隨著對(duì)更快互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟛粩嘣黾?，現(xiàn)有的無線電頻譜接近其容量極限，促使研究人員探索替代途徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

可見光通訊（Visible light communication, VLC）作為一種具有前景和創(chuàng)新性的無線技術(shù)，利用可見光進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，被定位為傳統(tǒng)Wi-Fi和室內(nèi)無線通訊方法的潛在繼任者，VLC本質(zhì)上是利用以前未開發(fā)的可見光頻譜資源，為頻率擁擠的日益嚴(yán)重問題提供了解決方案。

VLC的優(yōu)勢(shì)包括數(shù)據(jù)安全性、對(duì)電磁波干擾的免疫性、無需許可證要求和快速響應(yīng)時(shí)間。VLC特別值得注意的功能之一是在同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)提供照明。這種雙重功能不僅降低了運(yùn)行成本，還減少了不必要的能耗，使其成為一種節(jié)能的選擇。

VLC的潛在應(yīng)用非常廣泛，涵蓋了從汽車和室內(nèi)通訊到移動(dòng)定位服務(wù)的各個(gè)領(lǐng)域，它與禁止無線電波的環(huán)境兼容，進(jìn)一步增強(qiáng)了其多功能性和適用性。在這些應(yīng)用中， Micro LED由于其卓越的特性，如高亮度、快速響應(yīng)時(shí)間、低功耗和出色的色彩調(diào)制能力，成為下一代全彩VLC技術(shù)的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)者。

近年來，氮化銦鎵基（InGaN-based）的Micro LED因其多功能應(yīng)用而受到重視；然而，盡管通過調(diào)整銦含量可以實(shí)現(xiàn)全彩照明，但也有需要考慮的不利因素。

在具有高銦含量的長波長InGaN-based Micro LED中，明顯的量子侷限史塔克效應(yīng)（quantum-confined Stark effect, QCSE）對(duì)其性能產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致電子-電洞波函數(shù)的重疊減少，進(jìn)而降低輻射復(fù)合速率和發(fā)光效率，并導(dǎo)致頻寬減小。

此外，若要實(shí)現(xiàn)VLC的波長分波多工（wavelength-division multiplexing），降低波長位移與半高寬以防止多通道串?dāng)_的現(xiàn)象發(fā)揮著致關(guān)重要的作用。

圖一、（a） Micro LED樣品的磊晶結(jié)構(gòu)示意圖；（b）（c） 黃光和紅光磊芯片的HAADF-STEM影像與EDS mapping影像；（d）（e） 黃光和紅光發(fā)光主動(dòng)層的TEM影像；（f） 主動(dòng)層的銦元素EDS線性掃描；（g） Micro LED元件的光學(xué)影像及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

此次，鴻海研究院（HHRI）半導(dǎo)體所所長暨陽明交大講座教授郭浩中所長、半導(dǎo)體所洪瑜亨博士研究團(tuán)隊(duì)攜手陽明交大（NYCU）及臺(tái)大（NTU）研究團(tuán)隊(duì)，與沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學(xué)（KAUST）研究團(tuán)隊(duì)展開跨國合作，共同開發(fā)長波長Micro LED陣列用于VLC應(yīng)用。

基于相同的磊晶結(jié)構(gòu)，調(diào)整InGaN量子井（quantum wells, QWs）中的銦含量，以實(shí)現(xiàn)黃光與紅光Micro LED，如圖一所示。

值得注意的是，黃光與紅光30 μm×8的Micro LED陣列分別都表現(xiàn)出了具有11.56%與5.47%的高外部量子效率（external quantum efficiency, EQE）。

在傳輸性能方面， InGaN-based的黃光Micro LED實(shí)現(xiàn)了630 MHz的調(diào)制頻寬，而紅光Micro LED則達(dá)到了418 MHz。此外，當(dāng)采用正交分頻多工（orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM）傳輸格式時(shí)，黃光Micro LED陣列更實(shí)現(xiàn)了高達(dá)1.5 Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

圖二、Micro LED元件的性能表現(xiàn)。（a） EQE-電流密度關(guān)系圖；（b） 頻寬對(duì)電流密度關(guān)系圖；（c） 黃光Micro LED在750 MHz的調(diào)制頻寬下之4-QAM OFDM數(shù)據(jù)波型；（d） CCDF-PAPR關(guān)系圖，插圖為4-QAM OFDM星座圖。

這些結(jié)果表明了長波長InGaN-based Micro LED的巨大潛力，有望推動(dòng)高速VLC和微型顯示技術(shù)的進(jìn)步，為不同技術(shù)領(lǐng)域帶來變革性機(jī)遇。

此研究成果《Advancing high-performance visible light communication with long-wavelength InGaN-based Micro LEDs》已發(fā)表在國際頂級(jí)期刊Scientific Reports，論文詳情可參閱 https://doi.org/10.1038/s41598-024-57132-9。

表一、常見的光通訊技術(shù)比較表。

近年來，人工智能技術(shù)（AI）的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心（data center）的需求大幅增加。為了處理海量數(shù)據(jù)和復(fù)雜運(yùn)算，數(shù)據(jù)中心必須具備高速、低延遲、低功耗的數(shù)據(jù)傳輸能力。然而，傳統(tǒng)的銅線傳輸方式面臨諸多限制，如串?dāng)_、信號(hào)損耗、高功耗和速率瓶頸等問題，難以滿足日益增長的數(shù)據(jù)傳輸需求。

這次的研究成果表明了長波長InGaN Micro LED在高速可見光通訊、芯片間的互聯(lián)互通（chip-to-chip interconnection），以及微型顯示技術(shù)中的巨大潛力。隨著AI技術(shù)的不斷發(fā)展，Micro LED陣列光通訊有望在未來的數(shù)據(jù)中心中扮演越來越重要的角色，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心的技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。（來源：鴻海、陽明交大）

集邦咨詢 2023Micro LED市場(chǎng)趨勢(shì)與技術(shù)成本分析報(bào)告
出刊日期: 2023 年 05 月 31 日 / 11 月 30 日
語言: 中文 / 英文
格式: PDF
頁數(shù): 160 頁 / 年