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(gè)萬物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來臨。在這個(gè)背景之下，任何聯(lián)網(wǎng)的裝置都需要一個(gè)智慧顯示器來加強(qiáng)與使用者的互動(dòng)。要能夠符合這個(gè)大環(huán)境的條件之下，我們必須要有省電、高效能、反應(yīng)速度快、全彩、體積小的一個(gè)顯示裝置。

目前在產(chǎn)學(xué)研各界的關(guān)注之下，有許多的新穎技術(shù)，紛紛被開發(fā)出來投入這個(gè)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(jī)發(fā)光二極管（Organic LEDs, OLEDs），都已經(jīng)在相關(guān)的廠商大力推動(dòng)下有了初步的產(chǎn)品。而另外一個(gè)方向，則是利用微發(fā)光二極管（Micro LEDs）來進(jìn)行微顯示器的制作。

由于對(duì)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(gè)高效率的發(fā)光元件來作為像素，而這個(gè)像素也必須具備全彩的功能。在過去的技術(shù)中往往可以利用現(xiàn)存的組裝技術(shù)，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(shù)便無法實(shí)行。

同時(shí)元件的外部量子效率（external quantum efficiency），因?yàn)樯仙姆禽椛漭d子復(fù)合以及相對(duì)較多的邊墻（sidewall） 面積，也會(huì)大幅下降[1, 2]，造成整體模塊的功耗大幅上升。要解決這個(gè)問題，我們必須從整體模塊的架構(gòu)，做根本的改變。

其中的一個(gè)方法便是導(dǎo)入顏色轉(zhuǎn)換層（color conversion layer）的概念。顏色轉(zhuǎn)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(dá)到全彩熒幕的效果。但是如何將顏色轉(zhuǎn)換層次組合到微發(fā)光二極管矩陣上仍然是一個(gè)學(xué)術(shù)界研究的話題。

Fig. 1 高效率顏色轉(zhuǎn)換層示意圖。其中紫色層為外加光學(xué)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(shè)計(jì)并運(yùn)用于本實(shí)驗(yàn)之光學(xué)反射鏡（實(shí)線）之對(duì)照示意圖[3]。

中國臺(tái)灣大學(xué)林建中教授、吳忠?guī)媒淌诩瓣柮鹘煌ù髮W(xué)郭浩中教授團(tuán)隊(duì)于近日發(fā)表利用半導(dǎo)體制程結(jié)合特殊設(shè)計(jì)的光學(xué)反射層，來增強(qiáng)量子點(diǎn)顏色轉(zhuǎn)換層的發(fā)光強(qiáng)度。同時(shí)也利用非同調(diào)反射與穿透（incoherent reflection and transmission）的光學(xué)理論，初步推導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的光學(xué)增強(qiáng)效應(yīng)的模型。

通過特殊設(shè)計(jì)的光學(xué)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(diǎn)發(fā)光的波段將穿透率提高，以強(qiáng)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(huì)有震蕩的情形不同，本團(tuán)隊(duì)所展示的反射率頻譜非常平坦，對(duì)于設(shè)計(jì)量子點(diǎn)發(fā)光的顏色轉(zhuǎn)換層來說，是比較方便的 （如圖一）。本次展示的結(jié)構(gòu)非常適合作為日后縮小個(gè)別像素的大小的用途（如圖二）。

因?yàn)閳F(tuán)隊(duì)采用了標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體制程，以及光罩對(duì)準(zhǔn)方法，在精確度以及準(zhǔn)確度上都可以大幅的提升。同時(shí)在像素的結(jié)構(gòu)中加入高密度的原子層沈積系統(tǒng)（Atomic layer deposition, ALD）的介質(zhì)層，具備了保護(hù)量子點(diǎn)的功用，也可以解決顏色轉(zhuǎn)換層在生命周期 （lifetime） 或可靠度 （reliability） 方面的顧慮。

最終團(tuán)隊(duì)展現(xiàn)了五微米大小像素的結(jié)果。在可靠度方面也驗(yàn)證了長達(dá)9000小時(shí)上架（on-shelf）儲(chǔ)存時(shí)間（storage lifetime），而量子點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度并未有明顯的改變。另外在數(shù)值模型方面，該團(tuán)隊(duì)也展示了與不同反射率的光學(xué)層整合之后，不同的量子點(diǎn)發(fā)光強(qiáng)度之間的關(guān)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(diǎn)，進(jìn)一步開發(fā)與量子點(diǎn)顏色轉(zhuǎn)換層相關(guān)之技術(shù)，以期符合未來高分辨率微顯示器系統(tǒng)的實(shí)際需求。

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

本文詳請(qǐng)可于以下網(wǎng)址查詢:
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(shù)成本分析報(bào)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(shù)進(jìn)化X應(yīng)用革新

活動(dòng)時(shí)間：2023/9/5(二) 09:30~17:00
活動(dòng)地點(diǎn)：中國臺(tái)灣臺(tái)大醫(yī)院國際會(huì)議中心401廳
活動(dòng)票價(jià)：超早鳥優(yōu)惠價(jià)NTD 6,500 至2023/7/5止 (原價(jià)NTD 8,500)