眾多優(yōu)勢(shì)說(shuō)明lsr（液態(tài)硅橡膠）在光學(xué)應(yīng)用中具有巨大的潛力。除了光學(xué)質(zhì)量外，還必須提及其高靈活性和可調(diào)節(jié)規(guī)格。此外，該材料化學(xué)穩(wěn)定性高，對(duì)光照和自然紫外線輻射不敏感， 并且可在–60°C至+250°C的溫度范圍內(nèi)使用。通過(guò)對(duì)LED電路板進(jìn)行包覆成型，還可一步完成電子元件的密封和光學(xué)透鏡的安裝。但是，被污染后難以清潔的敏感的粘性表面是LSR部件的一大缺點(diǎn)。因此，LSR在生產(chǎn)過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)特殊處理才能確保穩(wěn)定的工藝并避免產(chǎn)生殘次品。這也為L(zhǎng)SR部件和組件帶來(lái)了非密封環(huán)境中的新應(yīng)用。

圖 測(cè)試板一半經(jīng)過(guò)真空紫外（VUV）處理，一半被覆蓋。之后，將標(biāo)準(zhǔn)的灰塵均勻地灑在板上，然后在直立狀態(tài)進(jìn)行敲擊（一次）?；覊m附著在未處理的區(qū)域，處理過(guò)的區(qū)域的灰塵則掉落在地上 ?Wilhelm Weber

為了打破這些限制，Wilhelm Weber GmbH & Co. KG公司與弗勞恩霍夫生產(chǎn)技術(shù)和應(yīng)用材料研究所（IFAM）共同啟動(dòng)了一項(xiàng)國(guó)家資助的ZIM項(xiàng)目（中小企業(yè)核心創(chuàng)新計(jì)劃）。目標(biāo)是開發(fā)并實(shí)施不含化學(xué)成分的表面改性（注冊(cè)商標(biāo)：OpSiLight）。Wilhelm Weber在近15年的時(shí)間里一直走在LSR光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的前沿。其最新的產(chǎn)品是近期用于Matrix矩陣式LED大燈的LSR Optics。

預(yù)計(jì)持續(xù)到2021年9月30日的研究項(xiàng)目對(duì)該工藝的總體原理以及折射角、反射系數(shù)潛在變化的最新結(jié)果和微裂紋的影響進(jìn)行了研究，此外還對(duì)紫外處理的幾何效應(yīng)（例如翹曲）、已處理組件的長(zhǎng)期行為以及回火工藝對(duì)該工藝的影響進(jìn)行了后續(xù)研究，同時(shí)還對(duì)有關(guān)部件形狀和工藝參數(shù)的潛力和局限性進(jìn)行了討論并提出了代表性樣本。

表面改性帶來(lái)了新的LSR應(yīng)用

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)LSR部件而言，這種表面改性可以通過(guò)高能紫外光子來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，對(duì)于LSR光學(xué)部件而言，該處理方式對(duì)光學(xué)和幾何特性的影響尚不明確。紫外光照射的效果是什么？為了達(dá)到預(yù)期效果，表面用最大200nm、通常185nm（圖1）或172nm的光進(jìn)行照射。光子具有足夠的能量使表層硅分子中的鍵斷裂。改性樣本選用了直徑為32mm的小型LSR透鏡。為了驗(yàn)證改性對(duì)表面質(zhì)量的影響，用一個(gè)具有腐蝕表面（VDI 24，1.60μm Ra）的模具和一個(gè)具有高拋光表面的模具生產(chǎn)了兩個(gè)部件并進(jìn)行了評(píng)估。由于成型效果較好，拋光后的模具制造出了完全透明的部件，而第一種模具則制造出了略微不透明的部件。通過(guò)對(duì)改性部件表面進(jìn)行XPS分析（X射線光電子能譜），證明了分子結(jié)構(gòu)中的氧濃度增加了一倍以上，而碳濃度則降低了10倍。結(jié)果表明，表層的大多數(shù)分子被改性。

圖1 表面改性用185nm的低壓汞燈進(jìn)行照射 ?Fraunhofer IFAM

通過(guò)將周圍大氣中的氧自由基綁定到硅分子碎片上，玻璃狀表面被生成。微米范圍內(nèi)的層厚均可通過(guò)所施加的輻射的劑量和波長(zhǎng)來(lái)改變。整個(gè)過(guò)程可以在標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境或減氧環(huán)境中進(jìn)行而無(wú)需其他化學(xué)品的輔助，但是必須確保整個(gè)改性表面在輻射的可達(dá)范圍內(nèi)，因?yàn)樵摴に囃ㄟ^(guò)輻射誘導(dǎo)。由于工藝窗口相當(dāng)大，因此復(fù)雜的形狀甚至是略有陰影的區(qū)域都可適用。光學(xué)質(zhì)量不受影響最初的實(shí)驗(yàn)表明，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試中的聚酰胺纖維粉塵樣本可以通過(guò)壓縮空氣輕松地從已處理樣品上吹走，而未處理樣品則可以清潔干凈。此外，對(duì)透射和反射的詳細(xì)測(cè)量并未發(fā)現(xiàn)已處理和未處理材料之間的任何差異。但是，表面可能出現(xiàn)的細(xì)小微裂紋可能是性能改變的原因。通過(guò)工藝參數(shù)的合理選擇可以盡量減少甚至避免產(chǎn)生這些微裂紋。為了評(píng)估該工藝，對(duì)3mm厚的LSR透鏡（型號(hào)：Silastic MS-1002；制造商：陶氏化學(xué)公司）進(jìn)行了處理，輻射時(shí)間和表面都發(fā)生了改變。光譜透射圖（圖2）表明，波長(zhǎng)大于450nm時(shí)，透射率完全不受影響，波長(zhǎng)小于450nm時(shí)，透射率略有降低，但幾乎不會(huì)影響任何應(yīng)用。

圖2 通過(guò)3mm厚的LSR透鏡測(cè)量上述處理對(duì)光譜透射的影響。波長(zhǎng)大于 450nm時(shí)，未產(chǎn)生任何影響；波長(zhǎng)小于450 nm時(shí)，透射率略有降低，但大多數(shù)應(yīng)用都不會(huì)受到影響（來(lái)源：Wilhelm Weber，圖：?Hanser）

在LED電路板上的首次成功應(yīng)用

用高能VUV輻射（真空紫外）進(jìn)行表面處理的優(yōu)勢(shì)在一些測(cè)試序列中得到了展示。作為實(shí)例之一，設(shè)有98個(gè)LED的LED電路板（標(biāo)題圖）由含有組合密封件的光學(xué)元件包覆成型（圖3），一半被覆蓋并用紫外光照射。經(jīng)過(guò)處理之后，將標(biāo)準(zhǔn)灰塵（此處由0.3mm長(zhǎng)的聚酰胺纖維組成）灑在表面。然后，晃動(dòng)部件并用壓縮空氣將纖維吹走。結(jié)果，灰塵粘附在未處理的表面并且無(wú)法清除，而處理過(guò)的表面沒有灰塵（圖4）。從板上掉落的灰塵數(shù)量也表明了實(shí)際有多少灰塵粘附在表面。此外，表面觸感也得到了改善。

圖3 用于生產(chǎn)改性測(cè)試板的模具 ? Wilhelm Weber

圖4 樣品板已處理（左）和未處理（右）區(qū)域去除灰塵后的細(xì)節(jié)比較 ?Fraunhofer IFAM

除此之外，平均強(qiáng)度、標(biāo)準(zhǔn)偏差以及可能的色偏等光學(xué)參數(shù)都經(jīng)過(guò)了評(píng)估。從中可以看出，已處理區(qū)域（32.8x2.9 AE）和未處理區(qū)域（31.9x2.0 AE）的強(qiáng)度相同。而且，記錄的強(qiáng)度圖形和測(cè)試板的直接圖像在光線分布、輻射角度和光譜分布方面并未表現(xiàn)出任何差異。

VUV處理的其他優(yōu)勢(shì)

最新生成的LSR玻璃狀表面對(duì)灰塵的敏感性降低。此外，在后續(xù)工藝步驟中也可進(jìn)行包覆成型或粘合。VUV處理的其他優(yōu)勢(shì)包括：

◆長(zhǎng)期測(cè)試周期（>18個(gè)月）表明，改性長(zhǎng)期穩(wěn)定；

◆改性能夠抵抗氣候變化、耐高溫、浸泡在水中、耐化學(xué)品等；

◆可通過(guò)傳統(tǒng)方法粘合到基材上（例如：環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂和膠帶），整體表面能顯著增強(qiáng)；

◆可通過(guò)剛處理的LSR與玻璃自由粘接；

◆玻璃狀表面具有絲綢般的舒適觸感；

◆處理過(guò)的表面具有很高的生物相容性。

表面改性還提升了表面硬度。納米硬度和彈性模量用納米壓痕儀進(jìn)行測(cè)量。硬度根據(jù)測(cè)量端的穿透度進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果表明，靠近表面的層的硬度和剛度得到了顯著提升。在接觸深度>20mm時(shí)，該值將增加100倍以上，這也是目前已公布的最高值。

展望：尋求合作伙伴

近期， 該工藝窗口經(jīng)過(guò)了精確評(píng)估。同時(shí)，還通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真模擬了特定部件的完美工藝參數(shù)和輻射分布。該工藝已為正式運(yùn)行做好了充分準(zhǔn)備，而Weber也正在尋找可從這些優(yōu)勢(shì)中受益的實(shí)踐項(xiàng)目和應(yīng)用合作伙伴。