今年於2023 Touch Taiwan展覽中，鴻海和晶成半導體共同研發展示一款新型的0.12吋微顯示器，像素密度超過 6,500 PPI、藍光亮度達20萬尼特的微型發光二極體(Micro light-emitting diodes; Micro-LED)。透過藍光4 µm間距高效率藍光像素製程，降低Micro-LED的表面缺陷、提升外部量子效率及產品的可靠度。Micro-LED作為新一代的先進顯示技術，Micro-LED擁有低功耗、高亮度以及高解析度等優點。除了照明以及顯示以外，亦能將調製訊號加在Micro-LED上進行光源傳輸，賦予兼具照明以及通訊等多功能應用，這種採用可見光波段的光訊號傳輸稱為可見光通訊 (Visible light communication，VLC)。VLC技術沒有電磁干擾(EMI)問題，傳輸訊號不具穿透性且照明角度有局限性，因此具備保密、室內定位等發展優勢，除可應用於汽車、航空航太、室內網路、行動定位服務、醫院和國防外，近期亦展示應用至晶片到晶片(chip-to-chip)的光互連技術(optical interconnect)的高速傳輸、低功耗之優勢。

    鴻海研究院攜手合作國立台灣大學林恭如教授研究團隊，開發自適應信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)控制算法通過分析雜訊來優化傳輸性能，並結合單晶片半極性藍光Micro-LED製備VLC系統，如圖一所示。使用固定輸出功率0.18 mW的半極性藍色InGaN/GaN Micro-LED為高速VLC系統的發射器，搭配比特加載的離散多音(bit-loaded discrete multi-tone, BL-DMT)編碼及自適應SNR算法來為每個子載波分配允許的正交幅調變(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)。如圖二所示，該成果不僅滿足誤碼率的標準(bit-error-rate, BER)達3.8 × 10−3，BL-DMT串流的傳輸速率可達到6.2 Gbps，透過自適應SNR算法將最佳功率再次分配，功耗更可抑制到29 fJ/bit。相較於業界中Avicena發表晶片optical interconnect之功耗2 pJ/bit，以及Ayar Labs與Nvidia合作開發的晶片optical interconnect功耗為5 pJ/bit，其所設計VLC系統之功耗可減少近百倍。

上述研究成果也在光學與光子學國際理事會舉辦的雷射顯示與照明研討會(Post Deadline)上公開發表《2023 Laser Display and Lighting Conference (LDC), OPIC, 2023》並於國際期刊《optics express》發表。未來的半導體不但需要持續追求更高的密度，還要同時兼顧效能更強、功能更多，如同呼應中研院院士張懋中提出的「best junction for the function」。

圖一、(a)單晶片半極性(20-21)藍色Micro-LED架構；(b)功率-電流；(c)單晶片半極性藍光Micro-LED與雪崩光電二極體的頻率響應圖。


圖二、(a) 1.5 GHz BL-DMT串流的信噪比頻譜、分配的比特水平和M-QAM星座圖；(c) 藍光傳輸速率之benchmark。