CN107783210A - 一种反射件及其膜系结构的制备方法和红外线led装置 - Google Patents

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吴薛平
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林梦潺
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Abstract

本发明公开了一种反射件及其膜系结构的制备方法和红外线LED装置，所述反射件包括本体，本体具有空腔；还包括蒸镀在所述本体的空腔壁面以反射光线的膜系结构，该膜系结构从里到外包括多层膜，且各奇数层的膜均为氧化钽膜，各偶数层的膜均为氧化硅膜或氧化铝膜。本发明采用氧化钽或氧化硅或氧化铝作为介质材料，通过膜系结构设计形成能够取代贵金属金的红外线反射膜层，从中保证在降低材料成本的条件下生成反射性能良好的红外线LED产品的反射件，且工艺简单，可以大大提高红外线LED产品的反射件的生产效率。

Description

一种反射件及其膜系结构的制备方法和红外线LED装置
技术领域
本发明涉及光学薄膜制备领域，特别是涉及一种反射件及其膜系结构的制备方法和红外线LED装置。
背景技术
随着物联网、人工智能、虚拟与现实及虹膜辨识技术的发展，作为感知器件的红外线LED产品需求日益旺盛，尤其是中大功率的红外线LED产品更是需求火爆。目前，多数的红外线中大功率LED产品为了提高红外线的发射强度，在其支架的反射杯内表面采用电镀的方法镀上贵金属金，以提高反射杯对红外线的反射率，从而实现提高红外线发射强度的目的。然而，反射杯采用镀金的方法需要消耗贵金属金，导致红外线LED支架成本较高；同时反射杯的生产工艺相对复杂。
发明内容
本发明提供了一种反射件及其膜系结构的制备方法和红外线LED装置，其克服了背景技术所述的红外线LED产品的反射件所存在的不足。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种反射件，用于红外线LED产品，包括本体，该本体具有空腔；还包括蒸镀在所述本体的空腔壁面以反射光线的膜系结构，该膜系结构从里到外包括多层膜，且各奇数层的膜均为氧化钽膜，各偶数层的膜均为氧化硅膜或氧化铝膜。
进一步的，各膜层的厚度不相同；所述空腔呈圆台形。
进一步的，各奇数层膜的厚度分别为54～450nm，所有奇数层膜的厚度从里到外先渐大后渐小；和/或，各偶数层膜的厚度分别为16～135nm，所述偶数层膜的厚度从里到外先渐大后渐小。
进一步的，所述本体为PPA或PCT材质；所有奇数层膜的总层数和所有偶数层膜的总层数分别为15层，所述膜系结构的总厚度为2500～2600nm。
本发明另提供一种反射件膜系结构的制备方法，用于对具有空腔的本体制作反射光线用的膜系结构，包括以下步骤：
1)清洁杯状本体的空腔壁面；
2)加热所述本体，将本体加热到250～300℃，并将本体放在夹具上并置入真空镀膜机中，将真空镀膜机抽真空到(5～9)×10-4Pa，将离子束流密度设置为180～201μA·cm-2；
3)蒸镀氧化钽膜，且膜厚度控制在设定值；
4)蒸镀氧化硅膜或氧化铝膜，且膜厚度控制在设定值；
5)重复步骤3)、步骤4)数次，直至镀制完所有膜层，使所述本体的空腔壁面得到由多层膜组成的膜系结构且各奇数层的膜均为氧化钽膜，各偶数层的膜均为氧化硅膜或氧化铝膜。
进一步的，所述膜系结构的各膜层的厚度不相同。
进一步的，各奇数层膜的厚度分别为54～450nm，所有奇数层膜的厚度从里到外先渐大后渐小；和/或，各偶数层膜的厚度分别为16～135nm，所述偶数层膜的厚度从里到外先渐大后渐小。
进一步的，所述本体为PPA或PCT材质；所有奇数层膜的总层数和所有偶数层膜的总层数分别为15层；所述膜系结构的总厚度为2500～2600nm。
本发明另提供一种红外线LED装置，包括基板、设置在该基板上的红外线LED芯片，还包括如上述本发明所述的反射件，该反射件设置在基板上，所述红外线LED芯片位于反射件的空腔内。
进一步的，所述基板包括第一基底、第二基底和绝缘件，绝缘件设置在第一基底和第二基底之间，以对二者进行隔离；第一基底和第二基底上分别设有金属镀层，与所述红外线LED芯片的两个电极一一电连接。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、所述氧化钽膜和氧化硅膜或氧化铝膜组合而成的膜系结构可作为取代贵金属金的红外线反射膜层，从中保证在降低材料成本的条件下生成反射性能良好的红外线LED产品的反射件；
2、本发明采用蒸镀(电子束蒸发成膜技术)方式取代原来湿法电镀的方式，可以高效、简洁的工艺生产出所需的红外线LED产品的反射件，从中提高红外线LED产品的反射件的生产效率。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种反射件及其膜系结构的制备方法和红外线LED装置不局限于实施例。
附图说明
图1是本发明的红外线LED装置的剖面示意图(含反射件)；
图2是图1中I部分的放大示意图。
具体实施方式
请参见图1、图2所示，本发明的一种反射件，用于红外线LED产品，包括本体1，该本体1具有圆台形空腔(空腔的形状不局限于圆台形，可以依实际需要进行设置)。具体，所述本体呈杯状结构，但不局限于此。所述本体1为PPA或PCT材质。本发明还包括蒸镀在所述本体1的空腔壁面以用于反射光线的膜系结构2，该膜系结构2从里到外包括多层膜，且各奇数层的膜均为氧化钽膜21，各偶数层的膜均为氧化硅膜22(即SiO2膜)，即所述膜系结构2由氧化钽膜21和氧化硅膜22交替沉积而成；各膜层的厚度(即膜层的实际厚度)不相同。所述“从里到外”是指从本体空腔的径向向内的方向，下同。定义直接沉积在本体1空腔壁面上的膜层为膜系结构2的第一层(奇数层)膜，沉积在该第一层膜上的膜层为第二层(偶数层)膜，沉积在第二层膜上的膜层为第三层(奇数层)膜，以此类推。
所述本体1具体注塑于红外线LED产品的基板3上，设置所述膜系结构后形成反射杯，用于对设置在基板3上的红外线LED芯片4的光线进行反射，如图1所示。
根据薄膜光学模拟软件以及薄膜应力研究发现，使用合适的工艺参数，能够有效降低薄膜应力。在复合薄膜中，采用合适的膜层设计，可望将各层薄膜中应力进行抵消，使累积应力趋向于零。
对于每层膜料均不相同的n层膜，每层膜的物理厚度分别为t1，t2，t3…tn，且对应的各层薄膜应力分别为σ1，σ2，σ3…σn的多层膜系统，其平均应力可用下式表示：
在本发明的膜系结构2的工艺条件下，氧化钽膜21和氧化硅膜22的薄膜应力分别为：σ1＝48MPa，σ2＝-163MPa，
复合薄膜中理性状态下平均应力应该为零，即σ＝0。根据公式1可得：所述氧化钽膜21和氧化硅膜22的厚度比值为：
t1:t2＝-σ2:σ1≈27:8 (公式2)
按照上述厚度比例制备氧化钽与氧化硅复合薄膜，因为介质薄膜过薄，沉积过程中会影响薄膜均匀性，故将氧化钽膜21厚度设为54～450nm，将氧化硅膜22的厚度设为16～135nm，且本发明采用连续交替沉积的方式，各沉积15层膜(即氧化钽膜21的总层数和氧化硅膜22的总层数分别为15层)，制备总厚度为2500～2600nm(取较佳值2540nm)的复合薄膜。采用多层沉积的方式是因为通过多层薄膜的交替沉积，各膜层缺陷重合的概率很小，以此来消除薄膜中产生的缺陷。
本实施例中，所有奇数层(本实施例中，所有奇数层的总层数为15层)的氧化钽膜21的厚度按从里到外的顺序先渐大后渐小，具体，15层氧化钽膜21的厚度从里到外依次为：54.3nm、55.1nm、56.4nm、76.1nm、77.5nm、86.7nm、99.1nm、219.1nm、396.9nm、446.5nm、99.1nm、81.7nm、79.7nm、、76.7nm、54nm。
本实施例中，所有偶数层(本实施例中，所有偶数层的总层数为15层)的氧化硅膜22的厚度按从里到外的顺序先渐大后渐小。具体，15层氧化硅膜22的厚度从里到外依次为:16.1nm、16.3nm、16.7nm、22.5nm、23.0nm、25.7nm、29.4nm、64.9nm、117.6nm、132.3nm、29.4nm、24.2nm、23.6nm、、21.6nm、16nm。
上述氧化钽膜21、氧化硅膜22的这种厚度变化方式，可以利用里面厚度较小的膜层提高薄膜与本体1的黏附性(减小薄膜与本体1的失配)，中间较厚的膜层用于实现光学特性，以适应红外波段的反射率；外面的膜层厚度较小是为了释放薄膜应力，避免膜层破裂。
本发明的一种反射件膜系结构的制备方法，包括以下步骤：
1)清洁杯状本体1的空腔壁面；
2)加热所述本体1，将本体1加热到250～300℃，并将本体1放在夹具上并置入真空镀膜机中，将真空镀膜机抽真空到(5～9)×10-4Pa，将离子束流密度设置为180～201μA·cm--2；
3)镀制氧化钽膜21，对氧化钽膜21料进行蒸镀，且膜厚度由光学膜厚仪控制在设定值；
4)镀制氧化硅膜22，对氧化硅膜22料进行蒸镀，且膜厚度由光学膜厚仪控制在设定值；
5)重复步骤3)、步骤4)数次，直至镀制完所有膜层，使所述本体1内表面得到由氧化钽膜21料和氧化硅膜22料交替沉积而成的膜系结构2，该膜系结构2的各膜层的厚度不相同，且各奇数层的膜均为氧化钽膜21，各偶数层的膜均为氧化硅膜22。
6)冷却后取出镀制好所述膜系结构2的本体1。
由于所述本体1直接注塑在红外线LED产品的基板3上，因而，蒸镀所述膜系结构2时，基板3也一并置入真空镀膜机中，且所述夹具上设有遮挡件，用于对基板3落入本体1空腔范围内的上表面进行遮挡，只有本体1的空腔壁面裸露，以被蒸镀所述膜系结构2。
本实施例中，各氧化钽膜21的厚度分别为54～450nm，且各氧化钽膜21的厚度大小及关系如上所述。各氧化硅膜22的厚度分别为16～135nm，且各氧化硅膜22的厚度大小及关系如上所述。
本实施例中，所述膜系结构2从里到外总共包括30层膜，该30层膜的总厚度为2500～2600nm，取较佳值2540nm；所述本体1为PPA或PCT材质。
请参见图1-图2所示，本发明的一种红外线LED装置，包括基板3、设置在该基板3上的红外线LED芯片4，以及上述实施例所述的反射件，反射件设置在基板3上，所述红外线LED芯片4位于反射件的空腔内。所述反射件的本体1具体通过注塑的方式成型在基板3上。
本实施例中，所述基板3包括第一基底31、第二基底32和绝缘件33，第一基底32和第二基底32均为铜材质，绝缘件33设置在第一基底31和第二基底32之间(所述绝缘件22具体通过注塑的方式成型在第一基底31和第二基底32之间)，以对二者进行隔离；第一基底31和第二基底32上分别设有金属镀层311、321，该两金属镀层311、321具体均为金镀层，并与所述红外线LED芯片4的两个电极一一电连接。具体，红外线LED芯片4通过导电粘接材料，例如银胶/导电胶固定在第二基底32的金属镀层321上，使其一个电极与第二基底上的金属镀层321电连接，红外线LED芯片4的另一个电极则通过一金属连接线5(具体为金线)与第一基底上的金属镀层311电连接。
所述反射件内表面的膜系结构2采用氧化钽膜21和氧化硅膜22交替沉积而成，可取代贵金属金作为红外线反射膜层，不仅反射性能良好，还能大大降低材料成本和简化加工工艺，从中达到提高红外线LED装置的反射件的生产效率。
在其它实施例中，所述氧化硅膜由氧化铝膜代替，并根据薄膜的应力关系对氧化钽膜和氧化铝膜的膜层厚度做适应性调整。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种反射件及其膜系结构的制备方法和红外线LED装置，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种反射件，用于红外线LED产品，包括本体，本体具有空腔；其特征在于：还包括蒸镀在所述本体的空腔壁面以反射光线的膜系结构，该膜系结构从里到外包括多层膜，且各奇数层的膜均为氧化钽膜，各偶数层的膜均为氧化硅膜或氧化铝膜。
2.根据权利要求1所述的反射件，其特征在于：各膜层的厚度不相同，和/或，所述空腔呈圆台形。
3.根据权利要求1所述的反射件，其特征在于：各奇数层膜的厚度分别为54～450nm，所有奇数层膜的厚度从里到外先渐大后渐小；和/或，各偶数层膜的厚度分别为16～135nm，所有偶数层膜的厚度从里到外先渐大后渐小。
4.根据权利要求1或2或3所述的反射件，其特征在于：所述本体为PPA或PCT材质；所有奇数层膜的总层数和所有偶数层膜的总层数分别为15层，所述膜系结构的总厚度为2500～2600nm。
5.一种反射件膜系结构的制备方法，用于对具有空腔的本体制作反射光线用的膜系结构，其特征在于：包括以下步骤：
1)清洁本体的空腔壁面；
2)加热所述本体，将本体加热到250～300℃，并将本体放在夹具上并置入真空镀膜机中，将真空镀膜机抽真空到(5～9)×10-4Pa，将离子束流密度设置为180～201μA·cm-2；
3)蒸镀氧化钽膜，且膜厚度控制在设定值；
4)蒸镀氧化硅膜或氧化铝膜，且膜厚度控制在设定值；
5)重复步骤3)、步骤4)数次，直至镀制完所有膜层，使所述本体的空腔壁面得到由多层膜组成的膜系结构，且各奇数层的膜均为氧化钽膜，各偶数层的膜均为氧化硅膜或氧化铝膜。
6.根据权利要求5所述的反射件膜系结构的制备方法，其特征在于：所述膜系结构的各膜层的厚度不相同。
7.根据权利要求5所述的反射件膜系结构的制备方法，其特征在于：各奇数层膜的厚度分别为54～450nm，所有奇数层膜的厚度从里到外先渐大后渐小；和/或，各偶数层膜的厚度分别为16～135nm，所有偶数层膜的厚度从里到外先渐大后渐小。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的反射件膜系结构的制备方法，其特征在于：所述本体为PPA或PCT材质；所有奇数层膜的总层数和所有偶数层膜的总层数分别为15层；所述膜系结构的总厚度为2500～2600nm。
9.一种红外线LED装置，包括基板、设置在该基板上的红外线LED芯片，其特征在于：还包括如权利要求1-4中任一项所述的反射件，该反射件设置在基板上，所述红外线LED芯片位于反射件的空腔内。
10.根据权利要求9所述的红外线LED装置，其特征在于：所述基板包括第一基底、第二基底和绝缘件，绝缘件设置在第一基底和第二基底之间，以对二者进行隔离；第一基底和第二基底上分别设有金属镀层，与所述红外线LED芯片的两个电极一一电连接。
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