臺大與陽明交大攜手開創 Micro LED 全彩新紀元
來源:
時間:2024-09-25 10:37:22
在當今科技迅猛發展的時代,智慧穿戴式裝置如雨后春筍般涌現,互聯網更是遍布各個角落,一個萬物聯網的時代已然來臨。在這樣的大背景下,任何聯網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。為了適應這個全新的時代環境,我們亟需一種具備省電、高效能、反應速度快、全彩、體積小等特性的顯示裝置。

目前,產學研各界對智慧顯示裝置的關注度持續升溫,眾多新穎技術紛紛被開發出來,并投入到模塊原型展示中。傳統的液晶顯示和有機發光二極管在相關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,我們必須開發出高效率的發光元件作為像素,且這個像素還需具備全彩功能。在過去的技術中,現存的組裝技術如 pick and place 雖可用于大面積戶外發光二極管顯示熒幕,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合以及相對較多的邊墻面積而大幅下降,導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進行根本性的變革。
其中一個有效方法便是引入顏色轉換層的概念。顏色轉換層通過高能量光子激發較低能量的可見光光子(通常為紅色和綠色),以實現全彩熒幕的效果。但如何將顏色轉換層次完美地組合到微發光二極管矩陣上,仍是學術界亟待攻克的難題。
近日,中國臺灣大學林建中教授、吳忠幟教授與陽明交通大學郭浩中教授團隊攜手合作,在 Micro LED 全彩領域取得了重大新進展。他們利用半導體制程結合特殊設計的光學反射層,成功增強了量子點顏色轉換層的發光強度。同時,團隊還運用非同調反射與穿透的光學理論,初步推導出了對應的光學增強效應模型。
通過特殊設計的光學反射層,能夠在激發光源的波長處實現高反射率,而在量子點發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,這對于設計量子點發光的顏色轉換層來說更加便利。本次展示的結構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,在像素的結構中加入高密度的原子層沉積系統的介質層,不僅起到了保護量子點的作用,還解決了顏色轉換層在生命周期和可靠度方面的顧慮。
最終,團隊成功展現了五微米大小像素的卓越成果。在可靠度方面,經過長達 9000 小時的上架儲存時間驗證,量子點的發光強度并未有明顯改變。此外,在數值模型方面,該團隊也展示了與不同反射率的光學層整合后,不同量子點發光強度之間的關系,并取得了一致的成果。
此一突破性成果已在 IEEE Photonics Journal 期刊上發表,為 Micro LED 全彩領域的發展奠定了堅實的基礎。相信在未來,以此次研究為起點,團隊將進一步開發與量子點顏色轉換層相關的技術,以滿足未來高分辨率微顯示器系統的實際需求,為科技進步和人類生活帶來更多的驚喜與便利。

目前,產學研各界對智慧顯示裝置的關注度持續升溫,眾多新穎技術紛紛被開發出來,并投入到模塊原型展示中。傳統的液晶顯示和有機發光二極管在相關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,我們必須開發出高效率的發光元件作為像素,且這個像素還需具備全彩功能。在過去的技術中,現存的組裝技術如 pick and place 雖可用于大面積戶外發光二極管顯示熒幕,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合以及相對較多的邊墻面積而大幅下降,導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進行根本性的變革。
其中一個有效方法便是引入顏色轉換層的概念。顏色轉換層通過高能量光子激發較低能量的可見光光子(通常為紅色和綠色),以實現全彩熒幕的效果。但如何將顏色轉換層次完美地組合到微發光二極管矩陣上,仍是學術界亟待攻克的難題。
近日,中國臺灣大學林建中教授、吳忠幟教授與陽明交通大學郭浩中教授團隊攜手合作,在 Micro LED 全彩領域取得了重大新進展。他們利用半導體制程結合特殊設計的光學反射層,成功增強了量子點顏色轉換層的發光強度。同時,團隊還運用非同調反射與穿透的光學理論,初步推導出了對應的光學增強效應模型。
通過特殊設計的光學反射層,能夠在激發光源的波長處實現高反射率,而在量子點發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,這對于設計量子點發光的顏色轉換層來說更加便利。本次展示的結構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,在像素的結構中加入高密度的原子層沉積系統的介質層,不僅起到了保護量子點的作用,還解決了顏色轉換層在生命周期和可靠度方面的顧慮。
最終,團隊成功展現了五微米大小像素的卓越成果。在可靠度方面,經過長達 9000 小時的上架儲存時間驗證,量子點的發光強度并未有明顯改變。此外,在數值模型方面,該團隊也展示了與不同反射率的光學層整合后,不同量子點發光強度之間的關系,并取得了一致的成果。
此一突破性成果已在 IEEE Photonics Journal 期刊上發表,為 Micro LED 全彩領域的發展奠定了堅實的基礎。相信在未來,以此次研究為起點,團隊將進一步開發與量子點顏色轉換層相關的技術,以滿足未來高分辨率微顯示器系統的實際需求,為科技進步和人類生活帶來更多的驚喜與便利。