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臺大與陽明交大攜手開創(chuàng) Micro LED 全彩新紀元
來源：
時間：2024-09-25 10:37:22
在當今科技迅猛發(fā)展的時代，智慧穿戴式裝置如雨后春筍般涌現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)更是遍布各個角落，一個萬物聯(lián)網(wǎng)的時代已然來臨。在這樣的大背景下，任何聯(lián)網(wǎng)的裝置都迫切需要一個智慧顯示器來強化與使用者之間的互動。為了適應(yīng)這個全新的時代環(huán)境，我們亟需一種具備省電、高效能、反應(yīng)速度快、全彩、體積小等特性的顯示裝置。
目前，產(chǎn)學研各界對智慧顯示裝置的關(guān)注度持續(xù)升溫，眾多新穎技術(shù)紛紛被開發(fā)出來，并投入到模塊原型展示中。傳統(tǒng)的液晶顯示和有機發(fā)光二極管在相關(guān)廠商的大力推動下已初見成果。而另一個極具潛力的方向，則是利用微發(fā)光二極管來制作微顯示器。
然而，由于對顯示器尺寸和像素大小分辨率的嚴格要求，我們必須開發(fā)出高效率的發(fā)光元件作為像素，且這個像素還需具備全彩功能。在過去的技術(shù)中，現(xiàn)存的組裝技術(shù)如 pick and place 雖可用于大面積戶外發(fā)光二極管顯示熒幕，但當元件尺寸縮小到五微米以下時，這些技術(shù)便難以施展。同時，元件的外部量子效率會因上升的非輻射載子復(fù)合以及相對較多的邊墻面積而大幅下降，導(dǎo)致整體模塊的功耗急劇上升。為解決這一問題，我們必須對整體模塊架構(gòu)進行根本性的變革。
其中一個有效方法便是引入顏色轉(zhuǎn)換層的概念。顏色轉(zhuǎn)換層通過高能量光子激發(fā)較低能量的可見光光子（通常為紅色和綠色），以實現(xiàn)全彩熒幕的效果。但如何將顏色轉(zhuǎn)換層次完美地組合到微發(fā)光二極管矩陣上，仍是學術(shù)界亟待攻克的難題。
近日，中國臺灣大學林建中教授、吳忠?guī)媒淌谂c陽明交通大學郭浩中教授團隊攜手合作，在 Micro LED 全彩領(lǐng)域取得了重大新進展。他們利用半導(dǎo)體制程結(jié)合特殊設(shè)計的光學反射層，成功增強了量子點顏色轉(zhuǎn)換層的發(fā)光強度。同時，團隊還運用非同調(diào)反射與穿透的光學理論，初步推導(dǎo)出了對應(yīng)的光學增強效應(yīng)模型。
通過特殊設(shè)計的光學反射層，能夠在激發(fā)光源的波長處實現(xiàn)高反射率，而在量子點發(fā)光的波段提高穿透率，從而強化整體全彩的光源平衡。與一般的分散式布拉格反射鏡在高穿透率頻段會出現(xiàn)震蕩的情況不同，該團隊所展示的反射率頻譜極為平坦，這對于設(shè)計量子點發(fā)光的顏色轉(zhuǎn)換層來說更加便利。本次展示的結(jié)構(gòu)非常適合未來縮小個別像素大小的需求。
由于團隊采用了標準的半導(dǎo)體制程以及光罩對準方法，在精確度和準確度方面都有了大幅提升。同時，在像素的結(jié)構(gòu)中加入高密度的原子層沉積系統(tǒng)的介質(zhì)層，不僅起到了保護量子點的作用，還解決了顏色轉(zhuǎn)換層在生命周期和可靠度方面的顧慮。
最終，團隊成功展現(xiàn)了五微米大小像素的卓越成果。在可靠度方面，經(jīng)過長達 9000 小時的上架儲存時間驗證，量子點的發(fā)光強度并未有明顯改變。此外，在數(shù)值模型方面，該團隊也展示了與不同反射率的光學層整合后，不同量子點發(fā)光強度之間的關(guān)系，并取得了一致的成果。
此一突破性成果已在 IEEE Photonics Journal 期刊上發(fā)表，為 Micro LED 全彩領(lǐng)域的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。相信在未來，以此次研究為起點，團隊將進一步開發(fā)與量子點顏色轉(zhuǎn)換層相關(guān)的技術(shù)，以滿足未來高分辨率微顯示器系統(tǒng)的實際需求，為科技進步和人類生活帶來更多的驚喜與便利。
目前，產(chǎn)學研各界對智慧顯示裝置的關(guān)注度持續(xù)升溫，眾多新穎技術(shù)紛紛被開發(fā)出來，并投入到模塊原型展示中。傳統(tǒng)的液晶顯示和有機發(fā)光二極管在相關(guān)廠商的大力推動下已初見成果。而另一個極具潛力的方向，則是利用微發(fā)光二極管來制作微顯示器。
然而，由于對顯示器尺寸和像素大小分辨率的嚴格要求，我們必須開發(fā)出高效率的發(fā)光元件作為像素，且這個像素還需具備全彩功能。在過去的技術(shù)中，現(xiàn)存的組裝技術(shù)如 pick and place 雖可用于大面積戶外發(fā)光二極管顯示熒幕，但當元件尺寸縮小到五微米以下時，這些技術(shù)便難以施展。同時，元件的外部量子效率會因上升的非輻射載子復(fù)合以及相對較多的邊墻面積而大幅下降，導(dǎo)致整體模塊的功耗急劇上升。為解決這一問題，我們必須對整體模塊架構(gòu)進行根本性的變革。
其中一個有效方法便是引入顏色轉(zhuǎn)換層的概念。顏色轉(zhuǎn)換層通過高能量光子激發(fā)較低能量的可見光光子（通常為紅色和綠色），以實現(xiàn)全彩熒幕的效果。但如何將顏色轉(zhuǎn)換層次完美地組合到微發(fā)光二極管矩陣上，仍是學術(shù)界亟待攻克的難題。
近日，中國臺灣大學林建中教授、吳忠?guī)媒淌谂c陽明交通大學郭浩中教授團隊攜手合作，在 Micro LED 全彩領(lǐng)域取得了重大新進展。他們利用半導(dǎo)體制程結(jié)合特殊設(shè)計的光學反射層，成功增強了量子點顏色轉(zhuǎn)換層的發(fā)光強度。同時，團隊還運用非同調(diào)反射與穿透的光學理論，初步推導(dǎo)出了對應(yīng)的光學增強效應(yīng)模型。
通過特殊設(shè)計的光學反射層，能夠在激發(fā)光源的波長處實現(xiàn)高反射率，而在量子點發(fā)光的波段提高穿透率，從而強化整體全彩的光源平衡。與一般的分散式布拉格反射鏡在高穿透率頻段會出現(xiàn)震蕩的情況不同，該團隊所展示的反射率頻譜極為平坦，這對于設(shè)計量子點發(fā)光的顏色轉(zhuǎn)換層來說更加便利。本次展示的結(jié)構(gòu)非常適合未來縮小個別像素大小的需求。
由于團隊采用了標準的半導(dǎo)體制程以及光罩對準方法，在精確度和準確度方面都有了大幅提升。同時，在像素的結(jié)構(gòu)中加入高密度的原子層沉積系統(tǒng)的介質(zhì)層，不僅起到了保護量子點的作用，還解決了顏色轉(zhuǎn)換層在生命周期和可靠度方面的顧慮。
最終，團隊成功展現(xiàn)了五微米大小像素的卓越成果。在可靠度方面，經(jīng)過長達 9000 小時的上架儲存時間驗證，量子點的發(fā)光強度并未有明顯改變。此外，在數(shù)值模型方面，該團隊也展示了與不同反射率的光學層整合后，不同量子點發(fā)光強度之間的關(guān)系，并取得了一致的成果。
此一突破性成果已在 IEEE Photonics Journal 期刊上發(fā)表，為 Micro LED 全彩領(lǐng)域的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。相信在未來，以此次研究為起點，團隊將進一步開發(fā)與量子點顏色轉(zhuǎn)換層相關(guān)的技術(shù)，以滿足未來高分辨率微顯示器系統(tǒng)的實際需求，為科技進步和人類生活帶來更多的驚喜與便利。
