提升MicroLED出光可控率？一文解析「光提取和光整形」

#01 

Micro LED光提取与光整形

*来源：光学学报总第581期

Micro LED选用无机LED芯片，具备像素自发光特性，无需背光源与滤光片。这一特性不但让它省却了传统显示技术中繁杂的光学组件，而且有效规避了有机材料容易出现的老化难题。不过，若想达成高品质的显示效果，就要提高光提取效率（LEE）并使Micro LED的出光可控，因此光提取和光整形等技术尤为重要。

光提取和光整形是两个互补的过程，面向具体的应用和设计需求可以同时或先后发生，在提高MicroLED性能方面发挥着重要作用。光提取是从MicroLED芯片内部提取尽可能多的光到外部环境的过程，而光整形则涉及Micro LED发出的配光光形、尺寸和强度分布的调整，以满足特定的显示需求。

表面粗化与侧壁修复

表面粗化技术是通过在Micro LED表面制造微小的结构（如纳米柱或微米级粗糙结构）增加光散射，从而提高光提取效率。在这个过程中，散射光的方向性也发生了改变。表面粗化主要是为了提高光提取效率，但在光整形上也有一定的潜力，将其与一些特定表面结构或整形技术结合，可以更好地提升Micro LED的光学性能。侧壁修复技术通过改善Micro LED的侧壁质量，减少非辐射复合，从而提高光的提取效率，在这个过程中还同时改善了光子的传播路径和方向性。

*用于提高LED芯片的光提取效率的技术 

以上为提高Micro LED芯片的光提取效率的几种主流技术。图3（a）~（c）为光线在从折射率为2.5的介质向折射率为1.5、折射率为1的介质传播过程中的光线折射示意图。假设芯片是如立方体的规则几何外形，则光线在各种芯片内不同功能膜层界面上可能发生多次反射而不改变角度，在全反射条件下可以多次振荡传播。在这种情况下，即使是最微小的损耗机制也会对光提取效率产生影响，因此即使用透过率为60%的基底，如果不采用其他提取技术，光提取效率也在30%以下。

一些有效的方案是基于粗糙表面，如图3（d）~（f）所示，在每次反弹时改变光的传播方向，从而改变光的出射角度。另一种方法是设计特定形状的芯片，如图3（g）~（i）所示，例如金字塔形或棱锥形，这打破了光学腔的对称性并使光线传播方向随机化，光线可以在芯片内经过几次行程后逃逸，这在理论上可以使透明衬底LED的光提取效率提高到60%。

*更多技术进展见文后全文链接

在Micro LED显示应用中，若要获得高质量的显示效果，就需要提高Micro LED的光提取效率，并且获取具有特定指向性的光分布，这就使光提取技术与光整形技术成为当前的研究热点。

展望未来，Micro LED光提取与光整形技术将进一步与人工智能技术结合，利用人工智能算法设计优化结构，以在降低人力成本的同时提高精确度，实现AI+Micro LED 显示应用。利用 AI算法对MicroLED制造中的晶片缺陷进行自动化识别和修复，还可以分析巨量转移过程中的芯片位置偏差，实时调整工艺参数以提高良率......

以上部分内容及图片

来自光学学报 2025年4月 第45卷 第8期

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