JP2007214473A - Flexible edge light and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】LEDの放熱基板としてセラミック基板を用いた場合、セラミック基板の加工が難しかった。
【解決手段】細長く切断した複数本のリードフレーム102a、102bを、一定距離だけ離れた複数位置で、導熱樹脂106を固定し、前記導熱樹脂106が形成された部分にLED等の発光素子100を実装することで、フレキシブルなエッジライトを構成することができ、更に発光素子100から発する熱は前記リードフレーム102や前記導熱樹脂106を伝わって広がるため、エッジライトの発光時の放熱効率を高められる。
【選択図】図1When a ceramic substrate is used as a heat dissipation substrate for an LED, it is difficult to process the ceramic substrate.
A plurality of elongated lead frames 102a and 102b are fixed at a plurality of positions separated by a certain distance, a heat conducting resin 106 is fixed, and a light emitting element 100 such as an LED is attached to a portion where the heat conducting resin 106 is formed. By mounting, a flexible edge light can be configured, and further, heat generated from the light emitting element 100 spreads through the lead frame 102 and the heat conducting resin 106, so that the heat dissipation efficiency at the time of light emission of the edge light can be enhanced. .
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、液晶テレビ等のバックライトに使われるフレキシブルエッジライトとその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a flexible edge light used for a backlight of a liquid crystal television or the like and a manufacturing method thereof.
従来、液晶テレビ等のバックライトとしてのエッジライト(エッジライトとは液晶パネル側面や、液晶パネルの裏面にセットされた導光板を側面、つまりエッジ部から照らす棒状のライトを意味する)として、冷陰極管等が使われてきたが、近年の高演色化のニーズのため、LEDやレーザー等の半導体発光素子を、放熱性の基板の上に直線状に実装したものが求められている。 Conventionally, as an edge light as a backlight of a liquid crystal television or the like (an edge light means a bar-shaped light that illuminates a side surface of a liquid crystal panel or a light guide plate set on the back surface of the liquid crystal panel, that is, from the edge). Cathode tubes and the like have been used. However, in recent years, there has been a demand for semiconductor light emitting devices such as LEDs and lasers that are linearly mounted on a heat-dissipating substrate because of the need for higher color rendering.
図5は、従来のLED発光素子の一例を示す断面図である。図5において、セラミック基板1に形成された凹部には、発光素子2が実装されている。また複数のセラミック基板1は、放熱板3の上に固定されている。また複数のセラミック基板1は、窓部4を有する接続基板5で電気的に接続されている。そしてLEDから放射される光6は、接続基板5に形成された窓部4を介して、外部に放出される。なお図5において、凹部を有するセラミック基板1や接続基板5における配線及びLEDの配線等は図示していない。そしてこうした発光モジュールは、液晶等のバックライト、あるいはエッジライトとして使われている。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a conventional LED light emitting element. In FIG. 5, the
しかしLED等の発光素子は、発熱によって発光効率、発光の色バランス等が影響を受けやすい。そのため発光素子の冷却が重要となるが、セラミック基板1は放熱性に優れるが、加工が難しく高価であるため、より安価で加工性に優れた放熱基板が求められていた。 However, light emitting elements such as LEDs are easily affected by light emission efficiency, light emission color balance, and the like. Therefore, although cooling of the light emitting element is important, the ceramic substrate 1 is excellent in heat dissipation. However, since the processing is difficult and expensive, there has been a demand for a heat dissipation substrate that is cheaper and excellent in workability.
またこうした発光モジュールは、放熱板3や接続基板5に固定されているため、柔軟性が無く、取り扱いが難しかった。
Moreover, since such a light emitting module is being fixed to the heat sink 3 or the connection board |
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
しかしながら、前記従来の構成では、発光素子を実装する放熱基板が、セラミック基板であったため、加工性やコスト面で不利になるという課題を有していた。 However, the conventional configuration has a problem that the heat dissipation substrate on which the light emitting element is mounted is a ceramic substrate, which is disadvantageous in terms of workability and cost.
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、セラミック基板の代わりに、複数本のリードフレームを一定距離だけ離れた複数位置で固定する、無機フィラーが熱硬化性樹脂に分散されてなる導熱樹脂と、前記リードフレームの前記切断面に実装された発光素子とからなるフレキシブルエッジライトの構造により、低コスト化が可能で、柔軟性を有するフレキシブルエッジライトとその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and instead of a ceramic substrate, an inorganic filler that fixes a plurality of lead frames at a plurality of positions separated by a certain distance is dispersed in a thermosetting resin. To provide a flexible edge light having a flexible structure and a manufacturing method thereof, which can be reduced in cost by the structure of a flexible edge light composed of a heat conductive resin and a light emitting element mounted on the cut surface of the lead frame. Objective.
本発明のフレキシブルエッジライト及びその製造方法によって得られたフレキシブルエッジライトは、LEDや半導体レーザー等の発光素子によって発生した熱を効率的に拡散する構造を有するため、LED等の発光素子を有効に冷却できる。 The flexible edge light obtained by the flexible edge light of the present invention and the manufacturing method thereof has a structure for efficiently diffusing heat generated by light emitting elements such as LEDs and semiconductor lasers, so that the light emitting elements such as LEDs are effectively used. Can be cooled.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1におけるフレキシブルエッジライトについて、図1を用いて説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the flexible edge light in Embodiment 1 of this invention is demonstrated using FIG.
図1は実施の形態1におけるフレキシブルエッジライトを示す斜視図である。図1において、100は発光素子、102はリードフレーム、104は矢印、106は導熱樹脂、108は点線、110は保護素子である。図1において、複数本のリードフレーム102a、102bは、細長く切断されたものであり、同一平面上に平行に並んだ状態で、互いに一定距離だけ離れた複数位置で、導熱樹脂106によってショートしないように固定されている。そして複数本のリードフレーム102a、102bを固定する導熱樹脂106は、浮島状のリードフレーム102cも固定している。ここでリードフレーム102a、102bを給電用のリードフレームとした場合、浮島状のリードフレーム102cは、前記給電用のリードフレーム102a、102bから電気的に絶縁された状態で導熱樹脂106によって固定されている。このように細長く切断された複数本のリードフレーム102a、102bは、一定距離だけ離れた複数位置で、無機フィラーが熱可塑性樹脂に分散されてなる導熱樹脂106によって、固定する。その結果、導熱樹脂106で固定されていない部分のリードフレーム102a、102bはフレキシブル(柔軟性)を持たせられるため、フレキシブルなエッジライトを構成できる。ここで複数本のリードフレーム102a、102bを同一平面上に並んだ(望ましくは平行に並んだ)状態とすることで、図1(A)に示すように、リードフレーム102a、102bを曲げても、互いが一定間隔を保ったまま曲がることになるため、互いにショートすることがない。なおここでフレキシブルなとは、曲げようとすれば曲がると言う意味であり、何万回、何十万回と、曲げながら使うためのフレキシブルなリードフレームと言うよりは、機器のバックライトの用途として、狭いところにも必要に応じて色々折り曲げながら使える(あるいは組み込める)と言うようなものである。
FIG. 1 is a perspective view showing a flexible edge light according to Embodiment 1. FIG. In FIG. 1, 100 is a light emitting element, 102 is a lead frame, 104 is an arrow, 106 is a heat conducting resin, 108 is a dotted line, and 110 is a protective element. In FIG. 1, a plurality of
図1(A)は、フレキシブルエッジライトに、発光素子100や保護素子110が実装された状態を示す斜視図である。図1(A)において、複数本のリードフレーム102a、102bは同一平面上で、互いにショートしないように並行になった状態で、複数位置において導熱樹脂106で固定されている。そして、導熱樹脂106が形成されていない部分の複数本のリードフレーム102a、102bは柔軟性を有し、図1(A)に示すように自由に曲げることができる。
FIG. 1A is a perspective view showing a state where the
図1(A)において、発光素子100aの一端が、リードフレーム102a、もう一端が浮島状のリードフレーム102cに接続されている。保護素子110aの一端は浮島状のリードフレーム102c、もう一端がリードフレーム102bに接続されている。ここで、リードフレーム102a、102bをそれぞれ給電用のリードフレームとすることで、リードフレーム102a、102bを介して、予め直列接続された発光素子100aと保護素子110aに電流を供給することになる。そして、発光素子100aからは、矢印104aに示すように光が放射される。
In FIG. 1A, one end of a
図1(A)において、発光素子100bを例にとると、その一端は、リードフレーム102bに、もう一端は浮島状のリードフレーム102cに接続されている。そして保護素子110bの一端は、浮島状のリードフレーム102c、もう一端はリードフレーム102aに接続されている。そして発光素子100bを例にとると、リードフレーム102a、102bを介して電流が供給され、発光素子100bから発せられた光は、矢印104bに示すように前方に放射されることになる。
In FIG. 1A, taking the
図1(B)は、図1(A)における発光素子100や保護素子110を省いた状態を示す斜視図である。図1(B)から、複数本のリードフレーム102a、102bは、導熱樹脂106によって互いにショートしないように絶縁されていることが判る。そして導熱樹脂106で固定されていない部分のリードフレーム102a、102bは、図1(B)に示すように柔軟性を有していることが判る。ここで、導熱樹脂106によって、リードフレーム102a、102bを固定する際、同時に浮島状のリードフレーム102cを固定することで、図1(A)に示すように、発光素子100に直列して、保護素子110a、110bを接続することができる。
FIG. 1B is a perspective view illustrating a state where the light-emitting
また図1(B)における点線108は、発光素子100cや保護素子110cが実装される位置を示す。発光素子100cや保護素子110cを、矢印104cに示すように、点線108で示した位置に実装することで、フレキシブルエッジライトを製造する。
A
以上のフレキシブルエッジライトにおいて、リードフレーム102a、102bを給電用とすることで、複数個の発光素子100a、100bを最大定格以下で、安定して点灯させられる。
In the flexible edge light described above, by using the
図2は、実施の形態1におけるフレキシブルエッジライトの上面図である。図2において、リードフレーム102を介して、複数の発光素子100が実装されることが判る。なお図2において、発光素子100の下には、図1に示したように、導熱樹脂106や浮島状のリードフレーム102cが形成されているが、共に図2において発光素子100の後ろに隠れているために見えない。また図2において、複数本のリードフレーム(例えば図1に示したリードフレーム102a、102b)は、リードフレーム102としてまとめている。このように実施の形態1におけるフレキシブルエッジライトの、導熱樹脂106によって形成された部分(すなわち発光素子100が実装される部分)を、発光素子100とほぼ同じ大きさにすることができるため、より薄型化が可能なフレキシブルエッジライトを提供できる。なお用途によって、導熱樹脂106によって形成された部分(すなわち発光素子100が実装される部分)を、発光素子より小さくすることも、大きくすることも可能であることは言うまでもない。
FIG. 2 is a top view of the flexible edge light in the first embodiment. In FIG. 2, it can be seen that a plurality of
図2(A)は、フレキシブルエッジライトの動作について説明する上面図である。図2(A)において、複数本からなるリードフレーム102(図2(A)ではリードフレーム102は、複数本には図示していない)に電流を供給することで、リードフレーム102に接続された複数個の発光素子100が発光し、矢印104aに示すように光を放出する。また図2(A)に示すように、複数個の発光素子100は、リードフレーム102を介して接続されているため、リードフレーム102の導熱樹脂106で固定されていない部分(つまり発光素子100が実装されていない部分)で、自由に曲げることができる。その結果、図2(A)に示すように、本発明のリードフレーム102を、渦巻き状に巻くことも(更には図2(B)に示すようにジグザグに折り曲げることも)可能となる。
FIG. 2A is a top view for explaining the operation of the flexible edge light. In FIG. 2A, a current is supplied to a
図2(B)は、図2(A)のフレキシブルエッジライトの部分拡大図であり、図2(B)では発光素子100から発生した熱が、リードフレーム102を介して、広がる様子を示すものである。図2(B)において、発光素子100の下には、図1(A)、図1(B)に示したような導熱樹脂106やリードフレーム102cが隠れている(図2(B)では見えない)。そして発光素子100に発生した熱は、導熱樹脂106(図2では見えない)を介して、リードフレーム102に伝わり、更にリードフレーム102の上を矢印104bに示すように広がっている。そしてリードフレーム102の上を伝わる熱は、リードフレーム102上で自然冷却される。
2B is a partially enlarged view of the flexible edge light of FIG. 2A, and FIG. 2B shows a state in which heat generated from the
また複数本のリードフレーム102を、互いに同一平面に並ぶようにすることで、複数本のリードフレーム102を同時に曲げたとしても、互いにショートすることがない。そのため、図2(B)に示すように、曲線状に曲げ、あるいは鋭角状(あるいはジグザグに)折り曲げられる。
Further, by arranging the plurality of lead frames 102 on the same plane, even if the plurality of
このように、発光素子100の間を、リードフレーム102a、102bによって電気的に接続することで、エッジライト全体をフレキシブルなものにできる。なお発光素子100の発熱によって、本発明のフレキシブルエッジライト全体が伸縮した場合でも、その熱膨張による応力を、リードフレーム102a、102bに遊び部分を作っておくことで緩和することができる。また複数本のリードフレーム102a、102bの熱膨張係数を合わせておくことも有効である。
In this way, the entire edge light can be made flexible by electrically connecting the
なお図2(A)、図2(B)において、リードフレーム102は、一本(例えば、肉厚0.5mm、幅1mm、長さ1〜20m)の帯状のものとすることができる。そしてこの長尺の(前述の肉厚0.5mm、幅1mm、長さ1〜20m)からなるリードフレーム102に、例えば10mmピッチで、図1(A)、図1(B)に示したような導熱樹脂によるブロック(例えば、高さ2mm、幅2mm、奥行き2mm。これが図1等で示す発光素子100の実装部分に相当する)を形成することで、長尺のフレキシブルエッジライトを作製できる。
2A and 2B, the
ここで発光素子100に保護素子110を直列に入れる理由は、発光素子100に過度なストレス(温度、電流、電圧等)が加わることで破壊することを防止するためである。このように保護素子110を、発光素子100に直列に接続することで、発光素子100を絶対最大定格未満で使用することができる。またこの保護素子110の特性(あるいは値)を最適化設計することで、複数の発光素子100間での発光バラツキを低減することも可能となる。
Here, the reason why the protective element 110 is placed in series with the
このように図2(A)、図2(B)において、フレキシブルエッジライトを構成する導熱樹脂106の一部に浮島状のリードフレーム102cを形成することで、エッジライトの長寿命化設計が容易となる。なお発光素子100や保護素子110は、フレキシブルエッジライトの同一面に実装される必要は無い。図1(A)に示すように発光素子100aをフレキシブルエッジライトの第1の側面(例えば上面)、保護素子110aを前記フレキシブルエッジライトの第2の側面(例えば側面)に実装しても良い。また図1(A)に示すように発光素子100bをフレキシブルエッジライトの側面に、保護素子110bをフレキシブルエッジライトの上面に実装してもよい。また浮島状のリードフレーム102cの形状、個数、配置等はエッジライトの使用用途に応じて最適化できることは言うまでもない。
As described above, in FIGS. 2A and 2B, the life of the edge light can be easily designed by forming the floating island-shaped
次に図3〜図4を用いて、フレキシブルエッジライトの製造方法の一例について説明する。図3〜図4は、フレキシブルエッジライトの製造方法を示す斜視図である。図3(A)において、112はリードフレーム素材であり、長尺のリードフレーム母材(図示していない)から、所定形状に金型等で打抜いたものである。図3(A)において、例えば、リードフレーム素材112は、厚み(肉厚)0.5mm、幅1mm、長さ1〜20mに切断したものである。これを図3(A)のリードフレーム素材112とする。次にこのリードフレーム素材112の一部に切り込みを入れる。こうして図3(B)に示すように、リードフレーム素材112を所定形状に加工することで、図3(C)に示すようなリードフレーム102となる。なおこの加工(あるいはプレス等による打ち抜き加工)は、金型を使うことができる。次に図3(B)の矢印104が示すように、リードフレーム素材112の一部を折り曲げる。こうして形成されたリードフレーム102は、図3(C)に示すように、その一部が折り曲げられている。
Next, an example of a method for manufacturing a flexible edge light will be described with reference to FIGS. 3-4 is a perspective view which shows the manufacturing method of a flexible edge light. In FIG. 3A,
次に図4(A)に示すように、一部が折り曲げられたリードフレーム102aの上に、導熱樹脂106、連続したリードフレーム102b(例えば、肉厚0.5mm、幅1mm、長さ1〜20m。これはリードフレーム102aに揃えることが望ましい。これは揃えることで、折り曲げた時や発熱の影響を受けた時に互いにショートしにくくするためである)、個片状のリードフレーム102c(例えば、肉厚0.5mm、幅1mm、長さ1〜2mm)をセットする。そして図4(A)に示すように、3種類のリードフレーム102a、102b、102cの間に、個片状にした導熱樹脂106をセットする。ここで導熱樹脂106は、例えば円柱状に押し出したものを細かく切断したもの(あるいは一定形状に予備成型したもの)を使うことができる。このように導熱樹脂106を予め所定寸法に切断し、更にその形状(少なくとも断面形状)を丸(もしくは楕円等)に予備成型しておくことで、プレス時に導熱樹脂106とリードフレーム102a、102b、102cの間に空気残り(ボイドと呼ばれることがある)の発生を防止でき、更に導熱樹脂106によって形成された部分(つまり発光素子100の実装される部分)の寸法バラツキを抑えられる。そしてこの状態で図4(A)の矢印104が示すように、所定の金型(金型は図示していない)を用いて、これらを加熱プレスする。なお図4において、矢印104はプレスをする意味であり、プレスの方向は、上下左右、最適な方向から行うことは言うまでもない。またこのプレス工程を複数回に分けることも有効である。
Next, as shown in FIG. 4A, a
図4(B)はプレスが終了した後の様子を示す斜視図である。図4において、導熱樹脂106によって、リードフレーム102a、102b、102cが一体化されていることが判る。
FIG. 4B is a perspective view showing a state after the press is completed. In FIG. 4, it can be seen that the lead frames 102 a, 102 b and 102 c are integrated by the heat
そして図4(B)に示すリードフレーム102a、102bの切断面(つまりリードフレーム102a、102bの肉厚部に相当する)に、図1(A)に示すように発光素子100a、100bを実装することで、発光素子100とほぼ同じサイズ(あるいは実装面積)まで、導熱樹脂106や浮島状のリードフレーム102cを小さくできる。その結果、図2に示したように、フレキシブルエッジライトの上面図では、導熱樹脂106や浮島状のリードフレーム102cが、発光素子100の影に隠せる。
The
なおリードフレーム102に、図3(C)に示すような折り曲げ加工を行っておくことで、リードフレーム102と導熱樹脂106の結合精度や接着強度、成型精度を高めることができる。またリードフレーム102の一部を折り曲げること、あるいはリードフレーム102に直接、発光素子100の一端を半田付け等で接続することで、発光素子100に発生した熱を放熱しやすくなる。
Note that the
なお発光素子100は、LEDやレーザー等の発光素子であり、例えば、チップ状の発光素子である(チップ状とは、発光素子が樹脂封止され、所定の外部電極が取り付けられた状態をいう)であっても、ベアチップであっても良い。
The light-emitting
なお導熱樹脂106として、硬化型樹脂中に高放熱性の無機フィラーが分散されたものを用いることが望ましい。なお無機フィラーは略球形状で、その直径は0.1ミクロン以上100ミクロン以下が適当である(0.1ミクロン未満の場合、樹脂への分散が難しくなり、また100ミクロンを超えると導熱樹脂106の厚みが厚くなり熱拡散性に影響を与える)。そのため導熱樹脂106における無機フィラーの充填量は、熱伝導率を上げるために70〜95重量%と高濃度に充填している。特に、本実施の形態では、無機フィラーは、平均粒径3ミクロンと平均粒径12ミクロンの2種類のAl2O3を混合したものを用いている。この大小2種類の粒径のAl2O3を用いることによって、大きな粒径のAl2O3の隙間に小さな粒径のAl2O3を充填できるので、Al2O3を90重量%近くまで高濃度に充填できるものである。この結果、導熱樹脂106の熱伝導率は5W/(m・K)程度となる。なお無機フィラーとしてはAl2O3の代わりに、MgO、BN、SiO2、SiC、Si3N4、及びAlNからなる群から選択される少なくとも一種以上を含んでもよい。
As the
なお無機フィラーを用いると、放熱性を高められるが、特にMgOを用いると線熱膨張係数を大きくできる。またSiO2を用いると誘電率を小さくでき、BNを用いると線熱膨張係数を小さくできる。こうして導熱樹脂106としての熱伝導率が1W/(m・K)以上20W/(m・K)以下のものを形成することができる。なお熱伝導率が1W/(m・K)未満の場合、発光モジュールの放熱性に影響を与える。また熱伝導率を20W/(m・K)より高くしようとした場合、フィラー量を増やす必要があり、プレス時の加工性に影響を与える場合がある。
When an inorganic filler is used, heat dissipation can be improved, but when using MgO in particular, the linear thermal expansion coefficient can be increased. Further, when SiO 2 is used, the dielectric constant can be reduced, and when BN is used, the linear thermal expansion coefficient can be reduced. In this way, a heat
なお熱硬化性の絶縁樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびシアネート樹脂の内、少なくとも1種類の樹脂を含んでいる。これらの樹脂は耐熱性や電気絶縁性に優れている。導熱樹脂106の厚みは、薄くすれば、一本のリードフレーム102に装着した発光素子100に生じる熱を、他のリードフレーム102に伝えやすいが、逆に絶縁耐圧が問題となり、厚すぎると、熱抵抗が大きくなるので、絶縁耐圧と熱抵抗を考慮して最適な厚さである50ミクロン以上1000ミクロン以下に設定すれば良い。
The thermosetting insulating resin contains at least one kind of resin among epoxy resin, phenol resin and cyanate resin. These resins are excellent in heat resistance and electrical insulation. If the thickness of the
このように、導熱樹脂106としては熱伝導性の良いフィラーを添加することで、熱伝導性や光反射性(導熱樹脂に添加するフィラーを白色の光反射性の高いものにすることで)を高めることになる。
As described above, by adding a filler having good thermal conductivity as the heat
なお、導熱樹脂106の色は、白色が望ましい。黒色や赤、青等に着色されている場合、発光素子から放射された光を反射させにくくなり、発光効率に影響を与えるためである。
Note that the color of the heat
なおリードフレーム102の切断面等に半田付けする際、半田が流れ過ぎないように、ソルダーレジスト等でカバーすることができる。またソルダーレジストの代わりに、導熱樹脂106をリードフレーム102の半田付けしたくない部分に形成しても良い。この時は、リードフレーム102の形状を工夫する(例えば部分的に窪ませ、その上に導熱樹脂106が回り込むようにする)ことで対応できる。
When soldering to the cut surface of the
次にリードフレーム102の材質について説明する。リードフレームの材質としては、銅を主体とするものが望ましい。これは銅が熱伝導性と導電率が共に優れているためである。またリードフレームとしての加工性や、熱伝導性を高めるためには、リードフレーム102となる銅素材に銅以外の少なくともSn、Zr、Ni、Si、Zn、P、Fe等の群から選択される少なくとも1種類以上の材料とからなる合金を使うことが望ましい。例えばCuを主体として、ここにSnを加えた、合金(以下、Cu+Snとする)を用いることができる。Cu+Sn合金の場合、例えばSnを0.1wt%以上0.15wt%未満添加することで、その軟化温度を400℃まで高められる。比較のためSn無しの銅(Cu>99.96wt%)を用いて、リードフレーム102を作製したところ、導電率は低いが、出来上がった放熱基板において特に形成部等に歪が発生する場合があった。そこで詳細に調べたところ、その材料の軟化点が200℃程度と低いため、後の部品実装時(半田付け時)や、発光素子100の実装後の信頼性確認時(発熱/冷却の繰り返し試験等)に変形する可能性があることが予想された。一方、Cu+Sn>99.96wt%の銅系の材料を用いた場合、実装された各種部品や複数個のLEDによる発熱の影響は特に受けなかった。また半田付け性やダイボンド性にも影響が無かった。そこでこの材料の軟化点を測定したところ、400℃であることが判った。このように、銅を主体として、いくつかの元素を添加することが望ましい。銅に添加する元素として、Zrの場合、0.015wt%以上0.15wt%以下の範囲が望ましい。添加量が0.015wt%未満の場合、軟化温度の上昇効果が少ない場合がある。また添加量が0.15wt%より多いと電気特性に影響を与える場合がある。また、Ni、Si、Zn、P等を添加することでも軟化温度を高くできる。この場合、Niは0.1wt%以上5wt%未満、Siは0.01wt%以上2wt%以下、Znは0.1wt%以上5wt%未満、Pは0.005wt%以上0.1wt%未満が望ましい。そしてこれらの元素は、この範囲で単独、もしくは複数を添加することで、銅素材の軟化点を高くできる。なお添加量がここで記載した割合より少ない場合、軟化点上昇効果が低い場合がある。またここで記載した割合より多い場合、導電率への影響の可能性がある。同様に、Feの場合0.1wt%以上5wt%以下、Crの場合0.05wt%以上1wt%以下が望ましい。これらの元素の場合も前述の元素と同様である。
Next, the material of the
なおリードフレーム102に使う銅合金の引張り強度は、600N/mm2以下が望ましい。引張り強度が600N/mm2を超える材料の場合、リードフレーム102の加工性に影響を与える場合がある。またこうした引張り強度の高い材料は、その電気抵抗が増加する傾向にあるため、実施の形態1で用いるようなLED等の大電流用途には向かない場合がある。一方、引張り強度が600N/mm2以下(更にリードフレーム102に微細で複雑な加工が必要な場合、望ましくは400N/mm2以下)とすることでスプリングバック(必要な角度まで曲げても圧力を除くと反力によってはねかえってしまうこと)の発生を抑えられ、形成精度を高められる。このようにリードフレーム材料としては、Cuを主体とすることで導電率を下げられ、更に柔らかくすることで加工性を高められ、更にリードフレーム102による放熱効果も高められる。なおリードフレーム102に使う銅合金の引張り強度は、10N/mm2以上が望ましい。これは一般的な鉛フリー半田の引張り強度(30〜70N/mm2程度)に対して、リードフレーム102に用いる銅合金はそれ以上の強度が必要なためである。リードフレーム102に用いる銅合金の引張り強度が、10N/mm2未満の場合、リードフレーム102に発光素子100や駆動用半導体部品、チップ部品等を半田付け実装する場合、半田部分ではなくてリードフレーム102部分で凝集破壊する可能性がある。
The tensile strength of the copper alloy used for the
なおリードフレーム102の、導熱樹脂106から露出している面(発光素子100や、図示していないが制御用ICやチップ部品等の実装面)に、予め半田付け性を改善するように半田層や錫層を形成しておくことで、ガラエポ基板等に比べて熱容量が大きく半田付けしにくいリードフレーム102に対する部品実装性を高められると共に、配線の錆び防止が可能となる。なおリードフレーム102の導熱樹脂106に接する面(もしくは埋め込まれた面)には、半田層は形成しないことが望ましい。このように導熱樹脂106と接する面に半田層や錫層を形成すると、半田付け時にこの層が柔らかくなり、リードフレーム102と導熱樹脂106の接着性(もしくは結合強度)に影響を与える場合がある。なお図1、図2等において、半田層や錫層は図示していない。
A solder layer is previously applied to the surface of the
またリードフレーム102としては、銅を主体とした金属板を、少なくともその一部が事前に打抜かれたものを用いることができる。そしてリードフレーム102の厚みは0.1mm以上1.0mm以下(更に望ましくは0.3mm以上0.5mm以下)が望ましい。これはLEDを制御するには大電流(例えば30A〜150Aであり、これは駆動するLEDの数によって更に増加する場合もある)が必要であるためである。またリードフレーム102の肉厚が0.10mm未満の場合、プレスが難しくなる場合がある。またリードフレーム102の肉厚が1mmを超えると、プレスによる打ち抜き時にパターンの微細化が影響を受ける場合がある。またエッジライトの幅や高さ(あるいは極細化)に影響を与える場合もある。ここでリードフレーム102の代わりに銅箔(例えば、厚み10ミクロン以上50ミクロン以下)を使うことは望ましくない。本発明の場合、LEDで発生する熱は、リードフレーム102を通じて広く拡散されることになる。そのためリードフレーム102の厚みが厚いほど、リードフレーム102を介しての熱拡散が有効となる。一方、リードフレーム102の代わりに銅箔を用いた場合、銅箔の厚みがリードフレーム102に比べて薄い分、熱拡散しにくくなる可能性がある。
As the
なおリードフレーム102の長さは、10mm以上100m以下が望ましい。リードフレームの長さが10mm未満の場合、エッジライトとしてのコストメリットが得られない場合がある。リードフレーム102の長さが100mを超えると、取り扱いにくくなる場合がある。なおそれでも本発明のフレキシブルリードフレーム102は、大型のリール装置に一種のフープ材として巻き取ることができるため、工夫すれば100mを超えるものでも取り扱うことは可能と思われる。そして必要に応じて、5mなり10mなりを切断することで任意の長さのフレキシブルエッジライトとすることも容易である。なお本発明において、フレキシブルエッジライトを構成する複数のリードフレーム102の熱膨張係数を同じとすることで、発光素子100から発せられる熱によってエッジライトが温度上昇した場合でもフレキシブルエッジライトが捩れたり、曲がったりすることを防止できることは言うまでもない。
The length of the
なお発光素子100は、リードフレーム102の断面部分に実装することができる。リードフレーム102の断面部(リードフレームを金型等で打抜いた部分、もしくは肉厚部、もしくはリードフレームの厚みに相当する)に実装することで、フレキシブルエッジライトの厚みを更に薄層化できる。特に本発明のフレキシブルエッジライトは、図1〜図2に示すように、複数本のリードフレーム102a、102bを互いに同一平面に、平行になるように並べることで、折り曲げてもリードフレーム102a、102bが互いに接触しにくい。また必要に応じてリードフレーム102a、102bの間に絶縁体を挿入しても良い。なおこの場合、絶縁体としては熱伝導性の良いもの、あるいは柔軟性を有する材料を使うことが望ましい。
The
またリードフレーム102の非切断面(いわゆるリードフレーム102の表面もしくは裏面)をフレキシブルエッジライトの側面(もしくはLEDの非実装面)とすることができる。こうして、エッジライトの薄層化を実現できると共に、その高強度化、大電流化、高放熱化、低コスト化が可能となる。 Further, the non-cut surface of the lead frame 102 (the so-called front surface or back surface of the lead frame 102) can be used as the side surface of the flexible edge light (or the non-mounted surface of the LED). In this way, it is possible to realize a thin layer of the edge light, and it is possible to increase the strength, increase the current, increase the heat dissipation, and reduce the cost.
なお電気回路の設計次第で保護素子110を省略することも可能であるが、発光素子100の発光の安定化のためには、図1(A)に示すように発光素子100a、100bに直列に保護素子110a、110bを直列に挿入することが望ましい。またこの保護素子110の最適化設計によって、複数の発光素子100の発光特性(色調、色温度、色バランス、電流−電圧特性、発光効率等)のバラツキを見かけ上抑えることが可能となる。
Although the protective element 110 can be omitted depending on the design of the electric circuit, in order to stabilize the light emission of the
以上のように細長く切断され、互いに同一平面上に並んだ複数本のリードフレーム102a、102bと、前記複数本のリードフレーム102a、102bを、一定距離だけ離れた複数位置で固定する、無機フィラーが熱硬化性樹脂に分散されてなる導熱樹脂106と、前記リードフレーム102a、102bの前記切断面に実装された発光素子100と、からなるフレキシブルエッジライトを提供する。
An inorganic filler that fixes the plurality of
なおリードフレーム102a、102bを細長く切断する寸法は、幅0.5mm以上10mm以下、長さ10mm以上が望ましい。幅が0.5mm未満の場合、リードフレームの加工が難しい場合がある。また幅が10mmを超えるとエッジライトとしての用途が限定される場合がある。また長さが10mm未満の場合、出来上がったエッジライトの長さが10mm未満となるため、その用途が限定される。またその切断面に、発光素子100や保護素子110を実装することで、エッジライトの薄型化が可能となる。
The dimensions for cutting the lead frames 102a and 102b into an elongated shape are preferably 0.5 mm to 10 mm in width and 10 mm in length. When the width is less than 0.5 mm, it may be difficult to process the lead frame. If the width exceeds 10 mm, the use as an edge light may be limited. In addition, when the length is less than 10 mm, the length of the finished edge light is less than 10 mm, so that its application is limited. Further, by mounting the
そして導熱樹脂106を、熱伝導率が1W/(m・K)以上20W/(m・K)以下とし、前記導熱樹脂106の一部には浮島状態のリードフレーム(例えば、図1(A)のリードフレーム102c)を1個以上埋め込むことで、保護素子110等も同時に実装することができ、フレキシブルエッジライトの使い勝手を改善できる。
The
以上のように、本発明にかかるフレキシブルエッジライトを用いることで、各種機器への取り付け性を高めると共に、多数個の発光素子を安定して点灯できるため、液晶表示素子や照明装置の小型化、高演色化等の用途にも適用できる。 As described above, by using the flexible edge light according to the present invention, it is possible to stably attach a large number of light emitting elements while improving the attachment property to various devices. It can be applied to applications such as high color rendering.
100 発光素子
102 リードフレーム
104 矢印
106 導熱樹脂
108 点線
110 保護素子
112 リードフレーム素材
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記複数本のリードフレームを、一定距離だけ離れた複数位置で固定する、無機フィラーが熱硬化性樹脂に分散されてなる導熱樹脂と、前記リードフレームの前記切断面に実装された発光素子と、
からなるフレキシブルエッジライト。 A plurality of lead frames that are elongated and aligned on the same plane;
Fixing the plurality of lead frames at a plurality of positions separated by a certain distance, a heat conducting resin in which an inorganic filler is dispersed in a thermosetting resin, and a light emitting element mounted on the cut surface of the lead frame,
Flexible edge light consisting of
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006034821A JP2007214473A (en) | 2006-02-13 | 2006-02-13 | Flexible edge light and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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-
2006
- 2006-02-13 JP JP2006034821A patent/JP2007214473A/en active Pending
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