JP2009525614A - コンプライアントなフォイル構造を有するｌｅｄ照明アセンブリ - Google Patents

Abstract

照明アセンブリ（１０）は、電気絶縁層（４０）で隔てられている第１及び第２の導電フォイル（３２、３６）を有するコンプライアント基板（３０）を備える。絶縁層は、絶縁層の熱伝導率を高める粒子が充填されているポリマー材料（４３）を含む。複数のＬＥＤダイ（２０）が第１の導電フォイル（３２）上に配置されている。

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）デバイス、これらのコンポーネント、及び、これらに関連する物品及びプロセスに関するものである。

ＬＥＤは光源として望ましい選択肢である。その理由の一部は、比較的小さいサイズ、所要電力／電流の低さ、迅速なレスポンスタイム、長い耐用期間、頑丈なパッケージ、さまざまな出力波長を利用可能であること、及び、最新の回路構造との互換性である。これらの特徴は、ＬＥＤが過去数１０年にわたってさまざまな最終用途分野で広く利用されてきたことを説明する一助となりうる。ＬＥＤの改良は、効率性、輝度、及び、出力波長の分野で引き続き行われており、潜在的な最終用途は更に拡大している。

最近ＬＥＤは、液晶ディスプレイテレビデバイス、並びに、その他のタイプのライティング及びディスプレイシステムにおいて、バックライトを当てる目的で使われ始めている。ライティング用途の大半では、所要の光強度をもたらすためには複数のＬＥＤを搭載する必要がある。比較的小さいサイズのおかげで、複数のＬＥＤを、寸法が小さく輝度又は放射照度が高いアレイ内で組み合わせることができる。

アレイ内の個々のＬＥＤのパッキング密度を増加することによって、ＬＥＤアレイの光密度の向上を実現できる。パッキング密度の増加は、アレイの占める空間を増大させることなくアレイ内のＬＥＤの数を増やすか、又はアレイ内のＬＥＤの数は変えずにアレイの寸法を縮小させることによって、実現できる。しかしながら、１つのアレイ内に多数のＬＥＤを密集してパッキングすると、全体効率の高い熱伝導メカニズムを備えていても、局部加熱によってＬＥＤの寿命が短縮するため、長期的な信頼性に対する問題となる。したがって、ＬＥＤのパッキング密度が増加すると、ＬＥＤアレイの発する熱を放散させることの重要性が増大する。別の用途では、パッキング密度の高くないものでも、ＬＥＤダイの駆動電圧／電流及び輝度が増加しており、ＬＥＤダイ周辺の局部温度の上昇を招く。

結果的に、各ＬＥＤダイの位置、及び、アレイ全体における更に優れた放熱法に対するニーズが存在している。

従来のＬＥＤ実装技術では、米国特許出願公開第２００１／０００１２０７Ａ１号（シミズ（Shimizu）ら）に例示されているようなパッケージで、ＬＥＤ内で発生した熱をＬＥＤから素早く運び出すことができないパッケージを用いる。結果として、デバイスの性能が限定される。ごく最近では、熱強化パッケージが現れ、このパッケージでは、ＬＥＤは、電気絶縁性であるが熱伝導性である、セラミックなどの基板の上に実装されて結線されるか、熱伝導性ビアアレイを備えているか（例えば米国特許出願公開第２００３／０００１４８８Ａ１号（スンダール（Sundahl）））、熱伝導性と導電性とを有する熱輸送媒体に取り付けられているダイを電気接続するリードフレームを用いるもの（例えば米国特許出願公開第２００２／０１１３２４４Ａ１号（バーネット（Barnett）ら））である。向上した熱特性を備える照明アセンブリは、米国特許出願公開第２００５／０１１６２３５Ａ１号（シュルツ（Schultz）ら）に開示されており、この特許では、照明アセンブリは、基板の第１の側に電気絶縁層を、基板の第２の側に導電層を有する基板上に配置されているＬＥＤダイが複数備わっている。各ＬＥＤダイは、基板の第１の側の電気絶縁層を通って第２の側の導電性層まで延びているビア内に配置されており、また、各ダイは、このビアを通じて、熱及び電気によってこの導電層に接続している。この導電層は、複数の電気絶縁性熱分散素子を画定するようパターニングされており、この素子は同様に、熱放散アセンブリの近くに配置されている。

これらのごく最近のアプローチによってＬＥＤアレイの熱特性は向上するものの、これらのアプローチにはデメリットがあることを本出願の出願者は発見した。特に、ＬＥＤアレイが配置される基板は、ＬＥＤから発せられた光を十分に使用、制御、及び、操作するのに有用なサイズである局部特徴部を形成する機能が限られている。

本出願ではとりわけ、電気絶縁層で隔てられている第１及び第２の導電フォイルを有するコンプライアント基板を備える照明アセンブリを開示する。この絶縁層は、その絶縁層の熱伝導率を高める粒子が充填されているポリマー材料を含む。好ましくは、第１の導電フォイル上に、複数のＬＥＤダイが配置される。

代表的な実施形態では、コンプライアント基板は変形部を少なくとも１つ有し、ＬＥＤダイの少なくとも１つはこの変形部の上又は中に配置されている。一部の実施形態では、第１及び第２の導電フォイルと絶縁層を変えて、基板の光学特性を制御する。

本出願のこれらの態様及び他の態様は、以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかし、上記要約は、請求されている主題に関する限定として決して解釈すべきでなく、主題は、添付の特許請求の範囲によってのみ規定され、実行の間補正してもよい。

本明細書では、ＬＥＤダイを備える照明アセンブリについて説明する。その際、「発光ダイオード」又は「ＬＥＤ」とは、可視光、紫外光、赤外光を問わず、光を発するダイオードを指す。これには、従来型又は超放射型のものにかかわらず、「ＬＥＤ」として販売されている非干渉性の封入又はカプセル型半導体デバイスが含まれる。ＬＥＤが紫外光などの非可視光を発する場合、及び、ＬＥＤが可視光を発する一部のケースでは、ＬＥＤは、パッケージ化して有機又は無機リンを含有させて（あるいは、遠隔配置させたリンを照射してもよい）、短波長光を更に波長の長い可視光に変換することができ、一部のケースでは、白色光を発するデバイスをもたらす。「ＬＥＤダイ」は、最も基本的な形態、すなわち半導体加工手順によって製造される個々のコンポーネント又はチップの形態のＬＥＤである。例えば、ＬＥＤダイは通常、１つ以上のIII 族素子と１つ以上のＶ族素子の組み合わせ（III −Ｖ半導体）から形成される。好適なIII −Ｖ半導体材料の例としては、窒化ガリウムなどの窒化物、及び、リン化インジウムガリウムなどのリン化物が挙げられる。その他のタイプのIII −Ｖ半導体材料も用いることができ、周期表のその他の族の無機材料なども用いてもよい。コンポーネント又はチップには、デバイスに加圧する目的で電力を加えるのに適した電気接点を含めることができる。例としては、ワイヤボンディング、テープ自動ボンディング（ＴＡＢ）、又は、フリップチップボンディングが挙げられる。コンポーネント又はチップの個々の層及びその他の機能素子は典型的に、ウェハスケールで形成した後、完成ウェハを個々の断片に切断して、多数のＬＥＤダイをもたらすことができる。ＬＥＤダイは、表面実装、チップオンボード、又は、その他の既知の実装構成に合わせて構成してもよい。パッケージＬＥＤには、ＬＥＤダイと付随の反射カップとを覆うように形成されるポリマーカプセル材を形成することによって製造するものもある。

以下で更に詳しく説明されているように、ＬＥＤダイは、コンプライアント基板上に配置することができる。この際、フォイル、基板、又は、その他の薄い物品は、局部的な力又は圧力を用いて、大きな亀裂又は機能損失を伴わずに前記物品を永久変形させることができる場合には、「コンプライアント」とみなす。この物品を平らに置いた場合に、この変形部のすべての側が物品の平坦部に隣接するように、突出部又は凹部となりうる、この変形部をこの物品の一部分のみに隔離することができる。言い換えると、この変形部には、複合湾曲を持たせることができる。すなわち、この変形部は、直交し合っている２つの基準面の各々の中で湾曲させることができ（半球の場合のように滑らかに変動させるか、平らな小面を有するピラミッド形の場合のように区分的に不連続にするかは問わない）、この基準面はこの物品の平面に対して垂直である。永久変形部は、手で物品に小型の鈍器を押し付けることによって得られるもののように、適度な圧力によって製造できるものが好ましい。

図１を見てみると、照明アセンブリ１０の一部の斜視図が描かれている。照明アセンブリ１０は、コンプライアント基板３０のアレイ内に配置されているＬＥＤダイ２０を複数備える。ＬＥＤダイ２０は、好ましい波長、例えば、赤色、緑色、青色、紫外、又は、赤外スペクトル領域の波長を発するように選択することができる。ＬＥＤダイ２０はそれぞれが、同じスペクトル領域、又は、異なるスペクトル領域で発光させることができる。一部のケースでは、ＬＥＤダイ２０の高さは公称で２５０μｍである。

コンプライアント基板３０は、基板の上面３４を画定する第１の導電層３２と、基板３０の底面３８を画定する第２の導電層３６とを備える。第１の導電層３２と第２の導電層３６は、電気絶縁層４０で隔てられている。図示されているように、第１の導電層３２は、電気回路トレース４１を形成するようにパターニングされており、ＬＥＤダイ２０は第１の導電層３６の上に配置されるとともに、第１の導電層３６に電気接続する。図示されている回路トレース４１は例に過ぎない。

基板３０の第２の導電層３６は、ヒートシンク又は熱放散アセンブリ５０に隣接して配置されているとともに、熱界面材の層５２によって、熱放散アセンブリ５０に熱結合される。熱放散アセンブリ５０は例えば、アルミニウム若しくは銅などの熱伝導金属、又は、炭素充填ポリマーなどの熱伝導ポリマーから成る、一般にヒートシンクと呼ばれる熱放散デバイスにすることができる。熱界面材の層５２には、接着剤、グリース、及び、はんだなどの、いかなる好適な材料を含んでもよい。層５２の熱界面材は、例えば、窒化ホウ素充填ポリマーなどの熱伝導性接着材料（例えば３Ｍ社（3M Company）から販売されている「３Ｍ（商標）熱伝導性テープ（Thermally Conductive Tape）８８１０」）、又は、銀充填化合物などの熱伝導性非接着材料（例えば、アークティックシルバー社（Arctic Silver Incorporated）（米国カリフォルニア州バイセリア（Visalia）から販売されている高密度多合成銀化合物（High-Density Polysynthetic Silver Thermal Compound）の「アークティックシルバー（Arctic Silver）（商標）５」）であってもよい。好ましくは、熱放散アセンブリ５０の熱インピーダンスは可能な限り小さく、好ましくは１．０℃／Ｗ未満である。一部のケースでは、好ましくは、熱放散アセンブリ５０の熱インピーダンスは、０．５〜４．０℃／Ｗの範囲内である。層５２の材料は、望ましくは、０．１Ｗ／ｍ−ｋ〜１０Ｗ／ｍ−ｋの範囲の熱伝導率を有し、好ましくは、少なくとも１Ｗ／ｍ−ｋの範囲の熱伝導率を有する。

図１の照明アセンブリ１０では、ＬＥＤダイ２０は、ＬＥＤダイの対向し合う側（ダイの基部及び上面という）の上に電気接点を有するタイプである。各ＬＥＤダイ２０の基部上の接点は、ＬＥＤダイ２０の真下にある回路トレース４１に、電気及び熱によって接続している。各ＬＥＤダイ２０の上面にある接点は、ＬＥＤダイ２０から延びているワイヤボンド３９によって、別の回路トレース４１に電気接続している。良好なワイヤボンディングを促すために、第１の導電層３２は、ニッケル及び金の表面メタライゼーションを含むことができる。

図１の第１の導電層３２のパターンは、図２に最も分かりやすく示されている。第１の導電層３２は、複数の回路トレース４１を画定するようにパターニングされている。特定の用途の要件に基づき、少なくとも一部のＬＥＤダイ２０が直列に接続するように、各回路トレース４１は、関連するＬＥＤダイ２０、及び、関連するワイヤボンド３９にも、電気及び熱結合するように配置されている。図２に最も分かりやすく示されているように、第１の導電層３２をパターニングして狭い導電性ワイヤリングトレースのみを提供することでＬＥＤダイ２０に電気接続する代わりに、第１の導電層３２をパターニングして、回路トレース４１を電気絶縁するのに必要な量だけ導電材料を除去し、可能な限り第１の導電層３２の大半を残して、ＬＥＤダイ２０の発する光の反射体として機能させることができる。可能な限り第１の導電層３２の大半を残すことによって、回路トレースの幅も広くなり、このトレースは、高電流短パルスを要する用途に有用である。回路トレースの幅が広がることによって、非常に短い時間でも、より高い電流密度をもたらすことが可能になる。

一部の実施形態では、第１の導電層３２の材料は、特定の用途に合わせて、所望の光学特性（例えば、反射率、色、散乱、回折、又は、これらの特性の組み合わせ）を供給するように選択される。別の実施形態では、第１の導電層３２の上面３４の光学特性は、所望の光学特性をもたらすために、めっき及び／又はコーティングによって強化される。一部の実施形態では、上面３４をめっきし、それに続いてめっきの露出面をコーティングして、光学性能を向上させる。好適なコーティング及びめっき材料には、銀、不動態銀、金、ロジウム、アルミニウム、高反射アルミニウム、銅、インジウム、ニッケル（例えば、液浸ニッケル、無電解ニッケル、又は、電気めっきニッケル）、クロム、スズ、及び、これらの合金が挙げられる。一部の実施形態では、コーティングに、高反射白色ポリマーなどの白色コーティング、例えば、スプレーラット社（Spraylat Corporation）（ニューヨーク州ペラム（Pelham）から販売されている反射型コーティングのスターブライト（Starbrite）ＥＦを含んでもよい。反射率向上のために、層３２の表面３４の上に多層誘電スタックも配置することができる。好適なコーティングとしては、金属及び半導体の酸化物、炭化物、窒化物、並びに、これらの混合物及び化合物が挙げられる。これらのコーティングは、想定用途に応じて、導電性又は絶縁性にしてもよい。好適なコーティング法としては、スパッタリング、物理気相成膜法、及び、化学気相成膜法が挙げられる。コーティングプロセスは、任意に応じてイオンアシスト法にしてもよい。導電層３２及び、導電層３２上のめっき又はコーティングの光学特性は、上記の表面３４、並びに／又は、めっき及びコーティングの表面材質を制御することによって修正することもできる。例えば、一部のケースでは光学的に滑らかな表面仕上げが好ましく、別のケースでは、マット又は幾分粗い表面仕上げが好ましいことがある。別の実施形態では、３Ｍ社（3M Company）から販売されている「ビキュイティ（Vikuiti）（商標）鏡面反射増強（Enhanced Specular Reflectivity）（ＥＳＲ）フィルム」などの光学フィルムを、第１の層３２の１つ又は双方の主要面に付着させて、所望の光学特性、例えば鏡面反射率又は拡散反射率を向上させてもよい。

図３に示されているように、基板３０の電気絶縁層４０には、絶縁層４０の熱伝導率を高める粒子４２が充填されているポリマー材料４３が含まれる。ポリマー材料４３及び／又は粒子４２は、絶縁層４０の電気特性、熱特性、光学特性、及び／又は、機械特性を変えるように選択することもできる。電気的デザインがＬＥＤの近くにある露出状態の電気絶縁層４０から成る広い区域を含むとき、電気絶縁層４０の光学特性（例えば、反射率、拡散率、透明性）もまた向上しうる。

上記の通り、ポリマー材料４３及び／又は粒子４２は、絶縁層４０の反射率を高めるように選択することができる。例えば、絶縁層４０には、白色の拡散反射材料（例えばＢａＳＯ_４、ＴｉＯ_２）、又は、高屈折率材料（例えばダイヤモンド、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３）、又は、反射材料（例えば銀フレーク）、又は、ナノ粒子材料、又は、例えばＰＬＺＴといった強誘電体などの、所望の光学特性に応じて電気的／磁気的手段によって配向される材料を充填することができる。あるいは、ポリマー材料４３及び／又は粒子４２は、絶縁層４０が実質的に透明になるように選択することができる。このケースでは、第２の導電層３６のコーティングした側の光学特性は、所望の特徴（例えば、反射率、拡散率）を供給するように選択又は変更してよい。別の実施形態では、ポリマー材料４３及び／又は粒子４２は、絶縁層４０が所望の明白な色を有するように選択される。

これらの実施形態の各々では、各ＬＥＤダイ２０の上にカプセル材を供給して、ダイから発せられる光の結合を助け、及び／又は、発せられた光を絶縁層４０の方に優先的に導いて、絶縁層４０によって反射（鏡面反射であるか拡散反射であるかは問わない）、偏向、又は、導波させるようにしてもよい。絶縁層４０のマクロ構造、ミクロ構造、及び、ナノ構造は、金属フォイルの主な内面（すなわち、電気絶縁層４０と第１の導電層３２の境界面、及び、電気絶縁層４０と第２の導電層３６の境界面）を予め形成することによって、特定の光学特性に合わせて設計することができる。例えば、銅フォイルの内表面は、化学的手段（グレインエッチング（grain etching））、機械的手段（エンボス加工）、又は、光学的手段（レーザー切断）によって構築できる。露出状態の絶縁層４０の境界面は、金属フィルムの予形成物の逆像又は鏡像になる。絶縁層４０の光学特性は、絶縁層４０の中に１つ以上のリン光材料又は蛍光材料を追加して、入射光の波長のシフトが起こるようにすることによって、修正することができる。波長変換についてのこれらのケースでは、ストークスシフトエネルギーが効率的に除去されることがさらなる利点である。

一部のケースでは、電気絶縁層４０は、樹脂と粒子の混合物から製作される。好適な樹脂としては、エポキシ、及び、この混合物が挙げられる。市販されているエポキシとしては、リゾルーションパフォーマンスプロダクツ（Resolution Performance Products）から販売されているエポキシ樹脂の「エポン（Epon）（商標）１００１Ｆ」、及び、バンティコ社（Vantico Inc.）から販売されているエポキシの「ＸＰ７１７５６」が挙げられる。この樹脂は、典型的なはんだリフロー作業の中で直面すると思われる温度、例えば約１８０〜約２９０℃の範囲内の温度に耐えることができる。好ましくは、この樹脂は、ＬＥＤダイの取り付け用として広く使われている、金とスズの比率が８０対２０のはんだをリフローするために必要である３００℃を上回る温度への短時間暴露に耐えることができる。これらの樹脂を乾燥又は硬化させて、電気絶縁層を形成してもよい。

粒子４２は、好ましくは絶縁層４０の熱伝導度を高めるように選択する。この目的に合わせて、いずれかの好適な材料を選択することができる。代表的な実施形態では、粒子は、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、ダイヤモンド、又は、電気絶縁コーティングを備えている金属粒子又はナノ粒子などの更に複雑な工業用材料から構成されている。この粒子は、誘電体（電気絶縁体）若しくは導電体、又は、これらの組み合わせであってもよいが、ただし、樹脂と粒子の混合物の全体的作用が、想定用途に十分な熱伝導性であるとともに電気絶縁性であることを条件とする。

代表的な誘電又は電気絶縁粒子としては、チタン酸バリウム、バリウムストロンチウムチタネート、酸化チタン、鉛ジルコニウムチタネート、ホウ素、窒化ホウ素、ダイヤモンド、アルミナ、ベリリウム、シリコン、並びに、これらの材料のその他の炭化物、酸化物、及び、窒化物、並びに、これらの化合物又は混合物が挙げられる。市販のチタン酸バリウムは、日本化学工業株式会社（Nippon Chemical Industrial Co.）（日本、東京）から「ＢＥＳＰＡ ＡＫＢＴ」という商品名で入手可能である。

代表的な導電粒子には、金属又は金属合金粒子などの導電性又は半導体材料を含んでもよく、この場合、この金属は、銀、ニッケル、若しくは金、ニッケルコーティングされたポリマー球体、金コーティングされたポリマー球体（ＪＣＩ ＵＳＡ社（JCI USA Inc.）（ニューヨーク州ニューヨーク（New York））から「２０ ＧＮＲ４．６−ＥＨ」という製品番号で市販されている）、又は、これらの混合物にしてよい。

粒子は、いずれかの形状にしてよく、また、規則正しい形状又は不規則な形状に成形してよい。代表的な形状としては、球形、プレートレット、立方体、針状、偏円形、回転楕円形、ピラミッド、プリズム、フレーク、棹体、プレート、繊維、チップ、髭状、及び、これらの組み合わせが挙げられる。粒径、すなわち、粒子の最小寸法は、典型的には約０．０５〜約１１μｍ、好ましくは０．０５〜３μｍ、更に好ましくは０．０５〜２μｍである。粒子は、実質的に同じ粒径にすることができ、又は、粒径の異なる粒子の組み合わせを用いることができる。十分に滑らかな絶縁層４０を形成して第１の導電層３２と第２の導電層３６との接着性を向上させるために、望ましくは、平均粒径は電気絶縁層４０の厚みの分数である。一部の実施形態では、平均粒径は、電気絶縁層４０の厚みの約２分の１未満、好ましくは電気絶縁層４０の厚みの約４分の１未満、更に好ましくは電気絶縁層４０の厚みの約１０分の１未満である。

ポリマー内への粒子の充填量は典型的には、電気絶縁層の総体積に対して２０〜６０体積％である。粒子分布は、ランダム分布又は秩序分布にしてよい。絶縁層４０との接着性を向上させるために、絶縁層４０に隣接する第１の導電層３２と第２の導電層３６の表面を処理してある場合には、ポリマー内への粒子の充填量は６０体積％超にしてよい。接着性を向上させる際に有用である代表的な表面処理としては、５−アミノベンゾトリアゾール及び３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、コロナ放電、プラズマ灰化／エッチング、自己組織化単分子層、並びに、反応層を用いて、樹脂マトリックス材料を第１の導電層３２及び第２の導電層３６に結合させる処理が挙げられる。

金属フォイルも、接着性を向上させる防腐食処理（例えば、銅フォイルに対する亜鉛／クロム処理の利用）によって処理することができる。

典型的には電気絶縁層４０の厚みは約０．５〜約４０μｍ、好ましくは約２０μｍ未満である。

一部の実施形態では、第１の導電層３２及び第２の導電層３６は導電フォイルを含む。導電フォイルは、金属又は導電性プラスチックから構成される。好適な金属フォイルとしては、銅、アルミニウム、ニッケル、金、銀、パラジウム、スズ、鉛、及びこれらの混合物、例えば、アルミニウム被覆銅フォイルが挙げられる。第１及び第２の導電層が金属フォイルである場合、その金属が前記導電層を硬化する温度以下のアニール温度を有するか、この導電層をコーティングする前にこの金属がアニールされるのが好ましい。

典型的には第１及び第２の導電性フォイル層の厚みは約１０〜２００μｍ（０．５〜８ミル）、より好ましくは約１０〜３８μｍ（０．５〜１．５ミル）である。更に、第１及び第２の導電性フォイル層はそれぞれ、絶縁層よりも厚いのが望ましい場合が多い。一部のケースでは、第１の導電性フォイル層３２の厚みは、第２の導電性フォイル層３６の厚みとほぼ同じである。別のケースでは、第１の導電性フォイル層３２の厚みは、第２の導電性フォイル層３６の厚みとは異なっている。一部のケースでは、第２の導電性フォイル層３６は第１の導電性フォイル層３２よりも厚く、第２の導電性フォイル層３６は、ＬＥＤダイ２０の位置から熱を横方向に、更に効率的に拡散させる働きをするようになっている。

図３は、図２を線３−３に沿った拡大断面図である。ＬＥＤダイ２０は、第１の導電層３２の上面３４に配置されているとともに、等方導電性接着剤（例えば、メテック社（Metech Incorporated）（米国ペンシルベニア州エルバーソン（Elverson））から入手可能な「メテック（Metech）６１４４Ｓ）」、又は、異方導電性接着剤、又は、はんだのいずれかの層６０によって、第１の導電層３２の回路トレースに電気接続している。はんだの耐熱性は典型的には接着剤よりも低いが、すべてのＬＥＤダイが、はんだ付け可能なベースメタライゼーションを有しているわけではない。はんだによる取り付けにはまた、加工中の溶融はんだの表面張力によって、ＬＥＤダイ２０のセルフアラインメントという利点を有することができる。一部のＬＥＤに、金とスズの比率が８０対２０の高温はんだを供給されてもよく、このはんだをリフローさせて、安定性が非常に高い低耐熱性の境界面を形成することができ、この境界面は、最大で３００℃に至るその後のはんだ付けプロセスに耐えることができる。ただし、一部のＬＥＤダイ２０は、はんだのリフロー温度に敏感であり、接着剤を層６０内で好ましいものにしてもよい。

図４を見てみると、別の照明アセンブリの断面図にＬＥＤダイ２０’が示されており、ＬＥＤダイ２０’は、双方の電気接点パッドを、図１〜３のワイヤボンド型の実施形態のようにダイオードの対向し合っている側にではなく、ＬＥＤダイの同じ側に有している。ＬＥＤダイ２０’のデザインに応じて、接点パッドと対向しているダイオード２０’の側から、又は、接点パッドと同じ側にあるダイオード２０’の側から、光を放出させる。図１〜３のワイヤボンド型ＬＥＤダイ２０と同様に、ＬＥＤダイ２０’を第１の導電層３２に取り付ける際に用いることのできる取り付け方法は、導電性接着剤、異方導電性接着剤、又は、はんだリフローなどである。

上記の通り、基板３０は、適度な圧力下で永久変形できるコンプライアントな材料であり、基板３０の一部分のみに隔離されている突出部又は凹部を含み、基板３０を平らに置いた場合に、変形部のすべての側が基板３０の平坦部に隣接するようになっている。基板が変形しても、絶縁層４０は、原型及び接着性を保つ（すなわち、絶縁層４０は、亀裂を生じたり、折れたり、又は、第１の導電層３２と第２の導電層３６から剥離したりしない）。図５Ａ及び５Ｂは、基板３０内に変形部を有する照明アセンブリの一部の斜視図を示しており、ＬＥＤダイ２０は前記変形部の中又は上に配置される。図５Ａ及び図５Ｂの双方では、分かりやすさ及び描画上の目的で、回路トレースとワイヤボンドは示されていない。

図５Ａでは、実質的に半球形の凹部７０（すなわちディンプル）が複数、基板３０の上面３４の下に延び、各凹部７０の中にＬＥＤダイ２０が配置される。ＬＥＤダイ２０は、実質的に凹部７０の底中央部に配置されるものとして図示され、基板３０の上面３４に対して実質的に直角の方向の光を発するようになっている。別の実施形態では、ＬＥＤダイ２０の１つ、一部、又は、すべてを、それぞれの凹部７０の傾斜面に配置することができ、少なくとも一部のＬＥＤダイ２０が、基板３０の上面３４に対して斜めの光を発するようになっている。

図５Ｂでは、細長い突出部８０（すなわち隆起部）が基板３０の上面３４の上に延びており、突出部８０には複数のＬＥＤダイ２０が配置されている。ＬＥＤダイ２０は突出部の双方の傾斜面に配置されるものとして図示され、ＬＥＤダイ２０は基板３０の上面３４に対して斜めの方向の光を発するようになっている。別の実施形態では、ＬＥＤダイは、突出部８０の最上部の上に実装できるとともに、ＬＥＤダイ２０は、突出部８０の傾斜面の１つのみ又は総数よりも少ない数の傾斜面の上に実装してもよい。

基板３０の個々の変形部は、単一のＬＥＤダイ、ダイ群、又は、列若しくは横列状のＬＥＤダイ群を受容するように構成されてもよい。一部の実施形態では、１つ以上のＬＥＤ（例えば、それぞれ赤色、緑色、及び、青色の出力を有するＬＥＤ）が局限された区域内に、例えば単一の変形部の上又は中に、密接した状態で配置され、明瞭な白色光を発生する。変形部だけの形状物、又は、任意のカプセル材及び／又は光学フィルムと組み合わされる変形部の形状物を構成して、色混合を高めることができる。

図５Ａの凹部７０と図５Ｂの突出部８０の形状と配列は例示のためのものに過ぎず、限定する意図は全くないものと理解される。基板３０内の変形部は、照明アセンブリ１０の想定用途で有用であればいずれの形状又は配列にしてよく、この変形部としては、半球の場合のように滑らかに変動する表面、又は、平らな小面を有するピラミッド形の場合のように区分的に不連続な表面を備有する変形部が挙げられる。変形部は非対称又は左右対称にしてもよく、例えば、半球形の凹部よりもむしろ楕円形の凹部にしてもよい。一部の実施形態では、変形部は複合湾曲を有する。一部の実施形態では、変形部の横寸法は、ＬＥＤダイ２０の横寸法と同じ桁数である。

図６Ａ〜７を見てみると、コンプライアント基板３０の代表的な断面図が示されており、このコンプライアント基板３０は変形部を有し、この変形部の上又は中に、少なくとも１つのＬＥＤダイが配置される。

図６Ａでは、パターンニング済みのコンプライアント基板３０が変形して、凹部の底面にＬＥＤダイ２０を受容するのに十分なサイズの凹部（図５Ａの凹部７０のようなもの）が形成されている。上記の通り、ＬＥＤダイ２０を第１の導電層３２に取り付けるのに用いることのできる取り付け方法は、導電性接着剤、異方導電性接着剤、又は、はんだリフローなどである。図示されている実施形態では、熱放散アセンブリ５０が所望の凹部とともに予め形成されており、基板３０が、基板３０と熱放散アセンブリ５０との間で厚みが比較的一定である熱界面材の層５２によって、熱放散アセンブリ５０に合わせて取り付けられる。任意のカプセル材９０が、ＬＥＤダイ２０を覆うように図示されている。

図６Ｂは、図６Ａのものと類似した照明アセンブリの一部を示すが、熱放散アセンブリ５０は実質的に平らな表面を有しており、この平らな表面に基板３０は取り付けられる。熱界面材の層５２は、凹部７０によって変位しているとともに、基板３０の形状に適合している。層５２の縮小厚によって、熱界面材の層からの熱インピーダンスが低下する。

図６Ｃもまた、図６Ａのものと類似する照明アセンブリの一部を示すが、凹部３０（depression 30）の深さがＬＥＤダイ２０の高さよりも大きい。図６Ｃの実施形態では、任意のカプセル材９０が、基板３０の上面と実質的に重なって凹部７０を埋め尽くすように描かれており、このアセンブリとともに、拡散フィルム、偏向フィルム（３Ｍ社（3M Company）から入手可能な「ビキュイティ（Vikuiti）（商標）ＤＢＥＦフィルム」のうちのいずれかなど）などの１つ以上の任意の光学フィルム９２、又は、構造化表面フィルム（３Ｍ社（3M Company）から入手可能な「ビキュイティ（Vikuiti）（商標）ＢＥＦフィルム」のうちのいずれかなど）が用いられる。別の実施形態では、凹部７０は、カプセル材９０を全く有さなくてもよく、又は、カプセル材９０の一部を有してもよい。

図７を見てみると、パターニング済みのコンプライアント基板３０が変形して、突出部８０が形成されている。上記の通り、ＬＥＤダイ２０を第１の導電層３２に取り付けるのに用いることのできる取り付け方法は、導電性接着剤、異方導電性接着剤、又は、はんだリフローなどである。熱放散アセンブリ５０は、基板３０が取り付けられている実質的に平らな表面を有し、熱界面材の層５２は、基板３０の変形形状に適合している。別の実施形態では、熱放散アセンブリは、突出部８０の所望の形状物とともに予め形成されることができ、基板３０は、熱界面材の層５２によって熱放散アセンブリ５０に合わせて取り付けることができる。

本明細書に記載されている代表的な実施形態は、既知のカプセル材及び／又は既知の光学フィルムと組み合わせて用いる場合に、とりわけ有用である。例えば、リン光層（色変換用）を有するか、又は別の形でリン光体を含むカプセル材を、ＬＥＤダイの光出力を低下させることなく、ＬＥＤダイ２０の上又は周囲で用いることができる。カプセル材は、いずれかの形状又は構成を有する基板３０内の変形部、例えば、基板３０の上面３４の下に延びている変形部、及び、基板３０の上面３４の上に突き出ている変形部などと併せて用いることができる。

図８を見てみると、照明アセンブリ１０の製造時には、コンプライアント基板を供給ロール１００から巻き出すなどすることによって、上記のコンプライアント基板３０を供給するとともに、第１の導電層３２をパターニングステーション１０２でパターニングして、所望の回路トレース４１を形成する。層３２のパターニングは、従来の回路構築技術のいずれかを用いて実現してもよい。ＬＥＤダイ２０は、上記の通り既知及び従来のダイ取り付け法及びワイヤボンディング法を用いて、ダイ取り付けステーション１０４でパターニング済みの第１の導電層３２に取り付けられる。続いて、ＬＥＤダイ２０を有するコンプライアント基板３０を成形ステーション１０６で変形させて、基板３０に所望の表面特徴部（すなわち凹部、突出部、又は、これらの組み合わせ）を供給するとともに、ＬＥＤダイ２０の位置に対応する位置にこれらの表面特徴部を配置する。次に、任意に応じてカプセル材９０をカプセルステーション１０８で適用し、その後、硬化させてから、ＬＥＤダイ２０を有する基板３０を巻き取りロール１１０に巻き付ける。別のケースでは、コンプライアント基板３０の変形は、成形ステーション１０６’によって図示されているように、ＬＥＤダイ２０を取り付ける前に行うことができる。一部のケースでは、巻き取りロール１１０に巻き付ける代わりに、ＬＥＤダイ２０を有する基板３０を間隔を置いて切断して、例えば、バックライト式ディスプレイ、看板、又は、グラフィックにおいて用いるものとして、バックライト内に実装するのに適した、複数の照明アセンブリストリップ、パネル、又はその他の形状物を供給する。更に別のケースでは、巻き取りロール１１０は、次の加工工程の供給ロールになることができる。

ＬＥＤダイ２０を有する基板３０の変形は、多種多様な技術を用いて実現させてよい。ある１つの技術では、コンプライアント基板内に、所望の形状の鈍器を１つ以上手で押し付けて、所望の凹部又は突出部を形成する。別の技術では、ＬＥＤダイ２０又はその電気相互接続部を損傷させないように構成されたツールを用いて、ＬＥＤダイ２０を有する基板３０をエンボス又はスタンピング加工する。好ましくは、１つ以上の所望の変形部を有する成形されたツールが供給される。コンプライアント基板を、一連の１つ以上の位置に、ツールに相対させて配置し、ツールをこのコンプライアント基板の上に押し付け、それによって、所望のパターンで基板を変形させる。スタンピング作業では、空気圧、機械的手段、油圧、又は、当該技術分野において既知の物体をスタンピング加工、エンボス加工、又は、コイニング加工するその他の方法を用いることができる。

所望に応じて、ＬＥＤダイ２０を有する基板３０は、所望の特徴部を備えている支持面（熱放散アセンブリ５０など）に合わせて取り付けることができる。この支持面は、基板３０をその支持面に接着する前に、部分的又は完全に、基板３０の所望の最終形状に形成されてもよく、あるいは、支持面は、基板３０を変形させて所望の表面特徴部を作るのと同時に形成されてもよい。基板３０を支持面の表面特徴部に成形又は変形させることは、真空モールド／プレス加工、又は、ラミネート加工（加熱及び／又は加圧の有無は問わない）などの技術を用いて実現してもよい。

開示したコンプライアント基板は、上記のＬＥＤダイのみならず、その他の回路コンポーネント、特にかなりの熱を発生するコンポーネントとともにも用いることができる。したがって、本発明者は、上で開示したものと類似の照明アセンブリを考慮しているが、ＬＥＤダイの一部又は全部は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、固体レーザー、パワートランジスタ、集積回路（ＩＣ）、及び、有機エレクトロニクスのうちの１つ以上によって置き換えられる。

別段の指示がない限り、本明細書及び「特許請求の範囲」で用いる数量、特性の測定値などを表す全ての数値は、いかなる場合も、「約」という語で修飾されているものとして理解されるべきである。したがって、これに反する指示がない限り、上記の明細書及び添付の「特許請求の範囲」に記載されている数値パラメータは、本発明の教示を利用する当業者が得ようとする望ましい特性に応じて変更可能な概算値である。最低でも、特許請求の範囲への同等物の原則の適用を限定する試みとしてではなく、少なくとも各数値的パラメータは、報告されている有効数字の数を考慮して、通常の四捨五入の適用によって解釈しなければならない。広範にわたる本発明の範囲で示す数値的範囲及びパラメータは概算値であるが、具体例に記載の数値は可能な範囲で正確に報告されている。しかし、いずれの数値にも、それらの各試験測定値において見られる標準偏差から必然的に生じる特定の誤差が本質的に含まれている。

上記の記載は例示のためのものであり、本発明の範囲を限定する意図はない。本明細書に開示されている実施形態の変更及び修正は可能であり、当該技術分野の通常の技術を有する者であれば、本特許文書を読めば、本実施形態のさまざまな要素の実行可能な代替物及び同等物が分かるであろう。本発明の範囲及び精神を逸脱しないならば、本明細書に開示の実施形態の上記及びその他の変更及び修正を行ってもよい。

図では、同様の要素には同様の参照数字が付されている。図は理想化されており、縮尺どおりには描かれておらず、また、例示のみを目的としたものである。

照明アセンブリの一部の斜視図。 照明アセンブリの広い方の表面区域を示す、図１の照明アセンブリの一部の上面図。 図２の線３−３に沿った拡大断面図。 別の照明アセンブリを示している拡大断面図。 内向きに突出しており、中にＬＥＤが配置されている変形部を複数有する照明アセンブリの斜視図。 外向きに突出しており、上にＬＥＤが配置されている変形部を有する照明アセンブリの斜視図。 コンプライアント基板がある１つの基板に合わせて取り付けられ、中にＬＥＤを備える内向きに突出する変形部を有するコンプライアント基板を備える、照明アセンブリの断面図。 変形済み基板に熱界面材が適合し、中にＬＥＤを備える内向きに突出する変形部を有するコンプライアント基板を備える、照明アセンブリの別の断面図。 カプセル材及び光学フィルムをともに用いた任意の利用法を示す、コンプライアント基板を備える図６Ａと類似の照明アセンブリの断面図。 変形済み基板に熱界面材が適合し、上にＬＥＤが配置される外向きに突出する変形部を有するコンプライアント基板を備える、照明アセンブリの断面図。 照明アセンブリの１つの製造方法の模式図。

Claims (20)

1. 電気絶縁層で隔てられている第１及び第２の導電フォイルを備えるコンプライアント基板であって、前記絶縁層の熱伝導率を高める粒子で充填されているポリマー材料を前記絶縁層が含む、コンプライアント基板と、
   前記第１の導電フォイルの上に配置される複数のＬＥＤダイと
   を備える照明アセンブリ。
2. 前記コンプライアント基板が少なくとも１つの変形部を有し、前記ＬＥＤダイの少なくとも１つが前記変形部の上又は中に配置される、請求項１に記載のアセンブリ。
3. 前記変形部が、突出部、凹部、及びこれらの組み合わせから選択される、請求項２に記載のアセンブリ。
4. 前記少なくとも１つのＬＥＤダイが、前記コンプライアント基板に対して前記ＬＥＤダイが斜めの光を発するように、前記変形部の傾斜面の上に配置されている、請求項２に記載のアセンブリ。
5. 前記第１の導電フォイルが、１つ以上のトレースを形成するようにパターニングされる、請求項１に記載のアセンブリ。
6. 前記粒子が前記絶縁層の反射率を高める、請求項１に記載のアセンブリ。
7. 前記絶縁層が実質的に透明である、請求項１に記載のアセンブリ。
8. 前記導電フォイルが金属又は導電性プラスチックから成る、請求項１に記載のアセンブリ。
9. 前記コンプライアント基板が、前記ＬＥＤダイを前記第１の導電フォイルに接続するコーティングを前記第１の導電フォイル上に更に備える、請求項１に記載のアセンブリ。
10. 前記第１及び第２の導電フォイルがそれぞれ、前記絶縁層よりも厚い、請求項１に記載のアセンブリ。
11. ヒートシンク；及び
    前記ヒートシンクと前記第２の導電フォイルとの間に配置される熱界面材の層と組み合わされる、請求項１に記載のアセンブリ。
12. 請求項１に記載のアセンブリを備えるディスプレイ用バックライト。
13. 照明アセンブリの製造方法であって、
    電気絶縁層で隔てられている第１及び第２の導電フォイルを備えるコンプライアント基板を供給する工程；
    前記第１の導電フォイルをパターニングする工程；
    複数のＬＥＤダイを前記パターニング済みの第１の導電フォイルに取り付ける工程；及び
    前記基板を永久変形させて、複数の表面特徴部を画定する工程を含み、前記表面特徴部の位置がＬＥＤダイの位置に対応する、方法。
14. 前記表面特徴部が複合湾曲を有する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記表面特徴部が、前記ＬＥＤダイの横寸法と同じ桁数である横寸法を有する、請求項１３に記載の方法。
16. 前記永久変形工程が、複合湾曲を有する特徴部を含む支持表面に合わせて前記基板を取り付けることを含む、請求項１３に記載の方法。
17. 前記永久変形工程が、前記基板のエンボス加工、スタンピング加工、及び真空成形のうちの１つを含む、請求項１３に記載の方法。
18. 前記取り付け工程の前に前記永久変形工程を行う、請求項１３に記載の方法。
19. 前記供給工程が前記コンプライアント基板をロールから巻き出すことを含む、請求項１３に記載の方法。
20. 前記コンプライアント基板を間隔を置いて切断して、バックライト内に実装するのに適した複数の照明アセンブリストリップ、パネル、又はその他の形状物を供給することを更に含む、請求項１９に記載の方法。

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