MLED(Mini/Micro-LED)作为下一代显示技术,吸引着国内外显示企业积极布局。在巨大的市场潜力驱动下,加速推进MLED显示技术升级,加快其商业化进程成为产业渴望。
中国科学院院士欧阳钟灿近日在出席某企业投产仪式时指出,我国半导体显示有强大的产业基础和完善的LED产业链,凭借领先的TFT设计、制造技术,成熟的半导体芯片和先进的MLED工艺,以及有效的政策支持,MLED技术将在我国率先实现产业化(来源:中国电子报)。此外,我国对于MLED显示产业的政策支持力度很大。2021年7月份以来,全国多地省市政府在出台的制造业专项“十四五”规划策略中,特别提出支持Mini/Micro LED新型显示技术发展。如,《广东省制造业高质量发展 “十四五”规划》中指出,重点支持发展OLED、AMOLED、Micro LED、QLED、印刷显示、量子点、柔性显示、石墨烯显示等新型显示技术;《深圳市培育发展超高清视频显示产业集群行动计划(2022-2025)》中指出,重点工程包括支持开展MicroLED、Mini-LED等新一代显示技术和产品研发,针对亟待解决的共性问题,从材料、期间、设备、制造等方面进行联合公关,推动新一代显示典型行业规模化应用。可以预想,MLED正迎来产业爆发期。
MLED产业链包括上游微型LED芯片制造和巨量转移,中游的面板制造以及下游的直显/背光应用。MLED包括Mini-LED和Micro-LED,又称微型发光二极管,是指高密度集成的LED阵列,阵列中的LED像素点距离在微米量级,每一个LED像素都能自发光,技术核心在于LED微缩化和矩阵化技术,因而产业链上游中最重要的是形成微型LED芯片。本篇主要对全球范围内的MLED芯片相关的发明专利进行分析。
MLED材料尤其是MLED芯片的发展大致分为两个阶段,2014年之前的技术萌芽期和2014年之后的技术发展期。Micro LED的发展可以追溯到2001年日本SatoshiTakano团队公布了他们的研究的一组micro-LED阵列,但由于分辨率与可靠性低,未实现全彩化等问题,一直处于基础研究阶段,专利申请量变化不大,增长趋势不明显。直到2012年日本索尼在CES上发布了Crystal LED Display,标志着MLED技术开始在消费电子领域应用。
2014年,苹果公司收购了拥有低功耗MicroLED显示技术专利的LuxVue,布局Micro LED,引起了瞩目并推动了Micro LED的技术热潮。2014年后专利申请量持续上升,年均增长率从2014年的15.08%最高升至了2017年的106.06%是技术发展最迅猛的时期。2018~2020增速有所放缓,但专利申请数量达到鼎盛,此间,2019年TCL发布全球首款款Mini-LED“星耀屏”,三星首次推出了75寸MicroLED电视,均为高端显示领域带来了新的技术突破。
从各个国家的发展趋势上看,各国技术发展比较一致,目前处于明显上升阶段。2006年之前,日本申请量略高于美国和韩国,出现了一个小专利申请峰值,但整体申请量仍较低。2014年前后,美国积极布局MLED的专利申请,专利申请量开始高于其他国家,后续增长也较为明显;而中国前期的年申请量极少,在五大局中排名最后,但2016-2017年奋起直追,2018年以年申请量336件一举超过美国,随后稳居专利年申请量及总申请量第一的位置。与前两期分析的LCD和OLED显示材料相比,中国在MLED上更为快速抓住发展机遇,并集中力量快速推动MLED的技术更新和产业化。
从各国专利申请法律状态上看,目前美国的有效专利数量和比例最多,中国的有效数量排名第二,这与美国在早期积累了一定的MLED基础专利有关,我国创新主体在开展MLED的研发时需注意排除来自美国的在先专利障碍。日本虽然技术起步也早,但是专利失效率却是最高的,有效专利占比最低。
通过专利地图分析显示,热点专利技术覆盖半导体芯片结构与制造、半导体层、巨量转移、阵列基板、光源管理、驱动电路,以及下游的显示面板和背光模组等领域。
在全球专利申请人排名前十中,京东方、三星、TCL、LG这四个显示行业头部企业分别位列第一至第四,在排名前十创新主体的专利申请总量中占比超过75%,对行业创新的影响力巨大。进入全球排名前十的中国企业还有中国航空工业集团以及重庆康佳光电技术研究院有限公司。
广东省作为国内新型显示产业排头兵,新兴的MLED专利申请量也占据明显优势;北京市和江苏省差距不大,分别位列第二和第三,福建紧跟其后。以上优势发展区域的政策指引也较为明确,《广东省制造业高质量发展 “十四五“ 规划》指出广东重点支持发展OLED( 有机发光半导体) 、AMOLED(有源矩阵有机发光二极体)、Micro LED (微型发光二极管) 、QLED(量子点发光二极管) 、印刷显示、量子点、柔性显示、石墨烯显示等新型显示技术;北京市 “十四五“ 规划提高新型液晶材料、柔性显示薄膜等配套能力,研发8K显示驱动芯片、编解码芯片、SoC芯片(系统级芯片)、3D结构光摄像模组、图像传感器等核心元器件,突破MicroLED(微米发光二极管)、高亮度激光等新一代显示技术;江苏省“十四五”制造业高质量发展规划中,Mini/Micro LED等新型显示也被列为发展重点;《福建省“十四五”制造业高质量发展专项规划》引导京东方、天马微、冠捷、宸鸿、友达、华佳彩、合力泰等重点企业加快发展,着力攻克OLED蒸镀工艺、彩色电子纸、 Mini/Micro LED等一批关键技术,加快3D显示、激光显示等新型显示技术研发布局。
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