小微间距LED显示技术专利申请分析_王彦嫱.pdf

中国科技信息 2023 年第 8 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023-16-专利分析小间距 LED 显示屏定义：LED 像素间距（点间距）2.5mm 以下（含 2.5mm），1.0mm 以上（含 1.0mm）的LED 显示屏。小间距 LED 显示屏定义是基于点间距 2.5mm的 LED 显示屏，拓宽了 LED 显示屏的应用场景，从原先的户外应用拓展到户内应用，是 LED 显示产业突破性的进展。微间距 LED 显示屏定义：LED 像素间距（点间距）1.0mm 以下（不含 1.0mm）的 LED 显示屏。微间距 LED显示屏定义是基于点间距 1.0mm 以下的 LED 显示屏产品，如果继续沿用分立器件灯珠的形式，存在灯珠可靠性问题，需采用 IMD 或 COB 等集成封装形式（也有部分微间距LED 显示屏仍采用分立器件）。微间距 LED 显示屏是技术发展带来的技术路线区隔而产生的定义。本文通过对小微间距LED显示技术专利申请情况分析，梳理了小微间距 LED 显示技术的专利申请趋势、技术构成、主要申请人（专利权人）、重点技术等信息，描绘了国内外技术发展的全景状况，挖掘重点技术方向，为产业发展提供参考。数据检索本文检索主要采用知识产权出版社的 CNIPR 数据库。采用关键词、IPC 分类号和 CPC 分类号进行组合的方式进行检索，检索数据截止日期为 2022 年 6 月。由于一般发明申请自申请日起满 18 个月才进行公开，所以 2021、2022年进行申请的部分专利文献还没有公开，实际的专利申请数量可能略大于此次检索到的专利申请量。行业曲线开放度创新度生态度检索量持续度可替代度影响力行业关联度小微间距 LED 显示技术专利申请分析王彦嫱 王 丹王彦嫱（1989），女，河北保定，硕士，助理研究员，知识产权师，主要从事专利分析、专利挖掘、专利导航等。知识产权出版社有限责任公司。王丹（等同第一作者），（1991），女，天津，硕士，助理研究员，专利审查员，主要从事专利审查、专利分析等。国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心。图 1 专利申请趋势-17-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023中国科技信息 2023 年第 8 期专利分析小微间距 LED显示领域专利布局概况专利申请趋势全球小微间距 LED 显示领域专利趋势发展分析如图 1所示，截止到 2022 年 6 月，全球小微间距 LED 显示领域专利申请总量为 201 603 件。因为小微间距 LED 显示技术也沿用了部分传统 LED 技术，所以最终的检索结果也涵盖了一些传统 LED 显示技术的专利申请。（1）兴起期（20002009）20002009 年间，小微间距 LED 显示的专利申请比较稳定，该阶段的全球专利申请平均值为 4 800 件左右，总体上呈增长态势，20012005 年增长率较高，20062009 年专利申请量有所震荡，但变化不大。总体来看，技术处于初步成长期，该阶段人们开始关注小微间距的优点，并开展技术研发和专利布局。（2）稳定成长期（20102014 年）20102014 年间，小微间距 LED 显示领域专利申请数量相对于前一阶段有所增长。该阶段，每年的专利申请量的平均值为 9 136 件，专利申请量持续增长，但增长率较小，专利量变化不是很明显，值得一提的是，2014 年专利申请量突破 10 000 件，从技术角度来看，Micro LED 技术进一步成熟，从研发逐步迈入商用阶段。2012 年，索尼发布 Crystal LED 的 55in 彩电，采用自发光显示技术，这种显示方式视角更广，能耗更低。2014 年，苹果公司收购LuxVue，重点研究小微间距 LED 技术。更多的国际大型企业关注并研发小微间距 LED 技术。总之，该阶段专利申请数量变化不是很大，但 Micro LED 技术已经进一步成熟。（3）爆发期（2015 年今）此阶段，小微间距 LED 显示领域的专利申请量呈现快速发展的趋势，产业前景非常广阔。其中，2018 年和 2019年专利申请量的增长率较高，两年的增长率均为 15%；2020 年的申请量达到峰值，为 18 956 件。专利申请量的剧增，在一定程度上也代表着产业的爆发式发展。全球专利分布图 2 为全球小微间距 LED 显示技术主要目标国家/地区分布情况。专利申请量排名第一的是中国，占全球总专利申请量的 38.5%；美国的专利申请量排名第二，专利申请量为 45 163 件；日本第三，占全球总专利申请量的 10.8%；韩国排名第四，占全球总专利申请量的 10.7%。总体来看，小微间距LED领域专利布局的重点区域是中国、美国、日本、韩国，集中度较高。美国、日本、韩国作为传统的 LED 行业强国，他们在 LED 显示领域持续投入，积累了大量的专利并且掌握了很多关键技术，有良好的技术基础。在欧美地区，美国苹果、谷歌、Facebook 等公司高度重视小微间距 LED 技术，已在关键工艺上布局了大量专利。欧洲也非常注重工艺研发，日本、韩国更加注重大屏显示器制造，一些大型企业例如索尼和三星不断推出面积更大、分辨率更高的小间距LED产品。因此，上述重点国家的专利，我们要重点关注并进行定期追踪，来寻找新的研发方向。图 4 技术构成情况图 3 主要申请人（专利权人）专利申请情况图 2 主要目标国家/地区分布申请人（专利权人）分析图 3 显示了小微间距 LED 显示领域主要申请人（专利权人）专利申请情况。除京东方、TCL 华星、华为以外，排名前十的申请人中其余都是国外大型企业。从申请人类型来看，排名前十的全部为企业，可见小微间距 LED 领域专利申请量的主力军是企业。其中，排名第一的是三星，排名第二的是京东方，排名第三的是乐金。中国科技信息 2023 年第 8 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023-18-专利分析技术构成图 4 展示了小微间距 LED 显示的技术构成情况。小微间距 LED 显示技术包含芯片、模组/面板、场景应用等。其中，芯片包括衬底、外延、其他结构层，模组/面板包括巨量转移方式、巨量转移设备、封装方式、全彩化、检测等，场景应用包括大尺寸电视、计算机、车载显示、会议一体机、影院显示等。从一级技术分支来看，专利布局焦点依次在模组-面板、场景应用和芯片上。其中，模组-面板技术分支的专利申请是最多的，专利申请量为 86 736 件。巨量转移技术和封装技术为该领域的关键技术。其中，巨量转移技术的专利为 8 424 件，包括拾取放置技术相关专利为 3 357 件，自组装技术专利为 1 843 件，选择性释放技术专利 1 375 件，转印技术专利在该技术分支中最少。封装方式的专利为 18 445件，其中包括了 COB 封装专利 7 567 件，SMD 封装专利7 394 件，MiP 封装专利为 1 614 件，IMD 封装方式专利最少，为 988 件。重点技术分析从技术角度分析来看，小微间距 LED 显示的技术难点主要集中在巨量转移技术，巨量转移是 Micro LED 走向批量生产的关键技术。在完成微米级 Micro LED 晶粒制作后，要把数百万甚至数千万颗微米级的 LED 晶粒正确且有效率地移动到电路基板上，这个过程称之为巨量转移。因此，如何通过高精度的设备把巨量的微米级 LED 芯片正确且高效地移动到目标基板及 PCB 板上，成为当前最值得 Mini/Micro LED 厂商研究的课题之一。设备精密度、制程良率、制程时间、制程技术、检测方式、可重复性等是巨量转移必须考量的因素。本节通过梳理巨量转移技术的重点专利，让读者能够更好地了解目前巨量转移的研发情况以及未来的技术方向。（1）自组装自组装技术包括流体自组装和磁性定向自组装转移技术。流体自组装eLux 提 出 的 流 体 自 组 装 技 术（Fluidic Self Assembly）。从整体来看，eLux 在流体自组装技术的相关专利主要包括流体自组装系统/装置、如何利用流体自组装工艺制作小微间距 LED 两大类专利。其中，自组装装置 类 专 利 有 KR1020220072777A、US11211520B2、US10749083B2 等，工艺类专利包括 US10643870B2、US10930819B2 等。2019 年，eLux 提出了一种在流体组装过程中提供不对 称 稳 定 性 的 二 极 管（US10643870B2）。2019 年，eLux 提出了一种封装用于流体组件的发射元件的方法（US10749083B2），该组件微部件在结构上足够坚固，以经受流体组件中的许多碰撞而不会损坏，包括：一种材料是复合发射元件，另一材料可以是可图案化聚合物。2019年，eLux 提出了一种用于流体组件的方法（US11211520B2）。2021 年，eLux 提出了一种用于微 LED 显示器的启用流体组件的传质（KR1020220072777A），该微 LED 质量转变压印系统包括具有捕获位置阵列的压印衬底，但是在每个捕获位置处设置柱状凹槽以临时固定从微 LED 的表面延伸的柱。磁性定向自组装转移技术对于 SELFARRAY 的专利进行研究，发现该公司在磁性定向自组装转移技术的不同技术点上已经布局了相应的专利，整体上形成了一个核心和外围专利兼有的强有力的专利组合。该公司的专利布局方式，值得我国小微间距 LED 企业借鉴学习。SELFARRAY 专利组合的主要技术方向包括：专利文献 US20180261570A1 涉及一种用于将多个铁磁部件组装成栅格阵列的方法和系统；专利文献 US10457032B2 涉及在转移和键合到印刷电路板上之后，将多个定向自组装发光二极管与热解石墨分离；专利文献 US20190015873A1涉及定向自组装的组件装箱的更快方法，以提高吞吐量并更有效和高效地处理组件；专利文献 US20190019717A1提出了一种用于反磁元件并联装配的镶嵌式磁性工作台的设计；专利文献涉及 US11214015B2 一种用于控制通过使用导热元件限定的区域上的温度的方法和系统，US20210057311A1 涉及一种调整接收基板上的部件的位置的系统。（2）滚轴转印技术滚轴转移（Roll To Plate）工艺技术的发明单位是韩国机械材料研究所（KIMM），该方法通过滚轴旋转，将Micro LED“转印”到目标基板，可实现高速大批量转移。2019 年，韩国机械材料研究所提出一种利用滚轴进行图 5 巨量转移技术路线图-19-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023中国科技信息 2023 年第 8 期专利分析微器件转移方法（CN111989767A），该方法适用于更多不同的微器件，并且能够提高转移效率。2019 年，韩国机械材料研究所提出一种能够提高微器件的转移稳定性和转移效率的微器件转移装置（KR102164090B1），利用转印辊进行转移微器件。2021 年，广西软视科技股份有限公司提出一种巨量转移滚轴转印转移技术（CN113764552A），通过卷转移系统控制 PDMS 压辊在供体基板上吸附 Micro LED，在转移至接收器基板上，通过控制 PDMS 压辊与接收器基板的压力，将吸附的 Micro LED 黏附至接收器基板上 TFT 相应的位置，有效地提升了 Micro LED 的转移良品率，提高了产品的质量。（3）选择性释放选择性释放（Selective Release）包括激光剥离转移和化学剥离转移。激光剥离转移技术的代表性企业有Uniqarta、3D-Micromac Optovate、Toray，化学剥离转移技术的代表性企业有韩国光技术所。激光剥离转移技术2015 年，Uniqarta 公司提出了一种切割晶片以形成分立元件的方法（KR10220379