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完全通过多组分注塑制造出来的LED灯提供了一个极好的例子。将棱镜和线路等各种功能集成在一起，以及在模具内插入光源和电阻，都通过缩短工艺与公差链节省了工作步骤，并提高了品质。
光学技术在日常生活许多领域扮演着一个突出的角色：以愈发聪明的方法和灯具，确保效果更好、更加节能的照明。工业生产中的激光处理材料，光学感应和光学通信技术，以及显示器技术，这些都只是对于我们现代工业环境日益重要的一些光学技术范例。
光学技术覆盖到广泛的应用领域，涉及光的产生、传输、测量和一般应用。它们的潜在市场巨大，已经超越了半导体电子品的市场。现在，全世界光学领域的总产值约为1300亿欧元，预计在2013前之前会增长到4000亿欧元。 （图片） 发光二极管（LED）的发展是这一领域的典范。它们将电能转化为光，从而象半导体二极管一样发挥功能，在传导方向形成光。LED呈多种颜色、形状和大小（图1）。 （图片） （图片）
图1 重要类型LED的示意图
图a 板上芯片(COB)，图b) SMD部件，图c) T型（传统型）随着光的强度提高，LED在许多应用中取代了越来越多的传统光源，从交通灯，到大型显示器和操作灯。重点领域还包括光电子元件（例如用于广告，或者DVD播放器的半导体）、现代灯具、以及平板电视屏幕。汽车是另一片天地，光技术在这里已经带来了快速的变化：首先是带有自由形态反射镜和发射系统的新型前灯，然后是新型气体（氙气）排放灯。并且看来仍未到尽头： 转弯用的或者随车速而定的可变光分配器，以及白天驾驶驱车灯将是未来前灯串的一部分，LED在那里得到了更多的应用。
各学科间的相互影响
光学应用在视觉区域中的开发与生产，以物理学不同领域之间的各学科间相互影响为特色，如光学、电子学和机械学，每一个常常都是复杂而难于配置和形成的。一方面电子元件的深入发展，另外一方面材料及这些学科形成方法的深入发展，都能以显著扩大的应用和设计可能性而建立起全新的光学系统。
因为具有类似使用寿命长、安装空间小或照明效率高的有益性能，LED对于光学系统正变得重要（表1）。有一件事，LED的构造与经典灯具的结构是根本的不同。最常见的标准T型的直径为5mm或3mm。有效部件，特别是SMD-LED（装在表面的装置）的有效部件的种类正在快速增加。发光二极管飞快地由发光状态转变到不发光状态。光束的频率可以是在兆赫级别，这当然靠人眼是永远不能分辨的。因为LED不应用温度来发光（象白炽灯所为），但通过重组承载器而释放光子，所以这是相当适合谈到“冷”光的。这是LED也能被用于传统照明因为发热作用而不可能被应用的场合的原因。 （图片） 为LED装置现在可具有很高的强度，所以它们就带来了对眼睛的危害，类似激光。这就是产品安全法律规定了根据DIN EN 60825-1标准分组用于市场认可的原因。激光设备的这种护眼安全标准也适用于作为激光同等物而被处理的LED。
对温度平衡的复杂挑战
尽管典型的白炽灯泡的光效仅为5%，但所需安装空间小得多的LED的光效大约有其四倍大。但是，这种功能的提高在几种层次上正面临着对于温度平衡的挑战：
■ 白炽灯泡主要以辐射热的形式放出它们95%的能量。通过灯具中的相邻部件，安装空间能相对彻底地散热。LED生成的热只有约80%的在运动，但是必须主要通过LED背面的热传导被驱散掉。
■ 因为LED中的典型半导体在大约120℃下被损坏，所以操作中一定不得有更高的温度在部件上形成。
■ LED光的强度与电流大致成比例。但当半导体损耗层的温度上升时，光强度也会下降，因为反过来损耗层温度是随电流而定的。
■ 因为传统灯具中的温度下降时，例如从灯丝的3000℃降至灯架的400℃，所以与90℃之下工作、并在5℃或35℃这下由新鲜空气进行通风的半导体之间的温差相比，与环境的30℃温差是无足轻重的。冷却LED芯片的工作非常重要，LED温度明显影响着光通的可能过热或减少（图2）。（图片） 通过引入恒定的谐振电流，LED的效能就被提高了，同时尽可能地将半导体晶体保持在低温。这就是先采用电子方法并将芯片散热，对于良好效能和LED长使用寿命极为重要的原因。
所以，在具有LED的光学系统配置和形成中的重要问题涉及到
■ LED在组装中处于什么位置；
■ LED如何形成接触；
■ LED如何被冷却；
■ 类似反射器、屏蔽或棱镜的光学元件集成。
注塑中的一体化
聚合物工程中先进的功能一体化方法，例如镶嵌技术、多组分注塑、模内贴标或MID技术，将其诱人之处归因于它们对差别很大甚至改性聚合物成型的自由度，以及它们几乎无界限的可结合性。因此关于材料和工艺的特定应用灵活性从质量、功能性和经济性方面，为利用基于市场的协同作用创造了基本前提。
电气零部件可以在注射模具中被精确而自动地插入。通过改善注塑过程中电子零部件上的压力与温度负荷，有可能在成型件中固定好LED或电阻等电子元件，而不会破坏或消毁那些元件。更多电子元件是当前开发工作的对象。
可以在后续的接合步骤中完成封装元件接触件的形成。但也能将预装好的导线框、装在环氧树脂（FR4）中由玻纤构成的线路板、以及弹性箔片集合在一起，或者通过专用导电塑料在注塑过程中直接形成接触点。
为了从LED散热，现在可利用改性塑料，其导热性约为非填充型塑料导热性的1000倍。纽伦堡Erlangen大学聚合物工程系在做深度调查的聚合物需要紧迫有限的加工窗口，但同时它们能直接集合任意成型的冷却元件，在多组分技术中有目的地散热。
在多组分技术中，通过局部应用透明聚合物或者热膨胀系数小的高填充聚物，可以将镜头或者镜头支撑结构综合在一起。
在多组分技术中的一套模具系统内结合不同的材料和形状，能使得各个生产阶段有必要在有需要时局部地改造加工方法，或者改变输送方法（热流道、冷流道、三板技术等）。
可行性得以展现
作为在K2007上的一种示范产品，创新的LED灯条（作为技术演示者的袖珍灯的面壳）是在可行性研究架构内，通过综合上述的一些注塑技术而被做出来的。灯条是在德国Oechsler公司的支持下而被开发出来的，通过利用镶嵌和三组分技术（图3），可以在注塑中实现充分的功能性。 （图片） 在第一步中，由染色聚碳酸酯（PC）（制造商：沙伯创新塑料）被浇铸到由透明聚酰胺（PA）（制造商： Evonik）制成的三个棱镜中，棱镜是在第二步中成型的。在注塑之前，第三个组分，一种高传导性以PA6为基础的聚合物 （供应商：西门子）、三个SMD-LED（款式：金龙，制造商：Osram半导体）、以及电阻器，被自动地嵌入在三组分旋转模具中（图4）。为此，利用了来自Arburg、Rohwedder和Kiki Ingenieur三家德国公司的机器技术。利用了来自电子业的标准适配器完成了镶嵌。模具结构针对聚合物的要求而进行了特别的改造。当外壳和棱镜正通过热流道技术（G焠ther Heisskanaltechnik制造）而被加工时，导电聚合体组成的各部分线路在一个分段的三板式结构中通过组合的热/冷流道而被注塑出来。 （图片） 棱镜、电路通径、光源、电阻和接触点等各种功能在注射模具中的集成节省了后续工作步骤，通过缩短工艺与公差链而提高了品质。对这种灯条的长期性能所做测试表明，当引入来自电池的50mA电流时，LEO温度稳定保持在40℃。当电流负载达最大值时，LED上会需要额外的冷却元件。 （图片） （图片） 尽管在这个例子中，LED在注塑工艺中被嵌入和接上，但在Oechsler公司所做进一步研究则关注于通过注塑，对基于类似FR4线路板、导线框架结构或各种线路装载器的LED进行直接封装。这里重要的问题涉及到对LED短期和长期性能的影响，以及对来自模具密封、聚合物、成型参数和线路结构的系统热平衡的影响。图5中的例子显示了以FR4、导线结构和对应的封装测试样板为基础的合适线路结构。所以可能展现出原理可行性。深入的研究工作越来越多地瞄准了组装件的长期性能。
7/17/2008
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