CN102169928B - 一种led灯增透微纳结构制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED灯增透微纳结构制备方法，其特征在于：该技术采用微纳结构代替传统的光学镀膜技术实现空气与介质表面的阻抗匹配，进而获得较高的光学透过率。本发明采用廉价、简单的方式实现了LED灯具的增透，且本发明发展的增透技术适用于从红外到紫外的各种波段，不需要针对光源进行膜系设计，避免了传统光学镀膜技术导致的昂贵的成本和复杂的工艺。通过本发明的LED等增透技术可以将由于反射导致的约5％的能量有效利用，提高了LED光的利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED灯增透的微纳结构制备方法，是一种通过制作亚波长结构代替光学镀膜实现LED光源高效增透的技术。
背景技术
在以环保节能时代主题下，新光源-大功率LED照明在全球越来越火的时代，大功率LED照明产业的新宠以其独特的品质环保、节能、长寿命为传统的照明灯具带来了一场人类史上的巨大革命。
LED新光源作为一个新的应用领域的产物，虽然其自身具有卓越的优良品质，但是在照明领域取代传统的钠灯，日光灯等仍旧具有其局限性和需要改良的部分。由于体积小从而发光面小，由于其发光的方向性造成其照射的面积也有限，所以在实际的照明应用中必须要透镜或透镜组来控制LED光的方向。然而，透镜和透镜组的引入将导致约5％的光能量在空气与透镜界面处来回反射，最后转化成热，这部分能量被浪费。采用传统镀膜技术虽然可以获得透过滤很高的LED透镜，然而这种镀膜增透方式由于其成本和批量化水平有限，显然不适合于大批量、廉价的LED透镜。本发明旨在提出一种利用微纳结构实现LED透镜增透的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种大功率LED光学透镜增透技术，用于解决LED由于反射导致部分能量被浪费的问题，使LED电光源的出射光能量能够被有效地用于照明。
为此，本发明提供了一种LED灯具增透的微纳结构制作方法，主要通过以下步骤完成：
①采用旋转甩胶的办法在硅片表面旋涂光刻胶，并对光刻胶进行烘焙和冷却；
②采用传统光刻工艺在旋涂有光刻胶的硅片表面加工亚微米甚至纳米尺度的光栅结构，形成携带有光栅结构的硅片；
③沿垂直光栅方向，将携带有光栅结构的硅片进行断裂，形成剖面结构；
④将断裂后的硅片剖面结构进行蒸镀金刚石膜；
⑤在基底表面蒸镀或涂覆有机层，在有机层表面蒸镀金属层；
⑥将已蒸镀金刚石膜后的硅片断面与基底表面的金属层成倾斜角度进行接触，并用力拖拽硅片，利用硅片断面处的微纳结构将基底表面的有机层和金属层刻划出需要的纳米结构；
⑦将该微纳结构转移至LED模具表面；注塑完成后，携带有微纳结构的LED光束整形透镜即具有抗反射、增透的作用。
所述步骤②中所采用的传统光刻工艺包括接近式光刻、接触式光刻、电子束、激光束、聚焦离子束技术。
所述步骤⑤中的有机层材料是PMMA、或PC及各种可用于蒸镀、涂覆的有机高分子材料；有机层的厚度范围从100nm～20um；位于此范围内的有机层将具有最佳的刻划性能；
所述步骤⑤中金属层材料为金、银、铜或氧化铟锡(ITO)导电膜层，金属层的厚度范围从20nm～1um；
所述步骤⑥中携带有光栅的硅片与基底的倾斜角度为30度-60度，此范围内的倾角不仅可以最大限度的保护光栅结构不被损伤，同时还能对有机层进行有效刻划。
所述步骤③光栅结构的形状为三角形、矩形以及半圆形等形状。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明采用微纳结构代替传统的光学镀膜技术实现空气与介质表面的阻抗匹配，进而获得较高的光学透过率。本发明采用廉价、简单的方式实现了LED灯具的增透，且本发明发展的增透技术适用于从红外到紫外的各种波段，不需要针对光源进行膜系设计，避免了传统光学镀膜技术导致的昂贵的成本和复杂的工艺。通过本发明的LED等增透技术可以将由于反射导致的约5％的能量有效利用，提高了LED光的利用效率。
附图说明
图1为本发明方法的实现流程图；
图2为本发明中的携带有锯齿光栅断面并蒸镀有金刚石膜的硅基片的剖面图；图中1为硅，2为金刚石膜；
图3为本发明中旋涂有有机层并蒸镀金属层的基片，图中3为基片，4为有机层，5为金属层；
图4为本发明的利用硅基片对旋涂有有机层并蒸镀金属层的基片进行微纳结构刻划成形；
图5为本发明中的携带有半球光栅断面并蒸镀有金刚石膜的硅基片的剖面图；图中1为硅，2为金刚石膜。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例对领域的技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。
实施例1
①采用旋转甩胶的办法在硅片1表面旋涂光刻胶；并对光刻胶进行烘焙和冷却，旋涂速度1000转/分钟，旋涂光刻胶厚度1微米，烘焙温度100摄氏度，冷却时间60分钟；
②采用传统光刻工艺在硅片表面加工亚微米尺度的锯齿状光栅结构；
③沿垂直光栅方向，将携带有光栅结构的硅片进行断裂，形成剖面结构；
④将断裂后的硅光栅剖面结构进行蒸镀200纳米金刚石膜2，如图2所示；
⑤在基底3表面蒸镀或涂覆PMMA有机层4，在有机层4表面蒸镀金属Ag层5；有机层厚度800nm，Ag的厚度50纳米；
⑥将硅片断面与第二块基底表面的金属层成30°角度进行接触，并用力拖拽硅片，利用硅片断面处的微纳结构将第二块基底表面的有机层和金属层刻划出需要的纳米结构，如图3所示；
⑦将该微纳结构转移至LED模具表面；注塑完成后，携带有微纳结构的LED光束整形透镜即具有抗反射、增透的作用。
实施例2
①采用旋转甩胶的办法在硅片1表面旋涂光刻胶；并对光刻胶进行烘焙和冷却，旋涂速度2000转/分钟，旋涂光刻胶厚度0.5微米，烘焙温度100摄氏度，冷却时间60分钟；
②采用传统光刻工艺在硅片表面加工亚微米尺度的半球状光栅结构，见图5；
③沿垂直光栅方向，将携带有半球光栅结构的硅片进行断裂，形成剖面结构；
④将断裂后的硅光栅剖面结构进行蒸镀200纳米金刚石膜2，如图2所示；
⑤在基底3表面蒸镀或涂覆PMMA有机层4，在有机层4表面蒸镀金属Ag层5；有机层厚度400nm，Ag的厚度100纳米；
⑥将硅片断面与第二块基底表面的金属层成45°角度进行接触，并用力拖拽硅片，利用硅片断面处的微纳结构将第二块基底表面的有机层和金属层刻划出需要的纳米结构，如图3所示；
⑦将该微纳结构转移至LED模具表面；注塑完成后，携带有微纳结构的LED光束整形透镜即具有抗反射、增透的作用。
综上所述，本发明通过在LED透镜表面添加微纳结构，将使空气和透镜获得良好的阻抗匹配，采用简单、廉价的方式有效地改善LED光源的能量利用效果，使光源的光得到充分利用。
本发明未详细阐述部分属于本领域的公知技术。
Claims (10)
1.一种LED灯增透微纳结构制备方法，其特征在于实现步骤如下：
①采用旋转甩胶的办法在硅片表面旋涂光刻胶，并对光刻胶进行烘焙和冷却；
②采用传统光刻工艺在旋涂有光刻胶的硅片表面加工亚微米或纳米尺度的光栅结构，形成携带有光栅结构的硅片；
③沿垂直光栅方向，将携带有光栅结构的硅片进行断裂，形成剖面结构；
④将断裂后的硅片剖面结构进行蒸镀金刚石膜；
⑤在基底表面蒸镀或涂覆有机层，在有机层表面蒸镀金属层；
⑥将已蒸镀金刚石膜后的硅片断面与基底表面的金属层成倾斜角度进行接触，并用力拖拽硅片，利用硅片断面处的微纳结构将基底表面的有机层和金属层刻划出需要的纳米结构；
⑦将该微纳结构转移至LED模具表面；注塑完成后，携带有微纳结构的LED光束整形透镜即具有抗反射、增透的作用。
2.根据权利要求1所述的一种LED灯增透微纳结构制备方法，其特征在于：所述步骤②中所采用的传统光刻工艺包括接近式光刻、接触式光刻、电子束、激光束、聚焦离子束技术。
3.根据权利要求1所述的一种LED灯增透微纳结构制备方法，其特征在于：所述步骤⑤中的有机层材料是PMMA或PC；有机层的厚度范围从100nm～20μm。
4.根据权利要求1所述的一种LED灯增透微纳结构制备方法，其特征在于：所述步骤⑤中的有机层材料是各种可用于蒸镀、涂覆的有机高分子材料；有机层的厚度范围从100nm～20μm。
5.根据权利要求1所述的一种LED灯增透微纳结构制备方法，其特征在于：所述步骤⑤中金属层材料为金、银、铜或氧化铟锡（ITO）导电膜层，金属层的厚度范围从20nm～1μm。
6.根据权利要求1所述的一种LED灯增透微纳结构制备方法，其特征在于：所述步骤⑥中携带有光栅的硅片与基底的倾斜角度为30度-60度。
7.根据权利要求1所述的一种LED灯增透微纳结构制备方法，其特征在于：所述步骤④中蒸镀金刚石膜的厚度范围从20nm～200nm。
8.根据权利要求1所述的一种LED灯增透微纳结构制备方法，其特征在于：所述 ①中的烘焙时间为10～60分钟，烘焙温度从60～120摄氏度，冷却时间从30～60分钟，冷却环境为自然环境。
9.根据权利要求1所述的一种LED灯增透微纳结构制备方法，其特征在于：所述亚微米指100nm～2μm，纳米指1nm～100nm。
10.根据权利要求1所述的一种LED灯增透微纳结构制备方法，其特征在于：所述步骤③光栅结构的形状为三角形、矩形、或半圆形。
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