液晶顯示（LCD）和有機發光二極體顯示（OLED）是當前顯示技術的主流，其中OLED顯示屏已廣泛應用於手機、電視等電子產品。近年來，業界提出了迷你發光二極體（mini LED）顯示和微型發光二極體（micro LED）顯示的概念，通過將發光二極體的尺寸微縮到毫米以下，使顯示屏的解析度、功耗、使用壽命等性能得到大幅優化。
micro LED尺寸屬於微納級，現有的顯示屏生產線還不能滿足其精度要求。mini LED尺寸稍大，晶片尺寸介於50微米至200微米之間，量產的難度較小，業界普遍預期其爆發式增長將會很快到來。因此，國內的顯示技術廠家開始加緊布局mini LED相關專利，技術競爭暗流湧動。近日，三安光電股份有限公司（下稱三安光電）和華燦光電股份有限公司（下稱華燦光電）發生專利侵權糾紛，有人士分析這是雙方大舉發力mini LED前的專利較量。本文從mini LED領域的全球專利申請整體態勢出發，基於LED裸芯製造技術、巨量轉移技術、對位技術、封裝技術等關鍵領域的技術發展現狀，對mini LED產業的專利狀況進行分析，以期為行業提供參考。
專利申請增長較快
筆者通過incopat平臺進行專利檢索後發現，截至2020年10月，mini LED的相關專利申請共1273項。最早的mini LED專利申請出現於2001年，之後專利申請量呈現逐年遞增但增幅較為平緩的態勢，直到2018年至2019年，開始出現快速增長的趨勢，年申請量在200件左右，這與業界預期的mini LED即將爆發式增長相印證。
從申請人國別上看，中國在mini LED領域的專利申請一家獨大，約佔全球申請總量的七成。經研究發現，國外企業的專利申請主要集中在micro LED領域，雖然其量產條件尚不成熟，但這也體現了國外企業的前瞻性專利布局特點。
從主要申請人上看，mini LED領域申請量排名前三位的分別是華星光電技術有限公司（下稱華星光電）、京東方科技股份有限公司（下稱京東方）和深圳隆利科技股份有限公司（下稱深圳隆利）。其中，華星光電、深圳隆利關於mini LED的專利申請主題絕大部分為背光模組、顯示面板；京東方的布局則較為廣泛，申請主題除了背光模組、顯示面板之外，還涉及mini LED晶片本身。
關鍵技術層層突破
mini LED是從常規LED到微納尺寸的micro LED的過渡技術，其最大的特點是LED尺寸的微縮，但其仍然具有常規LED的屬性。因此，mini LED的專利競爭，繞不開常規LED基礎性專利，此次三安光電和華燦光電發生專利侵權糾紛的涉案專利，便是三安光電從夏普公司購買的常規LED基礎性專利。常規LED所面臨的主要技術問題，mini LED也會涉及，因此，LED裸芯製造技術同樣是mini LED的關鍵技術之一。例如，針對外延層之間的晶格匹配以及外延層性能的改進，東莞市中晶半導體技術有限公司通過在外延壘晶襯底與外延壘晶層之間設置氮化鎵平臺支撐層，提高了後續外延壘晶層的晶格匹配度（公告號：CN210576000U）；合肥彩虹藍光技術有限公司通過採用小臺面和大焊盤來最大化利用發光面（公開號：CN111063778A）；福建兆元光電有限公司通過P型接觸面及電流穩定層、P型電流注入層、緩衝絕緣層、應力釋放層、N型電流注入層以及N型接觸面及電流穩定層這些特殊功能層的使用，從而解決了mini LED耐電流問題、絕緣層應力問題、絕緣層粘附問題和焊盤與錫膏的粘附力問題（公開號：CN111081832A）。
除了LED裸芯製造技術，mini LED的關鍵技術還包括整片LED裸芯製造完成後將其切分成小片（形成mini LED）並安裝到印刷電路板時的巨量轉移、對位、封裝技術。其中，巨量轉移技術，即將切割裸芯形成的大批量的微小尺寸LED轉移到印刷電路板的技術。mini LED的尺寸極小，採用常規的封裝方法在晶圓區域用吸嘴吸取LED晶片，將其轉移到指定電路上進行固晶，操作時間較長，吸嘴的吸取力度不好把控，容易造成LED晶片漏抓或者損傷等情況。針對此,廈門多彩光電子技術有限公司提出了設置晶片電極和安裝基板分別具有相反的磁性,通過磁性自組裝吸附實現巨量轉移的技術（公開號：CN109065692A）；深圳市豐泰工業科技有限公司提出了通過採用粘性的PET膜一次性轉移多個晶片的技術(公開號：CN109950183A)；華星光電提出了對晶片噴塗粘性液，通過具有吸附粘性液的轉移部件實現對mini LED的精確轉移的技術（公開號：CN111341710A）；晶能光電有限公司提出了將紅光晶片、綠光晶片及藍光晶片P電極一側的凸臺結構嵌入聚酯薄膜的凹槽的技術，便於貼合透明導電基底及導電基板，從而實現晶片的巨量轉移（公開號：CN111063675A）。
對位技術，即將轉移來的微小尺寸的LED裸芯和印刷電路板上的電路對位焊接的技術。mini LED晶片的尺寸和晶片之間的間隙均遠小於常規LED，晶片焊盤直徑僅為常規LED晶片的焊盤直徑的1/10，容易因mini LED晶片和電路板焊盤對位不準而失效。解決方案一般是設置對位標記，或者避免鍵合（bonding）工藝。例如廣東晶格電子股份有限公司在PCB板上設置具有阻焊點的焊盤，用以定位mini LED晶片的安裝位置（公開號：CN109257872A）；茂丞科技有限公司提出了晶圓級發光面板模組技術，無需切割、對位、轉移，直接在發光基板上鑽孔、填孔、貼附濾光膜，然後焊接驅動電路基板（公開號：CN111200052A）；晶能光電有限公司提出了將電路板和LED晶片排列在支撐膜表面後，用封裝膠進行固化，然後用錫膏連接LED晶片電極和電路板，以降低對位的精度要求（公開號：CN109346460A）。
封裝技術，是將焊接到印刷電路板上的大批量mini LED密封從而形成均勻發光器件的技術。由於mini LED晶片之間存在間隙，且每個mini LED晶片的發光角度有限，因而兩顆mini LED晶片之間的間隙部分亮度會偏暗，使整個顯示面板呈現亮區和暗區交替分布的現象，即「滿天星」問題。解決該問題的途徑一般是提高出光角度，廈門天馬微電子有限公司和華星光電在這方面均進行了頗多的研究，例如在每個mini LED晶片的螢光膜層上對應設置凸起結構（公開號：CN109212831A）、在螢光層上對應設置梯形體結構的光學透鏡並在透鏡層上設置凹形微結構（公開號：CN109270735A）、將螢光層的折射率設置為小於封裝膠的折射率（公開號：CN109459886A）等，以提高光線的照射範圍。除此之外，華星光電還提出了在mini LED間填充螢光粉或量子點形成補光區，從而克服拼接位置處的暗線（公開號：CN110349942A），或是通過將螢光膜整面覆膜成型來保證晶片的出光在螢光膜中均勻傳導，在拼接縫處光線傳導不受阻斷（公開號：CN110491866A）。
技術展望與建議
目前，mini LED技術處於快速發展期，但專利申請人較為分散，尚未形成穩定格局。國內生產企業可以繼續加大巨量轉移、對位、封裝等關鍵技術的研發投入，加強專利布局，通過專利交叉許可等手段，揚長避短，更好地打入mini LED這一新興領域。同時，還要前瞻性地適量布局micro LED技術，避免mini LED盛宴結束時，錯過micro LED這一更有前景的市場。（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心 郭學軍 史敏娜 孫健）