白光LED中波长转换元件的专利技术综述

魏芳芳

【摘要】随着LED的蓬勃发展，如何获得高色度的白光成为业界研究的热点。本文主要以S系统中的CNABS、CNTXT、SIPOABS、DWPI等数据库的检索结果为分析样本，从专利申请量、申请人、分类号等方面进行统计分析，总结了有关白光LED中波长转换元件的国内外专利申请的发展趋势、主要申请人、分类号的分布，并对重点技术的发展过程进行了梳理。

【关键词】发光二极管；白光；波长转换

随着人类资源的进一步短缺，LED作为新一代照明光源，逐渐取代传统光源。获得白光LED的方法有多种，其中包括利用蓝光LED与黄色荧光粉配合形成白光，以及利用紫外线LED芯片激发红色、绿色、蓝色荧光粉来产生白光。然而，不论是蓝光LED激发黄色荧光粉，还是紫外光LED加RGB三波长荧光粉，关键技术都在于如何把荧光粉有效的附着在晶粒上以进行波长转换。

为了研究与白光LED中波长转换元件相关的专利技术的发展情况，本文利用S系统中多数据库，结合相关的IPC分类号、关键词、并使用转库检索等检索策略进行专利文件筛选。通过S系统中的统计命令以及excel表格对筛选结果进行了统计分析。

根据分析结果可知，关于白光LED中波长转换元件的专利申请始于1997年，奥斯兰姆奥普托半导体公司提出了将荧光粉混入透明封装材料，用于对发光芯片进行封装以实现波长转换获得白光。2000年，该公司提出在上述结构的上方加载透镜，以实现更好的出光。从2004年起，专利申请出现了迅猛增长，到2013达到高峰，年申请量为18件。期间，2005年，美国安捷伦科技有限公司提出在发光芯片上施加混有荧光粉的透明硅胶，并用透明封装材料将上述结构整体包覆以实现LED全方位的出光。同年，日本斯坦雷电气株式会社提出采用带腔的基体来收纳LED芯片以及芯片上方的透明树脂间隔物，并于透明树脂间隔物的上方设置混合有荧光体的波长转换间隔板，此结构在获得白光的同时，可降低波长转换间隔板内的荧光体所产生的热，实现更高的发光效率。2006年，首尔OPTO仪器股份有限公司提出一种高色温、高显色指数的发光装置，其包含红绿蓝三个发光二极管以及上方的波长转换构件。2007年，台湾光硕光电股份有限公司提出利用蓝光发光二极管芯片与绿光发光二极管芯片做为光源，而以红色荧光层作为光转换层，调整芯片数量、电流以及红色荧光剂的剂量，获得色温可调整的白光LED。2009年，台湾晶元光电股份有限公司提出采用可发出波长相异的色光的三个光源，通过光学元件及载体的设计使光源所发的光进行高效率的混光以获得均匀的白光。2010年，台湾亿光电子工业股份有限公司提出具有包含不同的浓度分布的波长转换物质的第一和第二封装层以及透镜结构，由发光二极管芯片的各方向所发出的光线经过不同浓度的波长转换物质，而使各方向的光线受到近似程度的转换，以得到均匀的白光，同时，通过该透镜结构，发光二极管装置所发出的光线可以更集中于一方向射出。2011年，三菱化学株式会社提出在凹槽内的发光芯片上方设置板状的波长转换部，在获得高显色指数白光的同时实现了散热。2012年，南通脉锐光电科技有限公司提出采用光学波长转换的荧光玻璃涂层，有效解决了芯片的散热问题。

中国申请量从2007年开始崛起，在2009年至2011年期间飞速发展，并于2011年申请量几乎达到全球申请量的三分之一，期间仅在2009年伴随着世界金融危机时有少量回调。可见，随着照明技术的蓬勃发展，有关高色度白光LED的研究在国内已经越发受到重视。需要注明的是，至2014年中期之后的专利申请由于系统原因尚未统计进来。

白光LED中波长转换元件相關专利技术的专利申请国主要集中在中国、台湾、日本、美国、韩国、荷兰、德国、新加坡等国家和地区，其中，中国拥有的专利申请数量最多，达到全球总量的27%，台湾申请量达到全球总量的24%，日本申请量达到全球总量的14%，韩国申请量达到全球总量的10%，荷兰申请量达到全球总量的10%，美国申请量达到全球总量的9%。

分析各国专利申请的主要申请人的分布情况得知，皇家飞利浦电子股份有限公司为行业的龙头老大，申请量遥遥领先，拥有11件专利申请。韩国的三星LED株式会社排行第二，拥有6件专利申请。台湾的旭明光电股份有限公司、亿光电子工业股份有限公司、晶元光电股份有限公司均拥有多项专利申请，可见台湾在该领域整体实力最强。日本的松下电器产业株式会社、株式会社东芝也有较大的申请量，体现出较强的实力。美国的安捷伦科技有限公司，德国的奥斯兰姆奥普托半导体公司也在业界具有较大的影响力。中国申请人在该统计中占据了2席，可见我国相关企业在该领域也投入了较大的研发力量。中国的专利申请人主要集中在南通脉锐光电科技有限公司、苏州晶品光电科技有限公司、四川柏狮光电技术有限公司以及山东华光光电子有限公司等，以中小公司为主，且专利申请量都不超过4件，高校中以华南师范大学为首，专利申请量为3件。

为了进一步了解国外申请人在该领域对中国市场的关注程度，我们分析了其他国家/地区在华专利申请的分布情况。结果表明，白光LED波长转换元件技术的专利申请除了本国以外，主要来自台湾和日本，该两国占有较多的申请量，分别接近25%和15%，台湾和日本是我国LED企业在发展中应当重点关注的对象。

白光LED的波长转换元件技术的主要分类集中在H01L（半导体器件领域），尤其是分类号H01L33/00以及H01L33/50，除此以外，F21S、F21V等照明领域的分类号也有涉及，说明白光LED的波长转换元件技术在照明领域等方面也有相关技术的研究。

通过上述分析可以看出，白光LED中波长转换元件的相关技术正处于发展阶段，从申请量方面的分析可以看出，中国在该领域还是很有发展前景的。在今后的发展中，国内申请人应该多多研究和借鉴前沿技术，跟踪国内外优势企业的技术情况，重视核心技术的开发，掌握核心竞争力，以期能在LED领域中占据主导地位。