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全球MicroLED巨量转移技术专利地图分析

更新时间:2022-04-16 22:29:15 作者:创始人 来源:
专利地图分析有助于了解巨量转移技术的发展现况与产业生态。本文利用ClarivateAnalytics提供之DerwentInnovation资料库进行检索,检索关键字为MicroLED以及转移、转印、弹性体印模及流体组装等相关之同义字,统计分析时间范围为专利公开日系由2003年起至2017年第三季为止,针对年度申请量、专利申请区域、申请人身分以及国际专利分类号(InternationalPatentClassification,IPC)进行分析。

一、专利数量统计与趋势
图1显示巨量转移技术专利公开案数量统计结果,相关案件共计406件。为了简化图示,图14仅绘出较多发明专利公开案的年份。图14显示在2012年之前,巨量转移技术仍处于萌芽期,直到2013年起,发明专利公开案件数量逐年攀升,至2017年第三季为止巨量转移技术专利仍呈现快速成长趋势。

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图1、2003年~2017年巨量转移技术专利公开案数量统计
二、专利申请区域分布
图2显示巨量转移技术专利向全球主要专利局提出申请之分布结果,其中,美国(US)专利商标局之发明专利公开案有174件,数量最高;中国(CN)知识产权局以95件居次,后面依序为韩国(KR)智慧财产局44件、世界智慧财产权组织(WO)43件以及欧洲(EP)专利局20件。

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图2、巨量转移技术专利分布区域
三、主要申请人
图3显示巨量转移技术专利之主要申请人,其中申请人BiblAndreas、HigginsonJohnA.、HuHsin-Hua为LuxVueTechnology研发团队之成员,由于苹果公司(APPLEInc.)2014年并购LuxVueTechnology,因此上述申请人皆可视为APPLEInc.,共计241件;SEMPRIUSInc.、X-Celeprint均源自伊利诺大学的研发团队,共计90件。统计结果显示:巨量转移技术主要分成:APPLEInc.的静电转移技术以及X-Celeprint的微转印技术两大阵营,其中以APPLEInc.的专利数量较多。

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图3、巨量转移技术专利之主要申请人
四、主要申请人专利公开年份
图4显示巨量转移技术专利之主要申请人专利公开年份,统计结果显示:LuxVueTechnology团队的静电转移技术专利公开日自2012年开始,2015年APPLEInc.并购LuxVueTechnology后持续研发静电转移技术。X-Celeprint团队的微转印技术主要分布在2015年之后。
五、主要申请人专利布局
这里将MicroLED显示器在技术领域上依据制程前后依序分类为:磊晶、转移、像素、设备、修复、驱动、应用等七类,并分析主要申请人在上述技术领域之专利布局。由于巨量转移技术内容包括:磊晶制造、MicroLED形成、与载体基板以及显示基板的接合、静电转移头制造、弹性体印模制造、巨量转移工具以及微机电系统,因此,在技术领域分布上横跨磊晶、转移、像素、设备领域。主要申请人系选取致力研发静电转移技术之APPLEInc.、微转印技术之X-Celeprint、流体组装技术之鸿海(包括鸿海投资的eLux以及SHARP)、新力(SONY)、工业技术研究院、具台湾背景之新创公司錼创科技以及MikroMesa。专利分析方法系以人工方式筛选上述主要申请人之申请专利,每一专利家族仅计算一件以避免重复计算;如单一专利申请案之内容横跨多个技术领域,则该些技术领域均各计算一件。由主要申请人在各技术领域之专利分布,可以一窥主要申请人在各技术领域布局之完整性以及竞争力。
将APPLEInc.之专利案,依技术领域分布以及专利公开日展开如图5所示,总计75件。结果显示:APPLEInc.的专利布局领域完整,尤其是与巨量转移相关性高的磊晶、转移、像素、设备四个领域都有不少专利,其中以设备领域最为突出,且连续分布在2013年~2016年,显示出该公司持续投入研发资源,并获得技术上的突破;磊晶、转移、像素领域在2013年~2016年亦呈现平均的分布。2016年~2017年上半年之专利案较2014年~2015年呈现略为下降的现象。

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图5、APPLEInc.专利申请案,技术领域/公开日分布图
将X-Celeprint之专利案,依技术领域分布以及专利公开日展开如图19所示,总计36件。结果显示:X-Celeprint之专利公开日集中在2015年~2017年上半年,各技术领域之分布相当完整,在时间轴上也相当平均,虽然数量上较APPLEInc.少,仍然显示出X-Celeprint在MicroLED显示器持续投入研发资源,并获得技术上的突破。技术领域分布显示出X-Celeprint的专利分布完整,除了巨量转移相关性高的磊晶、转移、像素、设备四个领域之外,在驱动以及应用领域亦多有着墨。
虽然X-Celeprint宣称其成功地转印200万颗微尺寸IC,且制程良率达99.9%,然而设备领域之专利数量仅4件,略显不足,值得密切关注后续的发展。

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图6、X-Celeprint专利申请案,技术领域/公开日分布图
鸿海为全球3C代工服务领域龙头,旗下显示器相关公司包括:群创、荣创、SHARP以及2017年透过子公司CyberNet投资取得之eLux。eLux与SHARP渊源颇深,执行长Jong-JanLee与技术长PaulSchuele皆来自于SHARP美国实验室。不同于静电转移技术以及微转印技术,eLux另辟蹊径,提出流体组装之巨量转移方案。如图7所示,鸿海收购之eLux与SHARP美国实验室之专利案,技术领域分布为:磊晶1件、转移3件、像素4件、修复1件,共9件。

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图7、鸿海之专利申请技术领域分布图
图8为主要申请人在MicroLED显示器技术领域之分布,其中,APPLEInc.在设备领域尤其突出,可以推论在巨量转移技术最为领先;SONY在转移、像素领域拥有较多专利,在设备领域较少,亦是最先以复合微组装技术提出展示机种的厂商,不似静电转移以及微转印技术对设备领域的依赖,复合微组装技术之可行性最高,然而在成本以及良率上尚未达到足以大量推广的境界。我国的鸿海、工业技术研究院、具台湾背景之新创公司錼创科技以及MikroMesa等,专利数量不如前述公司,且技术领域集中在前端的磊晶、转移、像素,并未提出一套完整可行的解决方案,尤其在巨量转移技术上更显单薄;虽然鸿海拥有流体组装技术,MikroMesa亦提出4个转移头专利,然而这些仅为单点的突破,亦未见持续性的研发成果。

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图8、主要申请人之专利申请技术领域分布图
六、巨量转移技术专利之国际专利分类
巨量转移技术涵盖领域广泛,主要于IPC分类中为H01L(半导体装置)、H05K(印刷电路)、B25J(机械手)、B65G(运输或贮存装置)以及B81C(用于微米结构装置或系统的制造处理之方法设备)。前端的MicroLED制造、MicroLED与载体基板的接合、静电转移头制造及弹性体印模制造,属于半导体制程,因此在分类上属H01L,这部分的零部件众多,制程繁复,因此相关专利案为大宗;目的基板通常为印刷电路板(PCB),因此H05K占一部分;静电转移头以及微拾取阵列架座内的感测器应用了微机电系统
(MicroelectromechanicalSystems,MEMS)的技术,因此B81C占一部分,巨量转移工具使用机械手臂、工作平台、生产线输送,因此B25J以及B6G5亦占一部分;细部之分类请参照图9以及表1。

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图9巨量转移技术专利之IPC分类号
表1、巨量转移技术专利之国际专利分类号内容

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总结
从专利申请的角度来看,申请量最多的APPLEInc.与X-Celeprint虽然采用的转移方式不同,但两者皆早已在巨量转移技术开始了绵密的布局,可望成为MicroLED技术的领头羊;值得一提的是,韩国SAMSUNG虽然早已发展了OLED技术,但是为了掌握下一代的MicroLED显示器技术,在2017年起也陆续公开相当数量的专利,转移技术采用类似X-Celeprint微转印,称霸显示器市场之企图心不言可喻,我国厂商虽然在申请专利之起步较韩厂早,但是关键技术尚未能完全掌握,商品化的进程较缓慢,目前只能暂时推出MiniLED应战,MicroLED产品目前仍处于样品阶段。
专利趋势分析方面,巨量转移专利有不同的方案,其各自有各自的优缺点,且申请数量仍在持续成长中,反映出技术上仍有问题待解且持续改进中,在选择发展技术时,可以深入了解各技术的脉络,以作为开发的依据;分析巨量转移的国际专利分类号分布,第一名的H01L21与制造或处理半导体固体装置或部件之方法设备相关,此一事实反映出巨量转移专利的申请重点在于巨量转移设备,主要不外乎是能有效成功拾取MicroLED的转移头,还有可快速移动并完成微米等级精密定位的多轴机台研发,而此一项目恰巧为我国申请巨量转移技术较为薄弱之处,值得我国厂商注意。
专利技术内容方面,目前主要申请巨量转移专利技术为静电转移与微转印,两者在进行转移时皆需要机密机械进行对准,不利于转移制程时间的缩短,然而,流体组装技术仅使用了简单机械就可以在短时间内装配大量的MicroLED,着实令人耳目一新,但是相关的专利数量与其他投入厂商仍不多,可行性与量产性仍待考验;另外要达成商业量产上的要求,巨量转移的良率要达到99.99999%,搭配适当的修补与缺陷管理技术也是必须考量的,从技术领导厂商的专利申请内容亦有提出修复技术之专利申请可以验证此观点。