顯示技術在我們的生活中扮演著重要角色，其廣泛的應用包括智能手機、平板電腦、桌面顯示器、電視、車載顯示、戶外看板、數據投影儀和增強現實/虛擬現實設備等。與液晶和有機LED顯示器相比，Micro-LED具有高亮度、低功耗、高解析度、高對比度等諸多優點，並具有應對新興產品應用的潛力。然而，要實現全彩微型顯示(full-color display)仍然面臨一些困難，特別是高In含量的氮化銦鎵(InGaN)基紅光Micro-LED受到量子侷限史塔克效應(quantum confined-Stark effect, QCSE)的影響，效率不足且存在波長位移的問題，進而影響顯示品質。

為了解決氮化銦鎵（InGaN）基紅光Micro-LED在色彩穩定性方面的問題，陽明交通大學（NYCU）郭浩中教授與鴻海研究院（HHRI）半導體所合作，開發了一種新型的高色純度氮化銦鎵（InGaN）基紅光Micro-LED，並成功地在元件頂部導入了非對稱分散式布拉格反射鏡（modified distributed Bragg reflectors, DBR），以作為濾光片，有效地減輕了由QCSE現象所引起的波長位移問題。該研究是基於先前與沙烏地阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學(KAUST)研究團隊共同開發的高效率InGaN-based紅光Micro-LED基礎上進行的，研究成果《High-efficiency InGaN red micro-LEDs for visible light communication》已於去年七月發表在國際頂尖光電期刊Photonics Research。全文詳見https://doi.org/10.1364/PRJ.462050。

本團隊成功在元件頂部導入非對稱式分佈布拉格反射器（DBR），以作為濾光片，成功減輕了由QCSE現象所引起的波長位移問題。在研究過程中，本團隊進行了三種不同DBR設計的光學特性比較，包括傳統的DBR和有無經過優化的非對稱式DBR。透過將計算出的光譜轉換成CIE 1931色度座標以及8位編碼的RGB值，我們能夠更加穩定地定量評估色彩的表現。傳統的DBR會將色偏移量上升67%。這是因為光譜波紋降低了色純度，這導致顏色從紅色變為洋紅色。相比之下，經過厚度優化的非對稱式DBR能夠有效減少光譜位移的現象，在CIE1931的色彩座標中也表現出了42%的位移量減少，證實非對稱式DBR結構可以有效提高色彩穩定性，達到提高色純度之目的。CIE 1391的色彩座標與不同DBR結構之色彩位移關係如圖二所示。本研究成果已於今年1月在光電期刊nanomaterials發表，標題為《Modified Distributed Bragg Reflectors for Color Stability in InGaN Red Micro-LEDs》，全文可參閱https://doi.org/10.3390/nano13040661。

陽明交大與鴻海研究院團隊共同開發的光電技術成果，包含高效率InGaN-based紅光Micro-LED、高色純度DBR設計、高頻寬黃綠光氮化鎵Micro-LED元件等相關五篇研究，均成功發表於2023光電頂級會議Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO)，此會議由電機電子工程師學會(IEEE)、美國物理學會(APS)及美國光學學會(OSA)共同主辦，是全球光電領域最重要的國際盛會之一。

圖一、 InGaN 紅色 micro-LED色彩座標。

圖二、結合不同 DBR 的 InGaN 紅色micro-LED 的 CIE 1931 色彩座標。