近日，臺大聯手陽明交大在Micro LED全彩研究領域取得新進展：即針對將顏色轉換層次組合到微發光二極管矩陣上的問題，兩方院校合作團隊通過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。

   詳情如下：

   據介紹由于對于顯示器尺寸以及像素大小分辨率的要求，產業必須發展一個全彩的高效率的發光元件來作為像素。該技術在大面積戶外發光二極管顯示屏幕上可實現。但是一旦元件尺寸縮小到五微米以下，許多現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，必須從整體模塊的架構，做根本的改變。        

   針對以上問題，兩大院校表示，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DBR反射鏡之反射率（虛線）以及經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、吳忠幟教授及陽明交通大學郭浩中教授團隊于近日發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，可以在激發光源的波長具備高反射率，而在量子點發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（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），而量子點的發光強度并未有明顯的改變。另外在數值模型方面，該團隊也展示了與不同反射率的光學層整合之后，不同的量子點發光強度之間的關系，并獲得一致的成果。

   目前該成果已經在IEEE Photonics Journal 期刊上發表。

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]。