レンズ及びそれを用いた光学製品
【課題】半導体光学素子の発受光面に確実に付すことができ、半田付けする半田溶融温度での加熱によって変色や変形等の劣化を引き起さず、その光を効率よく集光又は拡散できる耐熱性のレンズ、そのレンズが半導体光学素子に付された光学製品、及びそのレンズが付された半導体光学素子のアノード端子及びカソード端子を回路基板へ確りと半田付けされ確実に確認できる生産性に優れた光学製品を提供する。
【解決手段】レンズ１は、半導体光学素子１２の発受光面１６を覆う耐熱樹脂製レンズであり、その光軸に平行又は傾斜した平坦な二側面３ａ・３ｂを有する。光学製品１１は、半導体光学素子１２とレンズ１とが一体化したもので、半導体光学素子１２のアノード端子１３ａとカソード端子１３ｂとが夫々、二側面３ａ・３ｂへ向いて延びており、その各先端が夫々、二側面３ａ・３ｂにまで延び、又は二側面３ａ・３ｂより突き出つつレンズ１の径以内に収まっている。
【解決手段】レンズ１は、半導体光学素子１２の発受光面１６を覆う耐熱樹脂製レンズであり、その光軸に平行又は傾斜した平坦な二側面３ａ・３ｂを有する。光学製品１１は、半導体光学素子１２とレンズ１とが一体化したもので、半導体光学素子１２のアノード端子１３ａとカソード端子１３ｂとが夫々、二側面３ａ・３ｂへ向いて延びており、その各先端が夫々、二側面３ａ・３ｂにまで延び、又は二側面３ａ・３ｂより突き出つつレンズ１の径以内に収まっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子や受光素子のような半導体光学素子の発光・受光面に付されその光を効率よく集光又は拡散するための耐熱性のレンズ、そのレンズと半導体光学素子とが一体化した光学製品、及びそのレンズが半導体光学素子に付され回路基板へ半田付けされている光学製品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイのバックライトや照明装置に用いられる発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子、携帯電話に装着された小型カメラの画像形成用受光素子や太陽電池等の受光素子のような半導体光学素子は、その発光又は受光面に光を効率よく集光又は拡散するレンズが付されて、用いられる。
【０００３】
また、発光ダイオードを用いる産業分野では、大量生産された市販の発光ダイオードを用いて、所望の光学特性を有する光源となる光学製品を小ロットだけ作製しなければならない場合がある。また、多様な光学特性を用時に得るために、適切に光学設計されたレンズを市販の発光ダイオードへ付すことにより、所期の目的の光源となる光学製品を作製しなければならない場合もある。
【０００４】
発光ダイオードは、チップ型、砲弾型などの形状のものがあり、ＰＮ接合に順方向通電を行って電気入力を光出力に変換する半導体と、アノード・カソードの両端子とを有するものである。
【０００５】
一般的なプラスチックレンズとして汎用されているアクリル樹脂製レンズは、耐熱性が悪い。それを有するこれら光学製品を製造する場合、図５（Ａ）のように、先ずチップ型発光ダイオードのような半導体光学素子３２のアノード端子３３ａ・カソード端子３３ｂを拡大カメラで監視しつつ夫々、回路基板上の配線パターン３４ａ・３４ｂに載置した後、それらを半田３５で半田付けし、十分に半田付けされていることを再度カメラで確認する。その後、集光効率を上げるために半導体光学素子３２よりも一回り大きなアクリル樹脂製レンズ３１を被せて接着している。このような工法では、回路基板上に点在する多数の半導体光学素子に個別にレンズを接着しなければならず、煩雑であって生産効率が悪い。
【０００６】
特許文献１には、耐熱性のシリコーン樹脂製光学レンズを備えた半導体光学素子部品を、被取付物に鉛フリー半田でリフロー半田付けする方法が、開示されている。この工法は、同図（Ｂ）のようにシリコーン樹脂製レンズ３１が予め接着されたチップ型発光ダイオードのような半導体光学素子３２のアノード端子３３ａ・カソード端子３３ｂを夫々、基板上の配線パターン３４ａ・３４ｂに加熱して半田３５により半田付けするものである。このような工法では、集光効率を上げるために半導体光学素子３２よりも一回り大きなシリコーン樹脂製凸レンズ３１を被せると、半導体光学素子３２のアノード端子３３ａ・カソード端子３３ｂがレンズ３１で隠れてしまう結果、半田付けの適否を拡大カメラで直接監視できなくなり、不十分にしか半田付けできていない製品を、製造過程で取り除くことができない。
【０００７】
チップ型発光ダイオードのみならず砲弾型発光ダイオードのような発光素子、受光素子においても、同様な問題がある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１４６５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、半導体光学素子の発光・受光面に確実に付すことができ、半田付けする半田溶融温度での加熱によって変色や変形等の劣化を引き起さず、その光を効率よく集光又は拡散できる耐熱性のレンズ、そのレンズが半導体光学素子に付された光学製品、及びそのレンズが付された半導体光学素子のアノード端子及びカソード端子を回路基板へ確りと半田付けされ確実に確認することができる生産性に優れた光学製品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するためになされた特許請求の範囲の請求項１に記載のレンズは、発光素子と受光素子との何れかの半導体光学素子の発受光面を覆う耐熱樹脂製レンズであり、その光軸に平行又は傾斜した平坦な二側面を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載のレンズは、請求項１に記載されたもので、前記耐熱性樹脂が、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、シクロオレフィン樹脂、又はポリカーボネート樹脂であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載のレンズは、請求項１に記載されたもので、前記レンズが、平凸レンズ、平凹レンズ、又はフレネルレンズであり、その平レンズ面側に、前記半導体光学素子のアノード端子及び／又はカソード端子を表すマーカーを有することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載のレンズは、請求項３に記載されたもので、前記半導体光学素子が嵌め込まれる窪みを、前記平レンズ面側に有していることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載のレンズは、請求項４に記載されたもので、前記半導体光学素子の向きを示す切欠又は突起への嵌合形状が、前記窪みに付されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の光学製品は、発光素子及び受光素子の何れかの半導体光学素子と、その発受光面を覆う耐熱樹脂製レンズとが一体化した光学製品であって、前記レンズが、光軸に平行又は傾斜した平坦な二側面を有しており、前記半導体光学素子のアノード端子とカソード端子とが夫々、前記二側面へ向いて延びており、前記アノード端子とカソード端子との各先端が夫々、前記二側面にまで延び、又は前記二側面より突き出つつ前記レンズの径以内に収まっていることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載の光学製品は、請求項６に記載されたもので、前記レンズが平凸レンズ、平凹レンズ、又はフレネルレンズであり、その平レンズ面側の窪みに、前記半導体光学素子が嵌め込まれ接着剤により接着されて、前記一体化していることを特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載の光学製品は、請求項６に記載されたもので、前記アノード端子とカソード端子とが、回路基板上の配線へ半田付けされていることを特徴とする。
【００１８】
請求項９に記載の光学製品の製造方法は、光軸と平行又は傾斜した平坦な二側面を有する耐熱性樹脂製レンズにより、発光素子及び受光素子の何れかの半導体光学素子の発受光側面を覆い、
前記半導体光学素子のアノード端子とカソード端子とが夫々、前記二側面へ向いて延びており、前記アノード端子とカソード端子との各先端が、前記二側面にまで延び、又は前記二側面より突き出つつ前記レンズの径以内に収められつつ、前記アノード端子とカソード端子とを、回路基板上で半田が付されている配線へ、載置してから加熱して半田付けすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のレンズは、発光素子や受光素子のような半導体光学素子の発光・受光面に確実に付すことができ、半導体光学素子のアノード端子やカソード端子の向きを簡易に識別できるものである。このレンズは、それが付された半導体光学素子を回路基板へ半田付けする際の加熱によって、変形や変色等の劣化を引き起さず、耐熱性に優れている。しかも、光透過性が良く、透過する光を効率よく所望の方向へ集光又は拡散させることができるので配光特性に優れ、さらに耐擦傷性にも優れている。
【００２０】
このレンズが付された半導体光学素子が回路基板へ半田付けされた本発明の光学製品は、半田付けを確りと行うことができるうえ、半導体光学素子のアノード端子やカソード端子がレンズの平坦な二側面にまで延び又はそれよりも外側へ突き出しているので、半田付け処理の際に両端子が配線パターンへ確実に半田付けされているかをカメラで直接監視でき、さらに半田付けが確実にできたかを簡便に確認できる。
【００２１】
またこのレンズが付された光学製品は、二側面を設けた分だけレンズがそがれているにも係わらず、配光特性が殆んど影響されておらず、レンズの天頂部位の光度を、二側面を設けていないレンズに比べ、高々１０％以内の減少に抑えることができる。
【００２２】
しかも、アノード端子やカソード端子を短くすることができるので、半導体光学素子を密に配置したり、光学製品を小型にしたりすることができる。
【００２３】
本発明の光学製品の製造方法によれば、半田付けの際の加熱によってレンズが劣化しないので、高品質の光学製品を、簡便かつ効率良く得ることができる。
【発明を実施するための好ましい形態】
【００２４】
以下、本発明を実施のための好ましい形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。
【００２５】
本発明のレンズ１及びそれを用いた光学製品の一形態を、図１に示す。レンズ１は、半導体光学素子１２である略直方体状チップ型発光ダイオードの上側面の発光面１６を覆うシリコーン樹脂製であって、一方の面が平面で他方の面が凸面になっている平凸レンズである。
【００２６】
その平レンズ面側の中央に、半導体光学素子１２が丁度収まる窪み６があり、そこに半導体光学素子１２が、その発光面１６をレンズの凸レンズ面側に向けつつ、嵌まっている。半導体光学素子１２の側面側からアノード端子１３ａとカソード端子１３ｂとが互いに反対方向へ突き出している。
【００２７】
レンズ１は、半導体光学素子１２の発光面１６の中心とレンズ１の凸レンズ面側の頂点２とを結ぶ光軸に対し傾斜角θで傾斜した対峙する平坦な二側面３ａ・３ｂを、有している。二側面３ａ・３ｂは、互いに内傾して、レンズ１の天頂２に近いほど狭まっている。アノード端子１３ａは側面３ａから、またカソード端子１３ｂは側面３ｂから、各々外方向へ、はみ出ている。アノード端子１３ａとカソード端子１３ｂとは、側面３ａ・３ｂが切れ込まれていないレンズで覆われたならば隠れてしまう程度だけ、側面３ａ・３ｂから、僅かにはみ出ている。
【００２８】
半導体光学素子１２は、その略直方体状の上側面の四隅のうちの一つに切欠１７を有しており、レンズ１の窪み６はその切欠１７に嵌合する形状４を有していてもよい。これにより、半導体光学素子１２はレンズ１の窪み６に隙間無く収まっている。もしアノード端子１３ａとカソード端子１３ｂとを取り違えると、半導体光学素子１２の切欠１７と窪み６の嵌合形状４とが斜交いにずれる結果、半導体光学素子１２は、レンズ１の窪み６に隙間無く収まらないから、取り違えを簡易に確認できるようになっている。
【００２９】
さらに、レンズ１の平レンズ面側で側面３ａ・３ｂ以外の部位で、鍔が延びている。その鍔の四隅の内の一つの角が、カソード端子１３ｂ側であることを示すマーカー５として、他の三隅と異なる形状となっており、他の三つのように丸まった角と、目視で識別できるようになっている。
【００３０】
半導体光学素子１２へ電力を供給する回路基板１８上の配線パターン１４ａ・１４ｂと、アノード端子１３ａ及びカソード端子１３ｂとが、クリーム半田１５で半田付けされて、光学製品１１を形成している。
【００３１】
レンズ１の別な形態を示す図２（Ａ）のように、レンズ１の凸レンズ面側の天頂２近傍が、湾曲したままフレネルレンズとなっていてもよい。また同図（Ｂ）のように天頂２近傍が略平坦となったフレネルレンズとなっていてもよい。全体がフレネルレンズとなっていてもよい。それが梨地仕上げされていてもよい。
【００３２】
レンズ１として、平凸レンズの例を示したが、一方の面が平面で他方の面が凹面となっている平凹レンズであってもよい。
【００３３】
なお、レンズ１は、二側面３ａ・３ｂが凸レンズ面側の天頂２ほど近接するように光軸に対し、何れも同じ傾斜角θで内傾して傾斜し、光軸を含む面に対し対称であることが好ましい。二側面３ａ・３ｂは、光軸に対して平行であってもよいが、傾斜していると、レンズ１を成形した後、金型から取り出し易い。傾斜角θは、５°以下であることが好ましく、１〜３°であると、一層好ましい。
【００３４】
平坦な二側面３ａ・３ｂの間隔距離は、外周を略円状とするレンズ１の直径の６７〜９５％程度であることが好ましい。この間隔距離が、この範囲よりも長いと、半導体光学素子１２のアノード端子１３ａとカソード端子１３ｂとが、レンズ１で隠れてしまい、両端子１３ａ・１３ｂの半田付けしている部位であるフィレットを直接、監視できなくなってしまう。両端子を長くすると、半導体光学素子１２を密に多数取り付けることができなくなってしまい、光学製品を小型化できなくなってしまう。一方、この間隔距離が、この範囲よりも短いと、レンズ１自体が小さくなってしまい、集光効率が低下し、発光又は受光の所望の配光特性が得られなくなってしまう。この間隔距離が、この範囲内であると、平坦な二側面を有しないレンズと比較したときに、最大で１０％の相対光度の低下で済み、配光特性に殆んど影響を与えない。その間隔距離は、レンズ１の直径８ｍｍに対し、５〜７ｍｍとなる比率にすると、なお一層好ましい。
【００３５】
レンズ１は、耐熱性樹脂であれば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、シクロオレフィン樹脂、又はポリカーボネート樹脂の何れであってもよい。中でも、シリコーン樹脂は、様々な波長の光に対する透過率が比較的高く、経時的な黄変や変質のような劣化を惹き起こさず、入射光の損失が少なく、赤外線や紫外線等の光、水、熱、振動に対し安定で、金型成型による精密な転写性に優れ、また耐擦傷性にも優れていることから、特に好ましい。従って、このような樹脂で形成されたレンズ１を有する光学製品１１は、風雨や長期間の強い日差しに曝されても、劣化せず、耐光性・耐候性・耐熱性のような耐久性に優れ、寿命が長く、信頼性がある。
【００３６】
レンズ１は、例えばシリコーン樹脂の原料組成物を、レンズ１の形状のキャビティを有する金型内で、硬化させることにより得ることができる。シリコーン樹脂の原料組成物としては、特に、液状の付加反応硬化型のシリコーン樹脂の原料組成物が好ましい。液状の付加反応硬化型のシリコーン樹脂の原料組成物は、無溶媒であるため発泡することなく表面も内部も均一に硬化させることができるので好適である。
【００３７】
付加反応硬化型のシリコーン樹脂の原料組成物としては、熱硬化により透明なシリコーン樹脂を形成するものであれば特に制限されないが、例えば、オルガノポリシロキサンをベースポリマーとし、オルガノハイドロジェンポリシロキサン及び白金系触媒等の重金属系触媒を含むものが挙げられる。
【００３８】
上記オルガノポリシロキサンとしては、下記平均単位式
ＲａＳｉＯ（４−ａ）／２
（式中、Ｒは非置換又は置換一価炭化水素基で、好ましくは炭素数１〜１０、特に１〜８のものである。ａは０．８〜２、特に１〜１．８の正数である。）
で示されるものが挙げられる。ここで、Ｒとしてはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、ブテニル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基等のアラルキル基や、これらの炭素原子に結合した水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換されたクロロメチル基、クロロプロピル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基等のハロゲン置換炭化水素基、或いはシアノ基で置換された２−シアノエチル基等のシアノ基置換炭化水素基などが挙げられ、Ｒは同一であっても異なっていてもよいが、Ｒとしてフェニル基を含むもの、特に、全Ｒのうち５〜８０モル％がフェニル基であるものが、耐熱性及び透明性の点から好ましい。
【００３９】
また、Ｒとしてビニル基等のアルケニル基を含むもの、特に全Ｒのうちの１〜２０モル％がアルケニル基であるものが好ましく、中でもアルケニル基を１分子中に２個以上有するものが好ましく用いられる。このようなオルガノポリシロキサンとしては、例えば、末端にビニル基等のアルケニル基を有するジメチルポリシロキサンやジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体等の末端アルケニル基含有ジオルガノポリシロキサンが挙げられ、特に、常温で液状のものが好ましく用いられる。
【００４０】
一方、オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、３官能以上（即ち、１分子中にケイ素原子に結合する水素原子（Ｓｉ−Ｈ基）を３個以上有するもの）が好ましく、例えば、メチルハイドロジェンポリシロキサン、メチルフェニルハイドロジェンポリシロキサン等が挙げられ、特に、常温で液状のものが好ましい。また、触媒としては、白金、白金化合物、ジブチル錫ジアセテートやジブチル錫ジラウリレート等の有機金属化合物、又はオクテン酸錫のような金属脂肪酸塩などが挙げられる。これらオルガノハイドロジェンポリシロキサンや触媒の種類や量は、架橋度や硬化速度を考慮して適宜決定すればよい。
【００４１】
レンズ１を成形する耐熱性樹脂として、ポリジメチルシロキサン、ポリジフェニルシロキサンのようなシリコーン樹脂であると、一層好ましい。特に、レンズ１は、ポリジメチルシロキサンのような硬いシリコーン樹脂で成形されていると、膨張し難いうえ、紫外線などの短波長側で劣化し難く、光学特性を維持するのに適切であるため、なお一層好ましい。
【００４２】
シリコーン樹脂の原料組成物には、前記の硬化成分以外に、得られるシリコーン樹脂の強度や透明度を損なわない程度に充填剤、耐熱材、可塑剤等が添加されていてもよい。
【００４３】
シリコーン樹脂の原料組成物としては、信越化学工業株式会社製のＫＪＲ６３２等の市販品を用いてもよい。
【００４４】
レンズ１は、その原料組成物を成形してシリコーン樹脂成形体とする任意の方法により得ることができ、例えば、注型成形等により成形することができる。
【００４５】
シリコーン樹脂の透過率は、９０％以上であることが好ましく、９２％以上であると一層好ましい。ポリジメチルシロキサンで成形したレンズ１の透過率は約９４％、ポリジフェニルシロキサンで成形したレンズ１の透過率は約９２％であり、長期に使用してもその透過率は維持される。また、エポキシ樹脂で成形したレンズ１の透過率は９２％である。何れも、十分な透過率を有している。
【００４６】
レンズ１は、ショアＤ硬度を１０°以上とすることが好ましい。レンズ１のシリコーン樹脂の硬度は、ＪＩＳ Ｋ ７２１５（プラスチックのデュロメーター硬さ試験方法）の方法により測定されるショアＤ硬度で、２０°〜９０°であることが好ましい。
【００４７】
クリーム半田１５は、鉛フリー半田であることが好ましい。鉛フリー半田として、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｂｉ系等が挙げられる。半田の加熱ピーク温度が、２４０℃以上、特に２５０℃以上で使用される鉛フリー半田が、好ましい。
【００４８】
半導体光学素子１２として、チップ型発光ダイオードの例を示したが、砲弾型発光ダイオードや多セグメント形発光ダイオードのような発光素子であってもよく、画像形成用受光素子や太陽電池のような受光素子であってもよい。
【００４９】
半導体光学素子１２に、蛍光剤や色素を含有したキャップが被せられていてもよい。その半導体光学素子１２及びキャップごと、レンズ１の窪み６に嵌め込まれる。
【００５０】
回路基板１８は、おもて面側に配線パターンとして銅箔が付され、所定の銅箔の一部に、おもて面側で配置される半導体光学素子１２のアノード端子１３ａとカソード端子１３ｂとを半田付けできるようにクリーム半田がプリント基板に印刷されているものである。
【００５１】
本発明のレンズ１及びそれを用いた光学製品１１は、以下のようにして製造される。
【００５２】
先ず、図１のレンズ１の形状のキャビティを有する金型に、シリコーン樹脂の原料組成物を注入し、加熱して、平凸レンズ１を成形した後、金型から取り出す。レンズ１の平レンズ面側の窪み６に透明接着剤を垂らす。レンズ１の平レンズ面側の窪み６の嵌合形状４と、半導体光学素子１２の発光面１６側の切欠１７とが、嵌まり合うように、半導体光学素子１２を、窪み６に挿入し、押し付けて、レンズ１と半導体光学素子１２とを密着させつつ接着する。半導体光学素子１２のアノード端子１３ａとカソード端子１３ｂとが、レンズ１の平坦な二側面３ａ・３ｂより夫々、突き出される。
【００５３】
なお、半導体光学素子１２であるチップ型発光ダイオードの発光面１６側に、透明接着剤を塗布し、半導体光学素子１２を、窪み６に挿入してもよい。
【００５４】
レンズ１のマーカー５を頼りに、カメラ２０で監視しながら、アノード端子１３ａを回路基板１８の配線パターン１４ａへ、またカソード端子１３ｂを配線パターン１４ｂへ、夫々載置する。半田１５が溶融する温度に加熱すると、両端子１３ａ・１３ｂが、夫々配線パターン１４ａ・１４ｂに半田付けされ、光学製品１１が得られる。半田付け部位をカメラ２０で確認しながら、半田付けが不十分な光学製品を取り除く。
【００５５】
なお、半田付け方法は、特に限定されないが、リフロー半田法であることが好ましい。例えば、鉛フリー半田をプリント回路基板等の被取付物に積層し、両端子又はそれに繋がるリード線を半田部分に載せ、赤外線法、気相法、熱風法、レーザ法などの加熱方法で、レンズ１及び半導体光学素子１２ごと回路基板１８全体を加熱してもよく、半田付け部位のみを選択的に加熱してもよい。加熱温度は、半田付けを確実なものとするために、２５０℃以上であることが好ましく、２６０℃以上であると一層好ましい。
【実施例】
【００５６】
本発明を適用するレンズ１及び光学製品１１を試作した例を実施例１に示し、本発明を適用外のレンズ及び光学製品を試作した例を比較例１に示す。
【００５７】
（実施例１）
図１のレンズ１の形状をキャビティとする金型に、ケイ素原子にフェニル基が結合したオルガノポリシロキサンをベースポリマーとするシリコーン樹脂原料組成物であるＫＪＲ６３２(信越化学工業株式会社製；商品名)を、金型に流し込み、１５０℃で熱硬化させて、図１に示す平凸レンズ１を得た。この平凸レンズ１は、高さを７．３ｍｍ（その内、マーカー５を有する鍔の高さが１．５ｍｍ）、平レンズ面の縁の略円状の外周の直径を８ｍｍとし、二側面同士の最大距離を５．３ｍｍでその傾斜角θを３°とするものである。
【００５８】
半導体光学素子１２として約５ｍｍ四方で厚さ約１．４ｍｍのチップ型発光ダイオード（ＬＥＤ）（日亜化学工業株式会社製）を用いた。それの対峙する両端から夫々導出しているアノード端子１３ａとカソード端子１３ｂとの末端同士の距離は、二側面同士の最大距離よりも僅かに長くなっており、８ｍｍ未満である。なお、そのレンズ未装着の発光ダイオードに関し、３５０〜７５０ｎｍでの発光スペクトルと、０〜９０°での放射角度での相対照度についての光学特性を図３に示す。
【００５９】
レンズ１の平レンズ面側の窪み６に透明接着剤である縮合型シリコーンゴム系接着剤を垂らした。レンズ１の平レンズ面側の窪み６の嵌合形状４と、半導体光学素子１２の切欠１７とが嵌まり合うように、半導体光学素子１２を、窪み６に挿入して押し付けると、それによって接着剤が押し拡げられて、レンズ１と半導体光学素子１２とが、気泡の無い状態で密着して接着され、一体化し、レンズ１付きの半導体光学素子が、光学製品として得られた。
【００６０】
また、アノード端子１３ａと、レンズ１のマーカー５側のカソード端子１３ｂとを、プリント回路基板１８上の配線パターン１４ａ・１４ｂのクリーム半田１５上に載置した後、基板を鉛フリーリフロー半田付け工程のベルトコンベアに載せ、加熱温度２６０℃の炉の中を、３０秒間かけて通過させ、鉛フリーのリフロー半田を行い、光学製品１１を作製した。
【００６１】
次にプリント回路基板を、ベルトコンベアで、検査工程に送り、半田付けしたフィレット部分を、そこからの仰角６０°に配置された拡大カメラ２０で、斜め上から撮影し、モニター上に拡大映像で表示し、半導体光学素子１２のアノード端子１３ａ及びカソード端子１３ｂと、プリント回路基板１８上の配線パターン１４ａ及び１４ｂとの半田付けによる接合状態を画像処理して、その適否を判断した。レンズ２は平坦な二側面が切り取られているような状態なので、遮るものがなく、カメラ２０で直接撮影できている。
【００６２】
半田付けが完全であった光学製品１１について、性能評価を行った。性能評価は、半導体光学素子１２を通電して発光させ、天頂２を放射角度０°として、発光強度及び光の色相を測定するというものである。その発光強度を図４に示す。
【００６３】
（比較例１）
平坦な二側面を有しないこと以外は実施例１と同様にして形成した光学製品を対照品とし、その相対光度で示してある。
【００６４】
図４から明らかな通り、対照品である比較例１の光学製品と比較し、最大でも相対光度が５％しか低下しておらず、優れた配光特性を有していた。また、実施例１の光学製品１１は、半田付けの際に加熱したにも関わらず、熱変色を起こしておらず、白濁も認められず優れた色相を示し、また十分な光度を有していた。
【００６５】
（比較例２）
実施例１のシリコーン樹脂製のレンズに代えて、アクリル樹脂製のレンズを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、光学製品を作製した。この光学製品は、半田付けの際の加熱により、レンズが黄変し、さらに熱変形しているため、配光特性、色相ともにシリコーンレンズよりも、遥かに劣っていた。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明のレンズを発光素子に付した光学製品は、ディスプレイのバックライトや各種の小型で軽量な照明装置に用いられる。またこのレンズを受光素子に付した光学製品は、太陽電池や携帯電話に装備された小型カメラに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明を適用するレンズ及びそれを用いた光学製品の斜視図である。
【図２】本発明を適用するレンズの別な態様の一部を示す斜視図である。
【図３】本発明を適用する光学製品に用いられた半導体光学素子の特性を示す図である。
【図４】本発明を適用する光学製品と本発明を適用外の光学製品との相対光度を示す図である。
【図５】本発明を適用外のレンズ及びそれを用いた光学製品の製造途中を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１はレンズ、２は天頂、３ａ・３ｂは側面、４は嵌合形状、５はマーカー、６は窪み、１１は光学製品、１２は半導体光学素子、１３ａはアノード端子、１３ｂはカソード端子、１４ａ・１４ｂは配線パターン、１５は半田、１６は発光部、１７は切欠、１８は基板、２０はカメラ、３１はレンズ、３２は半導体光学素子、３３ａはアノード端子、３３ｂはカソード端子、３４ａ・３４ｂは配線パターン、３５は半田、θは傾斜角である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子や受光素子のような半導体光学素子の発光・受光面に付されその光を効率よく集光又は拡散するための耐熱性のレンズ、そのレンズと半導体光学素子とが一体化した光学製品、及びそのレンズが半導体光学素子に付され回路基板へ半田付けされている光学製品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイのバックライトや照明装置に用いられる発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子、携帯電話に装着された小型カメラの画像形成用受光素子や太陽電池等の受光素子のような半導体光学素子は、その発光又は受光面に光を効率よく集光又は拡散するレンズが付されて、用いられる。
【０００３】
また、発光ダイオードを用いる産業分野では、大量生産された市販の発光ダイオードを用いて、所望の光学特性を有する光源となる光学製品を小ロットだけ作製しなければならない場合がある。また、多様な光学特性を用時に得るために、適切に光学設計されたレンズを市販の発光ダイオードへ付すことにより、所期の目的の光源となる光学製品を作製しなければならない場合もある。
【０００４】
発光ダイオードは、チップ型、砲弾型などの形状のものがあり、ＰＮ接合に順方向通電を行って電気入力を光出力に変換する半導体と、アノード・カソードの両端子とを有するものである。
【０００５】
一般的なプラスチックレンズとして汎用されているアクリル樹脂製レンズは、耐熱性が悪い。それを有するこれら光学製品を製造する場合、図５（Ａ）のように、先ずチップ型発光ダイオードのような半導体光学素子３２のアノード端子３３ａ・カソード端子３３ｂを拡大カメラで監視しつつ夫々、回路基板上の配線パターン３４ａ・３４ｂに載置した後、それらを半田３５で半田付けし、十分に半田付けされていることを再度カメラで確認する。その後、集光効率を上げるために半導体光学素子３２よりも一回り大きなアクリル樹脂製レンズ３１を被せて接着している。このような工法では、回路基板上に点在する多数の半導体光学素子に個別にレンズを接着しなければならず、煩雑であって生産効率が悪い。
【０００６】
特許文献１には、耐熱性のシリコーン樹脂製光学レンズを備えた半導体光学素子部品を、被取付物に鉛フリー半田でリフロー半田付けする方法が、開示されている。この工法は、同図（Ｂ）のようにシリコーン樹脂製レンズ３１が予め接着されたチップ型発光ダイオードのような半導体光学素子３２のアノード端子３３ａ・カソード端子３３ｂを夫々、基板上の配線パターン３４ａ・３４ｂに加熱して半田３５により半田付けするものである。このような工法では、集光効率を上げるために半導体光学素子３２よりも一回り大きなシリコーン樹脂製凸レンズ３１を被せると、半導体光学素子３２のアノード端子３３ａ・カソード端子３３ｂがレンズ３１で隠れてしまう結果、半田付けの適否を拡大カメラで直接監視できなくなり、不十分にしか半田付けできていない製品を、製造過程で取り除くことができない。
【０００７】
チップ型発光ダイオードのみならず砲弾型発光ダイオードのような発光素子、受光素子においても、同様な問題がある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１４６５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、半導体光学素子の発光・受光面に確実に付すことができ、半田付けする半田溶融温度での加熱によって変色や変形等の劣化を引き起さず、その光を効率よく集光又は拡散できる耐熱性のレンズ、そのレンズが半導体光学素子に付された光学製品、及びそのレンズが付された半導体光学素子のアノード端子及びカソード端子を回路基板へ確りと半田付けされ確実に確認することができる生産性に優れた光学製品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するためになされた特許請求の範囲の請求項１に記載のレンズは、発光素子と受光素子との何れかの半導体光学素子の発受光面を覆う耐熱樹脂製レンズであり、その光軸に平行又は傾斜した平坦な二側面を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載のレンズは、請求項１に記載されたもので、前記耐熱性樹脂が、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、シクロオレフィン樹脂、又はポリカーボネート樹脂であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載のレンズは、請求項１に記載されたもので、前記レンズが、平凸レンズ、平凹レンズ、又はフレネルレンズであり、その平レンズ面側に、前記半導体光学素子のアノード端子及び／又はカソード端子を表すマーカーを有することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載のレンズは、請求項３に記載されたもので、前記半導体光学素子が嵌め込まれる窪みを、前記平レンズ面側に有していることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載のレンズは、請求項４に記載されたもので、前記半導体光学素子の向きを示す切欠又は突起への嵌合形状が、前記窪みに付されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の光学製品は、発光素子及び受光素子の何れかの半導体光学素子と、その発受光面を覆う耐熱樹脂製レンズとが一体化した光学製品であって、前記レンズが、光軸に平行又は傾斜した平坦な二側面を有しており、前記半導体光学素子のアノード端子とカソード端子とが夫々、前記二側面へ向いて延びており、前記アノード端子とカソード端子との各先端が夫々、前記二側面にまで延び、又は前記二側面より突き出つつ前記レンズの径以内に収まっていることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載の光学製品は、請求項６に記載されたもので、前記レンズが平凸レンズ、平凹レンズ、又はフレネルレンズであり、その平レンズ面側の窪みに、前記半導体光学素子が嵌め込まれ接着剤により接着されて、前記一体化していることを特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載の光学製品は、請求項６に記載されたもので、前記アノード端子とカソード端子とが、回路基板上の配線へ半田付けされていることを特徴とする。
【００１８】
請求項９に記載の光学製品の製造方法は、光軸と平行又は傾斜した平坦な二側面を有する耐熱性樹脂製レンズにより、発光素子及び受光素子の何れかの半導体光学素子の発受光側面を覆い、
前記半導体光学素子のアノード端子とカソード端子とが夫々、前記二側面へ向いて延びており、前記アノード端子とカソード端子との各先端が、前記二側面にまで延び、又は前記二側面より突き出つつ前記レンズの径以内に収められつつ、前記アノード端子とカソード端子とを、回路基板上で半田が付されている配線へ、載置してから加熱して半田付けすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のレンズは、発光素子や受光素子のような半導体光学素子の発光・受光面に確実に付すことができ、半導体光学素子のアノード端子やカソード端子の向きを簡易に識別できるものである。このレンズは、それが付された半導体光学素子を回路基板へ半田付けする際の加熱によって、変形や変色等の劣化を引き起さず、耐熱性に優れている。しかも、光透過性が良く、透過する光を効率よく所望の方向へ集光又は拡散させることができるので配光特性に優れ、さらに耐擦傷性にも優れている。
【００２０】
このレンズが付された半導体光学素子が回路基板へ半田付けされた本発明の光学製品は、半田付けを確りと行うことができるうえ、半導体光学素子のアノード端子やカソード端子がレンズの平坦な二側面にまで延び又はそれよりも外側へ突き出しているので、半田付け処理の際に両端子が配線パターンへ確実に半田付けされているかをカメラで直接監視でき、さらに半田付けが確実にできたかを簡便に確認できる。
【００２１】
またこのレンズが付された光学製品は、二側面を設けた分だけレンズがそがれているにも係わらず、配光特性が殆んど影響されておらず、レンズの天頂部位の光度を、二側面を設けていないレンズに比べ、高々１０％以内の減少に抑えることができる。
【００２２】
しかも、アノード端子やカソード端子を短くすることができるので、半導体光学素子を密に配置したり、光学製品を小型にしたりすることができる。
【００２３】
本発明の光学製品の製造方法によれば、半田付けの際の加熱によってレンズが劣化しないので、高品質の光学製品を、簡便かつ効率良く得ることができる。
【発明を実施するための好ましい形態】
【００２４】
以下、本発明を実施のための好ましい形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。
【００２５】
本発明のレンズ１及びそれを用いた光学製品の一形態を、図１に示す。レンズ１は、半導体光学素子１２である略直方体状チップ型発光ダイオードの上側面の発光面１６を覆うシリコーン樹脂製であって、一方の面が平面で他方の面が凸面になっている平凸レンズである。
【００２６】
その平レンズ面側の中央に、半導体光学素子１２が丁度収まる窪み６があり、そこに半導体光学素子１２が、その発光面１６をレンズの凸レンズ面側に向けつつ、嵌まっている。半導体光学素子１２の側面側からアノード端子１３ａとカソード端子１３ｂとが互いに反対方向へ突き出している。
【００２７】
レンズ１は、半導体光学素子１２の発光面１６の中心とレンズ１の凸レンズ面側の頂点２とを結ぶ光軸に対し傾斜角θで傾斜した対峙する平坦な二側面３ａ・３ｂを、有している。二側面３ａ・３ｂは、互いに内傾して、レンズ１の天頂２に近いほど狭まっている。アノード端子１３ａは側面３ａから、またカソード端子１３ｂは側面３ｂから、各々外方向へ、はみ出ている。アノード端子１３ａとカソード端子１３ｂとは、側面３ａ・３ｂが切れ込まれていないレンズで覆われたならば隠れてしまう程度だけ、側面３ａ・３ｂから、僅かにはみ出ている。
【００２８】
半導体光学素子１２は、その略直方体状の上側面の四隅のうちの一つに切欠１７を有しており、レンズ１の窪み６はその切欠１７に嵌合する形状４を有していてもよい。これにより、半導体光学素子１２はレンズ１の窪み６に隙間無く収まっている。もしアノード端子１３ａとカソード端子１３ｂとを取り違えると、半導体光学素子１２の切欠１７と窪み６の嵌合形状４とが斜交いにずれる結果、半導体光学素子１２は、レンズ１の窪み６に隙間無く収まらないから、取り違えを簡易に確認できるようになっている。
【００２９】
さらに、レンズ１の平レンズ面側で側面３ａ・３ｂ以外の部位で、鍔が延びている。その鍔の四隅の内の一つの角が、カソード端子１３ｂ側であることを示すマーカー５として、他の三隅と異なる形状となっており、他の三つのように丸まった角と、目視で識別できるようになっている。
【００３０】
半導体光学素子１２へ電力を供給する回路基板１８上の配線パターン１４ａ・１４ｂと、アノード端子１３ａ及びカソード端子１３ｂとが、クリーム半田１５で半田付けされて、光学製品１１を形成している。
【００３１】
レンズ１の別な形態を示す図２（Ａ）のように、レンズ１の凸レンズ面側の天頂２近傍が、湾曲したままフレネルレンズとなっていてもよい。また同図（Ｂ）のように天頂２近傍が略平坦となったフレネルレンズとなっていてもよい。全体がフレネルレンズとなっていてもよい。それが梨地仕上げされていてもよい。
【００３２】
レンズ１として、平凸レンズの例を示したが、一方の面が平面で他方の面が凹面となっている平凹レンズであってもよい。
【００３３】
なお、レンズ１は、二側面３ａ・３ｂが凸レンズ面側の天頂２ほど近接するように光軸に対し、何れも同じ傾斜角θで内傾して傾斜し、光軸を含む面に対し対称であることが好ましい。二側面３ａ・３ｂは、光軸に対して平行であってもよいが、傾斜していると、レンズ１を成形した後、金型から取り出し易い。傾斜角θは、５°以下であることが好ましく、１〜３°であると、一層好ましい。
【００３４】
平坦な二側面３ａ・３ｂの間隔距離は、外周を略円状とするレンズ１の直径の６７〜９５％程度であることが好ましい。この間隔距離が、この範囲よりも長いと、半導体光学素子１２のアノード端子１３ａとカソード端子１３ｂとが、レンズ１で隠れてしまい、両端子１３ａ・１３ｂの半田付けしている部位であるフィレットを直接、監視できなくなってしまう。両端子を長くすると、半導体光学素子１２を密に多数取り付けることができなくなってしまい、光学製品を小型化できなくなってしまう。一方、この間隔距離が、この範囲よりも短いと、レンズ１自体が小さくなってしまい、集光効率が低下し、発光又は受光の所望の配光特性が得られなくなってしまう。この間隔距離が、この範囲内であると、平坦な二側面を有しないレンズと比較したときに、最大で１０％の相対光度の低下で済み、配光特性に殆んど影響を与えない。その間隔距離は、レンズ１の直径８ｍｍに対し、５〜７ｍｍとなる比率にすると、なお一層好ましい。
【００３５】
レンズ１は、耐熱性樹脂であれば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、シクロオレフィン樹脂、又はポリカーボネート樹脂の何れであってもよい。中でも、シリコーン樹脂は、様々な波長の光に対する透過率が比較的高く、経時的な黄変や変質のような劣化を惹き起こさず、入射光の損失が少なく、赤外線や紫外線等の光、水、熱、振動に対し安定で、金型成型による精密な転写性に優れ、また耐擦傷性にも優れていることから、特に好ましい。従って、このような樹脂で形成されたレンズ１を有する光学製品１１は、風雨や長期間の強い日差しに曝されても、劣化せず、耐光性・耐候性・耐熱性のような耐久性に優れ、寿命が長く、信頼性がある。
【００３６】
レンズ１は、例えばシリコーン樹脂の原料組成物を、レンズ１の形状のキャビティを有する金型内で、硬化させることにより得ることができる。シリコーン樹脂の原料組成物としては、特に、液状の付加反応硬化型のシリコーン樹脂の原料組成物が好ましい。液状の付加反応硬化型のシリコーン樹脂の原料組成物は、無溶媒であるため発泡することなく表面も内部も均一に硬化させることができるので好適である。
【００３７】
付加反応硬化型のシリコーン樹脂の原料組成物としては、熱硬化により透明なシリコーン樹脂を形成するものであれば特に制限されないが、例えば、オルガノポリシロキサンをベースポリマーとし、オルガノハイドロジェンポリシロキサン及び白金系触媒等の重金属系触媒を含むものが挙げられる。
【００３８】
上記オルガノポリシロキサンとしては、下記平均単位式
ＲａＳｉＯ（４−ａ）／２
（式中、Ｒは非置換又は置換一価炭化水素基で、好ましくは炭素数１〜１０、特に１〜８のものである。ａは０．８〜２、特に１〜１．８の正数である。）
で示されるものが挙げられる。ここで、Ｒとしてはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、ブテニル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基等のアラルキル基や、これらの炭素原子に結合した水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換されたクロロメチル基、クロロプロピル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基等のハロゲン置換炭化水素基、或いはシアノ基で置換された２−シアノエチル基等のシアノ基置換炭化水素基などが挙げられ、Ｒは同一であっても異なっていてもよいが、Ｒとしてフェニル基を含むもの、特に、全Ｒのうち５〜８０モル％がフェニル基であるものが、耐熱性及び透明性の点から好ましい。
【００３９】
また、Ｒとしてビニル基等のアルケニル基を含むもの、特に全Ｒのうちの１〜２０モル％がアルケニル基であるものが好ましく、中でもアルケニル基を１分子中に２個以上有するものが好ましく用いられる。このようなオルガノポリシロキサンとしては、例えば、末端にビニル基等のアルケニル基を有するジメチルポリシロキサンやジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体等の末端アルケニル基含有ジオルガノポリシロキサンが挙げられ、特に、常温で液状のものが好ましく用いられる。
【００４０】
一方、オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、３官能以上（即ち、１分子中にケイ素原子に結合する水素原子（Ｓｉ−Ｈ基）を３個以上有するもの）が好ましく、例えば、メチルハイドロジェンポリシロキサン、メチルフェニルハイドロジェンポリシロキサン等が挙げられ、特に、常温で液状のものが好ましい。また、触媒としては、白金、白金化合物、ジブチル錫ジアセテートやジブチル錫ジラウリレート等の有機金属化合物、又はオクテン酸錫のような金属脂肪酸塩などが挙げられる。これらオルガノハイドロジェンポリシロキサンや触媒の種類や量は、架橋度や硬化速度を考慮して適宜決定すればよい。
【００４１】
レンズ１を成形する耐熱性樹脂として、ポリジメチルシロキサン、ポリジフェニルシロキサンのようなシリコーン樹脂であると、一層好ましい。特に、レンズ１は、ポリジメチルシロキサンのような硬いシリコーン樹脂で成形されていると、膨張し難いうえ、紫外線などの短波長側で劣化し難く、光学特性を維持するのに適切であるため、なお一層好ましい。
【００４２】
シリコーン樹脂の原料組成物には、前記の硬化成分以外に、得られるシリコーン樹脂の強度や透明度を損なわない程度に充填剤、耐熱材、可塑剤等が添加されていてもよい。
【００４３】
シリコーン樹脂の原料組成物としては、信越化学工業株式会社製のＫＪＲ６３２等の市販品を用いてもよい。
【００４４】
レンズ１は、その原料組成物を成形してシリコーン樹脂成形体とする任意の方法により得ることができ、例えば、注型成形等により成形することができる。
【００４５】
シリコーン樹脂の透過率は、９０％以上であることが好ましく、９２％以上であると一層好ましい。ポリジメチルシロキサンで成形したレンズ１の透過率は約９４％、ポリジフェニルシロキサンで成形したレンズ１の透過率は約９２％であり、長期に使用してもその透過率は維持される。また、エポキシ樹脂で成形したレンズ１の透過率は９２％である。何れも、十分な透過率を有している。
【００４６】
レンズ１は、ショアＤ硬度を１０°以上とすることが好ましい。レンズ１のシリコーン樹脂の硬度は、ＪＩＳ Ｋ ７２１５（プラスチックのデュロメーター硬さ試験方法）の方法により測定されるショアＤ硬度で、２０°〜９０°であることが好ましい。
【００４７】
クリーム半田１５は、鉛フリー半田であることが好ましい。鉛フリー半田として、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｂｉ系等が挙げられる。半田の加熱ピーク温度が、２４０℃以上、特に２５０℃以上で使用される鉛フリー半田が、好ましい。
【００４８】
半導体光学素子１２として、チップ型発光ダイオードの例を示したが、砲弾型発光ダイオードや多セグメント形発光ダイオードのような発光素子であってもよく、画像形成用受光素子や太陽電池のような受光素子であってもよい。
【００４９】
半導体光学素子１２に、蛍光剤や色素を含有したキャップが被せられていてもよい。その半導体光学素子１２及びキャップごと、レンズ１の窪み６に嵌め込まれる。
【００５０】
回路基板１８は、おもて面側に配線パターンとして銅箔が付され、所定の銅箔の一部に、おもて面側で配置される半導体光学素子１２のアノード端子１３ａとカソード端子１３ｂとを半田付けできるようにクリーム半田がプリント基板に印刷されているものである。
【００５１】
本発明のレンズ１及びそれを用いた光学製品１１は、以下のようにして製造される。
【００５２】
先ず、図１のレンズ１の形状のキャビティを有する金型に、シリコーン樹脂の原料組成物を注入し、加熱して、平凸レンズ１を成形した後、金型から取り出す。レンズ１の平レンズ面側の窪み６に透明接着剤を垂らす。レンズ１の平レンズ面側の窪み６の嵌合形状４と、半導体光学素子１２の発光面１６側の切欠１７とが、嵌まり合うように、半導体光学素子１２を、窪み６に挿入し、押し付けて、レンズ１と半導体光学素子１２とを密着させつつ接着する。半導体光学素子１２のアノード端子１３ａとカソード端子１３ｂとが、レンズ１の平坦な二側面３ａ・３ｂより夫々、突き出される。
【００５３】
なお、半導体光学素子１２であるチップ型発光ダイオードの発光面１６側に、透明接着剤を塗布し、半導体光学素子１２を、窪み６に挿入してもよい。
【００５４】
レンズ１のマーカー５を頼りに、カメラ２０で監視しながら、アノード端子１３ａを回路基板１８の配線パターン１４ａへ、またカソード端子１３ｂを配線パターン１４ｂへ、夫々載置する。半田１５が溶融する温度に加熱すると、両端子１３ａ・１３ｂが、夫々配線パターン１４ａ・１４ｂに半田付けされ、光学製品１１が得られる。半田付け部位をカメラ２０で確認しながら、半田付けが不十分な光学製品を取り除く。
【００５５】
なお、半田付け方法は、特に限定されないが、リフロー半田法であることが好ましい。例えば、鉛フリー半田をプリント回路基板等の被取付物に積層し、両端子又はそれに繋がるリード線を半田部分に載せ、赤外線法、気相法、熱風法、レーザ法などの加熱方法で、レンズ１及び半導体光学素子１２ごと回路基板１８全体を加熱してもよく、半田付け部位のみを選択的に加熱してもよい。加熱温度は、半田付けを確実なものとするために、２５０℃以上であることが好ましく、２６０℃以上であると一層好ましい。
【実施例】
【００５６】
本発明を適用するレンズ１及び光学製品１１を試作した例を実施例１に示し、本発明を適用外のレンズ及び光学製品を試作した例を比較例１に示す。
【００５７】
（実施例１）
図１のレンズ１の形状をキャビティとする金型に、ケイ素原子にフェニル基が結合したオルガノポリシロキサンをベースポリマーとするシリコーン樹脂原料組成物であるＫＪＲ６３２(信越化学工業株式会社製；商品名)を、金型に流し込み、１５０℃で熱硬化させて、図１に示す平凸レンズ１を得た。この平凸レンズ１は、高さを７．３ｍｍ（その内、マーカー５を有する鍔の高さが１．５ｍｍ）、平レンズ面の縁の略円状の外周の直径を８ｍｍとし、二側面同士の最大距離を５．３ｍｍでその傾斜角θを３°とするものである。
【００５８】
半導体光学素子１２として約５ｍｍ四方で厚さ約１．４ｍｍのチップ型発光ダイオード（ＬＥＤ）（日亜化学工業株式会社製）を用いた。それの対峙する両端から夫々導出しているアノード端子１３ａとカソード端子１３ｂとの末端同士の距離は、二側面同士の最大距離よりも僅かに長くなっており、８ｍｍ未満である。なお、そのレンズ未装着の発光ダイオードに関し、３５０〜７５０ｎｍでの発光スペクトルと、０〜９０°での放射角度での相対照度についての光学特性を図３に示す。
【００５９】
レンズ１の平レンズ面側の窪み６に透明接着剤である縮合型シリコーンゴム系接着剤を垂らした。レンズ１の平レンズ面側の窪み６の嵌合形状４と、半導体光学素子１２の切欠１７とが嵌まり合うように、半導体光学素子１２を、窪み６に挿入して押し付けると、それによって接着剤が押し拡げられて、レンズ１と半導体光学素子１２とが、気泡の無い状態で密着して接着され、一体化し、レンズ１付きの半導体光学素子が、光学製品として得られた。
【００６０】
また、アノード端子１３ａと、レンズ１のマーカー５側のカソード端子１３ｂとを、プリント回路基板１８上の配線パターン１４ａ・１４ｂのクリーム半田１５上に載置した後、基板を鉛フリーリフロー半田付け工程のベルトコンベアに載せ、加熱温度２６０℃の炉の中を、３０秒間かけて通過させ、鉛フリーのリフロー半田を行い、光学製品１１を作製した。
【００６１】
次にプリント回路基板を、ベルトコンベアで、検査工程に送り、半田付けしたフィレット部分を、そこからの仰角６０°に配置された拡大カメラ２０で、斜め上から撮影し、モニター上に拡大映像で表示し、半導体光学素子１２のアノード端子１３ａ及びカソード端子１３ｂと、プリント回路基板１８上の配線パターン１４ａ及び１４ｂとの半田付けによる接合状態を画像処理して、その適否を判断した。レンズ２は平坦な二側面が切り取られているような状態なので、遮るものがなく、カメラ２０で直接撮影できている。
【００６２】
半田付けが完全であった光学製品１１について、性能評価を行った。性能評価は、半導体光学素子１２を通電して発光させ、天頂２を放射角度０°として、発光強度及び光の色相を測定するというものである。その発光強度を図４に示す。
【００６３】
（比較例１）
平坦な二側面を有しないこと以外は実施例１と同様にして形成した光学製品を対照品とし、その相対光度で示してある。
【００６４】
図４から明らかな通り、対照品である比較例１の光学製品と比較し、最大でも相対光度が５％しか低下しておらず、優れた配光特性を有していた。また、実施例１の光学製品１１は、半田付けの際に加熱したにも関わらず、熱変色を起こしておらず、白濁も認められず優れた色相を示し、また十分な光度を有していた。
【００６５】
（比較例２）
実施例１のシリコーン樹脂製のレンズに代えて、アクリル樹脂製のレンズを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、光学製品を作製した。この光学製品は、半田付けの際の加熱により、レンズが黄変し、さらに熱変形しているため、配光特性、色相ともにシリコーンレンズよりも、遥かに劣っていた。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明のレンズを発光素子に付した光学製品は、ディスプレイのバックライトや各種の小型で軽量な照明装置に用いられる。またこのレンズを受光素子に付した光学製品は、太陽電池や携帯電話に装備された小型カメラに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明を適用するレンズ及びそれを用いた光学製品の斜視図である。
【図２】本発明を適用するレンズの別な態様の一部を示す斜視図である。
【図３】本発明を適用する光学製品に用いられた半導体光学素子の特性を示す図である。
【図４】本発明を適用する光学製品と本発明を適用外の光学製品との相対光度を示す図である。
【図５】本発明を適用外のレンズ及びそれを用いた光学製品の製造途中を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１はレンズ、２は天頂、３ａ・３ｂは側面、４は嵌合形状、５はマーカー、６は窪み、１１は光学製品、１２は半導体光学素子、１３ａはアノード端子、１３ｂはカソード端子、１４ａ・１４ｂは配線パターン、１５は半田、１６は発光部、１７は切欠、１８は基板、２０はカメラ、３１はレンズ、３２は半導体光学素子、３３ａはアノード端子、３３ｂはカソード端子、３４ａ・３４ｂは配線パターン、３５は半田、θは傾斜角である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と受光素子との何れかの半導体光学素子の発受光面を覆う耐熱樹脂製レンズであり、その光軸に平行又は傾斜した平坦な二側面を有することを特徴とするレンズ。
【請求項２】
前記耐熱性樹脂が、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、シクロオレフィン樹脂、又はポリカーボネート樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ。
【請求項３】
前記レンズが、平凸レンズ、平凹レンズ、又はフレネルレンズであり、その平レンズ面側に、前記半導体光学素子のアノード端子及び／又はカソード端子を表すマーカーを有することを特徴とする請求項１に記載のレンズ。
【請求項４】
前記半導体光学素子が嵌め込まれる窪みを、前記平レンズ面側に有していることを特徴とする請求項３に記載のレンズ。
【請求項５】
前記半導体光学素子の向きを示す切欠又は突起への嵌合形状が、前記窪みに付されていることを特徴とする請求項４に記載のレンズ。
【請求項６】
発光素子及び受光素子の何れかの半導体光学素子と、その発受光面を覆う耐熱樹脂製レンズとが一体化した光学製品であって、前記レンズが、光軸に平行又は傾斜した平坦な二側面を有しており、前記半導体光学素子のアノード端子とカソード端子とが夫々、前記二側面へ向いて延びており、前記アノード端子とカソード端子との各先端が夫々、前記二側面にまで延び、又は前記二側面より突き出つつ前記レンズの径以内に収まっていることを特徴とする光学製品。
【請求項７】
前記レンズが平凸レンズ、平凹レンズ、又はフレネルレンズであり、その平レンズ面側の窪みに、前記半導体光学素子が嵌め込まれ接着剤により接着されて、前記一体化していることを特徴とする請求項６に記載の光学製品。
【請求項８】
前記アノード端子とカソード端子とが、回路基板上の配線へ半田付けされていることを特徴とする請求項６に記載の光学製品。
【請求項９】
光軸と平行又は傾斜した平坦な二側面を有する耐熱性樹脂製レンズにより、発光素子及び受光素子の何れかの半導体光学素子の発受光側面を覆い、
前記半導体光学素子のアノード端子とカソード端子とが夫々、前記二側面へ向いて延びており、前記アノード端子とカソード端子との各先端が、前記二側面にまで延び、又は前記二側面より突き出つつ前記レンズの径以内に収められつつ、前記アノード端子とカソード端子とを、回路基板上で半田が付されている配線へ、載置してから加熱して半田付けすることを特徴とする光学製品の製造方法。
【請求項１】
発光素子と受光素子との何れかの半導体光学素子の発受光面を覆う耐熱樹脂製レンズであり、その光軸に平行又は傾斜した平坦な二側面を有することを特徴とするレンズ。
【請求項２】
前記耐熱性樹脂が、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、シクロオレフィン樹脂、又はポリカーボネート樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ。
【請求項３】
前記レンズが、平凸レンズ、平凹レンズ、又はフレネルレンズであり、その平レンズ面側に、前記半導体光学素子のアノード端子及び／又はカソード端子を表すマーカーを有することを特徴とする請求項１に記載のレンズ。
【請求項４】
前記半導体光学素子が嵌め込まれる窪みを、前記平レンズ面側に有していることを特徴とする請求項３に記載のレンズ。
【請求項５】
前記半導体光学素子の向きを示す切欠又は突起への嵌合形状が、前記窪みに付されていることを特徴とする請求項４に記載のレンズ。
【請求項６】
発光素子及び受光素子の何れかの半導体光学素子と、その発受光面を覆う耐熱樹脂製レンズとが一体化した光学製品であって、前記レンズが、光軸に平行又は傾斜した平坦な二側面を有しており、前記半導体光学素子のアノード端子とカソード端子とが夫々、前記二側面へ向いて延びており、前記アノード端子とカソード端子との各先端が夫々、前記二側面にまで延び、又は前記二側面より突き出つつ前記レンズの径以内に収まっていることを特徴とする光学製品。
【請求項７】
前記レンズが平凸レンズ、平凹レンズ、又はフレネルレンズであり、その平レンズ面側の窪みに、前記半導体光学素子が嵌め込まれ接着剤により接着されて、前記一体化していることを特徴とする請求項６に記載の光学製品。
【請求項８】
前記アノード端子とカソード端子とが、回路基板上の配線へ半田付けされていることを特徴とする請求項６に記載の光学製品。
【請求項９】
光軸と平行又は傾斜した平坦な二側面を有する耐熱性樹脂製レンズにより、発光素子及び受光素子の何れかの半導体光学素子の発受光側面を覆い、
前記半導体光学素子のアノード端子とカソード端子とが夫々、前記二側面へ向いて延びており、前記アノード端子とカソード端子との各先端が、前記二側面にまで延び、又は前記二側面より突き出つつ前記レンズの径以内に収められつつ、前記アノード端子とカソード端子とを、回路基板上で半田が付されている配線へ、載置してから加熱して半田付けすることを特徴とする光学製品の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−８５４９３（Ｐ２０１０−８５４９３Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５１８４９（Ｐ２００８−２５１８４９）
【出願日】平成２０年９月２９日（２００８．９．２９）
【出願人】（５９７０９６１６１）株式会社朝日ラバー (74)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２９日（２００８．９．２９）
【出願人】（５９７０９６１６１）株式会社朝日ラバー (74)
【Ｆターム（参考）】
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