[发明专利]一种蓝宝石表面阵列微结构加工装置和方法

说明书

本发明涉及一种蓝宝石表面阵列微结构加工装置和方法，加工装置包括夹具；夹具一侧设有磨轮；磨轮圆周侧壁设有金刚石压头；磨轮每旋转一周金刚石压头在蓝宝石工件上磨削一次并形成一个微观槽；金刚石压头随着夹具的平移在蓝宝石工件不同部位磨削并形成由多个微观槽依次拼接而成的条形槽，且相邻的两个微观槽之间有重叠；金刚石压头的磨削方向包括互相垂直的第一方向和第二方向，第一方向和第二方向上分别包含并排布置的多个第一方向条形槽和多个第二方向条形槽；多个第一方向条形槽和多个第二方向条形槽相交错在蓝宝石工件表面形成曲面光滑的阵列微结构。能够限制发生脆性崩裂或裂纹的产生与扩展，降低了光线的全反射，提高了出光效率。

技术领域

本发明属于蓝宝石加工技术领域，具体涉及一种蓝宝石表面阵列微结构加工装置和方法。

背景技术

蓝宝石在很多领域被大量用作衬底材料，如光学器件LED、芯片、超导纳米结构薄膜等。为了提高其在光电领域应用中的出光效率，现有技术主要通过刻蚀的方法在蓝宝石表面制备出阵列微结构形貌，刻蚀得到的蓝宝石阵列微结构作为衬底能够改变光线的传播方向，降低内部全反射，从而提高出光效率，节约能源的消耗。但目前未发现采用机械加工的方法来磨削加工蓝宝石的表面，从而得到理想的蓝宝石阵列微结构形貌作为衬底来提高LED的出光效率。

现今的技术中蓝宝石元件加工主要是通过使用磨削、研磨、抛光的工艺链手法，由于蓝宝石的硬度高，仅次于金刚石，且蓝宝石是属于典型的硬脆性材料，实现高效低损伤加工成为其应用发展的障碍，对其机械加工后获得理想的形貌极其困难，加工时容易产生脆性崩裂和裂纹。研磨和抛光后，蓝宝石表面的划痕较重、精度较差，用于提高LED的出光效率不够理想。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之一是：提供一种蓝宝石表面阵列微结构加工装置，能够在蓝宝石表面加工出曲面光滑的微观阵列排布的形貌，避免加工过程发生材料脆性崩碎，降低光线在蓝宝石的全反射，提高出光效率。

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之二是：提供一种蓝宝石表面阵列微结构加工方法，能够在蓝宝石表面加工出曲面光滑的微观阵列排布的形貌，加工过程能够避免发生材料脆性崩碎，降低光线在蓝宝石的全反射，提高出光效率。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种蓝宝石表面阵列微结构加工装置，包括用于固定蓝宝石工件的夹具、第一驱动装置、第二驱动装置和控制装置；

夹具一侧设有磨轮；

磨轮圆周侧壁设有金刚石压头；

第一驱动装置用于旋转磨轮，以使磨轮每旋转一周金刚石压头在蓝宝石工件上磨削一次并形成一个微观槽；

第二驱动装置用于匀速直线平移夹具，以使金刚石压头随着夹具的平移在蓝宝石工件不同部位磨削并形成由多个微观槽依次拼接而成的条形槽，且相邻的两个微观槽之间有重叠；其中，金刚石压头在蓝宝石工件上的磨削方向包括互相垂直的第一方向和第二方向，第一方向和第二方向上分别包含并排布置的多个第一方向条形槽和并排布置的多个第二方向条形槽；多个第一方向条形槽和多个第二方向条形槽相交错在蓝宝石工件表面形成阵列微结构；

控制装置用于控制第一驱动装置和第二驱动装置动作。

进一步，夹具一侧设有加热装置，加热装置用于加热蓝宝石工件。

进一步，加热装置为激光加热平台。

进一步，夹具上设有压力传感器，压力传感器连接于控制装置，用于检测金刚石压头的磨削力。

进一步，磨轮一侧设有位移传感器，位移传感器连接于控制装置，用于检测金刚石压头的磨削深度。

进一步，金刚石压头为四棱锥形，压头的尖顶角为78.5o，压头尖端的圆弧半径为1μm。