湖北省Micro LED產業專利技術分析

杜磊 高媛 張晶 肖志遠 蘇源哲 施燕

湖北省知識產權發展中心 湖北武漢 430072

LED技術發展幾十年，從最初的固態照明電源到顯示領域的背光再到LED顯示屏，LED的自發光、小尺寸、高亮度、長壽命、低功耗、快響應都為LED的更廣泛應用提供了堅實基礎。隨著技術的不斷發展，LED顯示技術進入微型化，Micro LED技術應運而生，以功耗低、亮度高、解析度和色彩飽和度高、響應速度快，壽命長等優勢，成為LED技術最新發展的一個方向。Micro LED技術的產業鏈可分為上游的LED外延片制作、驅動IC制作和TFT驅動背板制作；中游包括Micro LED單元制作、巨量轉移的模組制程及封裝；下游包括Micro LED技術的相關應用，如面板顯示、照明、光通信和生物醫藥等[1]。

本文依托國家知識產權局專利局專利信息傳播利用能力培育項目，以高端LED技術為研究對象，對Micro LED產業的專利態勢進行分析，所涉及的專利檢索，均使用IncoPat科技創新情報平臺，檢索數據截止到2019年6月30日。

1 Micro LED技術全球專利申請態勢

2000年6月，該領域的首件專利提出申請，其專利號為US6410940B1，由 Kansas State University 的 Jiang Hongxing 團隊提出，該專利公開了一種微尺寸的發光二極管用于迷你顯示器和照明應用。之后的幾年內，Micro LED的技術研究仍處于萌芽期，專利申請數量趨于平穩發展狀態。從2012年開始至2017年，專利公開量呈持續大幅增長的態勢，這是由于以行業巨頭Luxvue公司為首的各廠商，在意識到Micro LED技術的優勢以及其應用前景的情況下，積極參與為推動Micro LED技術商業化應用而進行的技術研究，且各廠商的技術研究處于穩步上升狀態。

如圖1所示，Micro LED相關專利的申請情況（專利從申請到公開數據庫收錄，會有一定的時間延遲，特別是2018年、2019年前半年的數據會大幅度小于實際數據，僅供參考），可以看出，Micro LED技術仍處于快速發展階段。

目前，Micro LED仍未實現商業化，其產業中游芯片的制程和芯片的巨量轉移是最主要問題，芯片的微縮制程也是一道坎。Micro LED技術雖面臨眾多的挑戰，對比兩年前，目前的技術進展已經進步許多，早期的專利技術已經有實體樣品展示機的出現，2019年已有眾多廠商展示了最新樣機。

圖1 全球Micro LED專利申請年度分布

2 湖北省Micro LED技術專利的總體分析

2.1 全球發展現狀

本文以關鍵詞結合IPC、CPC、FI和F-term分類號為主要檢索手段來獲取專利信息。同時，結合IncoPat等數據庫各自的優點，得到世界范圍內檢索主題相關領域的專利申請。根據前期的不斷探索，修正得到表1所示的檢索要素表。檢索到全球范圍內相關專利申請共2056項（申請號合并后），其中，中國專利申請888項。

表1 檢索要素表檢索要素 基本要素關鍵詞中文 微型發光二極管、微發光二極管、“微LED”、“微型LED”英文Micro-LED*/ “Micro LED*”/ “MicroLED”/“microled*”/ “Micro Light Emitting Diode*”/“μLED*”/“mLED*”/“micro and single-chip integrated LED*”分類號 IPC H01L27/15（包括專門適用于光發射并且包括至少一個電位躍變勢壘或者表面勢壘的半導體組件）G09G3/32（半導體的，例如使用發光二極管的）

圖2為全球地域排名分析圖，從圖可知，全球專利申請量排名靠前的國家或地區地區為中國、美國、世界知識產權組織、韓國、中國臺灣和日本。其中，美國、韓國和日本是專利布局較早的國家，其研發實力強勁，中國在Micro LED領域的起步較晚，但發展迅猛，截至目前中國的專利申請量位居榜首。

圖2 Micro LED專利申請全球地域排名

圖3展示了Micro LED全球主要申請人排名情況，美國Apple公司專利申請量排名第一（其收購的LuxVue公司的專利也轉入Apple的名下），排名第二的深圳華星光電是國內顯示面板產業的龍頭企業，排名第三的申請人是Goertek（歌爾股份）是一家非典型顯示屏技術企業。除此之外的中國企業還有京東方科技集團，上海天馬微電子和臺灣的友達光電，這些都屬于面板制造企業?？梢钥闯?，中美韓包攬了專利申請量排名前十，其中中國企業有5家（包括中國臺灣1家），韓國3家，美國2家，表明在中國企業已經掀開了有關Micro LED的研發熱潮。

2.2 我國Micro LED專利技術分析

本次技術分析將Micro LED技術分解為模組、芯片、驅動、巨量轉移、應用及其它。其中，模組在本次技術分析下是指芯片與驅動結合后的組件，其可以在驅動電路的驅動下驅動芯片實現發光，專利所涉及的技術方案包括模組結構、模組制作工藝等；芯片在本次技術分析下是包括單晶芯片和多晶芯片，其均由Micro LED（微型發光二極管）顆粒構成，專利所涉及的技術方案包括芯片制作工藝、芯片結構；驅動在本次技術分析下包括驅動基板和驅動電路，專利所涉及的技術方案包括驅動基板結構、驅動電路結構、驅動方法等；巨量轉移相關的專利所涉及的技術方案主要包括大量Micro LED顆粒轉移方法；應用包括Micro LED技術的應用系統；而其它包括色彩轉換、外延片、TFT基板等[2]。

圖3 Micro LED專利全球主要申請人排名

圖4為國內Micro LED的技術分布情況?？梢钥闯?，國內在芯片的占比最多，其次是其它應用，然后分別為驅動和模組，說明國內產商正在打造Micro LED全產業鏈，便于整體進行專利布局，以在未來Micro LED產業上爭得一席之地。

圖4 Micro LED國內技術分布

圖5為國內省市排名分析圖，從圖可以看出，Micro LED專利申請的區域主要集中在廣東，該地區專利申請數量達到204件，是江蘇、山東、上海等地區專利申請量的近三倍之多?？梢?，廣東省的技術申請領先有絕對的優勢，由圖6可知，其原因主要是深圳市華星光電技術有限公司在廣東申請了大量的專利，其次還有南方科技大學、中山大學以及廣東省半導體產業技術研究院。從圖5中還可以看到，湖北申請量位居第十，在國內省市中，湖北省在Micro LED技術方面起步比較晚。

2.3 湖北省Micro LED專利技術分析

（1）湖北省Micro LED申請趨勢分析。圖7為湖北省申請趨勢分析圖，從圖可知，湖北省內的Micro LED專利申請總量并不多。湖北省Micro LED技術相關的最早的第一件專利申請于2008年，是一件關于微型發光二極管的應用，將微型發光二極管作為光源制作成照明燈。湖北省相關專利申請數量一直很少，主要是由武漢華星光電、武漢華顯光電和華中科技大學進行了相關領域的專利申請，說明湖北在這一塊起步較晚。

圖6 Micro LED專利國內主要申請人排名

圖7 湖北省申請趨勢分析

（2）湖北省Micro LED主要申請人分析。

圖8為湖北省排名靠前的主要申請人排名，申請量排名前三的申請人依次是武漢華星光電技術有限公司、華中科技大學、武漢大學，由此可知，企業方面只有武漢華星光電有6件專利申請，再就是武漢華星光電半導體、華引芯和華燦光電，其余主要來源于高校。華中科技大學和武漢大學專利技術主要涉及Micro LED單個芯片的制作和巨量轉移上，這兩個技術一直是業界最頭痛的問題。華引芯（武漢）科技有限公司，唯一的一篇專利涉及倒裝Micro LED智能車燈芯片，屬于照明領域。

圖8 湖北省主要申請人排名

（3）湖北省Micro LED主要發明人分析。圖9展示了湖北省主要發明人排名情況，其中，周圣軍、徐浩浩、丁星火、高藝霖、農壘森來自華中科技大學，其技術主要聚焦于Micro LED芯片的巨量轉移。黃永安、卞敬、周勞伯洋、楊彪來自武漢大學且為同一課題組，其專利技術則偏向Micro LED產業的單個Micro LED芯片的制作。劉旺來自華引芯（武漢）科技有限公司，唯一的一篇專利涉及倒裝Micro LED智能車燈芯片，屬于照明領域。

湖北省的重要發明人主要來自武漢大學和華中科技大學，技術主要涉及Micro LED單個芯片的制作和巨量轉移上，這兩個技術一直是業界最頭痛的問題，湖北省的科研重市在該問題上已經有了相關技術的產出，為以后成果轉化和打造湖北武漢本土相關企業奠定了基礎。

圖9 湖北省主要發明人排名

經以上數據可知，湖北省Micro LED技術的專利申請趨勢同全球的相當，自2016年開始專利爆發式增長，主要申請人為位于武漢高新技術開發區的武漢華星光電和天馬微電子，對應的，主要發明人也是來自上述兩家企業，研究技術領域集中在微型發光二極管的結構和制作以及Micro LED技術的顯示應用方面。目前，湖北省暫無專利運營發生。

3 湖北省Micro LED產業發展建議

Micro LED 是自發光顯示技術的先進演進方向，湖北省內高校和企業已在此技術上投入大量力量進行研究，但由于起步較晚，技術還比較薄弱。應將 Micro LED 作為加快新型顯示產業升級的重要著力點，在統籌規劃布局、核心技術研發、完善產業生態方面出臺系列支持政策，鼓勵先進企業積極研發Micro LED 工藝，搶占未來顯示產業制高點。

3.1 提供產業政策支持，招商引資

一是湖北省政府推動出臺面向Micro LED顯示產業的針對性政策措施，通過綜合施策，促進Micro LED顯示產業與傳統消費電子產業融合創新發展。二是引進海外或國內沿海及臺灣地區相關產業鏈各個環節的企業，通過產業鏈協同創新，整體推進湖北?。ㄎ錆h市、園區）在整個產業鏈上的技術和實力，進入良好的發展軌道。

3.2 優化投資機制，完善產業發展環境

營造湖北省Micro LED 顯示產業投資環境，設立Micro LED技術專項創新基金，撬動社會資本，支持 Micro LED 先進技術研發和商用，鼓勵銀行信貸、天使投資、保險投資和境外資本等多渠道資金投向國內 Micro LED 顯示產業。

3.3 實施技術創新，提高產業競爭力

一是統籌實施Micro LED產業化工程，通過設立專項資金，引導湖北武漢高?；蚩蒲性核椭攸c企業聯合攻關Micro LED顯示技術難題。二是建設Micro LED產學研用一體化平臺，推廣Micro LED顯示產品在大尺寸電視、VR/AR、智能手表等領域的應用。

3.4 加快知識產權建設，保障行業發展質量

基于專利技術分析，目前該產業的研究熱點在芯片和模組技術分支，特別是芯片微縮制程、巨量轉移方法和設備等的環節。因此，一方面，建議湖北在芯片、模組方面加強研發和專利布局，通過加強地方專利申請扶持政策的方向性引導、強化專利質量監控和反饋等多種方式，加強高價值專利的培育；另一方面，由于上游的專利布局較少，為了進一步提高驅動效率和質量，建議在該環節進行創新，特別是驅動基板、相關材料等方面開展專利布局[3]。

3.5 推動產業高效發展

目前湖北省武漢市最大的兩個廠商華星光電和天馬微電子整體上已經覆蓋了整個產業鏈，但是研究力量還較弱。因此，建議在中游特別是在芯片、模組環節加強研發和技術儲備，以期在未來商業化中擁有更多自主知識產權的技術；另一方面，由于上游的專利布局較少，建議在該環節在繼承現有技術的基礎上進行創新，特別是驅動基板及其相關材料等方面的開展研究。

此外，由于巨量轉移、微縮制程是業內經過近幾年研究仍未很好攻克的難題，而為了提高自身的技術和專利儲備，將來在該領域贏得一席之地，可以繞道而行，投入精力對上游和下游進行專利布局，例如，可以在應用方面尋找新視野，尋找新穎的Micro LED技術新應用，基于該應用進行芯片定制，進而進行專利布局。