電場與熱場調(diào)控下無模具LED透鏡成型技術(shù)研究結(jié)題摘要

封裝膠涂覆與成形是LED封裝的關(guān)鍵。傳統(tǒng)封裝膠涂覆工藝嚴(yán)重依賴于昂貴的封裝設(shè)備，顯著增加了LED封裝工藝的成本。發(fā)展高性能、低成本LED封裝技術(shù)對封裝膠涂覆工藝創(chuàng)新提出了迫切要求。本項目從封裝膠涂覆工藝中流體流動的物理本質(zhì)出發(fā)，探索了基于電場與熱場耦合作用封裝膠流動行為及調(diào)控方法；針對LED封裝中透鏡成形和熒光粉涂覆提出了新加工方法。具體研究內(nèi)容包括： 1）建立基于靜電-水平集兩相流流體流動的多物理場耦合分析模型，并開展了系統(tǒng)實驗研究；揭示了電場作用下，聚合物形貌變化分為微小變形、穩(wěn)定增長和突變增長三個階段。電場強(qiáng)度和材料物性參數(shù)影響聚合物流動規(guī)律，其中電壓大小、電極間距、聚合物膠體初始高度、和溫度載荷是電場作用下形貌調(diào)控的關(guān)鍵影響因素。 2）針對復(fù)雜形貌透鏡加工，通過理論優(yōu)化得到，平板-平板電極實現(xiàn)錐形膠體形貌，圓環(huán)-平板電極實現(xiàn)扁平膠體形貌，非對稱圓柱-平板電極實現(xiàn)非對稱膠體形貌的技術(shù)方案，光學(xué)實驗驗證加工透鏡具有良好的光學(xué)特性。 3）通過電場與熱場作用下調(diào)控?zé)晒夥勰z表面形貌方法，發(fā)展了加工懸鏈線柱形結(jié)構(gòu)的熒光粉涂覆工藝，實現(xiàn)了模塊理想的空間顏色均勻性。 4）基于電場調(diào)控封裝膠形貌，提出了一種結(jié)合熒光粉導(dǎo)電玻璃和調(diào)控透鏡表面形貌實現(xiàn)LED光色調(diào)節(jié)技術(shù)，實驗驗證該技術(shù)具有良好的光色調(diào)節(jié)性能。 5）發(fā)現(xiàn)了離子風(fēng)作用下聚合物圖形化現(xiàn)象，開展了離子風(fēng)作用下實現(xiàn)聚合物硅膠圖形化的實驗，揭示了離子沉積是聚合物圖形化的作用機(jī)制。 6）基于離子風(fēng)作用下的聚合物圖形化，提出了LED光提取封裝膠結(jié)構(gòu)加工和熒光粉保形涂覆新方法。 通過本項目電場與熱場耦合作用下封裝膠流動過程及成形工藝研究，為發(fā)展LED封裝技術(shù)提供了新思路，同時電場作用下的流體流動過程的探索，特別是離子風(fēng)作用下的聚合物圖形化機(jī)理研究，豐富了電流體領(lǐng)域理論知識。

透鏡是大功率LED封裝的關(guān)鍵部件，透鏡成型質(zhì)量直接決定LED器件光型與光效。本項目利用電場與熱場耦合調(diào)控原理，提出一種新型無模具LED透鏡成型技術(shù)，滿足大功率LED先進(jìn)封裝需求。圍繞理解電場與熱場調(diào)控封裝膠流動行為機(jī)制，獲得新型透鏡成型工藝參數(shù)，本項目主要研究內(nèi)容包括：1）建立電場-熱場-多相流耦合流動模型，系統(tǒng)地研究封裝膠在電場和熱場作用下的流動行為與形貌演變規(guī)律；2）采用數(shù)值分析與實驗相結(jié)合的手段進(jìn)行電場與熱場耦合調(diào)控下LED透鏡成型技術(shù)探索與工藝優(yōu)化；3）新技術(shù)在LED路燈與背光模塊透鏡成型中應(yīng)用與評估。目前，LED已廣泛應(yīng)用于各種照明領(lǐng)域，隨著LED器件朝著高密度、高可靠與高性能發(fā)展，迫切需要開發(fā)形貌靈活可控的透鏡成型技術(shù)。項目實施為大功率LED透鏡制備技術(shù)研發(fā)開辟了新思路，有效推動LED封裝技術(shù)與半導(dǎo)體照明技術(shù)發(fā)展。

1． 首先取決于光源（大功率LED），不同品牌的大功率LED其芯片結(jié)構(gòu)與封裝方式、光線特性等均會有所區(qū)別，從而造成同樣的透鏡搭配不同規(guī)格品牌LED時會所差異；所以要求有針對性開發(fā)（以主流品牌為導(dǎo)向），才能達(dá)成實際需要的效果；

2． 利用光學(xué)設(shè)計軟件和機(jī)械建模軟件（如：Pro/E、UG、SOLIDWORKS等)進(jìn)行設(shè)計和光學(xué)仿真，不斷優(yōu)化而得到相應(yīng)的光學(xué)透鏡

3．LED透鏡本身屬于精密光學(xué)配件，故其對模具的精度要求極高，特別是透鏡光學(xué)曲面的加工精度要達(dá)到 0.1μm。一般對此類高精度模具的加工必須具有以下設(shè)備：超精密加工機(jī)、CNC 綜合加工機(jī)、精密磨床、精密銑床、鉆床、CNC 精密火花機(jī)、表面輪廓儀、干涉儀等。

4．模具最精密的部件在于光學(xué)模仁，首先必須選用專用模仁鋼材經(jīng)過熱處理到55°，完成粗胚，在粗胚上經(jīng)過鍍鎳處理后再用超精密加工機(jī)進(jìn)行曲面加工而得到。

LED透鏡一般為硅膠透鏡，因為硅膠耐溫高（也可以過回流焊），因此常用直接封裝在LED芯片上。一般硅膠透鏡體積較小，直徑3-10mm。并且LED透鏡一般與LED緊密聯(lián)系在一起，它有助于提升LED的出光效率、透鏡改變LED的光場分布的光學(xué)系統(tǒng)。LED透鏡即與LED緊密聯(lián)系在一起的有助于提升LED的出光效率、改變LED的光場分布的光學(xué)系統(tǒng)。 LED透鏡廣泛應(yīng)用于LED光源，路燈，射燈，日光燈，幕墻燈，投光燈，草坪燈，舞臺燈，水底燈，廣場燈，高桿燈，地埋燈，庭院燈，護(hù)欄燈，探照燈，射燈工藝，室內(nèi)外照明，景觀照明等。