微型發光二極管（Micro LED）顯示技術的專利分析

史敏娜 郭學軍 梁明明 王小峰

（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，河南 鄭州450000）

0 引言

微型發光二極管（Micro LED）顯示是指將尺寸縮小到幾十微米的發光二極管芯片組裝到驅動電路板上所形成的發光陣列，是一種自發光顯示技術，比現有的OLED亮度更高、功耗更低。Micro LED顯示技術雖然目前還沒有產業化，但已經成為下一代顯示技術最重要的發展方向，業內普遍預期該技術是當前OLED顯示的替代技術，是目前各顯示器企業爭相布局的熱門技術。根據預測，全球micro LED顯示的市場將從2019年的6億美元增加至2025年的20.5億美元，也就是說復合年均增長率高達約80%。

1 專利申請總體情況

圖1顯示了全球范圍內Micro LED的申請情況，涉及Micro LED的專利申請最早出現在2002年，這和在2000年首次報道制備出Micro-LED的時間基本相符；之后的12年里申請量穩步提升，但年申請量均較少，可能和Micro LED的制造技術復雜、生產工藝尚不成熟有關；2017年之后，年申請量開始大幅提升，可以視為產業化前的專利布局準備。

圖1 全球專利申請趨勢

2 重要專利技術分支

Micro LED領域主要涉及的技術分支如圖2所示，以下對各技術分支進行詳細分析和梳理。

圖2 主要技術分支的申請量分布

2.1 巨量轉移技術

巨量轉移技術是指將生長在原生基板上的微型發光二極管批量式轉移到電路基板上的技術。由于微型發光二極管的尺寸小，定位精度要求高，而且電路基板上需要數以百計的亞像素，如何高效率的將微型發光二極管批量式轉移到電路基板上成為一項技術難點。目前主要有以下工藝：

（1）靜電吸附技術。通過使轉移頭帶上靜電來對微型發光二極管進行抓取，例如，東麗工程株式會社的專利申請（JP2018163900A，專利公開號，下同）。

（2）磁力技術。京東方（CN111584519A）將電磁設置在背板中以實現LED結合到驅動背板。

（3）自組裝技術。例如，華燦光電（CN107425101A）將帶有磁極的微型發光二極管和電路基板放入溶液中，通過磁力吸附來定位和轉移管芯。

（4）微轉印技術。X-Celeprint公司（US202002587 61A1）利用彈性印膜結合高精度打印頭，選擇性拾取微型器件的大陣列，并將其打印到替換基板上。

2.2 對位鍵合技術（Bonding）

將微型發光二極管應用于顯示領域時需要將生長在襯底上的微型發光二極管轉移到驅動基板上，在取放過程中頻繁地出現微型LED與基板的接合觸點對不準。主要通過對位標識（CN110311029A）和調整綁定工藝（CN111373554A）來解決。

2.3 封裝技術

（1）優化出光。Micro LED最大的特點是LED尺寸的微縮，但是常規LED所面臨的主要技術問題Micro LED也會涉及，用于優化常規LED芯片的技術手段同樣可應用于Micro LED，例如，復旦大學提出（CN107195734A）通過表面粗化來提高Micro-LED的出光效率。然而，微型發光二極管相較于現有的發光二極管尺寸更微縮，粗化過程會影響微型發光二極管良率，為此，華燦光電（CN107706275A）公開了在P型電極和導電層中設置反射層來優化出光。

（2）防串擾。小尺寸的液晶顯示器中LED燈的間距小，分區之間光線的串擾較大。中科院長春光機所（CN112117297A）提出在相鄰LED間設置光隔離結構。

（3）防拼接暗線。Micro LED芯片之間的間隙處亮度偏暗。廈門乾照（CN108511569A）在LED周邊區域設置反射層和絕緣隔離層從而在周邊發生兩次光反射，增加光萃取量，提高拼接區域亮度。

（4）散熱。當Micro LED背光源中LED顆數非常多，會衍生出散熱問題。北京大學（CN108493306A）提出采用環繞式大面積N-pad來優化散熱。

2.4 MICRO LED全彩化技術

微型LED顯示器的每個像素均包括紅色、藍色和綠色三色，形成完整布局的顯示器背板經過至少一次轉移，每種微型LED顏色來自不同的轉運基片。MICRO LED全彩化技術通常分為以下三種：

（1）RGB三色LED法。采用鍵合或者倒裝的方式將三色LED與電路基板連接，例如，新世紀光電股份有限公司的專利申請（CN107768487A）。

（2）UV/藍光LED+發光介質法。采用量子點或熒光粉膜對紫外或藍光進行顏色轉換。例如，深圳市麗格特光電有限公司的專利申請（CN105679196A）。

（3）光學透鏡合成法。將三個紅、綠、藍三色的MICRO LED陣列分別封裝在三塊封裝板上，并連接三色棱鏡，通過驅動面板傳輸圖片信號，調整亮度實現彩色化，例如，四川長虹電器的專利申請（CN110855 968A）。

2.5 外延生長技術

當發光二極管的尺寸微型化后，微型發光二極管中晶格缺陷的密度將提高，進而會帶來外延結構翹曲、均勻性差等問題。因此，LED外延生長技術同樣是micro LED的關鍵技術之一。

（1）缺陷改進。主要針對外延層生長性能以及外延層之間應力的改進。合肥惠科金揚科技有限公司提出（CN107706273A）設置應力釋放層來少翹曲。

（2）提升電流密度。提升發光區的電流密度可提高發光效率。例如，美科米尚技術有限公司（CN105355 733A）提出將發光區域的尺寸設置為小于LED的尺寸，由于開口限制了電流進入LED的面積，發光區域的電流密度得以提升。

（3）提升發光面積。覆晶式微型發光二極管容易電流擁擠進而衍生出散熱問題。為此，提出了三維結構的Micro LED，向三度空間發光，提升亮度和面積，如友達光電（CN109065686A）三維LED。

3 結語

Micro LED是目前顯示領域專利布局的一個熱點，近4年以來申請量呈爆發式增長趨勢，而且根據專利申請趨勢，申請量還將繼續維持在較高水平。

關于Micro LED的轉移和對位的專利申請占比較多，尤其以巨量轉移技術占比最高，該技術也是目前Micro LED生產面臨的最大技術困難和產業化的關鍵障礙，我國在該領域具有大量專利申請。可以預期，如果能在該技術上占得先機，則后續的產業化生產中將擁有巨大話語權。Micro LED的封裝技術、全彩化技術以及外延技術，是常規LED技術的延伸，申請人在上述領域的專利地位依賴于其在常規LED領域的專利地位，特別是上述分支中的外延技術，國外起步較早，掌握了許多基礎專利，但國內申請人在后期在該領域進行了大量專利布局，提出了許多新穎實用的技術方案，基于上述態勢，在涉及上述分支的生產和研發時，國內申請人要提前進行技術分析，選擇可行的技術路線，規避專利風險。