螢光粉封裝技術介紹

圖 1. 16 量子效率示意圖 (a) LED 與(b)螢光粉  

1.5 螢光粉封裝技術介紹

近來固態照明所用之 LED 封裝技術百家爭鳴，截至目前為止，

白光 LED 發光效率仍以單一晶片激發螢光粉之封裝方式為最佳。目 前一般做法乃將螢光粉與環氧樹脂或矽膠以一定比例攪拌均勻，再將

其塗布於晶片上。故螢光粉塗布技術亦相當重要，如何使螢光粉均勻 覆蓋於晶片四周為一重要且熱門之課題。由封裝相關經驗可發現螢光 粉覆蓋之均勻度將影響不同視角所見之發光強度，以下將介紹幾種螢 光粉塗布技術。

1.5.1 刮刀法

現行螢光粉塗布技術最常見之方式首推刀刮法。此一方法將螢光 粉與環氧樹酯之混合物塗布於晶片表層，再以刮刀將此螢光粉混合物 刮平於晶片表面，如圖所示：

圖1. 17 螢光粉塗布技術-刮刀法

此方法之優點為利於塗布大面積範圍之發光元件，但因晶片導角 (Conformal)部分無法均勻塗布。故由藍光激發 YAG 螢光粉形成白光 之例，導角部分之光較偏藍白色，乃因導角螢光粉塗布不均勻之關 係。且此一方法無法有效應用於不規則表面之塗布。 

1.5.2 噴塗法

鑑於改善塗布於不規則表面之情形，係可利用噴塗之方法。首先 將螢光粉與高分子材料混合(標號 11)，再利用外力(例如：高壓氣體、

壓電活塞等方式) (標號 17)，將其噴灑於發光二極體或發光二極體元 件上(標號 16)，如圖 1.2.2 所示。此方法之優點為適用各種形狀之發 光二極體或發光二極體元件，亦能控制螢光層均勻塗布或不同厚度塗 布於元件之表面。

圖1. 18 螢光粉塗布技術-噴塗法

1.5.3 電泳法

鑑於刮刀法無法有效解決導角部分塗布問題，故 Lumileds 公司 於 2001 年 6 月 11 日提出利用電泳法將螢光粉均勻覆蓋於 LED 之專 利，此專利於 2003 年 6 月 10 日獲准(專利號碼：US 6,576,488)。⁵⁵ 圖 1.3 所示為傳統將螢光粉與環氧樹脂或矽膠混合塗布於 LED 晶片 之示意圖，圖 1.4 為 Lumileds 公司以電泳法將螢光粉塗布於 LED 晶 片之示意圖：

  圖 1. 19 螢光粉塗布技術-電泳法⁵⁵ 

以電泳法將螢光粉塗布於 LED 晶粒(chip)之製作流程如下(如圖 1.4 所示)，layer28 稱之為 submount，先於表層成長一絕緣層(layer 60)，如 AlnOm、SiOx、Si3N4等，再成長一層Ag 或 Al 之導電層(layer 62)，並以金屬塊(layer 52)附著於此導電層表面用以導通 submount 並 附上 LED 晶片，並於同層其他位置成長一層絕緣層(layer 66)，並留 下窗口用以導通並塗布光阻層(layer 70)以避免螢光粉沉積於此區 域，最後將LED 晶粒與之相互結合並置於溶液中，且於 submount 與 溶液施加偏壓，於不同偏壓所形成電場使溶液中之螢光粉沉積至LED 晶粒表面。若 LED 晶粒不導電，則須先以同樣方法先成長一層導電 之材料，再將欲不沉積螢光粉之區域覆上光阻即可，此後之流程與 LED 晶粒導電步驟流程相同。如此即可將螢光粉均勻塗布於 LED 晶 粒上。

1.5.4 螢光粉塗布技術之展望

鑑於上節之幾種封裝技術，刮刀法之優點乃於塗布大範圍面積，

且設備簡易塗布方便，整體成本較低。但日益著重發光品質之同時，

如何以低成本造就高品質發光均勻度，為此方法之重要挑戰。噴塗法 可用於不規則之表面，亦擁有螢光粉層塗布均勻之特性。但此方法對

於螢光粉之消耗量較一般技術大，且準確控制螢光粉層之厚度有其挑 戰性。電泳法具有前兩者之優點，但此方法已是 Lumileds 公司之專 利，牽涉專利侵權問題，且尚有兩點須提出質疑。其一，欲讓螢光粉 能均勻懸浮於溶液中為一挑戰，其二，使用此方法能獲得良好發光之 光均勻性前提為晶片所發出之光亦須均勻，簡而言之，即於不同角度 之發光強度須均等。故可歸納出欲發展新型塗布技術所須注意之細 節。(一) 如何於非大範圍面積塗布均勻螢光粉層、(二) 如何克服晶 片導角問題，使發光更具均勻性、(三) 如何同時調控不同影響發光 之因子，使達最佳之發光效益。