交大研究再破紀錄!開發半極化綠光Micro LED達成1.5 Gb/s傳輸速率助力Sub 6G應用

 

  Mini LED及Micro LED於顯示器的相關產品與研究在近期內大放異彩,Mini LED顯示器立基於高效能LED背光源及TFT-LCD技術,已經成功在顯示器產品上表現出相當亮眼的性能,即將爆發性成長,第一波應用已經出現在微星、華碩及宏碁的電競螢幕等高階顯示應用領域,而蘋果傳聞將問世的Mini LED iPad、Macbook,也備受市場及消費者期待。

 

     緊接著Mini LED之後,Micro LED也被視為新世代顯示器的關鍵技術,各家大廠及各國研究單位都緊鑼密鼓開發相關技術,期望能夠一舉突破OLED的封鎖,挺進高階、新型顯示器的市場。

 

     然而,Micro LED的顯示器技術目前仍受限於巨量轉移良率及產能不足等問題,特別是紅光Micro LED晶片,不論是晶片性能或轉移良率都面臨相當大的瓶頸。因此,採用量子點螢光粉的色轉換技術,也被認為是克服RGB三色轉移的替代方案。採用色轉換技術僅需要單一顏色的LED光源,如藍光或近紫外光,可大幅減少巨量轉移製程的困難度,加速Micro LED顯示器全彩化的發展。量子點螢光粉具有高轉換效率、廣色域及高演色性等優勢,可以提升顯示器在色彩相關的性能。韓國三星便導入量子點螢光粉白光光源,來取代傳統黃色螢光粉技術,並率先於市場上推出QLED顯示器,獲得高評價且展現了該技術的優勢,而台灣在這方面也有頂尖的教授學者、研究團隊及成果。

 

     國立交通大學的郭浩中、林建中及洪瑞華教授聯手美國耶魯大學韓仲教授、美國新創公司Saphlux、國內半導體材料供應商台灣奈晶(TWNC)及信捷先進材料,合作研究藉由半極化LED結合量子點螢光粉濾光片技術,提出具有高色穩定性的全彩化量子點Micro LED陣列研究成果,該成果已發表於頂尖光電期刊Photonics Research。
 

     郭教授受訪時提到:「藍、綠光LED由於本身材料特性的影響,隨著電流供給的條件改變,容易引起發光波長位移的問題,會導致人眼看到的顏色產生變化。舉例來說,若採用獨立的Micro LED做為螢幕畫素,當手機或智慧型手錶在戶外環境光線較強烈的時候,就需要更大的驅動電流來維持螢幕的亮度,這時候就有可能導致螢幕的顏色產生變化,不利於使用者的視覺感受,因此發光波長穩定的背光源就顯得格外重要。」該團隊藉由半極化LED結合色轉換技術展示了Micro LED顯示技術的最新成果。

 

     與此同時,隨著5G跟Sub 6G時代來臨,Micro LED除了應用於顯示器外,可見光通訊(visible light communication VLC)也正緊鑼密鼓地為下一個世代的通訊技術做準備。

 


     可見光通訊採用LED做為光源,可搭配室內照明、電子看板及顯示器等做為無線通訊的手段。然而,傳統大尺寸的LED光源僅能達到數十MHz的頻寬,仍有很大的進步空間,必須藉由縮小晶片面積等方法,提升頻寬。目前在世界上發表的研究成果中,紅光及藍光Micro LED都已達到GHz等級的頻寬,唯獨綠光LED受限於材料特性的影響,一直無法在頻寬上有良好的表現。因此,在這個議題上,郭浩中教授與韓仲教授等人,一樣透過半極化LED優越的特性,開發出高性能的半極化綠光Micro LED元件,並實現高達756 MHz頻寬及1.5 Gb/s的傳輸速率,是綠光LED(發光波長>520 nm)中已知最好的成果,突破過往綠光LED無法實現高頻寬的困境,該研究成果近期也被頂尖光電期刊ACS Photonics接受,展現台灣在Micro LED領域的研發能量。

     郭浩中教授表示,綜觀近年全世界的產業界、學術界對於Micro LED的研究與準備,基於台灣長期在LED、面板、顯示器技術舉足輕重的地位,仍看好國內相關產業能在Mini LED及Micro LED的相關應用取得良好的成績。最後郭教授也提到,不論是RGB三色轉移或單色LED搭配色轉換,要實現全彩顯示器,巨量轉移製程都是必須的。

     儘管許多人目前仍不看好Micro LED巨量轉移的發展,但CMOS積體電路的發展過程就是最好的例子,IC技術及摩爾定律問世至今,多次被認為達到極限,隨即出現了像是FinFET、浸潤式微影、極紫光微影及GAA等技術,將IC的進步延續至今。Micro LED顯示技術亦同,只要保持研發的能量,在適當的時機點勢必會出現關鍵的技術來突破瓶頸,替日常生活帶來創新、高效能的新產品。

 

相關研究發表請見: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsphotonics.0c00764

 

 

 

 

 

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