一种曲面微结构阵列的制备方法、金黄光LED封装模块

本发明涉及表面微结构制备技术，尤其涉及一种曲面微结构阵列的制备方法。

背景技术：

1、对于金黄光led光源而言，直接采用黄光led与红光led混合获得，如图1所示：两种不同颜色led芯片的空间位置分布不同导致不同颜色出光的光型不匹配，导致金黄光led光源发出的光在不同视角下显示出不同的相关色温，空间色温不一致，将大大降低光源的品质以及用户的照明舒适度，阻碍了它的照明应用和扩展。因此，金黄光led封装模块的角度空间颜色均匀性需要进一步改善。在封装层表面制备的微结构阵列是一种行之有效的散射结构。利用微结构阵列的强散射作用，实现金黄光led光源的光色混合，提高其光学品质。对于金黄光led封装模块所需求的微结构阵列，微结构排布得越紧密，其散射作用越强，混光的效果就越好。但是，目前现有的微结构阵列的制备方法存在许多缺点，如制备过程复杂、形貌控制困难等。因此，利用一种简单灵活且有效的微结构阵列制作方法来实现具有高空间颜色均匀性的金黄光led光源仍然是一个挑战。

2、目前在封装胶层表面制备微结构阵列的方法一般是压印法，工艺一般分为模具制造和模压成型两部分。然而，模具制作过程依赖于复杂和昂贵的光刻技术，加工复杂、成本较高，尤其在制备紧密排布的微结构阵列时，其加工复杂程度、成本进一步提高。液滴压印技术作为一种普遍的无模加工技术，得到了广泛的关注。根据不同的液滴阵列获取方法，该技术主要包括液滴打印法和呼吸图案(bf)法。液滴打印法采用直接书写或激光脉冲诱导技术制备液滴模板，将微结构阵列压印在聚合物薄膜表面，但该方法仍存在效率低、成本高的缺点。在呼吸图案法中，固体聚合物溶解在易挥发性溶剂中，挥发性溶剂会迅速挥发掉，降低溶液表面温度，使环境中的水蒸气在溶液表面凝结成水滴，在溶剂完全挥发的情况下，得到了含有微结构阵列的聚合物膜。然而，溶质聚合物在溶剂蒸发过程中表面温度难以控制，因为它改变了聚合物的物理性质，使得制备过程非等温、非平衡。因此，现有的表面微结构制备工艺仍然存在诸多不足。

3、发明专利cn107188114b，提出了一种基于主动制冷液滴凝结的表面微结构制备方法，通过主动制冷技术在紫外固化聚合物表面直接制备微结构阵列。然而制备得到的微结构几乎完全沉入紫外固化聚合物薄膜中，微结构的直径与深度比接近为1，应用于led封装光学性能调控存在光提取效率低的问题，“水滴凝结法制备微结构及其硅基led封装应用[d].南昌大学，2020”提出了改进方法，通过引入牺牲层实现微结构截面形貌的调控，得到的微结构的直径与深度比接近0.5。但是，该方法仍然仅适用于平面微结构阵列制备，应用于曲面微结构阵列制备时，首先存在曲面制冷不均匀问题，曲面牺牲层制冷不均匀会导致所制备得到的液滴出现大小、分布不均匀；第二，存在在曲面牺牲层模具压印时的对准精度问题，如图2所示，压印时对准精度低会导致一侧液滴被挤压变形，而另一侧液滴无法压印充分，以上两点会导致无法实现分布均匀、排布紧密的曲面微结构阵列制备。

4、综上，上述微结构制备方法均无法实现曲面上分布均匀、排布紧密的微结构阵列制备。因此，研究工艺简单、成本低、形貌灵活可控的曲面上微结构阵列制备工艺，并将其应用于金黄光led光源实现空间颜色均匀性提升具有非常重要的现实意义和实用价值。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的在于提供一种曲面微结构阵列的制备方法，以容器中的液体作为柔性基底，通过在柔性基底上设置第一聚合物层作为柔性牺牲层，通过主动制冷技术在柔性牺牲层上制备紧密排布的液滴阵列，然后将曲面光学透镜压入柔性牺牲层，实现将液滴阵列转移复制到曲面光学透镜表面，实现曲面光学透镜表面紧密排布的微结构阵列制备，该制备方法工艺过程简单，适用不同形状的曲面光学透镜，同时降低加工成本。

2、本发明的第二个目的在于提供一种曲面微结构阵列。

3、本发明的第三个目的在于提供一种金黄光led封装模块，该金黄光led封装模块利用设置有表面排布紧密的微结构阵列的高透光聚合物层，解决了金黄光led封装模块混光差的问题，提高了金黄光led封装模块的空间颜色均匀性。

4、本发明的第一个目的是这样实现的：

5、一种曲面微结构阵列的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

6、a、准备半导体制冷器和容器，将容器置于所述半导体制冷器冷面上，所述容器中装有液体，所述液体上设置有第一聚合物薄膜；

7、b、将半导体制冷器和容器置于具有蒸气氛围的恒温恒湿的密闭环境控制箱中，通过半导体制冷器实现第一聚合物薄膜的温度调节，使第一聚合物薄膜的温度低于环境温度，密闭环境控制箱中的蒸气在第一聚合物薄膜的表面凝结成液滴；

8、c、经过特定的凝结时间，液滴在聚合物表面自组装成均匀分布且排布紧密的液滴阵列，由于表面张力作用，液滴部分进入第一聚合物薄膜内部，其中：液滴与第一聚合物薄膜不相溶；

9、d、准备曲面光学透镜，在所述曲面光学透镜的表面设置有第二聚合物层，其中，第二聚合物层与第一聚合物薄膜及液滴均不相溶；

10、e、将所述曲面光学透镜压入所述第一聚合物薄膜中，形成稳定的第一聚合物薄膜-液滴阵列-第二聚合物层三相界面；

11、f、固化第二聚合物层，去除第一聚合物薄膜和液滴，在第二聚合物层表面得到与液滴阵列一一对应的微结构阵列。

12、进一步地，步骤a中所述的容器为透明、导热材质；所述的液体为水溶液、氯化钠水溶液、酒精水溶液、硅油中的一种。

13、进一步地，步骤b中的所述密闭环境控制箱能够实现环境温度和湿度的控制，环境温度控制范围为15～85℃，环境相对湿度控制范围为10%～90%。

14、进一步地，步骤b中所述密闭环境控制箱中的蒸气氛围为水、甲醇、乙醇、乙二醇、或丙三醇中的一种，或，蒸气氛围为水、乙醇、乙二醇或丙三醇中的两种或以上物质混合物中的一种。

15、进一步地，步骤b中的所述半导体制冷器的制冷温度比环境温度低5～40℃，液滴凝结时间为2～30min。

16、进一步地，所述曲面光学透镜为球帽透镜或自由曲面透镜，所述曲面光学透镜的特征尺寸h≥1mm，且所述曲面光学透镜的特征尺寸小于所述液体的液面高度。

17、进一步地，所述的第一聚合物薄膜为非紫外固化聚合物，其厚度为500～3000μm，所述第二聚合物层为透光率大于95%的紫外固化聚合物，其厚度为10～1000μm，对应的步骤f中的固化方式为紫外固化，固化时间为1～30min；或，所述的第一聚合物薄膜为非热固化聚合物，其厚度为500～3000μm，所述第二聚合物层为透光率大于95%的热固化聚合物，其厚度为10～1000μm，对应的步骤f中的固化方式为热固化，固化时间为10～300min，得到的曲面微结构的直径为0.5～100μm，曲面微结构之间的平均中心距l1与微结构平均直径d1之比a1=l1/d1＜1.2。

18、本发明通过在柔性牺牲层上制备液滴阵列，柔性牺牲层下设置液体，将曲面光学透镜压入柔性牺牲层，实现将液滴阵列转移复制到曲面光学透镜表面，这种方法能满足不同形状表面紧密排布的曲面微结构阵列压印制备，解决了传统光刻、模具压印方法无法在曲面上制备微结构阵列的难题。

19、本发明的第二个目的是这样实现的：一种根据上述曲面微结构阵列的制备方法制备的曲面微结构阵列。

20、本发明的第三个目的使这样实现的：一种金黄光led封装模块，包括本发明提供的曲面微结构阵列。

21、进一步地，包括led芯片、基板、固晶层、引线、曲面光学透镜，曲面光学透镜安装在基板上，并将若干颗led芯片、基板、固晶层、引线密封在基板上，曲面光学透镜上设有第二聚合物层，第二聚合物层的表面具有排布紧密的曲面微结构阵列；led芯片为黄绿光led芯片和红光led芯片。

22、本发明通过在金黄光led封装模块的曲面光学透镜上设置第二聚合物层，通过第二聚合物层上排布紧密的曲面微结构阵列改变光的传播方向从而实现不同颜色led出光的混合，实现金黄光led封装模块空间颜色均匀性的显著提升。

23、本发明所提出的以上技术方案与现有技术相比，本发明具有如下优点。

24、本发明所提出的曲面微结构阵列的制备方法，通过主动制冷技术，使液滴在柔性牺牲层上自组装成均匀分布且排布紧密的液滴阵列，柔性牺牲层设置在液体柔性基底上，将曲面光学透镜压入柔性牺牲层，实现将液滴阵列转移复制到曲面光学透镜表面，这种方法能满足不同形状表面紧密排布的曲面微结构阵列压印制备，解决了传统光刻、模具压印方法无法在曲面上制备微结构阵列的难题。

25、本发明所提出的金黄光led封装模块，通过在曲面光学透镜上设置有第二聚合物层，第二聚合物层上具有排布紧密的曲面微结构阵列，能实现金黄光led封装模块较好混光，显著提升空间颜色均匀性。