一種led封裝中復(fù)雜形貌透鏡加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于LED封裝技術(shù)，更具體地，涉及一種基于電流體動(dòng)力學(xué)的LED封裝中復(fù)雜形貌透鏡的加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LED (Light Emitting D1de)是一種基于P_N結(jié)電致發(fā)光原理制成的半導(dǎo)體發(fā)光器件，具有電光轉(zhuǎn)換效率高、使用壽命長、環(huán)保節(jié)能、體積小等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為21世紀(jì)綠色照明光源，如能應(yīng)用于傳統(tǒng)照明領(lǐng)域?qū)⒌玫绞诛@著的節(jié)能效果，這在全球能源日趨緊張的當(dāng)今意義重大。隨著以氮化物為代表的第三代半導(dǎo)體材料技術(shù)的突破，基于大功率高亮度發(fā)光二極管(LED)的半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)在全球迅速興起，正成為半導(dǎo)體光電子產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，并在傳統(tǒng)照明領(lǐng)域引發(fā)了一場革命。LED由于其獨(dú)特的優(yōu)越性，已經(jīng)開始在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，被業(yè)界認(rèn)為是未來照明技術(shù)的主要發(fā)展方向，具有巨大的市場潛力。
[0003]透鏡作為LED照明主要的光形控制手段，不但能產(chǎn)生會(huì)聚光束，同時(shí)也能產(chǎn)生發(fā)散光束，并且可以對LED發(fā)出的各個(gè)角度的光進(jìn)行有效控制，且設(shè)計(jì)自由度大，實(shí)現(xiàn)方式靈活。尤其是隨著近幾年LED照明用自由曲面透鏡的興起，各種非圓對稱光斑的設(shè)計(jì)變得更加靈活與便捷。因此，透鏡在LED照明中得到了越來越多的應(yīng)用，成為光學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要手段，而透鏡制造成為LED封裝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
[0004]為了保證加工精度，自由曲面透鏡往往需要用具有微米級加工精度的精密多軸加工系統(tǒng)來進(jìn)行加工。然而，在實(shí)際批量制造過程中，為了提高生產(chǎn)效率，并且降低成本，往往采用模壓成型的方法來生產(chǎn)自由曲面透鏡。透鏡的形貌和粗糙度完全由模具的形狀和質(zhì)量決定，對模具表面的精度要求很高；模具的加工比較困難，成本較高，制造的周期長，且容易磨損，多次使用后模具即報(bào)廢，且脫模時(shí)容易損壞透鏡，殘留應(yīng)力問題也會(huì)影響透鏡的使用。此外，模壓時(shí)的溫度、壓力、聚合物流體的粘度等可能會(huì)影響自由曲面透鏡的表面形貌，從而影響其光學(xué)性能與照明效果。從上述內(nèi)容可以獲知傳統(tǒng)的模壓透鏡加工方法存在嚴(yán)重不足。因此透鏡形貌控制方法的改進(jìn)是當(dāng)前LED照明工業(yè)界實(shí)現(xiàn)低成本、高光性能產(chǎn)品面臨的主要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種透鏡形貌加工控制方法，基于電流體動(dòng)力學(xué)利用聚合物表面的誘導(dǎo)靜電力實(shí)現(xiàn)透鏡形貌的精確調(diào)控，在降低加工成本，提高加工效率的同時(shí)，還保證了透鏡的表面粗糙度。
[0006]本發(fā)明提供的一種基于電流體動(dòng)力學(xué)的LED封裝中復(fù)雜透鏡形貌加工控制方法，通過電場在聚合物表面的誘導(dǎo)靜電力作用實(shí)現(xiàn)透鏡制形貌控制。
[0007]進(jìn)一步的，通過電場的改變實(shí)現(xiàn)透鏡形貌的精確調(diào)控。
[0008]進(jìn)一步的，所述電場的改變通過不同電極的配置和施加不同大小的電壓來實(shí)現(xiàn)。
[0009]進(jìn)一步的，上述的電極配置結(jié)構(gòu)，包括平板、圓柱、圓環(huán)及其它用來實(shí)現(xiàn)的錐形、橢球和非軸對稱等復(fù)雜形貌透鏡的結(jié)構(gòu)。
[0010]進(jìn)一步的，所述施加不同大小的電壓，使用直流電源施加電壓，電壓調(diào)節(jié)范圍是0-30000V內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
[0011]進(jìn)一步的，包括以下步驟:
1)用點(diǎn)膠設(shè)備將聚合物透鏡制造材料轉(zhuǎn)移到LED封裝模塊上，然后將LED封裝模塊置于上下電極之間；
2)調(diào)節(jié)直流電源輸出電壓大小，使聚合物表面所受的靜電力足以克服表面張力作用，驅(qū)動(dòng)聚合物的流動(dòng)并對其形貌進(jìn)行調(diào)控；
3)在保持電壓不變的情況下采用加熱固化的方法實(shí)現(xiàn)聚合物固化，最終得到任意形貌的透鏡。
[0012]進(jìn)一步的，所述的聚合物透鏡制造材料為硅膠、環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚氯乙烯或玻璃中的一種。
[0013]進(jìn)一步的，所述方法適用于包括支架式、板上芯片、陣列式、系統(tǒng)封裝、印刷電路板封裝和硅基封裝在內(nèi)的各種LED封裝形式。
[0014]綜上所述，本發(fā)明所提出的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)是:利用電場在聚合物表面產(chǎn)生的靜電力實(shí)現(xiàn)透鏡形貌的精確調(diào)控，用于替代傳統(tǒng)的模壓透鏡加工方法，降低了加工成本，縮短了加工周期，極大的提高了透鏡的表面光潔度，從而改善了 LED產(chǎn)品光學(xué)性能。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1點(diǎn)膠過程示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1電場作用控制透鏡形貌示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例1聚合物透鏡制造材料固化示意圖；
圖4為實(shí)施例1得到透鏡形貌隨時(shí)間變化過程；
圖5為實(shí)施例1得到的錐形形貌透鏡；
圖6為實(shí)施例1得到的錐形形貌透鏡的光強(qiáng)分布曲線；
圖7為實(shí)施例2電場作用控制透鏡形貌示意圖；
圖8為實(shí)施例2得到的橢球形貌透鏡；
圖9為實(shí)施例2得到的橢球形貌透鏡的光強(qiáng)分布曲線；
圖10為實(shí)施3電場作用控制透鏡形貌示意圖；
圖11為實(shí)施例3得到的非對稱形貌透鏡；
圖12為實(shí)施例3得到的非對稱形貌透鏡的光強(qiáng)分布曲線；
圖13為通過原子力顯微鏡測得的實(shí)施例1至3得到的透鏡表面粗糙度；
其中:1- LED封裝模塊，2-聚合物，3 -點(diǎn)膠設(shè)備，4 -直流電源，5-電極，6-電極，7-熱板。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面通過實(shí)施例更加詳細(xì)地說明本發(fā)明，但以下實(shí)施例僅是說明性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受這些實(shí)施例的限制。
[0017]實(shí)施例1
本發(fā)明提供的一種基于電流體動(dòng)力學(xué)的LED封裝中透鏡形貌加工方法，通過電場在聚合物表面的誘導(dǎo)靜電力作用實(shí)現(xiàn)透鏡形貌控制。通過電場的改變實(shí)現(xiàn)透鏡形貌的精確調(diào)控。
[0018]電場的改變通過不同電極的配置和施加不同大小的電壓來實(shí)現(xiàn)。電極配置包括平板、圓柱、圓環(huán)及其他設(shè)計(jì)的任意結(jié)構(gòu)。使用直流電源施加電壓，電壓調(diào)節(jié)范圍是0-30000V內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
[0019]透鏡形貌控制方法，具體的步驟包括:
參見圖1，I)用點(diǎn)膠設(shè)備3將聚合物2轉(zhuǎn)移到LED封裝模塊I上，然后將LED封裝模塊I置于平板電極5和平板電極6之間；
參見圖2，2)調(diào)節(jié)直流電源4輸出電壓大小，使聚合物2表面所受的靜電力足以克服表面張力作用，驅(qū)動(dòng)聚合物2的流動(dòng)并對其形貌進(jìn)行調(diào)控；
參見圖3，保持電壓不變的情況下采用熱板7加熱固化的方法實(shí)現(xiàn)聚合物固化，最終得到任意形貌的透鏡。
[0020]聚合物透鏡制造材料為硅膠、環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚氯乙烯或玻璃。
[0021]該方法適用于包括支架式、板上芯片、陣列式、系統(tǒng)封裝、印刷電路板封裝和硅基封裝在內(nèi)的各種LED封裝形式。
[0022]參見圖4，在電場作用下，透鏡形貌由初始的球貌變?yōu)榱隋F形，整個(gè)過程在10秒內(nèi)完成。
[0023]參見圖5，在不同電壓的作用下，得到不同錐形高度的透鏡，隨著電壓的增大，錐形高度增大。
[0024]參見圖6，采用不同形貌的透鏡LED封裝樣品的光強(qiáng)分布曲線表明錐形透鏡將LED的出光匯聚到了中間區(qū)域。與自由成型透鏡相比，電場作用得到了中間區(qū)域增強(qiáng)的光強(qiáng)分布，最大光強(qiáng)提高了 35%。
[0025]實(shí)施例2
參見圖7，本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于:電極5為圓環(huán)電極。
[0026]參見圖8，在不同電壓的作用下得到不同橢球形高度的透鏡，隨著電壓的增大，透鏡高度降低。
[0027]參見圖9，采用不同形貌透鏡的LED封裝樣品的光強(qiáng)分布曲線表明橢球形透鏡將LED的出光發(fā)散到了兩側(cè)區(qū)域。與自由成型透鏡相比，電場作用得到了兩側(cè)區(qū)域增強(qiáng)的光強(qiáng)分布，最大光強(qiáng)提高了 31%且發(fā)生在±46°視角處。
[0028]實(shí)施例3，
參見圖10，本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于:電極5為非對稱圓柱電極。
[0029]參見圖11，在不同電壓的作用下得到不同高度的非對稱透鏡，隨著電壓的增大，透鏡高度增大。
[0030]參見圖12，采用不同形貌透鏡的LED封裝樣品的光強(qiáng)分布曲線表明非對稱透鏡將LED的出光匯聚到了透鏡更高的那一側(cè)。與自由成型透鏡相比，電場作用得到了一側(cè)增強(qiáng)的光強(qiáng)分布，最大光強(qiáng)提高了 39%且發(fā)生在-50°視角處。
[0031]參見圖13，實(shí)施例1至3得到的不同形貌透鏡的表面粗糙度小于5nm，本發(fā)明方案提出的透鏡形貌控制方法加工的透鏡具有非常高的表面質(zhì)量。
[0032]以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種LED封裝中復(fù)雜形貌透鏡加工方法，其特征在于:通過電場在聚合物透鏡制造材料表面的誘導(dǎo)靜電力作用實(shí)現(xiàn)透鏡形貌控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LED封裝中復(fù)雜形貌透鏡加工方法，其特征在于:通過電場的改變實(shí)現(xiàn)透鏡形貌的精確調(diào)控。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種LED封裝中復(fù)雜形貌透鏡加工方法，其特征在于:所述電場的改變通過不同形狀電極的配置和施加不同大小的電壓來實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種LED封裝中復(fù)雜形貌透鏡加工方法，其特征在于:所述電極的配置結(jié)構(gòu)，包括平板或圓柱或圓環(huán)形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種LED封裝中復(fù)雜形貌透鏡加工方法，其特征在于:所述施加不同大小的電壓，使用直流電源施加電壓，電壓調(diào)節(jié)范圍是0-30000V內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種LED封裝中復(fù)雜形貌透鏡加工方法，其特征在于:具體包括以下步驟: 1)用點(diǎn)膠設(shè)備將聚合物透鏡制造材料轉(zhuǎn)移到LED封裝模塊上，然后將LED封裝模塊置于上下電極之間； 2)調(diào)節(jié)直流電源輸出電壓大小，使聚合物表面所受的靜電力足以克服表面張力作用，驅(qū)動(dòng)聚合物的流動(dòng)并對其形貌進(jìn)行調(diào)控； 3)保持電壓不變的情況下采用加熱固化的方法實(shí)現(xiàn)聚合物固化，最終得到錐形或橢球或非軸對稱形狀的復(fù)雜形貌的透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種LED封裝中復(fù)雜形貌透鏡加工方法，其特征在于:所述的聚合物透鏡制造材料包括硅膠或環(huán)氧樹脂或聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯或丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物或聚氯乙烯或玻璃中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種LED封裝中復(fù)雜形貌透鏡加工方法，其特征在于:所述方法適用于包括支架式、板上芯片、陣列式、系統(tǒng)封裝、印刷電路板封裝和硅基封裝在內(nèi)的多種LED封裝形式。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種LED封裝中復(fù)雜形貌透鏡加工方法，是一種基于電流體動(dòng)力學(xué)的LED封裝中透鏡形貌控制方法，通過電場在聚合物表面的誘導(dǎo)靜電力作用實(shí)現(xiàn)透鏡形貌控制；通過電場的改變實(shí)現(xiàn)透鏡形貌的精確調(diào)控；電場的改變通過不同電極的配置和施加不同大小的電壓來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明方法簡單有效，降低了加工成本，縮短了加工周期，極大的提高了透鏡的表面光潔度，從而改善了LED產(chǎn)品光學(xué)性能。
【IPC分類】H01L33-48, H01L33-58, H01L33-00
【公開號】CN104795475
【申請?zhí)枴緾N201510241923
【發(fā)明人】鄭懷, 劉勝, 郭醒, 雷翔, 李曉天
【申請人】武漢大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年5月13日