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【科学的力量】“微光”点亮视界——Mini-LED的技术革新之路

发布时间：2025年12月15日来源：电子科学与技术学院

从掌中手机的方寸荧屏，到户外楼宇的巨型幕墙，当光影画面在无数终端亮起、装点生活之际，人类对更丰富、更清晰、更真实视觉体验的求索，始终未有穷期。如今，一项名为 Mini-LED 的“光之革命”正悄然推进这一进程。顾名思义，它是传统LED的“迷你升级版”，它的芯片细得就像头发丝，能以更加精密的方式为我们呈现眼前的光影世界。

不过，想要把实验室的“微光”转化为稳定且均匀的显示画面，可不是件容易的事，光电转换效率低、显示画面不均匀等都是摆在眼前的难题。为此，厦门大学电子科学与技术学院半导体照明与显示创新团队（以下简称“团队”）进行了一场从材料基础到系统集成的全方位创新探索，用一系列创新成果突破技术瓶颈，揭开了生活中“光之魔法”的神秘面纱。

“能量转化师”：革新设计，提高电光转换效率

作为 Mini-LED显示的“心脏”，芯片的电光转换效率直接决定了显示器件的能耗与亮度上限。团队精准瞄准“芯片电光转换效率提不高”的痛点，从芯片的外延和侧壁两个环节发力，构建起双重技术屏障。

“让载流子们劲儿往一处使，光线才能更明亮、更稳定。”团队成员打了个形象的比喻。在芯片内部，是由一层层半导体材料“外延生长”形成的多量子阱，它们像许多排排站的队伍。传统工艺中，材料层之间的晶格失配造成多量子阱内部载流子损失，影响整体发光效率。而团队通过优化外延结构设计，让载流子们整齐分布，协作发力。同时也有效抑制了晶体缺陷的产生，进而显著提升了发光的稳定性。

与此同时，团队在芯片的精密加工上构筑了另一道防线。当芯片被干法蚀刻切割至微米尺度时，其侧壁会产生损伤，导致“漏电”。为此，团队研发了复合式侧壁绝缘技术，通过在芯片侧壁形成保护膜，有效修复侧壁损伤，将致命的反向漏电流降低了整整一个数量级，从10^-6mA降低到10^-7mA，显著遏制了电的无效损耗，提升了电转化为光的效率。

图1 复合式侧壁绝缘技术图示

“光线指挥家”：多维调控，精准把控发光方向

当电转化为光的难题被攻克后，如何精准控制光线、使其在屏幕上呈现出均匀可控的光，成了下一个棘手的问题。“这就像指挥一个庞大的交响乐团，我们要当好台上的‘指挥家’”。团队成员如是说。

如果说传统芯片是一个完整的台面，那多台面串联倒装技术，就是把单个芯片切割成三个独立的小台面。这样，每个小台面的发光范围就集中了起来，散热也更加均匀高效，从物理结构上为精准控光奠定了基础。

图2 多台面串联倒装芯片新技术实现显微分辨的发光中心位置与发光分布锚定

有了精确的光源，还需要控制光射出的方向。团队应用光束角调控技术，使调节光线可以像调节百叶窗或反光镜一样，按需改变光线的出射角度和扩散范围，满足不同产品需求。这好比为每束光配备了一套智能“镜面导航系统”，确保光线投向最需要的屏幕区域。

要将数万颗芯片精准焊接，其底座必须极致平整。为此，团队发明了阻焊开窗新方法。这好比建造一座微缩桥梁，其桥墩不仅高度要绝对一致，其顶部的对接面尺寸与位置也必须分毫不差。通过材料与工艺创新，该方法实现了这种极限精度，从而从根源上保障了整屏光线分布的均匀性。

“画质调色盘”：消融差异，打造全域高清视界

当数千万颗独立的微光芯片汇聚成一面完整的高清屏幕，最后一道挑战摆在面前：如何消除瑕疵、清晰成像？高画质高分辨显示整屏光色差异消融技术，是团队给出的创新答案。

为了实现画质的均匀与纯净，团队首先从源头改进了芯片的整合逻辑。在传统工艺中，需对巨量微芯片逐一测试、分类和排列，费时费力效果也不尽如人意。团队研发的自适应拓扑式巨量固晶技术，则直接随机取用芯片，通过智能算法重新排列组合，让不同特性的芯片互相“补台”，原本困扰行业的亮暗错落、波长偏差等问题被逐一化解，奠定了画面均匀性的基础。

静态之美，在于极致的“黑”。一块顶级屏幕的追求，远不止点亮时的绚丽，更在于熄灭时的静谧。团队开发了提升Mini-LED外观黑度与墨色一致性的成套技术。它通过优化材料与表面处理，让屏幕在关闭时，也能呈现出纯净的黑色。这不仅提升了外观质感，也为获得更高的显示对比度创造了条件。

动态之准，在于实时的“控”。动态画面要求背光必须“如影随形”，才能避免出现光晕。团队创新的背光源分区亮度提取技术，能依据算法实时识别明暗，对亮区精准激发，暗区则精确关闭。如此一来，物体的轮廓得以从光晕中剥离，明与暗得以并存，最终成就了鲜活而清晰的动态画质。

图3 该项目构建了无需帧缓存的背光源分区亮度提取新方法

时至今日，这项始于方寸微光间的创新，其光芒已然照亮了更广阔的天地。技术自2020年起在国内三家领军企业落地生根，近三年直接带动高端新产品销售超31亿元，创利超2.4亿元。“2020年后，可以说是实现了从依赖进口到自给自足，再到反向出口的跨越。”团队成员自豪地谈到。可以看到的是，这不仅是一次技术的突破，更标志着我国在高端显示领域自主创新能力的实质性跃升，成为科技自立自强在新兴产业中一个坚实而动人的注脚。

展望未来，光的探索永无止境。团队成员们的视线已投向被称为“终极显示”的Micro-LED。AR智能眼镜、透明智能车载显示、可穿戴设备......这些曾经科幻的场景，正在光的革新中加速照进现实。人类对更清晰、更真实、更沉浸的视觉追求永无止境，从实验室出发的一束束微光，正是回应这份渴望的永恒回响。

【团队名片】

厦门大学电子科学与技术学院半导体照明与显示创新团队，在张荣院士指导、陈忠教授带领下，依托国家集成电路产教融合创新平台、福建省半导体照明工程技术研究中心、福建省LED照明与显示行业技术开发基地，承担了国家863高技术、国家科技支撑、科技部重点研发计划、国家自然科学基金重点和国际合作等重要科研项目，注重光电关键技术的研发和产学研合作。为国家LED应用产品质量监督检验中心和国家平板显示产业计量测试中心（厦门）的获批建设提供了重要技术和人才支撑。建成LED照明与显示公共研发和检测服务平台，为促进光电产业的发展壮大发挥了重要作用。

（文/宣传部冯歆然图/厦门大学电子科学与技术学院半导体照明与显示创新团队）

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