JP2011091126A

JP2011091126A - 発光装置（ｃｏｂモジュール）

Info

Publication number: JP2011091126A
Application number: JP2009242030A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kawakami; 真吾川上; Hiroshige Tsunoda; 宏重津野田
Original assignee: Shin Etsu Astech Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Astech Co Ltd
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2011-05-06
Also published as: CN102074557A; KR20110043437A; TW201143151A

Abstract

【課題】十分な耐熱性と熱伝導性とを備えたＬＥＤ用パッケージを開発し、発光ダイオードディスプレイパネル装置を提供する。
【解決手段】回路パターンを包摂して一体化された（回路）ベースと（回路）カバーとを合わせて、パッケージ体の凹所にＬＥＤチップを受け入れ、それらが素子基板上に設けられていることを特徴とする。
前記（回路）ベースと前記（回路）カバーとがＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）からなることが好ましく、また、リフレクタおよび封止材を付加させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置（ＣＯＢモジュール）に関し、特には、新たに開発したパッケージ体を用いた発光装置（ＣＯＢモジュール）に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）は、表示装置（特許文献１参照）や発光装置（特許文献２参照）を始めとして、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源などとして、広く利用されてきている。
ＬＥＤから光を取り出すには、ダイオード素子と、ダイオードに通電する導線とが必要であるが、発光した光を無駄にしないための反射材および光を減衰させることの少ない光透過材、更には所望の方向に指向させるための集光体（レンズ等）・取り出される光の色相を調節するための蛍光材等が用いられ、電気を光に変換するに際して発生する熱を伝導・放熱する方策を施すことも欠かすことができない。

ＬＥＤを利用した発光装置に１例を、図３に基づいて、特許文献２は次のように記述している。
「発光装置（ＣＯＢモジュール）２１は、パッケージ基板、例えば装置基板２２と、この装置基板２２上に搭載された複数好ましくは多数の半導体発光素子である、素子基板２３上の青色ＬＥＤチップ２４と、回路パターン２５と、蛍光体含有樹脂層２６と、反射層２７と、接着層２８と、光拡散部材２９と、リフレクタ３０とを備えている。蛍光体含有樹脂層２６は封止部材としても機能する。」

さらに、「装置基板２２は、金属または絶縁材、例えば合成樹脂製の平板からなり、発光装置２１に必要とされる発光面積を得るために、所定形状、例えば長方形状をなしている。装置基板１を合成樹脂製とする場合、例えば、ガラス粉末入りのエポキシ樹脂などで形成することができる。」
「蛍光体層は、蛍光体を保持する層であり、前記１種類または２種類以上の蛍光体を、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂のような透明樹脂に混合・分散させた層として形成することができる。蛍光体層は、発光素子の外側を直接覆うように形成することができるが、発光素子を直接覆うように透明樹脂層を形成し、その上に前記した蛍光体を含む層を設けることも可能である。さらに、蛍光体含有樹脂をシート状に成形し加熱硬化させた蛍光体シートを、発光素子を直接覆うように形成された透明樹脂層の上に配置することもできる。」

ＬＥＤ用の基板やレンズ作用を有した保護部材、絶縁材としては、通常、主としてエポキシ樹脂（エポキシ樹脂を含浸された不織ガラス繊維）が、主として用いられてきたが、近時の青色ＬＥＤの台頭に伴って、主流がシリコーン樹脂へと移行し始めている。シリコーン樹脂は、エポキシ樹脂に比べて、短波長領域における光透過率が格段に優位であることに基づく。

ＬＥＤは、画像表示用に限られず、照明関係等のハイパワー用にも広まってきている。しかしながら、ハイパワー品になると、従来使用されていたパッケージに不具合が目立ち始めてきた。
従来のパッケージは、可塑性樹脂（主としてポリフタルアミド（Ａ））に金属薄層（薄板）の回路パターンをインサートして成形したものが主流で、回路パターンには、銅が用いられる関係から、光反射率を考慮して銀メッキが施されることが一般的であった。ハイパワー品にも使用され始めると、その銀メッキの硫化の問題が目立つようになってきた。

銀メッキの硫化は、外部からの硫黄との反応の結果であり、パッケージ中の、回路パターンとそれを囲繞する絶縁樹脂（Ａが用いられることが多い）との隙間部分を通して硫黄が浸入することに起因するものと考えられる。
回路パターンと絶縁樹脂とは、接着剤等を介在させると熱伝導を阻害することを嫌って、貼着するだけであるので、隙間は避けられなかったが、封止材料に埋め込む段階で埋められている。封止材料がエポキシ系の樹脂である場合には、硫黄の浸入が押さえられていたが、封止材料がシリコーン樹脂に移行すると、シリコーン樹脂を通しての硫黄の透過が硫化の要因として浮かび上がってきている。

また、ハイパワー化に伴って、ＬＥＤからの発熱の問題が、喫緊の課題となってきている。ＬＥＤにおいては、入力エネルギーの９割が熱として消費される。従来も、使用合成樹脂の耐熱性としては、ＬＥＤ組込にリフロー処理が用いられる関係から、リフロー温度（２７０℃程度）の耐熱性が要求されてきたが、リフロー処理はその短時間を耐えれば、例え若干軟化しても、要求を満足するとされてきたが、使用中のＬＥＤからの発熱は、長時間持続することから、使用樹脂の黄変や、軟化による継時的な変形の虞も考慮されなければならなくなり、熱伝導・放熱を強化する必要も意識され始めてきている。

特開平１０−２４２５２３号公報特開２００９−１１１２７３号公報

本発明は、上記の問題を解決するもので、十分な耐熱性と熱伝導性とを備えたＬＥＤ用パッケージを開発し、発光ダイオードディスプレイパネル装置を提供することを課題とする。

本発明の発光装置（ＣＯＢモジュール）は、回路パターンを包摂して一体化された（回路）ベースと（回路）カバーとを合わせて、パッケージ体の凹所にＬＥＤチップを受け入れ、それらが素子基板上に設けられていることを特徴とする。
前記（回路）ベースと前記（回路）カバーとがＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）からなることが好ましく、また、リフレクタおよび封止材が付加させることができる。

本発明によれば、導線パターン（回路パターン）を保持するパターン層ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）を使用することにより、高耐熱性、特に耐変色性が実現できる。また、回路パターンを挟んで両面を覆うパターン層とカバー材とを同じＰＥＥＫとするので、ＰＥＥＫの金属との親和性に基づき、回路パターンとＰＥＥＫとの間に隙間ができず、この部分を通しての硫黄の浸透、その結果としての銀（メッキ）の黒化が起こらない。さらに、パターン層とカバー材とを同じ材料とすることによって、接着層を介することなく、直接相互の融着によって一体化できるので、厚みを削減することができ、伝熱・放熱により効果を発揮することができる。

加えて、表面を鏡面化した“アルミニウム金属基板”を用い、ＬＥＤ素子をその“アルミニウム金属基板”に隣接配置しているので、ＬＥＤ素子からの発光の上方への反射と、ＬＥＤ素子からの発熱の下方への伝熱・放熱とを同時に有効に機能させることができる。

本発明の発光装置（ＣＯＢモジュール）の構造を示す説明図である。本発明の発光装置（ＣＯＢモジュール）の構造を示す一部拡大説明図である。従来技術の発光装置（ＣＯＢモジュール）の構造を示す説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。
本発明の発光装置（ＣＯＢモジュール）１は、装置基板２と、発光体たる素子基板３上のＬＥＤチップ４と、導電路たる回路パターン５と、回路パターン５を保持する（回路）ベース６と、回路パターン５の（回路）カバー７とからなり、ＬＥＤチップ４と回路パターン５とはワイヤ８で結線されている。
本発明の単位発光装置を拡大して示す図２に示すように、（回路）カバー７との上にはリフレクタ９が設けられ、ＬＥＤチップ４、回路パターン５、ワイヤ８を包摂して封止材１０が設けられることを基本とする。

装置基板２としては、発光体からの発光光を上方へと反射する機能を発揮させ、かつ、発光体からの発熱を効率的に伝導する機能をも発揮させるために、少なくとも発光体側を鏡面仕上げとしたアルミニウム板を用いることが好ましい。
回路パターン５としては、通例どおり、導電性を得るために銅合金とし、表面に銀メッキを施す。回路パターン５は、（回路）ベース６と積層する薄体とし、所望のパターンを、例えばエッチング等により形成する。蒸着等によってパターンを形成することもできる。

（回路）ベース６には、従来は、耐熱性と強度とに着目して、エポキシ系の樹脂が用いられる例が殆どであるが、本発明においては、金属材との接合性を重視し、耐熱性、封止材との融合性をも有するＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）を使用する。（回路）カバー７についても、同様の理由により、ＰＥＥＫを使用する。（回路）ベース６と（回路）カバー７とを同じ材料とすることにより、接着層を介することなく、直接相互を熱融着によって一体化できるという有利性をも併せて実現することができる。
回路パターン５を包摂して一体化された（回路）ベース６と（回路）カバー７とを合わせて、パッケージ体とも言う。パッケージ体には素子基板３上のＬＥＤチップ４を受け入れる凹所１１が設けられている。

リフレクタ９は、発光体から発せられた光を所望の方向に指向させるもので、図示例の如くに装置基板に垂直に設けられるものに限られることなく、適宜の角度に傾斜されるものとすることができる。傾斜面は、平面を組み合わせたものであっても、球面・回転放物面等の凹または凸の適宜の面とすることができる。リフレクタ９としては、通例どおりのものが用いられ得る。

封止材１０は、ＬＥＤチップ４、回路パターン５、ワイヤ８を包摂して外界からの干渉から保護するものであるが、蛍光剤が分散配合され、発光体から発せられる光の色調を所望のものに調光する役割も担っている。また、発光光の指向のために、レンズの役割を担わせることもできる。
封止材１０としては、光透過性に勝るものであれば特に限定される訳ではないものの、青色の透過性の面から、シリコーン系の樹脂が好ましい。

本発明においては、パッケージＬＥＤチップ４は、凹所１１に挿入されて、装置基板２に素子基板３を介して設置されるので、パッケージＬＥＤチップ４において発生する熱は、熱の良導体であるアルミニウム製の装置基板２に迅速に伝導され、放熱される。

以上の説明において、特に図１では複数のＬＥＤチップは同種のものを配置して用いる照明器具を想定してきたが、本発明はそれに限られることなく、赤・緑青を一組として、一列に、または三角形状に、配列して、ディスプレイ装置用とすることもできるものであることは言うまでもない。

以上の通りであるので、本発明は、銀メッキの黒化もなく、封止材等の使用樹脂の黄変の極めて少ない、長寿命の発光装置（ＣＯＢモジュール）が提供され得るので、ＬＥＤの利用技術分野への貢献に見るべきものがあると言える。

１：発光装置（ＣＯＢモジュール）
２：装置基板
３：素子基板
４：（発光体たる）ＬＥＤチップ
５：（導電路たる）回路パターン
６：（回路パターンを保持する）（回路）ベース
７：（回路パターンの）（回路）カバー
８：ワイヤ
９：リフレクタ
１０：封止材
１１：（ＬＥＤチップＱ３を受け入れる）凹所
２１：発光装置（ＣＯＢモジュール）
２２：装置基板
２３：素子基板
２４：青色ＬＥＤチップ
２５：回路パターン
２６：蛍光体含有樹脂層
２７：反射層
２８：接着層
２９：光拡散部材
３０：リフレクタ

Claims

回路パターンを包摂して一体化された（回路）ベースと（回路）カバーとを合わせて、パッケージ体の凹所にＬＥＤチップを受け入れ、それらが素子基板上に設けられていることを特徴とする発光装置（ＣＯＢモジュール）。
前記（回路）ベースと前記（回路）カバーとがＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）からなる請求項１に記載の発光装置（ＣＯＢモジュール）。
リフレクタおよび封止材が付加されている請求項１または請求項２に記載の発光装置（ＣＯＢモジュール）。