研发报告详细内容

台湾交大开发出传输速率1.5 Gb/s半极化绿光Micro LED

     

MiniLED及Micro LED于显示器的相关产品与研究在近期内大放异彩,MiniLED显示器立基于高效能LED背光源及TFT-LCD技术,已经成功在显示器产品上表现出相当亮眼的性能,即将爆发性成长,第一波应用已经出现在微星、华硕及宏碁的电竞屏幕等高阶显示应用领域,而苹果传闻将问世的MiniLED iPad、Macbook,也备受市场及消费者期待。

紧接着MiniLED之后,Micro LED也被视为新世代显示器的关键技术,各家大厂及各国研究单位都紧锣密鼓开发相关技术,期望能够一举突破OLED的封锁,挺进高阶、新型显示器的市场。

然而,Micro LED的显示器技术目前仍受限于巨量转移良率及产能不足等问题,特别是红光Micro LED芯片,不论是芯片性能或转移良率都面临相当大的瓶颈。因此,采用量子点荧光粉的色转换技术,也被认为是克服RGB三色转移的替代方案。采用色转换技术仅需要单一颜色的LED光源,如蓝光或近紫外光,可大幅减少巨量转移制程的困难度,加速Micro LED显示器全彩化的发展。量子点荧光粉具有高转换效率、广色域及高演色性等优势,可以提升显示器在色彩相关的性能。韩国三星便导入量子点荧光粉白光光源,来取代传统黄色荧光粉技术,并率先于市场上推出QLED显示器,获得高评价且展现了该技术的优势,而台湾在这方面也有顶尖的教授学者、研究团队及成果。

台湾交通大学的郭浩中、林建中及洪瑞华教授联手美国耶鲁大学韩仲教授、美国新创公司Saphlux、半导体材料供应商台湾奈晶(TWNC)及信捷先进材料,合作研究借由半极化LED结合量子点荧光粉滤光片技术,提出具有高色稳定性的全彩化量子点Micro LED阵列研究成果,该成果已发表于顶尖光电期刊Photonics Research。

 

(50μm绿光Micro LED;图片来源:台湾交通大学)

郭教授受访时提到:“蓝、绿光LED由于本身材料特性的影响,随着电流供给的条件改变,容易引起发光波长位移的问题,会导致人眼看到的颜色产生变化。举例来说,若采用独立的Micro LED做为屏幕画素,当手机或智能手表在户外环境光线较强烈的时候,就需要更大的驱动电流来维持屏幕的亮度,这时候就有可能导致屏幕的颜色产生变化,不利于使用者的视觉感受,因此发光波长稳定的背光源就显得格外重要。”该团队借由半极化LED结合色转换技术展示了Micro LED显示技术的最新成果。

与此同时,随着5G跟Sub 6G时代来临,Micro LED除了应用于显示器外,可见光通讯(visible light communication VLC)也正紧锣密鼓地为下一个世代的通讯技术做准备。

可见光通讯采用LED作为光源,可搭配室内照明、电子看板及显示器等做为无线通讯的手段。然而,传统大尺寸的LED光源仅能达到数十MHz的频宽,仍有很大的进步空间,必须借由缩小芯片面积等方法,提升频宽。目前在世界上发表的研究成果中,红光及蓝光Micro LED都已达到GHz等级的频宽,唯独绿光LED受限于材料特性的影响,一直无法在频宽上有良好的表现。因此,在这个议题上,郭浩中教授与韩仲教授等人,一样通过半极化LED优越的特性,开发出高性能的半极化绿光Micro LED元件,并实现高达756 MHz频宽及1.5 Gb/s的传输速率,是绿光LED(发光波长>520 nm)中已知最好的成果,突破过往绿光LED无法实现高频宽的困境,该研究成果近期也被顶尖光电期刊ACS Photonics接受,展现台湾在Micro LED领域的研发能量。

 

(图片来源:台湾交通大学)

郭浩中教授表示,综观近年全世界的产业界、学术界对于Micro LED的研究与准备,基于台湾长期在LED、面板、显示器技术举足轻重的地位,仍看好台湾相关产业能在MiniLED及Micro LED的相关应用取得良好的成绩。最后郭教授也提到,不论是RGB三色转移或单色LED搭配色转换,要实现全彩显示器,巨量转移制程都是必须的。

尽管许多人目前仍不看好Micro LED巨量转移的发展,但CMOS积体电路的发展过程就是最好的例子,IC技术及摩尔定律问世至今,多次被认为达到极限,随即出现了像是FinFET、浸润式微影、极紫光微影及GAA等技术,将IC的进步延续至今。Micro LED显示技术亦同,只要保持研发的能量,在适当的时机点势必会出现关键的技术来突破瓶颈,替日常生活带来创新、高效能的新产品。(来源:台湾交通大学)


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