臺(tái)大聯(lián)手陽(yáng)明交大在Micro LED全彩研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展

   近日，臺(tái)大聯(lián)手陽(yáng)明交大在Micro LED全彩研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展：即針對(duì)將顏色轉(zhuǎn)換層次組合到微發(fā)光二極管矩陣上的問(wèn)題，兩方院校合作團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(lái)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。

   詳情如下：

   據(jù)介紹由于對(duì)于顯示器尺寸以及像素大小分辨率的要求，產(chǎn)業(yè)必須發(fā)展一個(gè)全彩的高效率的發(fā)光元件來(lái)作為像素。該技術(shù)在大面積戶外發(fā)光二極管顯示屏幕上可實(shí)現(xiàn)。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(wú)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(wèn)題，必須從整體模塊的架構(gòu)，做根本的改變。        

   針對(duì)以上問(wèn)題，兩大院校表示，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(jiàn)光光子（通常是紅色以及綠色），來(lái)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(guò)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(guó)臺(tái)灣大學(xué)林建中教授、吳忠?guī)媒淌诩瓣?yáng)明交通大學(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(lái)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(guò)特殊設(shè)計(jì)的光學(xué)反射層，可以在激發(fā)光源的波長(zhǎng)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(lái)說(shuō)，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(zhǎng)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。

   目前該成果已經(jīng)在IEEE Photonics Journal 期刊上發(fā)表。

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]。