KR20090104808A

KR20090104808A - Ｌｅｄ 광원 유닛

Info

Publication number: KR20090104808A
Application number: KR1020097012483A
Authority: KR
Inventors: 가츠노리 야시마; 다케시 미야카와; 겐지 미야타; 다이키 니시; 요시히코 오카지마; 다쿠야 오카다; 게이지 다카노; 도시카츠 미츠나가
Original assignee: 덴끼 가가꾸 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2009-10-06
Also published as: EP2109156A4; KR101333355B1; EP2109156A1; CN101595573A; WO2008093440A1; CA2676947A1; JP5410098B2; JPWO2008093440A1; CA2676947C; US20100027261A1

Abstract

방열성이 양호하고, LED의 손상이 방지되며, 밝고 긴 수명인 LED 광원 유닛을 제공한다. 프린트 기판과 상기 프린트 기판에 마련되는 1개 이상의 발광 다이오드와, 상기 프린트 기판을 방열 부재 표면에 고정하기 위한 점착 테이프를 가지는 LED 광원 유닛으로서, 상기 테이프의 열전도율이 1~4W/mK이고, 이면 도체 회로와 금속 광체(筐體) 사이의 내전압이 1.0kV 이상인 것을 특징으로 하는 LED 광원 유닛.

Description

ＬＥＤ 광원 유닛{LED LIGHT SOURCE UNIT}

본 발명은 발광 다이오드(LED)를 광원에 사용하는 방열성이 뛰어난 긴 수명의 발광 다이오드(LED) 광원 유닛에 관한 것이다.

액정 표시 소자와 백라이트로 이루어진 액정 표시 장치 등에 있어서, 백라이트의 광원에는 CCFL(냉음극관)으로 불리는 소형의 형광관이 사용되는 것이 일반적이었다.

상기 CCFL(냉음극관)의 광원은 방전관 중에 수은을 봉입하고 있어, 방전에 의해 여기된 수은으로부터 방출되는 자외선이 냉음극관의 측벽의 형광체에 부딪쳐 가시광으로 변환되는 구조가 채용되고 있다. 이 때문에, 최근에는 환경면의 배려로부터 유해한 수은을 사용하고 있지 않은 대체 광원의 사용이 요구되고 있다.

최근에는 발광 다이오드(LED)를 광원에 사용한 LED 광원 유닛이 여러 가지 분야에서 이용되어 오고 있다.

예를 들면, 액정 표시 장치의 새로운 광원으로서 발광 다이오드(이하, 단순히 LED라고도 적는다.)를 사용한 것이 제안되고 있다. LED는 빛에 지향성이 있고, 특히 프린트 기판 등에 대한 면 실장 타입에서는 한 방향으로 빛이 나오기 때문에, 종래의 CCFL(음극관)을 이용한 구조와는 달리 빛의 손실도 적다는 점에서, 면상 광원 방식의 백라이트 광원에 사용되고 있다(특허문헌 1 참조).

LED를 광원으로 한 백라이트는 저가격화와 발광 효율 향상 및 환경 규제에 수반해, 액정 표시 장치의 백라이트로서 보급되기 시작하고 있다. 동시에 액정 표시 장치의 고휘도화 및 표시 영역의 대형화에 수반해, 발광량을 향상시키기 위해 LED의 프린트 기판 등에 대한 탑재가 매우 증가되고 대출력화가 더욱 더 진행되고 있다.

그렇지만, LED의 광원은 발광 효율이 높지 않기 때문에, LED가 발광할 때에 입력 전력의 대부분이 열로서 방출된다. LED는 전류를 흘리면 열을 발생하여 발생한 열에 의해서 고온이 되고, 이 정도가 현저하면 LED가 파괴되어 버린다. LED를 광원으로 한 백라이트에 있어서도, 이 발생열이 LED와 그것을 실장한 기판에 축열되어 LED 온도 상승에 수반해, LED 자체의 발광 효율의 저하를 부른다. 게다가, 백라이트를 밝게 하기 위해서, LED의 실장 수를 증가시키거나 입력 전력을 증가시키면, 그 발열량이 증대하기 때문에 한층 이 열을 제거하는 것이 중요하다.

LED 실장 기판의 축열을 저감해 LED 칩의 온도 상승을 작게 하기 위해서, LED 실장 기판의 LED 칩 실장면에 LED 칩이 실장되는 실장 금속막과, LED 칩에 구동 전류를 공급하는 구동 배선과, 방열을 목적으로 한 금속막 패턴이 형성된다. 더욱이, LED 칩 실장면과 대향하는 면에 방열용 금속막이 형성되고, LED 칩 실장 기판의 두께 방향으로 한쪽의 주면측 금속 패턴과 다른 한쪽 주면측의 방열용 금속을 접속하는 금속 스루홀을 형성하여, LED로부터의 발열을 금속 스루홀로부터 이면의 금속막에 방열하는 것이 제안되고 있다(특허문헌 2 참조).

그러나, 이 경우에는 프린트 기판 이면의 금속막까지의 방열은 되지만, 이면의 금속막으로부터 앞의 광체(筐體)로부터의 방열이 고려되고 있지 않기 때문에, LED를 연속 점등시켰을 경우에는 LED의 온도 상승에 수반해 LED 자체의 발광 효율의 저하를 부른다고 하는 문제가 있다. 더욱이 프린트 기판이 LED로부터의 발열의 영향을 받아 휘어져 버려, 점착 테이프로부터 벗겨지거나 발광시키고 싶은 원하는 위치로부터 LED가 어긋나 본래의 광학 특성을 얻을 수 없다는 등의 문제가 있었다.

또한, 두께 2㎜ 정도의 금속판 위에 무기 필러를 충전한 에폭시 수지 등으로 이루어진 절연층을 마련하고, 그 위에 회로 패턴을 형성한 금속 베이스 회로 기판은 방열성과 전기 절연성이 뛰어나기 때문에 고발열성 전자 부품을 실장하는 통신기 및 자동차 등의 전자기기용 회로 기판으로서 이용되고 있다(특허문헌 3, 특허문헌 4 참조).

한편, 프린트 기판 대신에 두께 2㎜ 정도의 금속 베이스판을 이용한 금속 베이스 회로 기판을 사용하면, 금속 스루홀 등을 마련하는 일 없이 양호한 방열성을 얻을 수 있다. 그러나, 기판 두께가 두꺼워지는 것, 또 프린트 기판보다 전극 및 배선 패턴 등으로부터 타발하는 치수를 크게 할 필요가 있어, 기판 면적이 커져 버리는 문제가 있다. 또한, LED 탑재 부분 이외를 임의로 절곡할 수 없기 때문에, 입력 단자의 형성 위치 등 제약을 받는다.

또, 상기 금속 베이스 회로 기판의 금속 베이스 두께를 얇게 해 프린트 기판 과 마찬가지로 전극 및 배선 패턴 등으로부터의 타발 치수를 작게 한 구조로 하면, 스루홀이 형성된 프린트 기판과 마찬가지로 금속 베이스판 이면으로부터 앞의 광체로부터의 방열이 고려되고 있지 않기 때문에, LED를 연속 점등시켰을 경우에는 LED의 온도 상승에 수반해 LED 자체의 발광 효율의 저하를 부른다고 하는 문제가 있다. 또한, 금속 베이스 회로 기판이 다소 구부려지는 것만으로도 절연층에 크랙이 들어가 사용할 수 없고, 또 LED 탑재 부분을 임의로 절곡할 수 없다는 등의 문제가 있었다.

특허문헌 1: 일본 특개 2005-293925호 공보

특허문헌 2: 일본 특개 2005-283852호 공보

특허문헌 3: 일본 특개 소62-271442호 공보

특허문헌 4: 일본 특개 평06-350212호 공보

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명은 상기 종래 기술이 가지는 문제를 해결하는 것을 과제로 한 것이다. 구체적으로는 LED 광원을 실장하는 LED 실장 기판의 두께가 종래 정도로 얇고, 또 기판의 폭을 좁게 한 상태대로, 게다가 LED 바로 아래에 스루홀을 형성하거나 실장 기판 상의 LED 탑재면에 방열용 금속막을 패턴화하는 일 없이 방열성을 향상하고, 그 결과 LED의 손상이 방지되어, 밝고 긴 수명인 LED 광원 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

즉, 발명은 이하의 요지를 가진다.

(1) 프린트 기판과 상기 프린트 기판에 설치되는 1개 이상의 발광 다이오드(LED)와, 상기 프린트 기판을 방열 부재 표면에 고정하기 위한 점착 테이프를 가지는 LED 광원 유닛으로서, 상기 점착 테이프의 열전도율이 1~4W/mK이고, 또한 이면 도체 회로와 금속 광체 사이의 내전압이 1.0kV 이상인 것을 특징으로 하는 LED 광원 유닛.

(2) 점착 테이프의 두께가 30~300㎛인 상기 (1)에 기재된 LED 광원 유닛.

(3) 점착 테이프의 두께가 30~50㎛인 상기 (1)에 기재된 LED 광원 유닛.

(4) 점착 테이프가 (메타)아크릴산과, (메타)아크릴산과 공중합 가능한 모노머의 공중합체로 이루어진 고분자 수지 재료 20~45부피%와, 입자 지름 45㎛ 이하이고 평균 입자 지름 0.3~30㎛인 무기 필러 40~80부피%를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 LED 광원 유닛.

(5) 무기 필러가 산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화붕소, 산화규소(실리카) 및 수산화알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종류 이상인 상기 (4)에 기재된 LED 광원 유닛.

(6) 점착 테이프가 유리 직물(glass cloth)을 함유하고 있는 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 LED 광원 유닛.

(7) 점착 테이프가 열전도율 2~5W/mK인 실리콘 고무 시트의 양면에 (메타)아크릴산을 포함하는 점착층을 갖고, 실리콘 고무 시트의 두께가 100~300㎛이며, 양면에 형성된 점착층의 두께가 5~40㎛인 상기 (1)에 기재된 LED 광원 유닛.

(8) 점착 테이프와 프린트 기판의 고정면 및 점착 테이프와 방열 부재 고정면의 접착력이 2~10N/㎝인 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 LED 광원 유닛.

(9) 프린트 기판이 유리 직물 기재에 에폭시 수지를 함침시킨 복합 재료(프리프레그)로 이루어진 절연층을 갖고, 그 양면에 구리박을 첩합시킨 것으로서, 상기 구리박에 소정의 회로 패턴을 형성하고, 상기 LED를 실장하는 바로 아래에 스루홀이 형성되어 있는 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 LED 광원 유닛.

(10) 스루홀부에 도금 도체 또는 도체가 매립되어 있는 상기 (9)에 기재된 LED 광원 유닛.

(11) 프린트 기판이 금속 베이스판 위에 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 함유하고, 또한 열전도율 1~4W/mK를 가지는 절연층을 통하여 도체 회로를 마련한 기판으로서, 금속 베이스판의 두께가 100~500㎛이고, 절연층의 두께가 20~300㎛이며, 도체 회로의 두께가 9~140㎛인 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 LED 광원 유닛.

(12) 절연층이 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 25~50부피% 함유하고, 잔부가 입자 지름 100㎛ 이하인 무기 필러이며, 평균 입자 지름 10~40㎛의 조립자(粗砬子)와 평균 입자 지름 0.4~1.2㎛의 미립자(微粒子)로 이루어진 나트륨 이온 농도가 500ppm 이하의 무기 필러인 상기 (11)에 기재된 LED 광원 유닛.

(13) 열가소성 수지 또는 열경화성 수지 중의 염화물 이온 농도는 500ppm 이하인 상기 (11) 또는 (12)에 기재된 LED 광원 유닛.

(14) 열가소성 수지가 4불화에틸렌-퍼플루오로알콕시에틸렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체 및 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 불소 수지인 상기 (11) 내지 (13) 중 어느 하나에 기재된 LED 광원 유닛.

(15) 열경화성 수지가 에폭시 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지 및 아크릴 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 상기 (11) 내지 (13) 중 어느 하나에 기재된 LED 광원 유닛.

(16) 열경화성 수지가 비스페놀 A형 혹은 비스페놀 F형의 에폭시 수지 또는 수소 첨가된 비스페놀 A형 혹은 비스페놀 F형의 에폭시 수지인 상기 (11) 내지 (13) 중 어느 하나에 기재된 LED 광원 유닛.

(17) 열경화성 수지가 비스페놀 A형 또는 비스페놀 F형의 에폭시 수지이고, 또한 에폭시 경화제로서 노볼락형 수지를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (11) 내지 (13) 중 어느 하나에 기재된 LED 광원 유닛.

(18) 열경화성 수지가 수소 첨가된 비스페놀 F형 또는 A형의 에폭시 수지이고, 에폭시 당량이 800~4000인 직쇄상의 고분자량 에폭시 수지를 더 함유하는 상기 (11) 내지 (13) 중 어느 하나에 기재된 LED 광원 유닛.

발명의 효과

본 발명에 의하면, LED 광원으로부터 발생하는 열을 프린트 기판 이면으로부터 전기 절연성과 열전도성을 가지는 점착 테이프를 통하여 금속 광체에 양호하게 방열시킬 수 있다. 구체적으로는, 양면에 회로가 형성된 프린트 기판을 이용해도 금속 광체와 고정하는 측의 회로면을 커버 레이 필름(폴리이미드 필름 등)으로 보호하는 일 없이, 전기 절연성과 열전도성을 가지는 점착 테이프로 전기 절연성과 열전도성을 확보함으로써, 점착 테이프를 통하여 열을 외부에 방출시키는 것이 가능해진다. 따라서, LED 실장 기판에 대한 열의 축적을 저감해, LED의 온도 상승을 작게 할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다. 이에 의해, LED의 발광 효율 저하를 억제할 수 있어 LED의 손상을 막아 밝고 긴 수명인 LED 광원 유닛을 제공할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 바람직한 태양

도 1은 본 발명의 LED 광원 유닛의 일례에 대해서, 그 대략 구조를 나타내는 단면도이다.

본 발명의 LED 광원 유닛에서는 베이스 기재(2)와 도체 회로(3)와 이면 도체 회로(4)로 이루어진 프린트 기판에 있어서, 도체 회로(3) 위에 1개 이상의 LED(1)가 땜납 접합부(5) 등에 의해 접합, 탑재되고, 전기 절연성을 가지는 열전도성 점착 테이프(7)를 통하여 방열성을 가지는 알루미늄 등의 광체(8)와 밀착되어 있다. 도체 회로(3)와 이면 도체 회로(4)는 비아홀(스루홀이라고도 함)(6)에 의해 전기적으로 접속되어 있고, LED(1) 외부로부터 전원 입력할 수 있는 상태로 되어 있다.

도 1에 있어서, 프린트 기판은 예를 들면, 유리 직물 기재에 에폭시 수지를 함침시킨 복합 재료(프리프레그)로 이루어진 절연층을 갖고, 그 양면에 구리박을 부착시킨 것이다. 프린트 기판의 상기 구리박에는 소정의 회로 패턴을 형성하고, 상기 LED를 실장하는 바로 아래에 비아홀(6)(스루홀)이 형성되어 있다.

상기 LED를 실장한 바로 아래의 비아홀(6)은 LED로부터의 열을 금속 베이스 기재 이면에 전달하는 역할도 있지만, 유리 직물 기재에 에폭시를 함침시킨 복합 재료(프리프레그)로 이루어진 절연층을 갖고, 그 양면에 구리박을 첩합시킨 프린트 기판을 이용하는 경우에는 반드시 필요하다. 특히, 방열 특성을 높일 목적으로 비아홀(6)을 원주상의 구리로 형성하는 것은 유효하다.

열전도성 점착 테이프(7)는 LED를 발광시켰을 때에 발생하는 열을 금속 베이스 기재를 통해 금속 베이스 기재의 이면으로부터 광체에 효율적으로 방열시키기 위해, 종래의 점착 테이프보다 열전도율을 향상시킨 것이다. 열전도성을 가지지 않는 점착 테이프에서는 LED의 발광에 수반하는 열을 광체에 열전달하는 것이 불충분하게 되어 LED의 온도 상승을 초래해 사용할 수 없다.

본 발명에서 사용하는 열전도성 점착 테이프는 열전도율이 1~4W/mK, 바람직하게는 3~4W/mK이고, 또한 점착 테이프의 두께가 30~300㎛, 바람직하게는 30~150㎛, 더욱 바람직하게는 30~50㎛이다.

본 발명에 사용하는 열전도성 점착 테이프(7)에는 후술하는 바와 같이 열전도성 전기 절연제를 고분자 수지 재료 중에 충전한 것이 바람직하다.

본 발명의 열전도성 점착 테이프(7)에 사용되는 고분자 수지 재료는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 금속에 대한 밀착성 향상을 위해서 아크릴산 및/또는 메타크릴산(이하, (메타)아크릴산이라고도 함)와 이들 (메타)아크릴산과 공중합 가능한 모노머의 공중합체로 이루어진 고분자 수지 재료가 바람직하게 선택된다.

상기 (메타)아크릴산과 공중합 가능한 모노머로는 탄소수 2~12의 알킬기를 가지는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트가 바람직하다. 유연성과 가공성의 점으로부터 바람직한 모노머는 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 옥틸아크릴레이트, 이소옥틸아크릴레이트, 데실아크릴레이트, 데실메타크릴레이트 및 도데실메타크릴레이트로부터 선택된 1종 또는 2종류 이상을 들 수 있다. 그 중에서도, (메타)아크릴산에스테르 모노머를 포함하는 모노머의 공중합체가 한층 바람직하다. 모노머로는 2-에틸헥실아크릴레이트가 특히 바람직하다.

열전도성 점착 테이프(7)에 함유되는 열전도성 전기 절연제는 양호한 방열성을 확보할 수 있는 것으로부터, 열전도성 점착 테이프(7) 중에 40~80부피% 함유하는 것이 바람직하고, 50~70부피% 함유하는 것이 보다 한층 바람직하다. 상기 열전도성 전기 절연제로는 전기 절연성과 열전도성의 점에서 양호한 여러 가지 무기 필러, 혹은 유기 필러를 사용할 수 있다.

무기 필러로는, 예를 들면 산화알루미늄(알루미나), 산화규소(실리카), 이산화티탄 등의 금속 산화물; 질화알루미늄, 질화붕소(보론 나이트라이드라고도 함), 질화규소 등의 질화물; 탄화규소, 수산화알루미늄 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 알루미나, 결정성 실리카 및 수산화알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 또, 실란 커플링제 등에 의한 표면 처리가 된 것을 선택하는 것도 가능하다. 무기 필러의 입자 지름에 대해서는 입자 지름이 바람직하게는 45㎛ 이하, 특히 바람직하게는 20~40㎛이고, 평균 입자 지름이 바람직하게는 0.3~30㎛, 특히 바람직하게는 10~20㎛인 것이 점착 테이프의 두께, 충전성의 관점으로부터 매우 적합하다.

유기 필러로는 천연 고무, 아크릴 고무, 니트릴부타디엔 고무(NBR), 에틸렌프로필렌 고무(EPDM) 등의 고무가 바람직하고, 그 중에서도 아크릴 고무를 함유하는 것이 바람직하다.

아크릴 고무로는 유연성과 점착성의 관점으로부터 탄소수 2~12의 알킬기를 가지는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트의 중합체로부터 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 에틸아크릴레이트, n-프로필아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, n-펜틸아크릴레이트, 이소아밀아크릴레이트, n-헥실아크릴레이트, 2-메틸펜틸아크릴레이트, n-도데실아크릴레이트, n-옥타데실아크릴레이트, 시아노메틸아크릴레이트, 1-시아노에틸아크릴레이트, 2-시아노에틸아크릴레이트, 1-아미노프로필아크릴레이트 및 2-시아노프로필아크릴레이트로부터 선택된 1종 또는 상기 모노머의 2종류 이상을 블렌드한 모노머 중합체를 들 수 있다. 그 중에서도, 바람직한 모노머는 2-에틸헥실아크릴레이트이다.

열전도성 점착 테이프(7)에는 유리 직물을 함유시킴으로써, 점착 테이프의 기계 강도의 향상과 전기 절연성을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 유리 직물은 열전도성 점착 테이프의 보강재로서의 효과에 더해 광체와 프린트 기판을 첩합할 때의 밀착 테이프의 보강재로서의 효과를 갖고, 광체와 프린트 기판을 첩합할 때의 압착력이 너무 강해서 프린트 기판의 이면과 광체의 거리가 너무 접근함으로써 전기적인 단락을 막을 수 있으므로 매우 유효하다. 광체와 프린트 기판을 첩합할 때의 압착력이 너무 강해도 유리 직물의 두께보다 프린트 기판의 이면과 광체가 접근하는 일이 없어 전기적 특성이 확보되기 때문이다.

유리 직물로는 용융로로부터 직접 방사하는 다이렉트 멜트법으로 제조된 품질, 비용이 뛰어난 유리 섬유가 바람직하게 이용된다. 유리 섬유의 조성에 대해서는 전기적 용도로 이용되는 무알칼리인 E 유리(알루미나·칼슘 보로실리케이트 유리)를 장섬유로 한 것이 바람직하다. 유리 직물은 바람직하게는 전기 절연용 부직포로 유리 등의 습식법 부직포이다. 유리 직물의 두께는 바람직하게는 10~200㎛, 더욱 바람직하게는 20~50㎛이다. 또, 알루미나·칼슘 보로실리케이트 유리의 유리 장섬유의 유리 직물을 이용하는 경우에는 열전도성 점착 테이프의 전기 절연 신뢰성이 한층 향상해, 그 결과 LED 광원 유닛의 신뢰성이 한층 향상한다.

열전도성 점착 테이프(7)는 발명이 목적으로 하는 특성을 해치지 않는 범위에서 기존의 고분자 수지 조성물을 포함할 수 있다. 또, 열전도성 점착 테이프(7)의 경화시에 영향이 없는 범위에서, 필요에 따라 점성을 조절하기 위한 첨가제, 개질제, 노화 방지제, 열안정제, 착색제 등의 첨가제를 포함할 수 있다.

열전도성 점착 테이프(7)는 일반적인 방법에 따라 경화시킬 수 있다. 예를 들면, 열중합 개시제에 의한 열중합, 광중합 개시제에 의한 광중합, 열중합 개시제와 경화 촉진제를 이용한 중합 등의 방법으로 경화시킬 수 있다. 그 중에서도, 생산성 등의 관점으로부터 광중합 개시제에 의한 광중합이 바람직하다.

열전도성 점착 테이프(7)의 구체적 태양으로는 여러 가지의 것이 있지만, 예를 들어 보론 나이트라이드 입자를 함유하고, 열전도율이 2~5W/mK인 실리콘 고무 시트의 양면에 (메타)아크릴산을 포함하는 점착층을 가지며, 실리콘 고무 시트의 두께가 100~300㎛이고, 양면에 형성시킨 점착층의 두께가 5~40㎛인 열전도성 점착 테이프를 들 수 있다.

본 발명의 LED 광원 유닛에서의 열전도성 점착 테이프(7)와 방열 부재인 광체(8)의 접착력이 바람직하게는 2~10N/㎝, 보다 바람직하게는 4~8N/㎝인 것이 매우 적합하다. 접착력이 상기 범위보다 작은 경우에는, 점착 테이프가 프린트 기판의 고정면 또는 방열 부재 고정면으로부터 벗겨지기 쉬워진다. 반대로 접착력이 상기 범위보다 큰 경우에는 핸들링성에 문제가 있어, 오히려 생산성을 저하하는 경우가 있어 바람직하지 않다.

본 발명의 LED 광원 유닛에서의 이면 도체 회로와 금속 광체 사이의 내전압(프린트 기판의 고정면과 방열 부재 고정면 사이의 내전압)은 1.0V 이상, 바람직하게는 1.5V 이상인 것이 매우 적합하다. 이러한 내전압이 1.0V임으로써, 기판과 금속 광체와 절연이 달성된다. 이러한 내전압의 상한은 없고, 큰 쪽이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 LED 광원 유닛이 절연층을 가지는 다른 예로서, 그 대략 구조를 나타내는 단면도이다.

도 2의 LED 광원 유닛에 있어서는, 도체 회로(3)와 열전도성을 가지는 절연층(9)과 금속 베이스판(10)으로 이루어진 프린트 기판의 도체 회로(3) 위에 1개 이상의 LED(1)가 땜납 등에 의해 접합, 탑재되어 열전도성 점착 테이프(7)를 통해 방열성을 가지는 광체(8)에 밀착되어 있다.

도 2의 LED 광원 유닛에서는 금속 베이스판(10)을 가지는 프린트 기판의 절연층(9)이 열전도성을 가지고 있으므로, LED(1)로부터 발생한 열이 절연층(9)을 통해 금속 베이스판(10)에 전해져 열전도성을 가지는 점착 테이프(7)를 통해 방열성을 가지는 광체(8)에 방열할 수 있다. 그 때문에, 도 1과 같이 프린트 기판에 비아홀(스루홀)을 마련하지 않아도 LED(1)로부터 발생한 열이 광체(8)에 효율적으로 방열하는 것이 가능하다.

또, 프린트 기판이 금속 베이스판(10)을 가지고 있으므로, LED 광원 유닛을 3000시간 이상 연속 점등시켜도 LED의 발열에 의해 프린트 기판이 휘는 일이 없고, 점착 테이프가 벗겨지거나 발광시키고 싶은 원하는 위치로부터 LED가 어긋나 본래의 광학 특성이 저하하는 등의 문제가 없어지는 장점을 가지고 있다.

도 2의 LED 광원 유닛에서는 상기 금속 베이스판(10)의 두께가 100~500㎛이고, 상기 절연층(9)이 무기 필러와 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 함유하며, 두께가 바람직하게는 20~300㎛, 특히 바람직하게는 80~150㎛이고, 상기 도체 회로의 두께가 바람직하게는 9~140㎛, 특히 바람직하게는 18~70㎛이다. 절연층(9)의 두께에 대해서, 20㎛ 이하에서는 절연성이 낮고, 300㎛를 넘으면 열방열성이 저하한다.

금속 베이스판(10)으로는 양호한 열전도성을 가지는 구리 혹은 구리 합금, 알루미늄 합금, 철, 스테인레스 등이 사용 가능하다. 금속 베이스판(10)의 두께로는 100~500㎛, 바람직하게는 150~300㎛인 것이 선택된다. 금속 베이스판(10)의 두께가 100㎛ 미만인 경우에는 금속 베이스판을 기본으로 한 회로 기판의 강성이 저하해 용도가 제한되고 LED가 연속 점등했을 때에 프린트 기판의 휘어짐을 억제할 수 없다. 또, 금속 베이스판(10)의 두께가 500㎛를 넘으면, LED 광원 유닛의 두께가 두꺼워져 바람직하지 않다.

절연층(9)은 열가소성 수지 또는/및 열경화성 수지를 바람직하게는 25~50부피%, 보다 바람직하게는 30~45부피% 함유하고, 잔부로서 무기 필러가 함유된다.

절연층(9)에 함유되는 열가소성 수지는 내열성 수지가 바람직하고, 특히 열용융하여 무기 필러를 혼합할 수 있는 불소 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 불소 수지는 4불화에틸렌-퍼플루오로알콕시에틸렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체 및 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이다.

절연층(9)에 함유되는 열경화성 수지로는 에폭시 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지, 아크릴 수지 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도, 무기 필러를 포함하면서도 경화 상태에 있어서 금속 베이스판(10)과 도체 회로(3)의 결합력이 뛰어나고, 또한 내열성이 뛰어난 것으로부터, 에폭시 수지가 바람직하다.

에폭시 수지의 경화제로는 상술한 에폭시 수지를 경화시킬 수 있는 것이면 특별히 제한없이 사용할 수 있지만, 얻어지는 경화물의 전기 특성의 점으로부터 수산기를 가지는 화합물이 바람직하다. 구체예로는 아민계 경화제, 산무수물계 경화제, 페놀계 경화제 및 디시안아미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종류 이상을 이용할 수 있고, 특히 생산성과 밀착성을 고려하여 연화점이 130℃ 이하인 페놀노볼락 수지, 비스페놀 A형 노볼락 수지로 대표되는 페놀계 수지가 바람직하다. 더욱이, 열경화성 수지에 포함되는 에폭시 수지의 에폭시 당량에 대해서, 수산기 당량이 바람직하게는 0.7~1.1배, 보다 바람직하게는 0.8~1.0배 첨가하는 것이 절연층의 강성, 절연성 등을 확보하기 위해서 바람직하다.

상기 에폭시 수지로는 비스페놀 A 혹은 비스페놀 F형의 에폭시 수지가 바람직하다. 에폭시 당량으로 바람직하게는 240 이하, 보다 바람직하게는 180~220인 것은 실온에서 액상이기 때문에 매우 적합하다. 특히, 경화 후에 열경화성 수지의 굴곡성을 향상시키기 위해, 수소 첨가된 비스페놀 A 혹은 비스페놀 F형의 에폭시 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

수소 첨가된 비스페놀 A 혹은 비스페놀 F형의 에폭시 수지는 점도가 낮기 때문에, 에폭시 당량이 바람직하게는 800~4000, 특히 바람직하게는 1000~2000인 직쇄상 고분자량 에폭시 수지를 열경화성 수지 중에 최대 40중량%로 다량으로, 또 절연층 중에 무기 필러를 50~75부피%도 첨가하는 것이 가능해진다.

절연층(9)에 에폭시 당량이 800~4000, 바람직하게는 1000~2000인 상기 직쇄상 고분자량 에폭시 수지를 함유시키면 접합성이 향상하고, 실온에서의 굴곡성이 향상하므로 바람직하다. 이러한 직쇄상 고분자량 에폭시 수지의 함유량은 열경화성 수지 중에 40중량% 이하, 보다 바람직하게는 30중량% 이하이다. 40중량%를 넘으면 에폭시 수지의 경화제의 첨가량이 상대적으로 적게 되어, 열경화성 수지의 유리 전이 온도(Tg)가 상승해 굴곡성이 저하하는 경우가 있다.

절연층(9)을 구성하는 열경화성 수지로는 상기 에폭시 수지를 주체로 하는 수지에 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 페녹시 수지, 아크릴 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 등을 배합해도 된다. 그들의 배합량은 전기 절연성, 내열성 등을 고려하면, 에폭시 수지와의 합계량에 대해서 30중량% 이하, 바람직하게는 20중량% 이하이다.

절연층(9)을 구성하는 열가소성 수지로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 불소 수지 등을 들 수 있고, 이들 가운데 불소 수지가 내열성, 내약품성 및 내후성이 뛰어나다는 특성에 더해 전기 절연성이 뛰어나고, 아울러 용융시킨 상태에서 열전도성 필러를 분산시키기 쉬우므로 바람직하다.

절연층(9)을 구성하는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지 중의 염화물 이온 농도는 500ppm 이하인 것이 바람직하고, 250ppm 이하인 것이 보다 바람직하다. 종래 기술에 있어서는, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지 조성물 중의 염화물 이온 농도는 1000ppm 이하이면, 고온하, 직류 전압하에서도 전기 절연성은 양호했다.

그러나, 본 발명에서의 절연층(9)을 구성하는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지는 실온에서도 절곡할 수 있을 만큼 유연한 구조이기 때문에, 염화물 이온 농도가 500ppm을 넘으면 고온하, 직류 전압하에서 이온성 불순물의 이동이 일어나 전기 절연성이 저하하는 경향을 나타내는 경우가 있다. 염화물 이온 농도가 적은 경우, 장기에 걸쳐 신뢰할 수 있는 LED 전원 유닛이 얻어진다.

절연층(9)에 함유되는 무기 필러로는 전기 절연성이고 열전도성이 양호한 것이 바람직하다. 예를 들면, 산화규소(실리카), 바람직하게는 결정성 실리카, 알루미나, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소 등이 이용된다. 절연층(9) 중의 무기 필러의 함유량은 50~75부피%가 바람직하고, 55~70부피%가 보다 바람직하다.

무기 필러로서 입자 지름이 100㎛ 이하이고 평균 입자 지름이 10~40㎛, 바람직하게는 15~25㎛인 조립자와, 평균 입자 지름 0.4~1.2㎛, 바람직하게는 0.6~1.1㎛인 미립자를 함유하는 것이 바람직하다.

조립자와 미립자를 혼합하면 조립자나 미립자 단독으로 이용했을 경우보다 고충전이 가능해진다.

무기 필러 중의 나트륨 이온 농도는 500ppm 이하인 것이 바람직하고, 100ppm 이하인 것이 보다 바람직하다. 무기 필러의 나트륨 이온 농도가 500ppm을 넘으면, 고온하, 직류 전압하에서 이온성 불순물의 이동이 일어나, 전기 절연성이 저하하는 경향을 나타내는 경우가 있다.

도 2의 LED 광원 유닛은 상기 구성을 갖고, 상기 절연층이 무기 필러와 열경화성 또는 열가소성 수지를 함유하며, 두께가 20~300㎛, 바람직하게는 50~200㎛이고, 상기 도체 회로의 두께는 9~140㎛, 바람직하게는 18~70㎛이다. 또, 금속 베이스판의 두께는 100~500㎛, 바람직하게는 10~300㎛이고, 상기 도체 회로의 두께는 9~140㎛, 바람직하게는 18~70㎛이며, 절연층을 구성하는 열가소성 수지가 불소 수지를 함유한다.

상기 절연층의 바람직한 실시 태양으로서, 열전도율이 1~4W/mK인 것이 이용된다. 그 때문에, 본 발명의 LED 광원 유닛은 도체 회로와 금속박 사이의 내전압이 1.5kV 이상이라고 하는, 종래의 프린트 기판을 이용한 LED 광원 유닛에 비해 높은 방열성과 내전압 특성을 가지고 있다. 따라서, LED 광원으로부터 발생하는 열을 효율적으로 기판 이면 측에 방열하고, 아울러 외부에 방열함으로써 LED 실장 기판의 축열을 저감하며, 온도 상승을 작게 함으로써 LED의 발광 효율을 억제할 수 있으므로, LED의 손상을 막아 밝고 긴 수명이다.

기판에 굴곡성이 필요한 경우에는 절연층의 유리 전이 온도는 0~40℃이다. 유리 전이 온도가 0℃ 미만이면 강성과 전기 절연성이 낮고, 40℃를 넘으면 굴곡성이 저하한다. 유리 전이 온도가 0~40℃이면 종래의 금속 베이스 기판으로 이용되고 있는 절연층과 같이 실온에서 딱딱한 것과는 달리, 실온에서 휨 가공 혹은 시보리 가공을 실시해도 금속 베이스판(10)과 절연층(9)의 박리나 절연층 크랙에 의한 내전압의 저하가 일어나기 어렵다.

도 1은 본 발명에 관한 LED 광원 유닛의 일례를 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명에 관한 LED 광원 유닛의 다른 일례를 나타내는 단면도.

1 LED

1a LED 전극 단자

2 베이스 기재

3 도체 회로

4 이면 도체 회로(인출 배선)

5 땜납 접합부

6 비아홀(스루홀)

7 점착 테이프

8 광체

9 열전도성 절연층

10 금속 베이스판

이하, 본 발명을 실시 및 비교에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 발명은 이것들로 한정하여 해석되는 것은 아니다.

(실시예 1)

도 1에 나타내는 타입의 LED 광원 유닛을 제작했다. 즉, 100㎛ 두께의 유리 기재를 함침시킨 에폭시 레진 직물의 양면에 35㎛ 두께의 구리박이 형성되어 있는 유리 직물이 들어간 프린트 기판에 대해서, 소정의 위치(LED의 전극 단자(1a)와 접속되어 있는 도체 회로와 그 바로 아래에 위치하는 이면 도체 회로를 접속하는 위치)에 스루홀을 형성해 구리 도금한 후, LED를 실장하는 도체 회로, LED에 점등 및 방열시키기 위한 이면 도체 회로를 형성해 프린트 기판으로 했다.

아크릴 고무 10중량%(일본제온사제 「AR-53L」)가 용해된 2-에틸헥실 아크릴레이트(토아합성사제 「2EHA」) 90중량%에 아크릴산(토아합성사제 「AA」) 10중량%를 혼합하고, 이 혼합물에 대해서 광중합 개시제 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1- 온 0.5중량%(치바·스페셜티·케미칼즈사제)와 트리에틸렌글리콜디메르캅탄 0.2중량%(마루젠케미컬사제)와 2-부틸-2-에틸-1,3-프로판디올 디아크릴레이트 0.2중량%(쿄에이샤화학사제)를 추가로 첨가해 혼합, 수지 조성물 A를 얻었다.

또, 수소 첨가된 비스페놀 A형 에폭시 수지(대일본잉크화학공업사제 「 EXA-7015」) 80중량%와 방향족 폴리아민(일본합성가공사제 「H-84B」) 20중량%를 혼합하여 수지 조성물 B를 얻었다.

다음에, 수지 조성물 A를 45부피%와, 수지 조성물 B를 15부피%와, 무기 필러로서 입자 지름 65㎛ 이하이고 평균 입경 20㎛인 산화알루미늄(덴키화학공업사제, 「DAW-20」를 40부피%가 되도록 배합하고, 혼합, 분산해 수지 조성물 C를 얻었다.

두께 75㎛의 표면에 이형 처리를 실시한 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 필름 위에 탈포 처리한 수지 조성물 C를 두께 100㎛가 되도록 도공하고, 그 위로부터 추가로 표면에 이형 처리를 실시한 PET 필름을 씌우고 파장 365㎚의 자외선을 표리로부터 3000mJ/㎠ 조사했다. 그 후, 100℃에서 3시간의 가열 처리를 실시함으로써, 수지 조성물 C를 경화시켜 전기 절연성을 가지는 열전도성 점착 테이프를 얻었다.

다음에, 프린트 기판의 도체 회로의 소정의 위치에 크림 땜납(센쥬금속 사제「M705」)를 메탈 마스크(스크린 인쇄)로 도포하고, LED(니치아화학사제 「NFSW036B)를 땜납 리플로우 장치에서 실장했다. 그 후, 프린트 기판의 LED가 실장되어 있지 않은 쪽에 전기 절연성을 가지는 열전도성 점착 테이프를 붙이고 금속 광체에 고정하여 LED 광원 유닛을 얻었다.

얻어진 LED 광원 유닛에 대해서, 이하에 나타내는 방법으로 (1) 이면 도체 회로와 금속 광체 사이의 초기 내전압, (2) 고온 고습 방치 후에 있어서의 이면 도체 회로와 금속 광체 사이의 내전압, (3) 프린트 기판의 고정면과 점착 테이프의 접착력, (4) 고온 고습 방치 후에 있어서의 프린트 기판의 고정면과 점착 테이프의 접착력, (5) 점착 테이프와 방열 부재 고정면의 접착력, (6) 고온 고습 방치 후에 있어서의 프린트 기판의 고정면과 방열 부재 고정면의 접착력, (7) 열전도 테이프의 열전도율, (8) 초기의 LED 점등 시험, (9) 고온 고습 방치 후에 있어서의 LED 점등 시험, (10) 연속 점등 후의 기판 휘어짐량 등에 대해서 측정했다. 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다.

(1) 이면 도체 회로와 금속 광체 사이의 초기 내전압

온도 23℃, 습도 30%의 환경하에서 프린트 기판의 이면 도체 회로와 금속 광체 사이의 내전압을 JISC2110에 규정된 단계 승압법에 의해 측정했다.

(2) 고온 고습 방치 후에 있어서의 이면 도체 회로와 금속 광체 사이의 내전압

온도 85℃, 습도 85%의 환경하에서 1000시간 방치한 후에, 온도 23℃, 습도 30%의 환경하에서 프린트 기판의 이면 도체 회로와 금속 광체 사이의 내전압을 JISC2110에 규정된 단계 승압법에 의해 측정했다.

(3) 프린트 기판의 고정면과 점착 테이프의 접착력

온도 23℃, 습도 30%의 환경하에서 점착 테이프와 프린트 기판 사이의 접착력을 JISC6481에 규정된 방법에 의해 점착 테이프를 당겨 벗김으로써 측정했다.

(4) 고온 고습 방치 후에 있어서의 프린트 기판의 고정면과 점착 테이프의 접착력

온도 85℃, 습도 85%의 환경하에서 1000시간 방치한 후에, 온도 23℃, 습도 30%의 환경하에서 점착 테이프와 프린트 기판 사이의 접착력을 JISC6481에 규정된 방법에 의해 점착 테이프를 당겨 벗김으로써 측정했다.

(5) 점착 테이프와 방열 부재 고정면의 접착력

온도 23℃, 습도 30%의 환경하에서 점착 테이프와 방열 부재(알루미늄 광체) 고정면 사이의 접착력을 JISC6481에 규정된 방법에 의해 점착 테이프를 당겨 벗김으로써 측정했다.

(6) 고온 고습 방치 후에 있어서의 프린트 기판의 고정면과 방열 부재 고정면의 접착력

온도 85℃, 습도 85%의 환경하에서 1000시간 방치한 후에, 온도 23℃, 습도 30%의 환경하에서 점착 테이프와 방열 부재(알루미늄 광체) 고정면 사이의 접착력을 JISC6481에 규정된 방법에 의해 점착 테이프를 당겨 벗김으로써 측정했다.

(7) 열전도성 점착 테이프의 열전도율

측정 샘플을 두께 10㎜가 되도록 적층하고 50 × 120㎜로 가공하여 신속 열전도율계(쿄토 전자공업사제, QTM-500)에 의해 구했다.

(8) 초기의 LED 점등 시험

온도 23℃, 습도 30%의 환경하에서 LED에 450mA의 정격 전류를 인가해 LED를 점등시키고, 15분 후에 LED 땜납 접합부의 온도를 측정했다.

(9) 고온 고습 방치 후에 있어서의 LED 점등 시험

온도 85℃, 습도 85%의 환경하에서 1000시간 방치한 후, 다시 온도 23℃, 습도 30%의 환경하에서 LED에 450mA의 정격 전류를 인가해 LED를 점등시키고, 15분 후의 LED 땜납 접합부의 온도를 측정했다.

(10) 연속 점등 후의 기판 휘어짐량

LED 광원 유닛을 온도 23℃, 습도 30%의 환경하에서 LED에 150mA의 정격 전류를 3000시간 인가해 LED를 연속 점등시키고, 그 후의 기판 휘어짐(LED 실장부로부터 5㎜의 위치)을 마이크로미터에 의해 측정했다.

(실시예 2)

실시예 1에 있어서, 이하의 점을 제외하고 마찬가지로 하여 LED 광원 유닛을 제작했다. 즉, 무기 필러로서 산화알루미늄(덴키화학공업사제「DAW-10」)을 45㎛ 체로 분급하여 최대 입경 45㎛ 이하이고, 평균 입경 9㎛인 무기 필러 A를 사용했다. 그리고, 이 무기 필러 A를 40부피%, 수지 조성물 A를 45부피%, 수지 조성물 B를 15부피%가 되도록 배합해 혼합함으로써 수지 조성물 D를 얻었다.

그 다음에, 탈포 처리한 수지 조성물 D를 두께 75㎛의 표면에 이형 처리를 실시한 PET 필름 위에 도공하고, 그 위로부터 추가로 표면에 이형 처리를 실시한 PET 필름을 씌우고 파장 365㎚의 자외선을 표리로부터 3000mJ/㎠ 조사했다. 그 후, 100℃에서 3시간의 가열 처리를 실시함으로써, 수지 조성물 D를 경화시켜 두께 46㎛의 전기 절연성 열전도성 점착 테이프를 얻었다.

그 다음에, 프린트 기판의 도체 회로의 소정의 위치에 크림 땜납(센쥬금속사 제「M705」)를 메탈 마스크로 도포하고, LED(니치아화학사제「NFSW036B」)를 땜납 리플로우 장치에서 실장했다. 그 후, 프린트 기판의 LED가 실장되어 있지 않은 쪽에 상기 전기 절연성을 가지는 열전도성 점착 테이프를 붙이고 금속 광체에 고정하여 LED 광원 유닛을 얻었다.

얻어진 LED 광원 유닛의 평가는 실시예 1과 마찬가지로 실시했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 3)

실시예 1에 있어서, 이하의 점을 제외하고 마찬가지로 하여 LED 광원 유닛을 제작했다. 즉, 실시예 2에서 사용한 것과 같은 수지 조성물 D를 사용하고, 탈포 처리한 수지 조성물 D를 두께 75㎛의 표면에 이형 처리를 실시한 PET 필름 위에 두께 46㎛가 되도록 도공하고, 그 위에 두께 50㎛의 유리 직물을 적층하고, 그 위로부터 추가로 표면에 이형 처리를 실시한 PET 필름을 씌우고 라미네이트함으로써 유리 직물에 수지 조성물 D를 함침시켰다.

그 다음에, 파장 365㎚의 자외선을 표리로부터 3000mJ/㎠ 조사했다. 그 후, 100℃에서 3시간의 가열 처리를 실시함으로써, 수지 조성물 D를 경화시켜 두께 150㎛의 전기 절연성 열전도성 점착 테이프를 얻었다.

그 다음에, 프린트 기판의 도체 회로의 소정의 위치에 크림 땜납(센쥬금속사제「M705」)를 메탈 마스크로 도포하고, LED(니치아화학사제「NFSW036B」)를 땜납 리플로우 장치에서 실장했다. 그 후, 프린트 기판의 LED가 실장되어 있지 않은 쪽 에 상기 전기 절연성을 가지는 열전도성 점착 테이프를 붙이고 금속 광체에 고정하여 LED 광원 유닛을 얻었다.

(실시예 4)

실시예 1에 있어서, 이하의 점을 제외하고 마찬가지로 하여 LED 광원 유닛을 제작했다. 즉, 액상 실리콘 고무(토오레·다우콘닝·실리콘사제, 「CF-3110」) 100중량부, 평균 입경 9.5㎛의 보론 나이트라이드(BN)분 200중량부와 톨루엔 20중량부를 혼합, 조제하고, 닥터 플레이드법으로 그린 시트를 형성했다. 그 후, 그린 시트를 유리 섬유 직물(카네보우사제, 「KS-1090」)의 양면에 부착하고 가열 가류해 두께 200㎛의 절연 방열 시트를 제작했다.

절연 방열 시트의 표면, 이면에 각각 20㎛의 두께가 되도록 아크릴 점착제 도포하여 양면에 점착성을 갖게 한 전기 절연성 열전도성 점착 테이프를 얻었다.

그 다음에, 프린트 기판의 도체 회로의 소정의 위치에 크림 땜납(센쥬금속사제「M705」)을 메탈 마스크로 도포하고, LED(니치아화학사제「NFSW036B」)를 땜납 리플로우 장치에서 실장했다. 그 후, 프린트 기판의 LED가 실장되어 있지 않은 쪽에 상기 전기 절연성을 가지는 열전도성 점착 테이프를 붙이고 금속 광체에 고정하여 LED 광원 유닛을 얻었다.

(실시예 5)

도 2에 나타내는 LED 광원 유닛을 제작했다. 즉, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체의 불소 수지(다이킨 공업사제 「네오프론 FEP」)에 대해서 입자 지름 75㎛ 이하이고 평균 입자 지름이 21㎛이며 나트륨 농도가 10ppm인 구상 조립자의 산화알루미늄(쇼와전공사제 「CB-A20」)과 평균 입자 지름이 0.7㎛이고 나트륨 이온 농도가 8ppm인 구상 미립자의 산화알루미늄(스미토모화학사제 「AKP-15」)을 합해 66부피%(구상 조립자와 구상 미립자는 중량비가 7:3)가 되도록 배합해, 두께가 100㎛가 되도록 35㎛ 두께의 구리박 위에 절연층을 형성했다.

그 다음에, 두께 300㎛의 알루미늄박 위에 상기 형성한 절연층 및 35㎛의 구리박을 순차 중합하고 200℃로 가열 프레스함으로써, 알루미늄박, 절연층 및 구리박을 접착해 금속 베이스 기판을 얻었다. 금속 베이스 기판의 절연층 중의 열가소성 수지 전체에서 염화물 이온 농도가 300ppm 이하이고, 절연층 중의 무기 필러 전체에서 나트륨 이온 농도가 60ppm 이하였다.

상기 금속 베이스 기판에 대해서, 윗면의 구리박 면에 대해서 소정 위치를 에칭 레지스트로 마스크하여 구리박을 에칭한 후, 에칭 레지스트를 제거하여 회로를 형성해 금속 베이스 회로 기판으로 했다.

그 다음에, 프린트 기판의 도체 회로의 소정의 위치에 크림 땜납(센쥬금속사제「M705」)을 메탈 마스크로 도포하고, LED(니치아화학사제「NFSW036AT」)를 땜납 리플로우 장치에서 실장했다. 그 후, 금속 베이스 회로 기판의 LED가 실장되어 있지 않은 쪽을 실시예 1에서 얻은 열전도율 1W/mK이고 두께 100㎛의 열전도성 점착 테이프로 U자형의 광체에 고정하여 LED 광원 유닛을 얻었다. 또한, 열전도성 점착 테이프는 산화알루미늄(덴키화학공업사제 「DAW-10」)을 400중량부 충전한 것 이외에는 실시예 1에서 얻은 조성을 사용하고, 실시예 1에 나타내는 순서로 조제한 것이다. 얻어진 LED 광원 유닛의 평가는 실시예 1과 마찬가지로 실시했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 6)

실시예 5에 있어서, 이하의 점을 제외하고 마찬가지로 하여 LED 광원 유닛을 제작했다. 즉, 에폭시 당량이 207인 수소 첨가된 비스페놀 A형 에폭시 수지(대일본잉크 화학공업사제 「EXA-7015」) 70중량%와 에폭시 당량이 1200인 수소 첨가된 비스페놀 A형 에폭시 수지(재팬에폭시레진사제, 「YL-7170」) 30중량%로 이루어진 에폭시 수지 100중량부에 대해, 경화제로서 폴리옥시프로필렌디아민(할쯔만사제 「D-400」「D2000」의 중량비가 6:4) 48중량부를 가한 열경화성 수지를 준비했다. 상기 열경화성 수지에 구상 조립자(입자 지름: 75㎛ 이하, 평균 입자 지름: 21㎛, 나트륨 농도: 10ppm인 산화알루미늄(쇼와전공사제 「CB-A20」)) 70중량%와 구상 미립자(평균 입자 지름: 0.7㎛, 나트륨 이온 농도: 8ppm인 산화알루미늄(스미토모화학사제 「AKP-15」)) 30중량%로 이루어진 무기 필러를, 무기 필러가 50부피%가 되도록 배합하여 혼합물을 얻었다.

이 혼합물을 사용해 35㎛ 두께의 구리박 위에 경화 후의 두께가 100㎛가 되도록 절연층을 형성했다. 그 다음에, 가열함으로써 절연층을 열경화시켜 금속 베이스 기판을 얻었다. 절연층 중의 열경화성 수지 전체에서 염화물 이온 300ppm 이하이고, 절연층 중의 무기 필러 전체에서 나트륨 이온 농도가 50ppm 이하였다.

상기 금속 베이스 기판에 대해서 소정의 위치를 에칭의 레지스트로 마스크하여 구리박을 에칭한 후, 에칭 레지스트를 제거하여 회로를 형성해 금속 베이스 회로 기판으로 했다.

금속 베이스 기판 회로의 소정의 위치에 크림 땜납(센쥬금속사제「M705」)을 메탈 마스크로 도포하고, LED(니치아화학사제 「NFSW036AT」)를 땜납 리플로우 장치에서 실장했다. 그 후, 프린트 기판의 LED가 실장되어 있지 않은 쪽에 후술하는 열전도율 2W/mK이고 두께 100㎛의 열전도성 점착 테이프를 붙이고 U자형의 광체에 고정하여 LED 광원 유닛을 얻었다.

또한, 열전도성 점착 테이프는 산화알루미늄(덴키화학공업사제 「DAW-10」)을 400중량부 충전한 것 이외에는 실시예 1에서 얻은 조성을 사용해, 실시예 1에 나타내는 순서로 조제한 것이다. 얻어진 LED 광원 유닛의 평가는 실시예 1과 마찬가지로 실시했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 7)

실시예 1에 있어서, 이하의 점을 제외하고 마찬가지로 하여 LED 광원 유닛을 제작했다. 즉, 무기 필러로서 산화알루미늄(덴키화학공업사제「DAW-10」)을 45㎛ 체로 분급하여 최대 입경 45㎛ 이하이고, 평균 입경 9㎛인 무기 필러 A를 사용했다. 그리고, 이 무기 필러 A를 50부피%, 수지 조성물 A를 40부피%, 수지 조성물 B를 10부피%가 되도록 배합해 혼합함으로써 수지 조성물 D를 얻었다.

그 다음에, 탈유 처리한 수지 조성물 D를 두께 75㎛의 표면에 이형 처리를 실시한 PET 필름 위에 도포하고, 그 위로부터 추가로 표면에 이형 처리를 실시한 PET 필름을 씌우고 파장 365㎚의 자외선을 표리로부터 3000mJ/㎠ 조사했다. 그 후, 100℃에서 3시간의 가열 처리를 실시함으로써, 수지 조성물 D를 경화시켜 두께 46㎛의 전기 절연성 열전도성 점착 테이프를 얻었다.

(실시예 8)

실시예 1에 있어서, 이하의 점을 제외하고 마찬가지로 하여 LED 광원 유닛을 제작했다. 즉, 무기 필러로서 산화알루미늄(덴키화학공업사제「DAW-10」)을 45㎛ 체로 분급하여 최대 입경 45㎛ 이하이고, 평균 입경 9㎛인 무기 필러 A를 사용했 다. 그리고, 이 무기 필러 A를 70부피%, 수지 조성물 A를 25부피%, 수지 조성물 B를 5부피%가 되도록 배합해 혼합함으로써 수지 조성물 D를 얻었다.

(실시예 9)

실시예 5에 있어서, 이하의 점을 제외하고 마찬가지로 하여 LED 광원 유닛을 제작했다. 즉, 에폭시 당량이 173인 비스페놀 F형 에폭시 수지(재팬에폭시레진사제 「jer-807」) 에폭시 수지 100중량부에 대해 경화제로서 페놀노볼락 수지(대일본 잉크화학공업사제,「TD2131」)를 45중량부 가해 열경화성 수지를 준비했다. 상기 열경화성 수지에 조립자(입자 지름: 75㎛ 이하, 평균 입자 지름: 12㎛, 나트륨 농도: 15ppm인 실리카(용삼사제「A1」)) 80중량%와 미립자(평균 입자 지름: 1.0㎛, 나트륨 이온 농도: 25ppm인 미립자의 실리카(용삼사제 「5X」)) 20중량%로 이루어진 무기 필러를, 무기 필러가 55부피%가 되도록 배합하여 혼합물을 얻었다.

이 혼합물을 사용해 35㎛ 두께의 구리박 위에 경화 후의 두께가 100㎛가 되도록 절연층을 형성했다.

그 다음에, 가열함으로써 절연층을 열경화시켜 금속 베이스 기판을 얻었다. 절연층 중의 열경화성 수지 전체에서 염화물 이온 300ppm 이하이고, 절연층 중의 무기 필러 전체에서 나트륨 이온 농도가 50ppm 이하였다.

상기 금속 베이스 기판에 대해서, 소정의 위치를 에칭의 레지스트로 마스크하여 구리박을 에칭한 후, 에칭 레지스트를 제거하고 회로를 형성해 금속 베이스 회로 기판으로 했다.

금속 베이스 기판 회로의 소정의 위치에 크림 땜납(센쥬금속사제「M705」)을 메탈 마스크로 도포하고, LED(니치아화학사제「NFSW036B」)를 땜납 리플로우 장치에서 실장했다. 그 후, 프린트 기판의 LED가 실장되어 있지 않은 쪽에 후술하는 열전도율 2W/mK로 두께 100㎛의 열전도성 점착 테이프를 붙이고 U자형의 광체에 고정하여 LED 광원 유닛을 얻었다.

또한, 열전도성 점착 테이프는 산화알루미늄(덴키화학공업사제「DAW-10」)을 400중량부 충전한 것 이외에는 실시예 1에서 얻은 조성을 사용해 실시예 1에 나타내는 순서로 조제한 것이다. 얻어진 LED 광원 유닛의 평가는 실시예 1과 마찬가지 로 실시했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

(비교예 1)

실시예 1과 같은 프린트 기판을 사용했다. 이 프린트 기판의 도체 회로의 소정의 위치에 크림 땜납(센쥬금속 사제「M705」)을 메탈 마스크로 도포하고, LED(니치아화학사제「NFSW036AT」)를 땜납 리플로우 장치에서 실장했다. 그 후, 프린트 기판의 LED가 실장되어 있지 않은 쪽에 두께 250㎛(스미토모 3M사제「Y-947)를 붙이고 금속 광체에 고정하여 LED 광원 유닛을 얻었다.

그 후, LED 광원 유닛을 온도 23℃, 습도 30%의 환경하에서, 얻어진 LED 광원 유닛에 안정화 전원을 접속하고 전류 450mA를 흘려 LED 점등시켰다. 그 때의 전압은 12.5V였다. 점등시킨 LED의 온도를 열전대에 의해 측정했는데 LED의 온도는 70℃였다.

그 후, LED 광원 유닛을 온도 85℃, 습도 85%의 환경하에서 1000시간 방치하고, 다시 온도 23℃, 습도 30%의 환경하에서 LED 광원 유닛에 안정화 전원을 접속해 LED를 점등시키려고 했지만, 점착 테이프가 열화했기 때문에 프린트 기판의 이면 회로와 금속 광체 사이에서 단락이 발생해 LED가 점등하지 않았다.

LED 광원 유닛을 온도 23℃, 습도 30%의 환경하에서 LED에 150mA의 전류를 3000시간 인가해 LED를 연속 점등시키고, 그 후의 기판 휘어짐(LED 실장부로부터 5㎜의 위치)을 마이크로미터에 의해 측정했는데 350㎛이고, 프린트 기판의 LED가 실장되어 있지 않은 면과 점착 테이프의 계면에서 벗겨짐이 발생하고 있었다. 그들의 결과를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

발명의 LED 광원 유닛은 방열성이 향상하고 있으므로, LED 광원으로부터 발생하는 열을 효율적으로 기판 이면 측에 방열하고, 아울러 외부에 방열함으로써, LED 실장 기판의 축열을 저감해 LED의 온도 상승을 작게 할 수 있다. 그 결과, LED의 발광 효율 저하를 억제하고 LED의 손상을 막아, LED를 연속 점등시켜도 프린트 기판이 LED로부터의 발열의 영향을 받아 휘어 버리거나 점착으로부터 벗겨지거나 발광시킨 원하는 위치로부터 LED가 어긋나 본래의 광학 특성을 얻을 수 없는 등의 문제가 없이 밝고 긴 수명을 가지며, 또 재발열하는 LED를 실장할 수 있는 특징을 나타내므로, 여러 가지 용도 분야에 적용할 수 있어 산업상 유용하다.

또한, 2007년 1월 30일에 출원된 일본 특허 출원 2007-019755호의 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용해, 본 발명의 명세서의 개시로서 포함되는 것이다.

Claims

프린트 기판과 상기 프린트 기판에 설치되는 1개 이상의 발광 다이오드(LED)와, 상기 프린트 기판을 방열 부재 표면에 고정하기 위한 점착 테이프를 가지는 LED 광원 유닛으로서, 상기 점착 테이프의 열전도율이 1~4W/mK이고, 또한 이면 도체 회로와 금속 광체(筐體) 사이의 내전압이 1.0kV 이상인 것을 특징으로 하는 LED 광원 유닛.
청구항 1에 있어서,

점착 테이프의 두께가 30~300㎛인 LED 광원 유닛.
청구항 1에 있어서,

점착 테이프의 두께가 30~50㎛인 LED 광원 유닛.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

점착 테이프가 (메타)아크릴산과, (메타)아크릴산과 공중합 가능한 모노머의 공중합체로 이루어진 고분자 수지 재료 20~45부피%와, 입자 지름 45㎛ 이하이고 평균 입자 지름 0.3~30㎛인 무기 필러 40~80부피%를 함유하는 것을 특징으로 하는 LED 광원 유닛.
청구항 4에 있어서,

무기 필러가 산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화붕소, 산화규소(실리카) 및 수산화알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종류 이상인 LED 광원 유닛.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,

점착 테이프가 유리 직물(glass cloth)을 함유하고 있는 LED 광원 유닛.
청구항 1에 있어서,

점착 테이프가 열전도율 2~5W/mK인 실리콘 고무 시트의 양면에 (메타)아크릴산을 포함하는 점착층을 갖고, 실리콘 고무 시트의 두께가 100~300㎛이며, 양면에 형성된 점착층의 두께가 5~40㎛인 LED 광원 유닛.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,

점착 테이프와 프린트 기판의 고정면 및 점착 테이프와 방열 부재 고정면의 접착력이 2~10N/㎝인 LED 광원 유닛.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,

프린트 기판이 유리 직물 기재에 에폭시 수지를 함침시킨 복합 재료(프리프레그)로 이루어진 절연층을 갖고, 그 양면에 구리박을 첩합시킨 것으로서, 상기 구리박에 소정의 회로 패턴을 형성하고, 상기 LED를 실장하는 바로 아래에 스루홀이 형성되어 있는 LED 광원 유닛.
청구항 9에 있어서,

스루홀부에 도금 도체 또는 도체가 매립되어 있는 LED 광원 유닛.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,

프린트 기판이 금속 베이스판 위에 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 함유하고, 또한 열전도율 1~4W/mK를 가지는 절연층을 통하여 도체 회로를 마련한 기판으로서, 금속 베이스판의 두께가 100~500㎛이고, 절연층의 두께가 20~300㎛이며, 도체 회로의 두께가 9~140㎛인 LED 광원 유닛.
청구항 11에 있어서,

절연층이 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 25~50부피% 함유하고, 잔부가 입자 지름 100㎛ 이하인 무기 필러이고, 평균 입자 지름 10~40㎛의 조립자와 평균 입자 지름 0.4~1.2의 미립자로 이루어진 나트륨 이온 농도가 500ppm 이하의 무기 필러인 LED 광원 유닛.
청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,

열가소성 수지 또는 열경화성 수지 중의 염화물 이온 농도는 500ppm 이하인 LED 광원 유닛.
청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,

열가소성 수지가 4불화에틸렌-퍼플루오로알콕시에틸렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체 및 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 불소 수지인 LED 광원 유닛.
청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,

열경화성 수지가 에폭시 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지 및 아크릴 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 LED 광원 유닛.
청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,

열경화성 수지가 비스페놀 A형 혹은 비스페놀 F형의 에폭시 수지 또는 수소 첨가된 비스페놀 A형 혹은 비스페놀 F형의 에폭시 수지인 LED 광원 유닛.
청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,

열경화성 수지가 비스페놀 A형 혹은 비스페놀 F형의 에폭시 수지이고, 또한 에폭시 경화제로서 노볼락형 수지를 함유하는 LED 광원 유닛.
청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,

열경화성 수지가 수소 첨가된 비스페놀 F형 또는 A형의 에폭시 수지이고, 에 폭시 당량이 800~4000인 직쇄상의 고분자량 에폭시 수지를 더 함유하는 LED 광원 유닛.