微型发光二极管（Micro LED）显示技术的专利分析

史敏娜 郭学军 梁明明 王小峰

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南 郑州450000）

0 引言

微型发光二极管（Micro LED）显示是指将尺寸缩小到几十微米的发光二极管芯片组装到驱动电路板上所形成的发光阵列，是一种自发光显示技术，比现有的OLED亮度更高、功耗更低。Micro LED显示技术虽然目前还没有产业化，但已经成为下一代显示技术最重要的发展方向，业内普遍预期该技术是当前OLED显示的替代技术，是目前各显示器企业争相布局的热门技术。根据预测，全球micro LED显示的市场将从2019年的6亿美元增加至2025年的20.5亿美元，也就是说复合年均增长率高达约80%。

1 专利申请总体情况

图1显示了全球范围内Micro LED的申请情况，涉及Micro LED的专利申请最早出现在2002年，这和在2000年首次报道制备出Micro-LED的时间基本相符；之后的12年里申请量稳步提升，但年申请量均较少，可能和Micro LED的制造技术复杂、生产工艺尚不成熟有关；2017年之后，年申请量开始大幅提升，可以视为产业化前的专利布局准备。

图1 全球专利申请趋势

2 重要专利技术分支

Micro LED领域主要涉及的技术分支如图2所示，以下对各技术分支进行详细分析和梳理。

图2 主要技术分支的申请量分布

2.1 巨量转移技术

巨量转移技术是指将生长在原生基板上的微型发光二极管批量式转移到电路基板上的技术。由于微型发光二极管的尺寸小，定位精度要求高，而且电路基板上需要数以百计的亚像素，如何高效率的将微型发光二极管批量式转移到电路基板上成为一项技术难点。目前主要有以下工艺：

（1）静电吸附技术。通过使转移头带上静电来对微型发光二极管进行抓取，例如，东丽工程株式会社的专利申请（JP2018163900A，专利公开号，下同）。

（2）磁力技术。京东方（CN111584519A）将电磁设置在背板中以实现LED结合到驱动背板。

（3）自组装技术。例如，华灿光电（CN107425101A）将带有磁极的微型发光二极管和电路基板放入溶液中，通过磁力吸附来定位和转移管芯。

（4）微转印技术。X-Celeprint公司（US202002587 61A1）利用弹性印膜结合高精度打印头，选择性拾取微型器件的大阵列，并将其打印到替换基板上。

2.2 对位键合技术（Bonding）

将微型发光二极管应用于显示领域时需要将生长在衬底上的微型发光二极管转移到驱动基板上，在取放过程中频繁地出现微型LED与基板的接合触点对不准。主要通过对位标识（CN110311029A）和调整绑定工艺（CN111373554A）来解决。

2.3 封装技术

（1）优化出光。Micro LED最大的特点是LED尺寸的微缩，但是常规LED所面临的主要技术问题Micro LED也会涉及，用于优化常规LED芯片的技术手段同样可应用于Micro LED，例如，复旦大学提出（CN107195734A）通过表面粗化来提高Micro-LED的出光效率。然而，微型发光二极管相较于现有的发光二极管尺寸更微缩，粗化过程会影响微型发光二极管良率，为此，华灿光电（CN107706275A）公开了在P型电极和导电层中设置反射层来优化出光。

（2）防串扰。小尺寸的液晶显示器中LED灯的间距小，分区之间光线的串扰较大。中科院长春光机所（CN112117297A）提出在相邻LED间设置光隔离结构。

（3）防拼接暗线。Micro LED芯片之间的间隙处亮度偏暗。厦门乾照（CN108511569A）在LED周边区域设置反射层和绝缘隔离层从而在周边发生两次光反射，增加光萃取量，提高拼接区域亮度。

（4）散热。当Micro LED背光源中LED颗数非常多，会衍生出散热问题。北京大学（CN108493306A）提出采用环绕式大面积N-pad来优化散热。

2.4 MICRO LED全彩化技术

微型LED显示器的每个像素均包括红色、蓝色和绿色三色，形成完整布局的显示器背板经过至少一次转移，每种微型LED颜色来自不同的转运基片。MICRO LED全彩化技术通常分为以下三种：

（1）RGB三色LED法。采用键合或者倒装的方式将三色LED与电路基板连接，例如，新世纪光电股份有限公司的专利申请（CN107768487A）。

（2）UV/蓝光LED+发光介质法。采用量子点或荧光粉膜对紫外或蓝光进行颜色转换。例如，深圳市丽格特光电有限公司的专利申请（CN105679196A）。

（3）光学透镜合成法。将三个红、绿、蓝三色的MICRO LED阵列分别封装在三块封装板上，并连接三色棱镜，通过驱动面板传输图片信号，调整亮度实现彩色化，例如，四川长虹电器的专利申请（CN110855 968A）。

2.5 外延生长技术

当发光二极管的尺寸微型化后，微型发光二极管中晶格缺陷的密度将提高，进而会带来外延结构翘曲、均匀性差等问题。因此，LED外延生长技术同样是micro LED的关键技术之一。

（1）缺陷改进。主要针对外延层生长性能以及外延层之间应力的改进。合肥惠科金扬科技有限公司提出（CN107706273A）设置应力释放层来少翘曲。

（2）提升电流密度。提升发光区的电流密度可提高发光效率。例如，美科米尚技术有限公司（CN105355 733A）提出将发光区域的尺寸设置为小于LED的尺寸，由于开口限制了电流进入LED的面积，发光区域的电流密度得以提升。

（3）提升发光面积。覆晶式微型发光二极管容易电流拥挤进而衍生出散热问题。为此，提出了三维结构的Micro LED，向三度空间发光，提升亮度和面积，如友达光电（CN109065686A）三维LED。

3 结语

Micro LED是目前显示领域专利布局的一个热点，近4年以来申请量呈爆发式增长趋势，而且根据专利申请趋势，申请量还将继续维持在较高水平。

关于Micro LED的转移和对位的专利申请占比较多，尤其以巨量转移技术占比最高，该技术也是目前Micro LED生产面临的最大技术困难和产业化的关键障碍，我国在该领域具有大量专利申请。可以预期，如果能在该技术上占得先机，则后续的产业化生产中将拥有巨大话语权。Micro LED的封装技术、全彩化技术以及外延技术，是常规LED技术的延伸，申请人在上述领域的专利地位依赖于其在常规LED领域的专利地位，特别是上述分支中的外延技术，国外起步较早，掌握了许多基础专利，但国内申请人在后期在该领域进行了大量专利布局，提出了许多新颖实用的技术方案，基于上述态势，在涉及上述分支的生产和研发时，国内申请人要提前进行技术分析，选择可行的技术路线，规避专利风险。