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完全通過多組分注塑制造出來的LED燈提供了一個極好的例子。將棱鏡和線路等各種功能集成在一起，以及在模具內插入光源和電阻，都通過縮短工藝與公差鏈節省了工作步驟，并提高了品質。 

光學技術在日常生活許多領域扮演著一個突出的角色：以愈發聰明的方法和燈具，確保效果更好、更加節能的照明。工業生產中的激光處理材料，光學感應和光學通信技術，以及顯示器技術，這些都只是對于我們現代工業環境日益重要的一些光學技術范例。 

光學技術覆蓋到廣泛的應用領域，涉及光的產生、傳輸、測量和一般應用。它們的潛在市場巨大，已經超越了半導體電子品的市場。現在，全世界光學領域的總產值約為1300億歐元，預計在2013前之前會增長到4000億歐元。 

發光二極管（LED）的發展是這一領域的典范。它們將電能轉化為光，從而象半導體二極管一樣發揮功能，在傳導方向形成光。LED呈多種顏色、形狀和大小（圖1）。

圖1 重要類型LED的示意圖
圖a 板上芯片(COB)，圖b) SMD部件，圖c) T型（傳統型）

隨著光的強度提高，LED在許多應用中取代了越來越多的傳統光源，從交通燈，到大型顯示器和操作燈。重點領域還包括光電子元件（例如用于廣告，或者DVD播放器的半導體）、現代燈具、以及平板電視屏幕。汽車是另一片天地，光技術在這里已經帶來了快速的變化：首先是帶有自由形態反射鏡和發射系統的新型前燈，然后是新型氣體（氙氣）排放燈。并且看來仍未到盡頭： 轉彎用的或者隨車速而定的可變光分配器，以及白天駕駛驅車燈將是未來前燈串的一部分，LED在那里得到了更多的應用。

各學科間的相互影響

光學應用在視覺區域中的開發與生產，以物理學不同領域之間的各學科間相互影響為特色，如光學、電子學和機械學，每一個常常都是復雜而難于配置和形成的。一方面電子元件的深入發展，另外一方面材料及這些學科形成方法的深入發展，都能以顯著擴大的應用和設計可能性而建立起全新的光學系統。

因為具有類似使用壽命長、安裝空間小或照明效率高的有益性能，LED對于光學系統正變得重要（表1）。有一件事，LED的構造與經典燈具的結構是根本的不同。最常見的標準T型的直徑為5mm或3mm。有效部件，特別是SMD-LED（裝在表面的裝置）的有效部件的種類正在快速增加。發光二極管飛快地由發光狀態轉變到不發光狀態。光束的頻率可以是在兆赫級別，這當然靠人眼是永遠不能分辨的。因為LED不應用溫度來發光（象白熾燈所為），但通過重組承載器而釋放光子，所以這是相當適合談到“冷”光的。這是LED也能被用于傳統照明因為發熱作用而不可能被應用的場合的原因。

為LED裝置現在可具有很高的強度，所以它們就帶來了對眼睛的危害，類似激光。這就是產品安全法律規定了根據DIN EN 60825-1標準分組用于市場認可的原因。激光設備的這種護眼安全標準也適用于作為激光同等物而被處理的LED。

對溫度平衡的復雜挑戰

盡管典型的白熾燈泡的光效僅為5%，但所需安裝空間小得多的LED的光效大約有其四倍大。但是，這種功能的提高在幾種層次上正面臨著對于溫度平衡的挑戰：

■ 白熾燈泡主要以輻射熱的形式放出它們95%的能量。通過燈具中的相鄰部件，安裝空間能相對徹底地散熱。LED生成的熱只有約80%的在運動，但是必須主要通過LED背面的熱傳導被驅散掉。
■ 因為LED中的典型半導體在大約120℃下被損壞，所以操作中一定不得有更高的溫度在部件上形成。
■ LED光的強度與電流大致成比例。但當半導體損耗層的溫度上升時，光強度也會下降，因為反過來損耗層溫度是隨電流而定的。
■ 因為傳統燈具中的溫度下降時，例如從燈絲的3000℃降至燈架的400℃，所以與90℃之下工作、并在5℃或35℃這下由新鮮空氣進行通風的半導體之間的溫差相比，與環境的30℃溫差是無足輕重的。冷卻LED芯片的工作非常重要，LED溫度明顯影響著光通的可能過熱或減少（圖2）。

通過引入恒定的諧振電流，LED的效能就被提高了，同時盡可能地將半導體晶體保持在低溫。這就是先采用電子方法并將芯片散熱，對于良好效能和LED長使用壽命極為重要的原因。

所以，在具有LED的光學系統配置和形成中的重要問題涉及到

■ LED在組裝中處于什么位置；
■ LED如何形成接觸；
■ LED如何被冷卻；
■ 類似反射器、屏蔽或棱鏡的光學元件集成。

注塑中的一體化

聚合物工程中先進的功能一體化方法，例如鑲嵌技術、多組分注塑、模內貼標或MID技術，將其誘人之處歸因于它們對差別很大甚至改性聚合物成型的自由度，以及它們幾乎無界限的可結合性。因此關于材料和工藝的特定應用靈活性從質量、功能性和經濟性方面，為利用基于市場的協同作用創造了基本前提。

電氣零部件可以在注射模具中被精確而自動地插入。通過改善注塑過程中電子零部件上的壓力與溫度負荷，有可能在成型件中固定好LED或電阻等電子元件，而不會破壞或消毀那些元件。更多電子元件是當前開發工作的對象。

可以在后續的接合步驟中完成封裝元件接觸件的形成。但也能將預裝好的導線框、裝在環氧樹脂（FR4）中由玻纖構成的線路板、以及彈性箔片集合在一起，或者通過專用導電塑料在注塑過程中直接形成接觸點。

為了從LED散熱，現在可利用改性塑料，其導熱性約為非填充型塑料導熱性的1000倍。紐倫堡Erlangen大學聚合物工程系在做深度調查的聚合物需要緊迫有限的加工窗口，但同時它們能直接集合任意成型的冷卻元件，在多組分技術中有目的地散熱。

在多組分技術中，通過局部應用透明聚合物或者熱膨脹系數小的高填充聚物，可以將鏡頭或者鏡頭支撐結構綜合在一起。

在多組分技術中的一套模具系統內結合不同的材料和形狀，能使得各個生產階段有必要在有需要時局部地改造加工方法，或者改變輸送方法（熱流道、冷流道、三板技術等）。

可行性得以展現

作為在K2007上的一種示范產品，創新的LED燈條（作為技術演示者的袖珍燈的面殼）是在可行性研究架構內，通過綜合上述的一些注塑技術而被做出來的。燈條是在德國Oechsler公司的支持下而被開發出來的，通過利用鑲嵌和三組分技術（圖3），可以在注塑中實現充分的功能性。

在第一步中，由染色聚碳酸酯（PC）（制造商：沙伯創新塑料）被澆鑄到由透明聚酰胺（PA）（制造商： Evonik）制成的三個棱鏡中，棱鏡是在第二步中成型的。在注塑之前，第三個組分，一種高傳導性以PA6為基礎的聚合物 （供應商：西門子）、三個SMD-LED（款式：金龍，制造商：Osram半導體）、以及電阻器，被自動地嵌入在三組分旋轉模具中（圖4）。為此，利用了來自Arburg、Rohwedder和Kiki Ingenieur三家德國公司的機器技術。利用了來自電子業的標準適配器完成了鑲嵌。模具結構針對聚合物的要求而進行了特別的改造。當外殼和棱鏡正通過熱流道技術（G焠ther Heisskanaltechnik制造）而被加工時，導電聚合體組成的各部分線路在一個分段的三板式結構中通過組合的熱/冷流道而被注塑出來。

棱鏡、電路通徑、光源、電阻和接觸點等各種功能在注射模具中的集成節省了后續工作步驟，通過縮短工藝與公差鏈而提高了品質。對這種燈條的長期性能所做測試表明，當引入來自電池的50mA電流時，LEO溫度穩定保持在40℃。當電流負載達最大值時，LED上會需要額外的冷卻元件。

盡管在這個例子中，LED在注塑工藝中被嵌入和接上，但在Oechsler公司所做進一步研究則關注于通過注塑，對基于類似FR4線路板、導線框架結構或各種線路裝載器的LED進行直接封裝。這里重要的問題涉及到對LED短期和長期性能的影響，以及對來自模具密封、聚合物、成型參數和線路結構的系統熱平衡的影響。圖5中的例子顯示了以FR4、導線結構和對應的封裝測試樣板為基礎的合適線路結構。所以可能展現出原理可行性。深入的研究工作越來越多地瞄準了組裝件的長期性能。