JP2010110894A - Ｌｅｄ用シリコーンレンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズの裏面形状を安定して製造することが可能で、指向特性や実装性に優れる、液状樹脂を用いたレンズの製造方法を提供する。
【解決手段】レンズの曲面に対応する形状の窪みであるキャビティー１を有する下型２ａとキャビティー１を平坦に覆う上型２ｂとを含む成形型２の第一の貫通孔５ａから第一の樹脂流路６ａを経てシリコーン樹脂３をキャビティー１へ満たし、該シリコーン樹脂３を熱硬化させてレンズの成形を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は液状樹脂を用いたレンズの製造方法で、より特定的にはＬＥＤ用のものに関する。

近年、液晶のバックライトや一般照明、自動車、アミューズメント機器等にＬＥＤデバイスの普及が益々進んでおり、光の方向性すなわち指向特性を制御することが可能なレンズ、特に熱硬化性の安価に大量生産することが可能な例えばシリコーンやエポキシ等の液状樹脂を用いたレンズが求められている。これら液状樹脂の製造方法の一つとして、ポッティング成形が知られている。

一般に、ポッティング成形は大略１００Ｐａ．ｓ以下の比較的に粘度が低い材料に使用され、樹脂を定量供給するポッティング装置から、金型内に樹脂を吐出、注入することによって成形される。

図５は、ポッティング成形による従来のシリコーンレンズの製造方法とそれを用いた光半導体装置を示すもので、同図（ａ）はシリコーンレンズの製造方法を示す模式断面で、同図（ｂ）はシリコーンレンズの断面図で、同図（ｃ）はシリコーンレンズを用いたＬＥＤ発光装置の模式断面である。

図５において、１０１はキャビティー、１０２は成形型、１０３はシリコーン樹脂、１０４は定量供給装置、１０５はシリコーンレンズ、１０５ａは曲面、１０５ｂは平坦面、１０６は収容部材、１０７はＬＥＤ素子、１０８はワイヤー、１０９と１１０は一対のリード、１１１は封止樹脂材料を各々示している。

図５（ａ）は、レンズの曲面に対応する形状の窪みであるキャビティー１０１を有する成形型１０２の該キャビティー１０１へ、定量供給装置１０４にて定量された流動状態のシリコーン樹脂１０３を滴下して該キャビティー１０１を満たし、遠赤外線ヒーターやＩＨヒーター等（図示せず）にてシリコーン樹脂１０３を加熱して熱硬化させた後に、シリコーン樹脂１０３を冷却し、取り出し機（図示せず）によりシリコーン樹脂１０３を成形型１０２から離型して取り出して図５（ｂ）に示すシリコーンレンズ１０５を得ることが出来た。

シリコーンレンズ１０５の表面形状はキャビティー１０１の曲面に対応した曲面１０５ａとキャビティー１０１の開口に相当する平坦面１０５ｂとから成る。

一般に、この様なシリコーンレンズ１０５は、収容部材１０６の底面から外部へ延出する一対のリード１０９、１１０の該収容部材１０６内の一方のリードにＬＥＤ素子１０７が固着され該素子１０７と他方のリードとの間を金やアルミなどから成るワイヤー１０８でワイヤーボンドされ、ＬＥＤ素子１０７を含む収容部材１０６内に封止樹脂材料１１１が満たされ、該樹脂材料１１１を接着剤として利用してシリコーンレンズ１０５が接着され、ＬＥＤ素子１０７とシリコーンレンズ１０５の平坦面１０５ｂとが対面する形態で固定されるＬＥＤ発光装置と成る。

上述のシリコーンレンズの製造方法に関連した特許文献として、特開２００４−２７６３８３号公報がある。
特開２００４−２７６３８３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、キャビティー１０１の容量に対するシリコーン樹脂１０３の定量精度に起因する課題と、シリコーン樹脂１０３が熱硬化する際に収縮する事に起因する課題と、シリコーン樹脂１０３が加熱される際に対流が生じる事に起因する課題と、が有った。

図６は、これらの課題を説明する為のものである。

図６において、図５と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図６の新たな構成要素とし、１０３ａは這上り部、１０５ｃは縦バリを示す。

キャビティー１０１の容量に対して精密に定量されたシリコーン樹脂１０３を該キャビティー１０１に滴下して成形型１０２の主面とシリコーン樹脂１０３の液面とを完全に同一面とすることは困難である。即ち、キャビティー１０１の容量に対してシリコーン樹脂１０３の分量が多過ぎるとキャビティー１０１からシリコーン樹脂１０３がはみ出してシリコーンレンズ１０５として成形不良と成り、キャビティー１０１からシリコーン樹脂１０３がはみ出さないまでも、シリコーン樹脂１０３の表面張力でシリコーンレンズ１０５の平坦面１０５ｂに膨らみを生じた。

また、逆にシリコーン樹脂１０３の分量が少なくてキャビティー１０１を満たしきれない場合は、成形型１０２の主面よりもシリコーン樹脂１０３の液面が低くなり、シリコーン樹脂１０３の液面周縁からキャビティー１０１の表面を該樹脂１０３が這上がって這上り部１０３ａを形成する。この這上がり現象は、成形性を重視されてシリコーン樹脂１０３とキャビティー１０１との濡れ性が良好である程顕著に生じる。この這上り部１０３ａがそのまま熱硬化されてシリコーンレンズ１０５の平坦面１０５ｂ周縁に縦バリ１０５ｃとして残存する（図６（ａ））。

この縦バリ１０５ｃは、例えば図５（ｃ）に示した収容部材１０６へのシリコーンレンズ１０５の正確な取り付けを阻害し光特性に悪影響を与え、縦バリ１０５ｃを除去する為には余分な工数を要する。

キャビティー１０１に満たされたシリコーン樹脂１０３は加熱されて熱硬化する際に、重合反応により僅かな体積収縮が起こる。成形型１０２に形成された窪みであるキャビティー１０１に満たされたシリコーン樹脂１０３は、熱硬化して固化して行く際に、キャビティー１０１に接する面は該キャビティー１０１に貼りついた状態でその表面の変移が抑制される。これに対して１０３の液面はその表面の変移を抑制されないので、シリコーン樹脂１０３が収縮する際の変移が液面に集中するので、該樹脂１０３の液面が凹面となる傾向がある。従って、シリコーンレンズ１０５の平坦面１０５ｂがそのまま凹面となる傾向がある（図６（ｂ））。

この平坦面１０５ｂが凹面と成ったシリコーンレンズ１０５は、例えば図５（ｃ）に示した収容部材１０６へ該レンズ１０５を取り付けた場合、発光半導体素子１０７とシリコーンレンズ１０５の平坦面１０５ｂとの距離を変化させる。

また、封止樹脂材料１１１とシリコーンレンズ１０５の平坦面１０５ｂとの間に気泡を抱き込んだ状態を生じる恐れもある。これらは、光特性に悪影響を与える。

キャビティー１０１に満たされたシリコーン樹脂１０３は熱硬化させる為に加熱されるが、その際にシリコーン樹脂１０３内で熱対流が生じる。この熱対流の流れがシリコーン樹脂１０３の液面の平滑性を阻害し、シリコーンレンズ１０５の平坦面１０５ｂに、うねりとしてその痕跡を残す（図６（ｃ））。

この平坦面１０５ｂにうねりを生じたシリコーンレンズ１０５は、例えば図５（ｃ）に示した収容部材１０６へ該レンズ１０５を取り付けた場合、ＬＥＤ素子１０７が発する光の透過率を低下させ、あるいは光を散乱させて光特性に悪影響を与える。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、樹脂の精密な定量や修正を加えること無く、曲面と平坦面とから成る樹脂レンズの平坦面にバリや凹み、あるいはうねり等が生ずる事がないＬＥＤ用シリコーンレンズの製造方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のＬＥＤ用シリコーンレンズの製造方法は、レンズの曲面に対応する形状の窪みであるキャビティーを有する下型と、該下型の主面と合わさり、キャビティーを平坦に覆う上型とを含む成形型を用いて熱硬化性の液状樹脂であるシリコーン樹脂を成形する方法で、キャビティーへシリコーン樹脂を流し込む為の経路として、キャビティーの近傍に上型を表裏貫通する第一の貫通孔が開けられ該貫通孔が下型と上型とのパーティングラインに沿って該下型側に形成される第一の樹脂流路を経てキャビティーへ連通しており、ヒーターにて加熱された成形型の第一の貫通孔の開口へ、シリコーン樹脂をパーティングラインよりも該シリコーン樹脂の液面が高くなるまで流し込みキャビティーをシリコーン樹脂で満たして該シリコーン樹脂を熱硬化させることを特徴とする。

本構成によって、シリコーン樹脂の精密な定量を必要とせずに該シリコーン樹脂でキャビティーを正確に満たし、レンズの平坦面に対応するシリコーン樹脂の平坦面も成形型に接しているので、該シリコーン樹脂が熱硬化していく際に成形型とシリコーン樹脂とが貼りついて該樹脂表面の変移を抑制するので、シリコーンレンズの平坦面の平坦度を阻害することがない。

以上のように、本発明のＬＥＤ用シリコーンレンズの製造方法によれば、レンズの平坦面の膨らみや凹み、あるいは縦バリやうねりの発生を抑制でき、光特性を阻害することが無いものとすることができる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における樹脂レンズの製造方法を示す模式断面図である。

図１において、１はキャビティー、２は成形型、２ａは下型、２ｂは上型、３はシリコーン樹脂、４は供給装置、５ａは第一の貫通孔、６ａは第一の樹脂流路を各々示している。

図１に示したシリコーンレンズの製造方法は、レンズの曲面に対応する形状の窪みであるキャビティー１を有する下型２ａと、該下型２ａの主面と合わさり、キャビティー１を平坦に覆う上型２ｂとを含む成形型２を用いて熱硬化性の液状樹脂であるシリコーン樹脂３を成形するものである。

キャビティー１へシリコーン樹脂３を流し込む為の経路として、キャビティー１の近傍に上型２ｂを表裏貫通する第一の貫通孔５ａが開けられ該貫通孔５ａが下型２ａと上型２ｂとのパーティングラインに沿って下型２ａ側に形成される溝である第一の樹脂流路６ａを経てキャビティー１へ連通している。

ヒーター（図示せず）にて加熱された成形型２の第一の貫通孔５ａ開口へ供給装置４から供給されるシリコーン樹脂３を下型２ａと上型２ｂとのパーティングラインよりもシリコーン樹脂３の液面が高くなるまで流し込みキャビティー１をシリコーン樹脂３で満たして該樹脂３を熱硬化させた後に冷却し、成形型２を開き、固化したシリコーン樹脂３を吸着させる吸盤などを有する取り出し機（図示せず）にて該樹脂３を取り出すものである。

図２は、上述の製造工程をステップ順に示すフロー図である。

即ち、成形型２に供給装置４を用いてシリコーン樹脂３を供給し、キャビティー１にシリコーン樹脂３を注入するステップと、成形型２をヒーターにて加熱することでシリコーン樹脂３を熱硬化させて固化するステップと、成形型２およびシリコーン樹脂３を冷却するステップと、成形型２を開き、取り出し機にてシリコーン樹脂３を取り出すステップと、シリコーン樹脂３の、第一の樹脂流路６ａからキャビティー１への入り口に相当するゲート部をカットしてＬＥＤ用シリコーンレンズ単体とするゲートカットステップと、から成る。

ここで、流動性の観点より、シリコーン樹脂３の常温時の粘度は好ましくは２００Ｐａ・ｓ以下で、より好ましくは５０Ｐａ・ｓ以下であれば良い。

好ましくは、成形型２の材料としては、鉄やステンレス鋼等の金属が好ましく、シリコーンレンズ表面に対応する成形型２の表面の算術平均表面粗さはＲａ＝０．１μｍ以下の鏡面とすれば良い。

好ましくは、少なくともシリコーン樹脂３と接する面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）系やＣｒＮ系の被膜コーティングが施されていれば良い。これによれば、固化したシリコーン樹脂３と成形型２との離型性が向上する。

かかる構成によれば、キャビティー１が上型２ｂで平坦に覆われるのでシリコーン樹脂３を精密に定量する必要が無く、シリコーン樹脂３を下型２ａと上型２ｂとのパーティングラインよりも液面が高くなるまで流し込めば正確にキャビティー１がシリコーン樹脂３で満たされ、シリコーンレンズの平坦面に従来の縦バリや膨らみを生じることがない。

また、キャビティー１を満たすシリコーン樹脂３のシリコーンレンズの平坦面に対応する平坦な面は、上型２ｂに接しているので、シリコーン樹脂３が熱硬化して固化して行く際に、キャビティー１に接する面と同様に上型２ｂに貼りついた状態でその表面の変移が抑制される。従って、シリコーン樹脂３が熱硬化に際して重合にて収縮した場合でもシリコーンレンズの平坦面のみが表面変移して凹面と成ること無く、レンズ全体が相似形に収縮し、光特性に悪影響を与えることもない。

更に、シリコーン樹脂３を熱硬化させる為に加熱し、シリコーン樹脂３内部で熱対流が生じてもシリコーン樹脂３の平坦面は曲面部と同様に上型２ａに接しているので表面変移が抑制されて、シリコーンレンズの平坦面にうねりとしてその痕跡を残すこともない。

なお、ゲートカットの際にレンズの周縁部に残るゲート残りをレンズの周縁部と略同一面とするには、図３に示す様に、キャビティー１の下型２ａ主面に開口する部分である周縁部を下型２ａの主面に対して第一の樹脂流路６ａよりも深い所定の深さの垂直な面とする周縁垂直部１ａとすれば良い。

かかる構成によれば、第一の樹脂流路６ａのゲート部を垂直にカットし、周縁垂直部１ａと略同一面とすることが出来る。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２のシリコーンレンズの製造方法を示す模式断面図である。図４において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図４の新たな構成要素は、キャビティー１の近傍に上型２ｂを表裏貫通する第二の貫通孔５ｂが開けられ該貫通孔５ｂが下型２ａと上型２ｂとのパーティングラインに沿って下型２ａ側に形成される溝である第二の樹脂流路６ｂを経てキャビティー１へ連通しているものである。

これによれば、第一の貫通孔５ａの開口よりシリコーン樹脂３を供給して流し込んでキャビティー１を該樹脂３で満たしていく際に、第二の樹脂流路６ｂを経て第二の貫通孔５ｂへ樹脂３が流れ込むので内在する気泡も第二の貫通孔５ｂへ抜けて行く事と成り、形成されるＬＥＤ用シリコーンレンズへの気泡残留を確実に防止できる。

なお、本発明の実施例としてシリコーン樹脂を用いて説明したが、エポキシ等の常温で流動性を有する熱硬化性樹脂であれば採用が可能である。

ＬＥＤ用シリコーンレンズの製造方法として有用であり、特にレンズの面に精度が要求されるものに適している。

本発明の実施の形態１におけるＬＥＤ用シリコーンレンズの製造方法を示す断面図 本発明の実施の形態１における工程フローを示す図 本発明の実施の形態１における変更実施例を示す断面図 本発明の実施の形態２におけるＬＥＤ用シリコーンレンズの製造方法を示す断面図 従来のＬＥＤ用レンズの製造方法を示す模式図 従来のＬＥＤ用レンズの製造方法の課題を示す模式図

符号の説明

１、１０１ キャビティー
１ａ 周縁垂直部
２、１０２ 成形型
２ａ 下型
２ｂ 上型
３、１０３ シリコーン樹脂
４ 供給装置
５ａ 第一の貫通孔
５ｂ 第二の貫通孔
６ａ 第一の樹脂流路
６ｂ 第二の樹脂流路
１０４ 定量供給装置
１０５ シリコーンレンズ
１０５ａ 曲面
１０５ｂ 平坦面
１０６ 収容部材
１０７ ＬＥＤ素子
１０８ ワイヤー
１０９、１１０ 一対のリード
１１１ 封止樹脂材料

Claims (5)

1. レンズの曲面に対応する形状の窪みであるキャビティーを有する下型と、該下型の主面と合わさり、前記キャビティーを平坦に覆う上型とを含む成形型を用いて熱硬化性の液状樹脂であるシリコーン樹脂を成形する方法で、
   前記キャビティーへ前記シリコーン樹脂を流し込む為の経路として、前記キャビティーの近傍に前記上型を表裏貫通する第一の貫通孔が開けられ該貫通孔が前記下型と前記上型とのパーティングラインに沿って該下型側に形成される第一の樹脂流路を経て前記キャビティーへ連通しており、
   ヒーターにて加熱された前記成形型の前記第一の貫通孔の開口へ、前記シリコーン樹脂を前記パーティングラインよりも該シリコーン樹脂の液面が高くなるまで流し込み前記キャビティーを前記シリコーン樹脂で満たして該シリコーン樹脂を熱硬化させることを特徴とするＬＥＤ用シリコーンレンズの製造方法。
2. 前記キャビティーの近傍に前記上型を表裏貫通する第二の貫通孔が開けられ該貫通孔が前記パーティングラインに沿って前記下型側に形成される第二の樹脂流路を経て前記キャビティーへ連通していることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ用シリコーンレンズの製造方法。
3. 前記シリコーン樹脂の常温時の粘度が２００Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤ用シリコーンレンズの製造方法。
4. 少なくとも、前記シリコーンレンズ表面に対応する前記成形型の表面の算術平均表面粗さがＲａ＝０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のＬＥＤ用シリコーンレンズの製造方法。
5. 前記成形型の表面で、少なくとも前記シリコーン樹脂と接する面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）系またはＣｒＮ系の被膜コーティングが施されていることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のＬＥＤ用シリコーンレンズの製造方法。

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