合には金属ベース回路基板の剛性が低下し用途が制限され、金属箔１の厚みが３００μｍを超えると、金属ベース回路基板の曲げ加工用金型又は絞り加工用金型、更にプレス機などの加工設備が必要となるばかりでなく、金属ベース回路基板を筐体の曲面などに密着させることが難しくなる。さらに、金属ベース回路基板に放熱が必要な半導体素子や抵抗チップなどの電気部品を実装した状態下で、室温で折り曲げすることが難しくなる。金属ベース回路基板の剛性、曲げ加工性、絞り加工性など、特に曲率半径が１〜５ｍｍで９０°以上の折り曲げ加工性に富むことから、３５μｍ以上７０μｍ以下がより好ましい範囲である。

本発明において、絶縁層２は無機フィラーと熱硬化性樹脂とを含有し、厚さが８０μｍ以上２００μｍ以下である。絶縁層２の厚さについては、８０μｍ未満では絶縁性が低く、２００μｍを超えると熱放散性が低下するだけでなく、厚みが増し、小型化や薄型化が難しくなる。

絶縁層２を構成する熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂などが使用できる。中でも、無機フィラーを含みながらも、硬化状態において、金属箔１と導体回路３との接合力に優れ、かつ、室温にて屈曲性に優れることから、エポキシ樹脂と重付加型のエポキシ硬化剤とを主成分としたものが好ましい。

重付加型のエポキシ硬化剤としては、熱硬化後に熱硬化性樹脂の屈曲性を向上させる効果があるポリオキシアルキレンポリアミンが好ましく、更に、ポリオキシアルキレンポリアミンの配合量については、熱硬化性樹脂に含まれるエポキシ樹脂のエポキシ当量に対して、活性水素当量が０．８〜１倍となるように添加することが絶縁層の剛性、曲げ加工性、絶縁性などを確保するために好ましい。

絶縁層２を構成する熱硬化性樹脂として、水素添加されたビスフェノールＦ型またはＡ型のエポキシ樹脂を用いることが好ましく、特に、エポキシ当量が１８０〜２４０のものは、室温で液状であることから、熱硬化性樹脂中６０〜１００質量％の範囲で用いることができる特徴があり、一層好ましい。水素添加されたビスフェノールＦ型またはＡ型のエポキシ樹脂は、汎用のビスフェノールＦ型やＡ型に比べ、剛直な構造ではないため、本発明の硬化性樹脂組成物として用いたときに、得られる絶縁層が屈曲性に優れる特徴を示す。また、樹脂の粘度が低いので、エポキシ当量８００以上４０００以下の直鎖状の高分子量エポキシ樹脂を熱硬化性樹脂中に０〜４０質量％と多量に、また絶縁層中に無機フィラー５０〜７５体積％をも添加することが可能となる。

絶縁層２に、エポキシ当量８００以上４０００以下の直鎖状の高分子量エポキシ樹脂を含有させると、接合性が向上するので好ましい。エポキシ当量８００以上４０００以下の直鎖状のエポキシ樹脂については、硬化性樹脂中４０質量％以下添加することが好ましい。４０質量％を超えるとエポキシ硬化剤の添加量が相対的に少なくなり、熱硬化性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）が上昇し、屈曲性が低下する場合がある。さらに、エポキシ当量８００以上４０００以下の直鎖状の高分子量エポキシ樹脂を、水素添加されたビスフェノールＦ型および／またはＡ型のエポキシ樹脂とすると、接合性に加え、室温での屈曲性が向上するのでより好ましい。

絶縁層２を構成する熱硬化性樹脂として、エポキシ当量で８００以上４０００以下の直鎖状の高分子エポキシ樹脂と水素添加されたビスフェノールＦ型および／またはＡ型のエポキシ樹脂を主体とする樹脂とに、さらに、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、フェノキシ樹脂、アクリルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴムなどを配合してもよいが、室温での折り曲げ性、電気絶縁性、耐熱性などを考慮すると、それらの配合量はエポキシ樹脂との合計量に対して３０質量％以下であることが好ましい。

絶縁層２を構成する熱硬化性樹脂中の塩化物イオン濃度は、５００ｐｐｍ以下であることが好ましく、２５０ｐｐｍ以下であることがより好ましい。従来技術においては、硬化性樹脂組成物中の塩化物イオン濃度は１０００ｐｐｍ以下であれば、高温下、直流電圧下においても電気絶縁性は良好であった。しかしながら、本発明における絶縁層２を構成する硬化性樹脂組成物は、室温でも折り曲げができるほど柔軟な構造であるために、硬化性樹脂組成物中の塩化物イオン濃度が５００ｐｐｍを超えると、高温下、直流電圧下においてイオン性不純物の移動が起こり、電気絶縁性が低下する傾向を示す場合があることから、少ない塩化物イオン濃度が選択されるとき長期に渡って信頼できるＬＥＤ電源ユニットが提供される。

絶縁層２に含有される無機フィラーとしては、電気絶縁性で熱伝導性の良好なものが好ましく、例えば、シリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化硼素などが用いられる。絶縁層２中の無機フィラーの含有量は、５０〜７５体積％が好ましく、無機フィラーの粒度は最大粒子径が７５μｍ以下で平均粒子径が１０〜４０μｍの球状粗粒子と平均粒子径が０．４〜１．２μｍの球状微粒子とを含有するものが好ましい。球状粗粒子と球状微粒子を混ぜ合わせると破砕粒子や球状粒子を単独で用いた場合よりも高充填が可能となり、室温における折り曲げ性が向上する。

無機フィラー中のナトリウムイオン濃度は、５００ｐｐｍ以下であることが好ましく、１００ｐｐｍ以下であることがより好ましい。無機フィラー中のナトリウムイオン濃度が５００ｐｐｍを超えると、高温下、直流電圧下においてイオン性不純物の移動が起こり、電気絶縁性が低下する傾向を示す場合がある。

本発明においては、前記絶縁層の好ましい実施態様として、熱伝導率が１〜４Ｗ／ｍＫのものが得られるが、この故に、本発明のＬＥＤ光源ユニットは、導体回路と金属箔との間の耐電圧が１．５ｋＶ以上という、従来のフレキシブル基板を用いたＬＥＤ光源ユニットに比べて、高い放熱性と耐電圧特性を有しており、ＬＥＤ光源から発生する熱を、効率よく基板裏面側に放熱し、さらに、外部に放熱することにより、ＬＥＤ実装基板の蓄熱を低減し、ＬＥＤの温度上昇を小さくすることにより、ＬＥＤの発光効率低下を抑制することができるので、ＬＥＤの損傷を防ぎ、明るく長寿命であるという特徴が得られる。

本発明において、絶縁層のガラス転移温度は、０〜４０℃であることが好ましい。ガラス転移温度が０℃未満であると剛性と電気絶縁性が低く、４０℃を超えると屈曲性が低下する。ガラス転移温度が０〜４０℃であると、従来の金属ベース基板で用いられている絶縁層のように室温で堅いものとは異なり、室温で曲げ加工あるいは絞り加工を実施しても金属箔１と絶縁層２との剥離や絶縁層クラックなどによる耐電圧の低下が起きにくい。

本発明において、導体回路の厚みは、９μｍ以上１４０μｍ以下である。９μｍ未満では導体回路としての機能が十分ではなく、１４０μｍを超えると屈曲性が低下するだけでなく厚みが増し小型化や薄型化が難しくなる。

本発明において、金属ベース回路基板は、室温で折り曲げて使用することができ、その好ましい実施態様に於いて、曲率半径が１〜５ｍｍで９０°以上の折り曲げ加工性に富む性質を有する。さらに、繰り返し折り曲げても使用可能であるため、加工性が高く、再利用などができる特徴を有する。また、本発明において、好ましい実施態様に於いては、ＬＥＤを実装した部分以外の部分の１個所以上の部分で、導体回路または導体回路と反対側に曲率半径が１〜５ｍｍで９０°以上折り曲げられ、折り曲げた金属ベース回路基板の導体回路と金属箔との間の耐電圧が１．５ｋＶ以上のＬＥＤ光源ユニットが得られるので、ＬＥＤ光源ユニットを金属ベース回路基板上にＬＥＤを搭載後、平面部を有する筐体に接着した後、筐体と共に加工、変形することで、曲面を有する筐体を持つＬＥＤ光源ユニットを生産する方法が容易に実現でき、安価に多量にＬＥＤ光源ユニットを提供可能となる。

本発明に使用する熱伝導性の粘着テープ７には、後述するように、酸化アルミニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪素等の窒化物、炭化珪素、水酸化アルミニウム等の無機物質やアクリルゴム等の有機物質からなる熱伝導性電気絶縁剤を高分子樹脂材料中に充填したものが使用できるが、シランカップリング剤等による表面処理をされたものなどを高分子樹脂材料中に充填した熱伝導性接着テープものも使用できる。熱伝導性を有しない粘着テープでは、ＬＥＤの発光に伴う熱を筐体へ熱伝達することが不十分となりＬＥＤの温度上昇を招き使用することができない。本発明者の検討結果によれば、本発明の効果を得るために、熱伝導率が１〜２Ｗ／ｍＫで、厚さが５０〜１５０μｍの熱伝導性の粘着テープ７を用いることができる。

熱伝導性の粘着テープ７は、ＬＥＤを発光させた時に発生する熱を、金属ベース回路基板を介して金属ベース基板の裏面より筐体へ効率よく放熱させる為、従来の粘着テープよりも熱伝導率を向上させたことを特徴とするものである。

本発明の熱伝導性の粘着テープ７に使用される高分子材料は、特に制限されるものではないが、金属への密着性向上のために、アクリル酸及び／又はメタクリル酸を含む高分子が好ましく選択され、炭素数２−１２のアルキル基を有するアクリレートまたはメタクリレート、炭素数が２〜１２のアクリル酸アルキルエステルまたはメタクリル酸アルキルエステルが好ましい。柔軟性と加工性の点から好ましいモノマーはエチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、オクチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、デシルアクリレート、デシルメタクリレートおよびドデシルメタクリレートより選ばれた１種または２種類以上をブレンドしたもの等の（メタ）アクリル酸エステルモノマーを含むモノマーを重合してなるアクリル重合体が一層好ましく、このうち２−エチルヘキシルアクリレートがより一層好ましい。

熱伝導性の粘着テープ７は熱伝導性電気絶縁剤を含有することが好ましい。熱伝導性電気絶縁剤としては、電気絶縁性と熱伝導性との面で良好な無機、有機物質であればどのようなものでも構わないが、有機物質としては天然ゴムやＮＢＲ、ＥＰＤＭなどのゴムが好ましく、特に、アクリルゴムを含有することが好ましい。また、熱伝導性電気絶縁剤は、粘着テープ７中に４０〜８０体積％含有することが、良好な放熱性が確保できることから、好ましい。５０〜７０体積％がより一層好ましい範囲である。

また、前記アクリルゴムとしては、エチルアクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、ｎ−ペンチルアクリレート、イソアミルアクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、２−メチルペンチルアクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、ｎ−デシルアクリレート、ｎ−ドデシルアクリレート、ｎ−オクタデシルアクリレート、シアノメチルアクリレート、１−シアノエチルアクリレート、２−シアノエチルアクリレート、１−シアノプロピルアクリレート、２−シアノプロピルアクリレートなどが挙げられ、これらの中から選択した１種類以上の組み合わせたものや、数％の架橋点モノマーが共重合されたアクリルゴムが好ましい。ゴム含有量としては熱伝導性粘着テープ７中０．１〜３０質量部が好ましい。０．１質量部未満であると高熱伝導性フィラーを高分子樹脂材料中に充填した際にフィラーが沈降し、３０質量部を超えると粘度が上昇し加工時に問題が発生する。ゴム含有量０．１〜３０質量部ならばフィラー沈降を防ぎつつ、加工性が良好である。

前記モノマーとしては、柔軟性と粘着性の観点から炭素数２−１２のアルキル基を有するアクリレートまたはメタクリレート、炭素数が２〜１２のアクリル酸アルキルエステルまたはメタクリル酸アルキルエステルが好ましい。柔軟性と加工性の点から好ましいモノマーはエチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、オクチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、デシルアクリレート、デシルメタクリレートおよびドデシルメタクリレートより選ばれた１種または２種類以上をブレンドしたものであり、より好ましいモノマーは２−エチルヘキシルアクリレートである。

熱伝導性電気絶縁剤として使用される無機物質については、例えば、酸化アルミニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪素等の窒化物、炭化珪素、水酸化アルミニウム等が挙げられ中でもアルミナ、結晶性シリカ、及び水酸化アルミニウムからなる群から選ばれる１種以上であることが好ましい。また、シランカップリング剤等による表面処理をされたものを選択する事も可能である。

また、熱伝導性電気絶縁剤の大きさについては、最大粒子径が４５μｍ以下で平均粒子径０．５〜３０μｍであることが粘着テープの厚み、充填性の観点から重要である。

熱伝導性の粘着テープ７は、本発明の目的とする特性を損なわない範囲で公知の重合化合物を含むことができる。又、熱伝導性の粘着テープ７の硬化時に、影響がない範囲において、必要に応じて公知の添加剤を添加することができる。添加剤としては例えば粘度、粘性をコントロールするための各種添加剤、その他、改質剤、老化防止剤、熱安定剤、着色剤などがあげられる。

熱伝導性の粘着テープ７は、一般的な方法によって硬化させることができる。例えば、熱重合開始剤による熱重合、光重合開始剤による光重合、熱重合開始剤と硬化促進剤を利用した重合等の方法で硬化させることができるが、生産性等の観点から光重合開始剤による光重合が好ましい。

（実施例１）
３５μｍ厚の銅箔上に、エポキシ当量が２０７の水素添加されたビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業社製「ＥＸＡ−７０１５」）をエポキシ樹脂全体で７０質量％と、エポキシ当量が１２００の水素添加されたビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製「ＹＬ−７１７０」）３０質量％とからなるエポキシ樹脂１００質量部に対し、硬化剤としてポリオキシプロピレンジアミン（ハルツマン社製「Ｄ−４００」と「Ｄ−２０００」の質量比が６：４のもの）４８質量部を加え、最大粒子径が７５μｍ以下で平均粒子径が２１μｍであり、ナトリウムイオン濃度が１０ｐｐｍである球状粗粒子の酸化アルミニウム（昭和電工社製「ＣＢ−Ａ２０」）と平均粒子径が０．７μｍでナトリウムイオン濃度が８ｐｐｍである球状微粒子の酸化アルミニウム（住友化学社製「ＡＫＰ−１５」）を合わせて、絶縁層中５０体積％（球状粗粒子と球状微粒子は質量比が７：３）となるように配合し、硬化後の厚さが１００μｍになるように絶縁層を形成し、つぎに、３５μｍ厚の銅箔を張り合わせ、加熱することにより絶縁層を熱硬化させ、絶縁層中の熱硬化性樹脂全体で塩化物イオン濃度が３００ｐｐｍ以下で、絶縁層中の無機フィラー全体でナトリウムイオン濃度が５０ｐｐｍ以下である金属ベース基板を得た。

金属ベース基板について、所定の位置をエッチングレジストでマスクして銅箔をエッチングした後、エッチングレジストを除去して回路を形成し金属ベース回路基板とした。

熱伝導性粘着テープはアクリルゴム１０質量％（日本ゼオン株式会社製「ＡＲ−５３Ｌ」）が溶解された２−エチルヘキシルアクリレート（東亞合成株式会社製「２ＥＨＡ」）９０質量％に、アクリル酸（東亜合成株式会社製「ＡＡ」）１０質量％を混合し、光重合開始剤２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン０．５質量％（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社製）、トリエチレングリコールジメルカプタン０．２質量％（丸善ケミカル株式会社製）、２−ブチル−２−エチル−１，３−プロパンジオールジアクリレート０．２質量％（共栄社化学株式会社製）をさらに添加し混合、樹脂組成物を得た。

前記樹脂組成物に、酸化アルミニウム（電気化学工業製「ＤＡＷ―１０」）を３００質量部充填し、混合、分散して熱伝導樹脂組成物を得た。

熱伝導樹脂組成物を脱泡処理し、表面に離型処理を施した厚さ７５μｍのポリエステルフィルム上に、厚さ１００μｍとなるように塗工して、離型処理を表面に施したポリエステルフィルムを被せ、３６５ｎｍの紫外線を表裏から３０００ｍＪ／ｃｍ^２照射して、熱伝導粘着テープを得た。

金属ベース回路基板の導体回路の所定の位置にクリーム半田（千住金属社製製「Ｍ７０５」）をスクリーン印刷にて塗布し、半田リフローによりＬＥＤ（日亜化学社製「ＮＦＳＷ０３６ＡＴ」）を実装した。その後、金属ベース回路基板のＬＥＤが実装されていない側を熱伝導率が１Ｗ／ｍＫで、厚さ１００μｍの熱伝導性粘着テープにてＵ字型の筐体に固定し、ＬＥＤ光源ユニットを得た。

温度２３℃、湿度３０％の環境下にて、得られたＬＥＤ光源ユニットに安定化電源を接続して電流４５０ｍＡ流してＬＥＤ点灯させた。そのときの電圧は１１．８Ｖであった。点灯させたＬＥＤの温度を熱伝対により測定したところ、ＬＥＤの温度は４５℃であった。

次に示す方法で、（１）室温での屈曲性、（２）絶縁層の熱伝導率、（３）熱伝導粘着テープの熱伝導率、（４）室温下でＵ字型筐体へ固定した時の絶縁層クラック発生の有無、（５）ＬＥＤ点灯時のＬＥＤ温度について測定した。

（１）室温での屈曲性
金属ベース回路基板を１０ｍｍ×１００ｍｍに加工して、２５±１℃の温度雰囲気下において、両手で導体回路形成面側および導体回路形成面と反対側に曲率半径５ｍｍで９０°以上折り曲げることが可能であるものを良好とし、折り曲げを実施する際に、曲げ加工用の金型とプレス機などを用いる必要がある場合を不良とした。

（２）絶縁層の熱伝導率
金属ベース回路基板の金属箔と導体回路とを除去し、絶縁層を直径１０ｍｍ×厚さ１００μｍに加工して、レーザーフラッシュ法により求めた。

（３）熱伝導性粘着テープの熱伝導率
測定サンプルを、厚さ１０ｍｍになるように積層して、５０ｍｍ×１２０ｍｍに加工して迅速熱伝導率計（ＱＴＭ−５００、京都電子工業社製）により求めた。

（４）絶縁層クラック発生の有無
室温下で９０°折り曲げた状態での絶縁層クラック発生の有無を目視で観察した。

（５）ＬＥＤ点灯時のＬＥＤ温度
ＬＥＤに４５０ｍＡの定格電流を印可してＬＥＤを点灯させ、１５分後のＬＥＤ半田接合部の温度を測定した。

（実施例２）
３５μｍ厚の銅箔上に、エポキシ当量が２０７の１７０ｐｐｍである水素添加されたビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業社製「ＥＸＡ−７０１５」）７０質量％とエポキシ当量が１２００の水素添加されたビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン製「ＹＬ―７１７０」）３０質量％とからなるエポキシ樹脂１００質量部に対して、硬化剤としてポリオキシプロピレンジアミン（ハルツマン社製「Ｄ−４００」と「Ｄ−２０００」の質量比が６：４）４８質量部を加え、最大粒子径が７５μｍ以下で平均粒子径が２１μｍでありナトリウムイオン濃度が１０ｐｐｍである球状粗粒子の酸化アルミニウム（昭和電工社製「ＣＢ−Ａ２０」）と平均粒子径が０．７μｍでナトリウムイオン濃度が８ｐｐｍである球状微粒子の酸化アルミニウム（住友化学社製「ＡＫＰ−１５」）を合わせて絶縁層中６６体積％（球状粗粒子と球状微粒子は質量比が７：３）となるように配合し、硬化後の厚さが１００μｍになるように絶縁層を形成し、つぎに、３５μｍ厚の銅箔を張り合わせ、加熱することにより絶縁層を熱硬化させ、絶縁層中の熱硬化性樹脂全体で塩化物イオン濃度が３００ｐｐｍ以下で、絶縁層中の無機フィラー全体でナトリウムイオン濃度が６０ｐｐｍ以下である金属ベース基板を得た。

金属ベース基板について、片側の銅箔面に対して所定の位置をエッチングレジストでマスクして銅箔をエッチングした後、エッチングレジストを除去して回路を形成し金属ベース回路基板とした。

金属ベース回路基板の導体回路の所定の位置にクリーム半田（千住金属社製「Ｍ７０５」）をスクリーン印刷にて塗布し、半田リフローによりＬＥＤ（日亜化学社製「ＮＦＳＷ０３６ＡＴ」）を実装した。その後、金属ベース回路基板のＬＥＤが実装されていない側を実施例1で得た熱伝導率が１Ｗ／ｍＫで厚さ１００μｍの熱伝導性粘着テープにてＵ字型の筐体に固定し、ＬＥＤ光源ユニットを得た。

温度２３℃、湿度３０％の環境下にて、ＬＥＤ光源ユニットに安定化電源を接続して電流４５０ｍＡ流してＬＥＤを点灯させた。そのときの電圧は１１．７Ｖであった。点灯させたＬＥＤの温度を熱伝対により測定したところ、ＬＥＤの温度は４３℃であった。それらの結果を表１に示す。絶縁層の熱伝導率の向上により点灯させたＬＥＤの温度が低下した。その他の物性についても良好であった。

（実施例３）
３５μｍ厚の銅箔上に、エポキシ当量が２０７の水素添加されたビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業社製「ＥＸＡ−７０１５」）をエポキシ樹脂全体で７０質量％とエポキシ当量が１２００の水素添加されたビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製「ＹＬ−７１７０」）３０質量％とからなるエポキシ樹脂１００質量部に対し、硬化剤としてポリオキシプロピレンジアミン（ハルツマン社製「Ｄ−４００」と「Ｄ−２０００」の質量比が６：４）４８質量部を加え、最大粒子径が７５μｍ以下で平均粒子径が２１μｍでありナトリウムイオン濃度が１０ｐｐｍである球状粗粒子の酸化アルミニウム（昭和電工社製「ＣＢ−Ａ２０」）と平均粒子径が０．７μｍでナトリウムイオン濃度が８ｐｐｍである球状微粒子の酸化アルミニウム（住友化学社製「ＡＫＰ−１５」）を合わせて絶縁層中５０体積％（球状粗粒子と球状微粒子は質量比が７：３）となるように配合し、硬化後の厚さが１００μｍになるように絶縁層を形成し、つぎに、３５μｍ厚の銅箔を張り合わせ、加熱することにより絶縁層を熱硬化させ、絶縁層中の熱硬化性樹脂全体で塩化物イオン濃度が３００ｐｐｍ以下で、絶縁層中の無機フィラー全体でナトリウムイオン濃度が５０ｐｐｍ以下である金属ベース基板を得た。

金属ベース基板について、所定の位置をエッチングレジストでマスクして銅箔をエッチングした後、エッチングレジストを除去して回路を形成し金属ベース回路基板とした。

金属ベース回路基板の導体回路の所定の位置にクリーム半田（千住金属社製「Ｍ７０５」）をスクリーン印刷にて塗布し、半田リフローによりＬＥＤ（日亜化学社製「ＮＦＳＷ０３６ＡＴ」）を実装した。その後、金属ベース回路基板のＬＥＤが実装されていない側を、後述する、熱伝導率が２Ｗ／ｍＫで厚さ１００μｍの熱伝導性粘着テープにて、Ｕ字型の筐体に固定し、ＬＥＤ光源ユニットを得た。

熱伝導性粘着テープの樹脂組成物は、酸化アルミニウム（電気化学工業製「ＤＡＷ―１０」）を４００質量部充填したことを除いて、実施例１で得た組成で、実施例１に示される手順によったものである。

温度２３℃、湿度３０％の環境下にて、ＬＥＤ光源ユニットに安定化電源を接続して電流４５０ｍＡ流してＬＥＤを点灯させた。そのときの電圧は１１．７Ｖであった。点灯させたＬＥＤの温度を熱伝対により測定したところ、ＬＥＤの温度は４２℃であった。

（実施例４）
３５μｍ厚の銅箔上に、エポキシ当量が２０７の１７０ｐｐｍである水素添加されたビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業社製「ＥＸＡ−７０１５」）７０質量％とエポキシ当量が１２００の水素添加されたビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン製「ＹＬ―７１７０」）３０質量％からなるエポキシ樹脂１００質量部に対して、硬化剤としてポリオキシプロピレンジアミン（ハルツマン社製「Ｄ−４００」と「Ｄ−２０００」の質量比が６：４）４８質量部を加え、最大粒子径が７５μｍ以下で平均粒子径が２１μｍでありナトリウムイオン濃度が１０ｐｐｍである球状粗粒子の酸化アルミニウム（昭和電工社製「ＣＢ−Ａ２０」）と平均粒子径が０．７μｍでナトリウムイオン濃度が８ｐｐｍである球状微粒子の酸化アルミニウム（住友化学社製「ＡＫＰ−１５」）を合わせて絶縁層中６６体積％（球状粗粒子と球状微粒子は質量比が７：３）となるように配合し、硬化後の厚さが１００μｍになるように絶縁層を形成し、つぎに、３５μｍ厚の銅箔を張り合わせ、加熱することにより絶縁層を熱硬化させ、絶縁層中の熱硬化性樹脂全体で塩化物イオン濃度が３００ｐｐｍ以下で、絶縁層中の無機フィラー全体でナトリウムイオン濃度が６０ｐｐｍ以下である金属ベース基板を得た。

金属ベース基板について、片側の銅箔面に対して所定の位置をエッチングレジストでマスクして銅箔をエッチングした後、エッチングレジストを除去して回路を形成し金属ベース回路基板とした。

金属ベース回路基板の導体回路の所定の位置にクリーム半田（千住金属社製「Ｍ７０５」）をスクリーン印刷にて塗布し、半田リフローによりＬＥＤ（日亜化学社製「ＮＦＳＷ０３６ＡＴ」）を実装した。その後、金属ベース回路基板のＬＥＤが実装されていない側を、実施例３で得た熱伝導率が２Ｗ／ｍＫで厚さ１００μｍの熱伝導性粘着テープにてＵ字型の筐体に固定し、ＬＥＤ光源ユニットを得た。

温度２３℃、湿度３０％の環境下にて、ＬＥＤ光源ユニットに安定化電源を接続して電流４５０ｍＡ流してＬＥＤを点灯させた。そのときの電圧は１１．６Ｖであった。点灯させたＬＥＤの温度を熱伝対により測定したところ、ＬＥＤの温度は３８℃であった。それらの結果を表１に示す。絶縁層の熱伝導率の向上により点灯させたＬＥＤの温度が低下した。その他の物性についても良好であった。

（比較例１）
３５μｍ厚の銅箔に５０μｍ厚のポリイミドフィルム系絶縁層を介して、３５μｍ厚の銅箔が形成されているポリイミド系フレキシブル基板（松下電工社製「Ｒ−Ｆ７７５」）について、片側の銅箔面に対して所定の位置をエッチングレジストでマスクして銅箔をエッチングした後、エッチングレジストを除去して回路を形成し金属ベース回路基板とした。

金属ベース回路基板の導体回路の所定の位置にクリーム半田（千住金属社製「Ｍ７０５」）をスクリーン印刷にて塗布し、半田リフローによりＬＥＤ（日亜化学社製「ＮＦＳＷ０３６ＡＴ」）を実装した。その後、金属ベース回路基板のＬＥＤが実装されていない側を１２５μｍ厚の粘着テープ（住友３Ｍ社製「Ｆ−９４６９ＰＣ」）にてＵ字型の筐体に固定し、ＬＥＤ光源ユニットを得た。

温度２３℃、湿度３０％の環境下にて、ＬＥＤ光源ユニットに安定化電源を接続して電流４５０ｍＡ流してＬＥＤを点灯させた。そのときの電圧は１２．５Ｖであった。点灯させたＬＥＤの温度を熱伝対により測定したところ、ＬＥＤの温度は６５℃であった。

（比較例２）
３５μｍ厚の銅箔上に、エポキシ当量が２０７の水素添加されたビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業社製「ＥＸＡ−７０１５」）をエポキシ樹脂全体で７０質量％とエポキシ当量が１２００の水素添加されたビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製「ＹＬ−７１７０」）３０質量％からなるエポキシ樹脂１００質量部に対し、硬化剤としてポリオキシプロピレンジアミン（ハルツマン社製「Ｄ−４００」と「Ｄ−２０００」の質量比が６：４）４８質量部を加え、最大粒子径が７５μｍ以下で平均粒子径が２１μｍでありナトリウムイオン濃度が１０ｐｐｍである球状粗粒子の酸化アルミニウム（昭和電工社製「ＣＢ−Ａ２０」）と平均粒子径が０．７μｍでナトリウムイオン濃度が８ｐｐｍである球状微粒子の酸化アルミニウム（住友化学社製「ＡＫＰ−１５」）を合わせて絶縁層中５０体積％（球状粗粒子と球状微粒子は質量比が７：３）となるように配合し、硬化後の厚さが１００μｍになるように絶縁層を形成し、つぎに、３５μｍ厚の銅箔を張り合わせ、加熱することにより絶縁層を熱硬化させ、絶縁層中の熱硬化性樹脂全体で塩化物イオン濃度が３００ｐｐｍ以下で、絶縁層中の無機フィラー全体でナトリウムイオン濃度が５０ｐｐｍ以下である金属ベース基板を得た。

金属ベース基板について、所定の位置をエッチングレジストでマスクして銅箔をエッチングした後、エッチングレジストを除去して回路を形成し金属ベース回路基板とした。

金属ベース回路基板の導体回路の所定の位置にクリーム半田（千住金属社製「Ｍ７０５」）をスクリーン印刷にて塗布し、半田リフローによりＬＥＤ（日亜化学社製「ＮＦＳＷ０３６ＡＴ」）を実装した。その後、金属ベース回路基板のＬＥＤが実装されていない側を１２５μｍ厚の粘着テープ（住友３Ｍ社製「Ｆ−９４６９ＰＣ」）にてＵ字型の筐体に固定し、ＬＥＤ光源ユニットを得た。

温度２３℃、湿度３０％の環境下にて、ＬＥＤ光源ユニットに安定化電源を接続して電流４５０ｍＡ流してＬＥＤを点灯させた。そのときの電圧は１１．２Ｖであった。点灯させたＬＥＤの温度を熱伝対により測定したところ、ＬＥＤの温度は５５℃であった。

本発明のＬＥＤ光源ユニットは、ＬＥＤ光源を実装するＬＥＤ実装基板の厚みが従来公知のものと同等程度に、薄く、基板の幅を狭くした状態のままで、放熱性が向上しているので、ＬＥＤ光源から発生する熱を、効率よく基板裏面側に放熱し、さらに、外部に放熱することにより、ＬＥＤ実装基板の蓄熱を低減し、ＬＥＤの温度上昇を小さくでき、その結果として、ＬＥＤの発光効率低下を抑制し、ＬＥＤの損傷を防ぎ、明るい長寿命という特徴を有している。その結果、従来はＬＥＤ直下に金属スルーホールを形成するなどの高価な処理をすること無しに、高発熱するＬＥＤを実装できる特徴を示すので、光源ユニットの小型化または薄型化ができ、いろいろな用途分野に適用できるので、産業上非常に有用である。

本発明に係るＬＥＤ光源ユニットの一例を示す断面図。

符号の説明

１ 金属箔
２ 絶縁層
３ 導体回路
４ 入力回路（引き出し配線）
５ 半田接合部
６ ＬＥＤ
７ 熱伝導性の粘着テープ
８ 筐体

Claims (17)

1. 金属箔上に絶縁層を介して導体回路を設けてなる金属ベース回路基板を、粘着テープを介して、筐体表面に配置し、しかも前記金属ベース回路基板の前記導体回路上に１個以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を搭載してなるＬＥＤ光源ユニットであって、前記金属箔の厚さが１８μｍ以上３００μｍ以下であり、前記絶縁層が無機フィラーと熱硬化性樹脂とを含有し、厚さが８０μｍ以上２００μｍ以下であり、前記導体回路の厚さが９μｍ以上１４０μｍ以下であり、金属箔と絶縁層および導体回路は、放熱性を有する筐体に密着されていることを特徴とするＬＥＤ光源ユニット。
2. 絶縁層の熱伝導率が１〜４Ｗ／ｍＫであることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ光源ユニット。
3. 絶縁層が、熱硬化性樹脂を２５〜５０体積％含有し、残部が最大粒子径７５μｍ以下で平均粒子径１０〜４０μｍの球状粗粒子と平均粒子径０．４〜１．２μｍの球状微粒子とからなる無機フィラーであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤ光源ユニット。
4. 絶縁層中の熱硬化性樹脂のガラス転移温度が０〜４０℃であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源ユニット。
5. 熱硬化性樹脂が、水素添加されたビスフェノールＦ型及び／又はＡ型のエポキシ樹脂を含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源ユニット。
6. 熱硬化性樹脂が、エポキシ当量８００以上４０００以下の直鎖状のエポキシ樹脂を含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源ユニット。
7. 熱硬化性樹脂が、ポリオキシアルキレンポリアミンを含有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源ユニット。
8. 熱硬化性樹脂に含まれるエポキシ樹脂のエポキシ当量に対して、活性水素当量が０．８〜１倍となるようにポリオキシアルミレンポリアミンを含有させたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源ユニット。
9. 金属ベース回路基板が、ＬＥＤを実装した部分以外の部分の１箇所以上の部分で、導体回路面または導体回路面と反対側に曲率半径１〜５ｍｍで９０°以上折り曲げられ、しかも前記折り曲げた金属ベース回路基板の導体回路と金属箔との間の耐電圧が１．５ｋＶ以上であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源ユニット。
10. 粘着テープの熱伝導率が１〜２Ｗ／ｍＫで、厚さが５０μｍ以上１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源ユニット。
11. 粘着テープが、アクリル酸及び／またはメタクリル酸を含む高分子を含有することを特徴とする請求項1乃至１０のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源ユニット。
12. 粘着テープが、熱伝導性電気絶縁剤を４０〜８０体積％含有していることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源ユニット。
13. 熱伝導性電気絶縁剤がアクリルゴムであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源ユニット。
14. 前記高分子が（メタ）アクリル酸エステルモノマーを含むモノマーを重合してなるアクリル重合体であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源ユニット。
15. 前記（メタ）アクリル酸エステルモノマーが２−エチルヘキシルアクリレートを含むことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源ユニット。
16. 熱伝導性電気絶縁剤の最大粒子径が４５μｍ以下で平均粒子径０．５〜３０μｍであることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源ユニット。
17. 熱伝導性電気絶縁剤がアルミナ、結晶性シリカ、及び水酸化アルミニウムからなる群から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源ユニット。

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