(57)【要約】【課題】光取出効率及び信頼性に優れるとともに、製造コストを低減すること。【解決手段】電極２１が形成されたリードフレーム２０と、リードフレーム２０の上記電極に実装された発光ダイオード２２と、リードフレーム２０上に設けられ、少なくとも発光ダイオードを含む領域を露出した状態で中空部が形成された第１の樹脂からなる外囲器３０と、外囲器３０の中空部のリードフレーム２０に充填され、発光ダイオード２２を封止する第２の樹脂からなる封止部４０と、封止部４０に積層して充填された第３の樹脂からなるレンズ部５０とを備えている。【選択図】      図１
2007180069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極が形成された支持部材と、
この支持部材の上記電極に実装された発光ダイオードと、
上記支持部材上に設けられ、少なくとも上記発光ダイオードを含む領域を露出した状態で中空部が形成された第１の樹脂からなる外囲器と、
上記外囲器の中空部の上記支持部材側に充填され、上記発光ダイオードを封止する第２の樹脂からなる封止部と、
上記封止部に積層して充填され、一体成形された第３の樹脂からなるレンズ部とを備えていることを特徴とするレンズ付発光ダイオード装置。
【請求項２】
上記第１の樹脂は、白色系の樹脂であることを特徴とする請求項１記載のレンズ付発光ダイオード装置。
【請求項３】
上記第２の樹脂は、透明な熱硬化性樹脂あるいはＵＶ硬化性樹脂であるか、または、これらの透明樹脂に波長変換用の蛍光体を混合したことを特徴とする請求項１記載のレンズ付発光ダイオード装置。
【請求項４】
上記第３の樹脂は、透明な熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１記載のレンズ付発光ダイオード装置。
【請求項５】
上記レンズ部は、上記支持部材又は上記外囲器に係合する係合部を有することを特徴とする請求項１記載のレンズ付発光ダイオード装置。
【請求項６】
上記係合部は、上記発光ダイオード素子が搭載された面からその裏面まで連通する貫通部を有することを特徴とする請求項５記載のレンズ付発光ダイオード装置。
【請求項７】
上記係合部は、上記外囲器から上記支持部材の上記発光ダイオード素子が搭載された面の裏面まで連通する貫通部を有することを特徴とする請求項５記載のレンズ付発光ダイオード装置。
【請求項８】
上記第１の樹脂及び上記第３の樹脂は熱可塑性樹脂であり、
上記係合部は、上記外囲器の上縁部に形成された微小突起と、この微小突起と上記レンズ部との溶融によって生じた融合部を有することを特徴とする請求項５記載のレンズ付発光ダイオード装置。
【請求項９】
上記係合部は、上記支持部材の上記発光ダイオード素子が搭載された面の裏面に係止される係止部材を有することを特徴とする請求項５記載のレンズ付発光ダイオード装置。
【請求項１０】
支持部材に発光ダイオード素子を実装する実装工程と、
上記支持部材を第１の金型内に位置決めする第１位置決め工程と、
上記第１の金型内に樹脂を供給し、外囲器を形成する外囲器形成工程と、
上記発光ダイオード素子を封止する封止工程と、
上記支持部材を第２の金型内に位置決めする第２位置決め工程と、
上記第２の金型内に樹脂を供給し、レンズ部を形成するレンズ部形成工程とを備えていることを特長とするレンズ付発光ダイオード装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードからレンズを介して光を取り出すレンズ付発光ダイオード装置及びレンズ付発光ダイオード製造方法に関し、特に、光取出効率及び信頼性に優れるとともに、製造コストを低減できる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１３は、一般に知られているレンズ付発光ダイオード装置１００を示す断面図である。レンズ付発光ダイオード装置１００は、電極が形成されたリードフレーム１０１に発光ダイオード素子１０２が、ダイマウント材（不図示）を介して実装され、発光ダイオード素子１０２の電極とリードフレームの外部に露出する電極とがボンディングワイヤ１０３により接続されている。
【０００３】
発光ダイオード素子１０２の周囲は樹脂による封止部１０４が形成されており、これらには白色熱可塑性樹脂によって外囲器１０５が形成されている。さらに発光ダイオード素子の光を上方に集光するため、別工程において製造された透明樹脂からなるレンズ１０６が取り付けられている。図１３中１０７は接着剤を示している。
【０００４】
封止部１０４には一般に透明樹脂が採用されているが、近年では照明用途等に対する白色の発光ダイオード装置の実用化が進みつつあり、この場合には、発光ダイオード素子からの青色光やＵＶ光の波長を変換する蛍光体を透明樹脂に混合していることも多い。
【０００５】
従来のレンズ付発光ダイオード装置は、別の工程で成形したレンズ１０６を接着、嵌合させる等の方法で外囲器１０５に取り付けている。この他、熱硬化性樹脂を外囲器１０５にキャスティングする等の方法がとられる場合もある。
【特許文献１】特開２００４−３４３０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したレンズ付発光ダイオード装置では、次のような問題があった。すなわち、接着や嵌合によってレンズを外囲器に取り付ける場合には、封止部１０４とレンズ１０６との間に微小な間隙が生じる場合があり、光取出効率が低下する。また、レンズ１０６と外囲器１０５との密着性が低く、機械強度や耐熱性に劣るという問題もあった。
【０００７】
一方、製造工程においては、レンズ１０６を外囲器１０５に取り付けるための組立工程が必要となる、レンズ１０６を外囲器１０５に精度よく取り付けるための光軸調整工程が必要となる等、組立て原価低減の障害となっている。また、キャスティングでレンズ１０６を形成する場合には、熱硬化性樹脂のみが適用できるが、一般にキャスティングには長時間のキュア工程が必要となり、この場合にも組立て原価低減が課題となっている。
【０００８】
そこで本発明は、光取出効率及び信頼性に優れるとともに、製造コストを低減できるレンズ付発光ダイオード装置及びレンズ付発光ダイオード装置の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のレンズ付発光ダイオード装置及びレンズ付発光ダイオード装置の製造方法は次のように構成されている。
【００１０】
電極が形成された支持部材と、この支持部材の上記電極に実装された発光ダイオードと、上記支持部材上に設けられ、少なくとも上記発光ダイオードを含む領域を露出した状態で中空部が形成された第１の樹脂からなる外囲器と、上記外囲器の中空部の上記支持部材側に充填され、上記発光ダイオードを封止する第２の樹脂からなる封止部と、上記封止部に積層して充填され、一体成形された第３の樹脂からなるレンズ部とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
支持部材に発光ダイオード素子を実装する実装工程と、上記支持部材を第１の金型内に位置決めする第１位置決め工程と、上記第１の金型内に樹脂を供給し、外囲器を形成する外囲器形成工程と、上記発光ダイオード素子を封止する封止工程と、上記支持部材を第２の金型内に位置決めする第２位置決め工程と、上記第２の金型内に樹脂を供給し、レンズ部を形成するレンズ部形成工程とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光取出効率及び信頼性に優れるとともに、製造コストを低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置１０を示す縦断面図である。レンズ付発光ダイオード装置１０は、リードフレーム２０（電極が形成された支持部材）と、このリードフレーム２０上に形成された外囲器３０と、外囲器３０内部に設けられ、後述する発光ダイオード２２及びボンディングワイヤ２３を封止する封止部４０と、封止部４０の上部に配置されたレンズ部５０とを備えている。
【００１４】
リードフレーム２０の表面２０ａ側には、複数の電極２１が形成され、この電極２１には、発光ダイオード２２が実装されている。発光ダイオード２２の一方の電極にはボンディングワイヤ２３が接続され、ボンディングワイヤ２３は電極２１に接続されている。なお、図１中２０ｂはリードフレーム２０の裏面を示している。
【００１５】
外囲器３０を形成する第１の樹脂は、ＰＰＡ、ＰＣ、エポキシ等の白色系の熱可塑性樹脂を用いる。また、封止部４０を形成する第２の樹脂は、透明なエポキシ、シリコン等の熱硬化性樹脂やＵＶ硬化性樹脂を用いる。白色光を発光する装置の場合には、波長変換用の蛍光体がこれらの樹脂に混合されることもある。さらに、レンズ部５０を形成する第３の樹脂は透明なシリコン、エポキシ等の熱硬化性樹脂、あるいは、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ＣＯＰ等の熱可塑性樹脂を用いる。
【００１６】
次に、上述したレンズ付発光ダイオード装置１０の製造工程について説明する。まず、図２に示すようにリードフレーム２０を準備し、図３に示すように、リードフレームに発光ダイオード素子をダイマウント材（不図示）によって実装する。次に、これらを射出成形金型内にインサートし、図４に示すように、第１の白色の熱可塑性樹脂によって外囲器３０を形成する。
【００１７】
次に、図５に示すように、発光ダイオード素子２２の電極とリードフレーム２０の電極２１とをワイヤボンディングした後に、発光ダイオード素子２２の周囲に第２の封止樹脂を用いて封止部４０を形成する。このとき、封止部４０の形成は、金型を用いた射出成形でも、ポッティング法による成形でもよい。
【００１８】
これらを再度、射出成形金型の内部にインサートし、図６に示すように透明の第３の樹脂を用いてレンズ部５０を一体成形する。熱硬化性樹脂を用いる場合には、ＬＩＭ成形法が採用され、熱可塑性樹脂の場合には射出成形法が採用される。
【００１９】
このように構成されたレンズ付発光ダイオード装置１０では、レンズ部５０の成形と外囲器３０への取り付けを同時に行うことができるため、別工程で製造した樹脂レンズを外囲器に取り付ける工程及び光軸調整工程が不要となり、組み立て工程の低コスト化が可能となる。
【００２０】
一方、レンズ部５０と外囲器３０間に生じる間隙や、レンズ部５０と封止部４０間に生じる間隙を防止することができ、光取り出し効率を向上することができる。また、レンズ部５０と封止部４０の境界面において樹脂同士の融合が生じるため、取り付け強度を向上することが可能である。
【００２１】
上述したように、本発明の第１の実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置によれば、光取出効率及び信頼性に優れるとともに、製造コストを低減することが可能となる。
【００２２】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置１０Ａを示す縦断面図である。図７において、図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２３】
レンズ部５０には、リードフレーム２０を貫通し、発光ダイオード２２が搭載されていない裏面２０ｂ側まで貫通する貫通部５１が設けられ、この貫通部５１の先端部５２においてリードフレーム２０に係止されている。
【００２４】
本実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置１０Ａにおいても、上述したレンズ付発光ダイオード装置１０と同様の効果を得ることができる。さらに、以下のような効果がある。すなわち、外囲器３０とレンズ部５０を構成する樹脂が異なる場合には、外囲器３０とレンズ部５０との密着強度の確保が困難である。このため、レンズ部５０の一体成形時に透明樹脂をリードフレーム２０の裏面２０ｂにまで充填することで貫通部５１を形成し、レンズ部５０の脱落を防止する。これにより、密着強度を向上することができ、信頼性を向上させることができる。また、レンズ部５１を形成する第３の樹脂として、収縮率や線膨張係数が大きい樹脂を用いることにより、効果を増大させることができる。なお、第３の樹脂を熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂とした場合に用いることができる。
【００２５】
図８は、本発明の第３の実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置１０Ｂを示す縦断面図である。図８において、図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２６】
レンズ部５０には、外囲器３０及びリードフレーム２０を貫通し、発光ダイオード２２が搭載されていない裏面２０ｂ側まで貫通する貫通部５３が設けられ、この貫通部５３の先端部５４においてリードフレーム２０に係止されている。
【００２７】
本実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置１０Ｂにおいても、上述したレンズ付発光ダイオード装置１０Ａと同様の効果を得ることができる。
【００２８】
図９は、本発明の第４の実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置１０Ｃを示す縦断面図である。図９において、図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２９】
本実施の形態においては、外囲器３０の上縁部に、微小なリブ３１が設けられている。本実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置１０Ｃにおいても、上述したレンズ付発光ダイオード装置１０と同様の効果を得ることができるとともに、レンズ部５０を成形する際に、透明樹脂の熱によって微細なリブ３１のみが再溶融し、レンズ部５０と溶着する。この場合、融点が高い樹脂を用いることにより、溶着強度を高くすることができる。なお、この場合の第１の樹脂及び第３の樹脂は、熱可塑性樹脂となる。
【００３０】
図１０は、本発明の第５の実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置１０Ｄを示す縦断面図である。図１０において、図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３１】
リードフレーム２０には、切欠部２４が設けられている。また、レンズ部５０には、リードフレーム２０を貫通し、発光ダイオード２２が搭載されていない裏面２０ｂにまで延設された係止部５５が設けられ、その先端部５６が切欠部２４に係合している。
【００３２】
本実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置１０Ｄにおいても、上述したレンズ付発光ダイオード装置１０Ａと同様の効果を得ることができる。
【００３３】
図１１は、本発明の第６の実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置１０Ｅを示す縦断面図である。図１１において、図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
レンズ付発光ダイオード装置１０Ｅでは、上述したレンズ付発光ダイオード装置１０Ｄとは異なる側面に係止部５５を設けた場合に適用できるものである。リードフレーム２０には、切欠部２４が設けられている。また、レンズ部５０には、リードフレーム２０の側面に沿って延設され、発光ダイオード２２が搭載されていない裏面２０ｂにまで延設された係止部５５が設けられ、その先端部５６が切欠部２４に係合している。
【００３５】
本実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置１０Ｅにおいても、上述したレンズ付発光ダイオード装置１０Ｄと同様の効果を得ることができる。レンズ付発光ダイオード装置１０Ｅでは、係止部５５をリードフレーム２０を貫通させる必要が無い。
【００３６】
図１２は、本発明の第７の実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置１０Ｆを示す縦断面図である。図１２において、図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
外囲器３０には、貫通孔３２が設けられている。また、レンズ部５０には、貫通孔３２を貫通する係止部５７が設けられ、その先端部５８が貫通孔３２に係合している。なお、貫通孔３２の代わりに切欠部を設けるようにしてもよい。
【００３８】
本実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置１０Ｆにおいても、上述したレンズ付発光ダイオード装置１０Ａと同様の効果を得ることができる。
【００３９】
なお、上述した各実施の形態における構造・工程はその一例であり、適宜置換可能なことは勿論である。例えば、発光ダイオード素子２２の電極と外部電極２１との接続は、ワイヤボンディングではなく、フリップチップボンディングでもよい。また、製造工程については、リードフレーム２０に白色樹脂で外囲器３０を形成し、その後に発光ダイオード素子２２の実装を行ってもよい。さらに、リードフレーム２０ではなく、電極が形成された支持部材、例えばガラスエポキシ基板、セラミック基板でも射出成形によるレンズ一体成形は可能である。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置を示す縦断面図。
【図２】同レンズ付発光ダイオード装置の製造工程を示す縦断面図。
【図３】同レンズ付発光ダイオード装置の製造工程を示す縦断面図。
【図４】同レンズ付発光ダイオード装置の製造工程を示す縦断面図。
【図５】同レンズ付発光ダイオード装置の製造工程を示す縦断面図。
【図６】同レンズ付発光ダイオード装置の製造工程を示す縦断面図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置を示す縦断面図。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置を示す縦断面図。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置を示す縦断面図。
【図１０】本発明の第５の実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置を示す縦断面図。
【図１１】本発明の第６の実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置を示す縦断面図。
【図１２】本発明の第７の実施の形態に係るレンズ付発光ダイオード装置を示す縦断面図。
【図１３】レンズ付発光ダイオード装置の一例を示す縦断面図。
【符号の説明】
【００４２】
１０，１０Ａ〜１０Ｆ…レンズ付発光ダイオード装置、２０…リードフレーム（電極が形成された支持部材）、２２…発光ダイオード、３０…外囲器、４０…封止部、５０…レンズ部。
【図１】
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【図２】
2007180069.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007180069.tif 000006
【図５】
2007180069.tif 000007
【図６】
2007180069.tif 000008
【図７】
2007180069.tif 000009
【図８】
2007180069.tif 000010
【図９】
2007180069.tif 000011
【図１０】
2007180069.tif 000012
【図１１】
2007180069.tif 000013
【図１２】
2007180069.tif 000014
【図１３】
2007180069.tif 000015