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| DC 欄位 | 值 | 語言 |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | 林清富 (Ching-Fuh Lin) | |
| dc.contributor.author | Jia-Rong Tsai | en |
| dc.contributor.author | 蔡佳融 | zh_TW |
| dc.date.accessioned | 2021-07-11T15:20:42Z | - |
| dc.date.available | 2025-08-26 | |
| dc.date.copyright | 2020-09-23 | |
| dc.date.issued | 2020 | |
| dc.date.submitted | 2020-08-20 | |
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| dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/78806 | - |
| dc.description.abstract | 現今白光LED之螢光粉最為普遍的是以稀土材料作為原料來製作,但是開採稀土材料的過程,對於環境保育以及人類健康有相當大的傷害與負面影響。因此,我們希望能研發無稀土且高效率的螢光材料,以成為世人們科學研究與改進的目標。 本論文研究之第一部份,為使用有機染料Coumarin 6作為發光主體,其為無稀土材料且不含重金屬元素,很適合拿來製作我們的螢光粉,此外,我們在篩選有機染料會以高量子效率以及色彩飽和度高為標準來挑選,我們將Coumarin 6有機染料溶於其適合之溶劑後,使溶液在藍光LED激發下能激發出綠色之放光。接者再將我們的綠色溶液添加沉膜聚合物PVP,使其將有機染料分子包覆,並將配置好之螢光溶液放入真空腔體加熱乾燥並研磨成螢光粉。 第二部份,由於上述的螢光溶液在進行黃光微影製程時,我們的螢光膜會被顯影液所溶解掉,使得螢光陣列難以製作,因此,我們決定更換我們的成膜聚合物,改為使用PVB作為我們的成膜聚合物(此為本實驗室之黃容寬同學首先提出),來測試其適不適合製作我們的螢光膜,首先,我們一樣先測試出適合與PVB搭配之溶劑並使其能達到較高的量子效率後,再測試實際將螢光溶液旋塗於玻璃基板上之情形,以測試是否適合用來製作我們的螢光陣列。 最後章節中,我們提出以高效率無稀土螢光溶液來製作綠色微米螢光陣列,可應用在微發二極體上。雖然微發二極體仍有轉移良率的困難有待突破,但我們所提出的做法可將螢光膜旋塗沉膜於基板上再經黃光微影及兩道反應離子蝕刻,即可得到綠色微米螢光陣列。我們的螢光膜優勢在於,不須考慮巨量轉移之轉移良率等問題,且光學顯微鏡觀察出於我們的陣列圖形區域有藍光光源激發可看出長方形綠光的激發光產生,因此對於作為微米發光二極體之轉換層是相當具有不錯的研發前景。 關鍵詞:無稀土、有機染料、白光LED、成膜聚合物、微發光二極體 | zh_TW |
| dc.description.abstract | Nowadays, rare earth materials are widely used as raw materials for white LED phosphors. However, the process of mining rare earth materials has a considerable harm and negative impact on environmental protection and human health. Therefore, we hope to develop rare earth free and efficient fluorescent materials, so as to become the goal of scientific research and improvement. In the first part of this thesis , we use the organic dye Coumarin 6 as the main body of luminescence, which is non rare-earth material and does not contain heavy metal elements, which is very suitable for making our phosphors. In addition, we will select organic dyes based on high quantum efficiency and high color saturation After the organic dye is dissolved in its suitable solvent, the solution can be excited to emit green light under the excitation of blue LED. Then, PVP is added to our green solution to coat the organic dye molecules, and the prepared fluorescent solution is heated and dried in a vacuum chamber and ground into fluorescent powder. In the second part, because the fluorescent film of the above-mentioned fluorescent solution will be dissolved by the resist developer, which makes it is difficult to make the fluorescence array. Therefore, we decided to replace our film-forming polymer and use PVB as our film-forming polymer to test whether it is suitable for making our fluorescent film(This was first proposed by Rong-kuan Huang from the laboratory). First of all, we will test it after the solvent matched with PVB can achieve high quantum efficiency. Then test the actual spin coating of fluorescent solution on the glass substrate to test whether it is suitable for making our fluorescence array. In the last chapter, we propose to use high efficiency rare-earth-free fluorescent solution to make green micro fluorescent array, which can be applied to micro LED. Although there is still some difficulties for the transfer yield of micro LED to be broken, our proposed method can spin coating the fluorescent film on the substrate, and then photo lithography and two reaction ion etching can obtain green micron fluorescence array. The advantage of our fluorescent film is that it does not need to consider the transfer yield and other issues of mass transfer and the blue light source can be used to generate the excitation light of rectangular green light in our array figure area. Therefore, it has a good research and development prospect for the conversion layer of micro LED. Key words: non-rare-earth-element, organic dye, white LED, film-forming polymer, micro LED | en |
| dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-07-11T15:20:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 U0001-1908202015241800.pdf: 4325930 bytes, checksum: a7d05df521c34382d75810e2dd1abd4e (MD5) Previous issue date: 2020 | en |
| dc.description.tableofcontents | 致謝 I 摘要 II Abstract IV 目錄 V 圖目錄 IX 表目錄 XIV 第1章 緒論 1 1.1 照明光源之發展歷史與其未來趨勢 1 1.1.1 熱輻射發光 2 1.1.2 氣體激發輻射放光 3 1.1.3 固態場效放光 4 1.2 白光LED種類介紹 5 1.2.1 藍光、綠光和紅光LED晶片 (多晶片型) 6 1.2.2 藍光LED晶片+黃光螢光粉 (單晶片型) 6 1.2.3 藍光LED晶片+黃光(綠光)及紅光螢光粉 (單晶片型) 7 1.2.4 紫外光LED晶片+藍光、綠光和紅光螢光粉 (單晶片型) 7 1.3 LED用螢光材料介紹 8 1.3.1 螢光與磷光 8 1.3.2 螢光粉與放光現象 9 1.3.2摻雜稀土型陶瓷材料螢光粉之激發與放光原理 12 1.4稀土螢光材料於白光 LED 發展之隱憂 13 1.5研究動機 15 第2章 實驗原理與製程設備介紹 16 2.1 固態發光材料之放光原理與特性 16 2.2 晶格場理論 (Crystal Field Theory) 17 2.3 有機發光染料之發光原理 18 2.4溶劑與溫度效應對於有機發光染料之影響 19 2.5濃度淬熄效應 (Concentration Quenching) 20 2.6 光源的光色特性 21 2.7 量子產率 (Quantum Yield) 24 第3章 研究製程系統介紹 27 3.1 電子槍蒸鍍系統 27 3.2 黃光微影系統 28 3.3 反應離子蝕刻系統 29 3.4 手套箱 30 第4章 有機螢光粉製作與量測 31 4.1 研究動機 32 4.2 實驗概念與設計 32 4.2.1 發光染料與溶劑選用 33 4.2.2 聚乙烯吡咯烷酮 (Polyvinylpyrrolidone,PVP) 材料簡介 33 4.3 PVP 34 4.3.1 綠色有機螢光染料 34 4.3.2 製作Coumarin 6螢光溶液 35 4.3.3 PVP搭配Coumarin 6之螢光溶液量子效率量測 36 4.3.4 Coumarin 6螢光粉製作 39 4.3.5 Coumarin 6螢光粉量子效率量測及光學特性 39 4.4 綠色有機螢光粉 42 4.4.1 PVB resin(Polyvinyl butyral resin)聚乙烯醇縮丁醛樹脂 42 4.4.2製作Coumarin 6螢光溶液 43 4.4.3 PVB搭配Coumarin 6之螢光溶液量子效率量測 44 4.4.4 PVB對於量子效率之影響 54 4.5 結論 55 第5章 Coumarin 6螢光薄膜製作 57 5.1 成膜聚合物之比較 58 5.1.1 實驗概念與設計 58 5.1.2 實驗步驟 58 5.1.2 PVP及PVB螢光薄膜比較 59 5.2 PVB螢光薄膜之測試與比較 60 5.2.1 PVB添加不同克數之黏度比較 60 5.2.2 PVB添加1克與1.2克之量子效率比較 62 5.2.3 PVB添加1克與1.2克之穿透、反射及吸收率比較 63 5.2.4 旋塗兩層PVB螢光溶液之測試與比較 65 5.3 結論 66 第6章 無稀土之微米螢光陣列製作 67 6.1 微米發光二極體背景及實驗動機 67 6.2微米螢光陣列製作 70 6.2.1微米螢光陣列之製作設計流程和實驗步驟 70 6.2.2以反應離子蝕刻來探討最佳蝕刻時間 73 6.2.3 60 x 20微米螢光陣列之製作 78 6.3結論 82 第7章 結論與未來展望 83 7.1 結論 83 7.2 未來展望 84 參考文獻 86 圖1.1 白熾燈泡放光光譜 [2] 2 圖1.2 螢光燈光譜分析圖[5] 3 圖 1.3發光二極體與傳統照明光源效率演進圖)[12] 4 圖 1.4全球封裝LED產值趨勢圖[13] 5 圖 1.5調配白光發光LED常見的混光方法[14] 5 圖 1.6藍光發光二極體晶片搭配黃光螢光粉架構及發光頻譜[18] 6 圖 1.7螢光與磷光之放光能階示意圖[21] 8 圖 1.8主體晶格與活化劑之發光示意圖 10 圖 1.9不同粒徑大小之量子點之光譜圖[29] 11 圖 1.10 YAG:Ce激發與放光之能階躍遷機制圖[35] 12 圖 1.11 YAG:Ce激發與放光光譜[36] 13 圖 1.12稀土元素的開採與提煉過程中造成環境嚴重破壞[37][38] 14 圖 1.13中國大陸與全球稀土元素開產量之比較圖表[39] 14 圖 2.1固態發光材料可能之躍遷路徑[40][41] 17 圖 2.2金屬離子 d 軌域及周圍配位基結構為八面體位置圖[44][45] 17 圖 2.3電子躍遷途徑示意圖[48] 18 圖 2.4常見的發色團與助色基團之官能基[49] 19 圖 2.5有機染料DCM2在不同溶劑時發光光譜變化[51] 20 圖 2.6 C540摻雜於Alq3中,隨著濃度提升其放光強度隨之減弱[53] 21 圖 2.7蒲朗克曲線於色度座標[55] 22 圖 2.8固態照明光源之標準色溫[56] 22 圖 2.9照明色溫數值與實際放光範例圖[57] 23 圖 2.10演色係數量測所使用的十四個表準顏色[58] 24 圖 2.11同個物體在不同演色性光源下所呈現之色澤外觀差異 [59] 24 圖 2.12螢光材料之吸收區域與放光區域示意圖[61] 25 圖 2.13積分球架構示意圖 25 圖 2.14樣品厚度過高時造成內損耗之示意圖 [62] 26 圖 3.1電子槍蒸鍍系統示意圖 27 圖 3.2黃光微影系統之機台外觀[63] 28 圖 3.3反應離子蝕刻系統示意圖 29 圖 3.4手套箱外觀 30 圖 4.1有機螢光粉實驗製作流程圖 33 圖 4.2 Coumarin 6結構式與原始染料外觀圖[68] 35 圖 4.3 Coumarin 6溶於甲醇之樣品激發前後外觀 36 圖 4.4 Coumarin 6溶於甲醇之少量樣品以藍光LED激發前後光譜圖 37 圖 4.5 Coumarin 6溶於甲醇之少量樣品以藍光LED激發之綠光光譜圖 37 圖 4.6 Coumarin 6溶於乙醇之少量樣品以藍光LED激發前後光譜圖 38 圖 4.7 Coumarin 6 加甲醇螢光粉以藍光LED激發前後光譜圖 40 圖 4.8 少量Coumarin 6加甲醇螢光粉以藍光LED激發實際外觀圖 41 圖 4.9 (左)Coumarin 6溶於甲醇之螢光粉實際樣品 41 圖 4.10 製備PVB化學反應式[70] 42 圖4.11 PVB共聚合物(長春石化有限公司) [70] 43 圖 4.12 PVB原始粉末外觀[71] 43 圖 4.13 Coumarin 6溶於二甲基亞碸之實際樣品激發前後圖 44 圖 4.14 Coumarin 6溶於乙醇、二氯甲烷、四氫呋喃及二甲基亞颯之色度座標 45 圖 4.15 Coumarin 6溶於二甲基亞碸之少量樣品以藍光LED激發前後光譜圖 45 圖 4.16 Coumarin 6溶於二甲基亞碸之少量樣品以藍光LED激發之綠光光譜 46 圖 4.17 Coumarin 6溶於二氯甲烷之少量樣品以藍光LED激發前後光譜圖 47 圖 4.18 Coumarin 6溶於二氯甲烷之少量樣品以藍光LED激發之綠光光譜圖 47 圖 4.19 Coumarin 6溶於二氯甲烷之實際樣品激發前後圖 48 圖 4.20 Coumarin 6溶於乙醇之實際樣品激發前後圖 48 圖 4.21 Coumarin 6溶於乙醇少量樣品以藍光LED激發前後光譜圖 49 圖 4.22 Coumarin 6溶於乙醇之少量樣品以藍光LED激發之綠光光譜 49 圖 4.23 Coumarin 6溶於四氫呋喃之實際樣品激發前後圖 50 圖 4.24 Coumarin 6溶於四氫呋喃以藍光LED激發前後實際光譜圖 51 圖 4.25 Coumarin 6溶於四氫呋喃少量樣品以藍光激發之綠光光譜圖 51 圖 4.26 Coumarin 6溶於甲醇實際樣品圖 52 圖 4.27 Coumarin 6溶於甲醇之少量樣品以藍光LED激發前後光譜圖 53 圖 4.28 Coumarin 6溶於甲醇加熱前及持續加熱後之放光光譜圖 53 圖 4.29 PVP溶於乙醇(未添加Coumarin 6)以藍光LED激發之光譜圖 54 圖 4.30 Coumarin 6溶於乙醇(未添加PVB)以藍光LED激發之光譜圖 54 圖 4.31 Coumarin 6溶於乙醇(有添加PVB)以藍光LED激發之光譜圖 55 圖 4.32 本章節不同溶劑之螢光溶液量子效率整理圖表 56 圖 5.1綠光螢光薄膜製作流程示意圖 58 圖 5.2 Coumarin 6及PVP溶於甲醇之螢光溶液旋塗後之實際樣品圖 59 圖 5.3 Coumarin 6及PVB溶於乙醇之螢光溶液旋塗後之實際樣品圖 59 圖 5.4 固定旋塗轉速之螢光薄膜實際外觀圖 60 圖 5.5固定旋塗轉速之螢光薄膜實際外觀圖 61 圖 5.6(左)為PVB使用1g之螢光膜厚度(右)為PVB使用1.2g之螢光膜厚度 61 圖 5.7 (左)為PVB使用1.5g之螢光膜厚度(其螢光膜與玻璃已分離,圖中僅有螢光膜)(右)為PVB使用2g之螢光膜厚度 61 圖 5.8 Coumarin 6 及PVB 1.2克溶於乙醇之螢光薄膜以藍光LED激發前後光譜圖 62 圖 5.9 Coumarin 6 及PVB 1克溶於乙醇之螢光薄膜以藍光LED激發前後光譜圖 63 圖5.10 PVB添加 1克時之螢光薄膜穿透、反射、吸收率比較圖 64 圖 5.11 PVB 1.2克下之螢光薄膜穿透反射吸收比較圖 64 圖 5.12 旋塗兩層螢光溶液之螢光薄膜 65 圖 5.13雙層螢光膜之穿透、反射、吸收率圖 65 圖 6.1 Chip bonding示意圖[72] 68 圖 6.2 Wafer bonding示意圖[73] 68 圖 6.3 Thin film transfer示意圖[74] 69 圖 6.4 空的玻璃基板 71 圖 6.5 旋塗綠色螢光溶液於玻璃基鈑 71 圖 6.6於綠色螢光膜表面鍍上200nm之SiO2 71 圖 6.7接續圖6.6在SiO2表面旋塗正光阻s1813 72 圖 6.8進行曝光顯影後去除不必要之光阻 72 圖 6.9進行反應離子蝕刻以CHF3及SF6蝕刻掉不必要之SiO2 72 圖 6.10接續圖6.9以O2蝕刻陣列上方殘留光阻及不必要之螢光膜 73 圖 6.11以載玻片阻擋樣品左半部蝕刻之示意圖 74 圖 6.12使用O2對螢光膜進行反應式離子蝕刻,蝕刻時間(左)5分鐘(右)10分鐘 75 圖 6.13使用O2對螢光膜進行反應式離子蝕刻,蝕刻時間(左)15分鐘(右)20分鐘 75 圖 6.14使用O2對螢光膜進行反應式離子蝕刻,蝕刻時間(左)30分鐘(右)35分鐘 75 圖 6.15使用O2對螢光膜進行反應式離子蝕刻,蝕刻時間37分鐘 76 圖 6.16蝕刻掉SiO2 後蝕刻螢光膜剖面圖 77 圖 6.17 (左)為未鍍上SiO2直接曝光顯影之螢光陣列圖 78 圖 6.18 (左)為未鍍上SiO2直接曝光顯影之螢光陣列實際樣品圖 78 圖 6.19 (左)為蝕刻後之螢光陣列 79 圖 6.20顯影時間10秒之螢光陣列剖面圖 79 圖 6.21(左)為以藍光LED從上方激發螢光陣列 80 圖 6.22顯影時間為12秒之螢光陣列剖面圖 81 圖 6.23 螢光陣列細微結構剖面圖 81 圖 7.1(左)沒有遮光層之樣品(右)有遮光層之樣品 85 表 2 1幾種芳香族碳氫化合物結構與最大吸收波長 19 表 2 2不同溫度下對螢光材料之量子產率變化 20 表 6 1使用O2對螢光膜進行反應式離子蝕刻時間比較圖 76 | |
| dc.language.iso | zh-TW | |
| dc.subject | 成膜聚合物 | zh_TW |
| dc.subject | 無稀土 | zh_TW |
| dc.subject | 有機染料 | zh_TW |
| dc.subject | 白光LED | zh_TW |
| dc.subject | 微發光二極體 | zh_TW |
| dc.subject | micro LED | en |
| dc.subject | organic dye | en |
| dc.subject | white LED | en |
| dc.subject | film-forming polymer | en |
| dc.subject | non-rare-earth-element | en |
| dc.title | 可藉由微影製程達到微小畫素的綠色螢光材料 | zh_TW |
| dc.title | Green Fluorescent Materials that can achieve micro pixels by Photolithography | en |
| dc.type | Thesis | |
| dc.date.schoolyear | 108-2 | |
| dc.description.degree | 碩士 | |
| dc.contributor.oralexamcommittee | 黃建璋(Jian-Jang Huang),陳奕君(I-Chung Cheng),黃定洧(Ding-Wei Huang) | |
| dc.subject.keyword | 無稀土,有機染料,白光LED,成膜聚合物,微發光二極體, | zh_TW |
| dc.subject.keyword | non-rare-earth-element,organic dye,white LED,film-forming polymer,micro LED, | en |
| dc.relation.page | 93 | |
| dc.identifier.doi | 10.6342/NTU202004086 | |
| dc.rights.note | 有償授權 | |
| dc.date.accepted | 2020-08-20 | |
| dc.contributor.author-college | 電機資訊學院 | zh_TW |
| dc.contributor.author-dept | 光電工程學研究所 | zh_TW |
| dc.date.embargo-lift | 2025-08-26 | - |
| 顯示於系所單位: | 光電工程學研究所 | |
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