Micro LED顯示技術(shù)的原理是將LED結(jié)構(gòu)設(shè)計進行薄膜化、微小化、陣列化，其尺寸僅在1～10微米之間，然后再將Micro LED芯片批量轉(zhuǎn)移至電路基板上，并利用物理沉積制程完成保護層和電極制作，最后進行上基板的封裝后完成顯示。Micro LED與OLED、QLED一樣，都屬于主動發(fā)光式顯示技術(shù)，但Micro LED顯示使用的是無機GaN類的LED芯片，其發(fā)光性能更加優(yōu)異，使用壽命也更長。當(dāng)前Micro LED領(lǐng)域研究呈現(xiàn)多元化特征。多數(shù)文獻利用專利數(shù)據(jù)庫（如incoPat）開展宏觀態(tài)勢、技術(shù)構(gòu)成、地域分布、核心專利和競爭格局分析，輔以技術(shù)路線圖、功效矩陣，系統(tǒng)評估Micro LED領(lǐng)域的創(chuàng)新趨勢與產(chǎn)業(yè)布局。部分研究專注技術(shù)性能優(yōu)化與器件制備領(lǐng)域理論研究，探討如何通過有限元仿真、陣列化設(shè)計和工藝實驗等方法，提升Micro LED的光電性能、散熱效率和全彩顯示能力。還有學(xué)者結(jié)合區(qū)域產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、企業(yè)合作與政策支持情況，探討Micro LED產(chǎn)業(yè)化面臨的挑戰(zhàn)、機遇與發(fā)展路徑。本文整合專利計量與BERTopic主題模型分析方法，在傳統(tǒng)維度如專利申請趨勢、技術(shù)分布、區(qū)域格局和創(chuàng)新主體分析的基礎(chǔ)上，進一步實現(xiàn)了對Micro LED領(lǐng)域技術(shù)主題的細粒度聚類與語義挖掘。同時，通過引入保護類型、法律狀態(tài)與專利價值等多重指標(biāo)，構(gòu)建了融合技術(shù)、主體、法律與價值維度的綜合分析框架，從而在分析方法和研究維度上對現(xiàn)有研究形成了有益補充與拓展。從產(chǎn)業(yè)層面來看，一方面，頭部面板廠商加速全產(chǎn)業(yè)鏈整合。例如，2025年3月，京東方華燦光電6英寸Micro LED量產(chǎn)線交付，年產(chǎn)Micro LED晶圓2.4萬片、像素器件45000kk顆，應(yīng)用于AR/VR、車載顯示等領(lǐng)域；2025年5月，友達再次刷新紀(jì)錄與良率限制，鉆研大型化、透明化的跨域應(yīng)用突破，展示全球單片尺寸最大的42英寸透明Micro LED顯示器拼接而成的64英寸透明Micro LED顯示器。另一方面，LED芯片與材料廠商不斷尋求技術(shù)突破與產(chǎn)能擴張。例如，2024年10月，湖北三安Mini/Micro顯示產(chǎn)業(yè)化項目總投資120億，項目達產(chǎn)后，新增氮化鎵Mini/Micro LED芯片161萬片/年、砷化鎵Mini/Micro LED芯片75萬片/年（均以4寸為當(dāng)量片）和4K顯示屏用封裝產(chǎn)品8.4萬臺/年的生產(chǎn)能力，供給三星、TCL科技等知名企業(yè)；2025年6月，乾照光電發(fā)布公告，將募投項目“Mini/Micro、高光效LED芯片研發(fā)及制造項目”中的2.04億元募集資金，用于實施新的“砷化鎵芯片擴產(chǎn)項目”。從技術(shù)層面來看，Micro LED技術(shù)可分為前端外延芯片制造與后端巨量轉(zhuǎn)移封裝兩大環(huán)節(jié)。前端聚焦于襯底材料（硅襯底、GaN襯底）、外延生長工藝（多量子阱結(jié)構(gòu)、應(yīng)力釋放層）及芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計（垂直/水平結(jié)構(gòu)、透明導(dǎo)電層）；后端則集中于巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)（真空拾取、激光轉(zhuǎn)移、流體自組裝）、全彩顯示方案（量子點轉(zhuǎn)換、三色芯片集成）及驅(qū)動電路設(shè)計（TFT背板、被動驅(qū)動）。重點技術(shù)概況如圖1所示。
圖1 Micro LED重點技術(shù)概況
本研究以德溫特專利數(shù)據(jù)庫（Derwent Innovations Index）作為檢索數(shù)據(jù)庫，以"Micro led""晶片焊接""巨量轉(zhuǎn)移""芯片焊接""鍵合驅(qū)動""全彩化"等關(guān)鍵詞為核心，結(jié)合IPC號構(gòu)建綜合檢索式。為確保本研究所用數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，進一步開展了以下數(shù)據(jù)清洗工作。1）初步篩選：根據(jù)專利的標(biāo)題、摘要和關(guān)鍵詞等信息，運用關(guān)鍵詞匹配和邏輯規(guī)則篩選，排除明顯與Micro LED技術(shù)領(lǐng)域不相關(guān)的專利（如對于僅在背景技術(shù)中簡單提及相關(guān)關(guān)鍵詞，而主要內(nèi)容涉及其他無關(guān)領(lǐng)域的專利予以剔除）。2）人工去噪：對初步篩選后的剩余專利按相關(guān)性倒序排列，在前20%的數(shù)據(jù)中進行隨機抽樣審閱，并通過迭代調(diào)整檢索式，手動剔除明顯不相關(guān)的結(jié)果（如與LED照明、顯示面板驅(qū)動電路等宏觀領(lǐng)域相關(guān)但并非針對Micro LED核心制造工藝的專利）。3）人工復(fù)核：對經(jīng)過上述步驟篩選后的專利數(shù)據(jù)進行人工復(fù)核，由不同研究人員對同一批專利進行獨立審核，對比審核結(jié)果，對存在爭議的專利進行討論和重新評估，最終確定是否保留在數(shù)據(jù)集中。經(jīng)過上述數(shù)據(jù)清洗流程后，最終得到的專利數(shù)據(jù)集共包含10779篇專利文獻。檢索時間2025年7月28日。由于專利從申請到公開最長有18個月的時滯，2024年數(shù)據(jù)尚不完整。從總體趨勢來看（圖2），2000年至2014年，Micro LED相關(guān)技術(shù)處于起步發(fā)展階段，全球年均專利申請量不足20件，增長緩慢。該階段，Micro LED相關(guān)制造技術(shù)復(fù)雜、生產(chǎn)工藝尚不成熟。2000年，美國堪薩斯州立大學(xué)江紅星等制備基于Ⅲ族氮化物的Micro LED，并于2001年報道了采用無源驅(qū)動的方式，成功制備了10×10的藍光Micro LED陣列，為Micro LED顯示的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。2012年，索尼發(fā)布基于Micro LED的55英寸高清LED電視樣品，Micro LED作為商業(yè)化產(chǎn)品第一次出現(xiàn)在大眾視野。2015年以來，全球Micro LED領(lǐng)域相關(guān)專利年申請量突破百件，且增速顯著，相關(guān)技術(shù)進入快速發(fā)展階段。這一時期的研發(fā)驅(qū)動因素主要是顯示領(lǐng)域企業(yè)的商業(yè)化應(yīng)用需求。2016年6月，索尼在InfoComm和德國IFA展上都展示了Micro LED元件作為像素使用的CLEDIS顯示屏，其出色的顯示效果受到業(yè)界高度褒獎，開啟了Micro-LED的研究熱潮。此外，由于Micro LED顯示技術(shù)橫跨多個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，加之在微型顯示、顯示面板等應(yīng)用想象空間非常廣，吸引了不少業(yè)者投入研發(fā)，使其逐漸成為國際競爭關(guān)鍵科技焦點之一。從重點細分技術(shù)領(lǐng)域來看（圖3），巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)布局較早，增長相對平穩(wěn)，在2020年達到申請高峰后進入平臺期，表明該技術(shù)仍面臨重大挑戰(zhàn)，創(chuàng)新從原理突破轉(zhuǎn)向針對具體工藝場景的深度優(yōu)化。鍵合技術(shù)作為異質(zhì)集成關(guān)鍵環(huán)節(jié)增長態(tài)勢顯著，前期申請量較少，從2016年開始急劇增加，2022年申請量達152件高峰，表明該技術(shù)在近年來成為研發(fā)熱點。封裝技術(shù)趨勢與鍵合技術(shù)聯(lián)動明顯，相關(guān)專利申請量在2016年前增長相對平緩，之后快速上升，2023年到達138件的高位，增長趨勢突出。全彩化技術(shù)專利申請量持續(xù)穩(wěn)步增長，從2000年的4件增長至2023年的98件，量子點色轉(zhuǎn)換、三色集成等方案的持續(xù)創(chuàng)新，推動全彩化技術(shù)成為提升顯示性能的核心突破口。外延生長作為顯示產(chǎn)業(yè)鏈上游支撐技術(shù)，前期申請量較少，2017年后開始快速增長，2023年達到177件的峰值。2022—2024年，外延生長技術(shù)的年申請量持續(xù)排名第一，反映出業(yè)界高度重視提升芯片本征性能的研發(fā)。未來隨著AR/VR、裸眼3D等新興顯示需求爆發(fā)，巨量轉(zhuǎn)移、全彩化等瓶頸技術(shù)的專利競爭將更加激烈。從IPC分布來看（表1），全球Micro LED領(lǐng)域的專利申請量最多的兩個細分領(lǐng)域為H01L27/15和H01L33/00，相關(guān)專利申請量均超過2000件。此外，H01L25/075、H01L33/62、G09F9/33、G09G3/32四個細分領(lǐng)域也有一定專利布局，專利申請量均超過1000件。
表1 全球Micro LED領(lǐng)域技術(shù)分布（IPC前20）
全球Micro LED技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)專利申請遍布多個國家/組織，主要包括中國（10079件）、美國（5452件）、韓國（2729件）、世界知識產(chǎn)權(quán)組織（2494件）等（圖4）。從專利權(quán)人類型來看（表2），全球Micro LED技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量TOP20的專利權(quán)人僅有1個為高校類型，其余19個均為企業(yè)，說明該技術(shù)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動力較高。從專利權(quán)人及其所屬國家來看，來自中國的專利權(quán)人最多，共13家，占比超過一半；其次是美國，擁有臉譜科技有限責(zé)任公司、蘋果公司、英特爾公司3個；然后是韓國，擁有三星電子公司、LG顯示器股份有限公司2個；其余2家為日本顯示器株式會社、荷蘭亮銳（Lumileds）公司。從專利申請量來看，中國京東方科技集團股份有限公司（647件）、TCL華星光電技術(shù)有限公司（453件）位列全球前兩位；韓國雖只有2家企業(yè)入圍，但排名較前（第三、第四）；排名五至九的均為中國企業(yè)。由此可見，中國在全球Micro LED技術(shù)領(lǐng)域集聚了眾多實力雄厚的龍頭企業(yè)，行業(yè)領(lǐng)軍效應(yīng)顯著。從技術(shù)布局來看（圖5），京東方相關(guān)專利布局數(shù)量多且領(lǐng)域廣，涉及半導(dǎo)體元器件及其零部件、顯示面板、電流導(dǎo)出裝置、制造方法或設(shè)備等細分領(lǐng)域；三星電子、LG均在H01L27/15、H01L25/075、H01L33/62三個領(lǐng)域布局了較多專利，聚焦于半導(dǎo)體器件細分領(lǐng)域；TCL華星光電在H01L27/15、H01L33/62、G09F9/33領(lǐng)域的專利申請相對較多，與京東方存在一定的同質(zhì)化競爭；天馬微電子除H01L27/15領(lǐng)域外，還在G09F9/33、G09G3/32領(lǐng)域有一定專利布局，側(cè)重于半導(dǎo)體器件的制造；顯耀顯示不僅在H01L27/15、H01L25/075、H01L33/62三個領(lǐng)域布局了較多專利，在H01L33/58領(lǐng)域的專利數(shù)量也相對較多，體現(xiàn)了其在光場整形元件細分領(lǐng)域的相對優(yōu)勢。圖5 Micro LED技術(shù)主要專利權(quán)人技術(shù)布局采用BERTopic模型對全球Micro LED技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)據(jù)集進行主題抽取，共得到35個細分技術(shù)領(lǐng)域，進一步通過層次聚類，得到顯示設(shè)備、量子點/全彩化、顯示應(yīng)用、材料及元器件、芯片、顯示屏六大主題（圖6、表3）。其中，顯示設(shè)備領(lǐng)域主要覆蓋了基板、驅(qū)動、陣列、面板等細分方向；量子點及全彩化領(lǐng)域主要涉及量子點、轉(zhuǎn)換、垂直堆疊、像素等；顯示應(yīng)用主要聚焦于Micro LED在微型顯示領(lǐng)域（3D打印、增強現(xiàn)實等）的實踐；材料及元器件主題涉及了氮化鎵、熒光粉、二極管、模組等；芯片的研究重點涉及晶圓、外延、襯底、焊接、鍵合、巨量轉(zhuǎn)移等；顯示屏方面主要涉及屏幕、結(jié)構(gòu)、連接、電池、電路等。
圖6 Micro LED技術(shù)領(lǐng)域?qū)哟尉垲悎D
表3 Micro LED技術(shù)主題分類概況
通過分析全球Micro LED領(lǐng)域相關(guān)專利的保護類型可以發(fā)現(xiàn)，該領(lǐng)域的專利申請類型主要為發(fā)明專利（88.91%，包括發(fā)明申請58.55%，授權(quán)發(fā)明30.36%）；實用新型專利相對較少（10.97%）；外觀設(shè)計類專利申請極少（僅0.12%）。從不同類型的專利申請的技術(shù)領(lǐng)域來看（表4），發(fā)明專利主要涉及芯片、材料及元器件、面板、顯示器等關(guān)鍵部件制備方法的創(chuàng)新與改進；實用新型專利主要涉及顯示應(yīng)用、配套裝置或設(shè)備、顯示裝置等內(nèi)容。表4 全球Micro LED領(lǐng)域發(fā)明及實用新型專利技術(shù)創(chuàng)新概況綜上所述，當(dāng)前Micro LED技術(shù)相關(guān)專利的創(chuàng)新要點主要包括如下6項。1）芯片巨量轉(zhuǎn)移與制造技術(shù)。通過陣列結(jié)構(gòu)改進、倒裝鍵合工藝優(yōu)化，從磁力、膠印和真空吸附等方面入手，進一步實現(xiàn)高效率、高精度與高良率的巨量芯片轉(zhuǎn)移與集成。2）微顯示器件制備。通過物理場調(diào)控、界面圖案化、序列化功能沉積、三維互連等方式，降低制造成本與工藝步驟，實現(xiàn)器件功能密度的提升與像素級的高精度控制。3）顯示面板、像素電路及驅(qū)動技術(shù)。在結(jié)構(gòu)層設(shè)計、引線防護處理、驅(qū)動架構(gòu)與精準(zhǔn)電學(xué)調(diào)控方面進行改進，提升面板制備良率、優(yōu)化面板彎折能力、增強周邊區(qū)域穩(wěn)定性并加強亮度線性控制。4）顯示器性能提升。通過微納光學(xué)設(shè)計、矩陣排布優(yōu)化與低功耗集成等方式，提升顯示器亮度、對比度及色彩表現(xiàn)，同時降低光學(xué)干擾與系統(tǒng)功耗，延長續(xù)航。5）配套檢測設(shè)備。開發(fā)缺陷、性能檢測設(shè)備，提升顯示設(shè)備的整體生產(chǎn)良率與制造效率，降低后續(xù)工藝的復(fù)雜性及綜合生產(chǎn)成本。6）應(yīng)用拓展。借助Micro LED光電性能優(yōu)勢，深度融合AR/VR、3D打印、近眼顯示等跨領(lǐng)域光學(xué)系統(tǒng)，提升終端應(yīng)用性能，革新系統(tǒng)架構(gòu)。從全球Micro LED技術(shù)專利的法律狀態(tài)來看（圖7），失效專利占比超過1/5，其中，撤回或駁回的占比相對較高，接近13%；未繳年費導(dǎo)致失效的占比為4.35%；因為期限屆滿原因?qū)е率У恼急炔蛔?%。有效專利占比為40.87%，反映出當(dāng)前仍有較高比例的核心技術(shù)在保護中。審中專利占比達36.93%，說明該領(lǐng)域技術(shù)仍在更新迭代，創(chuàng)新活躍度較高。還有少量專利處于PCT指定期內(nèi)，表明部分創(chuàng)新主體處于國際市場布局的猶豫期。圖7 全球Micro LED技術(shù)專利法律狀態(tài)依據(jù)智慧芽專利價值評估體系，對全球Micro LED技術(shù)專利價值分布進行分析。智慧芽專利價值評估體系構(gòu)建于深度加工的專利大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，采用市場法作為核心評估方法，并結(jié)合先進的機器學(xué)習(xí)模型開展專利價值估算工作。需要特別指出的是，目前該評估體系暫未將外觀設(shè)計納入價值評估范疇。本小節(jié)所探討的專利價值本質(zhì)上屬于相對價值，而非絕對價值。盡管如此，通過統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)所計算得出的相對價值，仍能夠在一定程度上客觀反映高價值專利在全球不同區(qū)域的布局態(tài)勢，為相關(guān)領(lǐng)域的研究與實踐提供具有價值的參考依據(jù)。基于智慧芽專利價值評估體系，全球Micro LED技術(shù)專利價值分布（圖8）主要呈現(xiàn)以下特點：中國在低價值專利申請量上占比較高，高價值（300萬美元以上）領(lǐng)域也有一定布局，主要涉及光源、元器件、顯示設(shè)備相關(guān)的核心部件，如多色微型LED陣列光源（CN110462833B）、通過堆疊微型LED的層來制造半導(dǎo)體器件（CN118281036A）；美國、日本在中高價值區(qū)間（30萬美元以上）的專利數(shù)量占比相對較高，技術(shù)競爭力較強，且中高價值專利的覆蓋領(lǐng)域也較廣，包括材料、元器件、顯示器等多個方面，如一種高效micro-LED模組的制作方法（US10847506B2）、有源矩陣發(fā)射微型LED顯示器（US9343448B2）、改進micro-LED器件的方法和裝置（US9502595B2）等；韓國的專利主要處于中低價值區(qū)間（30萬美元以下），高價值專利相對缺失。目前，全球Micro LED技術(shù)正處于高速發(fā)展期。自2015年起，專利申請量顯著增長，技術(shù)逐漸從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化。中國已成為全球?qū)＠季值谝淮髧�，專利申請量達10079件，遠超美國（5452件）和韓國（2729件）。技術(shù)內(nèi)容集中在外延結(jié)構(gòu)、巨量轉(zhuǎn)移、全彩化、驅(qū)動集成等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，IPC分類中H01L27/15（光發(fā)射半導(dǎo)體元件）、H01L33/00（發(fā)光半導(dǎo)體器件）等基礎(chǔ)技術(shù)類別專利積累最為深厚。創(chuàng)新主體以企業(yè)為主導(dǎo)，京東方、TCL華星、三星等頭部企業(yè)在器件設(shè)計、轉(zhuǎn)移工藝、顯示模組等方面形成廣泛布局，高校參與程度較低，僅廈門大學(xué)進入專利申請量TOP20，表明技術(shù)研發(fā)具有較強的產(chǎn)業(yè)化導(dǎo)向。從技術(shù)主題來看，專利集中分布于六大領(lǐng)域：顯示設(shè)備、量子點/全彩化、顯示應(yīng)用、材料與元器件、芯片及顯示屏。其中，“芯片”主題涵蓋巨量轉(zhuǎn)移、焊接鍵合、外延生長等核心工藝，仍是專利布局的熱點與難點；“量子點/全彩化”和“顯示設(shè)備”相關(guān)技術(shù)也在迅速成長，表明色彩實現(xiàn)與驅(qū)動集成是當(dāng)前技術(shù)演進的重要方向。從法律狀態(tài)來看，該領(lǐng)域?qū)＠П壤^高（超20%），其中約13%因撤回或駁回失效，一定程度上反映出專利申請質(zhì)量及撰寫水平仍有提升空間；同時，審中專利占比達36.93%，表明技術(shù)仍處于快速迭代階段，創(chuàng)新活躍。從價值分布來看，中國雖在專利申請量上占優(yōu)，但高價值專利（評估價值超300萬美元）占比較低，技術(shù)多集中于中低價值區(qū)間；相比之下，美國、日本在中高價值專利布局上表現(xiàn)突出，技術(shù)競爭力更強。綜合專利態(tài)勢，Micro LED技術(shù)呈現(xiàn)融合發(fā)展趨勢，特別是光電子與集成電路、人工智能結(jié)合日益緊密，驅(qū)動技術(shù)向高精度、高集成度方向發(fā)展。此外，Micro LED技術(shù)的應(yīng)用場景也在持續(xù)擴展，從高端商用顯示逐步延伸至AR/VR、車載顯示、可穿戴設(shè)備等消費電子領(lǐng)域。1）強化高價值專利布局，突破關(guān)鍵共性技術(shù)。圍繞巨量轉(zhuǎn)移、全彩化、芯片集成等瓶頸領(lǐng)域，加強基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)與原始創(chuàng)新，提升專利質(zhì)量與核心技術(shù)掌控力，避免低水平重復(fù)申請。2）構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研協(xié)同機制，促進技術(shù)共享與轉(zhuǎn)化。鼓勵企業(yè)與高校、科研機構(gòu)共建研發(fā)平臺，推動高校前沿研究成果（如量子點、新型襯底等）通過專利合作、許可等方式向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。3）聚焦差異化應(yīng)用場景，發(fā)揮領(lǐng)域優(yōu)勢。結(jié)合京東方、TCL華星光電、天馬微電子等頭部企業(yè)在顯示面板、顯示器件等細分領(lǐng)域的專利優(yōu)勢，大力開發(fā)車載AR-HUD、醫(yī)療內(nèi)窺鏡等應(yīng)用方向，通過場景定制化設(shè)計實現(xiàn)專利價值。4）跟蹤國際專利動態(tài)，規(guī)避侵權(quán)風(fēng)險。密切關(guān)注美國、日本等在高價值專利方面的技術(shù)路線與權(quán)利范圍，開展風(fēng)險預(yù)警與規(guī)避設(shè)計，提升企業(yè)國際競爭與應(yīng)對能力。5）推動標(biāo)準(zhǔn)與專利協(xié)同，增強產(chǎn)業(yè)話語權(quán)。積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)制定，推動專利與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合，形成以標(biāo)準(zhǔn)為牽引的專利池，提升中國企業(yè)在全球Micro LED生態(tài)中的主導(dǎo)力。
轉(zhuǎn)自丨世界科技研究與發(fā)展
作者丨胡思思，李貞貞
