电场与热场调控下无模具LED透镜成型技术研究

封装胶涂覆与成形是LED封装的关键。传统封装胶涂覆工艺严重依赖于昂贵的封装设备，显著增加了LED封装工艺的成本。发展高性能、低成本LED封装技术对封装胶涂覆工艺创新提出了迫切要求。本项目从封装胶涂覆工艺中流体流动的物理本质出发，探索了基于电场与热场耦合作用封装胶流动行为及调控方法；针对LED封装中透镜成形和荧光粉涂覆提出了新加工方法。具体研究内容包括： 1）建立基于静电-水平集两相流流体流动的多物理场耦合分析模型，并开展了系统实验研究；揭示了电场作用下，聚合物形貌变化分为微小变形、稳定增长和突变增长三个阶段。电场强度和材料物性参数影响聚合物流动规律，其中电压大小、电极间距、聚合物胶体初始高度、和温度载荷是电场作用下形貌调控的关键影响因素。 2）针对复杂形貌透镜加工，通过理论优化得到，平板-平板电极实现锥形胶体形貌，圆环-平板电极实现扁平胶体形貌，非对称圆柱-平板电极实现非对称胶体形貌的技术方案，光学实验验证加工透镜具有良好的光学特性。 3）通过电场与热场作用下调控荧光粉胶表面形貌方法，发展了加工悬链线柱形结构的荧光粉涂覆工艺，实现了模块理想的空间颜色均匀性。 4）基于电场调控封装胶形貌，提出了一种结合荧光粉导电玻璃和调控透镜表面形貌实现LED光色调节技术，实验验证该技术具有良好的光色调节性能。 5）发现了离子风作用下聚合物图形化现象，开展了离子风作用下实现聚合物硅胶图形化的实验，揭示了离子沉积是聚合物图形化的作用机制。 6）基于离子风作用下的聚合物图形化，提出了LED光提取封装胶结构加工和荧光粉保形涂覆新方法。 通过本项目电场与热场耦合作用下封装胶流动过程及成形工艺研究，为发展LED封装技术提供了新思路，同时电场作用下的流体流动过程的探索，特别是离子风作用下的聚合物图形化机理研究，丰富了电流体领域理论知识。

透镜是大功率LED封装的关键部件，透镜成型质量直接决定LED器件光型与光效。本项目利用电场与热场耦合调控原理，提出一种新型无模具LED透镜成型技术，满足大功率LED先进封装需求。围绕理解电场与热场调控封装胶流动行为机制，获得新型透镜成型工艺参数，本项目主要研究内容包括：1）建立电场-热场-多相流耦合流动模型，系统地研究封装胶在电场和热场作用下的流动行为与形貌演变规律；2）采用数值分析与实验相结合的手段进行电场与热场耦合调控下LED透镜成型技术探索与工艺优化；3）新技术在LED路灯与背光模块透镜成型中应用与评估。目前，LED已广泛应用于各种照明领域，随着LED器件朝着高密度、高可靠与高性能发展，迫切需要开发形貌灵活可控的透镜成型技术。项目实施为大功率LED透镜制备技术研发开辟了新思路，有效推动LED封装技术与半导体照明技术发展。

1． 首先取决于光源（大功率LED），不同品牌的大功率LED其芯片结构与封装方式、光线特性等均会有所区别，从而造成同样的透镜搭配不同规格品牌LED时会所差异；所以要求有针对性开发（以主流品牌为导向），才能达成实际需要的效果；

2． 利用光学设计软件和机械建模软件（如：Pro/E、UG、SOLIDWORKS等)进行设计和光学仿真，不断优化而得到相应的光学透镜

3．LED透镜本身属于精密光学配件，故其对模具的精度要求极高，特别是透镜光学曲面的加工精度要达到 0.1μm。一般对此类高精度模具的加工必须具有以下设备：超精密加工机、CNC 综合加工机、精密磨床、精密铣床、钻床、CNC 精密火花机、表面轮廓仪、干涉仪等。

4．模具最精密的部件在于光学模仁，首先必须选用专用模仁钢材经过热处理到55°，完成粗胚，在粗胚上经过镀镍处理后再用超精密加工机进行曲面加工而得到。

LED透镜一般为硅胶透镜，因为硅胶耐温高（也可以过回流焊），因此常用直接封装在LED芯片上。一般硅胶透镜体积较小，直径3-10mm。并且LED透镜一般与LED紧密联系在一起，它有助于提升LED的出光效率、透镜改变LED的光场分布的光学系统。LED透镜即与LED紧密联系在一起的有助于提升LED的出光效率、改变LED的光场分布的光学系统。 LED透镜广泛应用于LED光源，路灯，射灯，日光灯，幕墙灯，投光灯，草坪灯，舞台灯，水底灯，广场灯，高杆灯，地埋灯，庭院灯，护栏灯，探照灯，射灯工艺，室内外照明，景观照明等。