KR101066793B1 - 엘이디 렌즈 성형장치 및 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 렌즈 성형에 있어서 수지의 주입이 용이하면서도, 수지 잔존물이 남게 되는 것을 방지할 수 있는 새로운 방식의 LED 렌즈 성형 장치 및 성형 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 발광유닛성형장치는, 다수 열의 렌즈 캐비티가 배열된 제1금형틀을 다수 개 구비한 제1부재와; 상기 제1부재 위에 위치하고, 상기 다수 열의 렌즈 캐비티에 대응되는 위치에 다수 열의 관통부가 배열된 제2금형틀을 다수 개 구비한 제2부재와; 상기 제2부재 위에 위치하고, 상기 다수 열의 렌즈 캐비티 및 상기 다수 열의 관통부에 대응되는 위치에 다수 열의 발광소자가 배열된 리드프레임을 다수 개 구비한 제3부재와; 상기 제1부재의 중앙부에 배치되어 렌즈성형물질이 담기는 포트와; 상기 포트로부터 분배되어 상기 제1부재 및 제2부재를 통하여 상기 렌즈 캐비티 각각으로 이어지는 물질이동통로를 더 구비하며, 상기 제1부재, 제2부재 및 제3부재는 서로 결합되는 것을 특징으로 한다.

금형, 발광소자, 성형장치, 렌즈 캐비티, 리드프레임

Description

엘이디 렌즈 성형장치 및 성형방법{LED LENS MOLDING APPARATUS AND MOLDING METHOD}

본 발명은 렌즈 성형에 있어서 수지의 주입이 용이하면서도, 수지 잔존물이 남게 되는 것을 방지할 수 있는 새로운 방식의 LED 렌즈 성형 장치 및 성형 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 렌즈가 구비되는 LED 패키지는 도 1에 도시한 바와 같이, 상면에 회로패턴이 형성된 기판(1)에, 상기 회로패턴에 따라 배열되어 회로패턴에 연결되는 다수 개의 LED소자(2)와, 상기 LED소자(2)의 둘레부를 감싸도록 기판(1)에 구비된 리플렉터(3)와, 상기 리플렉터(3)의 상면에 구비된 수지재질의 렌즈(4)를 포함하여 구성되며, 상기 렌즈(4)를 설치한 후, 패턴에 따라 각각의 LED 패키지를 잘라내는 싱귤레이싱 공정을 거쳐 제작된다. 이때, 상기 리플렉터(3)는 중앙부에 반사컵(3a)이 형성된 사각 블록 형상으로 구성되며, 상기 반사컵(3a)의 내주면은 하측으로 갈수록 내경이 좁아지는 경사면을 갖도록 구성되어, LED소자(2)에서 발광된 빛을 상면에 구비된 렌즈(4) 쪽으로 반사하면서 내부에 구비된 LED소자(2)를 보호하는 기능을 한다.

한편, 상기 렌즈(4)는, 도 2에 도시한 바와 같이, LED 렌즈 성형몰드의 성형블록(10)을 상기 기판(1)의 상면에 결합한 상태에서, 투광성 수지를 상기 리플렉터(3)의 반사컵(3a)에 주입, 경화시켜 제작한다.

상기 성형블록(10)은 수지가 공급되는 런너(11)와, 상기 런너(11)에서 분기되어 연장된 게이트(12)와, 상기 리플렉터(3)가 삽입될 수 있도록 구성되어 상기 게이트(12)에 연결되는 캐비티(13)가 하부면에 형성되어, 상기 리플렉터(3)가 캐비티(13)의 내부로 삽입되도록 기판(1)의 상부에 결합되는 것으로서, 상기 캐비티(13)는 기판(1)의 상면에 리플렉터(3)가 배치된 패턴과 동일한 패턴으로 배치되도록 다수 개 형성되어, 상기 기판(1)에 구비된 리플렉터(3)의 상면에 각각 구비된 다수 개의 렌즈(4)를 한꺼번에 성형할 수 있도록 구성된다. 이때, 각 캐비티(13)는 리플렉터(3)의 둘레부에 비해 크게 제작되어 성형블록(10)을 기판(1)에 결합하면 캐비티(13)의 내부면과 리플렉터(3)의 둘레부에 수지가 통과할 수 있는 갭(G)이 형성된다.

따라서, 상기 캐비티(13)가 리플렉터(3)를 덮도록 성형블록(10)을 기판(1)에 결합한 후, 상기 런너(11)와 게이트(12)를 통해 수지를 주입하면, 수지는 도 2에 화살표로 도시한 바와 같이, 상기 갭(G)을 통해 캐비티(13)의 내부로 주입된 후 경화되어 리플렉터(3)의 상면에서 돌출되는 형태의 렌즈(4)를 형성한다.

그런데, 이와 같은 LED 렌즈 성형몰드는 상기 갭(G)을 통해 수지가 주입되므로, 렌즈(4)를 성형한 후 리플렉터(3)의 둘레면 및 갭(G)의 내부에 여분의 수지와, 경화된 수지 잔존물이 남게 된다. 따라서, 이러한 잔존물을 최소화하기 위하여, 상 기 갭(G)의 간격을 최대한 작게 형성하여야 하며, 이 경우 좁은 갭(G)을 통해 캐비티(13)의 내부로 수지를 주입하기 위해서는 수지를 매우 높은 압력으로 가압하여야 하는 문제점이 있었다. 또한, 수지가 좁은 갭(G)을 통과하여 캐비티(13)의 내부로 주입되므로, 수지에 과도한 저항이 작용하여 충분한 양의 수지가 캐비티(13)의 내부에 충전되지 못해, 렌즈(4)가 완전한 형태를 갖지 못하게 되는 불량이 발생되기도 하였다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 렌즈 성형시 수지의 주입이 용이하면서도, 리플렉터의 주위에 잔존물이 남는 것을 방지할 수 있는 새로운 구조의 LED 렌즈 성형장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다수 열의 렌즈 캐비티가 배열된 제1금형틀을 다수 개 구비한 제1부재와; 상기 제1부재 위에 위치하고, 상기 다수 열의 렌즈 캐비티에 대응되는 위치에 다수 열의 관통부가 배열된 제2금형틀을 다수 개 구비한 제2부재와; 상기 제2부재 위에 위치하고, 상기 다수 열의 렌즈 캐비티 및 상기 다수 열의 관통부에 대응되는 위치에 다수 열의 발광소자 패키지가 부착된 리드프레임을 다수 개 구비한 제3부재와; 상기 제1부재의 중앙부에 배치되어 렌즈성형물질이 담기는 포트와; 상기 포트로부터 분배되어 상기 제1부재 및 제2부재를 통하여 상기 렌즈 캐비티 각각으로 이어지는 물질이동통로를 더 구비하며, 상기 제1부재, 제2부재 및 제3부재는 서로 결합된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 물질이동통로는: 상기 포트로부터 상기 다수 개의 제1금형틀로 분배되는 런너와; 상기 제1금형틀 내에서 상기 런너에서 분기되어 상기 다수 열의 캐비티 각각으로 연장되는 다수 개의 주게이트와; 상기 제2금형틀에 형성되어 상기 관통부와 연통되며 상기 다수 개의 주게이트로부터 상기 캐비티 각각으로 연결될 다수 개의 보조 게이트로 구성된다. 여기서, 상기 렌즈성형물 질은 상기 포트에 공급되어 상기 런너, 다수 개의 주게이트 및 다수 개의 보조 게이트를 통해 상기 렌즈 캐비티에 주입된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 다수 개의 제2금형틀 내에는 상기 발광소자 패키지를 용이하게 안착시키는 다수 개의 걸림수단이 구비되어 있으며, 상기 걸림수단은 상기 관통부의 하측 둘레부에 위치하고, 상기 걸림 수단으로부터 제2금형틀의 상부면에 이르는 높이는 상기 리드프레임 하면으로부터 상기 발광소자 패키지의 하면에 이르는 길이보다 그 길이가 짧아서, 제2금형틀과 발광소자 패키지가 밀착되게 한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1금형틀의 상기 렌즈 캐비티는 렌즈 중앙부가 최대 곡률보다 인입된 형상, 또는 렌즈의 곡면 일부에 요철이 형성된 형상, 또는 렌즈의 중앙부가 부분적으로 편평한 형상으로 제작될 수 있다. 이는 발광 소자, LED의 발광 휘도 분포 조절을 용이하게 하고 발광 효율을 향상시킨다.

본 발명은 또한 LED 렌즈 성형방법을 개시하는바, 본 발명에 따른 LED 렌즈 성형방법은: 다수 열의 렌즈 캐비티가 배열된 제1금형틀을 다수 개 구비한 제1부재와; 상기 제1부재 위에 위치하고, 상기 다수 열의 렌즈 캐비티에 대응되는 위치에 다수 열의 관통부가 배열된 제2금형틀을 다수 개 구비한 제2부재와; 상기 제2부재 위에 위치하고, 상기 다수 열의 렌즈 캐비티 및 상기 다수 열의 관통부에 대응되는 위치에 다수 열의 발광소자가 배열된 리드프레임을 다수 개 구비한 제3부재를 준비하는 단계와; 상기 제1부재, 제2부재 및 제3부재를 결합시키는 단계와; 상기 제1부재의 중앙에 배치된 포트에 렌즈성형물질을 주입하여, 상기 렌즈성형물질이 상기 포트로부터 분배되어 상기 제1부재 및 제2부재를 통하여 상기 렌즈 캐비티 각각에 주입되게 하는 단계와; 상기 렌즈성형물질을 경화시키는 단계를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 성형방법에서 상기 물질이동통로는: 상기 포트로부터 상기 다수 개의 제1금형틀로 분배되는 런너와; 상기 제1금형틀 내에서 상기 런너에서 분기되어 상기 다수 열의 캐비티 각각으로 연장되는 다수 개의 주게이트와; 상기 제2금형틀에 형성되어 상기 관통부와 연통되며 상기 다수 개의 주게이트로부터 상기 캐비티 각각으로 연결될 다수 개의 보조 게이트로 구성된다. 여기서, 상기 렌즈성형물질은 상기 포트에 공급되어 상기 런너, 다수 개의 주게이트 및 다수 개의 보조 게이트를 통해 상기 렌즈 캐비티에 주입된다.

본 발명에 따른 렌즈성형장치 및 렌즈성형방법을 이용하면, 런너와 게이트를 통해 캐비티 내부로 주입된 수지가 누출되어 잔존물이 남게 되는 것을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 게이트의 단면적을 넓게 형성할 수 있어서 수지의 주입이 용이해지는 장점이 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다. 하기에서 설명되는 내용은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명의 범위는 이에 한정되는 것이 아니라, 첨부된 특허청구범위에 의해 한정된다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 렌즈 성형장치를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 렌즈 성형장치를 상하를 뒤집어서 도 시한 측단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 렌즈 성형장치를 상하를 뒤집어서 도시한 참고도이다.

도 3을 참조하면, 도 3의 렌즈성형장치는 제1부재의 제1금형틀(메인블록)(15)과, 제2부재의 제2금형틀(중간패널)(14), 및 제3부재의 리드프레임(1) 및 발광소자패키지(3)를 포함하여 구성된다. 상기 메인블록(15)은 수지가 공급되는 런너(11)와, 상기 런너(11)에서 분기되어 연장된 게이트(12)와, 상기 게이트(12)에 연결되며 상기 리드프레임(1)에 부착된 발광소자패키지(3)의 상면에 렌즈(4)를 성형하는 캐비티(13)를 포함할 수 있다. 상기 중간패널(14)은, 상기 캐비티(13)가 삽입되도록 상하방향으로 구성된 관통공(14a)을 포함하며, 상기 메인블록(15)은 상기 중간패널(14)의 하면에 밀착된다. 종래 기술은 제1금형틀(메인블록)과 제2금형틀(중간패널)이 하나의 성형블록(10)으로 되어 있으나, 본 발명은 이 성형블록을 별개의 제1금형틀과 제2금형틀로 분리하여 구성되어 있다.

이때, 상기 발광소자 패키지(3)의 중앙부는 LED소자(2)가 본딩되는 원형의 반사컵(3a)이 형성된 사각블록 형상으로 구성되어, 상기 캐비티(13)에 수지를 주입, 경화시켜 렌즈(4)를 성형할 수 있게 하고, 또는 캐비티(13) 및 반사컵(3a)의 내부에 수지를 주입, 경화시켜 렌즈(4)를 성형할 수 있게 한다. 즉, 발광소자 패키지(3)의 반사컵(3a)은 미리 충진재가 충진되어 있을 수 있거나, 본 발명의 성형장치에 의하여 렌즈(4)와 동일한 수지로 반사컵(3a)에 수지가 충진될 수도 있음을 이해해야 한다.

이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 상하를 뒤집어서 도시한 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예를 기술하도록 하겠다. 도 4는 각 금형틀 및 리드프레임이 결합되기 이전의 상태를 도시한 도면이고, 도 5는 각 금형틀 및 리드프레임이 결합된 이후의 상태를 도시한 도면이다.

도 4 및 도 5에 있어서, 상기 중간패널(14)은 얇고 강도가 높은 금속판으로 구성된다. 상기 관통공(14a)은 상기 발광소자 패키지(3)의 둘레부 사이즈보다 크면서 상기 리드프레임(1)에 부착된 발광소자 패키지(3)와 같은 배열을 갖도록 중간패널(14)에 다수 개 형성되어, 중간패널(14)을 발광소자 패키지에 결합하면 각각의 발광소자 패키지(3)가 상기 관통공(14a)의 내부로 삽입될 수 있도록 구성된다. 또한, 상기 관통공(14a)의 상측 둘레부에는 상기 발광소자 패키지(3)의 상면 둘레부에 밀착되는 걸림턱(14b)이 돌출형성된다. 상기 걸림턱(14b)은 내측단이 상기 캐비티(13)의 하단지름보다 큰 원형을 그리도록 관통공(14a)의 중앙부로 돌출되어, 중간패널(14)을 발광소자 패키지(3)가 부착된 리드프레임(1)에 결합하면 발광소자 패키지(3)의 상면 둘레부에 밀착되어 발광소자 패키지(3)의 상면과 둘레면을 구획함으로써, 상기 캐비티(13)와 발광소자패키지(3)의 반사컵(3a)으로 주입된 수지가 발광소자 패키지(3)의 둘레면으로 누출되는 것을 방지한다.

이때, 상기 중간패널(14)의 하부면에서 걸림턱(14b)의 하단까지의 거리(L)는 상기 발광소자 패키지(3)의 높이(H)에 비해 짧게 형성된다.

또한, 상기 수지는 주제와 경화제가 분리된 상태로 존재하며 성형과 동시 혼합될수 있는 수지일 수 있다.

상기 메인블록(15)은 두께가 두꺼운 금속블록으로 구성되는 것으로, 상기 캐비티(13)는 상기 관통공(14a)의 배열과 동일한 배치를 갖도록 하부면에 다수 개 형성되어, 도 5에 도시한 바와 같이, 메인블록(15)을 상기 중간패널(14)의 상면에 결합한 상태에서 런너(11)를 통해 주입된 수지가 게이트(12a, 12b)를 통해 상기 캐비티(13)와 발광소자 패키지(3)의 반사컵(3a)으로 공급되어 렌즈(4)를 성형할 수 있도록 한다.

이때, 상기 게이트(12)는 상기 메인블록(15)의 하부면에 형성되며 런너(11) 에서 분기되어 연장된 제1 게이트(주게이트)(12a)와, 상기 제1 게이트(12a)와 연결되도록 상기 중간패널(14)의 상면에 형성되어 상기 관통공(14a)과 연통되는 제2 게이트(12b)로 구성되어, 메인블록(15)을 상기 중간패널(14)의 상면에 결합하면, 상기 제1 및 제2 게이트(12a,12b)가 연결되어, 수지가 상기 제1 및 제2 게이트(12a,12b)를 통과하여 캐비티(13)로 주입되도록 한다. 또한, 상기 메인블록(15)은 사출기에 장착되어 사출기에 구비된 엑츄에이터에 의해 승강되며, 상기 중간패널(14)은 작업자가 수작업으로 상기 리드프레임(1)에 결합할 수 있도록 구성된다.

따라서, 작업자가 수작업으로 상기 중간패널(14)을 리드프레임(1)에 결합한 상태에서, 상기 중간패널(14)이 상부를 향하도록 리드프레임(1)과 중간패널(14)의 결합체를 사출기에 장착하고 사출기를 작동시키면, 상기 메인블록(15)이 하강되어 중간패널(14)의 상부에 밀착되어 하향가압한 후, 상기 런너(11)와 게이트(12)를 통해 캐비티(13)와 발광소자 패키지(3)의 반사컵(3a)으로 수지를 주입, 경화시켜, 렌즈(4)를 성형한다.

이와 같이 구성된 LED 렌즈 성형몰드는 상기 중간패널(14)을 리드프레임(1)에 결합하면, 중간패널(14)의 관통공(14a)에 형성된 걸림턱(14b)이 발광소자 패키지(3)의 상면 둘레부에 밀착되어 발광소자 패키지(3)의 상부와 둘레부를 구획함으로써, 상기 캐비티(13)와 발광소자 패키지(3)의 반사컵(3a)으로 주입된 수지가 발광소자 패키지(3)의 둘레부로 누출되어 경화되는 것을 방지한다. 따라서, 렌즈(4)의 성형후, 발광소자 패키지(3)의 둘레면에 수지 잔존물이 남는 것을 방지할 수 있으며, 상기 게이트(12)의 단면적을 넓게 형성하여 수지를 적은 압력으로도 용이하게 주입할 수 있는 장점이 있다.

특히, 상기 중간패널(14)의 하부면부터 걸림턱(14b)의 하단까지의 거리(L)는 상기 발광소자 패키지(3)의 높이(H)에 비해 짧게 형성되므로, 상기 발광소자 패키지(3)가 관통공(14a)에 끼워지도록 중간패널(14)을 상기 리드프레임(1)에 결합하면 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 중간패널(14)의 하부면이 리드프레임(1)의 상면으로부터 이격된다. 따라서, 상기 메인블록(15)을 상기 중간패널(14)의 상면에 밀착시킨 상태에서 메인블록(15)을 하측으로 가압하면, 중간패널(14)의 하측면이 리드프레임(1)의 상면에 밀착될 때까지 상기 발광소자 패키지(3)가 하측으로 압축되면서 걸림턱(14b)이 발광소자 패키지(3)의 상면에 강하게 밀착되므로, 걸림턱(14b)과 발광소자 패키지(3)의 사이로 수지가 누출되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 게이트(12)가 상기 메인블록(15)의 하부면에 형성된 제1 게이트(12a)와, 상기 중간패널(14)의 상면에 형성된 제2 게이트(12b)로 분할하여 형성하므로써, 게이트(12)의 위치를 상기 발광소자 패키지(3)의 상면에 최대한 근접되도록 형성할 수 있다. 따라서, 렌즈(4)의 성형 후 게이트(12)에 남아있는 수지가 경화되어 발생되는 잔존물에 의해 렌즈(4)의 굴곡면이 손상되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

상기에서는, 상기 리드프레임(1)이 하부에 배치되고, 상기 중간패널(14)이 상기 리드프레임(1)의 상부에 결합되고, 상기 메인블록(15)이 중간패널(14)의 상면에 밀착되도록 하는 것을 예시하였으나, 이러한 배치를 상하방향으로 뒤집거나, 90°회전시켜 배치하는 등, 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

또한, 상기 리드프레임(1)은 제3부재 내에서 다수 개 존재할 수 있으며, 제2 부재의 제2금형틀 및 제1부재의 제3금형틀에 대응되는 위치에 존재한다. 이 경우 런너(11)들은 수지가 주입되는 제1부재 내의 포트(도시되지 않음)에서 각 제1금형틀 쪽으로 분배되며, 포트를 기준으로 런너(11)들은 대칭일 수 있다.

상기에서는 특정 실시예를 통해 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 범위는 이에 국한되지 아니하며, 당업자라면 특허청구범위의 기술적 사상 및 범위 내에서 본 실시예를 개량, 수정, 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 LED패키지를 도시한 측단면도,

도 2는 종래의 LED 렌즈 성형몰드를 도시한 측단면도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 렌즈 성형장치를 도시한 사시도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 렌즈 성형장치를 상하를 뒤집어서 도시한 측단면도,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 렌즈 성형장치를 상하를 뒤집어서 도시한 참고도이다.

Claims (5)

1. 다수 열의 렌즈 캐비티가 배열된 제1금형틀을 다수 개 구비한 제1부재;

   상기 제1부재 위에 위치하고, 상기 다수 열의 렌즈 캐비티에 대응되는 위치에 다수 열의 관통부가 배열된 제2금형틀을 다수 개 구비한 제2부재; 및

   상기 제2부재 위에 위치하고, 상기 다수 열의 렌즈 캐비티 및 상기 다수 열의 관통부에 대응되는 위치에 다수 열의 발광소자 패키지가 부착된 리드프레임을 다수 개 구비한 제3부재를 포함하여 구성되고,

   상기 제2금형틀 내에는 상기 발광소자 패키지를 용이하게 안착시키는 다수 개의 걸림수단이 구비되어 있으며, 상기 걸림수단은 상기 관통부의 하측 둘레부에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광유닛성형장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1부재의 중앙부에 배치되고 렌즈성형물질이 주입되는 포트와;

   상기 포트로부터 분배되어 상기 제1부재 및 제2부재를 통하여 상기 렌즈 캐비티 각각으로 이어지는 물질이동통로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 발광유닛성형장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 걸림 수단으로부터 제2금형틀의 상부면에 이르는 높이는 상기 리드프레임의 하면으로부터 상기 발광 소자 패키지의 하면까지의 길이보다 그 길이가 짧은 것을 특징으로 하는 발광유닛성형장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 물질이동통로는:

   상기 포트로부터 상기 다수 개의 제1금형틀로 분배되는 런너와;

   상기 제1금형틀 내에서 상기 런너에서 분기되어 상기 다수 열의 캐비티 각각으로 연장되는 다수 개의 주게이트와;

   상기 제2금형틀에 형성되어 상기 관통부와 연통되며 상기 다수 개의 주게이트로부터 상기 캐비티 각각으로 연결될 다수 개의 보조 게이트로 구성되며,

   상기 렌즈성형물질은 상기 포트에 공급되어 상기 런너, 다수 개의 주게이트 및 다수 개의 보조 게이트를 통해 상기 렌즈 캐비티에 주입되는 것을 특징으로 하는 발광유닛성형장치.
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