｜先進LED封裝之螢光粉塗佈技術

摘要：白光LED儼然成為下世代照明的主流，世界各國除了持續追求發光效率之理論極限外，次世代LED照明需求已逐漸趨向高值化，為此美國能源局（DOE）更明訂2015年起LED燈具空間色偏＜ ±100 K，色差＜2 SDCM （standard deviation of color matching）。由於傳統螢光粉點膠法空間色偏大（> ±1000 K）、批量色差大（>7 SDCM）、螢光粉沉降等問題，本研究擬以超低色偏之大面積螢光貼片整合LED封裝製程的創新構想，達成低空間色偏（< ±100 K）、低成本（< 30 %）、低色差（＜2 SDCM）的產品開發，優於美國DOE 2015年之需求，將有助於台灣封裝技術的提升，本研究先期研究將開發尺寸5 cm5 cm，空間色偏< ±250 K之螢光貼片以驗證未來開發之可行性。。

Abstract: White light LED is almost becoming the main stream in the next generation of solid-state lighting. Not only to pursuing to reach the theoretical limit of light extraction efficiency worldwide, the next generation of LED lighting is transforming to meet high-end purposes. Thus the US Department of Energy (DOE) established clearly the spatial color deviation to be less than ±100K, the SDCM (standard deviation of color matching) less than 2 in luminaire designs since 2015. The conventional phosphor dispensing suffers from several issues, such as large spatial color deviation larger than ±1000 K, color deviation in batch runs larger than 7 SDCM, phosphor precipitate, etc. This study plans to integrate the large-area phosphor sheet with traditional LED packing innovatively to achieve ultra-low spatial color deviation (±100K), low cost (reduction by 30 %), low color deviation (2 SDCM), which is superior to the DOE requirement in 2015 and to help promote LED packaging in Taiwan. In the preliminary stage, we will develop phosphor sheets with a size of 5 cm5 cm and spatial color deviation less than +/-250 K to verify the feasibility of mass production in the near feature.

關鍵詞：白光LED、螢光片、空間色偏

Keywords：White light LED, Phosphor sheet, Spatial color deviation

前言
1.1 國內發展狀況:
1.1.1 空間色偏問題亟待解決
在目前LED螢光粉塗佈製程技術中，螢光粉多半須在封裝端才能進行塗佈；換句話說，晶片需要被固定於支架上才能做螢光粉塗佈。且由於LED垂直角度之藍光光程較短通過螢光層之路徑不等長，以至於傳統的點膠式螢光粉塗佈方式會造成LED封裝後成品在空間上產生色偏（>±1000K），而需要二次光學元件進行補償。這種色偏狀況就無法達成同一平面上之均勻照度，並造成黃暈等問題。此外，螢光粉沉降問題而導致燈具產品色差偏差大，封裝良率下降，而成為導入歐美市場之技術障礙。2012年美國能源局更宣示到2015年的具體目標包括每年增加2倍的LED產能，每2~3年減少50 %的裝配成本，並改善色差控制從7 SDCM至2 SDCM，相當於色差由±800 K降至±100 K，而美國環保署2015年要求LED燈具須達到空間色偏低於±100K才能符合能源之星之認證[1-5]。

1.1.2 大面積螢光粉塗佈技術可望再提升光學性能與製程速度
利用發光二極體來製作白光LED，必須使用混光技術才能達成獲得白光的目的，目前各種可行的光色組合技術中，利用螢光粉材料來進行光色混合為目前最快速、最節省成本的方法，乃利用波長450 nm~460 nm的藍光晶片進行激發轉換成白光。而目前螢光塗佈主要分為4種：Dispersion、Conformal Coating （Package level）、Conformal Coating （Chip only）、Remote Phosphor，如圖1所示，傳統螢光粉點膠方式以Dispersion為主，此方法因藍光晶片發光光線後通過激發螢光粉的行徑路徑長短不同會造成黃暈的現象，LED雖然具有省電、發光效率高與不易破損等優點，但在某些角度會出現高色溫的光束。這樣的色偏狀況平均約介於1000 K至2500 K之間，即使是研究文獻的最佳紀錄也僅200 K左右，與一般日光燈管相幾乎無色偏相較，還有很大差距。本研究改良的封裝技術，可以大幅降低LED的空間色偏，色溫5000 K的LED空間色偏可低於±100 K[6-9]。