CN102581741A - 用于封装led的半球形透镜的制作工艺及其应用 - Google Patents

用于封装led的半球形透镜的制作工艺及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于封装LED的半球形透镜的制作工艺，包括以下步骤：提供一光学玻璃平板，并切割为大小一致的正方体光学玻璃颗粒；研磨抛光；然后切割为两个半球形的光学玻璃透镜。或者，提供两块厚度一致的光学玻璃平板，在其中一块上平铺一层荧光粉，然后将两块光学玻璃平板堆叠；加热两块光学玻璃平板，制成中间设有荧光粉层的光学玻璃平板；然后切割为大小一致的正方体光学玻璃颗粒；研磨抛光；最后切割为两个半球形的光学玻璃透镜。本发明所揭露的半球形透镜的制作工艺克服了传统加热模压工艺易出现析晶的问题，且工艺简单，成本较为低廉。应用于封装LED芯片，提高了LED晶片光取出的效率。

Description

用于封装LED的半球形透镜的制作工艺及其应用
技术领域
本发明涉及光电半导体器件发光二极管(LED)封装技术领域，具体的说是一种用于封装LED的半球形透镜的制作工艺及其应用。
背景技术
由于LED晶片折射率比较高，发光材料层GaN(氮化镓，第三代半导体材料)的折射率为2.3，衬底材料层蓝宝石的折射率为1.8，如果LED晶片发出的光线直接进入空气(空气的折射率为1.0)，光线在出光界面会产生严重的全反射，使大部分光线反射回晶片内部。
目前，业界一般是在LED晶片上设置一个半球形封装胶(封装胶一般采用环氧树脂或硅胶)将LED晶片封装起来，以提升取光效率。但是，环氧树脂或硅胶的折射率一般在1.4-1.6之间，LED晶片内部的光线还是存在较大比例的光效损失。
同时，LED晶片的形状也是决定取光效率一个重要因素，如将晶片做成半球形可完全克服LED晶片全反射的问题。但是，晶片直接做半球形成本很高，工艺可行性差。现有的LED晶片主要有SiC(碳化硅)衬底和蓝宝石衬底两种结构。SiC为美国CREE公司的独有技术，SiC材料折射率约为2.8，其与硅材料(折射率约3.0)具有良好的键合特性。Cree公司采用SiC与硅片贴合，再对硅片进行腐蚀加工的方式获得的晶片，其表面呈凸形结构。但是，由于SiC、硅材料与封装胶的折射率的差异很大(封装胶折射率1.4-1.6，SiC和硅材料折射率分别为2.9和3.0)，导致光取出效率非常依赖该硅片的表面结构，而采用腐蚀工艺，硅片的表面难以形成光学镜面，所以晶片光取出效率的提升并不明显。采用蓝宝石衬底，其加工难度颇高，目前市场上的蓝宝石衬底仍以矩形晶片为主，尚未有加工成半球形或凸形的报道。
面对上述问题，业界的技术人员研究出一解决办法。在LED晶片上设置一个半球形的高折射率的透镜，然后再用封装胶进行包覆，根据实验数据，可提高晶片取光效率35％-50％。但是，在实际应用过程中，高折射率的玻璃材料通过传统的加热模压工艺制作为透镜时，很容易出现析晶现象，而大大影响了晶片取光效率的提高。同时，传统的加热模压工艺的加工成本也比较高昂，不便于大规模的推广应用。
发明内容
针对以上现有技术的不足与缺陷，本发明的目的在于提供一种用于封装LED的半球形透镜的制作工艺
本发明的另一目的在于提供一种用于封装LED的半球形透镜的应用。
本发明的目的是通过采用以下技术方案来实现的：
一种用于封装LED的半球形透镜的制作工艺，包括以下步骤：
a、提供一光学玻璃平板，使用切割设备将该光学玻璃平板切割为多个大小一致的正方体光学玻璃颗粒；
b、将上述正方体光学玻璃颗粒放入研磨设备的滚筒中，在滚筒中加入圆球形的粗抛光料对该正方体光学玻璃颗粒进行粗研磨，直至将该正方体光学玻璃颗粒研磨成圆球形；然后，将该粗抛光料更换成圆球形的细抛光料，对圆球形的光学玻璃的表面进行抛光处理；
c、沿光学玻璃的球心，将该圆球形的光学玻璃切割为两个半球形的光学玻璃透镜。
作为本发明的优选技术方案，所述光学玻璃的折射率介于1.8至2.3之间。
作为本发明的优选技术方案，所述圆球状的光学玻璃经细抛光料的抛光处理后，其表面的粗糙度小于200nm。
作为本发明的优选技术方案，所述细抛光料的半径与该半球形光学玻璃透镜的半径之比为
Figure BDA0000141306150000031
一种用于封装LED的半球形透镜的制作工艺，包括以下步骤：
a、提供两块厚度一致的光学玻璃平板，在其中一块光学玻璃平板上平铺一层荧光粉，然后将另一块光学玻璃平板放置在设有荧光粉的光学玻璃平板上，使荧光粉设于两块光学玻璃平板之间；
b、同时加热两块光学玻璃平板至软化状态，作用一压力至其中一光学玻璃平板上，使两块光学玻璃平板熔合于一体，并使荧光粉层分别附着在两块光学玻璃平板的结合处，随后冷却，制成中间设有荧光粉层的光学玻璃平板；
c、使用切割设备将该设有荧光粉层的光学玻璃平板切割为多个大小一致的正方体光学玻璃颗粒；
d、将上述正方体光学玻璃颗粒放入研磨设备的滚筒中，在滚筒中加入圆球形的粗抛光料对该正方体光学玻璃颗粒进行粗研磨，直至将该正方体光学玻璃颗粒研磨成圆球形；然后，将该粗抛光料更换成圆球形的细抛光料，对圆球形的光学玻璃的表面进行抛光处理；
e、以该荧光粉层的端面为平面，沿光学玻璃的球心横向切开该圆球形的光学玻璃，形成两个，且其底面均附着有荧光粉层的半球形光学玻璃透镜。
作为本发明的优选技术方案，所述光学玻璃的折射率介于1.8至2.3之间。
作为本发明的优选技术方案，所述圆球状的光学玻璃经细抛光料的抛光处理后，其表面的粗糙度小于200nm。
作为本发明的优选技术方案，所述细抛光料的半径与该半球形光学玻璃透镜的半径之比为
Figure BDA0000141306150000041
一种用于封装LED的半球形透镜的应用，用于封装LED芯片，其包括以下步骤：将该半球形的光学玻璃透镜贴设于已固晶、焊线的LED芯片上，然后在该光学玻璃透镜上覆盖封装胶。
作为本发明的优选技术方案，所述半球形的光学玻璃透镜的底面至少完全覆盖住其与LED芯片相结合的表面。
本发明的有益效果是：本发明所揭露的半球形透镜的制作工艺克服了传统加热模压工艺易出现析晶的问题，且工艺简单，成本较为低廉。应用于封装LED芯片，提高了LED晶片光取出的效率。
附图说明
图1为本发明第一实施例的工艺流程图。
图2为本发明第一实施例应用于封装LED芯片后的结构示意图。
图3为本发明第二实施例的工艺流程图。
图4为本发明第二实施例应用于封装LED芯片后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明：
请参阅图1，为第一实施例的工艺流程图。
首先提供一折射率介于1.8至2.3之间的高折射率的光学玻璃平板101，该光学玻璃平板101可以采用光学玻璃材料经过已知的玻璃制造工艺加工而成；然后，使用切割设备将该光学玻璃平板101切割为多个大小一致的正方体光学玻璃颗粒102。该光学玻璃平板101的厚度与该正方体光学玻璃颗粒102的边长可根据具体的LED芯片的规格型号确定。根据目前较为常用的LED芯片型号，该正方体光学玻璃颗粒102的边长一般介于1mm至4mm之间。
将上述正方体光学玻璃颗粒102放入研磨设备的滚筒(图未示)中，在滚筒中加入圆球形的抛光料103(一般采用莫氏硬度为10的金刚石)，通过滚筒的翻滚，抛光料103对该正方体光学玻璃颗粒102进行研磨抛光处理，使该正方体光学玻璃颗粒102研磨成表面粗糙度小于200nm的圆球形光学玻璃104。
研磨抛光分为粗研磨与细抛光两步骤。粗研磨时，滚筒中加入的抛光料103为粗抛光料，主要将该正方体光学玻璃颗粒102研磨成圆球形；细抛光时，滚筒中加入的为细抛光料，主要是对圆球形光学玻璃104的表面进行抛光处理，使圆球形光学玻璃104表面的粗糙度小于200nm。
经细抛光后，沿圆球形的光学玻璃104的球心，将该圆球形的光学玻璃104切割为两个半球形的光学玻璃透镜105。
其中，细抛光时，细抛光料需根据半球形光学玻璃透镜105的尺寸进行选择，以免圆球形光学玻璃104经过细抛光处理后，其尺寸与LED芯片的型号不相符，影响LED芯片的取光效率。较优的，细抛光料的半径与半球形光学玻璃透镜105的半径之比为
Figure BDA0000141306150000061
请参阅图2，为该半球形光学玻璃透镜应用于封装LED芯片后的结构示意图。
该半球形光学玻璃透镜105设置在LED芯片108上，封装胶106将该半球形光学玻璃透镜105覆盖。其实施步骤为：待该LED芯片108经过传统的固晶、焊线工序后，直接将半球形光学玻璃透镜105贴设(例如使用高折射率的硅胶直接粘贴)在LED芯片108上，然后在该光学玻璃透镜108上覆盖封装胶106即可。
为使半球形光学玻璃透镜105最大的提高该LED芯片108的取光效率，该半球形的光学玻璃透镜105的底面至少完全覆盖住其与LED芯片108相结合的表面。
请参阅图3，为本发明第二实施例的工艺流程图。
该实施例的目的在于提供一种底面附着荧光粉层的半球形的光学玻璃透镜，其制作工艺与上述第一实施例的不同之处在于：
首先，提供两块厚度一致的光学玻璃平板101，需在其中一块光学玻璃平板101上平铺一层荧光粉109，然后将另一块光学玻璃平板101放置在设有荧光粉层109的光学玻璃平板101上，使荧光粉层109设于两块光学玻璃平板101之间。
随后，同时加热两块光学玻璃平板101至软化状态(在玻璃平板达到熔化状态之前)，作用一压力至其中一光学玻璃平板101上，使两块光学玻璃平板101熔合于一体，并使荧光粉层109分别附着在两块光学玻璃平板101的结合处，随后冷却，制成中间设有荧光粉层109的光学玻璃平板。
此后，进行切割、研磨抛光这两个步骤，该两个步骤的详细过程与第一实施例所述相同，在此就不再进行赘述。但在切割圆球形的光学玻璃这一步骤时，须以光学玻璃内的荧光粉层109的端面为平面，沿光学玻璃的球心横向切开该圆球形的光学玻璃104，形成两个，且其底面均附着有荧光粉层109的半球形的光学玻璃透镜105。
请参阅图4，为本发明第二实施例应用于封装LED芯片后的结构示意图。
该半球形光学玻璃透镜105设置在LED芯片108上，封装胶106将该半球形光学玻璃透镜105覆盖，其实施步骤与第一实施例所述相同，不同之处在于半球形光学玻璃透镜105的底面附着有一荧光粉层109，LED芯片108发出的光线可经该荧光粉层109转换为白光。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；凡是依本发明所作的等效变化与修改，都被本发明权利要求书的范围所覆盖。

Claims (10)

1.一种用于封装LED的半球形透镜的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a、提供一光学玻璃平板，使用切割设备将该光学玻璃平板切割为多个大小一致的正方体光学玻璃颗粒；
b、将上述正方体光学玻璃颗粒放入研磨设备的滚筒中，在滚筒中加入圆球形的粗抛光料对该正方体光学玻璃颗粒进行粗研磨，直至将该正方体光学玻璃颗粒研磨成圆球形；然后，将该粗抛光料更换成圆球形的细抛光料，对圆球形的光学玻璃的表面进行抛光处理；
c、沿光学玻璃的球心，将该圆球形的光学玻璃切割为两个半球形的光学玻璃透镜。
2.根据权利要求1所述的用于封装LED的半球形透镜的制作工艺，其特征在于：所述光学玻璃的折射率介于1.8至2.3之间。
3.根据权利要求1所述的用于封装LED的半球形透镜的制作工艺，其特征在于：所述圆球状的光学玻璃经细抛光料的抛光处理后，其表面的粗糙度小于200nm。
4.根据权利要求1所述的用于封装LED的半球形透镜的制作工艺，其特征在于：所述细抛光料的半径与该半球形光学玻璃透镜的半径之比为
5.一种用于封装LED的半球形透镜的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a、提供两块厚度一致的光学玻璃平板，在其中一块光学玻璃平板上平铺一层荧光粉，然后将另一块光学玻璃平板放置在设有荧光粉的光学玻璃平板上，使荧光粉设于两块光学玻璃平板之间；
b、同时加热两块光学玻璃平板至软化状态，作用一压力至其中一光学玻璃平板上，使两块光学玻璃平板熔合于一体，并使荧光粉层分别附着在两块光学玻璃平板结合处，随后冷却，制成中间设有荧光粉层的光学玻璃平板；
c、使用切割设备将该设有荧光粉层的光学玻璃平板切割为多个大小一致的正方体光学玻璃颗粒；
d、将上述正方体光学玻璃颗粒放入研磨设备的滚筒中，在滚筒中加入圆球形的粗抛光料对该正方体光学玻璃颗粒进行粗研磨，直至将该正方体光学玻璃颗粒研磨成圆球形；然后，将该粗抛光料更换成圆球形的细抛光料，对圆球形的光学玻璃的表面进行抛光处理；
e、以该荧光粉层的端面为平面，沿光学玻璃的球心横向切开该圆球形的光学玻璃，形成两个，且其底面均附着有荧光粉层的半球形光学玻璃透镜。
6.根据权利要求5所述的用于封装LED的半球形透镜的制作工艺，其特征在于：所述光学玻璃的折射率介于1.8至2.3之间。
7.根据权利要求5所述的用于封装LED的半球形透镜的制作工艺，其特征在于：所述圆球状的光学玻璃经细抛光料的抛光处理后，其表面的粗糙度小于200nm。
8.根据权利要求5所述的用于封装LED的半球形透镜的制作工艺，其特征在于：所述细抛光料的半径与该半球形光学玻璃透镜的半径之比为
Figure FDA0000141306140000021
9.根据权利要求1-8任意一项所述的用于封装LED的半球形透镜的应用，其特征在于：用于封装LED芯片，其包括以下步骤：将该半球形的光学玻璃透镜贴设于已固晶、焊线的LED芯片上，然后在该光学玻璃透镜上覆盖封装胶。
10.根据权利要求9所述的用于封装LED的半球形透镜的应用，其特征在于：所述半球形的光学玻璃透镜的底面至少完全覆盖住其与LED芯片相结合的表面。
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