湖北省Micro LED產(chǎn)業(yè)專利技術(shù)分析

杜磊 高媛 張晶 肖志遠(yuǎn) 蘇源哲 施燕

湖北省知識(shí)產(chǎn)權(quán)發(fā)展中心 湖北武漢 430072

LED技術(shù)發(fā)展幾十年，從最初的固態(tài)照明電源到顯示領(lǐng)域的背光再到LED顯示屏，LED的自發(fā)光、小尺寸、高亮度、長(zhǎng)壽命、低功耗、快響應(yīng)都為L(zhǎng)ED的更廣泛應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，LED顯示技術(shù)進(jìn)入微型化，Micro LED技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，以功耗低、亮度高、解析度和色彩飽和度高、響應(yīng)速度快，壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，成為L(zhǎng)ED技術(shù)最新發(fā)展的一個(gè)方向。Micro LED技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈可分為上游的LED外延片制作、驅(qū)動(dòng)IC制作和TFT驅(qū)動(dòng)背板制作；中游包括Micro LED單元制作、巨量轉(zhuǎn)移的模組制程及封裝；下游包括Micro LED技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用，如面板顯示、照明、光通信和生物醫(yī)藥等[1]。

本文依托國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利信息傳播利用能力培育項(xiàng)目，以高端LED技術(shù)為研究對(duì)象，對(duì)Micro LED產(chǎn)業(yè)的專利態(tài)勢(shì)進(jìn)行分析，所涉及的專利檢索，均使用IncoPat科技創(chuàng)新情報(bào)平臺(tái)，檢索數(shù)據(jù)截止到2019年6月30日。

1 Micro LED技術(shù)全球?qū)＠暾?qǐng)態(tài)勢(shì)

2000年6月，該領(lǐng)域的首件專利提出申請(qǐng)，其專利號(hào)為US6410940B1，由 Kansas State University 的 Jiang Hongxing 團(tuán)隊(duì)提出，該專利公開了一種微尺寸的發(fā)光二極管用于迷你顯示器和照明應(yīng)用。之后的幾年內(nèi)，Micro LED的技術(shù)研究仍處于萌芽期，專利申請(qǐng)數(shù)量趨于平穩(wěn)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。從2012年開始至2017年，專利公開量呈持續(xù)大幅增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，這是由于以行業(yè)巨頭Luxvue公司為首的各廠商，在意識(shí)到Micro LED技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以及其應(yīng)用前景的情況下，積極參與為推動(dòng)Micro LED技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用而進(jìn)行的技術(shù)研究，且各廠商的技術(shù)研究處于穩(wěn)步上升狀態(tài)。

如圖1所示，Micro LED相關(guān)專利的申請(qǐng)情況（專利從申請(qǐng)到公開數(shù)據(jù)庫(kù)收錄，會(huì)有一定的時(shí)間延遲，特別是2018年、2019年前半年的數(shù)據(jù)會(huì)大幅度小于實(shí)際數(shù)據(jù)，僅供參考），可以看出，Micro LED技術(shù)仍處于快速發(fā)展階段。

目前，Micro LED仍未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，其產(chǎn)業(yè)中游芯片的制程和芯片的巨量轉(zhuǎn)移是最主要問題，芯片的微縮制程也是一道坎。Micro LED技術(shù)雖面臨眾多的挑戰(zhàn)，對(duì)比兩年前，目前的技術(shù)進(jìn)展已經(jīng)進(jìn)步許多，早期的專利技術(shù)已經(jīng)有實(shí)體樣品展示機(jī)的出現(xiàn)，2019年已有眾多廠商展示了最新樣機(jī)。

圖1 全球Micro LED專利申請(qǐng)年度分布

2 湖北省Micro LED技術(shù)專利的總體分析

2.1 全球發(fā)展現(xiàn)狀

本文以關(guān)鍵詞結(jié)合IPC、CPC、FI和F-term分類號(hào)為主要檢索手段來(lái)獲取專利信息。同時(shí)，結(jié)合IncoPat等數(shù)據(jù)庫(kù)各自的優(yōu)點(diǎn)，得到世界范圍內(nèi)檢索主題相關(guān)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)。根據(jù)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(nèi)相關(guān)專利申請(qǐng)共2056項(xiàng)（申請(qǐng)?zhí)柡喜⒑螅?，其中，中?guó)專利申請(qǐng)888項(xiàng)。

表1 檢索要素表檢索要素 基本要素關(guān)鍵詞中文 微型發(fā)光二極管、微發(fā)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(hào) IPC H01L27/15（包括專門適用于光發(fā)射并且包括至少一個(gè)電位躍變勢(shì)壘或者表面勢(shì)壘的半導(dǎo)體組件）G09G3/32（半導(dǎo)體的，例如使用發(fā)光二極管的）

圖2為全球地域排名分析圖，從圖可知，全球?qū)＠暾?qǐng)量排名靠前的國(guó)家或地區(qū)地區(qū)為中國(guó)、美國(guó)、世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣和日本。其中，美國(guó)、韓國(guó)和日本是專利布局較早的國(guó)家，其研發(fā)實(shí)力強(qiáng)勁，中國(guó)在Micro LED領(lǐng)域的起步較晚，但發(fā)展迅猛，截至目前中國(guó)的專利申請(qǐng)量位居榜首。

圖2 Micro LED專利申請(qǐng)全球地域排名

圖3展示了Micro LED全球主要申請(qǐng)人排名情況，美國(guó)Apple公司專利申請(qǐng)量排名第一（其收購(gòu)的LuxVue公司的專利也轉(zhuǎn)入Apple的名下），排名第二的深圳華星光電是國(guó)內(nèi)顯示面板產(chǎn)業(yè)的龍頭企業(yè)，排名第三的申請(qǐng)人是Goertek（歌爾股份）是一家非典型顯示屏技術(shù)企業(yè)。除此之外的中國(guó)企業(yè)還有京東方科技集團(tuán)，上海天馬微電子和臺(tái)灣的友達(dá)光電，這些都屬于面板制造企業(yè)。可以看出，中美韓包攬了專利申請(qǐng)量排名前十，其中中國(guó)企業(yè)有5家（包括中國(guó)臺(tái)灣1家），韓國(guó)3家，美國(guó)2家，表明在中國(guó)企業(yè)已經(jīng)掀開了有關(guān)Micro LED的研發(fā)熱潮。

2.2 我國(guó)Micro LED專利技術(shù)分析

本次技術(shù)分析將Micro LED技術(shù)分解為模組、芯片、驅(qū)動(dòng)、巨量轉(zhuǎn)移、應(yīng)用及其它。其中，模組在本次技術(shù)分析下是指芯片與驅(qū)動(dòng)結(jié)合后的組件，其可以在驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)下驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)發(fā)光，專利所涉及的技術(shù)方案包括模組結(jié)構(gòu)、模組制作工藝等；芯片在本次技術(shù)分析下是包括單晶芯片和多晶芯片，其均由Micro LED（微型發(fā)光二極管）顆粒構(gòu)成，專利所涉及的技術(shù)方案包括芯片制作工藝、芯片結(jié)構(gòu)；驅(qū)動(dòng)在本次技術(shù)分析下包括驅(qū)動(dòng)基板和驅(qū)動(dòng)電路，專利所涉及的技術(shù)方案包括驅(qū)動(dòng)基板結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)方法等；巨量轉(zhuǎn)移相關(guān)的專利所涉及的技術(shù)方案主要包括大量Micro LED顆粒轉(zhuǎn)移方法；應(yīng)用包括Micro LED技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)；而其它包括色彩轉(zhuǎn)換、外延片、TFT基板等[2]。

圖3 Micro LED專利全球主要申請(qǐng)人排名

圖4為國(guó)內(nèi)Micro LED的技術(shù)分布情況?？梢钥闯觯瑖?guó)內(nèi)在芯片的占比最多，其次是其它應(yīng)用，然后分別為驅(qū)動(dòng)和模組，說(shuō)明國(guó)內(nèi)產(chǎn)商正在打造Micro LED全產(chǎn)業(yè)鏈，便于整體進(jìn)行專利布局，以在未來(lái)Micro LED產(chǎn)業(yè)上爭(zhēng)得一席之地。

圖4 Micro LED國(guó)內(nèi)技術(shù)分布

圖5為國(guó)內(nèi)省市排名分析圖，從圖可以看出，Micro LED專利申請(qǐng)的區(qū)域主要集中在廣東，該地區(qū)專利申請(qǐng)數(shù)量達(dá)到204件，是江蘇、山東、上海等地區(qū)專利申請(qǐng)量的近三倍之多?？梢?，廣東省的技術(shù)申請(qǐng)領(lǐng)先有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，由圖6可知，其原因主要是深圳市華星光電技術(shù)有限公司在廣東申請(qǐng)了大量的專利，其次還有南方科技大學(xué)、中山大學(xué)以及廣東省半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院。從圖5中還可以看到，湖北申請(qǐng)量位居第十，在國(guó)內(nèi)省市中，湖北省在Micro LED技術(shù)方面起步比較晚。

2.3 湖北省Micro LED專利技術(shù)分析

（1）湖北省Micro LED申請(qǐng)趨勢(shì)分析。圖7為湖北省申請(qǐng)趨勢(shì)分析圖，從圖可知，湖北省內(nèi)的Micro LED專利申請(qǐng)總量并不多。湖北省Micro LED技術(shù)相關(guān)的最早的第一件專利申請(qǐng)于2008年，是一件關(guān)于微型發(fā)光二極管的應(yīng)用，將微型發(fā)光二極管作為光源制作成照明燈。湖北省相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)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(xué)進(jìn)行了相關(guān)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)，說(shuō)明湖北在這一塊起步較晚。

圖6 Micro LED專利國(guó)內(nèi)主要申請(qǐng)人排名

圖7 湖北省申請(qǐng)趨勢(shì)分析

（2）湖北省Micro LED主要申請(qǐng)人分析。

圖8為湖北省排名靠前的主要申請(qǐng)人排名，申請(qǐng)量排名前三的申請(qǐng)人依次是武漢華星光電技術(shù)有限公司、華中科技大學(xué)、武漢大學(xué)，由此可知，企業(yè)方面只有武漢華星光電有6件專利申請(qǐng)，再就是武漢華星光電半導(dǎo)體、華引芯和華燦光電，其余主要來(lái)源于高校。華中科技大學(xué)和武漢大學(xué)專利技術(shù)主要涉及Micro LED單個(gè)芯片的制作和巨量轉(zhuǎn)移上，這兩個(gè)技術(shù)一直是業(yè)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(lǐng)域。

圖8 湖北省主要申請(qǐng)人排名

（3）湖北省Micro LED主要發(fā)明人分析。圖9展示了湖北省主要發(fā)明人排名情況，其中，周圣軍、徐浩浩、丁星火、高藝霖、農(nóng)壘森來(lái)自華中科技大學(xué)，其技術(shù)主要聚焦于Micro LED芯片的巨量轉(zhuǎn)移。黃永安、卞敬、周勞伯洋、楊彪來(lái)自武漢大學(xué)且為同一課題組，其專利技術(shù)則偏向Micro LED產(chǎn)業(yè)的單個(gè)Micro LED芯片的制作。劉旺來(lái)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(lǐng)域。

湖北省的重要發(fā)明人主要來(lái)自武漢大學(xué)和華中科技大學(xué)，技術(shù)主要涉及Micro LED單個(gè)芯片的制作和巨量轉(zhuǎn)移上，這兩個(gè)技術(shù)一直是業(yè)界最頭痛的問題，湖北省的科研重市在該問題上已經(jīng)有了相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)出，為以后成果轉(zhuǎn)化和打造湖北武漢本土相關(guān)企業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

圖9 湖北省主要發(fā)明人排名

經(jīng)以上數(shù)據(jù)可知，湖北省Micro LED技術(shù)的專利申請(qǐng)趨勢(shì)同全球的相當(dāng)，自2016年開始專利爆發(fā)式增長(zhǎng)，主要申請(qǐng)人為位于武漢高新技術(shù)開發(fā)區(qū)的武漢華星光電和天馬微電子，對(duì)應(yīng)的，主要發(fā)明人也是來(lái)自上述兩家企業(yè)，研究技術(shù)領(lǐng)域集中在微型發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)和制作以及Micro LED技術(shù)的顯示應(yīng)用方面。目前，湖北省暫無(wú)專利運(yùn)營(yíng)發(fā)生。

3 湖北省Micro LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

Micro LED 是自發(fā)光顯示技術(shù)的先進(jìn)演進(jìn)方向，湖北省內(nèi)高校和企業(yè)已在此技術(shù)上投入大量力量進(jìn)行研究，但由于起步較晚，技術(shù)還比較薄弱。應(yīng)將 Micro LED 作為加快新型顯示產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要著力點(diǎn)，在統(tǒng)籌規(guī)劃布局、核心技術(shù)研發(fā)、完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)方面出臺(tái)系列支持政策，鼓勵(lì)先進(jìn)企業(yè)積極研發(fā)Micro LED 工藝，搶占未來(lái)顯示產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)。

3.1 提供產(chǎn)業(yè)政策支持，招商引資

一是湖北省政府推動(dòng)出臺(tái)面向Micro LED顯示產(chǎn)業(yè)的針對(duì)性政策措施，通過綜合施策，促進(jìn)Micro LED顯示產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)融合創(chuàng)新發(fā)展。二是引進(jìn)海外或國(guó)內(nèi)沿海及臺(tái)灣地區(qū)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的企業(yè)，通過產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新，整體推進(jìn)湖北省（武漢市、園區(qū)）在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈上的技術(shù)和實(shí)力，進(jìn)入良好的發(fā)展軌道。

3.2 優(yōu)化投資機(jī)制，完善產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境

營(yíng)造湖北省Micro LED 顯示產(chǎn)業(yè)投資環(huán)境，設(shè)立Micro LED技術(shù)專項(xiàng)創(chuàng)新基金，撬動(dòng)社會(huì)資本，支持 Micro LED 先進(jìn)技術(shù)研發(fā)和商用，鼓勵(lì)銀行信貸、天使投資、保險(xiǎn)投資和境外資本等多渠道資金投向國(guó)內(nèi) Micro LED 顯示產(chǎn)業(yè)。

3.3 實(shí)施技術(shù)創(chuàng)新，提高產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力

一是統(tǒng)籌實(shí)施Micro LED產(chǎn)業(yè)化工程，通過設(shè)立專項(xiàng)資金，引導(dǎo)湖北武漢高校或科研院所和重點(diǎn)企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)Micro LED顯示技術(shù)難題。二是建設(shè)Micro LED產(chǎn)學(xué)研用一體化平臺(tái)，推廣Micro LED顯示產(chǎn)品在大尺寸電視、VR/AR、智能手表等領(lǐng)域的應(yīng)用。

3.4 加快知識(shí)產(chǎn)權(quán)建設(shè)，保障行業(yè)發(fā)展質(zhì)量

基于專利技術(shù)分析，目前該產(chǎn)業(yè)的研究熱點(diǎn)在芯片和模組技術(shù)分支，特別是芯片微縮制程、巨量轉(zhuǎn)移方法和設(shè)備等的環(huán)節(jié)。因此，一方面，建議湖北在芯片、模組方面加強(qiáng)研發(fā)和專利布局，通過加強(qiáng)地方專利申請(qǐng)扶持政策的方向性引導(dǎo)、強(qiáng)化專利質(zhì)量監(jiān)控和反饋等多種方式，加強(qiáng)高價(jià)值專利的培育；另一方面，由于上游的專利布局較少，為了進(jìn)一步提高驅(qū)動(dòng)效率和質(zhì)量，建議在該環(huán)節(jié)進(jìn)行創(chuàng)新，特別是驅(qū)動(dòng)基板、相關(guān)材料等方面開展專利布局[3]。

3.5 推動(dòng)產(chǎn)業(yè)高效發(fā)展

目前湖北省武漢市最大的兩個(gè)廠商華星光電和天馬微電子整體上已經(jīng)覆蓋了整個(gè)產(chǎn)業(yè)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(huán)節(jié)加強(qiáng)研發(fā)和技術(shù)儲(chǔ)備，以期在未來(lái)商業(yè)化中擁有更多自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)；另一方面，由于上游的專利布局較少，建議在該環(huán)節(jié)在繼承現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，特別是驅(qū)動(dòng)基板及其相關(guān)材料等方面的開展研究。

此外，由于巨量轉(zhuǎn)移、微縮制程是業(yè)內(nèi)經(jīng)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(shù)和專利儲(chǔ)備，將來(lái)在該領(lǐng)域贏得一席之地，可以繞道而行，投入精力對(duì)上游和下游進(jìn)行專利布局，例如，可以在應(yīng)用方面尋找新視野，尋找新穎的Micro LED技術(shù)新應(yīng)用，基于該應(yīng)用進(jìn)行芯片定制，進(jìn)而進(jìn)行專利布局。