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JP2016127138A - Led素子用基板 - Google Patents

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JP2016127138A
JP2016127138A JP2014266648A JP2014266648A JP2016127138A JP 2016127138 A JP2016127138 A JP 2016127138A JP 2014266648 A JP2014266648 A JP 2014266648A JP 2014266648 A JP2014266648 A JP 2014266648A JP 2016127138 A JP2016127138 A JP 2016127138A
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Yasushi Shirohige
靖史 白髭
貴之 駒井
Takayuki Komai
貴之 駒井
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Abstract

【課題】LED素子から発光される光の利用効率を高める優れた光反射機能を有する反射材を備え、且つ、生産性にも優れるLED実装モジュールを提供すること。
【解決手段】反射材15を、メタロセン系直鎖低密度ポリエチレンと、シラン変性ポリエチレン系樹脂とを含んでなり、密度0.870g/cm以上0.940g/cm以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂とし白色顔料を含有する反射材組成物によって成形される単層の樹脂フィルム、又は、前記反射材組成物によって成形される密着強化層を最外層として備える多層の樹脂フィルムとし、更に、複数のLED素子実装用貫通孔151が形成されているものとし、更に、反射材15を、JIS K7210に準拠して測定した引張伸度が800%以上4000%未満としたLED素子用基板1とする。
【選択図】図3

Description

本発明は、LED素子用基板及びその製造方法に関する。
近年、従来のブラウン管型のモニターに代わるものとして、低消費電力化、機器の大型化と薄型化の要請に応え得るものとして、LED素子をバックライト光源として用いた液晶テレビや液晶ディスプレー等のLED表示装置の普及が急速に進展している。
LED素子をこれらの表示装置において光源として実装するためには、通常、支持基板と配線部とからなる各種のLED素子用基板が用いられている。そして、これらの基板上にLED素子を実装した積層体(本明細書では、このような構成の積層体のことを「LED実装モジュール」と言う)が、上記の液晶テレビ等の各種表示装置の光源として広く用いられている。
これらの表示装置においては、高画質化のために、光源の輝度の向上が要求される。そこで、一般に、LED実装モジュールを液晶画面等のバックライト等とする場合、LED素子から発せられる光のうち側面や背面側に漏れる光を上記の画面側に反射してLED素子から発光される光をより効率的に利用するために、上記モジュールに実装されたLED素子の周辺には各種の反射材が設置されている。
LED素子用基板における反射材の一般的態様として、印刷によって基板上に成形された白色レジスト層に一定の厚さをもたせることによって反射率を向上させ、反射材としての機能を発揮させる構成としたものが知られている(特許文献1参照)。
ここで、LED素子から発光される光をより効率的に利用するために、LED素子周囲を取り囲む反射材と当該素子との間のギャップや、特には当該素子の周囲における反射材の高さ(厚さ)等を、いずれもmm単位で精密に制御することが求められる。例えば、上記のギャップの幅を0.1mmとすることが求められた場合、上記の印刷による方法では、このような要求に対して、反射板の高さも制御しつつ、尚且つ、精密にこのギャップ幅を制御することが極めて困難であった。
特開2012−124358号公報
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、LED素子から発光される光の利用効率を高める優れた光反射機能を有する反射材を備え、且つ、生産性にも優れるLED実装モジュール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、LED素子用基板として、可撓性を有する基板フィルム上に金属配線部を形成した所謂フレキシブル基板タイプの配線フィルムを採用することとし、JIS K7210に準拠して測定した引張伸度を最適化した熱可塑性の白色樹脂フィルムからなる反射材をこれに用いることにより、LED素子実装用貫通孔を形成する孔開け加工適正即ち孔開け加工の精度を向上させることが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) 熱可塑性樹脂からなる基板フィルムと、前記基板フィルム上に形成されている金属配線部と、LED素子実装用領域を除く領域を覆って、前記基板フィルム及び前記金属配線部上に積層されている反射材と、を備えるLED素子用基板であって、前記反射材は、メタロセン系直鎖低密度ポリエチレンと、シラン変性ポリエチレン系樹脂とを含んでなり、密度0.870g/cm以上0.940g/cm以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂とし白色顔料を含有する反射材組成物によって成形される単層の樹脂フィルム、又は、前記反射材組成物によって成形される密着強化層を最外層として備える多層の樹脂フィルムであって、前記反射材は、複数のLED素子実装用貫通孔が形成されていて、
前記反射材は、JIS K7210に準拠して測定した引張伸度が800%以上4000%未満であるLED素子用基板。
(2) 前記反射材組成物のベース樹脂の融点が、50℃以上100℃以下である(1)に記載のLED素子用基板。
(3) 前記反射材が互いに融点の異なる樹脂組成物をベース樹脂とする複数の樹脂層によって構成されている多層の樹脂フィルムであって、前記密着強化層のベース樹脂よりも融点の高い樹脂をベース樹脂とする層が中間層として配置されている(1)又は(2)に記載のLED素子用基板。
(4) (1)から(3)のいずれかに記載のLED素子用基板にLED素子を実装したLED実装モジュールをバックライト光源として用いるLED表示装置。
(5) (1)から(3)のいずれかに記載のLED素子用基板の製造方法であって、未架橋の単層又は多層の樹脂フィルムに電離放射線の照射による架橋処理を行うことによって前記反射材を構成する単層又は多層の樹脂フィルムを製造する架橋工程と、前記反射材を構成する単層又は多層の樹脂フィルムを、加熱圧着処理により、前記基板フィルム及び前記金属配線部に密着させる反射材積層工程と、を備えるLED素子用基板の製造方法。
(6) 前記電離放射線の照射を前記未架橋の単層又は多層の樹脂フィルムのいずれか一方の面からのみ行う(5)に記載のLED素子用基板の製造方法。
(7) (1)から(3)のいずれかに記載のLED素子用基板にLED素子を実装したLED実装モジュールの製造方法であって、LED素子を前記金属配線部にハンダ処理によって実装するハンダ処理工程と、前記反射材を構成する樹脂フィルムを、加熱圧着処理により、前記基板フィルム及び前記金属配線部に密着させる反射材積層工程と、を備え、前記反射材積層工程における加熱圧着処理は、前記ハンダ処理工程におけるハンダを加熱するために加えられる熱によって前記樹脂フィルムを加熱することにより行われる、LED実装モジュールの製造方法。
本発明によれば、LED素子から発光される光の利用効率を高める優れた光反射機能を有する反射材を備え、且つ、生産性にも優れるLED実装モジュールを提供することができる。
本発明のLED素子用基板にLED素子を実装してなるLED実装モジュールの一例を模式的示す平面図である。 図1における反射材を除去した状態であって、本発明のLED素子用基板におけるLED素子の実装態様の説明に供する図面である。 図1のA−A部分の断面を模式的に表した断面拡大図であり、本発明のLED実装モジュールにおけるLED素子の実装態様の説明に供する図面である。 図4を上面側から見た平面図であり、本発明のLED実装モジュールにおけるLED素子の実装態様の説明に供する図面である。 本発明のLED素子用基板にLED素子を実装したLED実装モジュールを用いてなるLED表示装置の層構成の概略を模式的に示す斜視図である。
以下、本発明のLED実装モジュール及びLED表示装置の各実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されず、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実装モジュール>
図1から図4に示す本発明のLED実装モジュール10は、本発明独自の材料組成からなり、特に金属配線部13への良好な密着性と、可視光域の光に対する良好な反射性能を有する反射材15を備えるLED素子用基板1に、LED素子16を実装したものである。そして、このLED実装モジュール10は、LED表示装置やその他の様々な大型のLED素子搭載電子機器の光源として好ましく用いることができる。
図3に示す通り、LED実装モジュール10は、LED素子用基板1の「LED素子実装領域」にLED素子16が実装された状態において、LED素子実装用貫通孔151の内周側面とLED素子実装用貫通孔151内に配置されているLED素子16の外周側面との間の隙間であるギャップ部152の幅Wの最大値が1mm以下、好ましくは0.01mm以上0.1mm以下である。又、このWの値のばらつきは、Wの最小値と最大値の比(最小値Wmin/最大値Wmax)が0.9以上であることが好ましく、0.99以上であることがより好ましい。尚、「LED素子実装領域」とは、LED素子用基板1におけるLED素子16の金属配線部13への接合箇所とその周辺部からなる領域であり、LED素子16の設置とLED素子16から発光する光を外部に取り出すために必要な光路の確保のために必要となる空間の直下の領域のことを言う。図1及び図3では、反射材15のLED素子実装用貫通孔151の位置が、LED実装モジュール10におけるLED素子実装領域となるように反射材15が配置されている。
ギャップ部152の幅Wの最大値が1mmを超えるとLED素子16の周辺部分において反射材15が存在しない領域が相対的に大きくなり、これにより反射材15全体としての反射性能が低下する。ギャップ部152の幅Wの最大値を1mm以下とすることで、LED素子16から発光される光を有効利用してLED表示装置の輝度を向上させることができる。又、この幅Wは0.1mm以下であることがより好ましく、輝度向上の点からは、0.01mm程度までであれば、この幅Wが小さいほどよい。但し幅Wが0になると、反射材15の積層時の位置合わせが困難となり、実装後にLED素子16からの発熱によって反射材の部分的な溶融等の損傷が起きる危険があり、ギャップ部152の幅Wを微少化するとしても、0ではない微細な隙間を残すことが好ましい。
但し、LED素子が上面部のみから発光するタイプのものであり、側面部から発光される光の反射が不要である場合もある。この場合は、ギャップ部の幅は0、即ちギャップが存在しない状態であることが更に好ましい。この場合の対応として、従来は、ギャップ部にスペーサーとなる剤を注入して隙間を埋める処理を行っていたが、本発明にかかる反射材を用いる場合は、圧着時の熱条件の調整により、反射材15を形成する樹脂をギャップ部内に適度に流れ込ませることも可能であり、これにより、上記態様のLED素子が実装される場合であっても好ましく用いることができる。
尚、本発明のLED素子用基板は、基板フィルム11上において、必要に応じて更に熱硬化型インキ等からなる絶縁性保護膜を積層したものであってもよい。例えば、LED素子実装領域の周辺部等に反射材15が存在しない範囲がある場合等に、当該範囲及びその周囲に熱硬化型インキ等からなる絶縁性保護膜を積層することによって更にLED素子用基板1の耐マイグレーション特性を向上させることができる。ただし、これを積層せず、反射材15によってLED素子用基板に必要な絶縁機能を担保することもできる。
[LED素子用基板]
次に、LED実装モジュール10において、上記態様のギャップ部152を形成することを可能とするLED素子用基板1についてその詳細を説明する。LED素子16を実装するフレキシブル配線基板であるLED素子用基板1は、図1から図3に示す通り、熱可塑性樹脂からなる基板フィルム11の表面に、金属箔等からなる導電性の金属配線部13が、接着剤層12を介して形成されている。そして、図3に示す通り、基板フィルム11及び金属配線部13上における「LED素子実装領域」を除く領域を覆って反射材15が積層されている。反射材15は、詳しくは、基板フィルム11の表面上においては、接着剤層12を介して、基板フィルム11上に積層されていてもよい。この接着剤層12は、通常、金属配線部13のエッチング処理後に基板フィルム11上に残存しているものである。
LED素子用基板1は、反射材15の材料を、孔開け加工が容易で、且つ、加熱圧着処理によって金属配線部13上にも強固に密着させることができる熱可塑性樹脂系の材料に限定したものである。これにより、反射材15に数十μm単位の精度でLED素子実装用貫通孔151を所望の位置及びサイズで高精度で形成することができる。そして、フレキシブルな基板フィルム11や金属配線部13上における位置合せと密着形成の作業が、通常の生産ライン上で連続的に実施可能な熱ラミネーション処理等の加熱圧着処理によって行うことができる。LED素子用基板1は、LED素子実装用貫通孔151が形成された反射材15が、LED素子実装領域の周囲を取り囲んで高い精度で配置されていることにより、LED実装モジュール10の輝度の向上に大きく寄与しうるものとなっている。
LED素子用基板1は、図3に示すように、LED素子16が、ハンダ層14を介して、金属配線部13の上に導電可能な態様で実装されることによりLED実装モジュール10となる。
(基板フィルム)
基板フィルム11は、フィルム状に成形された可撓性を有する熱可塑性樹脂を用いて形成することができる。
基板フィルム11の材料として用いる熱可塑性樹脂には耐熱性及び絶縁性が高いものであることが求められる。このような樹脂として、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樹脂(PI)や、ポリエチレンナフタレート(PEN)を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)を好ましく用いることもできる。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)も基板フィルムの材料樹脂として選択することができる。
基板フィルム11を形成する熱可塑性樹脂は、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。この観点から、基板フィルムを形成する熱可塑性樹脂は、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。又、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、基板フィルム11には、LED表示装置のバックライト等としての一体化時に、LED素子用基板1に必要とされる絶縁性を付与し得る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、基板フィルム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。
基板フィルム11の厚さは、特に限定されないが、耐熱性及び絶縁性と、製造コストのバランスとの観点から、概ね10μm以上100μm以下程度であることが好ましい。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。
(金属配線部)
図2及び図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の配置は、LED素子を実装することができる配置であれば特定の配置等に限定されない。但し、LED素子用基板1においては、基板フィルム11の一方の表面の少なくとも80%以上、好ましくは90%、より好ましくは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。これにより金属配線部をLED素子用基板1を用いてなるLED表示装置において求められる放熱性の向上に寄与することができる。
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。これにより、放熱性と電気伝導性の両立を図ることができる。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り、又、LED寿命も延長される。更に、熱による基板等の周辺部材の劣化も防止できるので、LED素子用基板をバックライトとして組み込んだ画像表示装置自体の製品寿命も延長できる。
尚、金属配線部13の表面抵抗値は、500Ω/□以下が好ましく、300Ω/□以下がより好ましく、更に100Ω/□以下が好ましく、特に50Ω/□以下が好ましい。下限は0.005Ω/□程度である。
金属としては、アルミニウム、金、銀、銅等の金属箔が例示できる。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、一例として厚さ10μm〜50μmが挙げられる。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。又、金属層厚みが上記下限値に満たないと、基板フィルム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保持することができ、重量増大によるハンドリング性の低下等も防止できる。
(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16との接合については、ハンダ層14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。
(反射材)
反射材15は、本願独自の組成からなる反射材組成物を用いて単層又は多層の樹脂フィルムとしたものである。反射材組成物は、所定の融点及び密度範囲にあるポリエチレン系樹脂をベース樹脂とし、後に詳細を説明するα−オレフィンとエチレン性不飽和シラン化合物とをコモノマーとして共重合してなる共重合体(以下、「シラン変性ポリエチレン系樹脂」とも言う)と、酸化チタン等の白色顔料と、を含有する樹脂組成物である。LED素子用基板1は、この反射材組成物を用いてなる樹脂フィルムからなる反射材15を、ねじ止め等の物理的固定手段によらず、基板フィルム11及び金属配線部13上に、加熱圧着処理等の方法によって強固に密着させて構成した積層体であることを特徴とする。強固に密着とは、具体例としては、流通の過程でロール状に巻き取られる等の態様で長期保管された後でも、金属配線部13と反射材15との間に剥離が発生しない程度の密着の強度のことを言う。又、金属密着性により、加熱圧着処理ができる樹脂であることによって、LED素子の実装後に反射材をLED素子の配置位置に厳密に合わせながらかぶせる工程が不要となり、生産性の向上に寄与することができる。
反射材15は、LDE素子用基板の積層部剤として必要とされる反射性、金属密着性、電気抵抗性を維持しつつ、孔開け加工適性、より具体的には、LED素子実装用貫通孔151を形成する孔開け加工の精度を、改善したものである。孔開け加工適正の改善は、LED素子用基板1の反射材において全く着目されることのなかった引張伸度を、独自の知見に基づいて見出した最適範囲に調整することにより実現されている。又、そのような最適化は、下記に詳細を説明する通りの独自の反射材組成物の選定や、架橋処理時の処理条件の調整により実現することができる。
反射材15は、JIS K7210に準拠して測定した引張伸度が4000%未満、好ましくは、3500%未満であることを特長とする。引張伸度とは、反射材が定速引張りにより切断した時点の伸びを%で表したものであるが、この引張伸度が、大きいほど、引張力に対して柔軟なフィルムである。このため、LED素子用基板としての一体化のための真空加熱ラミネーション工程で、十分な柔軟性を得て、凹凸のある金属配線部13に対しても十分な密着性を発現させるためには、上記の引張伸度が800%以上であることが好ましい。一方、この引張伸度が大きくなり過ぎると、LED素子実装用貫通孔151の孔開け加工時に、孔開けのための打抜き方向への樹脂の不要な引張変形が起こり易く、LED素子実装用貫通孔151の周辺に不要なバリが形成されたり、或いは、LED素子実装用貫通孔151孔の位置ずれ等、加工精度の低下が起きやすくなる。反射材15は、この加工精度と引張り伸度の相関に関する独自の知見に基づいて、引張伸度を上記の特定範囲に限定したものである。
尚、反射材のショアA硬度は、80度以上であることが好ましく、90度以上100度以下であることが好ましく、93度以上98度以下であることがより好ましい。ショアD硬度が80度以上であることにより、反射材の孔開け加工適性を好ましいものとしつつ、ショアD硬度が100度以下であることにより、必要十分な金属密着性を備えることができる。
反射材15は、反射材組成物から成形されるなる単層のフィルムからなるものであるか、或いは、反射材組成物から成形されるフィルムを密着強化層として、その最外層に配置した多層のフィルムからなるものである。本明細書において、多層のフィルムとは、少なくともいずれか一方の最表面側に積層される最外層と、最外層以外の層である中間層と、からなる2層以上の複数層構造を有するフィルムのことを言う。中間層とは、最外層以外の層のことを言い、単層構造であってもよく、或いは、中間層それ自体が複数の層からなる多層構造を有するものであってもよい。
反射材15は、その層構成にかかわらず、その総厚さが、100μm以上250μm以下であることが好ましく、125μm以上225μm以下であることがより好ましい。反射材15の総厚さが100μm未満であると、樹脂フィルムの伸縮性やフレキシブル性が過大であることにより、LED実装モジュールとしての一体化時の作業性が低下する。一方、250μm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保持することができ、重量増大によるハンドリング性の低下等も防止できる。又、例えば、反射材15が最外層−中間層−最外層の三層構造からなるものである場合の各層の厚さ比は、1:1:1〜1:30:1であることが好ましく、1:3:1〜1:15:1であることがより好ましい。
そして、反射材15には、数十μm単位の高精度で、LED実装モジュール10においてLED素子実装領域となる貫通項であるLED素子実装用貫通孔151が必要な位置及びサイズで形成されている。
反射材15は、その層構成にかかわらず、反射材組成物により成形される密着性の高いフィルム層により十分な柔軟性を付与され、LED素子用基板1としての一体化工程時におけるモールディング特性や基材密着性、とりわけ、金属密着性を顕著に向上させることができる。
尚、反射材15が多層フィルムからなる場合、中間層は、最外層よりも融点が高いことが好ましい。中間層を最外層よりも高融点とすることによって、反射材15の最外層側における好ましい密着性を保持したまま、反射材15に十分な耐熱性を付与することができる。
又、反射材15は、架橋処理後のゲル分率が1%以上85%以下、好ましくは、5%以上70%以下となるように、架橋処理が行われたものであることが好ましい。架橋処理の詳細は後述するが、ゲル分率が1%未満であると、金属配線部等への加熱圧着時に、架橋工程による流動抑制の効果が発現せず、反射材組成物が過剰に流動し、膜厚を一定に保つのが困難になる。一方、ゲル分率が85%を超えると、反射材組成物の流動性が低くなりすぎて、金属配線部等の凹凸に追従するモールディング特性が不十分となる。即ち、反射材のゲル分率が上記範囲となるように製造工程における架橋処理条件を最適化することによって、反射材組成物の過度の流動を抑制することができる。ここで、ゲル分率(%)とは、反射材0.1gを樹脂メッシュに入れ、60℃トルエンにて4時間抽出したのち、樹脂メッシュごと取出し乾燥処理後秤量し、抽出前後の質量比較を行い、残留不溶分の質量%を測定しこれをゲル分率としたものである。尚、多層フィルムである反射材のゲル分率については、全ての層が積層された多層状態のままで、上記処理を行い、得られた測定値を、当該多層フィルムのゲル分率とした。
又、反射材15は、その線膨張係数が、融点以上の温度帯で、いずれも1.0×E−4/℃未満であることが好ましい。LED素子用基板1は、反射材15を貼合する工程やリフロー工程の際に高温となるため、これにより、反射材15が熱収縮しようとする。この収縮力により、LED素子用基板1がカール変形することが、反射材15とLED素子用基板1の金属配線部13等への密着性へ悪影響を与える。LED素子用基板1において、反射材15の線形膨張係数を、上記範囲とすることにより、上記工程時におけるそのようなLED素子用基板1のカール変形を抑制することができる。
(反射材組成物)
本発明のLED素子用基板1を構成する反射材15を成形するために用いる樹脂組成物である反射材組成物の詳細について説明する。反射材組成物は、低密度ポリエチレン等からなるベース樹脂と、酸化チタン等からなる白色顔料とを、所定の含有量で配合することによって得ることができる樹脂組成物である。但し、反射材組成物中の白色顔料の好ましい含有量は、反射材15の総厚さと相関があり、概ねこれと反比例する反射材組成物中における白色顔料の含有の態様の詳細については後述する。反射材15は、単層の反射材、或いは、多層の反射材の最外層に配置する密着強化層を、この反射材組成物を用いて成形するものである。尚、反射材15を多層とする場合における中間層を形成する樹脂組成物は、上記の反射材組成物よりも相対的に高融点、高密度のポリエチレン系樹脂又はその他の熱可塑性樹脂をベース樹脂とする反射材中間層用の組成物を別途用いることが好ましい。
尚、反射材15を多層とする場合における中間層を形成する樹脂組成物は、上記の反射材組成物とは、融点や密度の異なる樹脂を選択することにより、反射材15の耐熱性を最適化することができる。例えば、相対的に密着強化層を形成する反射材組成物よりも、高融点、高密度のポリエチレン系樹脂又はその他の熱可塑性樹脂をベース樹脂とする反射材中間層用の組成物を別途用いることにより、反射材の耐熱性を必要十分な高さに調整することができる。尚、反射材の耐熱性を中間層で担保する方法としては、このような層毎の組成の使い分けによる他、例えば架橋処理時に条件設定により、層毎に架橋の進行後に傾斜をつける方法によることもできる。
反射材組成物のベース樹脂として用いるポリエチレン系樹脂としては、密度0.870g/cm以上0.940g/cm以下、好ましくは、0.870以上0.930g/cm以下のポリエチレン系樹脂を用いる。この反射材組成物のベース樹脂の密度は、中間層用の組成物のベース樹脂と、同じであるか、或いは、中間層用の組成物のベース樹脂よりも低密度であることが好ましい。
ここで、反射材組成物のベース樹脂として用いるポリエチレン系樹脂の融点は、50℃以上100℃以下であり、好ましくは50℃以上80℃以下である。ベース樹脂として用いるポリエチレン系樹脂の融点が50℃未満であると、LED素子16からの発熱に対する耐熱性が不足し、100℃を超えると金属配線部13等への密着性が不足する。尚、後述する通り、反射材組成物のベース樹脂の融点を、上記範囲としておくことにより、LED素子16の金属配線部13への実装のためのハンダ処理時に同処理にかかる加熱で反射材15を金属配線部13等に融着させる製造方法を選択することができるようになる。これにより、LED実装モジュール10の生産性をより向上させることができる。
尚、反射材組成物のベース樹脂として用いるポリエチレン系樹脂は、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)、又はメタロセン系直鎖低密度ポリエチレン(M−LLDPE)を適宜好ましく用いることができる。中でも、シングルサイト触媒であるメタロセン触媒を用いて合成されるものであるM−LLDPEは、側鎖の分岐が少なく、コモノマーの分布が均一であるため、分子量分布が狭く、以下に詳述する通りの超低密度にすることが容易であり、反射材の最外層に対して好ましい柔軟性を付与することができる。その結果、LED素子用基板において反射材と積層される他部材との密着性を高めることができる。
又、反射材組成物のベース樹脂として用いるポリエチレン系樹脂は、製膜性を良好に保つ観点から、JIS7210に準じて測定した190℃、荷重2.16kgにおけるMFRの値(本明細書における「MFR」とは、この値のことを言う。)が、0.5g/10min以上30.0g/10min以下の範囲であることが好ましく、1.0g/10min以上15.0g/10min以下であることがより好ましい。
反射材組成物に含まれる上記ベース樹脂の含有量は、組成物中の全樹脂成分の合計100質量部に対して、好ましくは10質量部以上99質量部以下、より好ましくは50質量部以上99質量部以下であり、更に好ましくは90質量部以上99質量部以下である。上記の組成範囲内において他の樹脂を含んでいてもよい。尚、本明細書において全樹脂成分という場合は、上記の他の樹脂を含む。
反射材組成物には、適宜、シラン変性ポリエチレン系樹脂を含有させることができる。但し、反射材と他部材との密着性を効率よく高めるためには、他部材との密着面となる最外層への重点的な同樹脂の添加がとりわけ好ましい。シラン変性ポリエチレン系樹脂は、主鎖となる直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)等に、エチレン性不飽和シラン化合物を側鎖としてグラフト重合してなるものである。このようなグラフト共重合体は、接着力に寄与するシラノール基の自由度が高くなる。シラン変性ポリエチレン系樹脂の含有量については、同樹脂にグラフトされているエチレン性不飽和シラン化合物の反射材組成物中における含量が、同組成物の全樹脂成分100質量部に対して、0.1質量部以上2.0質量部以下、より好ましくは0.2質量部以上1.5質量部以下となるように適宜調整することが好ましい。これにより、反射材の他部材への密着性を向上させることができる。
シラン変性ポリエチレン系樹脂は、例えば、特開2003−46105号公報に記載されている方法で製造でき、当該樹脂をLED素子用基板用の反射材組成物の成分として使用することにより、強度、耐久性等に優れ、且つ、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性、耐風圧性、耐降雹性、その他の諸特性に優れ、更に、LED素子用基板を製造する加熱圧着等の製造条件に影響を受けることなく極めて優れた熱融着性を有し、安定的に、低コストで、種々の用途に適するLED素子用基板を製造しうる。
反射材15が多層フィルムである場合における中間層用の組成物のベース樹脂としては、上記の反射材組成物のベース樹脂よりも相対的に密度の高い樹脂であることが好ましい。具体的には、密度0.920g/cm以上0.970g/cm以下のポリエチレン、好ましくは、0.935g/cm以上0.965g/cm以下の高密度ポリエチレン(HDPE)を用いることができる。又、中間層用の組成物のベース樹脂の融点は、125℃以上であることが好ましい。又、中間層用の組成物のベース樹脂としては、上記密度範囲にあるその他の熱可塑性樹脂も用いることができる。これらの中間層用の組成物のベース樹脂の反射材組成物中の含有量は、10質量%以上50質量%以下、好ましくは15質量%以上35質量%以下とする。中間層用の組成物のベース樹脂の種類と密度範囲、及び反射材組成物中の含有量を上記の通りとすることにより、反射材の他部材への好ましい密着性を保持したまま、十分な耐熱性を反射材に備えさせることができる。又、上述の通り、中間層による耐熱性の担保を材料選択によらず架橋処理の条件設定によって実現することもできる。具体的な例として、例えば、中間層用の組成物のベース樹脂として、上記の反射材組成物のベース樹脂と同程度の密度0.870g/cm以上0.940g/cm以下のポリエチレン系樹脂として用いることとし、これに対する電離放射線による架橋処理の処理条件を最適化することにより、層毎の架橋進行度に傾斜をつけて、密着強化層の密着性を保持したまま、中間層に十分な耐熱性を付与して反射材15を形成することも可能である。
中間層用の組成物のベース樹脂として用いることができるその他の熱可塑性樹脂の具体例として、ポリプロピレン樹脂(PP)中に、エチレン−プロピレンゴム(EPDM、EPM)を微分散させた熱可塑性エラストマーであるオレフィン系エラストマー等を好ましく用いることができる。上記オレフィン系エラストマーは、ポリエチレンとは非相溶ではあるが、柔軟性が高く、且つ、耐熱性を有するため、反射材に好ましい柔軟性と耐熱性を付与することができる。
又、中間層用の組成物のベース樹脂として用いるポリエチレン系樹脂は、製膜性を良好に保つ観点から、JIS7210に準じて測定した190℃、荷重2.16kgにおけるMFRの値が、0.5g/10min以上30.0g/10min以下の範囲であることが好ましく、1.0g/10min以上15.0g/10min以下であることがより好ましい。
中間層用の組成物に含まれる上記ベース樹脂の含有量は、組成物中の全樹脂成分の合計100質量部に対して、好ましくは10質量部以上99質量部以下、より好ましくは50質量部以上99質量部以下であり、更に好ましくは90質量部以上99質量部以下である。上記の組成範囲内において他の樹脂を含んでいてもよい。尚、本明細書において全樹脂成分という場合は、上記の他の樹脂を含む。
反射材組成物は、必要な反射性を備えるものとするために、上記のベース樹脂に白色顔料が添加される。この白色顔料としては、酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化ケイ素等を挙げることができる。中でも、酸化チタンを、本発明の反射材組成物に用いる白色顔料として、特に好ましく用いることができる。白色顔料の添加量は、上記の通り、反射材の厚さに応じて最適化する。基本的に厚さが大きいほど反射材組成物中の白色顔料の含有量はより少なくてもよく、より少ない含有量で必要な反射性を保持することができる。
例えば、反射材15の総厚さが、100μm〜250μmの範囲にあるとき、反射材組成物に添加する白色顔料の含有量は、12質量%以上45質量%以下であることが好ましい。そして、尚且つ、反射材15の総厚さ(μm)の値と、白色顔料の含有量(質量%)の値との積(以下、単に「厚さと含有量の積」とも言う)が一定の範囲内の値であることが好ましい。この厚さと含有量の積の値の具体的な好ましい範囲は、3000以上4500以下、好ましくは、3600以上4200以下である。例えば、反射材15の総厚さが100μmのとき、白色顔料の含有量は、(3000/100=30,4500/100=45より)30質量%以上45質量%以下であることが好ましく、同じく200μmであれば白色顔料の含有量は、(3000/200=15、4500/200=22.5より)15質量%以上22.5質量%以下であることが好ましく、同じく250μmであれば白色顔料の含有量は、(3000/250=12、4500/250=18より)12質量%以上18質量%以下であることが好ましい。尚、反射材15が多層フィルムからなる場合であっても、全層における平均の濃度が上記範囲にあることが好ましい。
酸化チタン等の白色顔料の反射材組成物中の含有量を上記範囲に限定することにより、反射材15の金属密着性を損なうことなく、良好な反射率を反射材15に備えさせることができる。尚、上記含有量が12質量%未満であるか、又は、上記の厚さと含有量の積が3000未満であると反射性が不足し、一方、同含有量が45質量%を超えるか、又は、上記の厚さと含有量の積が4500を超えると、製膜性の低化やブリードアウト等による反射材のフィルムの平滑性の低下が問題となる一方、それ以上の添加による反射率の向上効果が認められなくなる。
良好な反射率とは、具体的には以下の通りである。即ち、反射材15は、本発明の構成要件を充足することにより、波長450〜700nmにおける反射率が、いずれも、95.0%以上であり、好ましくは97.0%以上、より好ましくは98.0%以上のもとのすることができる。尚、絶対反射率の厳密な測定は困難であるため、上記の反射率については、通常比較標準試料との相対反射率を使用する。本発明においては、比較標準試料として硫酸バリウムを使用している。本発明における反射率は、分光光度計(例えば、(株)島津製作所UV2450)に積分球付属装置(例えば、(株)島津製作所製ISR2200)を取り付け、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。
尚、反射材組成物には、適宜、密着性向上剤を添加することにより、更に、他基材との密着性、特に金属密着性を高めることができる。密着性向上剤としては、公知のシランカップリング剤を用いることができる。シランカップリング剤は特に限定されないが、例えば、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のビニル系シランカップリング剤、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等のメタクリロキシ系シランカップリング剤等を好ましく用いることができる。尚、これらは単独で又は2種以上を混合して使用することもできる。
密着性向上剤として、シランカップリング剤を添加する場合、その含有量は、反射材組成物の全樹脂成分の合計100質量部に対して0.1質量部以上10.0質量部以下であり、上限は好ましくは5.0質量部以下、以下である。シランカップリング剤の含有量が上記範囲にあり、且つ、反射材組成物を構成する樹脂に適量のエチレン性不飽和シラン化合物の含量されているときには、密着性がより好ましい範囲へと向上する。
但し、上記範囲内であっても、密着性向上剤の添加は封止材シートの物性に悪影響を及ぼす場合がある。具体的には、シランカップリング剤が経時により凝集固化し封止材シート表面で粉化する、所謂ブリードアウトが発生する場合である。又、製膜条件によっては、シランカップリング剤の添加に起因する反応が、製膜中に過剰に進行して、封止材組成物が押出し機の搬出スクリューへ密着して生産性を低下させてしまう場合もある。よって、生産性低下等の上記リスクを負ってまで過剰な密着性向上剤を添加する必要はない。反射材15のヤング率に着目してこれを最適範囲に調整することによって、密着性向上剤無添加、或いは、通常より少量の添加によっても、他部材への十分な密着性、特に優れた金属密着性を発揮するものとすることができる。
反射材組成物及び中間層用の組成物には、いずれについても、適宜、架橋剤を含有させることができる。架橋剤は公知のものが使用でき特に限定されず、例えば公知のラジカル重合開始剤を用いることができる。ラジカル重合開始剤としては、例えば、ジイソプロピルベンゼンヒドロパーオキサイド、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(ヒドロパーオキシ)ヘキサン等のヒドロパーオキサイド類;ジ‐t‐ブチルパーオキサイド、t‐ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐パーオキシ)ヘキシン‐3等のジアルキルパーオキサイド類;ビス‐3,5,5‐トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、o‐メチルベンゾイルパーオキサイド、2,4‐ジクロロベンゾイルパーオキサイド等のジアシルパーオキサイド類;t‐ブチルパーオキシアセテート、t‐ブチルパーオキシ‐2‐エチルヘキサノエート、t‐ブチルパーオキシピバレート、t‐ブチルパーオキシオクトエート、t‐ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t‐ブチルパーオキシベンゾエート、ジ‐t‐ブチルパーオキシフタレート、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキシン‐3、t‐ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルカーボネート等のパーオキシエステル類;メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド等のケトンパーオキサイド類等の有機過酸化物、又は、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス(2,4‐ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジオクテート、ジオクチル錫ジラウレート、ジクミルパーオキサイド、といったシラノール縮合触媒等を挙げることができる。
架橋剤を反射材組成物及び中間層用の組成物に含有させる場合、その含有量は、反射材の製造方法に応じて適宜調整すればよい。
例えば、特開2013−115212号公報に記載されている方法、即ち、反射材成形後に電離放射線による架橋処理によってヤング率を所望の範囲に調整する方法によって反射材を製造する場合には、架橋剤の添加は必須ではなく、その反射材組成物中の含有量は、反射材組成物の全樹脂成分に対する含有量が0質量%以上0.5質量%未満であり、好ましくは0.02質量%以上0.5質量%以下の範囲である。0.02質量%以上の架橋剤を添加することにより、本発明の反射材に用いるポリエチレン系樹脂により好ましい耐熱性を付与することができる。
一方、例えば、特許文献2に記載の通り、成形中に、押出し装置に過度な負担を及ぼさない程度のごく弱い架橋反応(弱架橋)を進行させることによって耐熱性を付与する製造方法によって反射材を製造する場合には、反射材組成物の全樹脂成分に対して、0.02質量%以上0.5質量%未満の架橋剤を添加することにより、本発明の反射材に用いるポリエチレン系樹脂に好ましい耐熱性を付与することができる。一方、架橋剤の添加量が0.5質量%を超えると、成形中にゲルが発生する等して製膜性が低下し、透明性も低下するため好ましくない。
本発明においては架橋助剤として、炭素−炭素二重結合及び/又はエポキシ基を有する多官能モノマーを用いることができる。架橋助剤としてより好ましくは、多官能モノマーの官能基がアリル基、(メタ)アクリレート基、ビニル基であるものが用いられる。このような架橋助剤の添加により、低密度ポリエチレンの結晶性を低下させ、低温柔軟性に優れる架橋済みの反射材を得ることができる。
架橋助剤を用いる場合、具体的には、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)、トリアリルシアヌレート、ジアリルフタレート、ジアリルフマレート、ジアリルマレエート等のポリアリル化合物、トリメチロールプロパントリメタクリレート(TMPT)、トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート等のポリ(メタ)アクリロキシ化合物、二重結合とエポキシ基を含むグリシジルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル及びエポキシ基を2つ以上含有する1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル等のエポキシ系化合物を挙げることができる。これらは単独でもよく、2種以上を組み合わせてもよい。
尚、反射剤組成物及び中間層用の組成物には、いずれも、必要に応じて、その他の成分として、三酸化アンチモン系難燃剤や水酸化マグネシウム系難燃剤等の無機系難燃剤等、必要に応じて適切な難燃剤を添加することが好ましい。
[LED素子]
LED素子16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16も、本発明のLED実装モジュール10に用いることができるが、上記のうち素子片面に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。
<反射材の製造方法(第1の実施態様)>
反射材1の製造方法の第1の実施態様は、中間層と最外層の各層毎に反射材組成物を選択し、更に、それらの溶融成形後に電離放射線の照射を行い、架橋度の進行程度を適切に制御する方法である。
又、本発明の反射材の製造方法の第2の実施態様は、製膜中に弱架橋を進行させ、その架橋の進行程度を制御する方法である。この第2の実施態様においては、第1の実施態様と異なり、製膜後の別途の架橋処理は不要である。但し、製膜後の別途の架橋工程が不要である点と、製膜中に弱架橋を進行させるための架橋剤の添加量や製膜温度条件の範囲が異なる点の他は、第2の実施態様は、第1の実施態様と同様のプロセスである。以下、先ずは、本発明の反射材の製造方法の第1の実施態様の製造方法について、説明する。
[フィルム化工程]
中間層用及び最外層用の各組成物の溶融成形は、通常の熱可塑性樹脂において通常用いられている成形法、即ち、射出成形、押出成形、中空成形、圧縮成形、回転成形等の各種成形法により行われる。多層フィルムとしての成形方法としては、一例として、2種以上の溶融混練押出機による共押出により成形する方法が挙げられる。
成形時の成形温度の下限は反射材組成物の融点を超える温度であればよい。成形温度の上限は、架橋剤を使用する場合には、当該架橋剤の1分間半減期温度に応じて、製膜中に架橋が開始しない温度、即ち、反射材組成物のゲル分率を0%に維持できる温度であればよい。
ここで、本発明の反射材の製造方法(第1の実施態様)においては、反射材組成物中において架橋剤は必須ではなく、又、架橋剤を添加する場合であってもその含有量は0.5質量%未満とする。このため、通常の低密度ポリエチレン樹脂の成形温度、例えば、120℃程度の加熱条件下では、ゲル分率の変化は現れず、樹脂の物性に実質的な影響を与えるような架橋は進行しない。製膜中の反射材組成物のゲル分率を0%に維持する本発明の製造方法によれば、製膜時に押出機等にかかる負荷を低減し、反射材の生産性を高めることが可能である。
[架橋工程]
上記のフィルム化工程後の未架橋の反射材に対して、電離放射線による架橋処理を施す架橋工程を、フィルム化工程の終了後、且つ、反射材を他の部材と一体化するLED素子用基板一体化工程の開始前に行う。この架橋処理によってゲル分率が2%以上80%以下となる反射材とする。架橋処理はフィルム化工程に続いて連続的にインラインで行われてもよく、オフラインで行われてもよい。
電離放射線の照射による架橋処理については、個別の架橋条件は特に限定されない。大凡の具体的な照射量の目安としては、架橋処理後の中間層のゲル分率が、5%程度以上の範囲となるように適宜設定すればよい。具体的には、電子線(EB)、α線、β線、γ線、中性子線等の電離放射線によって行うことができるが、なかでも電子線を用いることが好ましい。電子線照射における加速電圧は、被照射体であるフィルム厚さによって決まり、厚いフィルムほど大きな加速電圧を必要とする。例えば、200μm程度の厚さのフィルムでは100kV以上、好ましくは200kV以上で照射する。加速電圧がこれより低いと、中間層の架橋が十分に進行しない。照射線量は5kGy〜200kGy、好ましくは5〜100kGyの範囲である。照射線量が5kGyより小さいと中間層の架橋が十分に進行せず、又、200kGyを超えると、発生する熱による反射材の変形や着色等が懸念されるようになる。
又、電離放射線の照射は、中間層の架橋を上記の程度に十分に進行させうる条件であれば、片面側から或いは両面側からの照射いずれであってもよいが、被照射体の層間で、架橋の進行度に傾斜をもたせることがより好ましい。これにより、架橋の進行度の小さい方の面を金属配線部等との密着面とするここにより、反射材15全体としての必要な耐熱性を保持したまま、より優れた密着性を得ることができる。特に反射材15が単層のフィルムからなる場合、その両面において、このような方法により、架橋の進行度に傾斜を持たせることは、耐熱性と密着性のバランスをとる上で有効な方法となる。尚、電離放射線の照射は大気雰囲気下でもよく窒素雰囲気下であってもよい。
尚、この架橋処理はフィルム化工程に続いて連続的にインラインで行われてもよく、オフラインで行われてもよい。又、架橋処理が一般的な加熱処理である場合は、一般的に、架橋剤の含有量として反射材の全成分100質量部に対して0.5質量部以上1.5質量部以下が必要とされているが、本願発明の反射材においては、架橋剤の含有量が0であってもよく、含有する場合であっても0.5質量部未満であることが好ましい。これにより、反射材組成物のフィルム化工程における反射材組成物のゲル化による生産性低下のリスクが低減できる。尚、このようにして得られた本発明の反射材は架橋処理が施されているために、再度のアニール処理等は不要であり、このまま後の反射材積層又は密着工程で使用することができる。
<反射材の製造方法(第2の実施態様)>
本発明の反射材の製造方法の第2の実施態様は、反射材組成物への架橋剤の添加量を製膜性の低下にはつながらない適量範囲で増量して、製膜中に弱架橋を進行させ、これを適切に制御することによって、反射材1の各層の架橋の進行度を最適範囲に調整する方法である。以下、本発明の反射材の製造方法の第2の実施態様について、第1の実施態様と同様の部分については説明を省略し、第1の実施態様と異なる部分についてのみ説明する。
この第2の実施態様によって反射材1を製造する場合には、反射材組成物の全樹脂成分に対して、0.02質量%以上0.5質量%未満の架橋剤を添加する。
第2の実施態様における反射材のフィルム化は、第1の実施態様と同様の方法で行うことができる。ただし、成形中に弱架橋反応を促進させるために、成形温度は反射材組成物を構成するポリエチレン系樹脂の融点+50℃以上であることが好ましい。具体的には150から250℃の高温とすることが好ましく、より好ましくは190から230℃の範囲である。尚、この成形温度は架橋剤の1分間半減期温度以上であるので、成形後には架橋剤はほとんど残留しない。このため、弱架橋はこの成形段階で終了する。
<LED素子用基板の製造方法>
LED素子用基板1は、従来公知の電子基板の製造方法の一つであるエッチング工程と、本発明特有の反射材積層工程と、によって、製造することができる。又、選択する材料樹脂に応じて、予め当該樹脂にアニール処理による耐熱性向上処理を施しておくことが好ましい。
[アニール処理]
本発明においては必須ではないが、アニール処理は、従来公知の熱処理手段を用いることができる。アニール処理温度の一例としては、基板フィルム11を成形する熱可塑性樹脂がPENである場合、ガラス転移温度から融点の範囲、更に具体的には160℃から260℃、より好ましくは180℃から230℃の範囲である。アニール処理時間としては、10秒から5分程度が例示できる。このような熱処理条件によれば、一般的に80℃程度であるPENの熱収縮開始温度を、100℃程度に向上させることができる。
[エッチング工程]
必要に応じてアニール処理を経た基板フィルム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基板フィルム11の表面に接着する方法、或いは、基板フィルム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基板フィルム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成形する。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成形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成形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フィルムの表面にエッチングマスクを成形してもよいし、インクジェットプリンター等の印刷技術により積層フィルムの表面にエッチングマスクを成形してもよい。
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。
[反射材積層工程]
金属配線部13の形成後、その上に反射材15を更に積層する。この積層は、上記製造方法によって得た反射材用のフィルムを、金属配線部13等及び基板フィルム11の表面に加熱圧着する熱ラミネーション法により好ましく行うことができる。この熱ラミネーションはLED素子16の実装の前後の段階で、適宜、反射材を金属配線部13等に圧着させるための独立した加熱処理として行ってもよい。ただし、下記に記す通り、LED実装モジュールの製造のプロセス内で、LED素子16の実装のためのハンダ処理時にハンダを溶融するための熱によって、LED素子16の実装のためのハンダ処理と反射材15の金属配線部13等への熱ラミネーション処理を同時に行うこともできる。
反射材15へのLED素子実装用貫通孔151の形成についてはパンチング処理やレーザー処理等、従来公知の各種の孔開け加工によることができる。尚、この孔開け加工は、反射材に上記のような架橋処理を行う場合は、同処理を終えた後に行うことによって、孔開け加工の精度を更に高めることができる。
<LED実装モジュールの製造方法>
LED実装モジュール10の製造方法について説明する。
[反射材製造工程]
上記の反射材の製造方法により、反射材15を製造する工程である。
[ハンダ処理工程]
金属配線部13へのLED素子16の接合は、ハンダ加工により行うことができる。このハンダ加工による接合は、リフロー方式、或いは、レーザー方式によることができる。リフロー方式は、金属配線部13にハンダを介してLED素子16を搭載し、その後、LED素子用基板1をリフロー炉内に搬送して、リフロー炉内で金属配線部13に所定温度の熱風を吹きつけることで、ハンダペーストを融解させ、LED素子16を金属配線部13にハンダ付けする方法である。又、レーザー方式とは、レーザーによってハンダを局所的に加熱して、LED素子16を金属配線部13にハンダ付けする手法である。この処理における加熱は使用するハンダの種類によって様々であるが、一般に170℃程度であり、特に低融点のハンダを用いた場合には135℃程度である。
金属配線部13へのLED素子16のハンダ接合を行う際は、基板フィルム11における裏面側からのレーザー照射によって、ハンダのリフローを行う方法とすることが好ましい。これにより、加熱によるハンダの有機成分の発火とそれに伴う基材の損傷をより確実に抑制することができる。
[反射材密着工程]
反射材15を構成する樹脂フィルムを、基板フィルム11及び金属配線部13に密着させる加熱圧着処理は、様々な公知の加熱圧方法により行うことが可能であるが、本製造方法においては、上記のハンダ処理工程におけるハンダを加熱するたに加えられる熱によって反射材15を成形する樹脂フィルムをハンダ処理時に同時にそのために加えられる熱で加熱することによって行うことができる。これにより、LED実装モジュール10の製造における工程数を減らすことができ、生産性が向上する。
<LED表示装置>
図5は、LED実装モジュール10を用いたLED表示装置100の層構成の概略を模式的に示す斜視図である。LED表示装置100は、所定の間隔でマトリクス状に配列された複数のLED素子16を駆動(発光)することによって、文字や映像等の情報(画像)をモニター3に表示する。尚、LED実装モジュール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の放熱構造4がLED素子用基板1の裏面側に設置されていることが更に好ましい。
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
<反射材の製造>
下記表1の組成(表1中の融点(℃)とEB照射の強度(kGy)以外の数値の単位は、全て組成比(質量%))の反射材組成物及び中間層用の組成物を混合し単層用のブレンドとした。上記ブレンドをφ30mm押出し機、400mm幅のTダイスを有するフィルム成形機を用いて、押出し温度180℃、引き取り速度1.1m/minで反射材用の各フィルムを成形した。実施例1〜3については、厚さ200μmの単層のフィルムを成形して、これらの単層の反射材用フィルムから各反射材を製造した。又、実施例4〜5については、それぞれ下記のベース樹脂3又は4からなる層を中間層とし、この両面にベース樹脂2を含んでなる層を最外層として配置した3層からなる多層フィルムを成形し、この多層フィルムから反射材を製造した。この多層フィルムの総厚さを200μmとし、各層の厚さ比を、1:6:1とした。
反射材組成物及び中間層用の組成物の原料として以下の各原料を使用した。
(ベース樹脂)
ベース樹脂1(表1にて「ML1」と表記、以下同様):密度0.880g/cm、融点60℃であり、190℃でのMFRが3.5g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン(M−LLDPE)。
ベース樹脂2(「ML2」):密度0.901g/cm、融点97℃であり、190℃でのMFRが3.5g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン(M−LLDPE)。
ベース樹脂3(PS1):密度0.880g/cm、MFRが30g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン100質量部に対して、ビニルトリメトキシシラン2質量部と、ラジカル発生剤(反応触媒)としてのジクミルパーオキサイド0.15質量部とを混合し、200℃で溶融、混練して得たシラン変性ポリエチレン系樹脂。密度0.880g/cm、MFR13.0g/10分。融点60℃。
ベース樹脂4(PS2):密度0.902g/cm、MFRが13g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン100質量部に対して、ビニルトリメトキシシラン2質量部と、ラジカル発生剤(反応触媒)としてのジクミルパーオキサイド0.15質量部とを混合し、200℃で溶融、混練して得たシラン変性ポリエチレン系樹脂。密度0.901g/cm、MFR2.0g/10分。融点97℃。
ベース樹脂5(「HD」):密度0.963g/cm、190℃でのMFRが7.0g/10分、融点が135℃、の高密度ポリエチレン(HDPE)。
ベース樹脂6(表1中で「PP」と表記):密度0.910g/cm、230℃でのMFRが7.0g/10分、融点が165℃、のポリプロピレン(PP)。
(白色顔料)
酸化チタン:平均粒径0.3μmの酸化チタン。実施例1〜5及び比較例2の反射材組成物及び中間層用の組成物における含有量が、いずれも、19質量%となるように各反射材組成物及び中間層用の組成物に添加した。尚、実施例1〜5及び比較例2の反射材の総厚さはいずれも200μmであるので、上記において説明した厚さと含有量の積については、これらの反射材においては、全て3800である。
実施例1から3の上記成形後の反射材用のフィルムに対して電子線照射装置(岩崎電気株式会社製、製品名EC250/15/180L)を用い、いずれも加速電圧200kV、照射強度については反射面側からのみ、表1に記載の各強度(kGy)で照射して、架橋済の反射材とした。
実施例4〜5の上記成形後の反射材フィルムについては、電子線照射による架橋処理は行わずに、そのまま各実施例の反射材とした。
汎用的に白色の反射性樹脂として用いられている下記の樹脂フィルム(白色のPETフィルム)を比較例1の反射材とした。これについて電子線照射による架橋処理は行っていない。
「高反射/白色ボイドフィルムルミラーE6SR」厚さ188μm、融点250℃。
Figure 2016127138
<評価例1:引張り伸度と孔開け加工適性>
実施例と比較例の各反射材について、引張伸び度と孔開け加工適性を測定評価した。
[引張伸度の測定]
15mm幅にカットした実施例、比較例の各反射材を形成する樹脂フィルムについて、それぞれ切り出し、JIS K7210により、引張伸度を測定した。測定機器としては、エー・アンド・ディー(A&D)株式会社製の引っ張り試験機[機種名:テンシロン]を用いた。結果を表2に示す。
[孔開け加工適性試験]
JIS K7210により、実施例及び比較例の封止材シートの引張伸度を測定した。測定機器としては、エー・アンド・ディー(A&D)株式会社製の引っ張り試験機[機種名:テンシロン]を用いた。又、孔開け加工適正を下記の評価基準により評価した。孔開けはパンチングで行い半径5mmの丸孔を貫通させた。
評価基準 A:貫通孔周囲に、バリが全く形成されないか、或いは、1.0mm未満のバリ形成されている。
B:貫通孔周囲に、1.0mm以上3.0mm未満のバリが形成されている。
C:貫通孔周囲に、3.0mm以上のバリが形成されている。或いは、貫通孔の開口部形状について、その他の目視で確認できる程度の好ましくない変形が認められる。
Figure 2016127138
<評価例2:金属密着性>
実施例、比較例の各反射材について、金属密着性を測定評価した。
[金属密着性試験]
15mm幅にカットした実施例、比較例の各反射材を、それぞれ銅箔(75mm×50mm×0.035mm)上に密着させて、下記の熱ラミネート条件(a)〜(d)と同条件で、真空加熱ラミネータ処理を行い、それぞれの実施例、比較例について金属密着性評価用サンプルを得た。これらの各金属密着性評価用サンプルについて、下記の試験条件における密着強度を測定して金属密着性を評価した。
測定は、上記の金属密着性評価用サンプルにおいて、銅箔上に密着している反射材について、剥離試験機(テンシロン万能試験機 RTF−1150−H)にて垂直剥離(50mm/min)試験を行い、測定結果を、以下の評価基準A〜Dにより評価した。結果を表3に示す。尚、この評価基準は、リフロー処理後の半完成品の段階までに少なくとも必要と想定される密着性という観点で下記評価基準を規定するものである。
(熱ラミネート条件) (a)真空引き:0.5分
(b)加圧(0kPa〜100kPa):100kPa
(c)圧力保持(100kPa):1.0分
(d)温度100℃
(評価基準) A:1.5N/15mm以上
B:0.5N/15mm以上1.5N/15mm未満
C:0.05N/15以上0.5N/15mm未満
D:0.05N/15mm未満
Figure 2016127138
表2及び表3より、ヤング率が過小な比較例1の反射材は流動性が低く密着性に問題があり、ヤング率が過大な比較例2は流動性が高く密着性には優れるが、孔開け加工適性に劣る。これに対して適切な樹脂選択と架橋処理等でヤング率を最適化した実施例の反射材は孔開け加工適性と金属密着性を兼ね備えるものであることが分かる
1 LED素子用基板
11 基板フィルム
12 接着剤層
13 金属配線部
14 ハンダ層
15 反射材
151 LED素子実装用貫通孔
152 ギャップ部
16 LED素子
21 鉄板フレーム
22 リジット基板
23 固定用ピン
3 モニター
4 放熱構造
10 LED実装モジュール
100 LED表示装置

Claims (7)

  1. 熱可塑性樹脂からなる基板フィルムと、
    前記基板フィルム上に形成されている金属配線部と、
    LED素子実装用領域を除く領域を覆って、前記基板フィルム及び前記金属配線部上に積層されている反射材と、を備えるLED素子用基板であって、
    前記反射材は、メタロセン系直鎖低密度ポリエチレンと、シラン変性ポリエチレン系樹脂とを含んでなり、密度0.870g/cm以上0.940g/cm以下のポリエチレン系樹脂をベース樹脂とし白色顔料を含有する反射材組成物によって成形される単層の樹脂フィルム、又は、前記反射材組成物によって成形される密着強化層を最外層として備える多層の樹脂フィルムであって、
    前記反射材は、複数のLED素子実装用貫通孔が形成されていて、
    前記反射材は、JIS K7210に準拠して測定した引張伸度が800%以上4000%未満であるLED素子用基板。
  2. 前記反射材組成物のベース樹脂の融点が、50℃以上100℃以下である請求項1に記載のLED素子用基板。
  3. 前記反射材が互いに融点の異なる樹脂組成物をベース樹脂とする複数の樹脂層によって構成されている多層の樹脂フィルムであって、前記密着強化層のベース樹脂よりも融点の高い樹脂をベース樹脂とする層が中間層として配置されている請求項1又は2に記載のLED素子用基板。
  4. 請求項1から3のいずれかに記載のLED素子用基板にLED素子を実装したLED実装モジュールをバックライト光源として用いるLED表示装置。
  5. 請求項1から3のいずれかに記載のLED素子用基板の製造方法であって、
    未架橋の単層又は多層の樹脂フィルムに電離放射線の照射による架橋処理を行うことによって前記反射材を構成する単層又は多層の樹脂フィルムを製造する架橋工程と、
    前記反射材を構成する単層又は多層の樹脂フィルムを、加熱圧着処理により、前記基板フィルム及び前記金属配線部に密着させる反射材積層工程と、を備えるLED素子用基板の製造方法。
  6. 前記電離放射線の照射を前記未架橋の単層又は多層の樹脂フィルムのいずれか一方の面からのみ行う請求項5に記載のLED素子用基板の製造方法。
  7. 請求項1から3のいずれかに記載のLED素子用基板にLED素子を実装したLED実装モジュールの製造方法であって、
    LED素子を前記金属配線部にハンダ処理によって実装するハンダ処理工程と、
    前記反射材を構成する樹脂フィルムを、加熱圧着処理により、前記基板フィルム及び前記金属配線部に密着させる反射材積層工程と、を備え、
    前記反射材積層工程における加熱圧着処理は、前記ハンダ処理工程におけるハンダを加熱するために加えられる熱によって前記樹脂フィルムを加熱することにより行われる、LED実装モジュールの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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