一种LED封装透镜的形貌控制方法

摘要

本发明公开了一种LED封装透镜的形貌控制方法，包括：步骤1，采用点胶设备将制备透镜的聚合物或或熔融玻璃转移至LED模块，并覆盖住LED芯片；步骤2，采用点胶设备或微注射器将与聚合物不相溶的液滴转移至聚合物表面；步骤3，采用加热法固化聚合物、蒸发液滴，获得具火山口形凹槽的透镜。本发明在降低加工成本、缩短加工周期的同时，还极大提高了透镜的表面光洁度，从而可改善LED产品光学性能，适用于包括支架式、板上芯片、阵列式、系统封装、印刷电路板封装和硅基封装在内的各种LED封装形式。

权利要求

1.一种LED封装透镜的形貌控制方法，其特征在于，包括：步骤1，采用点胶设备将制备透镜的聚合物或熔融玻璃转移至LED模块，并覆盖住LED芯片；

步骤2，采用点胶设备或微注射器将与聚合物不相溶的液滴转移至聚合物表面；

步骤3，采用加热法固化聚合物、蒸发液滴，获得具火山口形凹槽的透镜。

2.如权利要求1所述的LED封装透镜的形貌控制方法，其特征在于：所述的制备透镜的聚合物为硅胶、环氧树脂、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物或聚氯乙烯。

3.如权利要求1所述的LED封装透镜的形貌控制方法，其特征在于：所述的与聚合物不相溶的液滴为水、酒精、乙二醇、环己醇、丙二醇或丙三醇。

4.如权利要求1所述的LED封装透镜的形貌控制方法，其特征在于：步骤2中，转移至聚合物表面的液滴体积不大于20微升。

5.如权利要求1所述的LED封装透镜的形貌控制方法，其特征在于：在将与聚合物不相溶的液滴转移至聚合物表面后，采用亲水材质的连接棒接触液滴并向下推进，通过推进深度控制透镜火山口形凹槽的尺寸。

6.如权利要求5所述的LED封装透镜的形貌控制方法，其特征在于：所述的连接棒为铜棒或铁棒。

7.如权利要求5所述的LED封装透镜的形貌控制方法，其特征在于：所述的连接棒接触液滴的端头为圆端头。

说明书

一种LED封装透镜的形貌控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于LED封装技术领域，更具体地，涉及一种LED封装透镜的形貌控制方法。

背景技术

[0002] LED(Light Emitting Diode)是一种基于P-N结电致发光原理制成的半导体发光器件，具有电光转换效率高、使用寿命长、环保节能、体积小等优点，被誉为21世纪绿色照明光源。LED如能应用于传统照明领域将获得十分显著的节能效果，这在全球能源日趋紧张的当今意义重大。随着以氮化物为代表的第三代半导体材料技术的突破，基于大功率高亮度发光二极管(LED)的半导体照明产业在全球迅速兴起，正成为半导体光电子产业新的经济增长点，并在传统照明领域引发了一场革命。LED由于其独特的优越性，已经开始在许多领域得到广泛应用，被业界认为是未来照明技术的主要发展方向，具有巨大的市场潜力。

[0003] 透镜作为LED照明主要的光形控制手段，不但能产生会聚光束，同时也能产生发散光束，并且可以对LED发出的各个角度的光进行有效控制，且设计自由度大，实现方式灵活。尤其是随着近几年LED照明用自由曲面透镜的兴起，各种非圆对称光斑的设计变得更加灵活与便捷。因此，透镜在LED照明中得到了越来越多的应用，成为光学设计的一个重要手段，而透镜制造成为LED封装的关键环节之一。

[0004] 为保证加工精度，自由曲面透镜往往需要用具有微米级加工精度的精密多轴加工系统进行加工。然而，实际批量制造过程中，为提高生产效率，降低成本，往往采用模压成型法来生产自由曲面透镜。透镜的形貌和粗糙度完全由模具的形状和质量决定，对模具表面的精度要求很高。模具加工比较困难，成本较高，制造周期又长，容易磨损，多次使用后模具即报废，且脱模时容易损坏透镜，残留应力问题也会影响透镜使用。此外，模压时的温度、压力、聚合物流体的粘度等可能会影响自由曲面透镜的表面形貌，从而影响其光学性能与照明效果。从上述内容可以获知传统的模压透镜加工方法存在严重不足。因此透镜形貌控制方法的改进是当前LED照明工业界实现低成本、高光性能产品面临的主要问题。

发明内容

[0005] 针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种LED封装透镜的形貌控制方法。

[0006] 本发明基于液体模具法，利用不相溶可蒸发液滴与聚合物表面的作用实现透镜形貌的精确调控，在降低加工成本、提高加工效率的同时，还可保证透镜的表面光洁度。

[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

[0008] 一种LED封装透镜的形貌控制方法，包括：

[0009] 步骤1，采用点胶设备将制备透镜的聚合物或或熔融玻璃转移至LED模块，并覆盖住LED芯片；

[0010] 步骤2，采用点胶设备或微注射器将与聚合物不相溶的液滴转移至聚合物表面；

[0011] 步骤3，采用加热法固化聚合物、蒸发液滴，获得具火山口形凹槽的透镜。

[0012] 上述制备透镜的聚合物为硅胶、环氧树脂、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物或聚氯乙烯。

[0013] 上述与聚合物不相溶的液滴为水、酒精、乙二醇、环己醇、丙二醇或丙三醇。

[0014] 作为优选，步骤2中，转移至聚合物表面的液滴体积不大于20微升。

[0015] 作为优选，在将与聚合物不相溶的液滴转移至聚合物表面后，采用亲水材质的连接棒接触液滴并向下推进，通过推进深度控制透镜火山口形凹槽的尺寸。

[0016] 所述的连接棒为铜棒或铁棒。

[0017] 所述的连接棒接触液滴的端头为圆端头。

[0018] 和现有技术相比，本发明具有如下特点和有益效果：

[0019] 1、本发明利用不相溶液滴与聚合物表面的相互作用，实现透镜形貌的精确调控，可替代传统的基于模压成型法的透镜加工方法。

[0020] 2、本发明简单有效，在降低加工成本、缩短加工周期的同时，还极大提高了透镜的表面光洁度，从而可改善LED产品光学性能。

[0021] 3、本发明透镜形貌控制方法适用于包括支架式、板上芯片、阵列式、系统封装、印刷电路板封装和硅基封装在内的各种LED封装形式。

附图说明

[0022] 图1为实施例1中点胶过程示意图；

[0023] 图2为实施例1中不相溶液滴转移至聚合物表面的示意图；

[0024] 图3为实施例1方法所制备透镜的结构示意图；

[0025] 图4为实施例1中不相溶液滴转移至聚合物表面后的俯视显微图；

[0026] 图5为实施例1中不相溶液滴转移至聚合物表面后的侧面显微图；

[0027] 图6为实施例1中采用5微升不相溶液滴制备的透镜形貌；

[0028] 图7为实施例1中采用10微升不相溶液滴制备的透镜形貌；

[0029] 图8为实施例1中采用15微升不相溶液滴制备的透镜形貌；

[0030] 图9为实施例1中采用20微升不相溶液滴制备的透镜形貌；

[0031] 图10为实施例1方法所制备透镜形貌的侧面显微图；

[0032] 图11为图10所示透镜火山口形凹槽的显微放大图；

[0033] 图12为实施例1方法所制备透镜的中心截面曲线，其中，图(a)为透镜中心截面曲线，图(b)为图(a)中透镜的火山口形凹槽断面曲线和四次多项式曲线对比图；

[0034] 图13为实施例1所得透镜的光强分布曲线；

[0035] 图14为实施例1方法所制备透镜的侧表面粗糙度，Ra为轮廓算术平均偏差，是在取样长度内轮廓偏距绝对值的算术平均值；

[0036] 图15为实施例1方法所制备透镜的顶端表面粗糙度，Ra为轮廓算术平均偏差，是在取样长度内轮廓偏距绝对值的算术平均值；

[0037] 图16为实施例1方法所制备透镜的火山口形凹槽内表面粗糙度，Ra为轮廓算术平均偏差，是在取样长度内轮廓偏距绝对值的算术平均值；

[0038] 图17为实施例2中连接棒的使用示意图；

[0039] 图中：1-LED模块，2-聚合物，3-点胶设备，4-微注射器，5-不相溶液滴，6-连接棒，7-热板，8-LED芯片，9-支架，10-火山口形凹槽。

具体实施方式

[0040] 下面借助实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。

[0041] 实施例1

[0042] 本发明通过不相溶液滴自身的重力和表面张力在聚合物表面形成火山口形凹槽，经不相溶液滴的蒸发和聚合物的固化实现透镜的形貌控制。火山口形凹槽大小由液滴大小控制。不相溶液滴指与聚合物不相溶的液滴。

[0043] 本实施例的具体步骤如下：

[0044] 步骤1，将聚合物转移至LED模块，并覆盖住LED芯片。

[0045] 见图1，用点胶设备(3)将聚合物(2)转移至LED模块(1)上，并覆盖住LED芯片(8)。采用点胶设备(3)可控制转移至LED模块(1)上的聚合物量，使其呈现自然的朗伯型状态。本实施例中聚合物为硅胶。

[0046] 步骤2，将不相溶液滴转移至聚合物表面。

[0047] 见图2，使用微注射器(4)将不相溶液滴(5)转移至聚合物(2)表面。具体实施时，可人工操作微注射器(4)使不相溶液滴(5)滴至聚合物(2)表面，也可采用点胶设备自动将不相溶液滴(5)转移至聚合物(2)表面。通过微注射器(4)调节滴至聚合物表面的不相溶液滴大小，由于不相溶液滴表面张力作用和重力作用，驱动聚合物流动和表面变形，从而实现聚合物表面的形貌调控。

[0048] 步骤3，固化聚合物，蒸发不相溶液滴，获得具火山口形凹槽的透镜。

[0049] 采用热板(7)对LED模块(1)进行加热，蒸发不相溶液滴(5)、固化聚合物(2)，最终得到具火山口形凹槽的透镜，见图3。

[0050] 图4～5是本实施例不相溶液滴转移至硅胶表面后的俯视显微图和侧面显微图。通过微注射器控制滴至聚合物表面的不相溶液滴大小，所得到的硅胶透镜分别见图6～9，图6～9分别是将5微升、10微升、15微升和20微升的不相溶液滴滴至硅胶表面所得透镜的形貌。从图中可以看出，不相溶液滴大小不同，驱动聚合物流动会有差异，随着不相溶液滴增大，透镜高度降低。

[0051] 图10～11分别为采用本实施例方法获得的一硅胶透镜形貌的侧面显微图和火山口形凹槽的显微放大图。

[0052] 见图12，本实施例方法所制透镜的火山口形凹槽断面曲线完全吻合四次多项式曲线。

[0053] 图13为采用本实施例方法所得不同形貌透镜的LED封装样本的光强分布曲线，图中，0μL、2μL、3μL、4μL、5μL分别表示滴至聚合物表面的不相溶液滴容量。该图表明本实施例制备的透镜可使LED出光更均匀。

[0054] 图14～16分别为本实施例所制备透镜不同位置的表面粗糙度，采用原子力显微镜测量获得，表面粗糙度值Ra均小于4nm，即本实施例所制备透镜具有非常高的表面质量。

[0055] 实施例2

[0056] 见图17，本实施例与实施例1的不同之处在于：在不相溶液滴(5)上方增加连接棒(6)，连接棒(6)为亲水材质，如铜棒、铁棒等。在不相溶液滴(5)滴至聚合物(2)表面后，连接棒(6)接触不相溶液滴(5)上表面，然后向下推进连接棒(6)，由其黏附作用控制不相溶液滴(5)深入聚合物(2)，从而控制火山口形凹槽的形貌。连接棒(6)接触不相溶液滴(5)的一端为圆端头。

[0057] 连接棒半径直接决定其下端吸附液滴的大小，其半径大吸附液滴大，半径小吸附的液滴也小，则通过改变连接棒半径可改变透镜表面火山口形凹槽尺寸。另外，通过控制连接棒向下推进的深度，也可控制透镜表面火山口形凹槽尺寸。综上，通过改变连接棒半径和向下推进深度，可实现透镜形貌的精确调控。

[0058] 实施例1中液滴与聚合物表面的接触方式为自由接触式，实施例2中液滴与聚合物表面的接触方式为液桥接触式，采用不同的液滴接触方式将获得的不同的透镜形貌。

[0059] 以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。