Micro-LED除了照明以及顯示技術，還能將訊號加以在Micro-LED上，使其作為光源傳輸，賦予一個兼具照明以及資料傳輸的通訊應用，若照明波段落在可見光的，我們就將其稱為可見光通訊(Visible Light Communication, VLC)。由於Micro-LED具有低功耗以及較高的調變頻寬，在可見光通訊領域會有很大的潛力。而可見光通訊需要的成本來自於發射元件、接收元件、驅動電路、用於可見光通訊的專用晶片等，然而價格限制了可見光通訊的發展，因此，需要不斷的改進製程，降低生產成本，才能使光通訊得以大規模推廣，透過市場帶動技術發展，規模化生產促進光通訊成本降低。
近期國立台灣大學林恭如教授團隊、國立陽明交通大學郭浩中教授團隊及東京大學暨日本學術振興會程志賢特別研究員合作開發帶有奈米光柵結構的半極化綠光2x2微型發光二極體(Micro-LED)陣列並進行高速傳輸封裝以實現高速無線可見光傳輸其傳輸位元率可達5 Gbit/s，如圖一所示。在綠光2x2 Micro-LED陣列的特殊設計下可以有效抑制量子侷限史塔克效應 (Quantum-confined Start effect)以擁有低極化相關電場和平坦的量子井能帶。為了解決晶片縮小因表面缺陷造成LED光電特性不佳的問題，郭浩中教授研究團隊導入原子層鈍化沉積技術(Atomic layer deposition, ALD)來提升元件輻射複合的效率，減少漏電流的產生，開發出高性能的高速綠光Micro-LED元件。此種效應使得綠光2x2 Micro-LED陣列表現出2.5 V的啟動電壓以及在電流密度1 A/cm2操作下得到0.3 mW的輸出功率。此外，此綠光2x2 Micro-LED陣列相較於一般傳統LED元件展現出較小的波長偏移。另一方面，50 mm的大孔徑設計可以有效降低元件的電容宜以提升整體3-dB調變頻寬及在更大的偏壓表現出-1dB的功率壓縮。綠光2x2 Micro-LED陣列設計相較於單顆Micro-LED元件也可有效降低整體的元件藉以降低功耗。
圖一、(a)奈米結構半極化綠光Micro-LED元件示意圖；(b)(c) 2х2 Micro-LED元件點亮與未點亮在光學顯微鏡下之影像。
在搭配特定高速傳輸封裝使得綠光2x2 m-LED陣列在非歸零開關鍵控格式訊號(Non-Return-to-Zero On-OFF Keying)傳輸下，其傳輸位元率可達1.5 Gbit/s。如圖二(a)所示；而在寬頻正交振幅調變-正交分頻多工格式傳輸系統下，使用8階正交振幅調變-正交分頻多工格式訊號且採樣率為16 GS操作下，其誤碼率可達3.3×10-3，總傳輸位元率達4.5 Gbit/s。綠光2x2 m-LED陣列使用加載離散多音(Bit-Loaded Discrete Multitone)格式傳輸在可以超過5 Gbit/s的傳輸位元率，為目前已知綠光調變最高的總傳輸位元率，如圖三所示。此次工作中顯示綠光2x2 Micro-LED陣列擁有更大的潛力，當與手持移動設備封裝結合以應用於可見光通信或光無線通信領域的未來應用。相關研究成果被2021年被頂尖光電期刊《Photonics Research》所接受。
圖二、(a)-(f) NRZ-OOK傳輸下之眼圖分析，其傳輸位元率可達1.5 Gbit/s。
圖三、比較利用NRZ-OOK與OFDM調變方式達到的總傳輸位元率。
白光照明VLC研究上，國立陽明交通大學郭浩中教授團隊與與美國新創公司Saphlux、耶魯大學、廈門大學的研究人員合作，採用半極化(Semipolar)的Micro LED結合提出了一種用於全彩顯示的PNCs-Micro-LED (Perovskite NCs, PNCs)顯示技術，該元件是使用半極性(20-21)藍色Micro-LED陣列進行激發，該陣列具有發射綠色的CsPbBr3和發射紅色的CsPbBrI2 PNCs，如圖四所示。接著在外層披覆SiO2以增強其穩定性，使PNCs可以在老化測試超過1300小時後成功保持其光強度。此外，半極性(20-21) Micro-LED陣列具有良好的波長偏移特性，在不同電流密度下，與具有同對數量子阱(MQW)設計的c-plane Micro-LED相比，波長偏移僅為2.7 nm，如圖五(c)。PNCs產生的紅色和綠色顯著提高了色純度和色域，可達到127.23% NTSC標準色域面積占比的和95.00% Rec. 2020，如圖五(b)。同時也提供655 MHz頻寬和1.2 Gbp/s 的數據傳輸速率，如圖五(a)(d)-(f)，所提出的PNC-Micro-LED具有色偏小、色域大、頻寬高、穩定性強等優點，相關研究成果被2021年被頂尖光電期刊《Photonics Research》所接受。
圖四、可撓式色轉換層之製作流程與PNCs-Micro-LED白光元件之影像圖。
圖五、(a)不同操作電流下之半極化藍光Micro-LED頻率響應；(b) PNCs-Micro-LED之色域面積圖；(c)半極化藍光Micro-LED在不同操作電流密度條件下之波長位移；(d)-(f) NRZ-OOK傳輸下之眼圖分析，其傳輸位元率可達1.2 Gbit/s。
資料來源：
1、https://doi.org/10.1364/PRJ.431095
2、https://doi.org/10.1364/PRJ.437689
3、DOI: 10.1109/JPHOT.2021.3092878
