隨著智慧穿戴式裝置的蓬勃發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)的廣布，我們看到了一個萬物聯(lián)網(wǎng)時代的來臨。在這個背景之下，任何聯(lián)網(wǎng)的裝置都需要一個智慧顯示器來加強與使用者的互動。要能夠符合這個大環(huán)境的條件之下，我們必須要有省電、高效能、反應速度快、全彩、體積小的一個顯示裝置。

目前在產(chǎn)學研各界的關注之下，有許多的新穎技術，紛紛被開發(fā)出來投入這個智慧顯示裝置的模塊原型展示。包括傳統(tǒng)的液晶顯示（liquid crystal），或是有機發(fā)光二極管（Organic LEDs, OLEDs），都已經(jīng)在相關的廠商大力推動下有了初步的產(chǎn)品。而另外一個方向，則是利用微發(fā)光二極管（Micro LEDs）來進行微顯示器的制作。

由于對于顯示器尺寸以及像素大小分辨率的要求，我們必須發(fā)展一個高效率的發(fā)光元件來作為像素，而這個像素也必須具備全彩的功能。在過去的技術中往往可以利用現(xiàn)存的組裝技術，例如pick and place即可被用在目前所見的大面積戶外發(fā)光二極管顯示熒幕上。但是一旦元件尺寸縮小到五微米以下，許多現(xiàn)存的組裝技術便無法實行。

同時元件的外部量子效率（external quantum efficiency），因為上升的非輻射載子復合以及相對較多的邊墻（sidewall） 面積，也會大幅下降[1, 2]，造成整體模塊的功耗大幅上升。要解決這個問題，我們必須從整體模塊的架構，做根本的改變。

其中的一個方法便是導入顏色轉換層（color conversion layer）的概念。顏色轉換層系利用高能量光子激發(fā)較低能量的可見光光子（通常是紅色以及綠色），來達到全彩熒幕的效果。但是如何將顏色轉換層次組合到微發(fā)光二極管矩陣上仍然是一個學術界研究的話題。

Fig. 1 高效率顏色轉換層示意圖。其中紫色層為外加光學反射層。左上方為傳統(tǒng)DBR反射鏡之反射率（虛線）以及經(jīng)過重新設計并運用于本實驗之光學反射鏡（實線）之對照示意圖[3]。

中國臺灣大學林建中教授、吳忠?guī)媒淌诩瓣柮鹘煌ù髮W郭浩中教授團隊于近日發(fā)表利用半導體制程結合特殊設計的光學反射層，來增強量子點顏色轉換層的發(fā)光強度。同時也利用非同調反射與穿透（incoherent reflection and transmission）的光學理論，初步推導出對應的光學增強效應的模型。

通過特殊設計的光學反射層，可以在激發(fā)光源的波長具備高反射率，而在量子點發(fā)光的波段將穿透率提高，以強化整體全彩的光源平衡[4]。與一般的分散式布拉格反射鏡 （Distributed Bragg Reflector, DBR） 在高穿透率頻段會有震蕩的情形不同，本團隊所展示的反射率頻譜非常平坦，對于設計量子點發(fā)光的顏色轉換層來說，是比較方便的 （如圖一）。本次展示的結構非常適合作為日后縮小個別像素的大小的用途（如圖二）。

因為團隊采用了標準的半導體制程，以及光罩對準方法，在精確度以及準確度上都可以大幅的提升。同時在像素的結構中加入高密度的原子層沈積系統(tǒng)（Atomic layer deposition, ALD）的介質層，具備了保護量子點的功用，也可以解決顏色轉換層在生命周期 （lifetime） 或可靠度 （reliability） 方面的顧慮。

最終團隊展現(xiàn)了五微米大小像素的結果。在可靠度方面也驗證了長達9000小時上架（on-shelf）儲存時間（storage lifetime），而量子點的發(fā)光強度并未有明顯的改變。另外在數(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之后，不同的量子點發(fā)光強度之間的關系，并獲得一致的成果。

此一成果已經(jīng)在IEEE Photonics Journal 期刊上發(fā)表，并希望能以此為出發(fā)點，進一步開發(fā)與量子點顏色轉換層相關之技術，以期符合未來高分辨率微顯示器系統(tǒng)的實際需求。

Fig. 2. （a）于掃描式電子顯微鏡（SEM）之下的各個像素。（b）填裝量子點之后的像素置于紫外線熒光顯微鏡之下 [3]。

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G. -Y. Lee et al., "Photonic Characterization and Modeling of Highly Efficient Color Conversion Layers With External Reflectors," in IEEE Photonics Journal, vol. 15, no. 4, pp. 1-10, Aug. 2023, Art no. 2201110, doi: 10.1109/JPHOT.2023.3285667。本次研究成果已經(jīng)發(fā)表在IEEE Photonics Journal，全文為開放取用(open access)，網(wǎng)址為：https://ieeexplore.ieee.org/document/10149805

[1] Y. Y. Li et al., "Analysis of Size-Dependent Quantum Efficiency in AlGaInP Micro–Light-Emitting Diodes With Consideration for Current Leakage," IEEE Photonics Journal, vol. 14, no. 1, pp. 1-7, Art no. 7007907, 2022, doi: 10.1109/JPHOT.2021.3138946.
[2] T.-Y. Lee et al., "Increase in the efficiency of III-nitride micro LEDs by atomic layer deposition," Optics Express, vol. 30, no. 11, pp. 18552-18561, 2022/05/23 2022, doi: 10.1364/OE.455726.
[3] G. Y. Lee et al., "Photonic Characterization and Modeling of Highly Efficient Color Conversion Layers With External Reflectors," IEEE Photonics Journal, vol. 15, no. 4, pp. 1-10, 2023, doi: 10.1109/JPHOT.2023.3285667.
[4] K.-C. Lin et al., "Modified distributed Bragg reflector for protecting organic light-emitting diode displays against ultraviolet light," Optics Express, vol. 29, no. 5, pp. 7654-7665, 2021/03/01 2021, doi: 10.1364/OE.418105.

集邦咨詢 2023 Micro LED市場趨勢與技術成本分析報告

出刊日期: 2023 年 05 月 31 日 / 11 月 30 日
語言: 中文 / 英文
格式: PDF
頁數(shù): 160 頁 / 年

【超早鳥優(yōu)惠】Micro LED forum 2023: Micro LED元宇宙趨勢X技術進化X應用革新

活動時間：2023/9/5(二) 09:30~17:00
活動地點：中國臺灣臺大醫(yī)院國際會議中心401廳
活動票價：超早鳥優(yōu)惠價NTD 6,500 至2023/7/5止 (原價NTD 8,500)