JP2010050294A - レンズを有する発光ユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズを有する発光ユニットの製造方法を提供する。
【解決手段】発光ユニットの発光部を成形スリーブ内に設置するステップと、可塑性材料を発光ユニットの発光部に滴下するステップと、金型を成形スリーブ上に被せ、可塑性材料を金型および成形スリーブによって形成された空間に充満させるステップと、可塑性材料を固化させるステップと、金型と成形スリーブを分離し、発光ユニット上にレンズ３を一体成形するステップと、を含む。それによって、レンズ３と発光ユニットが一体成形され、各発光ユニットの光学特性誤差を補正することができるレンズ３を製造でき、レンズを有する発光ユニット１００を応用する上での誤差を縮小することができる。また、従来技術におけるレンズの組立作業を省略することができ、それによって組立誤差の発生を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は発光ユニットの製造方法に関し、特に、レンズを有する発光ユニットの製造方法に関する。

電子技術の進歩に伴い、表示装置はすでに日常生活および仕事環境において、なくてはならないものとなっている。表示装置の薄型化および環境保護に配慮した発展に従って、ＬＥＤが冷陰極管に取って代わって表示装置内部の発光源として使用されるようになっている。

しかし、表示装置が輝度または表示範囲の必要から複数のＬＥＤを使用するとき、同一の発光強度を有するＬＥＤが複数必要となり、それによって表示装置は必要とする輝度および表示範囲を達成することができる。例えば、現在の中大型サイズのテレビは発光強度の必要から、複数のＬＥＤを応用して各区域を照射し、更に、好適な導光板および拡散シートを組み合わせ、十分な輝度および均一度の発光源が形成される。

この目的を達成するために、ＬＥＤの出光面上にはレンズを設ける必要があり、ＬＥＤが放出する光束をレンズによって導き、必要な範囲に照射させ、それによって表示装置は必要とする輝度および表示範囲を達成することができる。

表示装置の多元的な発展によって、各表示装置にはそれぞれ異なる発光特性を有するＬＥＤを組合せる必要があるので、ＬＥＤをカスタマイズする割合が増加し、特に高性能の表示装置においては光学レベルのレンズを有するＬＥＤを使用する必要がある。しかし、現在のＬＥＤのパッケージ業者は、例えば平面の出光面を有するＬＥＤといったような標準的なパッケージしか提供できない。また、表示装置の製造業者は表示輝度および表示範囲を考慮して必要なレンズを別に準備する必要があり、加工を通じてそのレンズをＬＥＤ上に設置することによってＬＥＤが放出する光束を導いて制御することができる。

このＬＥＤ上に設置されるレンズは通常プラスチックの射出、ガラス成型または精密加工によって製造され、大量生産することによってコストを低減させている。ただ、この方式によって製造されたレンズを異なる発光特性を有するＬＥＤに設置するとき、設置後のＬＥＤは均一した発光をすることができず、レンズとＬＥＤを組み合せるときの誤差の発生を解決する必要がある。

そこで、本発明の発明者は上述の欠点を解決できると考え、研究を重ね、ついに上述の欠点を解決できる本発明を案出した。
特開２００７−３２９４５０号公報

本発明の目的は、レンズを有する発光ユニットの製造方法を提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明のレンズを有する発光ユニットの製造方法は、以下の特徴を有する。
（１）発光ユニットの発光部を成形スリーブ内に設置するステップと、
可塑性材料を発光ユニットの発光部上に滴下するステップと、
金型をゆっくりと成形スリーブ上に被せ、可塑性材料を金型および成形スリーブによって形成される空間に充満させ、同時に、金型の第１の通路から余分な可塑性材料を排出するステップと、
可塑性材料を固化させるステップと、
成形スリーブと金型を分離し、発光ユニット上にレンズを一体成形するステップと、を含むレンズを有する発光ユニットの製造方法。
（２）前記金型には、キャビティが設けられることを特徴とする（１）記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
（３）前記キャビティの表面は、平面、球面、非球面、回析面、幾何曲面またはそれらを組合せた形状であることを特徴とする（２）記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
（４）前記金型には、型部が設けられることを特徴とする（１）記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
（５）前記成形スリーブは、ブッシュであることを特徴とする（１）記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
（６）前記成形スリーブは、前記発光ユニット上に設置される封止外壁であることを特徴とする（１）記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
（７）封止外壁によって形成される空間内には、封止材料が充填されることを特徴とする（６）記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
（８）前記可塑性材料は、熱硬化性材料であることを特徴とする（１）記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
（９）前記可塑性材料は、光硬化性材料であることを特徴とする（１）記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
（１０）前記発光部は、発光ユニットの発光チップの出光面であることを特徴とする（１）記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
（１１）前記発光部は、発光ユニットの封止材料の出光面であることを特徴とする（７）記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
（１２）前記封止材料には、蛍光粒が混合されることを特徴とする（７）記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
（１３）前記金型を前記成形スリーブ上に被せるとき、前記金型上の通路から余分な可塑性材料が排出されることを特徴とする（１）記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
（１４）前記金型を前記成形スリーブ上に被せるとき、前記成形スリーブ上の通路から余分な可塑性材料が排出されることを特徴とする（１）記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。

レンズと発光ユニットが一体成形され、各発光ユニットの光学特性誤差を補正することができるレンズを製造でき、レンズを有する発光ユニットを応用する上での誤差を低減することができる。また、従来技術におけるレンズの組立作業を省略することができ、組立誤差の発生を防止することができる。

本発明の目的、特徴および効果を示す実施例を図に沿って詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施例によるレンズを有する発光ユニットの構造を示す断面図である。レンズを有する発光ユニット１００には基台１、発光チップ２およびレンズ３が設けられる。基台１と発光チップ２によって発光ユニットが構成され、レンズ３は発光ユニットと一体成形される。基台１は、金属フレーム、直立フレーム、平面フレーム、ピラニアフレームまたはその他の形式のフレームにプラスチックを被覆したものとすることができる。本実施例において、基台１は基板１０、第１の接続ピン１１および第２の接続ピン１２を備える。

第１の接続ピン１１および第２の接続ピン１２は基板１０上に設置され、基板１０の両外部まで延伸する。発光チップ２は基板１０上に設置され、第１の接続ピン１１および第２の接続ピン１２が接続され、発光チップ２上面には第１の出光面２０が形成される。レンズ３は発光チップ２の第１の出光面２０上に設置され、本実施例において、レンズ３は発光チップ２を被覆し、発光チップ２は基台１とレンズ３との間に介在する。実施時は、レンズ３を発光チップ２の第１の出光面２０上に設置し、発光チップ２を被覆しない構造にすることもできる。

本実施例において、レンズは凸球形側面３０および平坦上面３１を備える。レンズを有する発光ユニット１００が運転するとき、基台１の第１の接続ピン１１および第２の接続ピン１２にそれぞれ正負の電圧が印加されて発光チップ２が励起され、それによって光束（図中の矢印）が放出され、光束は発光チップ２の第１の出光面２０から放出された後、レンズ３に進入し、レンズ３は光束を導いて平坦上面３１から放出させる。

実施時、レンズ３は、ＰＭＭＡまたはＰＣなどの一般の透光の熱可塑性材料、エポキシ樹脂およびシリコンなどの透光の熱硬化性プラスチックまたは透光ガラス材質の成形によって製造することができる。また、可塑性材料は、組合わされる発光チップ２の発光波帯に合わせて高透光率のものを選択することができ、また、必要に合わせて外部表面に塗布する方式によって可塑性材料の全体または一部の透光率を変更することができる。例えば吸光材料を加え、吸光材料が特定の波帯の光束を吸収することによって発光チップ２が放出する光束の周波数スペクトルを変更したり、散光材料を加えて通過する光束を必要に合わせて散光させたりすることができる。

可塑性材料内部は、均質または非均質にしたり、ガラス板などの異なる固形材料を加えるたりすることができ、それによって可塑性材料の体積を減少させ、レンズの安定性を高めることができる。また、特定の鍍金または特定の波帯光線を吸収するガラス板を使用することができ、それによって発光チップ２が放出する余分な波帯の光束を直接除去することができる。

図２は本発明のレンズを有する発光ユニットの製造方法の第１の実施例を示す流れ図である。図３は本発明のレンズを有する発光ユニットの製造方法の第１の実施例のステップを示す流れ図である。図に示すように、レンズを有する発光ユニットの製造方法は下記のステップを含む。

ステップ７０：先ず、成形スリーブおよび成形スリーブと接合される金型４１を準備する。本実施例において、成形スリーブはブッシュ４０であり、ブッシュ４０には収容部４００および第１の通路４０１が設けられ、第１の通路４０１はブッシュ４０を貫通して収容部４００とブッシュ４０外部を連通する。第１の金型４１には第１のキャビティ４１０が設けられ、収容部４００の形状は基台１の形状およびレンズ３の形状に対応する。

ステップ７１：発光チップ２および基台１を有する発光ユニットをブッシュ４０の収容部４００内に設置する。

ステップ７２：上述の熱硬化性材料を点着または滴下などの方式でブッシュ４０の収容部４００内に加え、熱硬化性材料を発光チップ２の第１の発光面２０に被覆し、収容部４００に充満させる。

ステップ７３：ブッシュ４０と第１の金型４１を対接させて圧力を加え、ブッシュ４０と第１の金型を接合し、熱硬化性材料を第１の金型４１の第１のキャビティ４１０に充満させ、圧力を加えることによって余分な熱硬化性材料および収容部４００および第１のキャビティ４１０内の気体を第１の通路４０１から排出する。

ステップ７４：熱硬化性材料を加熱して固化させ、レンズ３を形成する。

ステップ７５：ブッシュ４０と第１の金型４１を分離し、発光ユニット上にレンズ３を一体成形する。

上述のステップによって、レンズ３は基台１上に直接形成されて発光チップ２を被覆するので、従来技術におけるレンズ３の組立作業を省略でき、組立誤差の発生を防止できる。実施時、小さいブッシュ４０を採用でき、発光チップ２をブッシュ４０の収容部４００内に設置し、レンズ３を発光チップ２の第１の発光面２０上に直接形成することができる。また、発光チップ２の発光特性に基づいて特定の形状の収容部４００のブッシュ４０および特定の形状の第１のキャビティ４１０の第１の金型４１を使用することができ、発光チップ２の発光特性に符合したレンズ３を形成し、レンズを有する発光ユニット１００の発光を均一にすることができる。

図４は本発明の第２の実施例によるレンズを有する発光ユニットの構造を示す断面図である。レンズを有する発光ユニット１００は封止外壁５を備え、封止外壁５を直接本実施例の成形スリーブとする。封止外壁５は基台１の基底１０上に設置され、基底１０の周縁から環状に延伸する。本実施例において、レンズ３は基底１０および封止外壁５によって形成される空間内に形成され、レンズ３は発光チップ２を被覆し、レンズ３の外部の一面に凹形球面３２が形成される。

レンズを有する発光ユニット１００が運転するとき、基台１の第１の接続ピン１１および第２の接続ピン１２にそれぞれ正負の電圧が印加されることによって発光チップ２が励起され、それによって光束（図中の矢印）が放出され、光束は発光チップ２の第１の出光面２０から放出された後、レンズ３に進入し、レンズ３は光束を導いて凹形球面３２から放出させる。

本実施例のレンズを有する発光ユニット１００を製造するとき、封止外壁５はブッシュ４０の機能を有し、基底１０および封止外壁５によって形成される空間は収容部４００の機能を有する。また、光硬化性の可塑性材料を採用することができる。

図５は本発明のレンズを有する発光ユニットの製造方法の第２の実施例を示す流れ図である。図６は本発明のレンズを有する発光ユニットの製造方法の第２の実施例のステップを示す流れ図である。図に示すように、レンズを有する発光ユニットの製造方法は下記のステップを含む。

ステップ８０：先ず、封止外壁５と接合される第２の金型４２を準備する。第２の金型４２には相対する上表面４２０および下表面４２１が設けられ、第２の金型４２の下表面４２１には外部に突出した型部４２２および型部４２２表面と上表面４２０を貫通する第２の通路４２３が設けられる。型部４２２の表面形状はレンズ３の出光面に合わせて製作される。

ステップ８１：光硬化性材料を点着または滴下などの方式で基底１０および封止外壁５によって形成される空間内に加え、光硬化性材料を発光チップ２に被覆し、基底１０および封止外壁５によって形成される空間内に充満させる。

ステップ８２：封止外壁５と第２の金型４２を対接させて圧力を加え、封止外壁５と第２の金型４２を接合し、圧力を加えることによって余分な光硬化性材料および基底１０および封止外壁５によって形成される空間内の気体を第２の通路４２３から排出する。

ステップ８３：発光チップ２を点灯させ、発光チップ２から放出される光束を光硬化性材料に照射して固化させ、レンズ３を形成する。

ステップ８４：封止外壁５と第２の金型４２を分離し、発光ユニット上にレンズ３を一体成形する。

図７は本発明の第３の実施例によるレンズを有する発光ユニットの構造を示す断面図である。発光チップ２は第１の接続ピン１１上に設置され、発光チップ２と第２の接続ピン１２との間にはワイヤ２１が接続される。レンズを有する発光ユニット１００には封止材料６が設けられ、封止材料６は基底１０および封止外壁５によって形成される空間内に充填され、封止材料６は発光チップ２を被覆し、第２の出光面６０を形成し、レンズ３が第２の出光面６０上に形成される。

封止材料６は蛍光粒６１が混合されるか、または完全に透明である。完全に透明な封止材料６を使用するとき、発光チップの励起光は封止材料６の第２の出光面６０を貫通した後、放出される。蛍光粒６１を含む封止材料６を使用するとき、発光チップ２が放出する光束の発光周波数スペクトルおよび発光粒６１が吸収する発光周波数スペクトルを選択することによって、必要な発光周波数スペクトルの光を生成することができる。レンズ３はフレネルレンズである。

図８は本発明のレンズを有する発光ユニットの製造方法の第３の実施例を示す流れ図である。図９は本発明のレンズを有する発光ユニットの製造方法の第３の実施例のステップを示す流れ図である。図に示すように、レンズを有する発光ユニットの製造方法は下記のステップを含む。

ステップ９０：先ず、封止外壁５と接合される第３の金型４３を準備する。第３の金型４３には第２のキャビティ４３０および第３の通路４３１が設けられ、第２のキャビティ４３０の表面はフレネルレンズ形状を呈する。第３の通路４３１は第３の金型４３を貫通し、第２のキャビティ４３０と第３の金型４３の外部を連通する。

ステップ９１：可塑性材料を点着または滴下などの方式で封止材料６の第２の出光面６０上に塗布する。

ステップ９２：封止外壁５と第３の金型４３を対接させて圧力を加えることによって第２のキャビティ４３０内の余分な可塑性材料および気体を第３の通路４３１から排出する。

ステップ９３：可塑性材料が熱硬化性材料である場合、可塑性材料を加熱して固化させ、レンズ３を形成する。可塑性材料が光硬化性材料である場合、発光チップ２を点灯させ、発光チップ２から放出される光束を光硬化性材料に照射して固化させ、レンズ３を形成する。

ステップ９４：封止外壁５と第２の金型４３を分離し、発光ユニット上にレンズ３を一体成形する。

本発明のレンズを有する発光ユニット１００はレンズ３を直接発光チップ２の第１の出光面２０上または封止材料６の第２の出光面６０上に形成することができ、発光チップ２が放出する光束をレンズ３によって反射、屈折、回折または散乱させたり、前述の光学原理と組み合せて光束の進行方向を変更する。また、第１のブッシュ４０の形状、第１の金型４１内の第１のキャビティ４１０の形状、第２の金型４２内の型部４２２の形状および第３の金型４３内の第２のキャビティ４３０の形状を調整することによって、レンズ３の外観を球面レンズ、非球面レンズ、自由曲面レンズ、フレネルレンズ、回折部材、屈折率分布型レンズまたはレンズアレイなどにすることができる。

本発明のレンズを有する発光ユニットの製造方法によって、発光ユニットの発光部上にレンズ３を直接形成することができる。本発明の実施例において、発光部は発光チップ２の第１の出光面２０または封止材料６の第２の出光面６０であり、発光ユニットの光学特性の差異に合わせてレンズ３の外観またはレンズ３を製造する可塑性材料を選択することができ、発光ユニットの光学特性の差異を補正することによって、レンズを有する発光ユニット１００を応用する上での誤差を低減することができる。また、従来技術におけるレンズ３の組立作業を省略することができ、組立誤差の発生を防止できる。

本発明の第１の実施例によるレンズを有する発光ユニットの構造を示す断面図である。 本発明のレンズを有する発光ユニットの製造方法の第１の実施例を示す流れ図である。 本発明のレンズを有する発光ユニットの製造方法の第１の実施例のステップを示す流れ図である。 本発明の第２の実施例によるレンズを有する発光ユニットの構造を示す断面図である。 本発明のレンズを有する発光ユニットの製造方法の第２の実施例を示す流れ図である。 本発明のレンズを有する発光ユニットの製造方法の第２の実施例のステップを示す流れ図である。 本発明の第３の実施例によるレンズを有する発光ユニットの構造を示す断面図である。 本発明のレンズを有する発光ユニットの製造方法の第３の実施例を示す流れ図である。 本発明のレンズを有する発光ユニットの製造方法の第３の実施例のステップを示す流れ図である。

符号の説明

１００ レンズを有する発光ユニット
１ 基台
１０ 基板
１１ 第１の接続ピン
１２ 第２の接続ピン
２ 発光チップ
２０ 第１の出光面
３ レンズ
３０ 凸球形側面
３１ 平坦上面
３２ 凹形球面
４０ ブッシュ
４００ 収容部
４０１ 第１の通路
４１ 第１の金型
４１０ 第１のキャビティ
４２ 第２の金型
４２０ 上表面
４２１ 下表面
４２２ 型部
４２３ 第２の通路
４３ 第３の金型
４３０ 第２のキャビティ
４３１ 第３の通路
５ 封止外壁
６ 封止材料
６０ 第２の出光面
６１ 蛍光粒

Claims (14)

1. 発光ユニットの発光部を成形スリーブ内に設置するステップと、
   可塑性材料を前記発光ユニットの発光部に滴下するステップと、
   金型を前記成形スリーブ上に被せ、可塑性材料を前記金型および前記成形スリーブによって形成された空間に充満させるステップと、
   前記可塑性材料を固化させるステップと、
   前記金型と前記成形スリーブを分離し、前記発光ユニット上にレンズを一体成形するステップと、を含むことを特徴とするレンズを有する発光ユニットの製造方法。
2. 前記金型には、キャビティが設けられることを特徴とする請求項１記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
3. 前記キャビティの表面は、平面、球面、非球面、回析面、幾何曲面またはそれらを組合せた形状であることを特徴とする請求項２記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
4. 前記金型には、型部が設けられることを特徴とする請求項１記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
5. 前記成形スリーブは、ブッシュであることを特徴とする請求項１記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
6. 前記成形スリーブは、前記発光ユニット上に設置される封止外壁であることを特徴とする請求項１記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
7. 封止外壁によって形成される空間内には、封止材料が充填されることを特徴とする請求項６記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
8. 前記可塑性材料は、熱硬化性材料であることを特徴とする請求項１記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
9. 前記可塑性材料は、光硬化性材料であることを特徴とする請求項１記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
10. 前記発光部は、発光ユニットの発光チップの出光面であることを特徴とする請求項１記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
11. 前記発光部は、発光ユニットの封止材料の出光面であることを特徴とする請求項７記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
12. 前記封止材料には、蛍光粒が混合されることを特徴とする請求項７記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
13. 前記金型を前記成形スリーブ上に被せるとき、前記金型上の通路から余分な可塑性材料が排出されることを特徴とする請求項１記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。
14. 前記金型を前記成形スリーブ上に被せるとき、前記成形スリーブ上の通路から余分な可塑性材料が排出されることを特徴とする請求項１記載のレンズを有する発光ユニットの製造方法。

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