政大大學報

逢甲改良量子點顯示器 保留顏色純度降成本

【記者徐品蓁台北報導】量子點顯示器能夠使螢幕呈現的色彩更加逼真產品卻都要價不菲。逢甲大學光電科學與工程學系教授賴俊峰與其學生團隊創新研發的量子點顯示裝置為量子點發光二極體(Quantum Dot LEDs),也就是將量子點加入LED中。此研發在200多件展品中脫穎而出,獲選為科技部亮點科技,並於「2019創新技術博覽會」登場。

逢甲大學光電系教授賴俊峰在展覽現場向民眾介紹研發技術及成果。 圖/徐品蓁攝

為因應現今超高畫質8K(註1)顯示器時代,目前市面上常見的量子點液晶顯示器(liquid-crystal display, LCD)(註2)及電視大多使用三星研發之量子點技術,依照螢幕尺寸大小,將量子點製作成薄膠膜,使螢幕能夠顯示的色域增廣,顏色純度更高(不混有其他色調),此舉卻也會耗費大量成本。而該團隊研發之新量子點技術有別於傳統,將現有的量子點縮小改良放至LED背光模組(Backlight Module)(註3)中,不但保留量子點高顏色純度的優勢,也可大幅降低材料花費。

 

18K ,是目前市面上解析度最高的超高畫質顯示,長寬像素達到7680*4320,總像素也比 4K 多了 4 倍、比 1080P 多了 16 倍。(參考自維基百科)

2:液晶顯示器(Liquid-crystal Display, LCD)為平面薄型的顯示裝置,由一定數量的彩色或黑白畫素組成,放置於光源或者反面前方。主要原理是以電流刺激液晶分子產生點、線、面配合背部燈管構成畫面。(參考自維基百科)

3:背光模組(Backlight Module)為LCD顯示器之發光源,主要由光學薄膜、導光板、LED光條,加上背板及膠框等機構件組成。(參考自揚昇照明股份有限公司網站)

 

在傳統量子點技術中,將金屬元素鎘以化學合成的方法形成晶體結構,大小約在15到20奈米。此晶體結構製作成膠膜型態時,將會受到保護,不受光線、水氣及氧的影響,但若是將其直接放入LED中,發光效率都會明顯下降。參與研發的逢甲大學光電系碩士班學生田育榤說明,為解決此問題研究團隊將原始的量子點新增保護層,以隔絕眾多因素的影響,維持發光效率。

將量子點放入LED的技術,研究團隊也可自行完成,但速率與廠商相差甚遠,賴俊峰表示,因此此次的研發以產學合作的方式進行。田育榤也分享:「手工製作時,膠料沒辦法去控制,誤差會很大,也會花費很多時間。」因此團隊主要由最原始的化學材料開始合成,製作出新研發的量子點,再交由廠商製造成品進行各項驗證,進而負責改善。

展覽桌上擺放研發之量子點背光模組、材料、一般使用之膠膜等展示品供民眾了解。 圖/徐品蓁攝

參展民眾王鵬堯,當日在展區被量子點的名稱吸引,他指出,傳統的LCD顯示器是冷陰極螢光燈管(Cold cathode fluorescent lamp, CCFL)(註4)加上濾色片(註5),透過紅綠藍三色交錯去產生顏色;而LED屬於第二代光源,但因LED顯示出的光譜(註6)寬廣,經過濾色片後,形成的顏色純度差,此次研發的量子點LED因頻譜(註7)較窄,且經過濾色片後,可形成更高色純度的光,「這項技術可能改變LED二代顯示器成為三代顯示器。」王鵬堯大膽推測。

 

註4:冷陰極螢光燈管(Cold cathode fluorescent lamp, CCFL)是一種光源,使用高壓電激發水銀蒸汽產生紫外線,然後紫外線激發管內的螢光塗層以發出可見光,具有輕薄、質量輕、省電等優點。(參考自維基百科)

5:濾色片,是對色光具有吸收、反射和透過作用的染有顏色的透明片。(參考自華人百科)

6:光譜,光源由不同的顏色所組成,各顏色的光有不同的頻率,光的顏色表示其頻率,而明暗表示其比例的多寡,此頻率稱為光譜。(參考自維基百科)

7:頻譜,以振幅來表示一個訊號是由哪些頻率的弦波所組成,也可以看出各頻率弦波的大小及相位等資訊,包括可見光(顏色)、音樂、無線電波、振動等都有訊號可用頻譜檢視。(參考自維基百科)
相較於一般液晶螢幕顯示(左),改良後量子點顯示裝置(右)在顏色顯示度上更加飽和。 圖/徐品蓁攝

目前量子點創新技術已通過環境改變測試及可靠度發光效率達到流明數衰減 Lumen Depreciation L50測試,也就是LED點亮10000小時後,發光效率仍達50%。通過這些測試的量子點LED已達到可量產標準,而下一個目標便是將可靠度提升至發光效率達到L80,「未來市面上看到的量子點顯示器都會是使用我們這個技術的。」賴俊峰自信說道。