白光LED中波長轉(zhuǎn)換元件的專利技術(shù)綜述

魏芳芳

【摘要】隨著LED的蓬勃發(fā)展，如何獲得高色度的白光成為業(yè)界研究的熱點。本文主要以S系統(tǒng)中的CNABS、CNTXT、SIPOABS、DWPI等數(shù)據(jù)庫的檢索結(jié)果為分析樣本，從專利申請量、申請人、分類號等方面進(jìn)行統(tǒng)計分析，總結(jié)了有關(guān)白光LED中波長轉(zhuǎn)換元件的國內(nèi)外專利申請的發(fā)展趨勢、主要申請人、分類號的分布，并對重點技術(shù)的發(fā)展過程進(jìn)行了梳理。

【關(guān)鍵詞】發(fā)光二極管；白光；波長轉(zhuǎn)換

隨著人類資源的進(jìn)一步短缺，LED作為新一代照明光源，逐漸取代傳統(tǒng)光源。獲得白光LED的方法有多種，其中包括利用藍(lán)光LED與黃色熒光粉配合形成白光，以及利用紫外線LED芯片激發(fā)紅色、綠色、藍(lán)色熒光粉來產(chǎn)生白光。然而，不論是藍(lán)光LED激發(fā)黃色熒光粉，還是紫外光LED加RGB三波長熒光粉，關(guān)鍵技術(shù)都在于如何把熒光粉有效的附著在晶粒上以進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換。

為了研究與白光LED中波長轉(zhuǎn)換元件相關(guān)的專利技術(shù)的發(fā)展情況，本文利用S系統(tǒng)中多數(shù)據(jù)庫，結(jié)合相關(guān)的IPC分類號、關(guān)鍵詞、并使用轉(zhuǎn)庫檢索等檢索策略進(jìn)行專利文件篩選。通過S系統(tǒng)中的統(tǒng)計命令以及excel表格對篩選結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計分析。

根據(jù)分析結(jié)果可知，關(guān)于白光LED中波長轉(zhuǎn)換元件的專利申請始于1997年，奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體公司提出了將熒光粉混入透明封裝材料，用于對發(fā)光芯片進(jìn)行封裝以實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換獲得白光。2000年，該公司提出在上述結(jié)構(gòu)的上方加載透鏡，以實現(xiàn)更好的出光。從2004年起，專利申請出現(xiàn)了迅猛增長，到2013達(dá)到高峰，年申請量為18件。期間，2005年，美國安捷倫科技有限公司提出在發(fā)光芯片上施加混有熒光粉的透明硅膠，并用透明封裝材料將上述結(jié)構(gòu)整體包覆以實現(xiàn)LED全方位的出光。同年，日本斯坦雷電氣株式會社提出采用帶腔的基體來收納LED芯片以及芯片上方的透明樹脂間隔物，并于透明樹脂間隔物的上方設(shè)置混合有熒光體的波長轉(zhuǎn)換間隔板，此結(jié)構(gòu)在獲得白光的同時，可降低波長轉(zhuǎn)換間隔板內(nèi)的熒光體所產(chǎn)生的熱，實現(xiàn)更高的發(fā)光效率。2006年，首爾OPTO儀器股份有限公司提出一種高色溫、高顯色指數(shù)的發(fā)光裝置，其包含紅綠藍(lán)三個發(fā)光二極管以及上方的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件。2007年，臺灣光碩光電股份有限公司提出利用藍(lán)光發(fā)光二極管芯片與綠光發(fā)光二極管芯片做為光源，而以紅色熒光層作為光轉(zhuǎn)換層，調(diào)整芯片數(shù)量、電流以及紅色熒光劑的劑量，獲得色溫可調(diào)整的白光LED。2009年，臺灣晶元光電股份有限公司提出采用可發(fā)出波長相異的色光的三個光源，通過光學(xué)元件及載體的設(shè)計使光源所發(fā)的光進(jìn)行高效率的混光以獲得均勻的白光。2010年，臺灣億光電子工業(yè)股份有限公司提出具有包含不同的濃度分布的波長轉(zhuǎn)換物質(zhì)的第一和第二封裝層以及透鏡結(jié)構(gòu)，由發(fā)光二極管芯片的各方向所發(fā)出的光線經(jīng)過不同濃度的波長轉(zhuǎn)換物質(zhì)，而使各方向的光線受到近似程度的轉(zhuǎn)換，以得到均勻的白光，同時，通過該透鏡結(jié)構(gòu)，發(fā)光二極管裝置所發(fā)出的光線可以更集中于一方向射出。2011年，三菱化學(xué)株式會社提出在凹槽內(nèi)的發(fā)光芯片上方設(shè)置板狀的波長轉(zhuǎn)換部，在獲得高顯色指數(shù)白光的同時實現(xiàn)了散熱。2012年，南通脈銳光電科技有限公司提出采用光學(xué)波長轉(zhuǎn)換的熒光玻璃涂層，有效解決了芯片的散熱問題。

中國申請量從2007年開始崛起，在2009年至2011年期間飛速發(fā)展，并于2011年申請量幾乎達(dá)到全球申請量的三分之一，期間僅在2009年伴隨著世界金融危機(jī)時有少量回調(diào)?？梢?，隨著照明技術(shù)的蓬勃發(fā)展，有關(guān)高色度白光LED的研究在國內(nèi)已經(jīng)越發(fā)受到重視。需要注明的是，至2014年中期之后的專利申請由于系統(tǒng)原因尚未統(tǒng)計進(jìn)來。

白光LED中波長轉(zhuǎn)換元件相關(guān)專利技術(shù)的專利申請國主要集中在中國、臺灣、日本、美國、韓國、荷蘭、德國、新加坡等國家和地區(qū)，其中，中國擁有的專利申請數(shù)量最多，達(dá)到全球總量的27%，臺灣申請量達(dá)到全球總量的24%，日本申請量達(dá)到全球總量的14%，韓國申請量達(dá)到全球總量的10%，荷蘭申請量達(dá)到全球總量的10%，美國申請量達(dá)到全球總量的9%。

分析各國專利申請的主要申請人的分布情況得知，皇家飛利浦電子股份有限公司為行業(yè)的龍頭老大，申請量遙遙領(lǐng)先，擁有11件專利申請。韓國的三星LED株式會社排行第二，擁有6件專利申請。臺灣的旭明光電股份有限公司、億光電子工業(yè)股份有限公司、晶元光電股份有限公司均擁有多項專利申請，可見臺灣在該領(lǐng)域整體實力最強(qiáng)。日本的松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社、株式會社東芝也有較大的申請量，體現(xiàn)出較強(qiáng)的實力。美國的安捷倫科技有限公司，德國的奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體公司也在業(yè)界具有較大的影響力。中國申請人在該統(tǒng)計中占據(jù)了2席，可見我國相關(guān)企業(yè)在該領(lǐng)域也投入了較大的研發(fā)力量。中國的專利申請人主要集中在南通脈銳光電科技有限公司、蘇州晶品光電科技有限公司、四川柏獅光電技術(shù)有限公司以及山東華光光電子有限公司等，以中小公司為主，且專利申請量都不超過4件，高校中以華南師范大學(xué)為首，專利申請量為3件。

為了進(jìn)一步了解國外申請人在該領(lǐng)域?qū)χ袊袌龅年P(guān)注程度，我們分析了其他國家/地區(qū)在華專利申請的分布情況。結(jié)果表明，白光LED波長轉(zhuǎn)換元件技術(shù)的專利申請除了本國以外，主要來自臺灣和日本，該兩國占有較多的申請量，分別接近25%和15%，臺灣和日本是我國LED企業(yè)在發(fā)展中應(yīng)當(dāng)重點關(guān)注的對象。

白光LED的波長轉(zhuǎn)換元件技術(shù)的主要分類集中在H01L（半導(dǎo)體器件領(lǐng)域），尤其是分類號H01L33/00以及H01L33/50，除此以外，F(xiàn)21S、F21V等照明領(lǐng)域的分類號也有涉及，說明白光LED的波長轉(zhuǎn)換元件技術(shù)在照明領(lǐng)域等方面也有相關(guān)技術(shù)的研究。

通過上述分析可以看出，白光LED中波長轉(zhuǎn)換元件的相關(guān)技術(shù)正處于發(fā)展階段，從申請量方面的分析可以看出，中國在該領(lǐng)域還是很有發(fā)展前景的。在今后的發(fā)展中，國內(nèi)申請人應(yīng)該多多研究和借鑒前沿技術(shù)，跟蹤國內(nèi)外優(yōu)勢企業(yè)的技術(shù)情況，重視核心技術(shù)的開發(fā)，掌握核心競爭力，以期能在LED領(lǐng)域中占據(jù)主導(dǎo)地位。