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1、2023Micro-LED产业技术洞察白皮书国家第三代半导体技术创新中心(苏州)江苏第三代半导体研究院智慧芽联合发布技术突破在即 后端应用在望发布机构国家第三代半导体技术创新中心国家第三代半导体技术创新中心(苏州苏州)(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
2、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
3、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面面向知识产权人群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
4、泛的科技创新人群提供无限价值。目录0101MicroMicro-LEDLED技术概览技术概览0202MicroMicro-LEDLED产业产业&竞争环境介绍竞争环境介绍0303MicroMicro-LEDLED重点技术解析重点技术解析0404MicroMicro-LEDLED典型企业技术布局典型企业技术布局01MicroMicro-LEDLED技术概览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: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
5、热门的新一代的显示概念,将成为LED未来的发展方向。R G B PolarizerGlasssubstrateColour FilterLiquid CrystalGlass SubstratePolarizerBacklight ModulePolarizerEncapsulationElectrodeEIL/ETLEIL/ETLElectrodeSubstrateR G B OLED layerFilmor GlassRGB Micro LEDElectrodeSubstrateR G B TFT LCDOLEDMicro-LEDMicro-LED:在一个芯片上集成高密度微小尺寸的LED阵
6、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、LCD和OLED参数对比图片均来源于网络,侵权可删除网络公开信息,智慧芽&第三代半导体研究院整理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1
7、0%左右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LCDLCD、OLEDOLED和和MicroMicro-LED LED 功耗比功耗比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(Ga
8、N)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LCDLCD、OLEDOLED和和MicroMicro-LEDLED亮度(全彩)比较,亮度(全彩)比较,cdcd/m/m2 2Micro-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
9、素密度可以做到1500PPI以上,而LCD和OLED屏幕PPI约在800PPI和400PPI左右5.55.5寸寸micromicro-LEDLED屏幕屏幕PPIPPI估算估算其他潜在竞争者Micro-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 TV持续降低成本2024年2022年2021年2025年2027年Micro-LED TV潜在技术支持单位头戴微显示&眼镜智能手机车载显示智能手表Micro-LED显示应用场景预计率先实现较大规模化市场增长0.125410510152025303540452023年202
10、4年2025年2026年产品名称发布时间产品特色Oppo Air Glass2021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 Berlin2022年单目绿色Mojo shield2022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
11、现后端的显示场景应用数据来源:集邦咨询20232023-20262026年年MicroMicro-LED LED ARAR眼镜显示器芯片产值预测眼镜显示器芯片产值预测MicroMicro-LEDLED显示产品应用举例显示产品应用举例 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41百万美元网络公开信息,智慧芽&第三代半导体研究院整理Micro-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20222022-20262026年全球年全球
12、MicroMicro-LEDLED显示器芯片产值预测显示器芯片产值预测全球全球MicroMicro-LEDLED显示器出货量预测显示器出货量预测 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 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,市场需求潜力大数据来源:集邦咨询5445820100020003000400050002022年2023年2024年2025年2026年数据来源:OmdiaCAGR 204%网
13、络公开信息,智慧芽&第三代半导体研究院整理Micro-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战略投资技术合作Micro-LED各大主流厂商合作和供应链关系Yole&网络公开信息,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主流厂商合作和供应关系以以三三星星为为中中心心的的合合作作&供供应应链链苹苹果果供供应应链链各国出台专项扶持政策,国内政策支持持续利好1998年2008年2004年2016年开展 GaN 半导体发
14、光机理的基础研究、用于同质外延生长的大面积衬底等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一步降低功耗启动“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,第一年预算10亿日元美国2000年2014年奥巴马宣布成立“下一代电力电子技术国家制造业创新中心”,发展宽禁带半导体电力电子技术,提供7000万美元财政支持制定有关GaN 和SiC的开发项目2002年日本美国能源部在NGLI计划的大框架下,制定了促进LED产业发展的核心政策固态照明研发计划(SSL计划)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
15、料的创新2021年日本启动“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2022年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2002-2019年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产业政策的国家之一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所制定的测量标
16、准2009-2012年2021年2003年中国2003年,我国“十五”科技攻关计划“半导体照明产业化技术开发”重大项目正式立项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、集成封装等关键技术研发2006-2008年2016年期间国务院、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
17、要内容,项目涵盖新能源汽车、大数据应用、5G通讯、Micro-LED显示等关键技术2017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产和使用网络公开信息,智慧芽&第三代半导体研究院整理技术创新趋势Micro-LED技术性能优市场潜力大政策环境好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UV Micro-LED激发红绿蓝三色荧光粉,
18、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 IRTI完成完成分辨率440PPI,转移率大于99%的彩色被动模块;VerLASE发表能与Micro-LED结合的色彩转换技术专利X-Celeprint成立,取得Rogers团队转移专利独家授权PlayNitride在台湾TSSL展上首次公开pixelLED技术三星在CES上展出146英寸电视墙“The Wall”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-LEDX-Celeprint在SID2018展会展示5.1英寸全彩显示器LG的175英寸Micro-LED电视亮相IFA 2018 日本S
19、atoshi Takano公布研究的Micro-LED阵列 H.X.Jiang公布无源驱动的10X10 Micro-LED阵列 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 Z.Gong团队公布集成蓝光micro LED阵列和UV Micro 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 重庆惠科与Mikro Mesa共同打造Micro-LED面板实验室韩国机械研究院发布采用卷轴转移工艺的Mic
20、ro-LED PlayNitride展出了Micro-LED样品索尼发布55英寸crystal LED,FHD分辨率,采用622万颗微型LED京东方宣布与美国Rohinni成立Micro-LED合资公司Plessey展示出AR应用的0.7英寸的Micro-LED显示器华星光电展示3.5英寸IGZO主动式Micro-LED显示屏天马微电子结合PlayNitride的Micro-LED技术的透明全彩显示器2000苹果收购LuxVueMicro-LED相关技术三星陆续推出不同尺寸Micro-LED电视,促进家用推广 TCL华星光电推出了全球首款125英寸玻璃基透明直显MLED显示屏三星基于线束激光器
21、,一次性将多块芯片安装到TFT电路上,实现无边框Micro-LED电视2001200620082009201020112012201320142015201620172018201920202021-2022网络公开信息,智慧芽&第三代半导体研究院整理MicroMicro-LEDLED技术主要布局区域统计技术主要布局区域统计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;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;M
22、icro-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MicroMicro-LEDLED技术全球专利法律状态和专利类型统计技术全球专利法律状态和专利类型统计MicroMicro-LEDLED技术全球专利近技术全球专利近1010年申请趋势年申请趋势MicroMicro-LEDLED技术主要来源国统计技术主要来源国统计专利总量:专利总量:4 4万件万件+有效专利量:有效专利量:1.31.3万件万件+0 0100010002000200030003000400040005000500060006000三星三星京东方京东方LGLG华星光电华星光电苹果苹果MET
23、A/facebookMETA/facebook群创光电群创光电华为华为天马微电子天马微电子友达光电友达光电日本显示器日本显示器康佳光电康佳光电LUMILEDSLUMILEDS首尔伟傲世首尔伟傲世半导体能源研究所半导体能源研究所05001000 1500 2000 2500 3000京东方京东方华星光电华星光电群创光电群创光电华为华为天马微电子天马微电子友达光电友达光电康佳光电康佳光电PLAYNITRIDEPLAYNITRIDE辰显光电辰显光电OPPOOPPOMicro-LED全球&中国主要创新主体全球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Micr
24、o-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全球专利申请量Top15Top15创新主体创新主体中国专利申请量中国专利申请量Top10Top10创新主体创新主体02MicroMicro-LEDLED产业产业&竞争环境介绍竞争环境介绍产业链介绍产业链企业图谱国内代表性
25、企业分布Micro-LED产业链和关键技术介绍芯片制造&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芯片封装材料上游面板制造显示驱动IC驱动背板面板封装中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投影显示下游外延&芯片结构巨量转移显示驱动全彩显示Micro-LED 产 业 化发展4大关键技术影响Micro-LED产业化成本&应用可靠性技术全球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京东方科技集团股份有限公司京东方科技集团股份有限公司中国Micro-LED代表性企业
26、分布台湾省衬底和外延、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、全彩显示群创光电上海市衬底和外延、芯片、驱动上海显耀显示吉林省芯片、驱动中国科学院长春光机所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、驱动华为驱动惠科山东省转移和键合歌尔股份福建省衬底和外延乾照光电衬底和外延、芯片、转移和键合三安光电江苏省衬底和外延晶湛半导体衬底和外延、芯片华灿光电重庆市衬底和外延、驱动重庆康佳光电
27、研究院北京市芯片、转移和键合、全彩显示、驱动京东方芯片、驱动维信诺03MicroMicro-LEDLED重点技术解析重点技术解析外延&芯片制造巨量转移全彩显示显示驱动03-1技术介绍技术介绍技术创新概况技术创新概况主要创新主体主要创新主体主要技术挑战主要技术挑战专利洞察改进侧壁损伤专利洞察改进侧壁损伤Micro-LED外延&芯片制造外延&芯片结构技术介绍芯片工艺流程芯片工艺流程利用MOCVD进行气相外延,分别生长N型 GaN 层、多层量子阱、P 型 GaN 层外延外延01020304利用等离子体刻蚀工艺刻蚀到N型GaN层台阶刻蚀台阶刻蚀在样品表面形成氧化铟锡(ITO)透明导电层导电层制备导电层
28、制备电子束蒸发法形成金属电极(例如Au)电极制备电极制备外延&芯片结构全球创新概况在外延&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专利总量:专利总量:35003500件件+有效专利量:有效专利量:13001300件件+外延外延&芯片结构芯片结构20102010年之后专利申请趋势图年之后专利申请趋势图从2010年之后的专利申请趋势
29、来看,外延&芯片结构技术,在2014年之前总体创新活跃度较低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%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外延&芯片结构技术主要技术来源国分布芯片结构技术主要技术来源国分布外延外延&芯片结构技术主要专利布局区域分布芯片结构技术主要专利布局
30、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&芯片结构全球&中国创新主体竞争格局在外延&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
31、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全球专利申请量Top15Top15创新主体创新主体中国专利申请量中国专利申请量Top10Top10创新主体创新主体020406080100120140160PlayNitrideMeta/facebook重庆康佳Lumileds华灿光电美国加州大学苹果Plessey020406080100120140160PlayNitride重庆康佳三安光电显耀显示华灿光电京东方江苏三代半研究院成都辰显光电群创光电友达光电外延&
32、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612侧壁损伤外延外延&芯片结构专利技术分布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0.8m的颗粒物,要求其缺陷密度小于0.1/cm2量子效率随着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
33、伤引入了非辐射复合中心和漏电流在外延&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技术挑战专利视角洞察业内如何改进侧壁损伤改进芯片结构改进制造工艺避免刻蚀工艺PlayNitride CN109244204B 电流调控结构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。有电流调控结构的区域,避免侧壁漏电。Lumileds US10964845B2在图案化的基板上分别沉
34、积N型层、QW有源层和P型层,侧壁部分侧壁部分的有源层的有源层相比平坦部分的有源层具有更小的厚度更小的厚度,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。PlayNitride 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,无需侧壁刻蚀工艺无需侧壁刻蚀工艺,从而提高发光效率。Aledia EP3479409B1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,无需刻蚀半导体层无需刻蚀半导体层即可形成电极。加州大学 US20210193871A1利用无氢的原子层沉积法(ALDALD)对微LED进行
35、侧壁钝化侧壁钝化。北京大学 CN110416372B利用热化学刻蚀代替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。改进刻蚀侧壁钝化限制电流远离侧壁3D纳米线LED利用隧道效应斜角LED结构示例专利Apple/Luxvue:改进侧壁损伤主要通过限制电流远离侧壁US11101405B2US11101405B2从LED台面结构底部覆盖层表面突出的掺杂导电柱导电柱,用于限定限定LEDLED内部的电流内部的电流远离侧壁。US9768345B2US9768345B2形成LED台面结构后,以电绝缘材料作为侧壁钝化层侧壁钝化层,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界定LEDL
36、ED的电的电流注入区域。流注入区域。US9865772B2 US9865772B2 量子势垒层之间的量子阱处于双轴张量子阱处于双轴张应力作用下应力作用下,空穴的迁移率被降低,减小了扩散到侧壁的可能。CN107408603B CN107408603B 刻蚀后,原位外延生长P型掺杂的半半导体钝化层导体钝化层,使表面所有键饱和。US9484492B2US9484492B2有源层的横向边缘限定横向边缘限定在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。混合钝化区域。CN108369974BLED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。2016年转让
37、US9450147B2US9450147B2刻蚀LED结构后,形成侧面围绕LED结构的电流限制区域电流限制区域,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。US10593832B2 US10593832B2 侧面围绕微型LED结构的电流限制电流限制区域区域,包括多个量子阱和多个势垒层构成的混合区域混合区域,混合区域具有不同于LED结构的铝浓度铝浓度。接续案2013-20142015201620172020錼创(PlayNitride):多种手段改进侧壁损伤CN114520280ACN114520280ALED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
38、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改善干蚀刻造成的侧壁悬浮键。CN109244204B CN109244204B 电流调控结构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。TWI756884BTWI756884BP P型半导体层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,进而减减少载流子往侧壁的移动少载流子往侧壁的移
39、动。TWI741854B TWI741854B 电流局限层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。CN113782654ACN113782654A先蚀刻部分半导体层,然后利用施力手段使相邻施力手段使相邻的的LEDLED结构断开结构断开,形成的侧壁比蚀刻形成的侧壁更加粗糙,能够有效避免蚀刻避免蚀刻产生的侧壁效应。2017202020212022US11393946B2US11393946B2在N型半导体层中形成一P型掺杂区,并引出P电极,通过隧道效应隧道效应使电流流经发光层
40、,无需侧壁刻蚀工艺无需侧壁刻蚀工艺,从而提高发光效率。錼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03-2技术介绍技术介绍全球创新概况全球创新概况主要创新主体主要创新主体主要技术流派主要技术流派代表企业技术发展路线代表企业技术发展路线Micro-LED巨量转移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4
41、000 x 2000 x 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将Micro-LED移动到驱动电路基板的准确度,须控制在 0.5 m 以内。需要转移设备具有高对位精度和落点精准度转移精度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%转移良率传统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、或更换等转移效率三大转移难题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巨量转移技术目前全球
42、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专利总量:专利总量:33003300件件+有效专利量:有效专利量:14001400件件+巨量转移巨量转移20102010年之后专利申请趋势图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2
43、017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技术来源国分布巨量转移技术主要技术来源国分布巨量转移技术主要专利布局区域分布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
44、和美国有部分技术各自向海外申请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全球&中国主要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全球专利申请量Top15Top15创新主体创新主体中国专利申请量中国
45、专利申请量Top10Top10创新主体创新主体0 05050100100150150200200250250APPLEAPPLEXDCXDCLGLG康佳康佳京东方京东方三星三星普因特普因特TCLTCL华星光电华星光电辰显光电辰显光电歌尔股份歌尔股份华星光电华星光电三安光电三安光电VUEREAVUEREAMIKRO MESAMIKRO MESA南京中电南京中电0 05050100100150150200200康佳康佳京东方京东方TCLTCL华星光电华星光电辰显光电辰显光电歌尔股份歌尔股份华星光电华星光电三安光电三安光电南京中电南京中电广东工业大学广东工业大学友达光电友达光电巨量转移技术流派及代表
46、企业X-Celeprint/XDC静电磁力转移激光转印自组装分子作用力苹果(Luxvue)PlayNitride、ITRIQMAT、UniqartaeLUX、Self Array代表企业技术流派826424357648402专利数量通过向转移头的电极施加电压产生静电吸附来完成转移采用PDMS弹性印章、利用分子间作用力进行拾取和放置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
47、定区域巨量转移LUXVUE、苹果技术发展路线:聚焦转移头组件US8794501B2Micro-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。2012.12载体基板(中间基板)生长衬底LED层1234CNCN107195558107195558B B转移头微拾取阵列转移头微拾取阵列的支座:的支座:包括枢轴和横梁等自对准组件自对准组件横梁枢轴USUS92175419217541B B2 2载体基板结构:载体基板结构:微器件
48、与载体基板仅通过剪切释放剪切释放柱连接。CNCN106794984106794984B B支座: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应变感测元件。USUS1081449610814496B B2 2转移头微拾取阵列转移头微拾取阵列的支座:的支座:枢轴平台正面设加热元件和电极,背面设压电致动器压电致动器。USUS2022013540020220135400A A1 1(审中审中)高效转移的工具和方法: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。载体基板接收基板转接头组件201320142017202020152
49、012.072012.052012.02USUS83491168349116B B1 1USUS86465058646505B B2 2静电转移头结构:静电转移头结构: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。USUS90347549034754B B2 2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。硅电极的台面结构USUS84157688415768B B1 1USUS84157678415767B B1 1基底设有空腔有空腔,补偿器件高度差异。空腔空腔USUS92550019255001B B2 2包括金属电极金属电极的
50、转移头结构。USUS94251519425151B B2 2基底上进一步设置弹簧支撑弹簧支撑层层。USUS1027641910276419B B1 1叉指型电极叉指型电极,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US61561706P0US61561706P02011年11月18日US61594919P0US61594919P02012年02月03日US8794501B2US8794501B2US8809875B2US8809875B2US8646505B2US8646505B2微LED转移方法:加热使载体基板上的键合层液化,利用静电
51、转移头转移微LED。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。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。US9620478B2US9620478B2制作转移头阵列的方法US8333860B1US8333860B1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02月13日US8573469B2US8573469B2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。US8789573B2US8789573B2转移头组件:包
52、括加热器,将转移头加热到156.7以上。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。US8552436B2US8552436B2US61597109P0US61597109P02012年02月09日US61597658P0US61597658P02012年02月10日US8349116B1US8349116B12012年03月30日2012年12月07日US8558243B2US8558243B2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。US9831383B2US9831383B2LED阵列:包括基底、键合层
53、、LED阵列,底部导电触点位于LED和键合层之间。2013年11月04日US9463613B2US9463613B2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。US10297712B2US10297712B2显示基板的结构:微LED与驱动器键合后形成的显示基板。2014年US10121864B2US10121864B2转移方法: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。2016年09月30日US10607961B2US10607961B2双极电极结构的转移头2018年08月30日2012年12月07日US20190259907A1载体基板的结构
54、: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。2019年8月22日US20200219840A12020年3月4日转移头XDC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。系链牺牲层锚2014年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。2012年US9161448B2激光辅助转印:目标衬底上设置导电
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