JPH05251485A - 発光装置のレンズ成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 気泡をなくし、金型変更に容易に対応する。 【構成】 基板１１を金型２１内に挿入し、樹脂供給路
２３の圧力調整弁２４を調整しながら、液状の透光性樹
脂１４にて金型２１の凹部２２にインジエクシヨン方式
で射出し、集光レンズ１５を形成する。 【効果】 圧力調整弁２４で注入圧力を調整するだけ
で、金型変更に対応する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表示板等に使用される
ドツトマトリツクス状の発光装置のレンズ成形方法に関
し、特に、安価でかつ高信頼性を有する発光装置のレン
ズ成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の表示板として使用されるドツトマ
トリツクス等の発光装置は、以下のものがあつた。

【０００３】（従来例１）縦型リードフレームに発光素
子（ＬＥＤ）をマウントし、樹脂モールドした発光素子
すなわちＬＥＤランプを単に基板に半田でドツトマトリ
ツクス状に取付けただけのもの。

【０００４】（従来例２）樹脂成形されたケースにＬＥ
Ｄを有する基板（チツプオンボード：以下、ＣＯＢと称
す）を挿入後、液状透光性樹脂を注入硬化されたもの
で、レンズを有しないもの。

【０００５】（従来例３）レンズ形状の型にエポキシ樹
脂等液状透光性樹脂を注入した後、ＣＯＢを挿入し、樹
脂を硬化させレンズ形状を得たもの。

【０００６】（従来例４）別途レンズ形状に金型成形さ
れた中空状の透明樹脂で、ＣＯＢをカバーしたもの。

【０００７】（従来例５）図７，８の如く、ＣＯＢ上
を、透光性樹脂によりトランスフアー成型でレンズ封止
するもの。図中、１は上金型、２は下金型、３はＢステ
ージ化透光性樹脂等加熱により（一時的にでも）流動性
を呈する樹脂塊（タブレツト）、４は樹脂注入孔、５は
樹脂注入孔内の透光性樹脂塊３を金型内に押し込むため
の高圧成形機である。ここでは、両金型１，２は約１０
０ｔの高圧で互いに押し付けられ、また、高圧成形機５
は約１ｔの力で透光性樹脂塊３を加圧する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来例１では、多数の
ＬＥＤランプを基板に半田で取付けるため、工程が増す
ことにより、半田不良等不良項目が増し、量産性に欠
く。

【０００９】また、屋外用ドツトマトリクス表示板とし
て輝度を得るためには、ＬＥＤにレンズを施すことが必
要となるが、従来例２ではレンズ形状が得られず、高輝
度が図れない。

【００１０】従来例２，３では、手作業等によりＣＯＢ
の金型へ挿入する際、気泡が巻き込むことが多い。これ
を避けるため、透光性樹脂に希釈剤を添加してより低粘
度化することが考えられるが、そうすると、樹脂の耐水
性、耐熱性等の特性が劣化する。

【００１１】従来例３では、レンズ形状型に樹脂型を使
用した場合、樹脂材料の寿命により頻繁に型の交換をす
る必要がある。また、金型を使用するには、コスト面、
取り扱い面上、ムダが多い。脱型までに１時間以上要
し、これに、脱型後の二次硬化時間を合わせると、全体
としての硬化時間が長くかかる。

【００１２】従来例４では、レンズが中空状となるた
め、これを屋外で使用する場合等には、内部に水分等が
入り込んで酸化や腐食等、耐久性に問題がある。

【００１３】従来例５のトランスフアー成形法では、透
光性樹脂塊３として金型内の流動性コントロールの困難
なものを使用するため、複数のデバイスがマトリツクス
状に並んだものを樹脂封止する場合、未充填や気泡等の
問題が発生し易くなる。これを避けるためには、基板サ
イズを制限しなければならない。

【００１４】また、ＣＯＢを複数枚同時に金型１，２内
に挿入して樹脂封止する場合、基板のセツト枚数（以
下、ロツト数と称す）はワーク寸法やレンズ形状（樹脂
量）により決定されるが、ロツト数や、レンズ形状等を
変更したい場合、図７，８の如く、全デバイスに樹脂を
行き渡らせる必要から、両金型１，２同士や高圧成形機
５の押圧力、あるいは樹脂自体の粘度等の成形条件を大
規模に変更せざるを得ず、成形条件として管理する項目
が、プリヒート条件、樹脂射出圧力、金型温度、キユア
ー時間、金型締圧、プランジャー遅速点位置、樹脂注入
時間およびプランジャーヒーター温度等、多岐にわたつ
て複雑となることから、量産性が悪くなる。しかも、ト
ランスフアー成型法は、金型や高圧成形機等の装置が大
型化し、非常に高価なものとなるため、金型変更等の若
干の仕様変更に際する費用発生も大きくなる。

【００１５】本発明は、上記課題に鑑み、安価で、量産
性に富み、高信頼性を維持でき、しかも仕様変更に対応
しやすい発光装置のレンズ成形方法の提供を目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、複数の発光素子１２を搭載した基板１１を、レン
ズ形成用の複数の凹部２２を有する金型２１内に挿入
し、樹脂供給路２３中の圧力調整弁２４を調整して、前
記基板１１上の金型２１の凹部２２内に液状の透光性樹
脂１４をインジエクシヨン方式にて射出し、複数の集光
レンズ１５を同時に形成するものである。

【００１７】

【作用】上記課題解決手段において、複数のデバイスを
モールドするにあたり、金型２１内に基板１１を挿入
し、インジエクシヨン方式にて金型２１の凹部２２に液
状の透光性樹脂１４を射出し、集光レンズ１５を形成す
る。

【００１８】ここで、デバイス数等のロツト数や、集光
レンズ１５の形状等を変更したい場合、透光性樹脂１４
が液状であるため、圧力調整弁２４の注入圧力を調整す
るだけで、透光性樹脂１４を金型２１の全面に行き渡ら
せることができ、発光装置の設計変更が容易になる。

【００１９】

【実施例】図１は本発明の一実施例の発光装置のレンズ
成形方法を示す模式図、図２は発光装置の全体斜視図、
図３は発光装置の一デバイスを示す斜視図、図４は発光
装置の断面図、図５は樹脂射出から完成に至るまでの工
程図である。

【００２０】図示の如く、本実施例の発光装置は、屋外
表示用電光掲示板等に使用されるもので、一枚の基板１
１上に複数の窪部１１ａがドツトマトリクス状に形成さ
れ、該各窪部１１ａに発光素子１２（以下、ＬＥＤと称
す）が搭載（マウント）され、該ＬＥＤ１２が図示しな
い配線パターンにボンデイングワイヤ１３で結線され、
各ＬＥＤ１２およびボンデイングワイヤ１３の周囲に、
透光性樹脂１４にて放物線（パラボラ）状の集光レンズ
１５が形成されたものである。

【００２１】前記基板１１は、ガラスエポキシ樹脂、耐
熱エンジニアリングプラスチツクまたはアルミニウム等
の金属基板が使用され、前記窪部１１ａを放物線状に形
成すれば、反射効果による輝度向上が期待できる。な
お、基板サイズやマトリツクスドツト数は、用途に応じ
て決定される。そして、レンズ成形時には、該基板１１
を、ワーク寸法やレンズ形状（すなわち、必要樹脂量）
等を考慮しながら、複数米枚並べて後述の金型２１内に
挿入し、これらを同時に樹脂封止する。

【００２２】前記透光性樹脂１４は、主に原エポキシ樹
脂（以下、主剤と称す）に、硬化剤、硬化促進剤、黄変
防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤が一定量配合されたも
のが使用される。

【００２３】また、本実施例で使用する金型２１は、上
金型２１ａおよび下金型２１ｂからなり、前記上金型２
１ａには、集光レンズ１５を形成するための凹部２２が
各デバイスごとに形成され、また、金型成形温度を調節
する図示しない温度調整装置を有せしめられている。

【００２４】該金型２１には、その内部にインジエクシ
ヨン方式にて液状の透光性樹脂１４を射出する射出装置
Ｍが設けられている。該射出装置Ｍは、液状透光性樹脂
１４を貯蔵するタンク２５と、該タンク２５内の透光性
樹脂１４を加圧する加圧機２６とを有せしめられてい
る。

【００２５】該射出装置Ｍおよび前記金型２１の間は、
透光性樹脂１４供給用の樹脂供給路２３により連結され
ている。該樹脂供給路２３は、透光性樹脂１４の注入圧
力を調整する圧力調整弁２４が設けられている。

【００２６】本実施例の発光装置は、以下のように製造
される。

【００２７】基板１１の窪部１１ａ上にＬＥＤ１２を
ダイボンドし、ボンデイングワイヤ１３にて結線する。

【００２８】液状の透光性樹脂１４についてはエポキ
シ樹脂を使用する。主剤、硬化剤を所定量だけ計量し、
混合後脱泡する。なお、用途により、着色剤や散乱剤を
添加する。これをタンク２５内に注入する 温度調整装置により、金型温度を１００℃〜２００℃
の所定範囲内に設定する。場合により上金型と下金型の
温度を変えてもよい。その後、凹部２２等金型内を洗浄
した後、離型剤を塗布する。

【００２９】ＬＥＤ１２が搭載された基板１１（以
下、ＣＯＢと称す）を金型２１内にセツトする。ここ
で、ロツト数を多くして製造効率を増すため、複数枚の
ＣＯＢ１１を同時に挿入してもよい。

【００３０】上下金型２１ａ，２１ｂを締めた後、圧
力調整弁２４を開状態とし、液状透光性樹脂１４を注入
硬化する。そうすると、透光性樹脂１４が液状であるこ
とから、金型２１内の全凹部２２に樹脂を行き渡らせる
のが容易となる。なお、気泡発生について、場合により
金型２１内を真空状態にすることが望ましい。

【００３１】上記方法により、以下のメリツトを望み得
る。

【００３２】（１）本実施例では、集光レンズ１５を液
状のエポキシ樹脂に一定圧力をかけて成形するので、従
来例３，５で問題となつていたような未充填や気泡発生
について、金型内全域に容易に樹脂がいきわたるので、
成形条件として考慮する必要がなくなる。したがつて、
成形条件が極めて管理しやすくなる。

【００３３】（２）本実施例では、樹脂硬化時間（離型
時間）は、樹脂量すなわち集光レンズ１５の大きさによ
り若干のばらつきがあるものの、図５の如く、数分間
と、従来例２，３，５に比べて大幅に短縮できる。な
お、図５中、（イ）は金型真空引き時間であり、若干の
時間を要する。また、（ロ）は、圧力調整弁２４を開状
態とする時間を示しており、樹脂量によつて、２〜３倍
に変化するものであるが、いずれにしても、数分間で済
む。

【００３４】（３）本実施例では、直接ＬＥＤ１２をマ
ウントした基板１１に集光レンズ１５を直接成形するこ
とにより、個別に成形したレンズを基板に取付けなけれ
ばならない従来例４より工程を短縮できる。

【００３５】（４）本実施例のようなインジエクシヨン
方式によると、低圧で成形できるので、装置が安価なも
のになる。ここで、トランスフアー成形と比較すると、
樹脂注入圧力が１ｋｇと、従来例５の１ｔに比べて低圧
となる。したがつて、例えば、従来例５のようなトラン
スフアー成型であれば、試作金型であつても１０千万円
程度必要であつたが、本実施例では、１０万円程度より
金型を作成できる。これより、技術サンプルとしてレン
ズ型状の光学的検討等の製品の検討性にも富む。

【００３６】（５）出荷等の事情により、例えば図６の
ように集光レンズ１５の形状を変更したり、ロツト数を
変更したりする場合がある。この際、本実施例では、液
状エポキシ樹脂からの成形であるので、環境条件として
管理変更しなければならない項目として、温度調整装置
の金型温度と、圧力調整弁２４の樹脂注入圧力と、成形
時間のみの調整で済み、図７，８のような大型装置の押
圧力を変更したりする必要がなくなる。

【００３７】（６）従来例５のようなトランスフアー成
型用樹脂より液状樹脂をそのまま利用するので、樹脂特
性改善等の樹脂材料の変更、開発も容易である。

【００３８】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。

【００３９】例えば、射出装置Ｍには、計量、混合、脱
泡等を自動的に行う装置をタンク２５に直結して設けて
もよい。

【００４０】

【発明の効果】以上のことから明らかな通り、本発明で
は、複数のデバイスの集光レンズを、インジエクシヨン
方式にて液状の透光性樹脂にて射出成形するため、従来
のようにトランスフアーモールド方式に使用する場合、
未充填や気泡発生を容易に防止でき、高信頼性を維持で
きるとともに、成形条件が極めて管理しやすくなり、ま
た、成形時間の短縮、装置の低価格化を図り得る。した
がつて、量産性を向上し得るとともに、レンズ型の試作
品を安価にして、光学的検討を容易に実施し得る。

【００４１】さらに、出荷等の事情により、ロツト数を
変更したり、集光レンズの形状を変更したい場合、注入
樹脂として液状のものを使用するため、圧力調整弁の圧
力を少し調節だけで、全デバイスに樹脂を行き渡らせる
のが容易となる。したがつて、環境条件として管理変更
しなければならない項目が少なくて済み、設計変更に係
る費用が低減するといつた優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の発光装置のレンズ成形方法
を示す模式図

【図２】発光装置の全体斜視図

【図３】発光装置の一デバイスを示す斜視図

【図４】発光装置の断面図

【図５】樹脂射出から完成に至るまでの工程図

【図６】集光レンズの形状を変更した発光装置の断面図

【図７】従来の発光装置のトランスフアー方式における
樹脂注入動作を示す模式図

【図８】従来の発光装置のトランスフアー方式における
樹脂押圧動作を示す模式図

【符号の説明】

１１ 基板 １４ 透光性樹脂 １５ 集光レンズ ２１ 金型 ２２ 凹部 ２３ 樹脂供給路 ２４ 圧力調整弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の発光素子を搭載した基板を、レン
   ズ形成用の複数の凹部を有する金型内に挿入し、樹脂供
   給路中の圧力調整弁を調整して、前記基板上の金型凹部
   内に液状の透光性樹脂をインジエクシヨン方式にて射出
   し、複数の集光レンズを同時に形成することを特徴とす
   る発光装置のレンズ成形方法。