JP2009119761A - Ｌｅｄアッセンブリの光透過樹脂レンズの成型方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤアッセンブリの光透過樹脂レンズの成型方法を提供する。
【解決手段】透光性の塑性材料または非塑性材料からなる成型金型２を用い、透過レンズの成型用樹脂材料として、光反応開始材を添加して電子ビーム照射又は紫外線により迅速に固化する光透過性樹脂材料３．３aを選択し、
１以上のＬＥＤ素子11を搭載したＬＥＤアッセンブリ基台10を該金型にセットし、
該樹脂を注入し、電子ビーム４１又は紫外線５１を該光透過性金型外から照射して、金型内の注入樹脂を固化することにより、成型工程を短縮化する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＬＥＤアッセンブリの光透過樹脂レンズ（cover lens）の成型方法に関し、特に光透過性または透光性を備える硬質材料を用いて該光透過樹脂レンズの成型金型を製造し、ＬＥＤアッセンブリの成型方法中に、電子ビーム（ＥＢ）または紫外線（ＵＶ）を該光透過性の成型金型を介して該成型金型内部の樹脂材料に照射し、該樹脂材料を迅速に固化させて透過レンズを成型し、透過レンズの固化過程を加速することによって、ＬＥＤアッセンブリの成型方法に迅速化および量産化の効果を達成させるＬＥＤアッセンブリの光透過樹脂レンズの成型方法に関する。

従来のＬＥＤアッセンブリまたは発光ダイオードモジュールは、使用または構造に従い各種異なるパッケージ構造、異なる発光形態または異なるプロセスを設計する必要があり、例えば、中華民国公報のM297481、M294096、1246787、1246779、M283326、M283312、M281294、M268724、M297046、M294808、M291602、M291085、M289908、M289521、M288974、M288005、M287503、200629598、200628727、200629598、200635085、200414558等の新型または発明専利案および米国公開番号Pub. No. US2006/0105485A1等があり、通常ＬＥＤアセンブリは、１以上のＬＥＤ素子を載置して電源に接続する基台と、上記基台とＬＥＤ素子上を覆う一層または複数層の透光性樹脂材料から成型される被覆（カバーレンズ）式透過レンズ（cover lens）と含み、パッケージしてＬＥＤアッセンブリとし、ＬＥＤ素子が発する光線を透過レンズに経過して外部に投射させる。基台には必要に応じて冷却層/片等の冷却装置を増設する。また、該基台の構造形体およびその材質は、格別の制約はなく、絶縁材料、例えば、プラスチック材料で製造成型され、その上に、正負電極構造、例えば、ピンによって電源に接続し、例えば、回路基板の電子線路中の正負電極と接続する。該ＬＥＤ素子は、１つまたは複数であって、基台の載置面上に載置され、基台の正負電極構造と電気的接続する。電気接続方式は、各種異なる構造であって、例えば、導線またはリードを用いて、それぞれＬＥＤ素子の正負電極と基台の正負電極構造との間を接続し、ＬＥＤ素子を発光させる。該被覆式透過レンズ（cover lens）は、通常、光透過性または透光性を有する樹脂により構成し、基台の載置面上に設置され、完全にＬＥＤ素子を覆い、ＬＥＤアッセンブリのパッケージ構造を形成する。また、ＬＥＤアッセンブリは、異なる性質を有する透過レンズを使用できる。即ち、該透過レンズは、異なる構造または異なる発光形態を構成するよう、例えば、蛍光体を含有する透過体を用いて、白色光を形成するか、または異なるパターンを構成して異なる発光パターンを形成するか、または内外層または多層を有する透過レンズを設計する。

通常ＬＥＤアッセンブリのパッケージプロセスは、先ず、該被覆式透過レンズ（cover lens）に対して、所定形状の成型金型孔を有する成型金型を提供する。更に、該成型金型の金型孔を上方に向け、成型金型孔内部に液体透光性樹脂を注入し、通常は、ＰＵ（polyurethane）、エポキシ（epoxy）、シリコン、アクリル樹脂またはその共重合物等の透光性樹脂材料を用いて、該透過レンズを成型する。ＬＥＤ素子またはＬＥＤ素子と基台はセットして一体として電気的に接続し、成型金型の成型金型孔に合わせてセットし、該基台の載置面およびその上のＬＥＤ素子は、注入された液体透光性樹脂中に浸漬し、液体透光性樹脂は、完全に基台の載置面およびＬＥＤ素子周囲を覆う。該成型金型とその内部の液体透光性樹脂に同時に加熱プロセス、例えば、オーブン内に入れ、金型内部の液体透光性樹脂が熱を受けて固化するようにし、成型金型中から取り出し、ＬＥＤアッセンブリのパッケージプロセスを完成する。

しかしながら、上記公知のＬＥＤアッセンブリのパッケージプロセス中、該透過レンズを成型する成型金型は通常、金属材料によって製造され、透光性を有しておらず、成型金型孔内に注入する液体透光性樹脂が成型金型孔口箇所のみ外部に露出される。但し、パッケージプロセス中、該ＬＥＤ素子と基台の結合体は、成型金型孔口にセットされるので、該有限の露出面積は、部分的に遮蔽され、成型金型孔内の体透光性樹脂と外界との間の露出面積はこのため更に小さくなるので、電子ビームまたは紫外線の照射によって液体透光性樹脂の固化プロセスを行うことは不利または困難であり、したがって、従来のＬＥＤアッセンブリのパッケージプロセスは、成型金型およびその内部に注入する液体透光性樹脂を同時にオーブン内に入れ加熱作業を行い、例えば、通常は、温度が約摂氏１２０度で1時間以上加熱して始めて該液体透光性樹脂を固化成型でき、固化過程全体が相当なコストを必要とし、ＬＥＤアッセンブリの量産化に不利であった。本発明は、従来のＬＥＤアッセンブリのパッケージプロセスのこれらの欠点を良するものである。
特開平９−１０７１２８号公報 特開２００５−３４９６１９号公報

本発明の目的は、ＬＥＤアッセンブリの光透過樹脂レンズの成型方法を提供することにあり、それは、ＬＥＤアッセンブリの光透過樹脂レンズに対して迅速な成型方法を提供し、以下のステップからなる：光透過性または透光性を有する材料を用いて、例えば、塑性材料として、ＰＰ（Polypropylene）、ＰＥＴ（polyethylene teraphthalate）、ＰＣ（Polycarbonate）、ＰＥ（polyethylene）または非塑性材料、例えば、ガラス等を用いて、該透過レンズを成型する成型金型を構成する。更に、該透過レンズの成型用樹脂材料を選択し、例えば、ＰＵ（polyurethane）、エポキシ（epoxy）、シリコン、アクリル樹脂またはその共重合物（copolymer）等であり、該樹脂材料は、電子ビーム照射で迅速に固化でき、前記材料中、光反応開始材（photo initiator）を添加し、紫外線照射の下で、迅速に固化させることができる。ＬＥＤアッセンブリのプロセスは、前記樹脂材料を対応する成型金型内に注入する。更に、電子ビームまたは紫外線により、該光透過性の成型金型の外部を透過して成型金型内部に注入した樹脂材料を照射し、該樹脂材料が迅速に固化し、透過レンズを成型することができる。これにより、透過レンジの固化過程を加速し、その固化成型時間を効率的に短縮し、ＬＥＤアッセンブリの成型方法に迅速化および量産化の効果を達成させる。

本発明の更にもう1つの目的は、ＬＥＤアッセンブリの光透過樹脂レンズの成型方法を提供することにあり、そのうち、該透過レンズの成型金型が、更に成型金型内に複数の透過レンズの対応成型金型孔を有するよう設計し、ＬＥＤアッセンブリの製造需要に合わせて、電子ビームまたは紫外線の設備コストを削減し、ＬＥＤアッセンブリの成型方法の量産化に有利とする。

本発明のＬＥＤアッセンブリの光透過樹脂レンズの成型方法は、１以上のＬＥＤ素子を載置して、ＬＥＤ素子を外部電源に接続する基台と、これらを覆い、基台、ＬＥＤ素子をＬＥＤアッセンブリにパッケージさせ、ＬＥＤ素子が発出する光線が透過レンズ体を透過して外部に投射することに用いる一層または多層の透光性樹脂材料から成型される被覆式透過レンズとからなる、ＬＥＤアッセンブリ中の光透過樹脂レンズに対して迅速な成型方法を提供するものであり、以下のステップを含む。
光透過性の成型金型を準備し、
該光透過レンズ体を成型する液体透光性樹脂を選択し、
前記液体透光性樹脂をＬＥＤ素子を載置した基台をセットした上光透過レンズの金型孔内に注入し、
電子ビーム又は紫外線を照射して、電子ビーム又は紫外線を光透過性の成型金型を透過して成型金型内の液体透光性樹脂に対して照射して、該液体透光性樹脂を固化させて光透過樹脂レンズを形成し、
成型金型中から固化成型された光透過樹脂レンズを取り出す。

本発明のＬＥＤアッセンブリの樹脂レンズの成型方法は透明または透光性の金型を用い、紫外線または電子ビーム照射が金型内の樹脂材料に浸透し、それを迅速に固化させ、ＬＥＤアッセンブリの各透過レンズを成型する。該光透過レンズは、各種の異なる性質の各層透過レンズを含み、例えば、内外透過レンズ、即ち、ＬＥＤ素子外の光透過樹脂レンズも含む。紫外線または電子ビームは、該透明または透光性の成型金型を貫通し該光透過樹脂レンズ体の固化過程を加速する。本発明は、従来の各種ＬＥＤアッセンブリの各種製造プロセスに適用できる。例えば、ＬＥＤユニットまたは数個のＬＥＤをＬＥＤカーランプのパターン用に整列したものを対象とすることができる。また、各種ＬＥＤアッセンブリの構造は、例えばＬＥＤアッセンブリ上に多層の異なる性質を有する透過レンズ、例えば、蛍光体を設けて白色光を形成したり、透過レンズとして異なるパターンを構成し、異なる発光パターンを形成できる。本発明は、従来のＬＥＤアッセンブリの製造プロセス中の比較的時間を消費する加熱固化作業、例えば、１２０℃で1時間以上加熱することに置き換えることができ、ＬＥＤの量産化に有利である。

図１は、従来の通常のＬＥＤアッセンブリの側面部分断面図である。該ＬＥＤアッセンブリ１は、各種の異なるパッケージ構造を有し、通常、ＬＥＤ素子１１を載置してＬＥＤ素子を電源に接続して発光できるようにすることに用いる基台１０と、電源に接続されて発光する１つまたは複数のＬＥＤ素子１１と、基台１０とＬＥＤ素子１１外部上を覆い、基台１０、ＬＥＤ素子１１をＬＥＤアッセンブリ１としてパッケージし、ＬＥＤ素子１１が発する光線が透過レンズ体１２を透過して外部に投射することに用いる一層または多層の透光性樹脂材料から成型される被覆式透過レンズ１２とからなるが、これらＬＥＤアッセンブリ１のパッケージ構造は、発光形態または製造プロセス等に制約はなく、使用または構造上の必要に応じて適宜構成することができる。

図２〜図４は、それぞれ本発明の実施例のＬＥＤアッセンブリの光透過樹脂レンズの成型方法中の液体透光性樹脂を成型金型内に注入前、及び既に注入した図および該成型方法のブロック説明図である。本発明は、ＬＥＤアッセンブリが図１に示すようなＬＥＤアッセンブリ１中の光透過樹脂レンズ１２に対して迅速な成型方法を提供するものであり、以下のステップからなる：
ステップ１：光透過性の成型金型２を準備する。
ステップ２：該透過レンズ体を成型する液体透光性樹脂３（３ａ）を選択する。
ステップ３：前記液体透光性樹脂３/３ａを成型金型２中の透過レンズの対応成型金型孔２０内に注入する。
ステップ４：電子ビーム設備４または紫外線設備５を用いて、それが発射する電子ビーム４１または紫外線５１を光透過性の成型金型２に透過させ、成型金型２０内の液体透光性樹脂３/３ａに対して照射して該液体透光性樹脂３/３ａを固化させ、光透過レンズ１２を形成する。
ステップ５：成型金型２中から既に固化成型された光透過レンズ１２を取り出す。

そのうち、ステップ１は、光透過性の成型金型２を提供し、即ち、光透過性または透光性を有する材料を用いて該光透過レンズ１２の対応成型金型２を製造し、該可透光または透光性材料が塑性材料、例えばＰＰ（Polypropylene）、ＰＥＴ（Polyethylene teraphthalate）、ＰＣ（Polycarbonate）、ＰＥ（polyethylene）または非塑性材料、例えばガラス等を含み、該光透過レンズの対応成型金型２を製造する。該可透光または透光性材料は、十分な透光性および硬度を有し、且つ該光透過性または透光性を有する材料を用いて、成型金型２を製造する方式は制限せず、精密射出またはプレス成型加工方式または精密機械加工方式を利用して製造でき、その成型金型孔２０を設計される透過レンズ１２の形状に対応させることができる。該成型金型２の設計方式は、制限せず、図２，３に示すように、成型金型２は、複数の透過レンズ１２の対応成型金型孔２０を設計することができ、量産化作業に有利にすることができる。また、複数の成型金型孔２０の敷設方式も制限せず、ＬＥＤアッセンブリ１の構造、または製造プロセスまたは設備の需要に従い、設計を変化させることができ、これにより、電子ビーム設備４または紫外線設備５の設備コストを節約し、且つＬＥＤアッセンブリの成型方法および量産化に有利にすることができる。

そのうち、ステップ２は、該透過レンズの液体透光性樹脂材料３または３ａを選択して用いる。該液体透光性樹脂材料３は、ＰＵ（polyurethane）、エポキシ（epoxy）、シリコン、アクリル樹脂またはその共重合物等である。通常、上記液体透光性樹脂材料３は、電子ビーム照射の下、迅速に固化反応が進行して固体になるが、これらの特性は上記液体透光性樹脂材料３の特性であるので、ここでは詳細を記載しない。該電子ビームは、電子ビーム設備４により発射できる。また、前記液体透光性樹脂材料３中に更に光反応開始剤（photo initiator）を添加して均一に混合し、混合後の前記液体透光性樹脂材料３ａは、紫外線照射の下で迅速に固化させることができる。該光反応開始剤は、紫外線照射により、遊離電子を放出して前記液体透光性樹脂材料３ａを迅速に固化させる。該紫外線は紫外線設備を利用して発射することできる。実際の応用時、前記液体透光性樹脂材料３または光反応開始剤を添加した液体透光性樹脂材料３ａを選択して用い、合わせて使用する電子ビーム設備４または紫外線設備５を選択し、製造業者の需要に従い、自由に選択でき、これにより製造業者の選択性を増加できる。

そのうち、ステップ３は、ＬＥＤアッセンブリ１中の光透過レンズ１２の製造プロセスに合わせて、前記液体透光性樹脂材料３/３ａを成型金型２の各対応成型金型孔２０内に注入させ、図３に示すように、液体透光性樹脂材料３/３ａにＬＥＤ素子１１および/または基台１０の上面周囲を覆うことができる。上記ＬＥＤアッセンブリ中の光透過レンズ１２の製造プロセスは、通常のＬＥＤアッセンブリの製造プロセスを指すので、通常ＬＥＤアッセンブリの製造業者がＬＥＤアッセンブリの異なる設計構造に従い、各種異なる製造プロセスおよび関連設備を設計するので、通常、透過レンズ１２の製造プロセスは、先ず、ＬＥＤ素子１１と基台１０を結合し、電機的に接続した結合体とし、該結合体を治具６（または載置板）により、図３に示すように成型金型孔２０の開口箇所に合わせてセットし、基台１０の載置面およびその上に載置したＬＥＤ素子１１を完全に上記液体透光性樹脂３/３ａ中に浸す。即ち、液体透光性樹脂３/３ａが完全または局部的に基台１０の載置面およびＬＥＤ素子１１の周囲を覆う。もちろん、製造プロセスの違いによって、治具（または載置板）６は、異なる設計とし、製造プロセスまたは関連設備に合せて使用でき、またＬＥＤ素子１１も基台１０と先に結合させ、電気的に接続した結合体とすることに制限するものではなく、即ち、液体透光性樹脂３/３ａが単独でＬＥＤ素子１１上を覆うこともできる。

そのうち、ステップ４は、液体透光性樹脂３/３ａに対し、電子ビーム設備４または紫外線設備５を選択して用い、それが発する電子ビーム４１または紫外線５１を光透過性の成型金型２に透過させ、成型金型２０内の液体透光性樹脂３/３ａに照射して、液体透光性樹脂３/３ａが迅速に固化し、透過レンズ１２を形成できるようにする。

そのうち、ステップ５は、成型金型２中に固化成型された透過レンズ１２または該透過レンズ１２とＬＥＤ素子１１および/または基台１０の結合体を取り出し、ＬＥＤアッセンブリ１の光透過樹脂レンズ１２の成型方法を完成する。

本発明は、ＬＥＤアッセンブリ１の光透過樹脂レンズ体１２に対して、迅速な成型方法を提供し、使用する成型金型２が光透過型の金型であるので、透過レンズ１２の対応成型金型孔２０の環周縁面がいずれも大面積方式で電子ビーム４１または紫外線５１に照射され、即ち、電子ビーム４１または紫外線５１は、成型金型孔２０内の液体透光性樹脂３/３ａ全体を完全に照射し、液体透光性樹脂３/３ａの固化過程を加速でき、効率的に固化成型時間を短縮し、通常の光透過レンズ体が従来の成型方法中に成型金型内を摂氏１２０度で１時間以上加熱して始めて固化成型できるコストと手間を解決し、ＬＥＤアッセンブリの成型方法の迅速化および量産化効果を達成する。

なお、本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない均等の範囲内で各種の変動や潤色を加えることができることは勿論である。

従来のＬＥＤアッセンブリの側面説明図である。 本発明の実施例のＬＥＤアッセンブリの光透過樹脂レンズの成型方法の液体透光性樹脂を成型金型内に注入していない説明図である。 本発明の実施例のＬＥＤアッセンブリの光透過樹脂レンズの成型方法の液体透光性樹脂を成型金型内に注入した説明図である。 本発明の実施例の成型方法のブロック説明図である。

符号の説明

１ ＬＥＤアッセンブリ
１０ 基台
１１ ＬＥＤ素子
１２ 透過レンズ
２ 成型金型
２０ 成型金型穴
３，３ａ 液体透光性樹脂
４ 電子ビーム（ＥＢ）設備
５ 紫外線（ＵＶ）設備
６ 治具

Claims (8)

1. 複数のＬＥＤ素子、ＬＥＤ素子を載置して電気的に接続する基台と、
   基台とＬＥＤ素子上を覆って、基台、ＬＥＤ素子をＬＥＤアッセンブリとしてパッケージし、
   ＬＥＤ素子が発する光線を透過して外部に投射するレンズ体を構成する一層または多層の透光性樹脂材料から形成される被覆式透過レンズとからなるＬＥＤアッセンブリの光透過樹脂レンズの成型方法であって、
   光透過性の成型金型を準備し、
   該光透過レンズ体を成型する液体透光性樹脂を選択し、
   前記液体透光性樹脂をＬＥＤ素子を載置した基台をセットした上光透過レンズの金型孔内に注入し、
   電子ビーム又は紫外線を照射して、電子ビーム又は紫外線を光透過性の成型金型を透過して成型金型内の液体透光性樹脂に対して照射して、該液体透光性樹脂を固化させて光透過樹脂レンズを形成し、
   成型金型中から固化成型された光透過樹脂レンズを取り出す、
   ことからなるＬＥＤアッセンブリの光透過樹脂レンズの成型方法。
2. 前記成型金型が光透過性の塑性材料からなることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤアッセンブリの光透過樹脂レンズの成型方法。
3. 前記光透過性の塑性材料が、ＰＰ（Polypropylene）、ＰＥＴ（polyethylene teraphthalate）、ＰＣ（Polycarbonate）、又はＰＥ（polyethylene）であることを特徴とする請求項２記載のＬＥＤアッセンブリの光透過樹脂レンズの成型方法。
4. 前記成型金型が光透過性のガラス材料よりなることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤアッセンブリの光透過樹脂レンズの成型方法。
5. 前記成型金型が多数の光透過レンズの成型金型孔からなることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤアッセンブリの光透過樹脂レンズの成型方法。
6. 前記液体透光性樹脂がＰＵ（polyurethane）、エポキシ（epoxy）、シリコン、アクリル樹脂またはその共重合物であることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤアッセンブリの光透過樹脂レンズの成型方法。
7. 前記液体透光性樹脂が電子ビームの照射により固化されることを特徴とする請求項６記載のＬＥＤアッセンブリの光透過樹脂レンズの成型方法。
8. 前記液体透光性樹脂が光反応開始剤を添加して均一に混合され、混合後の前記液体透光性樹脂が紫外線照射により固化されることを特徴とする請求項６記載のＬＥＤアッセンブリの光透過樹脂レンズの成型方法。

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