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JP5402109B2 - 異方性導電フィルム及び発光装置 - Google Patents

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JP5402109B2 JP2009057316A JP2009057316A JP5402109B2 JP 5402109 B2 JP5402109 B2 JP 5402109B2 JP 2009057316 A JP2009057316 A JP 2009057316A JP 2009057316 A JP2009057316 A JP 2009057316A JP 5402109 B2 JP5402109 B2 JP 5402109B2
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Description

本発明は、異方性導電フィルム及び発光装置に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を使用した発光装置が広く使用されており、旧タイプの発光装置の構造は、図３に示すように、基板３１上にダイボンド接着剤３２でＬＥＤ素子３３を接合し、その上面のｐ電極３４とｎ電極３５とを、基板３１の接続端子３６に金ワイヤ３７でワイヤボンディングし、ＬＥＤ素子３３全体を透明モールド樹脂３８で封止したものとなっている。ところが、図３の発光装置の場合、ＬＥＤ素子３３が発する光のうち、上面側に出射する４００〜５００ｎｍの波長の光を金ワイヤが吸収し、また、下面側に出射した光の一部がダイボンド接着剤３２により吸収されてしまい、ＬＥＤ素子３３の発光効率が低下するという問題がある。
このため、図４に示すように、ＬＥＤ素子３３をフリップチップ実装することが提案されている（特許文献１）。このフリップチップ実装技術においては、ｐ電極３４とｎ電極３５とにバンプ３９がそれぞれ形成されており、更に、ＬＥＤ素子３３のバンプ形成面には、ｐ電極３４とｎ電極３５と絶縁されるように光反射層４０が設けられている。そして、ＬＥＤ素子３３と基板３１とは、異方性導電ペースト４１を用いて接続固定される。このため、図４の発光装置においては、ＬＥＤ素子３３の上方への出射した光は金ワイヤで吸収されず、下方へ出射した光の殆どは光反射層４０で反射して上方に出射するので、発光効率が低下しない。
特開平１１−１６８２３５号公報
しかしながら、特許文献１の技術ではＬＥＤ素子３３に光反射層４０を、ｐ電極３４とｎ電極３５と絶縁するように金属蒸着法などにより設けなければならず、製造上、コストアップが避けられないという問題があった。
本発明の目的は、以上の従来の技術の問題点を解決することであり、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を使用した発光装置をフリップチップ実装する際に、製造コストの増大を招くような光反射層をＬＥＤ素子に設けることなく、発光効率を低下させない異方性導電フィルム、及びそれを用いた発光装置を提供することである。
本発明者は、異方性導電フィルムに光反射機能を持たせれば上述の目的を達成でき、その具体的構成として、異方性導電フィルムを２層構成とし、一方を光反射性絶縁接着層とし、他方を異方性導電接着層とすることに想到し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、光反射性絶縁接着層と異方性導電接着層とが積層されてなる異方性導電フィルムであって、該光反射性絶縁接着層が、絶縁性接着剤中に光反射性粒子が分散したものである異方性導電フィルムを提供する。
また、本発明は、基板上の接続端子と、発光ダイオード素子の接続用のバンプとの間に異方性導電フィルムを介し、該基板と該発光ダイオード素子とがフリップチップ実装されている発光装置であって、
該異方性導電フィルムが、光反射性絶縁接着層と異方性導電接着層とが積層されてなり、該光反射性絶縁接着層が、絶縁性接着剤中に光反射性粒子が分散してなる異方性導電フィルムである発光装置を提供する。
本発明の異方性導電フィルムは、光反射性絶縁接着層と異方性導電接着層とが積層された構造を有する。従って、それを用いてＬＥＤ素子と基板とを異方性導電接続して製造された発光装置においては、ＬＥＤ素子が発した光のうち、基板側（即ち、ＬＥＤ素子の裏面側）に向かって発せられた光は、光反射性絶縁接着層で反射して表面側から出射する。従って、発光装置の発光効率は低下しない。
本発明の異方性導電フィルムの断面図である。 本発明の発光装置の断面図である。 従来の発光装置の断面図である。 従来の発光装置の断面図である。
本発明を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の異方性導電フィルム１００の断面図である。この異方性導電フィルム１００は、光反射性絶縁接着層１と異方性導電接着層２とが積層された構造を有し、その光反射性絶縁接着層１は、絶縁性接着剤中に光反射性粒子が分散したものとなっている。従って、異方性導電フィルム１００に対し、光反射性絶縁接着層１側から入射した光は、光反射性粒子の性状にもよるが、入射側に反射する。また、異方性導電接着層２側から入射した光も、その一部が異方性導電接着層２において吸収あるいは散乱するとしても、多くは光反射性絶縁接着層１で反射し、異方性導電接着層２から出射する。従って、ＬＥＤ素子の発光効率を低下させないようにすることができる。
本発明において、光反射性絶縁接着層１を構成する絶縁性接着剤としては、従来の異方性導電接着フィルムの絶縁性バインダー樹脂として使用されているものを適宜採用することができる。例えば、脂環式エポキシ樹脂や水素添加エポキシ樹脂などを主成分としたエポキシ系樹脂に、酸無水物、イミダゾール化合物、ジシアンなどの架橋剤を含有させた熱硬化性接着剤を使用することができる。なお、光反射性絶縁接着層１を構成する絶縁性接着剤と、後述する異方性導電接着層２を構成するバインダーとは、密着性等を考慮すると同種のものを使用することが好ましい。
光反射性粒子としては、炭酸カルシウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、酸化アルミ等の金属酸化物の粒子、絶縁被膜で被覆されたニッケル、銀、アルミニウムなどの金属粒子などを使用することができる。粒子の形状としては、無定型、球状、鱗片状、針状等を挙げることができるが、中でも、光拡散効果の点から球状、全反射効果の点から鱗片状の形状が好ましい。特に好ましいものは、光の反射率の点から鱗片状銀粒子である。
光反射性粒子の大きさは、形状によっても異なるが、一般に大きすぎると、異方性導電粒子による接続を阻害するおそれがあり、小さすぎると光を反射しにくくなるので、好ましくは球状の場合には粒径０．１〜３０μｍ、より好ましくは０．２〜１０μｍであり、鱗片状の場合には、長径が好ましくは０．１〜１００μｍ、より好ましくは１〜５０μｍで厚みが好ましくは０．０１〜１０μｍ、より好ましくは０．１〜５μｍである。ここで、光反応性粒子の大きさは、絶縁被覆されている場合には、その絶縁被覆も含めての大きさである。
光反射性絶縁接着層１の層厚は、意図した光反射性が得られる限り、薄い方が接続信頼性の点から好ましい。通常、２〜３０μｍである。この厚み範囲を前提とした場合、光反射性絶縁接着層１における絶縁性接着剤と光反射性粒子との配合割合は、光反射性粒子の形状により異なるが、絶縁性接着剤１００質量部に対し、光反射性粒子が鱗片状の場合には光反射性粒子を、好ましくは１〜２００質量部、より好ましくは１０〜１００質量部である。
光反射性粒子が絶縁被膜で被覆された金属粒子における当該絶縁被覆としては、種々の絶縁性樹脂を使用することができる。機械的強度や透明性等の点からアクリル系樹脂の硬化物を好ましく使用することができる。好ましくは、ベンゾイルパーオキサイド等の有機過酸化物などのラジカル開始剤の存在下で、メタクリル酸メチルとメタクリル酸２−ヒドロキシエチルとをラジカル共重合させた樹脂被膜を挙げることができる。この場合、２，４−トリレンジイソシアネート等のイソシアネート系架橋剤で架橋されていることがより好ましい。なお、金属酸化物の粒子についても、分散安定性の観点から金属粒子と同様の絶縁被膜で被覆しておくことが好ましい。
また、金属粒子としては、予めシランカップリング剤でγ−グリシドキシ基やビニル基等を金属表面に導入しておくことが好ましい。
本発明の異方性導電フィルム１００を構成する異方性導電接着層２としては、従来の異方性導電フィルムと同様の構成のものを使用することができ、通常、熱硬化性接着剤に異方性導電接続用の導電粒子を分散させたものである。このような熱硬化性接着剤としては、例えば、脂環式エポキシ樹脂や水素添加エポキシ樹脂などを主成分としたエポキシ系樹脂に、酸無水物、イミダゾール化合物、ジシアンなどの架橋剤を含有させたものを挙げることができる。また、異方性導電接続用の導電粒子としては、金、ニッケルなどの金属粒子、ベンゾグラナミン樹脂等の樹脂粒子の表面をニッケルなどの金属で被覆した金属被覆樹脂粒子等を使用することができる。
このような導電粒子は球状形状であり、その粒径は大きすぎると接続信頼性の低下となるので、好ましくは１〜２０μｍ、より好ましくは３〜１０μｍである。
異方性導電接着層２の層厚は、意図した接続信頼性を得るために、通常、５〜４０μｍである。この厚み範囲を前提とした場合、異方性導電接着層２における絶縁性接着剤と導電粒子との配合割合は、絶縁性接着剤１００質量部に対し、好ましくは導電粒子を１〜５０質量部、より好ましくは１０〜２５質量部である。
本発明の異方性導電フィルムは、次に説明するように製造することができる。まず、光反射性粒子と絶縁性接着剤とをトルエン等の溶媒とともに分散混合し、剥離処理したＰＥＴフィルムに所期の厚さとなるように塗布し、約８０℃程度の温度で乾燥して光反射性絶縁接着層フィルムを作成する。それとは別に、異方性導電接続用の導電粒子と絶縁性接着剤とをトルエン等の溶媒とともに分散混合し、剥離処理したＰＥＴフィルムに所期の厚さとなるように塗布し、約８０℃程度の温度で乾燥して異方性導電接着層フィルムを作成する。次に、二つのフィルムを重ね合わせ、両側の剥離フィルムを介し、約４０℃で加圧することでフィルムを一体化することにより本発明の異方性導電フィルムを得ることができる。
次に、本発明の発光装置について図２を参照しながら説明する。発光装置２００は、基板２１上の接続端子２２と、ＬＥＤ素子２３のｎ電極２４とｐ電極２５とのそれぞれに形成された接続用のバンプ２６との間に、前述の本発明の異方性導電フィルム１００を介し、該基板２１と該ＬＥＤ素子２３とがフリップチップ実装されている発光装置である。即ち、異方性導電フィルム１００は、光反射性絶縁接着層１と異方性導電接着層２との積層構造物であり、光反射性絶縁接着層１は、絶縁性接着剤中に光反射性粒子が分散してなるものである。この場合、異方性導電フィルム１００の光反射性絶縁接着層１がＬＥＤ素子２３側に配置されていることが望ましいが、反対側に配置されていてもよい。なお、必要に応じて、ＬＥＤ素子２３の全体を覆うように透明モールド樹脂で封止してもよい。
このように構成されている発光装置２００においては、ＬＥＤ素子２３は発した光のうち、基板側２１に向かって発した光は、異方性導電フィルム１００の光反射性絶縁接着層１で反射し、ＬＥＤ素子２３の上面から出射する。従って、発光効率の低下を防止することができる。
本発明の発光装置２００における異方性導電フィルム１００以外の構成（ＬＥＤ素子２３、バンプ２６、基板２１、接続端子２２等）は、従来の発光装置の構成と同様とすることができる。また、本発明の発光装置２００は、異方性導電フィルム１００を使用すること以外は、従来の異方性導電接続技術を利用して製造することができる。
実施例１
（１ａ）光反射性粒子の作成
撹拌機つきフラスコに鱗片状銀粒子（縦１０μｍ、横１０μｍ、厚０．５μｍ）５ｇとトルエン５０ｍｌとを投入し、撹拌しながらフラスコにシランカップリング剤（３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン）０．２５ｇを投入し、２５℃で６０分間撹拌した。次に、この混合物に、メタクリル酸メチル２ｇとメタクリル酸−２−ヒドロキシエチル２ｇとベンゾイルパーオキサイド０．０４ｇと２，４−トリレンジイソシアネート１ｇとを投入し、８０℃で１２時間撹拌することにより、光反射性粒子として絶縁被覆鱗片状銀粒子を得た。絶縁被覆を含めた光反射性粒子の平均的大きさは、縦１０μｍ、横１０μｍ、厚み０．５μｍであった。
（１ｂ）光反射性絶縁性接着層フィルムの作成
水添化エポキシ樹脂（ＹＸ８０００、ＪＥＲ（株））に酸無水物（ＭＨ−７００、新日本理化（株））、イミダゾール（２ＭＺＡ、四国化成（株））を加えたことにより絶縁性バインダー樹脂を調製した。得られた絶縁性バインダー樹脂１００質量部と絶縁被覆鱗片状銀粒子５０質量部とを、トルエン１００ｍｌに分散混合し、得られた混合物を、剥離ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムに、乾燥厚で１０μｍとなるように塗布し、８０℃で５分間乾燥することにより、光反射性絶縁性接着層フィルムを得た。
（１ｃ）異方性導電接着層フィルムの作成
前述の（１ｂ）と同様の絶縁性バインダー樹脂１００質量部と銀メッキ被覆樹脂粒子（粒径５μｍ）２０質量部とを、トルエンを１００ｍｌに分散混合し、得られた混合物を、剥離ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムに、乾燥厚で１０μｍとなるように塗布し、８０℃で５分間乾燥することにより、異方性導電接着層フィルムを得た。
（１ｄ）異方性導電フィルムの作成
得られた光反射性絶縁性接着層フィルムと異方性導電接着層フィルムとを重ね合わせ、両側のＰＥＴフィルムを介して、４０℃で１０秒間加圧することにより、両フィルムを積層することにより異方性導電フィルムを得た。
＜特性評価＞
２００℃の加熱ヘッドを用い、発光ダイオード素子（Ｉｆ＝２０ｍＡ時の特性が、Ｖｆ＝３．３Ｖ、光度＝１５０ｍｃｄ、ドミナント波長＝４７０ｎｍである）を、異方性導電フィルムを介しガラスエポキシ基板に１Ｋｇ／チップで２０秒間加熱加圧することにより接着した。この際、発光ダイオード素子のバンプ部分には圧力がかかるため、光反射性絶縁接着層フィルムの接着剤は排除され、異方性導電接着層の導電粒子で発光ダイオード素子とガラスエポキシ基板との間の導通をとることができた。なお、バンプ以外の光反射性絶縁接着層は排除されず、光反射機能は維持されていた。
また、得られた発光装置を発光させ、上面から出射してくる光の初期輝度（ｋｃｄ／ｍ２）を輝度計（ＢＭ−９、トプコンテクノハウス（株））を用いて測定した。また、ＬＥＤ点灯信頼性を、ＬＥＤに１００℃で２０ｍＡの定電流を流し、Ｖｆ値の変化が±０．３Ｖ以内であるという場合を「○」とし、Ｖｆ値の変化が±０．３Ｖを超えるという場合を「×」と評価した。得られた結果を表１に示す。
実施例２
光反射性粒子として、絶縁被覆鱗片状銀粒子に代えて、平均粒径０．２μｍの二酸化チタン粒子（ＪＲ４０５、テイカ（株））を５０質量部使用する以外は実施例１と同様に光反射性絶縁性接着層フィルム、異方性導電接着層フィルムを作成し、更に、異方性導電フィルムを作成した。この異方性導電フィルムを使用し、実施例１と同様に発光ダイオード素子を、ガラスエポキシ基板に接続し、特性評価を行った。得られた結果を表１に示す。
比較例１
異方性導電フィルムに代えて銀ペーストを使用して、発光ダイオードをガラスエポキシ基板に接続し、実施例１と同様に特性評価を行った。得られた結果を表１に示す。
比較例２
光反射性絶縁性接着層フィルムを使用せずに、実施例１の異方性導電接着層フィルムそのものを異方性導電フィルムとして使用し、実施例１と同様に発光ダイオード素子を、ガラスエポキシ基板に接続し、特性評価を行った。得られた結果を表１に示す。
Figure 0005402109
表１から解るように、実施例１の場合、絶縁被覆した鱗片状Ａｇ粒子を使用しているので、初期輝度は銀ペースト（比較例１）よりも高い輝度を示し、しかもＬＥＤ点灯信頼性も良好であった。また、実施例２の場合、ＴｉＯ２粒子を使用しているので、銀ペースト（比較例１）に匹敵する初期輝度を示し、しかもＬＥＤ点灯信頼性も良好であった。比較例２の場合には、光反射層を備えていないので、初期輝度に問題があった。
本発明の異方性導電フィルムは、光反射性絶縁接着層と異方性導電接着層とが積層された構造を有する。このため、それを用いてＬＥＤ素子と基板とを異方性導電接続して製造された発光装置においては、ＬＥＤ素子が発した光のうち、基板側（即ち、ＬＥＤ素子の裏面側）に向かって発せられた光を、光反射性絶縁接着層で反射して表面側から出射させることができる。従って、発光装置の発光効率を低下させないようにできる。よって、本発明の異方性導電フィルムは、ＬＥＤ素子をフリップリップ実装する際に有用である。
１ 光反射性絶縁接着層
２ 異方性導電接着層
２１ 基板
２２ 接続端子
２３ ＬＥＤ素子
２４ ｎ電極
２５ ｐ電極
２６ バンプ
１００ 異方性導電フィルム
２００ 発光装置

Claims (6)

  1. 光反射性絶縁接着層と異方性導電接着層とが積層されてなる異方性導電フィルムであって、該光反射性絶縁接着層が、絶縁性接着剤中に光反射性粒子として絶縁被膜で被覆された鱗片状銀粒子が分散したものである異方性導電フィルム。
  2. 光反射性絶縁接着層と異方性導電接着層とが積層されてなる異方性導電フィルムであって、該光反射性絶縁接着層が、絶縁性接着剤中に光反射性粒子として絶縁被膜で被覆された鱗片状金属粒子が分散したものであり、鱗片状金属粒子を被覆する絶縁被膜が、メタクリル酸メチルとメタクリル酸２−ヒドロキシエチルとのラジカル共重合体被膜である異方性導電フィルム。
  3. 金属粒子が、鱗片状銀粒子である請求項２記載の異方性導電フィルム。
  4. 該絶縁被膜が、イソシアネート系架橋剤で架橋されている請求項２又は３記載の異方性導電フィルム。
  5. 基板上の接続端子と、発光ダイオード素子の接続用のバンプとの間に異方性導電フィルムを介し、該基板と該発光ダイオード素子とがフリップチップ実装されている発光装置であって、
    該異方性導電フィルムが、請求項１〜４のいずれかに記載の異方性導電フィルムである発光装置。
  6. 該異方性導電フィルムの光反射性絶縁接着層が発光ダイオード素子側に配置されている請求項５記載の発光装置。
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