臺灣交大與SIJ合作推出可調變波長(cháng)的全彩Micro LED顯示器

　　臺灣交通大學(xué)光電工程學(xué)系郭浩中教授研究團隊與廈門(mén)大學(xué)電子科學(xué)系吳挺竹博士和Flex-Photonics佘慶威博士、SIJ Technology Inc公司合作，在單一磊芯片上采用奈米結構應力調變技術(shù)與高精度的量子點(diǎn)噴涂技術(shù)，合作開(kāi)發(fā)出單片式集成RGB Micro-LED元件，該研究成果展示了無(wú)須巨量轉移技術(shù)就能實(shí)現全彩顯示的Micro-LED概念，研究成果也分別被刊登在國際知名期刊《Scientific Reports》與《Photonics Research》。

　　由于藍綠光的LED是由銦氮化鎵基材料為主，因為晶體結構的關(guān)系，是一種壓電材料，本身具有很強的內建電場(chǎng)，會(huì )影響主動(dòng)區的發(fā)光波長(cháng)與載子復合效率，這個(gè)現象稱(chēng)為量子史侷限塔克效應(quantum confined Stark effect; QCSE)，是困擾LED發(fā)光效率的主要原因之一，因此該研究團隊利用QCSE的特性，在綠光磊芯片上通過(guò)環(huán)型奈米結構的制作，釋放LED主動(dòng)區的應力來(lái)實(shí)現波長(cháng)調變的效果，并將發(fā)光波長(cháng)由綠光調變至藍光;由于奈米結構會(huì )犧牲掉部分發(fā)光面積而降低發(fā)光強度，且Micro-LED隨著(zhù)尺寸的減小，側壁缺陷對芯片的影響程度則會(huì )變大，進(jìn)而導致芯片發(fā)光效率的降低，因此郭教授研究團隊導入了原子層沉積(ALD)薄膜鈍化保護技術(shù)取代傳統的電漿輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)的方式，藉由ALD鈍化保護層具有高致密度、高階梯覆蓋能力及有效的缺陷修復等特性，避免載子在芯片表面被缺陷捕捉，大幅提高了元件的發(fā)光強度，進(jìn)而提升效率。

　　由于制備的每個(gè)RGB子像素的尺寸僅為3 μm * 10 μm，因此在小面積上實(shí)現量子點(diǎn)材料的精確噴涂也是該研究的一大亮點(diǎn)所在。該研究團隊所采用的高精度量子點(diǎn)噴涂技術(shù)，可實(shí)現1.65 μm線(xiàn)寬的均勻噴涂(如圖所示)，噴涂精度可以很好地滿(mǎn)足要求。

　　圖片來(lái)源：Photonics Research

　　此外，因為奈米結構的設計使得外露的主動(dòng)區面積增加，多數的量子點(diǎn)與主動(dòng)區直接接觸，如圖所示，進(jìn)階的實(shí)現了非輻射能量轉移(NRET)效應，提高了量子點(diǎn)材料的色轉換效率。非輻射能量轉移(NRET)是一種發(fā)生在兩個(gè)發(fā)色團之間能量轉移的一種機制，由德國科學(xué)家Theodor F?rster提出?？蓪⑵涿枋鰹榧ぐl(fā)態(tài)上的施體發(fā)色團，在距離極靠近的情況下，可以透過(guò)偶極耦合的方式將能量傳遞給受體發(fā)色團，屬于一種類(lèi)似近場(chǎng)傳輸(即反應的作用距離遠小于激發(fā)波長(cháng))，而LED的多重量子井與量子點(diǎn)即可視為兩個(gè)發(fā)色團，并存在著(zhù)施體與受體關(guān)系，只要在適當的距離之內，就可以發(fā)生非輻射能量轉移機制，過(guò)去許多研究都利用這個(gè)機制來(lái)提升量子點(diǎn)的色彩轉換效率。

　　圖片來(lái)源：Photonics Research

　　綜上所述，該聯(lián)合研究團隊開(kāi)發(fā)了可實(shí)現全彩微顯示的新型Micro-LED，并利用原子層沉積ALD技術(shù)改善了Micro-LED的發(fā)光效率，同時(shí)利用非輻射能量轉移機制提升了量子點(diǎn)的色轉換效率。該研究開(kāi)發(fā)制備的量子點(diǎn)與奈米環(huán)Micro-LED技術(shù)，為實(shí)現Micro-LED的全彩顯示提供了一種新思路與新方向。