科技專案成果

獎項名稱：研發服務卓越獎
執行單位：財團法人工業技術研究院電子與光電系統研究所
計畫名稱：工研院環境建構總計畫(1/3)
資料出處：109年度經濟部技術處法人科專成果表揚成果專輯
 

▲ 研發團隊團體照
 

UVC LED國際大廠多以策略聯盟或併吞方式採一條龍模式發展，由上游磊晶至下游應用產品皆有生產，導致臺灣不易取得技術難度高的UVC LED元件，造成國內下游產業受到元件限制，難以發展各式模組產品應用，必須建立自行開發生產的能力，臺灣雖具備完整LED產業鏈，在紅光~近紫外光(365nm)元件與光模組具有國際競爭力，然而UVC LED元件技術仍與國際大廠落後一大距離。
 

為協助臺灣業者自行開發UVC LED元件並提供完整解決方案，計畫團隊以環構平台建立模組試量產平台，善用工研院應用研究和政府計畫資源，快速輔導光電業者、傳統產業、醫院與新創業者轉型和加速研發時程，降低產業界投資風險，成功建構我國UVC LED上中下游產業鏈，同步結合政府的人才培育相關計畫，為產業界訓練實務人才。
 

▲ 工研院專利技術殺菌力99.99%-深紫外線殺菌隨身杯
 

發展上中下游 建立縝密流程
 

計畫執行過程中，透過NSDB(Needs/Solution/-Differentiation/Benefits)系統化研發方法，了解顧客的需求與產業趨勢，制定了UVC LED產業策略，包含在上游端，以技術移轉方式協助廠商快速突破磊晶技術瓶頸，並持續提升效能，協助建置試量產產線，小量供貨協助應用端發展相關模組技術。中游端，則是開發水殺菌模組，應用於飲水系統，以合作開發方式引導廠商先期投入。下游端，由工研院主導建立UVC LED-應用研發聯盟，廣納光電及消毒領域應用廠商，串聯上中下游廠商形成產業鏈，開發應用產品。
 

因應產業界的要求，此計畫成立「高效率UVC LED磊晶與晶粒技術」、「高取光高散熱氣密UVC LED封裝技術」、「高效能殺菌系統設計與殺菌測試」和「專利分析與技術評估」等四個團隊，依循計畫架構進行專案管理，並定期召開技術討論會議。
 

在計畫品質控管部分，UVC LED晶粒技術開發係採用田口方法來進行，田口方法(Taguchi Methods)是一種低成本、高效益的品質工程方法，強調產品品質的提高不是通過檢驗，而是通過設計。LED殺菌系統則是藉由創新解題理論(Theory of Inventive Problem Solving, TRIZ)方法，進行有關使用者需求及製作時所面臨的矛盾問題解決，最後藉由品質迴圈(Plan-Do-Check-Action)改善機制的修正檢討方式，隨時進行工作方向及內容檢討。計畫開始時就安排了關鍵技術人員，分工合作，對於不當或疏漏的流程，矯正缺失，以確保計畫執行流程正確無誤。
 

反覆試驗 終於跑到馬拉松終點
 

工研院有一群LED專家，長期投入LED的相關研究，看到LED近年來面臨價格競爭的紅海，苦思如何協助產業轉型，看到UVC消毒殺菌市場應用廣泛，但現有傳統UVC濾水器光殺菌技術，仍仰賴汞燈管產生UVC光來殺菌，不僅體積大、燈管易碎，還容易產生汞污染問題，對環境危害也大，因此想到從自身最拿手的LED光源下手，為產業找出更好的解決方案。
 

開發UVC LED光源，團隊從磊晶的研發方式到後續元件蝕刻、蒸鍍、研磨切割的研磨、鍍膜、蝕刻等種種製程，都需要一再反覆試驗以找出解決方法，而每一次的試產就需要兩到三周的時間，每每在嘗試與錯誤中來回，研究的投入猶如參加一場不知道終點的馬拉松賽。
 

緊接著要面對如何能有效發揮殺菌的作用，優化UVC光利用率，就牽涉到機構的設計，於是研發團隊就發揮「大禹治水」的精神，從機構設計上開始著手，絞盡腦汁在最小的面積上建構出水流最能被UVC光源照射到的通道，並增強投射進水流通道的UVC強度，希望達到水流量每分鐘2公升，能消除99.9%以上的大腸桿菌，達到最佳殺菌效果。
 

雖然一開始成功開發出UVC LED流動水技術，但在初期卻因為技術太前瞻而找不到合作廠商，直到團隊在德國柏林舉辦的「UVC LED技術與應用國際會議」中作發表，獲得與會專家的關注而大放異彩，連德國柏林工業大學都因此與團隊建立了研究交流計畫，成功地為技術打出了名號。
 

臺灣LED產業在全球名列前茅，團隊現已結合國內多家LED與傳統產業廠商，投入研發，逐步建立臺灣UVC LED完整上中下游自主的產業鏈，開創高附加價值藍海市場，「可攜式UVC LED流動水殺菌模組」有已成功技轉的廠商於2020年8月上市，讓更多家庭都能享有乾淨的水源。
 

本團隊已完成磊晶元件到封裝模組研發平台，協助產業界針對各別需求提供共同開發合作、技術與專利授權等服務，協助國內外廠商進行相關材料驗證、技術開發與專利授權保護等服務，引領產業升級並創立完整的UVC LED產業鏈。
 

 

▲ 榮獲美國R&D100百大發明獎肯定
 

開發防疫產品 即時感測微生物
 

展望未來，在元件發展規劃方面，晶粒光源仍是UVC LED產品裡最核心的關鍵零組件，本團隊下一步將解決可靠度問題，並利用LED波長可調性特性，發展UVC LED新的應用，例如發展可攜式即時微生物感測技術，讓防疫科技產品有如長了眼睛一樣，能感測周遭環境微生物狀況以做好預防。
 

下一階段結合國內臺灣廠商發展相關防疫科技技術與產品，平時可做為居家衛生、公共場域、食品生技工業、醫院感染控制等用途，防疫期間更可快速投入防疫滿足政府政策及產業需求，提升產業、醫護場所及居家的防疫成效。
 

成功心法Box
 

專利獲證19案37件，創新紫外線UVC LED模組帶動國內廠商投入殺菌應用科技產品研發，三項產品已輔導業界成功量產，僅淨化保溫瓶與筷潔菌迄今已銷售數千套；完成5,000套流動水殺菌模組生產。研發服務國內外十五家次以上廠商，合作金額達1.2億元，帶動廠商投入研發經費1.15億臺幣，預估2024年三年總銷售額達到15.2億臺幣。
 

▲ 紫外光(UVC)可直接破壞細菌和病毒的DNA和RNA鍵結，無抗藥性問題殺菌效率高
 

【專家推薦】
 

本計畫以環構平台整合跨單位科專資源，提供產業一站式的服務。以UVC LED磊晶及模組技術為核心，促成幾個特定應用領域之產業鏈，專利獲證達19案37件，形成技術核心，帶動多元領域的發展，與15家次廠商合作，合作金額達1.2億，預期2024年銷售總額達15億。在上游端，以技術移轉方式協助廠商快速突破磊晶技術瓶頸，並持續提升效能，協助建置試量產產線，小量供貨協助應用端發展相關模組技術。在中游端，開發水殺菌模組，應用於飲水系統以合作開發方式引導廠商先期投入。在下游端，由工研院團隊主導建立UVC LED應用研發聯盟，廣納光電及消毒領域應用廠商，串聯上中下游廠商形成產業鏈，開發應用產品。更因應COVID-19疫情，快速完成口罩殺菌機雛形開發，也以UVC LED空氣淨化模組結合生醫所開發臺灣首台醫療級呼吸器原型機。終端產品研發，帶動光電與傳統產業共同合作，所研發之創新產品獲選Computex BC Award、資訊月百大發明獎與美國R&D100百大發明獎肯定。