元宇宙世界中有一項重要的硬體發展，就是穿戴式的裝置。當我們戴上頭盔，目中所及就可以是虛擬世界。然而，如果想要讓頭盔中的螢幕畫面更加「寫實」，需要哪些條件呢？首先，必須是個無線裝置，才能夠方便地戴著走來走去；再來，資料的傳輸速率必須要能達到約每秒1兆位元組（1 Tbps）才行！如果一首MP3歌曲算作4 MB的話，這個傳輸速率可以在1秒內傳送25萬首歌！而一部高畫質電影算作 10 GB的話，則可以在一秒內傳送100部高畫質電影！
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<h2>可見光通訊：實現超高速無線傳輸</h2>
目前人類最常使用的無線傳輸方式，是利用無線電波（radio wave）的波段。舉凡4G、5G、Wi-Fi、藍牙、收音機……全部都屬於無線電波的波段。然而受到一些物理上的限制，要繼續使用無線電波的波段來達到如此高速的傳輸，是相當困難的事情，科學家們必須另闢蹊徑，嘗試使用別的波段來傳輸訊號。由於可見光通訊的頻寬比無線電波通訊大非常多，故其中一種可能的突破口，就是將無線電波換成可見光，稱為「可見光通訊」（visible light communications）。
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<h2>來自臺灣的小小LED陣列，打破全球紀錄</h2>
在國科會及經濟部的支持下，臺灣大學光電工程學研究所林恭如教授、陽明交通大學光電工程學系郭浩中教授，以及日本東京大學先端科學技術研究中心程志賢研究員率領團隊，在2021年發表了「超高速2×2綠光微型LED陣列（Ultrafast 2 × 2 green micro-LED array）」。這項研究取得了可見光無線通訊的重要突破，並被美國光學學會選為焦點論文。以下我們將此項技術分成幾個關鍵字來理解。
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「微型LED（μ-LED）」：表示使用的LED尺寸相當小，僅有數十個微米（1 微米 = 百萬分之一公尺 ）。郭浩中教授解釋，μ-LED的未來願景之一，就是可以做出兼具畫面顯示與資料傳輸功能的螢幕。LED做得愈小，畫面的解析度就愈好、反應速度愈快、重量也會更輕，這些都是穿戴式裝置所必須要追求的特性。
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「綠光」：目前綠光μ-LED主要以「氮化銦鎵／氮化鎵」作為材料。由於這種材料的特性，藍光μ-LED的發光效率遠比綠光來得更好。因此，綠光𝜇-LED的發展始終存在一些障礙，不如藍光來得進步，而這也是本次團隊選擇綠光來鑽研尋求突破的原因之一。
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「2×2陣列」：表示這是由每排2個LED組成的方形陣列。LED數量愈多就愈亮、訊號愈強，但卻也可能由於其他的技術原因，讓整體的效率變糟，因此必須在亮度與傳輸速率之間取得平衡。林恭如教授回憶，這項研究前前後後一共使用了3批不同的LED排列方式／數量，花了將近一年的時間，才找到最佳的數量與組合。
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「超高速」：指的是資料的傳輸速率非常快，超過了5 Gbps。聽起來，這個傳輸速率離前文所說的，要讓螢幕顯示出人眼所見真實世界的傳輸速率（1 Tbps），還非常遙遠（大約還差了200倍），然而如果先將資料妥善壓縮過的話，只要4 Gbps左右的傳輸速率就可以達成！這項研究的成果「超過5 Gbps」不但達到了這個目標，甚至還打破了世界紀錄！
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<h2>專業分工，大師盛讚「優雅」</h2>
林恭如教授與郭浩中教授是長達20年的合作夥伴。郭浩中教授負責半導體的設計、製程，而林恭如教授與程志賢博士負責接下來的高速微型封裝設計、製作及測試。放眼全世界，雖然臺灣半導體技術享譽國際，也是諸多螢幕品牌的重要供應鏈，但整體而言高速微型封裝分析測試資源相對較少，與國外其他鑽研μ-LED的團隊競爭時仍相當不易。
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林恭如教授表示，臺灣之所以可以領先全球，做出這項成果的主要原因，是仰賴郭浩中教授與程志賢博士專業的微型LED設計與高頻構裝。微型LED會受到「量子侷限史塔克效應」的影響，導致發光效率下降，成為阻擋綠光μ-LED傳輸速率提升的元兇之一，而郭浩中教授的設計，妥善地降低了這個效應帶來的負面影響。林恭如教授特別提到，被譽為「光照上網技術之父」的哈拉爾德．哈斯（Harald Haas）用了「優雅地」（elegantly）一詞，來描述他們三位在這個元件設計與高頻構裝的成果。
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郭浩中教授則表示，林恭如教授團隊的高速微型構裝製程、與高位元率直調測試技術才是真正地國際馳名。不但在國內獲得兩次傑出研究獎的肯定，同時還是美國光學學會（Optical Society of America, OSA）、美國電機電子工程師學會（Institute of Electrical and Electronics Engineers , IEEE）的會士。這項研究中，林恭如教授獨到的封裝設計與先進格式調變技術拓展了頻寬，進而大幅度提升了整體的資料傳輸速率。
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<h2>紅、綠、藍三色光同步發展！</h2>
「超高速2×2綠光微型LED陣列」讓人類朝著元宇宙穿戴型裝置普及前進了一大步。研究團隊接下來在紅、綠、藍三原色光都將繼續研究。紅光部分，團隊與鴻海研究院、沙烏地阿拉伯的阿布都拉國王科技大學（King Abdullah University of Science and Technology, KAUST）合作，挑戰使用「氮化銦鎵／氮化鎵」作為材料，目前已經有了部分成果發表；綠光部分，在取得了成功以後，團隊正追求縮小尺寸，目前已經達到10微米；藍光部分，由於全球整體技術更為成熟，因此競爭也更為激烈，但團隊也勇於接下挑戰，繼續追求技術領先與突破。
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（客座總編輯 | 國立臺灣大學資訊網路與多媒體研究所助理教授 葛如鈞；研究顧問團隊 | 國立臺灣大學資工系、所 洪一平教授、大學眼科主治醫師、台大資工所博士 黃宇軒醫師、資安鑄造股份有限公司 毛敬豪執行長、akaSwap平台藝術 王新仁總監；責任編輯 | 段芊卉、梁孟娟、趙守予）

林恭如教授與郭浩中教授及日本東京大學特約研究員程志賢博士聯手合作，以超快綠色微型發光二極體陣列元件，達成自由空間中超過五十億位元/秒（5-Gbps）可見光無線通信數據傳輸的全球最快紀錄。