Способ изготовления линзы для установки на светодиоде

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИНЗЫ ДЛЯ УСТАНОВКИ НА СВЕТОДИОДЕ Линза, предназначенная для установки на светодиоде, изготовленная путем введении жидкого основного акрилатного материала в матрицу, в которой сформирована соответствующая полость. Матрицу выполняют из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения, например силиконового каучука. После впрыскивания основного акрилатного материала в матрицу проводят облучение матрицы ультрафиолетовым излучением так, чтобы в результате отверждения основного акрилатного материала сформировалась линза требуемой формы. После отверждения материала матрицу открывают и извлекают полученную линзу. Ван Ог Маринус Йоханнес (NL) Фелицына С.Б. (RU) Изобретение относится к области технологии монтажа светодиодов (светоизлучающих диодов). Известна и используется технология "бескорпусного монтажа кристаллов на печатной плате" в комбинации с линзой, например полусферической линзой, для получения требуемых характеристик направленности. Известно использование поликарбоната в качестве материала для изготовления линзы. Недостаток поликарбоната состоит в том, что в случае применения в устройствах высокой мощности и при излучении в диапазоне длин волн примерно от 400 до 430 нм он подвержен относительно быстрому старению, в частности, проявляет желтоватое обесцвечивание. Согласно изобретению в качестве материала для линзы используется акрилат в вязко-жидком состоянии, быстро отверждаемый под воздействием ультрафиолетового излучения. Этот материал, сам по себе, известен и на рынке представлен компанией Dijmex. Согласно изобретению к тому же используется матрица, прозрачная для ультрафиолетового излучения. Подходящим материалом для изготовления матрицы является силиконовый каучук. Изготовление линзы происходит следующим образом: приготавливают исходную матрицу, представляющую собой металлическую подложку с керамическими шарами, на основе которой приготавливают рабочую матрицу из силиконового каучука, помещаемую в алюминиевую оболочку с углублениями и используемую для изготовления линзы впрыскиванием указанного материала. Используют иглы для впрыскивания, чтобы под некоторым давлением через узкие отверстия в материале матрицы ввести в полость матрицы более или менее маслянисто-вязкий акрилатный материал. Затем через стенки матрицы проводят облучение ультрафиолетовым излучением. В результате,первоначально жидкий основной акрилатный материал отверждается и линза из отвержденного акрилатного материала имеет требуемую форму. При изготовлении матрицы необходимо принимать во внимание, что силиконовый каучук обладает определенной небольшой усадкой. Это следует учитывать при определении размеров исходной матрицы. Поэтому необходимо увеличить соответствующие размеры матрицы с учетом усадки силиконового каучука. Применение плазменной обработки в среде аргон/кислород позволяет достичь отличной смачиваемости поверхности. Добавление небольшого количества силиконового масла к силиконовому каучуку обеспечивает легкое высвобождение линзы из матрицы. Указанный продукт известен на рынке как силиконовый каучук с выпотевающим маслом. До впрыскивания акрилатного материала вдувается азот, в результате чего удаляется кислород и предотвращается образование воздушных пузырей. Изготовление линз проводится в чистом помещении класса чистоты 5. Описанный способ можно отнести к "жидкостному формованию". Согласно описанному способу могут быть изготовлены любые типы линз, кроме тех, которые имеют поднутрение или другую форму, препятствующую их извлечению. Имеется возможность проводить изготовление указанных линз в две стадии, т.е. сначала изготавливают первую структуру, которую подвергают первичному отверждению, затем изготавливают вторую структуру, которая должна быть расположена на первой структуре и которую также подвергают первичному отверждению, и, в конце концов,проводят заключительное отверждение в ультрафиолетовой камере при высокой интенсивности ультрафиолетового излучения. В общем, следует отметить, что выбор продолжительности ультрафиолетового излучения является определяющим. Материал согласно изобретению сцепляется, фактически, идеально с серебром, золотом и керамикой. Нет необходимости в придании поверхности шероховатости (в травлении). Поверхности могут быть гладкими подобно стеклу. Некоторые области применения В парниковом садоводстве может быть использована группа светодиодов, состоящая из светодиодов темно-красного цвета в комбинации со светодиодами синего цвета. Группа, например, из 40 светодиодов может быть весьма подходящей. В осветительных приборах, применяемых в телевизионных студиях, может использоваться группа светодиодов разного цвета. Светодиоды в группе можно регулировать, в результате чего в определенных пределах можно добиться, по существу, любой яркости и любого цвета. В бытовом использовании применимым является тот же самый принцип. Способ согласно изобретению чрезвычайно гибок и имеет очень широкое применение. Изобретение также относится к линзе, полученной при применении описанного способа. Далее изобретение будет объясняться более подробно со ссылкой на следующие неограничительные чертежи. Фиг. 1 - вид сверху светодиодного осветительного элемента со светодиодами, снабженными линзами согласно настоящему изобретению. Фиг. 2 - вид сбоку светодиодного осветительного элемента, представленного на фиг. 1. Фиг. 3 - вид сбоку светодиодного осветительного элемента, представленного на фиг. 2, на одном из этапов его изготовления. Фиг. 4 - вид сбоку светодиодного осветительного элемента, представленного на фиг. 2, на следующем этапе его изготовления. Фиг. 5 - поперечное сечение матрицы из алюминия и силикона для изготовления линзы согласно настоящему изобретению. Фиг. 6 - вид в перспективе матрицы, представленной на фиг. 5. Фиг. 7 - один из вариантов линзы, изготовленной способом согласно настоящему изобретению. Фиг. 8 - один из вариантов линзы, изготовленной способом согласно настоящему изобретению. Фиг. 9 - один из вариантов линзы, изготовленной способом согласно настоящему изобретению. Фиг. 10 - один из вариантов линзы, изготовленной способом согласно настоящему изобретению. Фиг. 11 - поперечное сечение матрицы из хрустального стекла для изготовления линзы согласно настоящему изобретению. Фиг. 12 - вид в перспективе матрицы из хрустального стекла для изготовления линзы согласно настоящему изобретению. Фиг. 13 - блок-схема способа изготовления линзы согласно настоящему изобретению. На фиг. 1 показан вид сверху светодиодного осветительного элемента 1 со светодиодами, снабженными линзами 4 согласно настоящему изобретению. Светодиодный осветительный элемент 1 содержит печатную плату 2, снабженную печатной схемой 5, с которой соединены светодиоды. Расположенные на светодиодах линзы изготовлены способом согласно изобретению. На фиг. 2 показан вид сбоку светодиодного осветительного элемента 1, представленного на фиг. 1. На фиг. 3 показан вид сбоку светодиодного осветительного элемента, представленного на фиг. 2,на одном из этапов его изготовления, причем на печатной плате 6 предусмотрен светодиод 7. Светодиод 7 еще не снабжен линзой. Однако нанесен фосфоросодержащий слой 8, способствующий, с одной стороны, сцеплению линзы, которая будет установлена на следующем этапе (см. фиг. 4), и, с другой стороны,способствующий повышению светоотдачи светодиодного осветительного элемента, который, таким образом, будет получен. В представленном примере фосфоросодержащий слой 8 нанесен по всей ширине печатной платы 6. Однако на практике имеется возможность выбрать вариант, предусматривающий нанесение указанного слоя 8 вокруг светодиодов 7 только с небольшим наложением. На фиг. 4 показан светодиодный осветительный элемент, представленный на фиг. 3, во время этапа его изготовления, причем для формирования линзы акрилатный материал 9 наносят на фосфоросодержащий слой 8. Согласно этому примеру акрилатный материал, также как фосфоросодержащий слой 8,нанесен по всей ширине печатной платы. Такой способ нанесения может быть надежно выполнен при использовании матриц, которые будут описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи. Однако в альтернативном варианте осуществления изобретения формирующиеся линзы концентрируются непосредственно вокруг светодиодов 7 и соединены друг с другом посредством сети из каналов, применяемых для впрыскивания. На фиг. 5 показан первый вариант матрицы согласно изобретению для нанесения акрилатного материала с целью формирования линз. Матрица состоит из нижней части 10 матрицы и верхней части 13 матрицы, причем обе части предпочтительно, хотя не исключительно, изготавливают из алюминия. Чтобы обеспечить правильное размещение частей матрицы друг на друге, они снабжены отверстиями 11 для штифтов. В нижней части 10 матрицы имеется углубление 12, вмещающее печатную плату. Выше этой печатной платы может быть размещена прозрачная часть 14 матрицы, которая снабжена по меньшей мере одним загрузочным отверстием 15 для акрилатного материала и одним расширяющимся каналом или вертикальной трубкой 16 для акрилатного материала. Прозрачная часть матрицы содержит углубления 17 для линз, которые должны быть сформированы на светодиодах, предусмотренных на печатной плате. Введение в матрицу акрилатного материала производят предпочтительно в светонепроницаемой камере и затем его облучают ультрафиолетовым излучением через прозрачную часть 14 матрицы до тех пор,пока не будут получены сохраняющие форму линзы, которые можно удалить из матрицы. Таким образом, печатная плата с имеющимся акрилатом затем может подвергаться дальнейшему этапу обработки или может проводиться дополнительное отверждение акрилата под воздействием ультрафиолетового излучения вне матрицы. На фиг. 6 показан вид в перспективе матрицы, которая аналогична матрице 5 и которая приспособлена для одновременного изготовления нескольких светодиодных осветительных элементов и снабжена для этой цели ячейками 12 а-12g. На фиг. 7-10 показаны разнообразные варианты выполнения линз согласно изобретению, причем первая часть 20b линзы сформирована описанным выше способом, указанная первая часть 20b линзы размещена на светодиоде 19, предусмотренном на печатной плате 18, а вторая часть 20 а линзы изготовлена в отдельной матрице или отдельной части матрицы. Первую и вторую сформированные части линзы в еще не полностью отвержденном состоянии подгоняют вплотную друг к другу, в результате чего они слипаются между собой. Впоследствии проводят окончательное отверждение при дополнительном воздействии ультрафиолетового излучения. Для изготовления линзы в соответствии с вариантами осуществления изобретения, представленными на фиг. 7-10, также может использоваться альтернативный способ, при этом гибкая часть 14 матрицы может отсоединяться и состоять из нескольких частей. На фиг. 11 показана полностью жесткая матрица, предпочтительно сформированная из кварцевого стекла, состоящая из первой части 21 матрицы и второй части 22 матрицы, причем обе части матрицы снабжены отверстиями 23 для центрирующих штифтов, обеспечивающих взаимное выравнивание частей матрицы. Кварцевое стекло является предпочтительным, так как превосходно пропускает ультрафиолетовое излучение. Первая часть 21 матрицы снабжена углублением 21 а для печатной платы, а вторая часть 22 матрицы содержит углубления 26 для формирования линз. Углубления 26 могут быть заполнены акрилатным материалом через соответствующее заполняющее отверстие 24 и вертикальную трубку 25. Матрица снабжена ячейками 21a-21g, которые вмещают несколько печатных плат со светодиодами. На фиг. 13 показана блок-схема выполнения способа изготовления линзы согласно настоящему изобретению. На этапе 27 показана загрузка печатной платы, которая на этапе 28 подвергается плазменной очистке. На этапе 29 печатную плату помещают в матрицу, примером которой являются матрицы,показанные на фиг. 5, 6, 11 или 12, после чего на этапе 30 наносят первый слой материала, например фосфоросодержащий слой, как показано на фиг. 3. На следующем этапе 31 первый слой материала подвергают отверждению и затем на этапе 32 наносят второй слой материала, в частности наносят акрилатный материал, как показано на фиг. 4. Способ согласно настоящему изобретению может иметь особый признак, состоящий в том, что в акрилатный материал добавляют спеченный материал, в частности в виде шаровидных частиц, например, из титана, неодима или лантана. Диаметр частиц предпочтительно составляет около 20 мкм, и они имеют грани. Введение указанных частиц, например, в количестве от 0,1 до 0,2 г на 50 см 3 акрилатного материала приводит к улучшенной светоотдаче и, в частности, улучшает показатель преломления линзы. Обычно показатель преломления составляет от 1,5 до 1,6 и установлено,что благодаря введению шаровидных частиц согласно изобретению имеется возможность достичь показателя преломления, составляющего от 1,95 до 2,00. На следующем этапе 33 проводят первое отверждение акрилатного материала, подвергая матрицу с нанесенным слоем акрилата воздействию ультрафиолетового излучения до тех пор, пока не будет сформирована сохраняющая форму линза, которая на этапе 34 может быть извлечена из матрицы. После извлечения линзы матрица используется в очередной раз при помещении в нее на этапе 29 печатной платы для изготовления линзы. Тем временем на этапе 35 линза дополнительно отверждается под воздействием ультрафиолетового излучения или при применении другого подходящего способа отверждения. После проведения дальнейшей обработки наэтапе 36 полученный таким образом конечный продукт затем транспортируется для установки на этапе 37, например, в осветительной арматуре или в других осветительных блоках. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ изготовления линзы (4) для установки на светодиоде (7), размещенном на печатной плате(2, 6), содержащий этапы, на которых обеспечивают жидкий основной акрилатный материал (9), отверждаемый под воздействием ультрафиолетового (UV) излучения и являющийся прозрачным после отверждения; обеспечивают матрицу (14), форма которой соответствует форме изготавливаемой линзы (4); причем указанную матрицу (14) изготавливают из материала, который является, по существу, прозрачным для ультрафиолетового излучения; размещают печатную плату (2, 6) со светодиодом (7) в углублении (12) матрицы; после размещения печатной платы (2, 6) в углублении матрицы вводят основной акрилатный материал (9) в матрицу (14); облучают матрицу (14) ультрафиолетовым излучением для отверждения основного акрилатного материала (9); открывают матрицу (14) и извлекают из матрицы (14) полученную линзу (4). 2. Способ по п.1, в котором дополнительно наносят фосфоросодержащий слой (8) на печатную плату (2, 6) до ввода основного акрилатного материала (9) в матрицу (14). 3. Способ по п.1 или 2, в котором добавляют в основной акрилатный материал (9) перед его отверждением спеченный материал, такой как шаровидные частицы с гранями, например, из титана, неодима или лантана. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором дополнительно накладывают на еще не полностью отвержденную линзу (20b), сформированную на светодиоде (7) и извлеченную из матрицы (14), вторую еще не полностью отвержденную линзу (20 а), сформированную из основного акрилатного материала (9); и отверждают собранную таким образом линзу (20 а, 20b) при дополнительном воздействии ультрафиолетового излучения. 5. Способ по любому из пп.1-4, в котором при изготовлении матрицы (14) из материала, по существу, прозрачного для ультрафиолетового излучения по меньшей мере одну часть матрицы (14) изготавли-3 019225 вают из силиконового каучука или хрустального стекла. 6. Способ по любому из пп.1-5, характеризующийся тем, что в одной матрице (14) одновременно изготавливают несколько линз (4) для ряда конечных продуктов, таких как светодиодные осветительные элементы (1). 7. Способ по любому из пп.1-6, в котором дополнительно устанавливают линзу (4) на светодиоде(7), размещенном на печатной плате (2, 6). 8. Способ по п.7, в котором до нанесения акрилатного материала (9) на светодиод (7) наносят фосфоросодержащий слой (8), а затем устанавливают на светодиоде (7) линзу (4). 9. Светодиодный осветительный элемент (1), содержащий печатную плату со светодиодом (7) и линзу (4), изготовленную способом по любому из пп.1-8. 10. Матрица (14) для использования в способе по любому из пп.1-8, содержащая первую или нижнюю часть (10, 21) матрицы и по меньшей мере одну вторую или верхнюю часть (13, 14, 22) матрицы,причем указанная первая или нижняя часть (10, 21) матрицы содержит углубление (12, 21 а) для печатной платы, а указанная по меньшей мере одна вторая или верхняя часть (13, 14, 22) матрицы содержит углубления (17, 26) для формирования линз. 11. Матрица по п.10, в которой указанная по меньшей мере одна вторая или верхняя часть (13, 14,22) матрицы снабжена загрузочным отверстием (15, 24) и вертикальным каналом (16, 25). 12. Матрица по п.10 или 11, характеризующаяся тем, что содержит несколько ячеек (12 а-12g; 21a21g) для размещения нескольких печатных плат со светодиодами.