交大與 SIJ 合作推出可調變波長的全彩 Micro LED 顯示器

作者 | 發布日期 2019 年 04 月 02 日 8:00 | 分類 光電科技 , 面板 follow us in feedly

國立交通大學光電工程學系郭浩中教授研究團隊與廈門大學電子科學系吳挺竹博士和 Flex-Photonics 佘慶威博士、SIJ Technology Inc 公司合作,在單一磊晶片採用奈米結構應力調變技術與高精度的量子點噴塗技術,合作開發出單片式整合 RGB Micro LED 元件,展示無需巨量轉移技術就能達成全彩顯示的 Micro LED 概念,研究成果也分別刊登在國際知名期刊《Scientific Reports》與《Photonics Research》。



由於藍綠光的 LED 是銦氮化鎵基材料為主,因晶體結構的關係,是一種壓電材料,本身有很強的內建電場,會影響主動區的發光波長與載子複合效率,這個現象稱為量子史侷限塔克效應(quantum confined Stark effect,QCSE),是困擾 LED 發光效率的主要原因之一,因此團隊利用 QCSE 的特性,在綠光磊晶片透過製作環型奈米結構,釋放 LED 主動區的應力達成波長調變效果,並將發光波長由綠光調變至藍光;由於奈米結構會犧牲部分發光面積,降低發光強度,且 Micro LED 隨著尺寸縮小,側壁缺陷對晶片的影響程度會變大,導致晶片發光效率降低,因此郭教授研究團隊導入原子層沉積(ALD)薄膜鈍化保護技術,取代傳統的電漿輔助化學氣相沉積(PECVD),藉由 ALD 鈍化保護層有高緻密度、高階梯覆蓋能力及有效的缺陷修復等特性,避免載子在晶片表面被缺陷捕捉,大幅提高元件的發光強度,進而提升效率。

由於製備的每個 RGB 子像素尺寸僅 3×10μm,因此在小面積上做到量子點材料精確噴塗,也是此研究的一大亮點。團隊採用的高精度量子點噴塗技術,可 1.65μm 線寬均勻噴塗(如下圖),噴塗精度很能滿足要求。

(Source:Photonics Research)

此外,因為奈米結構的設計使外露主動區面積增加,多數量子點與主動區直接接觸,如下圖,進階達成非輻射能量轉移(NRET)效應,提高量子點材料的色轉換效率。非輻射能量轉移(NRET)是一種發生在兩個發色團之間能量轉移的機制,由德國科學家 Theodor Förster 提出。可描述為激發態上的施體發色團,在距離極靠近的情況下,透過偶極耦合的方式將能量傳遞給受體發色團,屬於類似近場傳輸(即反應作用距離遠小於激發波長),而 LED 多重量子井與量子點即可視為兩個發色團,並有施體與受體關係,只要在適當距離內,就可發生非輻射能量轉移機制,過去許多研究都利用這個機制來提升量子點的色彩轉換效率。

(Source:Photonics Research)

綜上所述,研究團隊開發了可達成全彩微顯示的新型 Micro LED,並利用原子層沉積 ALD 技術改善了 Micro LED 的發光效率,同時利用非輻射能量轉移機制提升了量子點的色轉換效率。研究開發製備的量子點與奈米環 Micro LED 技術,為達成 Micro LED 的全彩顯示提供新思路與新方向。

(本文由 LEDinside 授權轉載;首圖來源:shutterstock)