湖北省Micro LED产业专利技术分析

杜磊 高媛 张晶 肖志远 苏源哲 施燕

湖北省知识产权发展中心 湖北武汉 430072

LED技术发展几十年，从最初的固态照明电源到显示领域的背光再到LED显示屏，LED的自发光、小尺寸、高亮度、长寿命、低功耗、快响应都为LED的更广泛应用提供了坚实基础。随着技术的不断发展，LED显示技术进入微型化，Micro LED技术应运而生，以功耗低、亮度高、解析度和色彩饱和度高、响应速度快，寿命长等优势，成为LED技术最新发展的一个方向。Micro LED技术的产业链可分为上游的LED外延片制作、驱动IC制作和TFT驱动背板制作；中游包括Micro LED单元制作、巨量转移的模组制程及封装；下游包括Micro LED技术的相关应用，如面板显示、照明、光通信和生物医药等[1]。

本文依托国家知识产权局专利局专利信息传播利用能力培育项目，以高端LED技术为研究对象，对Micro LED产业的专利态势进行分析，所涉及的专利检索，均使用IncoPat科技创新情报平台，检索数据截止到2019年6月30日。

1 Micro LED技术全球专利申请态势

2000年6月，该领域的首件专利提出申请，其专利号为US6410940B1，由 Kansas State University 的 Jiang Hongxing 团队提出，该专利公开了一种微尺寸的发光二极管用于迷你显示器和照明应用。之后的几年内，Micro LED的技术研究仍处于萌芽期，专利申请数量趋于平稳发展状态。从2012年开始至2017年，专利公开量呈持续大幅增长的态势，这是由于以行业巨头Luxvue公司为首的各厂商，在意识到Micro LED技术的优势以及其应用前景的情况下，积极参与为推动Micro LED技术商业化应用而进行的技术研究，且各厂商的技术研究处于稳步上升状态。

如图1所示，Micro LED相关专利的申请情况（专利从申请到公开数据库收录，会有一定的时间延迟，特别是2018年、2019年前半年的数据会大幅度小于实际数据，仅供参考），可以看出，Micro LED技术仍处于快速发展阶段。

目前，Micro LED仍未实现商业化，其产业中游芯片的制程和芯片的巨量转移是最主要问题，芯片的微缩制程也是一道坎。Micro LED技术虽面临众多的挑战，对比两年前，目前的技术进展已经进步许多，早期的专利技术已经有实体样品展示机的出现，2019年已有众多厂商展示了最新样机。

图1 全球Micro LED专利申请年度分布

2 湖北省Micro LED技术专利的总体分析

2.1 全球发展现状

本文以关键词结合IPC、CPC、FI和F-term分类号为主要检索手段来获取专利信息。同时，结合IncoPat等数据库各自的优点，得到世界范围内检索主题相关领域的专利申请。根据前期的不断探索，修正得到表1所示的检索要素表。检索到全球范围内相关专利申请共2056项（申请号合并后），其中，中国专利申请888项。

表1 检索要素表检索要素 基本要素关键词中文 微型发光二极管、微发光二极管、“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*”分类号 IPC H01L27/15（包括专门适用于光发射并且包括至少一个电位跃变势垒或者表面势垒的半导体组件）G09G3/32（半导体的，例如使用发光二极管的）

图2为全球地域排名分析图，从图可知，全球专利申请量排名靠前的国家或地区地区为中国、美国、世界知识产权组织、韩国、中国台湾和日本。其中，美国、韩国和日本是专利布局较早的国家，其研发实力强劲，中国在Micro LED领域的起步较晚，但发展迅猛，截至目前中国的专利申请量位居榜首。

图2 Micro LED专利申请全球地域排名

图3展示了Micro LED全球主要申请人排名情况，美国Apple公司专利申请量排名第一（其收购的LuxVue公司的专利也转入Apple的名下），排名第二的深圳华星光电是国内显示面板产业的龙头企业，排名第三的申请人是Goertek（歌尔股份）是一家非典型显示屏技术企业。除此之外的中国企业还有京东方科技集团，上海天马微电子和台湾的友达光电，这些都属于面板制造企业。可以看出，中美韩包揽了专利申请量排名前十，其中中国企业有5家（包括中国台湾1家），韩国3家，美国2家，表明在中国企业已经掀开了有关Micro LED的研发热潮。

2.2 我国Micro LED专利技术分析

本次技术分析将Micro LED技术分解为模组、芯片、驱动、巨量转移、应用及其它。其中，模组在本次技术分析下是指芯片与驱动结合后的组件，其可以在驱动电路的驱动下驱动芯片实现发光，专利所涉及的技术方案包括模组结构、模组制作工艺等；芯片在本次技术分析下是包括单晶芯片和多晶芯片，其均由Micro LED（微型发光二极管）颗粒构成，专利所涉及的技术方案包括芯片制作工艺、芯片结构；驱动在本次技术分析下包括驱动基板和驱动电路，专利所涉及的技术方案包括驱动基板结构、驱动电路结构、驱动方法等；巨量转移相关的专利所涉及的技术方案主要包括大量Micro LED颗粒转移方法；应用包括Micro LED技术的应用系统；而其它包括色彩转换、外延片、TFT基板等[2]。

图3 Micro LED专利全球主要申请人排名

图4为国内Micro LED的技术分布情况。可以看出，国内在芯片的占比最多，其次是其它应用，然后分别为驱动和模组，说明国内产商正在打造Micro LED全产业链，便于整体进行专利布局，以在未来Micro LED产业上争得一席之地。

图4 Micro LED国内技术分布

图5为国内省市排名分析图，从图可以看出，Micro LED专利申请的区域主要集中在广东，该地区专利申请数量达到204件，是江苏、山东、上海等地区专利申请量的近三倍之多。可见，广东省的技术申请领先有绝对的优势，由图6可知，其原因主要是深圳市华星光电技术有限公司在广东申请了大量的专利，其次还有南方科技大学、中山大学以及广东省半导体产业技术研究院。从图5中还可以看到，湖北申请量位居第十，在国内省市中，湖北省在Micro LED技术方面起步比较晚。

2.3 湖北省Micro LED专利技术分析

（1）湖北省Micro LED申请趋势分析。图7为湖北省申请趋势分析图，从图可知，湖北省内的Micro LED专利申请总量并不多。湖北省Micro LED技术相关的最早的第一件专利申请于2008年，是一件关于微型发光二极管的应用，将微型发光二极管作为光源制作成照明灯。湖北省相关专利申请数量一直很少，主要是由武汉华星光电、武汉华显光电和华中科技大学进行了相关领域的专利申请，说明湖北在这一块起步较晚。

图6 Micro LED专利国内主要申请人排名

图7 湖北省申请趋势分析

（2）湖北省Micro LED主要申请人分析。

图8为湖北省排名靠前的主要申请人排名，申请量排名前三的申请人依次是武汉华星光电技术有限公司、华中科技大学、武汉大学，由此可知，企业方面只有武汉华星光电有6件专利申请，再就是武汉华星光电半导体、华引芯和华灿光电，其余主要来源于高校。华中科技大学和武汉大学专利技术主要涉及Micro LED单个芯片的制作和巨量转移上，这两个技术一直是业界最头痛的问题。华引芯（武汉）科技有限公司，唯一的一篇专利涉及倒装Micro LED智能车灯芯片，属于照明领域。

图8 湖北省主要申请人排名

（3）湖北省Micro LED主要发明人分析。图9展示了湖北省主要发明人排名情况，其中，周圣军、徐浩浩、丁星火、高艺霖、农垒森来自华中科技大学，其技术主要聚焦于Micro LED芯片的巨量转移。黄永安、卞敬、周劳伯洋、杨彪来自武汉大学且为同一课题组，其专利技术则偏向Micro LED产业的单个Micro LED芯片的制作。刘旺来自华引芯（武汉）科技有限公司，唯一的一篇专利涉及倒装Micro LED智能车灯芯片，属于照明领域。

湖北省的重要发明人主要来自武汉大学和华中科技大学，技术主要涉及Micro LED单个芯片的制作和巨量转移上，这两个技术一直是业界最头痛的问题，湖北省的科研重市在该问题上已经有了相关技术的产出，为以后成果转化和打造湖北武汉本土相关企业奠定了基础。

图9 湖北省主要发明人排名

经以上数据可知，湖北省Micro LED技术的专利申请趋势同全球的相当，自2016年开始专利爆发式增长，主要申请人为位于武汉高新技术开发区的武汉华星光电和天马微电子，对应的，主要发明人也是来自上述两家企业，研究技术领域集中在微型发光二极管的结构和制作以及Micro LED技术的显示应用方面。目前，湖北省暂无专利运营发生。

3 湖北省Micro LED产业发展建议

Micro LED 是自发光显示技术的先进演进方向，湖北省内高校和企业已在此技术上投入大量力量进行研究，但由于起步较晚，技术还比较薄弱。应将 Micro LED 作为加快新型显示产业升级的重要着力点，在统筹规划布局、核心技术研发、完善产业生态方面出台系列支持政策，鼓励先进企业积极研发Micro LED 工艺，抢占未来显示产业制高点。

3.1 提供产业政策支持，招商引资

一是湖北省政府推动出台面向Micro LED显示产业的针对性政策措施，通过综合施策，促进Micro LED显示产业与传统消费电子产业融合创新发展。二是引进海外或国内沿海及台湾地区相关产业链各个环节的企业，通过产业链协同创新，整体推进湖北省（武汉市、园区）在整个产业链上的技术和实力，进入良好的发展轨道。

3.2 优化投资机制，完善产业发展环境

营造湖北省Micro LED 显示产业投资环境，设立Micro LED技术专项创新基金，撬动社会资本，支持 Micro LED 先进技术研发和商用，鼓励银行信贷、天使投资、保险投资和境外资本等多渠道资金投向国内 Micro LED 显示产业。

3.3 实施技术创新，提高产业竞争力

一是统筹实施Micro LED产业化工程，通过设立专项资金，引导湖北武汉高校或科研院所和重点企业联合攻关Micro LED显示技术难题。二是建设Micro LED产学研用一体化平台，推广Micro LED显示产品在大尺寸电视、VR/AR、智能手表等领域的应用。

3.4 加快知识产权建设，保障行业发展质量

基于专利技术分析，目前该产业的研究热点在芯片和模组技术分支，特别是芯片微缩制程、巨量转移方法和设备等的环节。因此，一方面，建议湖北在芯片、模组方面加强研发和专利布局，通过加强地方专利申请扶持政策的方向性引导、强化专利质量监控和反馈等多种方式，加强高价值专利的培育；另一方面，由于上游的专利布局较少，为了进一步提高驱动效率和质量，建议在该环节进行创新，特别是驱动基板、相关材料等方面开展专利布局[3]。

3.5 推动产业高效发展

目前湖北省武汉市最大的两个厂商华星光电和天马微电子整体上已经覆盖了整个产业链，但是研究力量还较弱。因此，建议在中游特别是在芯片、模组环节加强研发和技术储备，以期在未来商业化中拥有更多自主知识产权的技术；另一方面，由于上游的专利布局较少，建议在该环节在继承现有技术的基础上进行创新，特别是驱动基板及其相关材料等方面的开展研究。

此外，由于巨量转移、微缩制程是业内经过近几年研究仍未很好攻克的难题，而为了提高自身的技术和专利储备，将来在该领域赢得一席之地，可以绕道而行，投入精力对上游和下游进行专利布局，例如，可以在应用方面寻找新视野，寻找新颖的Micro LED技术新应用，基于该应用进行芯片定制，进而进行专利布局。