JP2009283829A - 反射型発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子をマウントする側の第１のリードの素子マウント部の肉厚をそこにマウントする発光素子の種類に応じて容易に調整することができ、いずれの種類の発光素子に対してもその発光面と反射面の中心との距離を最適に調整することで、輝度の高い発光が得られる反射型発光ダイオードを提供する。
【解決手段】本発明は、内部に凹面形状の反射面２を有し、この反射面の開口部側中央部にて先端部が相対する第１及び第２の１対のリード７，８を設置し、第１のリードの先端部の反射面に対向する下面側を薄肉にして所定厚みの素子マウント部７１を設け、薄肉にされた先端部の下面側に発光素子９をマウントし、発光素子と第２のリードの先端部との間にワイヤ１０をボンディングした反射型発光ダイオード１を特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、反射型発光ダイオード及びその製造方法に関する。

従来、高輝度反射型発光ダイオードとして、特開平９−３６４３３号公報（特許文献１）に記載されたような反射型発光ダイオードが知られている。この従来の反射型発光ダイオードは、内部に凹面形状の反射面を有する凹状ケースの反射面の開口部側中央部にて先端部が相対するように第１と第２の１対のリードを設置し、第１のリードの先端部の反射面に対向する下面側に発光素子をマウントし、発光素子と第２のリードの先端部との間にワイヤをボンディングした構造である。

このような反射型発光ダイオードは、反射面の焦点位置に発光素子が配置されていて、発光素子で発光する光が反射面で反射されて平行光となり、凹状ケースの上開口面から出力される。このように発光素子から出力される光のほとんどを、一旦反射面で受けて出力しているため、通常の砲弾型発光ダイオードに比べて光の取り出し効率を格段に向上でき、また半値角を狭くして遠方まで明るく照らせる特長がある。

ところが、このような反射型発光ダイオードでは、第１のリードの先端の素子マウント部に発光素子をマウントするのに、その素子の発光面と反射面の中心との距離がずれると輝度が低下するので、発光素子の発光面と反射面の中心との距離を厳密に管理する必要がある。ところが、従来は、第１のリードの厚みはその全体で均一であるため、発光面の高さが異なる種々の発光素子をその素子マウント部にマウントすると、発光素子の発光面と反射面の中心との距離が種々の発光素子によりまちまちになり、各種の発光素子それぞれにとって最適な距離をとってマウントできるものとはならず、いずれの発光素子をも高輝度にて発光させることができるものとはならない問題点があった。

そこで、上の特許文献１の反射型発光ダイオードでは、発光素子を第１のリードの先端の素子マウント部に固定するのにダミーブロックを介在させることで発光素子の発光面と反射面の中心との距離を調整する方法を採用している。

ところが、この従来の反射型発光ダイオードの製造方法によれば、第１のリードの素子マウント部と発光素子との間にダミーブロックが介在するため、得られた反射型発光ダイオードではこのダミーブロックが熱及び電気抵抗となって損失を発生させ、所期の輝度を得にくい問題点があり、エネルギ効率の点でさらなる改良が必要であった。
特開平９−３６４３３号公報

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、発光素子をマウントする側の第１のリードの素子マウント部の肉厚をそこにマウントする発光素子の種類に応じて容易に調整することができ、いずれの種類の発光素子に対してもその発光面と反射面の中心との距離を最適に調整することで、エネルギ効率を低下させることがなく、高輝度発光が得られる反射型発光ダイオード及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、内部に凹面形状の反射面を有し、この反射面の開口部側中央部にて先端部が相対する第１及び第２の１対のリードを設置し、前記第１のリードの前記先端部の前記反射面に対向する下面側を薄肉にして所定厚みの素子マウント部を設け、前記薄肉にされた素子マウント部の下面側に発光素子をマウントし、前記発光素子と前記第２のリードの先端部との間にワイヤをボンディングした反射型発光ダイオードを特徴とする。

また、本発明は、内部に凹面形状の反射面を有し、この反射面の開口部側中央部にて先端部が相対する第１及び第２の１対のリードを設置し、前記第１のリードの先端部の前記反射面に対向する下面側に発光素子をマウントし、前記発光素子と前記第２のリードの先端部との間にワイヤをボンディングした反射型発光ダイオードを製造する反射型発光ダイオードの製造方法であって、前記第１のリードの先端部の下面側を厚みが所定値となるように薄肉にし、前記薄肉にされた先端部の下面側に前記発光素子をマウントする反射型発光ダイオードの製造方法を特徴とする。

また、本発明は、リード素材の金属板を所定のパターンに加工して第１、第２のリードをそれらの先端部分同士が近接対向するように形成し、前記リード素材に対して、前記第１のリードの素子マウント部となる先端部分のみを所定の厚みになるように研磨し、前記第１のリードの素子マウント部に発光素子をマウントし、前記発光素子と前記第２のリードの先端部分との間にワイヤをボンディングし、内部に凹面形状の反射面を有し、この反射面の開口部側に前記第１、第２のリードそれぞれを前記発光素子が当該反射面の中央上方にて当該反射面に向く姿勢で固定し、前記第１、第２のリードの前記凹状ケースの外側に出ている部分に曲げ加工を施して当該凹状ケースの側面に沿うように下側に折り曲げ、さらに、前記第１、第２のリードそれぞれの後端部分を凹状ケースの底面に接するように内側に折り曲げる反射型発光ダイオードの製造方法を特徴とする。

本発明によれば、発光素子をマウントする側の第１のリードの素子マウント部の肉厚をそこにマウントする発光素子の種類に応じて容易に調整することができ、いずれの種類の発光素子に対してもその発光面と反射面の中心との距離を最適に調整することができ、ひいては、エネルギ効率を低下させることがなく、高輝度発光が得られる反射型発光ダイオードが提供でき、またそのような特性を持つ反射型発光ダイオードを製造することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１、図２は、本発明の１つの実施の形態の反射型発光ダイオード１を示している。この反射型発光ダイオード１は、上面部に放物曲面形状の反射面２を有し、周囲の壁部３の一辺の上部に溝４が形成され、対向辺の上部に溝５が形成された直方体の凹状ケース６と、この凹状ケース６の反射面２の開口部側、すなわち上方を横切り、当該凹状ケース６の壁側面及び底面に沿うように狭幅の上片７ａ、広幅の垂直片７ｂ、広幅の下片７ｃがコの字状に折り曲げられて形成されている第１のリードとしての素子マウント側リード７と、この素子マウント側リード７と対置され、同様に狭幅の上片８ａ、広幅の垂直片８ｂ、広幅の下片８ｃがコの字状に折り曲げられて形成されている第２のリードとしてのワイヤ接続側リード８と、素子マウント側リード７の上片７ａのケース中心側先端部に搭載された発光素子９とから構成されている。発光素子９にはワイヤ１０の一端が接続され、ワイヤ１０の他端はワイヤ接続側リード８の上片８ａの先端部に接続されている。

これらの素子マウント側リード７、ワイヤ接続側リード８の肉厚は、図８に示すように素子マウント側リード７の先端部の素子マウント部７１を除き、ほぼリード素材の金属板の厚みＴ１である。そして素子マウント部７１の肉厚Ｔ２は研磨加工により薄肉になり、他の部分の肉厚Ｔ１よりも薄い。この素子マウント部７１の肉厚Ｔ２は、この素子マウント部７１にマウントする発光素子９の発光面の位置により調整されるものであり、素子の種類により異なる。

１対のリード７，８それぞれの狭幅の上片７ａ，８ａの折り曲げ基部が凹状ケース６の溝４，５それぞれに嵌合され、凹状ケース６の溝４，５の外部で１対のリード７，８それぞれの広幅の垂直片７ｂ，８ｂが凹状ケース６の側面に沿い、かつ１対のリードそれぞれの広幅の下片７ｃ，８ｃが凹状ケース６の底面に接している。

凹状ケース６の溝４，５それぞれにおいて、１対のリード７，８それぞれの上片７ａ，８ａの嵌合部分の上面側から凹状ケース６の上縁面までの段差を塞ぐようにその段差部分に小さなＵＶ硬化性樹脂を詰めて硬化させて堰止め１１，１２とし、同時にリード７，８それぞれの上片７ａ，８ａの折り曲げ基部を固定している。そして、凹状ケース６の凹部内に、例えば、カチオン重合型透明エポキシ樹脂のような透明エポキシ樹脂もしくは透明シリコン樹脂のような透明樹脂１３を凹状ケース６の上縁面に達する深さに充填して硬化させることで、１対のリード７，８の上片７ａ，８ａの部分や発光素子９、ワイヤ１０を透明樹脂１３の中に埋没させた状態で固定している。

図２に示すように、上記構成の反射型発光ダイオード１は、図示していない基板上にこの反射型ダイオード１を載置し、底部両側のリード７，８の下片７ｃ，８ｃそれぞれを半田にてプラス端子、マイナス端子に接続して固定する。このマウント状態で、それらのプラス端子、マイナス端子に通電することで発光素子９に両側のリード７，８を通じて通電して発光させる。発光素子９からの光は、図２において矢印線で示すように大部分が下方に出て放物曲面の反射面２にて反射され、ほぼ平行光線となって凹状ケース６の上面からそれに垂直な方向に放射される。このため、この反射型発光ダイオード１では、半値角が狭くて光の向きが揃い指向性が強い光、したがって光が当たるところでは輝度の高い光を得ることができる。

次に、上記の構造を有する反射型発光ダイオード１の製造方法について、図３〜図７を用いて説明する。大量生産においては、図３に示すような良導電性の材料、例えば、銅（Ｃｕ）を主成分として９８％〜９９％含み、若干の鉄（Ｆｅ）、硫黄（Ｓ）を含み、さらに２〜６μｍ厚に銀メッキが施された薄板を材料とし、これにエッチングあるいは打ち抜き加工にて図３に示すように１対の素子マウント側リード７とワイヤ接続側リード８が両側に対向して多数横並びになるように形成されたリードフレーム２０を使用する。このリードフレーム２０の肉厚は上述したリード７，８の厚みＴ１である。

素子マウント側リード７の形状は、狭幅の上片７ａ、広幅の垂直片７ｂ、広幅の下片７ｃそれぞれになる部分が形成されている。同様に、ワイヤ接続側リード８の形状は、狭幅の上片８ａ、広幅の垂直片８ｂ、広幅の下片８ｃそれぞれになる部分が形成されている。

リードフレーム２０において、素子マウント側リード７とワイヤ接続側リード８それぞれの垂直片７ｂ，８ｂとなる部分と下片７ｃ，８ｃとなる部分との境目に相当する部分には曲げ応力を緩和するための応力逃がし穴７ｅ，８ｅが形成してある。尚、図３において、素子マウント側リード７とワイヤ接続側リード８それぞれの下片７ｃ，８ｃとなる部分の端部に相当する位置に形成されている扁平楕円形の穴２１，２２は、破断線２３，２４にて切断加工する時の切断抵抗を小さくするためのものである。

このようなリードフレーム２０に対して、図４に示すように素子マウント側リード７の先端部分である素子マウント部７１に相当する部分を除いて保護膜７２を形成する。この保護膜７２はレジストのハードキュアにより形成する。

次に、放電加工、電解研磨、エッチング等の適切な研磨法により保護膜７２の形成されていない素子マウント部７１を所定の肉厚Ｔ２になるまでｔ２の寸法だけ研磨する。そして研磨の後、保護膜７２は溶解液にて除去する。

このようなリードフレーム２０において、各１対のリード７，８に対して発光素子９をマウントし、ワイヤボンディングを行う。すなわち、図５に示したように素子マウント側リード７の上片７ａの先端部分に発光素子９を銀ペーストにて固着し、続いてこの固着された発光素子９とワイヤ接続側リード８の上片８ａの先端部とにワイヤボンディングを行って例えば金線のようなワイヤ１０を接続する。

他方、図６に示すように、凹状ケース６は、その上面側に放物凹曲面状の凹部が形成されていて、この凹部底面にアルミニウム若しくは銀蒸着することで反射面２が形成されている。また凹状ケース６の周囲の壁部３の一辺の上縁部に溝４が形成され、対向辺の上縁部に溝５が形成されている。

リードフレーム２０の各１対のリード７，８を凹状ケース６それぞれに取り付ける手順は、図７に示してある。すなわち、図７（ａ）に示すように、発光素子９を搭載し、ワイヤボンディングにてワイヤ１０が接続された１対のリード７，８は、上下を逆さまにして狭幅の上片７ａ，８ａに相当する部分それぞれを凹状ケース６の溝４，５に嵌合させる。この嵌合の際に、ＵＶ樹脂（図示せず）を溝４，５の底面にｔ１の厚みだけ敷き、硬化させることでリード７，８を仮固定する。これにより、凹状ケース６の内部においては狭幅の上片７ａ，８ｂに相当する部分が反射面２の上方に位置し、凹状ケース６の外部に広幅の垂直片７ｂ，８ｂ、下片７ｃ，８ｃそれぞれに相当する部分が位置することになる。

次に、図７（ｂ）に示すように、凹状ケース６の溝４，５それぞれにおいて、１対のリード７，８それぞれの上片７ａ，８ａの嵌合部分の上面側から凹状ケース６の上面までの段差を塞ぐようにその段差部分に小さなＵＶ硬化性樹脂を詰めて硬化させて堰止め１１，１２を形成する。

続いて、図７（ｃ）に示すように、硬化触媒を含む高粘度の透明エポキシ樹脂や透明シリコン樹脂のような透明樹脂１３を凹状ケース６の凹部にその上縁面まで充填し、８０〜１０５℃での雰囲気炉で硬化させて狭幅の上片７ａ，８ａに相当する部分と発光素子９、ワイヤ１０を凹状ケース６と一体化する。

このようにして凹状ケース６と１対のリード７，８の上片７ａ，８ａに相当する部分を透明樹脂１３にて固定した後、図７（ｄ）に示すように、１対のリード７，８の凹状ケース６より外側に出ている部分に曲げ加工を施す。この曲げ加工では、広幅の垂直片７ｂ，８ｂに相当する部分を、それに繋がる上片７ａ，８ｂの基部を凹状ケース６の側面に沿うように図において下側に折り曲げることで垂直にし、さらに、応力逃がし穴７ｅ，８ｅの部分で凹状ケース６の底面に下片７ｃ，８ｃに相当する部分が接するように内側に折り曲げる。こうして、１対のリード７，８それぞれが狭幅の上片７ａ，８ａと広幅の垂直片７ｂ，８ｂと広幅の下片７ｃ，８ｃとでコの字状をなすように折り曲げて曲げ加工が完了する。この曲げ加工が完了すると、図１、図２に示した反射型発光ダイオード１が完成する。尚、この後、必要に応じて、１対のリード７，８それぞれの下片７ｃ，８ｃは凹状ケース６の底面に対して半田にて固定することがある。

本実施の形態の反射型発光ダイオード１において、素子マウント部７１の研磨寸法ｔ２は、素子マウント部７１にマウントする発光素子９の種類により異なる。図８に示すように、完成した反射型発光ダイオード１における凹状ケース６の反射面２の中心線Ｃ上の反射面２から焦点距離Ｆだけ離れた位置に発光素子９の発光面９１が位置するように研磨寸法ｔ２を調整する。凹状ケース６の反射面２の中心点から素子マウント側リード７の溝４の底面までの高さｈ、この溝４に嵌合させる素子マウント側リード７の下面側を溝４に仮固定するためのＵＶ樹脂４１の厚みｔ１（通常、０．０１μｍ〜０．０２μｍ）とし、かつ、素子マウント側リード７の下面と発光素子９の発光面９１が一致する設定にする場合、発光素子９のマウント側底面から発光面９１までの寸法ｔ２とすると、素子マウント部７１の研磨寸法はこのｔ２と等しい寸法に設定することで、Ｆ＝ｈ＋ｔ１とすることができる。

本実施の形態の反射型発光ダイオード１及びその製造方法によれば、第１のリードである素子マウント側リード７の素子マウント部７１の肉厚Ｔ２をそこにマウントする発光素子９の種類に応じて調整することにより、いずれの種類の発光素子に対してもその発光面９１と反射面２の中心点からの距離Ｆを反射面２の焦点距離に一致するように調整することができ、ひいては、エネルギ効率を低下させることなく、高輝度発光が得られる反射型発光ダイオードが提供できる。

尚、本発明において、素子マウント側リードの素子マウント部を薄肉にする方法は研磨に限定されるものではなく、所定の寸法になるように後加工できる方法であればよい。また、リードをあらかじめその素子マウント部が所定の寸法の薄肉になるように成型されたものを採用することもできる。

また、反射面２は、凹状ケース３の底面に形成した例で説明したが、この例に限定されることはなく、発光素子からの光を直接に受けて反射する構成であれば、加熱硬化させる透明樹脂の裏面に蒸着した反射膜を持つような構成であってもよい。さらに、凹状ケースも四角な箱形に限らず、円筒形であってもよい。

本発明の１つの実施の形態の反射型発光ダイオードの斜視図。 上記実施の形態の反射型発光ダイオードの断面図。 上記実施の形態の反射型発光ダイオードの製造において使用するリードフレームの一部破断した平面図。 上記実施の形態の反射型発光ダイオードの製造において使用するリードフレームの素子マウント部を残して保護膜を形成した状態の一部破断した平面図。 上記実施の形態の反射型発光ダイオードの製造過程において１対のリードに発光素子を取り付け、ワイヤをボンディングした状態の斜視図。 上記実施の形態の反射型発光ダイオードの製造において使用する凹状ケースの斜視図。 上記実施の形態の反射型発光ダイオードの製造において１対のリードの凹状ケースへの組み付け工程から透明樹脂の充填・硬化工程、リードの折り曲げ工程に至るまでの製造工程図。 上記実施の形態の反射型発光ダイオードにおいて、素子マウント側リードの素子マウント部の寸法、発光素子の発光面の位置、反射面の焦点距離の関係を示す一部破断せる断面図。

符号の説明

１ 反射型発光ダイオード
２ 反射面
３ 壁部
４，５ 溝
６ 凹状ケース
７ 素子マウント側リード
７１ 素子マウント部
８ ワイヤ接続側リード
９ 発光素子
９１ 発光面
１０ ワイヤ
ｔ２ 研磨深さ
Ｔ２ 厚み

Claims (3)

1. 内部に凹面形状の反射面を有し、この反射面の開口部側中央部にて先端部が相対する第１及び第２の１対のリードを設置し、
   前記第１のリードの前記先端部の前記反射面に対向する下面側を薄肉にして所定厚みの素子マウント部を設け、
   前記薄肉にされた素子マウント部の下面側に発光素子をマウントし、
   前記発光素子と前記第２のリードの先端部との間にワイヤをボンディングしたことを特徴とする反射型発光ダイオード。
2. 内部に凹面形状の反射面を有し、この反射面の開口部側中央部にて先端部が相対する第１及び第２の１対のリードを設置し、前記第１のリードの先端部の前記反射面に対向する下面側に発光素子をマウントし、前記発光素子と前記第２のリードの先端部との間にワイヤをボンディングした反射型発光ダイオードを製造する反射型発光ダイオードの製造方法であって、
   前記第１のリードの先端部の下面側を厚みが所定値となるように薄肉にし、
   前記薄肉にされた先端部の下面側に前記発光素子をマウントすることを特徴とする反射型発光ダイオードの製造方法。
3. リード素材の金属板を所定のパターンに加工して第１、第２のリードをそれらの先端部分同士が近接対向するように形成し、
   前記リード素材に対して、前記第１のリードの素子マウント部となる先端部分のみを所定の厚みになるように研磨し、
   前記第１のリードの素子マウント部に発光素子をマウントし、
   前記発光素子と前記第２のリードの先端部分との間にワイヤをボンディングし、
   内部に凹面形状の反射面を有し、この反射面の開口部側に前記第１、第２のリードそれぞれを前記発光素子が当該反射面の中央上方にて当該反射面に向く姿勢で固定し、
   前記第１、第２のリードの前記凹状ケースの外側に出ている部分に曲げ加工を施して当該凹状ケースの側面に沿うように下側に折り曲げ、さらに、前記第１、第２のリードそれぞれの後端部分を凹状ケースの底面に接するように内側に折り曲げることを特徴とする反射型発光ダイオードの製造方法。

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