2023Micro-LED产业技术洞察白皮书

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发布机构

国家第三代半导体技术创新中心（苏州）（以下简称国创中心）围绕落实国家科技创新重大任务部署，打造国家战略科技力量，以关键共性技术攻关为核心使命，促进各类相关创新主体和创新要素有效协同、形成合力，集聚全国优势力量为第三代半导体产业提供创新源头技术供给，输出高质量科技创新成果，辐射带动形成一批具有核心竞争力的创新企业，贯通创新链、技术链、人才链和产业链，培育发展新动能，加快我国第三代半导体产业创新能力整体跃升。国创中心于2021年3月获科技部批复支持建设，江苏第三代半导体研究院为其建设实施单位。

国创中心目前由郝跃院士担任首任主任，拥有核心团队80余人；建有研发和产业化场地2.1万平米，建成材料生长创新平台、测试分析与服役评价平台等公共服务平台；构建政产学研用深度融合的技术创新体系，已设立17家联合研发中心，围绕国家重大战略及产业链关键共性技术，多次组织国内优势单位协同攻关，并承担江苏省、科技部重点研发任务。国创中心成立规模3亿元科技专项基金，支持中心项目孵化。目前已累计申请知识产权180余件，引进孵化第三代半导体企业11家。

智慧芽是一家科技创新信息服务商，致力于为全球创新企业和创新生态人群提供服务，提供创新数据以洞察信息，提供创新工具促进敏捷协作，以开放合作构建创新生态，实现"连接创新，突破边界"的使命和价值。

以机器学习、计算机视觉、自然语言处理（NLP）等人工智能技术和大数据加工厂2.0的卓越能力为基础，智慧芽构建起丰富的产品和解决方案矩阵—一面向知识产权人群提供包括专利数据库、知识产权管理系统在内的知识产权信息服务，面向研发人群提供研发情报库和竞争情报库，面向生物医药行业提供新药情报库、生物序列数据库、化学结构数据库等，面向金融机构提供企业科创力评估、产业技术链、专利价值评估等。此外，智慧芽还打造了智慧芽学社、咨询、创新研究中心等，为广泛的科技创新人群提供无限价值。

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Micro-LED技术概览

技术介绍

主要应用场景&市场规模

技术发展史

技术创新概况

Micro-LED

○Micro-LED：芯片高集成、高密度和微小尺寸化，将成为LED未来的发展方向

Micro-LED：在一个芯片上集成高密度微小尺寸的LED阵列

》相比于已经大规模量产的LCD技术和OLED技术，Micro-LED几乎在各个技术维度上都有着非常优越的性能优势：长寿命，高对比度，可实现高分辨率，响应速度快，更广的视角效果，丰富的色彩，超高的亮度和更低的功耗等。

Micro-LED促使显示屏向轻薄化、小型化、低功耗、高亮度方向发展

》高反应速度的Micro-LED是如今非常热门的新一代的显示概念，将成为LED未来的发展方向。

Micro-LED、LCD和OLED参数对比

TFT LCD

Film or Glass RGB Micro LED Electrode Substrate

○Micro-LED：与LCD和OLED相比具有低功耗性能优势

优势1：低功耗

Micro-LED采用三原色亚像素自发光的结构，LCD显示过程中需要借助背光源到偏光片再到彩色滤光片，该显示过程中有大量能量损耗，两者相比，在显示应用中Micro-LED的功耗是LCD功耗低的10%左右彗芽

Micro-LED采用无机材料发光，发光效率更高，OLED采用有机材料发光，两者相比Micro-LED发光功耗低于OLED

》在显示相同的画面，Micro-LED的功耗低于OLED，并且远低于LCD

资料来源：Micro LED Display，太平洋证券整理

○Micro-LED：与LCD和OLED相比具有高亮度优势

优势2：高亮度

Micro-LED的亮度大约是LCD的30倍，OLED的60倍

Micro-LED的发光效率方面明显大于LCD

与OLED使用有机材料不同，Micro-LED在发光部分中使用了氮化镓（GaN）材料，这种材料可以提供明显优于OLED的亮度

理论上，Micro-LED亮度可以达到105cd/m²，远高于LCD的3000 cd/m2和OLED的1500 cd/m²

资料来源：LED微显示技术[J],太平洋证券整理

Micro-LED：与LCD和OLED相比具有高分辨率

优势3：高分辨率

在Micro-LED显示技术下每一个Micro-LED都是一个能够自发光的像素（Pixel），同时单个Micro-LED都在微米级别，因此它可以做到非常高的分辨率

Micro-LED显示屏的像素密度可以做到1500PPI以上，而LCD和OLED屏幕PPI约在800PPI和400PPI左右

5.5寸micro-LED屏幕PPI估算

5.5寸Micro-LED屏幕	情形一	情形二
LED Size（直径/um）	5	5
点间距（um）	15	20
对角线像素分布（个）	13974	9316
PPI	2541	1694

资料来源：太平洋证券整理

oMicro-LED:应用场景覆盖显示、穿戴设备、智能终端等场景

Yole&其他网络公开信息，智慧芽&第三代半导体研究院整理

Micro-LED显示应用场景预计率先实现较大规模化市场增长

随着Micro-LED相关的红光芯片、转移、全彩显示等关键技术的突破和逐渐成熟，商业化和产业化成本大幅度降低，芯片良率进一步提高，Micro-LED预计将率先实现后端的显示场景应用

2023-2026年Micro-LEDAR眼镜显示器芯片产值预测

数据来源：集邦咨询

》在较多的Micro-LED显示应用中，微型显示器应用场景（例如VR穿戴、智能手表等）是继大型显示应用场景之后的另一重点应用场景

》预计在2026年Micro-LED AR眼镜显示器芯片产值高达41百万美元

Micro-LED显示产品应用举例

产品名称	发布时间产品特色
Oppo Air Glass	2021年	单目绿色
雷鸟智能眼镜	2021年	双面彩色
小米智能眼镜	2021年	单目绿色
Tooz ESSNZ Berlin	2022年	单目绿色
Mojo shield	2022年	单目绿色
三星大屏电视 (展会） 2018-2022年搭载自发光LED模块

》目前Micro-LED芯片已在眼镜、电视等显示场景实现产品化，但大部分产品受价格限制，大部分产品处于概念阶段，还未实现大规模市场推广

oMicro-LED显示器及其芯片等零配件行业受下游应用市场影响，增幅潜力大

2022-2026年全球Micro-LED显示器芯片产值预测

数据来源：集邦咨询

》2022年Micro-LED大型显示器芯片产值将达到5400万美元，至2026年有望升至45亿美元，年复合增长率为204%，市场增幅空间大

全球Micro-LED显示器出货量预测

数据来源：Omdia

》受智能手表和高端电视市场需求影响，全球微型发光二极管(Micro-LED)显示器的出货量将从2020年微不足道的水平飙升至1600多万片，市场需求潜力大

OMicro-LED企业之间主要通过投融资和技术合作方式形成各自技术供应链

许多显示器制造商正在与领先的LED制造商和技术供应商合作：各显示器技术供应链正在形成

信息来源于Yole&其他网络平台，智慧芽&第三代半导体研究院整理

主流厂商合作和供应关系

Micro-LED各大主流厂商合作和供应链关系

苹果供应链

各国出台专项扶持政策，国内政策支持持续利好

★	2003年	2006-2008年	2009-2012年	2016年 .	2017年	2021年：
中国正式立项圖	2003年，我国“十五”科技攻关计划 “半导体照明产业化技术开发”重大项目 2000年	2006年，国务院发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要》 2008年1月，财政部发布《高效照明产品推广财政补贴资金管理暂行办法》 2002年美国能源部在NGLI计划	期间国务院、财政部、科技部、工信部、住建部等多个部分发布促进半导体照明节能工程政策键技术研发 2014年奥巴马宣布成立“下一代电	2016年12月，发改委发布《“十三五”节能环保产业发展规划》，推动半导体照明节能产业发展水平提升，加快大尺寸外延芯片制备、集成封装等关产和使用 2002-2019年	2017年7月，环保部发布《关于汞的水俣公约》，从 2021年起，中国将淘汰《关于汞的水俣公约》要求的含汞电池荧光灯产品的生键技术芽	2021年“十四五”规划中提出 "新型显示与战略性电子材料" 重点专项里面特别强调，第三代半导体是其重要内容，项目涵盖新能源汽车、大数据应用、 5G通讯、Micro-LED显示等关
美国智慧芽	制定有关GaN和SiC 的大框架下，制定了促进力电子技术国家制造业创新的开发项目 LED产业发展的核心政中心”，发展宽禁带半导体 -固态照明研发计划电力电子技术，提供7000 (SSL计划) 万美元财政支持				2002年-2019年，美国共计出台了23项第三代半导体相关的规划政策，总投入经费超过22亿美元。美国半导体行业协会（SIA）和半导体研究公司（SRC）联合发布《半导体十年计划》报告，呼吁美国政府在未来十年内增加两倍的联邦拨款（即每年增加34亿美元）用于半导体研究
	1998年 2004年 2008年			2016年	2021年 2022年
日本	开展GaN半导体发光机理的基础研究、用于同质外延生长的大面积衬底等	日本开始实施推动半导体照明技术发展及产业化的“21世纪光计划”，是世界上最早启动LED产业政策	制定与完善《照明用白色LED测光方法通则》，成为目前唯一针对照明用白光LED所制定的测量一步降低功耗	提出新一代节能器件技术战略与发展规划，将采用SiC、GaN等宽禁带半导体器件进	启动“有助于实现节能社会的新一代半导体研究开发”的 GaN功率器件开发项目，为期5年，第	日本经济产业省发布 “半导体和数字产业发展战略”，鼓励功率半导体GaN材料的创新	日本启动“下一代绿色功率半导体”项目，针对8英寸SiC MOSFET 器件模组和8英寸SiC衬底技术开发

Micro-LED技术性能优

市场潜力大

政策环境好

技术创新趋势

Micro-LED技术发展史：近几年陆续有显示产品面市，国内研究热度较高

德州理工大
学教授
Hongxing
Jiang和
Jingyu Lin率先提出

香港科技大学公布采用无源驱动、倒装焊技术集成Micro-LED阵列香港科技大学研发团队利用UVMicro-LED激发红绿蓝三色荧光粉，得到全彩显示芯片

德州理工大学结合Micro-LED和CMOS,做出VGA分辨率显示器

X-Celeprint成立，取得
Rogers团队转移专利独家授权①IRTI完成完成分辨率
440PPI，转移率大于99%的彩色被动模块；②VerLASE发表能与Micro-LED结合的色
彩转换技术专利

Mikro Mesa共同打造Micro-LED面板实验室

②韩国机械研究院发布采用卷轴转移工艺的Micro-LED

③PlayNitride展出了Micro-LED样品

①京东方宣布与美国Rohinni成立Micro-LED合资公司

②Plessey展示出AR应用的0.7英寸的Micro-LED显示器

③华星光电展示3.5英寸IGZO主动式 Micro-LED显示屏

④天马微电子结合
PlayNitride的
Micro-LED技术的透
明全彩显示器

①TCL华星光电推出了全球首款125英寸玻璃基透明直显MLED显示屏

②三星基于线束激光器，一次性将多块芯片安装到TFT电路上，实现无边框Micro-LED电视

2000 2001 2006 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 20192020 2021-2022

①日本SatoshiTakano公布研究的Micro-LED阵列

② H.X.Jiang公布无源驱动的 10X10 Micro-LED阵列

① Z.Y.Fan公布无源驱动120X120阵列，像素尺寸20X12微米，像素间隔22微米

② Z.Gong团队公布集成蓝光microLED阵列和UVMicro LED阵列，并通过UVLED激发绿光和红光量子点，证明量子点彩色化方式的可行性

香港科技大学研发团队利用红绿蓝三种LED外延片制备出360PPI的微LED显示芯片，并实现世界上首个去背光源化的微LED投影机

索尼发布55英寸crystal LED ,FHD分辨率，采用622万颗微型LED

苹果收购 LuxVue Micro-LED 相关技术

PlayNitride在台湾TSSL展上首次公开pixelLED技术

①三星在CES上展出146英寸电视墙“TheWall"

②南方科技大学研究团队展示柔性透明双面显示的三色基Micro-LED

三星陆续推出不同尺寸Micro-LED电视，促进家用推广

③X-Celeprint在SID2018展会展示5.1英寸全彩显示器

④LG的175英寸 Micro-LED电视亮相 IFA 2018

Micro-LED技术全球创新概况：全球技术创新热度进入高涨期

Micro-LED技术全球专利法律状态和专利类型统计

Micro-LED技术全球专利近10年申请趋势

Micro-LED技术主要来源国统计

Micro-LED技术主要布局区域统计

专利总量：4万件+有效专利量：1.3万件+

Micro-LED全球专利储备超过4万件，其中有效专利超过1.3万，审中&有效占比和接近80%，表明该领域内潜在专利障碍较高；知慧芽

从2017年开始，Micro-LED技术创新活跃度明显上升，目前正处于爆发式增长期；

Micro-LED技术创新较活跃区域在中、美、韩，结合专利布局的地区，表明较活跃的市场在中国、美国

Micro-LED全球&中国主要创新主体

Micro-LED全球创新竞争格局：全球头部创新主体中、韩、美企业较有优势，主要以显示面板、光电类企业为主

总体头部企业目前创新储备较多，与后梯队主体明显拉开差距

全球专利申请量Top15创新主体

中国专利申请量Top10创新主体

》全球TOP15企业中，中国企业占一半以上，其中京东方、华星光电排进全球前5；中国头部企业在Micro-LED领域具有较强优势，特别是显示面板类企业

》除中国头部企业，韩国的三星、LG专利布局量排在全球前列，特别是三星，优势非常明显

》中国排名前10企业，除头部的京东方、华星光电，其余企业与全球龙头还是有一定差距

02 U

Micro-LED 产业&竞争环境介绍

产业链介绍

产业链企业图谱

国内代表性企业分布

Micro-LED产业链和关键技术介绍

上游

芯片制造&巨量转移

衬底技术(蓝宝石/GaN)

GaN外延

Micro-LED芯片

巨量转移技术

》全彩显示技术

Micro-LED芯片封装材料

影响Micro-LED产业化成本&应用可靠性技术

中游

面板制造

显示驱动IC

驱动背板

》面板封装

外延&芯片结构

巨量转移

全彩显示

显示驱动

下游

整机应用

》大尺寸显示（大尺寸电视）

》微型显示（智能手表等可穿戴设

备显示）

AR/VR

》投影显示

Micro-LED产业化发展4大关键技术

全球Micro-LED产业链企业图谱

芯片结构&外延

巨量转移

全彩显示

显示驱动

LG SΛMSUNG OSRAM glo

SHARP

samsung

中国Micro-LED代表性企业分布

北京市	芯片、转移和键合、全彩显示、驱动	京东方
北京市	芯片、驱动	维信诺

吉林省

芯片、驱动

中国科学院长春光机所

山东省

转移和键合

歌尔股份

重庆市

衬底和外延、驱动

重庆康佳光电研究院

江苏省	衬底和外延	晶湛半导体
江苏省	衬底和外延、芯片	华灿光电

上海市

衬底和外延、芯片、驱动

上海显耀显示

广东省	衬底和外延	国星光电
	衬底和外延	中晶半导体
	芯片、转移和键合、全彩显示、驱动	华星光电
	芯片	中山大学
	转移和键合、全彩显示	南方科技大学
	转移和键合	中麒光电
	转移和键合、驱动	华为
	驱动	惠科

福建省	衬底和外延	乾照光电
福建省	衬底和外延、芯片、转移和键合	三安光电

台湾省	衬底和外延、芯片	晶元光电
	衬底和外延	隆达电子
	芯片、转移和键合、驱动、全彩显示	友达光电
	芯片、转移和键合	Mikro Mesa
	转移和键合、全彩显示	富士康
	转移和键合、全彩显示	群创光电

CU智慧芽Micro-LED重点技术解析

外延&芯片制造

巨量转移

全彩显示

显示驱动

Micro-LED——外延&芯片制造

技术介绍

技术创新概况

主要创新主体

主要技术挑战

专利洞察改进侧壁损伤

外延&芯片结构技术介绍

芯片工艺流程

外延

利用MOCVD进行气相外延，分别生长N型 GaN层、多层量子阱、P型GaN层

p-GaN MOW n-GaN sapphire

台阶刻蚀

利用等离子体刻蚀工艺刻蚀到N型GaN层

p-GaN MQW n-GaN

导电层制备

在样品表面形成氧化铟锡（ITO）透明导电层

电极制备

电子束蒸发法形成金属电极（例如Au) .

外延&芯片结构全球创新概况

专利总量：3500件+ 有效专利量：1300件+

》在外延&芯片结构技术领域，目前全球专利布局总量超过3500件，该技术方向目前专利储备较丰富

》该技术方向有效专利和审查中专利都较多，有效专利量超过1300多件，审查中的专利占比最高，接近40%，表明该方向目前和未来潜在的专利障碍较大》专利类型维度，目前主要是以发明专利为主，有少数实用新型专利，表明该分支整体技术创新高度较高

外延&芯片结构2010年之后专利申请趋势图

》从2010年之后的专利申请趋势来看，外延&芯片结构技术，在2014年之前总体创新活跃度较低知彗芽

2015年之后该技术总体创新热度提升，可能受近几年Micro-LED领域整体热度的影响，近5年专利申请量上升明显，进一步也反映该领域相关企业对外延&芯片结构分支的创新投入增加

外延&芯片结构技术来源国和主要市场分布

中国是外延&芯片结构方向的主要技术输出国和热点市场布局国家

该重点技术的区域分布进一步说明中国在Micro-LED领域有较强的技术研发产出实力

外延&芯片结构技术主要技术来源国分布

外延&芯片结构技术主要来源于中国、美国，其次是韩国和日本，其中来源于中国的占比高达34.26% 智慧牙

》一方面表明中国为技术方向的主要技术输出国，另一方面也反映中国创新主体在该技术方向整体技术创新较活跃

外延&芯片结构技术主要专利布局区域分布

》外延&芯片结构技术的专利布局区域主要为中国、美国，并且也是中国的市场布局最多，潜在原因可能是，中国技术输出较多，一则较多中国申请人集中在国内布局，再有较多海外技术输入国内市场

外延&芯片结构全球&中国创新主体竞争格局

全球头部创新主体以中国企业居多，总体来看中国企业在Micro-LED基础层技术创新实力具有一定优势

全球专利申请量Top15创新主体

中国专利申请量Top10创新主体

在外延&芯片结构方向，全球TOP15企业中，中国企业有5家，其中台湾PlayNitride、重庆康佳和三安光电在该技术方向专利总量超过100件，排进全球前5》除中国头部企业，韩国的三星、Meta专利布局量排在全球前列

》中国专利申请量靠前主体与其他申请人有一定差距，总体来看，中国头部企业在该方向的创新实力具有优势

外延&芯片结构目前主要技术挑战：聚焦量子效率问题

典型方案为改进侧壁损伤

波长均匀性

》标准LED制造中，整个晶圆上的波长变化在6-12nm，而Micro-LED的波长均匀性要做到2nm以内，意味着外延过程中晶圆表面的温度差不能超过1℃。随着衬底尺寸的增加，外延过程中的波长均匀性控制愈加困难

外延&芯片结构专利技术分布

低缺陷

》主要包括由芯片外延、制造的环境或设备引入的颗粒物、污染物、刮痕、凹坑等。对直径大于0.8μm的颗粒物，要求其缺陷密度小于0.1/cm2

量子效率

》在外延&芯片结构技术方向，目前行业内主要关注波长均匀性、外延低缺陷和量子效率问题

》随着Micro-LED尺寸的缩小，小电流密度下的外量子效率急剧降低，这主要是由于制造过程中等离子体刻蚀产生的侧壁损伤引入了非辐射复合中心和漏电流

》量子效率问题是行业目前热点关注的话题，针对该问题，目前研究重点是改进侧壁损伤

专利视角洞察业内如何改进侧壁损伤

改进芯片结构

限制电流远离侧壁

PlayNitride CN109244204B

电流调控结构设置于P (或N)型半导体层和P (或N)电极之间，其与半导体层的接触电阻和面积均小于电极，从而使得电流集中在配置有电流调控结构的区域，避免侧壁漏电。

斜角LED结构

Lumileds- -US10964845B2

在图案化的基板上分别沉积N型层、QW有源层和P型层，侧壁部分的有源层相比平坦部分的有源层具有更小的厚度，从而使侧壁部分具有更高的电阻和能量势垒，阻挡侧壁漏电流。

改进制造工艺

改进刻蚀

侧壁钝化

北京大学 - CN110416372B

利用热化学刻蚀代替传统的等离子体刻蚀，来规避侧壁刻蚀损伤的引入。

加州大学 -US20210193871A1利用无氢的原子层沉积法（ALD）对微LED进行侧壁钝化。

PlayNitride US11393946B2

避免刻蚀工艺

利用隧道效应

在N型半导体层中形成一P型掺杂区，并引出P电极，通过隧道效应使电流流经发光层，无需侧壁刻蚀工艺，从而提高发光效率。

Aledia EP3479409B1

3D纳米线LED

在绝缘层露出的开口中生长GaN纳米线，并依次形成覆盖纳米线的P型半导体层和顶部电极，无需刻蚀半导体层即可形成电极。

示例专利

○Apple/Luxvue：改进侧壁损伤主要通过限制电流远离侧壁

LuxVue

US9768345B2

形成LED台面结构后，以电绝缘材料作为侧壁钝化层，减少沿着侧壁的非辐射复合；由钝化层在导电层上的开口界定LED的电流注入区域。

2013-2014

CN107408603B

刻蚀后，原位外延生长P型掺杂的半导体钝化层，使表面所有键饱和。

CN108369974B

LED结构上的支柱结构、侧壁的杂质注入区域将电流限定在远离侧壁的LED内部。

US9450147B2

刻蚀LED结构后，形成侧面围绕LED结构的电流限制区域，将电流限制在LED内部。具体地，电流限制区域的带隙大于量子阱带隙。知

2015

US9484492B2

有源层的横向边缘限定在LED结构的侧壁之内，侧壁内还设有包围有源层、P型掺杂的混合钝化区域。

US10593832B2

侧面围绕微型LED结构的电流限制区域，包括多个量子阱和多个势垒层构成的混合区域，混合区域具有不同于LED结构的铝浓度。

2016年转让

2016

US11101405B2

从LED台面结构底部覆盖层表面突出的掺杂导电柱，用于限定LED内部的电流远离侧壁。

接续案

2017

2020

LUMILEDS

8Meta

OSRAM

US9865772B2

LAYNITRIDE

量子势垒层之间的量子阱处于双轴张应力作用下，空穴的迁移率被降低，减小了扩散到侧壁的可能。

SAMsUNG

创（PlayNitride）：多种手段改进侧壁损伤

LAYNITRIDE

CN109244204B

电流调控结构设置于P (或N)型半导体层和P (或N)电极之间，其与半导体层的接触电阻小于半导体层与电极的接触电阻，且面积小于电极面积，从而使得电流集中在配置有电流调控结构的区域，避免侧壁漏电的问题。

CN113782654A

先蚀刻部分半导体层，然后利用施力手段使相邻的LED结构断开，形成的侧壁比蚀刻形成的侧壁更加粗糙，能够有效避免蚀刻产生的侧壁效应。

CN114520280A

LED台面结构的侧壁具有离子布植区，深度超过发光层，植入角度的绝对值在0-15°之间可以减少电子空穴在侧壁附近发生非辐射复合改善干蚀刻造成的侧壁悬浮键。

2017

TWI756884B

P型半导体层包括彼此相连接的第一部分与第二部分，两部分的边缘之间具有间距，使得第二部分两侧的电阻值大于被第一部分覆盖区域的电阻值，进而减少载流子往侧壁的移动。

20202021

TWI741854B

电流局限层具有氧化区域和非氧化区域，氧化区域至少一部分形成在两个电极之间，利用两个区域的电阻值差异，有效控制电流流向，降低载流子在电极沟槽侧壁发生非辐射复合的机率。

US11393946B2

在N型半导体层中形成一P型掺杂区，并引出P电极，通过隧道效应使电流流经发光层，无需侧壁刻蚀工艺，从而提高发光效率。

2022

创改进侧壁损伤方案较多，例如通过改变芯片结构方式：例如在P/N半导体层何电极之间设置电流调控结构、斜角LED结构避免刻蚀工艺：隧道效应

Micro-LED——巨量转移

技术介绍

全球创新概况

主要创新主体

主要技术流派

代表企业技术发展路线

巨量转移技术介绍

巨量转移

》由于Micro-LED发光层和驱动基板生长工艺差异，很难通过生长工艺将显示阵列和驱动器件集成起来，所以需要转移步骤将制作好的Micro-LED晶粒转移到驱动电路基板上

以一个4K电视为例，需要转移的晶粒就高达2400万颗（以4000×2000×RGB三色计算），即使一次转移1万颗，也需要重复2400次，转移过程中的转移效率、精度、良率问题将重点影响转移后显示性能

三大转移难题

转移精度

》将Micro-LED移动到驱动电路基板的准确度须控制在± 0.5 μm 以内。需要转移设备具有高对位精度和落点精准度

转移效率

》传统LED每秒钟转移2片，Micro-LED要求每秒2 万片，还包括是否需要多次维修、重新定位、或更换等

转移良率

》显示产品对于像素错误的容忍度极低，如果要制造少于5个像素坏点的全彩1920*1080显示屏，转移良率须达到99.9999%

巨量转移全球创新概况：技术储备丰富，总体创新趋势趋于平稳发展

专利总量：3300件+ 有效专利量：1400件+

》巨量转移技术目前全球专利布局总量超过3300件，该技术方向目前专利储备较丰富

》目前该技术方向有效专利和审查中专利都较多，有效专利专利最高，占比超过43%，有效量为1400多件，审查中专利占比次之，占比也超过36%，总体来看，在该技术方向，目前和未来的专利障碍较高

》专利类型中，目前主要是以发明专利为主，有少数实用新型和外观专利，表明该分支整体技术创新高度较高 +

巨量转移2010年之后专利申请趋势图

》从2010年之后的专利申请趋势来看，巨量转移技术，在2014年之前总体创新活跃度较低，与外延&芯片结类似

》2017年开始该技术创新热度明显提升，潜在原因在于康佳光电、京东方等部分国内面板显示企业，近些年创新热度增强，但总体趋势向平稳发展

巨量转移技术来源国和主要市场分布

中国是巨量转移方向的主要技术输出国和热点布局国家，并且该技术方向国内企业向海外技术输出明显

巨量转移技术主要技术来源国分布

巨量转移技术主要来源于中国，其次是美国和韩国，其中来源于中国的占比高达43.76%

》一方面表明该技术方向中国为主要技术输出国，另一方面也反映该技术方向中国创新主体创新非常活跃

巨量转移技术主要专利布局区域分布

》巨量转移技术专利布局区域主要也为中国，其次是美国》结合技术来源分布占比来看，中国和美国作为主要技术输出国，但在专利布局分布相比有一定差异，表明中国和美国有部分技术各自向海外申请

巨量转移全球&中国主要创新主体

巨量转移全球创新竞争格局：全球头部创新主体仍以中国企业居多，但国内排名前10的大部分创新主体目前技术储备量与海外龙头有一定差距

全球专利申请量Top15创新主体

中国专利申请量Top10创新主体

巨量转移方向，全球TOP15企业中，中国企业有8家，超过一半，其中康佳、京东方排进全球前5

》该方向领头的创新主体以美国苹果和XDC（X光电）为主，两者在巨量转移方向技术储备最多

》中国的头部创新主体，除头部企业外，目前技术储备量与海外龙头有一定差距

巨量转移技术流派及代表企业

技术流派

分子作用力采用PDMS弹性印章、利用分子间作用

静电

通过向转移头的电极施加电压产生静电吸附来完成转移

巨量转移

磁力转移

通过向磁性转移头施加电压产生磁场来完成转移，需要Micro-LED芯片具有铁磁性

激光转印利用激光将Micro-LED器件从蓝宝石上剥离，并利用激光将Micro-LED转移到驱动背板

自组装

利用流体的驱动，通过磁力、机械力或毛细作用力等方式，使Micro-LED器件在流体中自动装配到指定区域

专利数量

826

424

357

648

402

代表企业

X-Celeprint/ XDC

苹果（Luxvue）

PlayNitride、ITRI

QMAT、Uniqarta

eLUX、Self Array

OLUXVUE、苹果技术发展路线：聚焦转移头组件

US8794501B2

Micro-LED的转移方法：

1、生长衬底上形成LED结构；

2、载体基板上形成柱状结构，并沉积键合层；

3、LED结构与载体基板通过键合层粘结在一起，去除生长衬底；4、静电转移头从载体基板上拾取Micro-LED，并将其转移到接收基板上。

LED层

生长衬底

CN107195558B

转移头微拾取阵列的支座：
包括枢轴和横梁等自对准组件

US9217541B2

微器件与载体基板仅通过剪切释放柱连接。

CN106794984B

支座：枢转平台的次弹簧臂刚度较低，提供放大的应变到应变感测元件。

US10814496B2

转移头微拾取阵列的支座：

枢轴平台正面设加热元件和电极，背面设压电致动器。

US20220135400A1

高效转移的工具和方法：多个转移头组件，依次拾取载体基板上不同区域的微器件，并沿着平移轨道输送到接收基板。

2012.02

2012.052012.07

2012.12

2013

US8646505B2

静电转移头结构：

US8349116B1

2014

2017

刻蚀SOI衬底的顶部硅层形成硅互连和硅电极，每个硅电极包括突出于硅互连的台面结构。

基底、台面结构、电极、介电层，并可具有加热器，将热量传递到键合层使其熔化。

US9034754B2

US8415768B1
US8415767B1
基底设有空腔，补偿器件高度差异。

US9255001B2包括金属电极的转移头结构。

2015

2020

US9425151B2基底上进一步设置弹簧支撑层。

US10276419B1叉指型电极，台面结构的电压极性交替

台面结构

转移头电极

苹果/LuxVue核心专利家族解读：围绕转移技术全面专利保护

2011年11月18日

US61561706P0

2012年02月03日

2012年02月09日

US61594919P0

US61597109P0

2012年02月10日

US61597658P0

2012年02月13日

US8794501B2

微LED转移方法：加热使载体基板上的键合层液化，利用静电转移头转移微LED。

2014年

US10297712B2

US8809875B2

微LED的结构：包括pn二极管、电极层、键和层，及覆盖侧壁的共形阻挡层。

2012年12月07日

微LED与驱动器键合后形成的显示基板。

US8552436B2

US8646505B2

静电转移头的结构：包括基底、台面结构、电极、介电层，以及介电层上围绕台面结构的导电接地平面。

US8558243B2

显示基板的结构：

US9620478B2

载体基板的结构：聚合物材料一体形成的基底层和柱阵列，上方每个微器件的底面比柱顶面要宽。

制作转移头阵列的方法

US8333860B1

微器件转移方法：向转移头的电极施加电压以在微器件上产生抓取力，拾取微器件并释放到接收基板上。

2012年12月07日

转移头组件：
包括加热器，将转移头加热到156.7℃以上。

US8789573B2

US9463613B2

US8349116B1

转移头组件：包括加热器，通过基底将热量传递到每个转移头。

2016年09月30日

US10121864B2微LED阵列的形成方法：将微LED转移到载体基板后，以电绝缘层作为刻蚀阻挡形成微LED结构。

2013年11月04日

2012年03月30日

Xdisplay

US8573469B2

US9831383B2

载体基板的结构：聚合物材料一体形成的基底层和柱阵列、以及上方的金属化层、半导体器件层。

LED阵列：
包括基底、键合层、LED阵列，底部导电触点位于LED和键合层之间。
工业技术研究院
Industrial Technology
Research Institute

2019年8月22日

US20190259907A1

载体基板的结构：
柱阵列和基底上有连续键合层，柱阵列键合层上的微器件底面比柱顶面宽。

8Meta OSRAM

samsung

ShinEtsu

XCeleprint

Mikro Mesa

LUMILEDS

rohunnI. E

Goermicro

G LG

AUO

TIANMA

PLAYNITRIDE

SEOULSEMICONDUCTOR

将热量通过基底从加热器传递到转移头，转移头处于156.7℃以上的温度，转移微器件。

2018年08月30日

US10607961B2

双极电极结构的转移头

2020年3月4日

US20200219840A1

转移头

OXDC技术发展路线：持续改进系链锚点以弱化器件与原生衬底的连接

Xdisplay"

改进系链锚点

CN106716610B

适于微转印的器件结构：

在衬底上有一层牺牲层，微器件仅通过锚点、系链固定在衬底上便于弹性印章可靠地拾取。

US10395966B2

适于微转印的器件制造方法：

在原生衬底上依次形成微器件、电接触、图案化的释放层、键合层，附接到处理基板上后去除释放层，微器件与原生衬底之间只通过系链形成弱连接。

US10832934B2

微器件结构：

双层系链，防止系链太脆弱在转移前断裂。

US20210039380A1

弹性印章：

印章末端的面积大于所要拾取的微器件面积，利用弹性印章捕获系链断裂产生的污染颗粒，提高转移良率。

US20220181185A1

微器件结构：

系链包括下层无机系链和上层有机系链有机系链抑制无机系链断裂产生的污染颗粒，提高转移良率。

2012年

2016年

US9161448B2

2014年

激光辅助转印：

目标衬底上设置导电共晶层，与印章转移的器件接触，利用激光使共晶层回流，将器件粘结在目标基板上。

2018年

2020年

在弹性印章拾取微器件时，使原生衬底向下运动、或使印章向下运动，借助重力辅助微器件与原生衬底分离。

CN106796911B

2019年

共晶层

微转印的方法：

原生衬底上的微器件经过测试确定坏点，弹性印章拾取所有微器件，利用光源照射移除坏点器件，只将良好器件释放到目标基板上。

US10573544B1

选择性去除坏点的转印方法：

原生衬底

印章的基座在刚性衬底上彼此分离，基座和每个印章的热膨胀系数大于刚性衬底的CTE，降低CTE对不同印章的影响，进而提高转移精度。

弹性印章：

US11062936B1

弹性印章

3用

Micro-LED- 全彩显示

技术介绍

全球创新概况

主要创新主体

主流全彩显示技术发展路线

全彩显示技术介绍：以RGB三色LED、波长转换和3D纳米线法为主

全彩显示能力作为Micro-LED技术的关键技术指标，Micro-LED的全彩化技术研究已经成为Micro-LED技术发展的研究热点和难点，Micro-LED彩色化实现方法主要包括RGB三色LED法、波长转换法和3D纳米线法

RGB三色LED法

波长转换法

3D纳米线法

显示器件的每个像素由红色Micro-LED、绿色Micro-LED和蓝色Micro-LED组成。

·技术挑战：三次巨量转移难度大

蓝光/紫外Micro-LED作为激发光照射到量子点材料分别辐射出红光和绿光，因而由蓝光/紫外Micro-LED、红光量子点、绿光量子点即可实现全彩显示的功能

·技术挑战：量子转换效率和光串扰问题

GaN与不同含量的In/Al合金化时，其发光范围可覆盖RGB光谱，生长InGaN/GaN纳米线像素，调节纳米线直径以及对纳米线LED中的In含量进行精确控制来调节光谱，In掺杂量减少，发射波长蓝移。

技术挑战：In含量难精确控制,难配置驱动电路的阵列

全彩显示不同方法代表厂商

智慧芽苹果、友达光电、华星光电、GLO、kyocrea京瓷、LG、 RGB三色LED法 Mikro Mesa、三星、PlayNitride、天马微电子、维信诺智慧芽

智慧芽 Aledia、友达光电、株式会社eLux（日本）、群创光电、康

波长转换法慧芽佳、LG、Saphlux、夏普、三星显示、天马微电子、维信诺、

应用材料、日本V-TECH 智慧芽

3D纳米线法 Aledia、GLO、英特尔、JDI公司、NS Nanotech（美国公智慧智慧芽

全彩显示创新概况：未来创新热度将进一步提升，潜在专利障碍大

专利总量：2000件+

有效专利量：650件+

》全彩显示技术目前全球专利布局总量超过2000件，该技术方向目前专利储备较丰富智

》目前该技术方向审查中专利最多，表明近几年整体创新的活跃高，未来潜在的专利风险也较大

有效专利占比超过32%，有效量超过650件，整体来看目前该技术方向有效储备量尚可，但结合审中状态专利，未来2-3年内该方向的有效储备量可能会大幅度提高

》从专利类型来看，该方向主要通过发明专利进行创新保护

巨量转移2010年之后专利申请趋势图

》从2010年之后的专利申请趋势来看，在2016年之前，全彩显示技术总体创新活跃度较低，其发展主要受到巨量转移技术、红光LED效率不高、波长转换材料的可靠性以及波长一致性不高、纳米线中In含量难精确控制的限制。>2017年开始该技术创新热度明显提升，潜在原因在于全球龙头三星，国内头部企业京东方、华星光电等近几年在该方向创新热度大幅度提升》总体来看，全彩显示方向，随着巨量转移等关联技术的突破，未来专利申请量还将大幅度提升。井

全彩显示技术来源国和主要市场分布

中国是全彩显示方向的主要技术输出国和热点布局国家，并且该技术方向不同国家向海外布局量大

全彩显示技术主要技术来源国分布

》全彩显示技术主要来源于中国，其次是美国和韩国，与巨量转移方向类似，主要原来在于后者是前者的技术发展基础智慧牙

》中国在该方向技术输出较多，主要原因在于，近些年国内显示面板厂商和光电企业在该方向的技术创新热度增强

全彩显示技术主要专利布局区域分布

》全彩显示技术主要来源于中国，其次是美国和韩国，与巨量转移方向类似，主要原来在于后者是前者的技术发展基础

》中国在该方向技术输出较多，主要原因在于，近些年国内显示面板厂商和光电企业在该方向的技术创新热度增强智慧芽

全彩显示技术全球&中国主要创新主体

全彩显示全球创新竞争格局：全球创新龙头为中国华星光电和京东方，韩国三星排列第三，国内头部创新企业实力较强，但后梯队企业与头部企业差距较明显。

全球专利申请量Top10新主体

中国专利申请量Top10创新主体

全彩显示方向，全球TOP10企业中，中国企业有4家，其中华星光电为该方向创新龙头，技术储备优势明显

》全球和国内显示面板龙头三星、京东方在该方向技术储备较于后部企业，具有一定优势

》中国排名前10创新主体，头部企业与后梯队企业相比，相差较大

》国内创新主体除企业之前，部分高校也有一定技术储备，例如福州大学、南方科技大学都有一定的研究成果

》表明中国在该方向具有龙头优势，但整体也存在明显差距

全彩显示技术创新概况：目前技术创新以波长转换方法为主

技术分支	专利量智	代表创新企业
波长转换	1485	京东方、群创光电、三星
RGB自发光	227	上海显耀显示、LUMENS
3D纳米线	129英	特尔、Aledia

丰4	13	16	36	111	232	282	395	276	96
										波长转换智RGB自发光3D纳米线
智慧	牙	12	15	34	35	27	46	40	14
3	彗	6	3	7	12	18	36	24	5
2013		2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022

》实现全彩显示的三个主流方法中，目前以波长转换方法研究最多，并且研究热度也远远高于RGB自发光和3D纳米线，潜在原因在于目前波长转换技术可形成高分辨率，较其他方法对驱动集成要求低整体商品化成本较低智慧芽

》三个主流方法各个创新代表企业中，京东方、群创光电和三星在波长转换方法专利申请较多，另外在RGB自发光和3D纳米线技术方向专利储备较多的企业分别为：山海显耀显示、LUMENS和英特尔、Aledia

》从三个主流方向的专利申请趋势来看，仍以波长转换较热，特别是在2017年之后，整体热度高涨

○RGB三色LED法技术路线：重点关注巨量转移&像素与驱动电路键合技术

CN109524512B

（华中科技大学）

可控微反射镜阵列后被分为三束图案化激光，并分别照射于三种微型发光二极管所连接的激光释放层上使三种颜色的微型发光二极管选择性地转移至目标基板上。

TW202107674A

（应用材料）

预先在衬底上形成多个蓝色微型LED及多个绿色微型LED，之后再在该基板上制造多个AIInGaP基红色微型LED，以在一个衬底上形成自发光三色LED芯片。

2015年

2017年

CN110249429B(香港北大青鸟）将晶圆上的红色LED、绿色LED、蓝色LED依次由接合接触116-216连接到对应驱动晶体管110，并去除衬底。

2018年

2019年

US11295972B2（韩国科学技术院）

微真空模块的Mava模块定位在芯片型微LED阵列上，将在母基板或临时基板上的红色、蓝色和绿色的微发光二极管利用真空吸力从母基板或临时基板分离，然后转印到目标基板。

2020年

CN110970458B(中国科学院）

红色像素单元位于蓝绿像素阵列阴极和共用阳极的下方，通过铟锡合金层与下方的红色像素阵列阴极互连，红绿像素单元和红蓝像素单元为上下叠加式排布。

波长转换实现全彩化的技术路线：重点关注量子转换效率和光串扰问题

》由于巨量转移技术限制，以RGB三色芯片来实现全彩化，对Micro-LED显示技术而言非常困难，因此应用单色紫外光LED或蓝光LED搭配色彩转换材料来达成全彩化是目前比较可行的方式之一。

US9484504B2（苹果）

在微型LED器件上形成波长转换层，每个波长转换层包括分散在其中的磷光体颗粒，微型LED器件被设计为发射紫外线或蓝光,在微型LED器件周围形成红色发射转换层、绿色发射波长转换层或蓝光发射转换层。

US20200152841A1(2017 耶鲁大学)

多个GaN二极管是单色蓝色LED，GaN二极管中包括n-GaN层纳米多孔表面在纳米孔内嵌入绿色发光量子点成分或红绿色发光量子点成分。

CN111370461B（华星光电）

绿色微型发光二极管、蓝色纳米环微型发光二极管和红色量子点纳米环微型发光二极管，蓝色纳米环微型发光二极管中的纳米环利用应变弛豫效应可以将绿光转变为蓝光。

KR1020220030461A（三星）

发光元件设置在第一凹进部分上，颜色转换面板包括设置在第二基板和显示面板之间的第一颜色转换层、第二颜色转换层和透射层。

2013年

2017年

2019年

2020年

2021年

2022年

CN111129269B

（中国科学院长春光学）

在滤光膜层上设置的PDMS膜层、在 PDMS膜层上设置的光刻胶隔离栅、在光刻胶隔离栅之间的凹槽内分别设置的红光量子点膜层和绿光量子点膜层，PDMS膜层的引入有效解决了低浓度量子点溶液喷墨打印后出现的"咖啡环效应"

CN109979960B

（中国科学院长春光学）

在基板上均匀排布凹槽，凹槽内部填充不同颜色量子点材料，凹槽侧壁制备金属反射层，凹槽底部蒸镀分布布拉格反射层，避免不同量子点之间组分的交联抑制相邻像素发光单元之间的光串扰提高彩色化显示质量。

CN112635515B

（中国科学院长春光学）

-块微流道倒模层、一块掩模基板、两次量子点注入过程和一次光隔离结构制作过程即可完成量子点色转换层的的制备。

CN115000279A

（西安赛富乐斯）网格形沟道内填充有黑色环氧树脂胶，用于防止GaN像素点间的光串扰。

3D纳米线Micro-LED技术发展路线：以ALEDIA和英特尔技术创新为主流

US20220262977

（ALEDIA）

ALEDIA

基于三维(3D)结构的GANLED，包括用于发射光辐射的InGaN基有源区，三维(3D)结构的形状为带有锥形顶部的电线或金字塔形状。

WO2022069431A1

（ ALEDIA)

轴向配置的第一、第二和第三三维发光二极管，具有不同的GaN纳米线直径，从而形成在第一、第二和第三导线上的有源区将发射红、绿、蓝不同波长的辐射。

FR3111016（ALEDIA ）

三维结构第一InGaN基材料制成的金字塔21，不同于第一材料的第二GaN基材料制成的线24,线24在InGaN基金字塔21的底部延伸，使得3D结构具有铅笔形状。

2016年

英特尔

US10658422B2（英特尔）在一晶片上生长的第一彩色纳米线LED和第二彩色纳米线LED在另一个晶片上生长一体的第二彩色纳米线LED和第三彩色纳米线LED，将纳米线LED从源晶片转移到背板以形成具有背板的微型LED显示面板。

2017年

US10923622B2（英特尔）微型发光二极管（LED）显示面板的像素元件包括第一颜色纳米线LED、第二颜色纳米线LED、与第一颜色不同的第二颜色、以及一对第三颜色纳米线 LED。

2019年

US11245053B2(英特尔）

GaN纳米棒的第一部分与第二部分之间有偏振反转层，GaN金字塔502外延生长为纳米棒的帽子404，有源层602形成在金字塔的表面上502，不同的有源层控制与不同的微LED相关联的有不同量的铟。

2020年

CN114664987A（英特尔）背板包括多个蓝色微LED多个绿色微LED和多个红色微LED，每个微LED由多个纳米金字塔LED组成，每个纳米金字塔LED具有接收垫耦合层。

》法国3D GaNLED技术开发商ALEDIA宣布成功在12英寸硅晶圆上生长出业界首款纳米线Micro-LED芯片，英特尔于2018年也加入了其投资者行列》在3D纳米线技术储备上，也是英特尔和ALEDIA稍有优势

RGB纳米线主流厂商专利量对比

英特尔	26
ALEDIA			14
三星		如慧坊 7

Micro-LED- 显示驱动

技术介绍

全球创新概况

主要创新主体

CMOS驱动技术挑战

TFT驱动技术挑战

Micro-LED显示驱动技术介绍

Micro-LED显示驱动

Micro-LED是电流驱动型发光器件，其驱动方式一般只有两种模式，无源选址驱动（PM：PassiveMatrix又称无源寻址、被动寻址、无源驱动等等）与有源选址驱动（AM：ActiveMatrix，又称有源寻址、主动寻址、有源驱动等）

被动驱动方式

三大主流驱动方式

被动驱动

主动驱动方式

FT主动驱动

》简介：Micro-LED阵列用行列扫描方式驱动点亮，列信号由数据信号充当，行信号由选择信号充当。当×行和Y列被选通时，点（×，Y）被点亮，以高频逐点扫描显示图像

》优点：结构简单、技术门槛低、成本低

》缺点：亮度不均匀，发光损耗大

》简介：使用键合技术将Micro-LED阵列转移到含有TFT驱动背板上，或者直接在Micro-LED上生长TFT驱动电路

》优点：大面积、高分辨率、亮度均匀、技术较成熟

》缺点：成本较高

W5主动驱动

》简介：采用共N极倒装结构，发光芯片采用单片或者单晶粒形式倒装到驱动基板后再应用倒装键合技术将芯片倒装到硅基CMOS驱动基板上

》优点：高分辨率、亮度均匀

》缺点：成本高、Micro-LED阵列转移和键合等技术问题的限制

Micro-LED显示驱动全球创新概况

专利总量：1700件+

有效专利量：560件+

》目前专用于Micro-LED显示驱动技术，全球专利布局总量超过1700件，较前几个重点技术，该技术方向专利储备量稍弱

》目前该技术方向审中专利较多，占比超过52%，表明Micro-LED显示驱动近期创新非常活跃，有大量技术创新产生智慧芽

》专利类型中，目前主要是以发明专利为主，有少数实用新型，表明该分支整体技术创新高度非常高

显示驱动2010年之后专利申请趋势图

从2010年之后的专利申请趋势来看，Micro-LED显示驱动技术，目前正处于高速发展期，近5年专利申请量上升明显

》整体授权率来看，平均在50%左右，相较于上述几个技术方向，整体授权率偏低，潜在原因在于，Micro-LED显示驱动技术多为OLED驱动基础上改进，实际基础创新较少，总体创新难度大

Micro-LED显示驱动技术来源国和主要市场分布

中国和韩国为Micro-LED显示驱动的主要技术输出国，其中韩国创新主体技术海外布局较多，行业内纷纷看好中国和美国市场

显示驱动技术主要技术来源国分布

》显示驱动技术主要来源于中国和韩国，两者技术输出占比都超过30%，中国技术输出最多

》相较于其他几个重点技术，韩国在显示驱动方向专利输出较多，潜在原因在于三星和LG作为全球显示器龙头，其重点发力于Micro-LED的显示应用创新知彗芽

显示驱动技术主要专利布局区域分布

显示驱动技术专利布局区域主要也为中国，其次是美国，与上述几个重点方向布局区域类似

》结合技术来源分布占比来看，韩国也作为主要技术输出国，但韩国市场布局占比较少，一定程度上说明韩国创新主体纷纷看好海外市场，将其技术向外布局知慧芽

Micro-LED显示驱动技术全球&中国主要创新主体

显示全球创新竞争格局：全球龙头三星在该方向有明显技术优势，国内华星光电、京东方技术储备属于全球第一梯队，但与龙头相比稍有差距牙

全球专利申请量Top10创新主体

中国专利申请量Top10创新主体

》显示驱动方向，全球TOP10企业中，中国企业有5家，其中华星光电、京东方和群创光电专利储备量排进全球前5

》该方向领头的创新主体以韩国三星为首，其专利储备量也遥遥领先其他企业

》从中国排名前10创新主体来看，国内在显示驱动方向已经形成明显头部企业，华星光电、京东方和群创光电在该技术方向专利储备较丰富

oMicro-LED显示主流驱动技术——CMOS驱动和TFT驱动

》被动驱动不利于大面积制作，无法满足大屏驱动要求

》被动驱动的行列扫描驱动特点，容易产生行列像素发光不均匀，导致显示图像和分辨率受限制

》像素间距逐渐缩小传统PCB板的被动驱动方式不能满足驱动需求

Micro-LED显示驱动技术专利分布

Micro-LED显示驱动创新热度在TFT驱动，其次是CMOS驱动

》由于TFT驱动的技术成熟度、成本方面具有较大优势，目前TFT驱动整体技术储备最多，并且远优于其它两种驱动方式

TFT驱动	1330
CMOS驱动	283
被动驱动	智慧牙107

以CMOS和TFT为代表的主动驱动设计方案将成为Micro-LED技术发展良伴

CMOS驱动技术简介

转移键合技术，难对准

技术挑战

》技术难度高，将RGB三色LED阵列准备转移到驱动基板上实现全彩显示，难度高，良率低。LED芯片的衬底膨胀系数与驱动电路的衬底的膨胀系数不同，导致Micro-LED和驱动矩阵精准对准困难

（b）CMOS芯片

阈值电压漂移，输出图像不稳定彗芽

》驱动晶体管的内部特性发生缓慢变化，导致驱动晶体管的阈值电压发生漂移，从而影响驱动晶体管的综合特性，进而可能导致在Micro-LED显示器上出现图像伪像

灰度调节，亮度补偿难

》视觉刷新频率越高，画面显示越稳定，视觉闪烁感就越小，采用通过采用数字化的驱动或数模混合的驱动，可以达到更高的灰阶

○CMOS驱动转移键合技术路线：重点探索Micro-LED与CMOS驱动电路的键合技术

CN107887331B

福州大学）

形成Micro-LED单元器件阵列，接着制作欧姆接触层，并采用微接触印刷的方式将Micro-LED单元器件阵列连接在CMOS或TFT背板上。

US10629577B2 （INVENSAS)

microLED平坦键合界面表面的共面电触点直接键合到CMOS驱动器电路的超平键合界面,晶圆到晶圆的直接键合。

CN110310907B（思坦）将所述Micro-LED芯片以倒装方式对准转移至所述驱动基板上，Micro-LED芯片通过导电胶与CMOS驱动电路单元对应电连接

2016年

US10325893B2

（香港北大青鸟）

微型LED阵列通过使用粘合剂被转移到中间Si衬底上，通过中间衬底将微型LED阵列键合到CMOS像素驱动器后，将中间基板与微型LED阵列分开。

2017年

US10700139B2（台湾爱司帝）具有多个LED结构的发光组件和具有CMOS控制电路的晶片级基板可以经由粘合层彼此连接。

2018年

2019年

US11404400B2(苹果) 不

金属底部触点的平坦底面通过金属-金属接合而接合到电极焊盘顶面,并且绝缘填充层的底面接合到电极焊盘的顶面。

2021年

CN113885211A（康佳）Micro-LED发光芯片通过UBM焊盘与CMOS集成电路驱动基板，UBM焊盘采用低温焊接

OCMOS驱动晶体管的阈值电压补偿技术路线：各创新主体补偿方式各有特色

例如在像素外电路中设置补偿电路或者对像素内驱动电路的结构进行改进

US10217402B1（苹果）补偿电路配置为调整驱动电流信号，以使驱动电流信号独立于高电压轨(VDD）和阈值电压VTH（第一晶体管或第二晶体管的)。

US11270644B2（乐金）像素驱动电路,其中用于补偿驱动晶体管的阈值电压的补偿时间被充分固定，以便通过响应速度改善通过在屏幕上移除斑点、余数和串扰,改善了高速驱动和图像质量。

CN112992062B（天马微电子）

将驱动晶体管分为第一驱动部和第二驱动部，在数据写入阶段，将源极与第一漏极间的第一驱动部或者第一漏极与第二漏极间的第二驱动部中的者在数据写入阶段不计入其中。

2015年

2018年

2019年

2020年

2021年

2022年

US10692433B2 (RAXIUM)

使用大的LFET来产生参考电流，然后使用相同的大的LFET来充当镜像参考电流的电流源，从而确保参考电流FET和电流源FET之间的基本较好匹配。

US11373590B2（天马微电子）

偏置模块连接在驱动晶体管的漏极和发光控制信号线之间，在偏置阶段，通过调整驱动晶体管的栅极电位和漏极电位可以平衡非偏置阶段驱动晶体管I-V曲线的偏差。智

CN114758612A（华星光电）

通过采用两种不同类型的能够互补极性的晶体管，并接入第一扫描线和第二扫描线，即可实现补偿驱动晶体管中的阈值电压的功能，使得发光器件的发光亮度更加均匀。

CMOS驱动亮度补偿调节技术路线

亮度调节主流解决方式：PWM或PAM与PWM混合调制驱动信号对LED芯片阵列中每个芯片驱动信号一致性控制

US11056047B2（三星）

对于多个像素的每条行线,按照用于设置PWM数据电压的数据设置时段和发光时段的顺序驱动，当驱动显示面板时，可以同时执行PWM数据的设置(或编程)和发光元件的发光。

CN112863427A（天马微电子）

第一脉宽调制信号和第一电压信号同时对控制发光单元的通电时间和导通电流的共同交互作用，基于两者的交互作用影响，生成较相关技术中通过脉冲宽度调制信号的方式调节更多种的亮度的梯度变化。

2019年

CN112599085A（2020思坦）

电流调节模块，用于产生调节电流，镜像模块用于复制调节电流以生成多个镜像电流，译码器模块用于将多个镜像电流整合，生成亮度调节信号；控制模块用于根据控制信号输出亮度调节信号至LED驱动电路，以使LED驱动电路根据亮度调节信号对LED芯片进行亮度调节。

2020年

CN112712772A（2020思坦）

通过驱动模块、光电转换模块和数据处理模块，实现了对LED芯片发光亮度的调节，使得LED阵列中的每个LED芯片的发光亮度相同，提高了Micro-LED显示器件的发光均匀性。

控制LED阵列中每个芯片驱动信号一致

2021年

2022年

CN114067732B（浣轩半导体）

将PAM与PWM混合调制方法应用于驱动芯片架构，取代现有PWM控制模式，获得更好的小电流模式下图像灰阶均匀性；采用DAC小电流精准控制电路来获取更加精确的电流输出。

TFT驱动技术简介

由于低温多晶SiTFT具有低功耗、轻便、薄型、提供大电流和系统集成性而被广泛地应用于有源驱动显示薄膜晶体管液晶显示和主动矩阵有机发光二极管显示中智慧牙

TFT可用玻璃作为驱动基板，玻璃基板表面是光滑的，巨量转移技术难度较低，因而TFT玻璃基板成为是目前理想的技术选择，TFT驱动玻璃背板搭配LTPS开关技术更是成为了目前较为成熟且热门的研究方向

技术挑战1：为了实现超大尺寸Micro-LED显示屏，需采用玻璃背板技术进行拼接，但是要做到完全无缝拼接，目前在工艺上仍然还存在一定难度。

技术挑战2：每个晶体管会持续受到不同栅压的影响，阈值电压会发生漂移，从而导致输出的图像不稳定，出现图像伪像智慧牙

TFT驱动主流厂商专利量对比
三星	194
华星光电	191
京东方		136

分类

TFT驱动中晶体管类型的比较

类型	非晶硅薄膜晶体管 (a-Si TFT)	低温多晶Si薄膜晶体管 (LTPS-TFT)	铟镓锌氧化物薄膜晶体管 (IGZO-TFT)	有机薄膜晶体管 (OTFT)
优势	技术成熟度高成本低	迁移率高分辨率高充电快，功耗低容易高度集成	漏电流小较大驱动电流较快响应速度智慧芽	可弯曲显示 .
劣势	迁移率低功耗大漏电流大	成本较高技术难度较大	稳定性较差	迁移率低电阻率高成本高

TFT驱动Micro-LED芯片的无缝拼接屏技术

>以三星和华星光电技术为主流

三星：主要偏向于在衬底底面设置连接线和焊盘结构最小化非显示区域的面积，以及改进显示模块的组合区域的耦合构件使显示区域之间的缝隙减小

华星光电：1、主要偏向将金属布线或焊盘设置在驱动背板的背面使显示面板边框减小

2、在相邻显示模块连接处形成腔室，在腔室中设置另一显示模块，或将显示模块的非显示区域设置在相邻另一显示模块的显示区域背面的镂空部分内，以实现无缝拼接

US11107841B2（三星）

日星

在薄膜晶体管玻璃基板的边缘处形成多个侧布线，将TFT基板的前表面电连接到TFT基板的后表面的布线可形成在TFT基板的边缘处。

CN114695421A（三星）在显示区域DA之间的组合区域SM的耦合构件，显示区域DA对外部光的反射率与显示装置之间的组合区域SM对外部光的反射率基本相同，第一光阻挡部分BK1使组合区域SM的面积最小。

US20220208850A1（三星）设置在基板的一个表面上的连接线和设置在基板的另一表面上的焊盘部分通过连接多个导电部分,多个导电部分包括碳纳米管。知

CN114078915A（三星）

连接线和焊盘部件通过贯穿基底的接触孔在基底的下表面上彼此连接，使显示装置的非显示区域的面积的最小化。

CN115000132A（三星）

通过设置在衬底的底表面上的第二焊盘部分将设置在衬底上的第一焊盘部分电连接到设置在衬底的底表面上的柔性膜。

2018年

2019年

US11437411B2（华星光电）

华星光电

在玻璃基板的下方制备背面金属层，背面金属层包括用于连接驱动芯片的金属走线层，以及用于阻挡环境光的金属光阻挡层，减少了大尺寸的Micro-LED应用中面板拼接时的边框。

2020年

US11393364B2（华星光电）第一单元显示模块的单元显示区的背面具有远离单元非显示区端部的挖空部,第二单元显示模块的单元非显示区设置在挖空部内。

2021年

CN113516923B(华星光电)通过在基底与载板之间设置第一调节构件和第二调节构件，使第二调节构件相对于第一调节构件在平行于载板所在的平面上相对移动，能够带动载板和显示屏移动，从而调节多个显示屏之间的位置。

2022年

CN114898668A华星光电）第一显示模块的容纳槽与另一第一显示模块的容纳槽拼接形成容纳腔，至少一个第二显示模块，设置在容纳腔内，且第二显示模块遮挡缝隙。

CN114975403A(华星光电)向薄膜晶体管传输扫描信号和数据信号的扫描线和数据线设置在衬底基板背离驱动电路层的一侧，从而避免了拼接缝隙大、生产良率低的问题。

TFT驱动晶体管的阈值电压补偿技术路线

>TFT驱动代表企业主流补偿方式：

》苹果：主要通过在像素外电路中设置补偿或偏置电路进行阈值电压的补偿

华星光电：更偏向于直接局部改进像素内驱动电路，例如在驱动电路中增加电容/改进驱动晶体管类型

苹果

CN108885854B

使用外部补偿电路抵消因发光二极管随时间推移出现的电压漂移而引起的负伪影，向多个像素提供像素数据之前，显示面板外部的补偿电路将偏移数据即电压信号施加到每个像素的像素数据。

US11004391B2

处理电路被配置为预测与像素的晶体管相关联的阈值电压的变化；并且基于阈值电压的预测变化来调整图像数据以生成调整后的图像数据。

US20220076627A1

显示器包括显示像素和偏置电压源，通过动态调整施加到显示像素的偏置电压来减轻视觉伪影，偏置电压源为图像数据帧的第一子帧、第二子帧向显示像素提供第一偏置电压和第二偏置电压。

华星光电

2016年

CN111063295B

通过获取发光二极管阵列面板的使用时间查找数据电压补偿值，然后通过运算将灰阶电压输入至像素单元，解决了驱动电流lds受到阀值电压Vth漂移的影响。

CN110706641B

2019年

在驱动单元增加第一电容，第一电容的第一端用于接收电源高压信号，第一电容的第二端耦接第二节点，通过第一电容对驱动单元的耦合作用，减小在不同灰阶状态下驱动单元的数据传输效率

CN111564136B

驱动晶体管采用多晶硅薄膜晶体管且补偿晶体管采用氧化物薄膜晶体管，可以降低或者消除驱动晶体管的漏电流。

2020年

CN111477164B

将相互独立的PWM控制单元以及PAM控制单元同时控制发光单元驱动发光在解决PAM驱动色偏移的问题的同时，克服TFT阈值电压引起的亮度不均。

2021年

CN114038413A

将驱动薄膜晶体管（T1-T6）分别接入第一扫描线、第二扫描线、第三扫描线、数据信号线、复位信号线和控制信号线，有效补偿驱动薄膜晶体管的阈值电压。

04 .智慧芽Micro-LED典型企业技术布局

三星苹果

Micro-LED典型企业：三星

>三星借助Micro-LED技术显示应用，助力其进一步巩固全球高端电视市场地位

三星率先实现Micro-LED大屏电视显示应用

2018年推出第一台Micro-LED电视

在CES上展出146英寸电视墙"the wall"，全球首台家用的模块化电视，采用自发光像素LED模块，消除对彩色滤光片依赖>"The Wall"采用了更小的自发光像素LED模块，每块芯片都支持

2019-2020年期间陆续推出不同尺寸Micro-LED电视

随着第一款"the wall"，三星陆续推出了各种尺寸的The Wall ：75英寸、88英寸、93英寸、110英寸和150英寸，以促进家用推广

2022年推出全面升级版Micro-LED电视新品

在2022CES展上，三星将推出110英寸、101英寸和89英寸三种规格的三星Micro-LED产品，部分系列9月份国内发售>除了硬件创新，2022三星Micro-LED还支持20位灰度深度

三星Micro-LED领域创新布局策略：全球化布局、技术储备丰富

专利总量：4800件+

有效专利量：近700件

专利布局主要区域分布

三星Micro-LED技术近10年专利申请趋势

三星Micro-LED领域创新布局策略

》专利储备量高，整体技术实力较强，结合专利法律状态和专利申请趋势，其近几年布局热度高涨；

》三星专利布局为全球化布局策略，重点布局的市场为美国、韩国，其次是中国，整体说明其在市场全球化同时，较重视美国和中国海外市场；智

三星在各产业链各关键技术上都有研究，但其重点布局产业中、下游技术，特比是显示相关技术研究较多，也进一步证明其未来将基于Micro-LED技术重点拓展电子显示产品应用发展。

三星在
Micro-LED
关键技术
专利分布

OMicro-LED典型企业：苹果

>苹果加紧Micro-LED技术相关布局，助力其把控电子产品显示屏幕供应链

苹果Micro-LED技术布局典型事件

2014年苹果收购LuxVue，大幅度提升Micro-LED技术世界关注度

》LuxVue于2009年成立，总部位于美国，主要从事Micro-LED在微显示领域应用开发，其掌握的核心技术包括：巨量转移、3D纳米线LED等

》苹果收购LuxVue，助力其突破Micro-LED技术关卡，进一步提升在微显示技术优势

大力度投入Micro-LED制备和面板研究，进一步管控产业链上、中游

》成立Micro-LED实验线，攻关Micro-LED制程难点

加码投资中国台湾Micro-LED制备研发，积极推进Mini LED背光版本iPad Pro 5G和Micro LED研发》在中国台湾成立显示技术中心，借助当地显示产业技术，布局Micro-LED显示面板技术

计划在2025年内陆续推出搭载Micro-LED微显示屏相关电子产品

预计2023-2024年在苹果watch上搭载Micro-LED显示屏

》计划在2025年推出的第二代苹果AR/MR产品上搭载micro OLED/LED显示技术

苹果Micro-LED领域创新布局策略：全球化布局，重视上游技术研究

专利总量：1400件+

有效专利量：近780+

专利布局主要区域分布

苹果Micro-LED技术近10年专利申请趋势

苹果Micro-LED领域创新布局策略

》专利储备量超过1400件，有效专利占比超过一半，整体专利储备较早，其次审中专利占比超过30%，结合专利申请趋势，表明其技术创新热度仍在保持

》苹果专利布局也为全球化布局策略，与其整体的市场策略相关，重点布局的市场为美国、其次是中国，说明其较重视中国海外市场》苹果在各产业链各关键技术上都有研究，并且重点储备产业上游和下游技术，特别在巨量转移技术上，重点研究静电转移方式；在下游场景上，其重点拓展AR/VR等微显示场景

苹果在Micro-LED关键技术专利分布

外延&芯片制造巨量转移全彩显示显示驱动主要应用场景

从技术维度洞察Micro-LED产业

市场潜力大，显示场景有望率先实现市场化》受智能手表、高端电视等显示场景需求影响，全球Micro-LED芯片出货量大幅度提升，市场需求潜力大

Micro-LED目前全球技术储备丰富，近几年创新热度高涨

》目前全球专利储备超过4万件，有效专利占比接近35%近5年专利申请占比过半

国内头部企业技术创新实力较强，与国际龙头齐头并进

》全球TOP15企业中，国内企业占比超过一半，关键技术竞争实力较强，国内代表企业有京东方、华星光电，国际代表企业有三星、LG、苹果

产业关键技术中，上游技术难度高，整体研究热度也高

》目前产业关键技术主要集中在上游突破，其中外延&芯片结构、巨量转移技术专利储备都超过3300件，各个方向需要突破的技术难题多

三星为Micro-LED领域技术储备龙头，较关注产业中、下游研究

》三星整体技术储备超过4800件，并且审中&有效专利占比和接近90%，整体近些年创新热度非常高

Micro-LED白皮书课题研究组

李利哲江苏第三代半导体研究院知识产权平台负责人

中国专利代理师，IPMS认证审核员，高级知识产权师，曾先后就职于国家知识产权局专利局专利审查江苏中心和某大型的专利咨询公司，具有十年以上的半导体相关的专利实质审查、专利咨询业务和专利构建的经验。

王国斌江苏第三代半导体研究院材料生长创新平台负责人

拥有10年以上川族氮化物材料与器件的外延生长的开发和产业化经验，负责和参与了省级以上国家项目6项，入围市级以上人才计划2项。在Micro-LED领域，创新性的以基于氮化镓单晶衬底的同质外延为独有技术，所开发的高性能Micro-LED外延片产品已服务新型显示、可见光通信（VLC）等多个应用市场。研究成果发表在国际著名期刊多次发表，累计申请国家发明专利超过50项。

韩娜江苏第三代半导体研究院知识产权工程师

中国专利代理师，6年以上知识产权从业经验，曾就职于三环知识产权，擅长专利挖掘、专利布局、专利撰写等；目前主要负责江苏第三代半导体研究院的专利挖掘与布局、专利审核、专利培训及专利分析等相关工作。

刘宗亮博士高级工程师，江苏第三代半导体研究院院长助理

近十年来一直从事液相法氮化镓体单晶材料生长与相关物性研究，完成了自主知识产权的助熔剂法高温、高压生长设备的设计与加工，为国内首次采用该液相生长技术获得2英寸氮化镓体单晶。作为项目负责人、核心骨干先后参加了基金委青年基金、科技部重点研发、基金委杰青、装发部预研项目、江苏省重点研发项目等多个氮化镓材料生长及物性研究项目，全国半导体设备和材料标委会材料分技术委员会委员，申请核心专利25项，在国际国内会议上做报告15余次。

王春娟智慧芽半导体领域咨询专家

中国专利代理师，7年知识产权从业经验，服务过多家半导体行业上市企业，主导江苏省第三代半导体产业导航、氮化镓技术洞察报告等相关项目，擅长专利检索及分析、风险排查、专利挖掘布局等。

任亚强智慧芽咨询高级经理

中国专利代理师，10年以上知识产权从业经验，曾就职于富士康，主要负责专利撰写、布局、侵权分析等。为多家半导体行业上市企业提供过培训、上市前知识产权辅导等服务，擅长专利挖掘、侵权分析、风险管理、风险规避、专利挖掘、培训等。

陈相楠智慧芽咨询高级经理

中国专利代理师，9年知识产权从业经验，江苏省知识产权骨干人才，曾就职于国家知识产权局专利局审协，从事显示面板领域发明专利审查工作。为多家半导体行业上市企业提供过培训、上市前知识产权辅导等服务，擅长专利分析咨询、专利信息利用、专利管理咨询等。

方庭智慧芽咨询兼知识产权总监

中国专利代理师，助理研究员，江苏省知识产权骨干人才，苏州市知识产权保护工作先进个人，现任智慧芽咨询总监兼任智慧芽知识产权总监，近10年知识产权从业经历，具备专利审查、知识产权咨询服务和企业知识产权管理业务经验，为多家知名企业提供过知识产权综合解决方案。

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发布机构

目录

#

Micro-LED技术概览

○Micro-LED：芯片高集成、高密度和微小尺寸化，将成为LED未来的发展方向

Micro-LED：在一个芯片上集成高密度微小尺寸的LED阵列

○Micro-LED：与LCD和OLED相比具有低功耗性能优势

优势1：低功耗

○Micro-LED：与LCD和OLED相比具有高亮度优势

优势2：高亮度

Micro-LED：与LCD和OLED相比具有高分辨率

优势3：高分辨率

5.5寸micro-LED屏幕PPI估算

oMicro-LED:应用场景覆盖显示、穿戴设备、智能终端等场景

Micro-LED显示应用场景预计率先实现较大规模化市场增长

oMicro-LED显示器及其芯片等零配件行业受下游应用市场影响，增幅潜力大

OMicro-LED企业之间主要通过投融资和技术合作方式形成各自技术供应链

许多显示器制造商正在与领先的LED制造商和技术供应商合作：各显示器技术供应链正在形成

Micro-LED各大主流厂商合作和供应链关系

苹果供应链

各国出台专项扶持政策，国内政策支持持续利好

技术创新趋势

Micro-LED技术发展史：近几年陆续有显示产品面市，国内研究热度较高

①京东方宣布与美国Rohinni成立Micro-LED合资公司

Micro-LED技术全球创新概况：全球技术创新热度进入高涨期

专利总量：4万件+有效专利量：1.3万件+

Micro-LED全球&中国主要创新主体

02 U

Micro-LED 产业&竞争环境介绍

Micro-LED产业链和关键技术介绍

上游

芯片制造&巨量转移

中游

面板制造

下游

整机应用

全球Micro-LED产业链企业图谱

显示驱动

LG SΛMSUNG OSRAM glo

SHARP

samsung

中国Micro-LED代表性企业分布

CU智慧芽Micro-LED重点技术解析

Micro-LED——外延&芯片制造

外延&芯片结构技术介绍

芯片工艺流程

外延&芯片结构全球创新概况

外延&芯片结构技术来源国和主要市场分布

外延&芯片结构全球&中国创新主体竞争格局

外延&芯片结构目前主要技术挑战：聚焦量子效率问题

典型方案为改进侧壁损伤

波长均匀性

低缺陷

量子效率

专利视角洞察业内如何改进侧壁损伤

改进芯片结构

PlayNitride CN109244204B

斜角LED结构

Lumileds- -US10964845B2

改进制造工艺

改进刻蚀

北京大学 - CN110416372B

PlayNitride US11393946B2

避免刻蚀工艺

利用隧道效应

Aledia EP3479409B1

3D纳米线LED

示例专利

○Apple/Luxvue：改进侧壁损伤主要通过限制电流远离侧壁

LuxVue

US9768345B2

2013-2014

CN107408603B

CN108369974B

US9450147B2

智慧芽-2023Micro-LED产业技术洞察白皮书-2023-71页-WN10