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國科會補助產學計畫成果-創新白光Mini QD-LED顯示器技術

本文共1839字

經濟日報 孫震宇

Mini LED、OLED和Micro LED是顯示器領域的三雄,在這各擅勝場的局勢中,逢甲大學光電科學與工程學系賴俊峰特聘教授與隆達電子股份有限公司(前瞻技術研發處李育群處長)合作,執行國科會工程處產學合作研究計畫,將Mini LED結合複合量子點(QDs),以區域調光特性對抗OLED自發光與高對比,研究成果顯示其在光電效率上更勝一籌,同時成本上可節省20%至30%,將帶來更高的競爭力。同時,這項開發藉由區域調光技術,獲得媲美OLED技術的廣色域表現、省電效果、HDR與成本等進展。

這項國人自行開發的創新白光Mini QD-LED顯示器技術,相較於某國際品牌已商品化的量子點顯示器,在量子點的運用上主要的差異是什麼呢?賴俊峰教授解釋,該品牌是使用量子點增益膜於LED背光模組,缺點為多大的顯示器尺寸就需要相對應尺寸的量子點增益膜,且量子點增益膜是由多層複合膜結構所組成,其多層介面造成光損失至少20%以上,因此量子點增益膜有成本高、光損高和發光效率低等問題。而這項白光Mini QD-LED顯示器技術,複合量子點只塗布在每顆mini LED上,因而相較於該牌量子點增益膜所需使用的量子點重量約可節省1,000至2,000倍,因此能大幅降低成本。其次,該牌的量子點增益膜使用於LED背光模組內,遠離LED則量子點不會受到LED產生的熱和光能量密度的影響,也因此量子點可靠度要求低。

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賴俊峰教授強調,這項計畫所開發的白光Mini QD-LED,QDs是直接封裝在LED晶粒上,因此QDs需要非常高的耐受性可靠度,這部分是以外加殼層的方式來達成,也就是形成帶有二氧化矽和氧化鋁殼層的複合QDs,QDs需要非常高可靠度才能滿足產業應用的需求。他說:「希望能讓消費者了解這項國人自行開發的技術和外國品牌技術的差別和創新性,讓讀者認識臺灣產業的創新價值和優越性所在。」

賴俊峰教授指出,當前全世界正面對2050淨零碳排和環境保護迅速升高的需求,QD LCD與目前使用的其他廣色域技術相比,可將能耗降低至少20%,相當於每年減少碳排放700萬噸,相當於約30億公升車用汽油的CO2排放量。此外,傳統LED的發光材料螢光粉使用了大量的稀土金屬元素做為發光中心的活化劑,然而稀土礦的開採會對環境造成巨大的傷害,因此使用QDs為發光材料,能有效減少稀土金屬的使用量,為保護地球的環境盡一份心力。

為使相關產品更加創新,在市場上具有競爭力,計畫團隊已申請數件專利並建構有效的專利防護網,目前已通過3件發明專利。

此計畫的合作廠商隆達電子在經濟部智財局公布的排名中,專利申請數量已連續2年蟬聯國內LED產業之冠。截至目前為止,隆達電子的專利總數近1,400 件,此計畫執行完成後,申請專利內容將涵括封裝、照明應用等產品相關專利、光機電熱等設計專利、以及製程、控制系統等廣泛領域,堪稱國內LED產業最廣。

此計畫所開發的複合QDs展示出的發光效率和長期操作壽命是目前全世界已發表期刊中最佳數值表現,該複合QDs技術在下一代顯示應用(例如全彩mini LED和micro LED)中具有巨大的潛力,此研究結果已發表於Applied Materials Today, vol. 20, 100739, 2020; IF: 10.041。

賴俊峰教授表示,高效率白光Mini QD-LED光源將可以直接應用在LCD的背光模組等各種終端產品的開發。相較於目前的LCD TV,未來若使用量子點來改善色彩性能,消費者將能夠欣賞到多出近50%的色彩,這會推進娛樂、醫療診斷和電子商務等領域的創新進程。此外,與傳統的LED Display相比,Mini QD-LCD具有間距更小、灰階表現更精細、無閃爍和更護眼等優點。

此產學合作計畫之實績開發成品展示。 計畫團隊/提供
此產學合作計畫之實績開發成品展示。 計畫團隊/提供

賴俊峰教授與隆達電子的長期合作持續了10年,他說:「每件產學合作案提出送審時,皆有明確計畫目標與計畫查核點,而審查委員給予肯定通過,我們就是盡力執行達到計畫目標與查核點,如此當計畫執行結束時,就有如期的成果呈現。基本上我就是盡量親力親為,親自帶著學生一起解決廠商的問題,開發創新技術,並與廠商保持良好的合作關係,如此很多時候每年計畫就會接著持續下去,持續創新開拓新領域。」

隆達電子所屬明基友達集團的公司包含原材料生產、產品製造、品牌行銷,所以此項研發成果可技術轉移到臺灣相關公司,除隆達本身發展外,材料可直接在地化生產且產品可直接在臺灣進行銷售,不但可帶動整體產業的發展,同時臺灣民眾亦可立即享受到研發成果。

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