(57)【要約】      （修正有）【課題】発光素子と反射面が対向して配置された構造の発光ダイオードに於いて製造時に於いて発光素子と反射面の隙間に充填する樹脂の硬化時における反射面の皺発生や反射膜の剥がれなどによる反射率低下が無い長寿命で耐久性が高く光利用効率の高い発光ダイオードを提供することを目的とする。【解決手段】液晶ポリマー樹脂のような耐熱性樹脂で構成された凹面状反射体の凹部空間に発光素子を搭載したリードフレームを発光素子と反射面とを対向して配置し発光素子と凹面状反射体との間の隙間を凹面状反射体の表面に形成された金属反射層の反射特性を劣化させることのないように透明エポキシ樹脂としてカチオン重合型透明エポキシ樹脂で充填することによって構成される。このことによって反射面は耐熱性樹脂によって完全に外部からの機械的衝撃や熱衝撃から保護されるようになる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子の発光面側とその素子が発する光を直接反射面で受けるように対向して配置してなる発光ダイオードにおいて、凹面を有した反射面形成体が液晶ポリマー樹脂からなり、その凹面部表面には金属蒸着層からなる反射面を形成し、反射面と発光素子との隙間をカチオン重合型透明エポキシ樹脂で充填してなる反射光学系を有する発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエポキシ樹脂で封止された反射光学系を有する発光ダイオ−ドの放射光学特性、製造方法及び耐熱特性の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から発光ダイオ−ドの発光素子から発する光を有効に前方へ外部放射するための構造として発光素子を金属反射面に対向して配置した基本構造については特開昭４９−８２２９０号、特開昭５４−８８０９３号、特開昭５５−１１８６８１号、特開昭６２−２６９９８４号、実開昭５７−６６５６５号など種々構造の発光ダイオ−ドが案出されている。それらの中の一例として第６図において既に特開昭６３−５５３３５号に開示されているように、発光素子６１の発光面側に対向して設けられ前記発光素子６１から発した光を反射する凹状反射面６６とを具備してなる発光ダイオ−ドが知られている。発光素子６１はリ−ドフレ−ム６２ａ上に導電性樹脂６３を介して取り付けられ、リ−ドフレ−ム６２ｂとは金ワイヤ−６４により電気的に接続されている。そのようにして得られたリ−ドフレ−ム６２ａ，６２ｂに搭載されたリ−ドフレ−ム付き発光素子を一体的に光透過性樹脂６５でトランスファーモ−ルド法にて成形したものである。上記凸状反射面６６の表面に金属蒸着あるいはメッキ法等によって表面コート処理することにより反射面とし、さらにこの蒸着面を保護するためにオ−バ−コ−ト層６７を施したものが実用化されているのが現状である。このことによって発光素子から放射された光の殆ど全てを一旦反射面に反射させ発光素子の反対側にある放射面６８から光制御された光として発光ダイオード外部へ放射される。
【０００３】
さらにもう一例を挙げて説明すると実開昭５５−１１３５７０号や特開昭５８−８２２９０号などに開示され、第７図に示すように凹状反射体７１の内面にアルミニウム或いは銀を蒸着又はメッキ層７２からなる反射面を備えた耐熱性凹面体において、反射体７１と対向するように発光素子７３を配置しその発光素子７３はリードフレーム７４ａ、７４ｂの一方に導電性接着剤を用いて電気的に接続されもう一方のリードフレームへは金線７５を介して電気的に接続している。このように用意された反射体７１の凹部に透明エポキシ樹脂７６をポッティング充填した後に加熱硬化させる等の考案が成されている。
【０００４】
そして従来この種の発光ダイオードにおいては、反射面と発光素子とをトランスファー成型法で一体成形することによって、光学的位置関係が高精度となり、より優れた光学特性を持つ発光ダイオードが得られたり、ポッティング法による成型方法に於いても安価に提供できるなどの特徴があった。
【特許文献１】特開昭４９−８２２９０号広報
【特許文献２】特開昭５４−８８０９３号広報
【特許文献３】特開昭５５−１１８６８１号広報
【特許文献４】特開昭６２−２６９９８４号広報
【特許文献５】実開昭５７−６６５６５号広報
【特許文献６】特開昭６３−５５３３５号広報
【特許文献７】実開昭５５−１１３５７０号広報
【特許文献８】特開昭５８−８２２９０号広報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特開昭６３−５５３３５号に開示されている構造の発光ダイオ−ドによると発光素子と反射面との光学的な位置関係を精度よく保持することができる一方で次のような問題点があった。反射面を外力から守るためにハードコートによる保護層を設けたとはいえ発光ダイオ−ドの実装時或いはハンドリング時において、半田付け時の過剰の加熱条件による反射面の劣化や部品間の接触、特にリ−ド先端が反射面に強く接触することによって保護（ハードコート）層までも貫通し反射面にキズが生じることによって光学的性能の低下や反射面の早期劣化等が発生しやすいといった問題が生じていた。
【０００６】
さらには一般的に電子部品を回路基板上に実装する場合、生産性と信頼性を確保するために発光ダイオードを自動実装即ち２５０℃前後の雰囲気のリフロー炉を通過させることによって半田付けを行うことが最良とされているがこの様な方法で上記した金属反射面を有する発光ダイオードを回路基板上へ実装しリフロー炉を通過させると処理温度が高温であるために発光素子とリードフレームとを一体的に成形した透明エポキシ樹脂の熱膨張係数と反射面でもある銀金属層或いはアルミニウム金属層との熱膨張差によってエポキシ樹脂と反射面との界面における剥離が発生し反射面に皺や亀裂が発生し反射面の反射率や面形状が変化して光学特性の低下が生じるなどの欠点があった。
【０００７】
さらに加えるに、発光ダイオ−ドの輸送方法においても、各発光ダイオ−ドが輸送時の振動により反射面にキズが付かないような特別な梱包方法にて発送しなくてはならないのが現状であった。
また、従来のようなエポキシ樹脂のみで一体化成形することによって構成された構造とすることによって、基板への実装時において外部へ出たリードの折り曲げる等の樹脂端面への応力が異常に加わることによってリードが突出した部位の樹脂部にクラックが発生する等の問題もあった。
【０００８】
一方、実開昭５５−１１３５６７０号などに開示されている製造方法に於いては凹面反射体の凹部に透明エポキシ樹脂をポッティング法によって発光素子と凹部の隙間を透明エポキシ樹脂にて充填して完成させるが、この透明エポキシ樹脂が硬化収縮するときに内部応力をもたらし凹面部表面に形成された銀或いはアルミニウム金属からなる反射層が剥がれたり、激しい場合はエポキシ樹脂の中に破片として分散してしまったり、皺が発生するなどによって上述と同様の反射率の低下や反射面形状の変化が発生し光学特性を損ない実用上大きな問題が発生し、このような理由で実用上は反射率の高い白色ＡＢＳ樹脂等反射率の高い樹脂を使用することによって金属反射層を介しないようにして反射特性を確保していたのが現状であった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では上記の課題を解決するために次の構成とする。
液晶ポリマー樹脂に代表される耐熱性樹脂で構成された凹面状反射体の凹部空間に発光素子を搭載したリードフレームを発光素子と凹面とが対向するように配置し、その発光素子と凹面状反射体との間の隙間を凹面状反射体の表面に形成された金属反射層の反射特性を劣化させることのないように限定された透明エポキシ樹脂で充填することによって構成される。
【００１０】
上記構成による発光ダイオードによって、反射面が製造時に於いて劣化することなく完成し、さらに反射面は耐熱性凹面体の凹部に形成されているために、外部からの応力、機械的衝撃や半田実装時における熱劣化や熱衝撃から保護されるようになる。
【００１１】
上記限定された透明エポキシ樹脂として従来多く使用されているラジカル重合型エポキシ樹脂に代わって緩硬化性のカチオン重合型のエポキシ樹脂を使用する。
通常ポッティング法によるエポキシ樹脂の充填は原材料として主剤と硬化剤あるいは硬化触媒とからなりこの２液を規定の比率で撹拌混合させ、さらに加熱することによって２液間の化学反応を促進させ熱硬化したエポキシ樹脂を得るが、一般的には主剤でもあるビスフェノールエポキシ樹脂とメチルテトラヒドロ無水フタル酸(Me-THPA)などの注型用硬化剤による二液反応による硬化物を得ている。一方、硬化触媒を用いたエポキシ樹脂としてトランスファー成形に用いられるノボラックエポキシ樹脂と硬化促進剤としてイミダゾール類が良く知られている。
このイミダゾール類は１成分型エポキシ樹脂において潜在性硬化剤ともいえ、ある一定の温度になると速やかに硬化する機能を持っている。
【００１２】
ここでエポキシ樹脂の硬化過程を検証すると、硬化剤を使用した場合の硬化過程と硬化触媒を用いた場合との過程に大きな違いがある。硬化剤を用いた場合は反応率が８５％近傍で急激な網目形成即ち硬化が進行するのに対し、硬化触媒では反応率２０％程度から網目形成が始まり反応率９０％程度で網目形成が完了する。そして、この網目形成時にかなりの収縮がみられる。このことによって、金属反射面とエポキシ樹脂との界面における剪断応力に違いが生じると考えられる。  ポッティング法によるエポキシ樹脂と凹面体の凹部に形成された金属層からなる反射面は上記のエポキシ樹脂の硬化時における樹脂収縮によって反射面が剥離したり皺が発生したりするのに対しカチオン重合型エポキシ樹脂においてはその硬化速度が緩慢となり硬化完了時において反射面に皺や、剥がれなどの劣化が生じないことが確認された。
【００１３】
さらに上記した構造の発光ダイオ−ドを採用することによって、反射面は凹面反射体でもある耐熱性樹脂によって完全に外部からの機械的衝撃や熱衝撃から保護されるようになり、かつ半田実装時におけるリフロー炉工程においても反射面の熱劣化は勿論のこと外形の熱変形やハンドリング時及び搬送時の振動による反射面に発生するキズを完全に防止することができた。
【００１４】
発光素子から発した殆ど全ての光を一旦反射面で受けた後に外部へ放射される構造の発光ダイオードにおいて実際に実用化されている製造方法としては反射面と発光素子とを一体的に成形する手法、即ちトランスファーモールド法に依っていたが、本構造を採用することによってポッティング法となるために製造方法も容易になり、工業的にも安価で且つ量産性が増し明らかに進歩性のあるものが得られた。
【００１５】
本発明は上記のように、発光素子を搭載したリードフレームと凹面状反射面を有した液晶ポリマー樹脂などの耐熱性樹脂で構成された凹面体とを発光素子と反射面を対向して配置しその隙間をカチオン重合型エポキシ透明樹脂を充填し一体化成形することによって半田リフロー炉における熱衝撃による反射面の劣化や輸送中或いは発光ダイオ−ドのハンドリング時における反射面へのキズの発生などによる特性劣化が防止でき実用上問題のない、さらに安価な発光ダイオードとして実質的に優れた高度な光学系を有した発光ダイオ−ドを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
液晶ポリマー樹脂に代表される耐熱性樹脂で構成された凹面状反射体の凹部空間に発光素子を搭載したリードフレームを発光素子と凹面とが対向するように配置し、その発光素子と凹面状反射体との間の隙間を凹面状反射体の表面に形成された金属反射層の反射特性を劣化させることのないようにカチオン重合型透明エポキシ樹脂で充填することによって構成される。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明を第１〜５図において説明する。第１図において、１１は発光素子であり、１２ａ，ｂはリ−ドフレ−ム、１３は金線である。
発光素子１１は、リ−ドフレ−ム１２ａ上の所定の位置に設けられた素子搭載用ラウンドの部位に導電性樹脂１４を介して固定され、発光素子１１と一方のリ−ドフレ−ム１２ｂとの電気的接続は金線１３によってなされている。
このように構成された発光素子が搭載されたリードフレームを用意する。
一方では第２図に示すようなアルミニウム或いは銀からなる蒸着或いはメッキ層からなる反射面２１を内側に備えた凹面体２２を用意する。
この時に反射体２２には前記リードフレームを填め込むためのリード位置に合わせた填め込み部位２３を対向する辺の一対に形成しておく。
このように用意された発光素子を搭載したリードフレームと凹面状反射面を持つ凹面体とを第３図に示すように発光素子が凹面状反射面に対向するように配置し凹面体端面に設けた溝にリードフレームを勘合させる。
凹面体の溝に勘合させる際に事前にリードフレーム部位に光硬化性樹脂あるいは接着性樹脂３１をディスペンサーなどを用いて少量滴下した後に硬化させて第４図に示すように凹面体と発光素子を搭載したリードフレームとを固定する。
次にこの発光素子と凹面体との間の隙間にカチオン重合型透明エポキシ樹脂を凹面体の縁面まで充填させた後に８０〜１０５℃の雰囲気炉にて樹脂を硬化させ完成させる。この際リードフレームを勘合させた反射体辺部の凹部からエポキシ樹脂が漏れないように高温温度においてもチクソ材が添加された粘性の高い樹脂を使用することによって漏れをある程度防止できることも確認された。
さらに確実に樹脂漏れを防止するには、第５図に示すような凹部に対応した凸部を持つ枠５１を反射体の開口側からリードフレームを押さえ込むように合わせる事によっても樹脂漏れを防止することが出来る。この時、反射体枠との張り合わせ面の一部に接着剤を塗布しておくことによってより作業性が向上する
上述の実施例においては凹面体材質として液晶ポリマー樹脂を採用することによって、反射構造を有する発光ダイオードにおいて従来は半田リフロー炉による回路基板への半田付けができなかったが本実施例に従えば半田リフロー工程においても反射面の劣化のない実用上優れた特性を有する発光ダイオードを提供できることが可能になるとともに安価に提供できることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に基付くリードフレーム上に実装された発光素子の説明構造図である。
【図２】本発明に基付く凹面体の概略構造図である。
【図３】本発明に基付いた凹面体とリードフレーム上に実装された発光素子との関係を分かりやすく説明した配置図である。
【図４】本発明による構造図。
【図５】本発明による応用例説明図である。
【図６】従来からある発光素子と反射面を一体成形したことによって得られた反射型発光ダイオ−ドの断面構造図である。
【図７】従来からある凹面体  を用いて発光素子と反射体との隙間をポッティング法によって充填する方法による構造断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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