论文部分内容阅读
摘 要：白光LED光源由于具有环保、节能以及寿命长等特点，被广泛应用于照明器件相关的各个领域。通过对国内专利中白光LED的技术手段和技术效果的介绍，分析国内白光LED的专利技术相关术语和专利分布情况，从而帮助业内相关企业了解白光LED技术的现状。
关键词：白光LED，技术手段，技术效果
中图分类号：N04；O482.31 文献标识码：A 文章编号：1673-8578（2014）S1-0030-03
The White LED Technology
REN Wenxin GUO Kai
Abstract： With the characteristics of environmental protection， energy saving and long service life， white LED light source is widely used in most fields which contain lighting devices. This paper aims to discover the technical terms and patent distribution of white LED by the analysis of technical means and technical effect of the domestic patents of white LED. The author believe the achievement of this paper will help the enterprises in the white LED industry to get a better understanding of the technology development status.
Keywords： white LED， technical means， technical effect
收稿日期：2014-06-28
作者简介：任温馨（1982—），女，国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心光电部。通信方式：renwenxin@sipo.gov.cn。
一 什么是白光LED技术
LED（lightemitting diode， 发光二极管）是一种电光转换的半导体器件，属于固态光源。LED为冷光源，其本身不含汞、铅等有害物质，所以在生产和使用中不会对外界造成污染，属于环保光源。LED还具有发光效率高、驱动电压低、可平面封装、体积小、结构坚固等特点，在相同亮度条件下，LED的耗电量仅为白炽灯的10%，荧光灯的50%，寿命却要高出上百倍。LED能够显著降低电力消耗，并减少二氧化碳的排放，是节能减排的先锋，因此，被称为第四代照明光源或绿色光源。
然而，对于照明来说，人们更需要的是白色的光源，白光是多种颜色混合而成的光，目前实现白光LED的技术大体可分为三种：（1）用InGaN蓝色LED与可被蓝光有效激发的发黄光钇铝石（YAG）荧光粉或其他荧光粉结合组成白光LED，荧光粉吸收一部分蓝光，受激发射黄光，上述黄光与未被受激的蓝光混合，通过对二者的强度进行调控以获得不同色温的白光；（2）利用三基色（RGB，即红光、绿光、蓝光）原理将红、绿、蓝三种高亮度LED按一定的光强比例混合组成白光LED；（3）采用紫外光LED与可被紫外光有效激发得到三基色的荧光粉，产生多色光混合组成白光LED。目前，这三种技术均已实现产业化，其结构也从单芯片到多芯片不等。
二 白光LED领域相关术语和发展趋势
通过标引中国专利文摘数据库（CNABS）获得的检索数据，笔者将白光LED领域的技术手段划分为五大类，包括荧光材料、发光结构（封装）、芯片及驱动、散热以及应用。其中，发光结构（封装）包括“晶片结构”“晶片出光面结构”和“组合出白光”，芯片及驱动包括“芯片层结构”和“晶片驱动”，散热包括“散热结构”，应用包括“其他手段”。白光LED领域各个技术手段所获得的技术效果可以划分为五类：改善发光效率/强度、色温可调、出光均匀、延长寿命以及其他效果。
根据2004至2012年所公开的白光LED领域相关专利申请中各技术手段随着年代的发展变化趋势可知，各个年度的专利申请所采取的技术手段排名前三位的基本上保持一致，分别是其他手段、荧光材料和晶片结构。由此可知，白光LED领域在我国申请的专利中，研究热点为荧光材料和晶片结构的改进，同时其应用也越来越深入各个领域。
根据2004至2012年所公开的白光LED领域相关专利申请中各个技术效果分布的数量可知，其他效果（包含提高散热性、热稳定性以及获得未明确说明的各种技术效果）的所占比重最大，其比例约为30%；位居第二、三位的技术效果分别是发光效率/强度和色温可调性的改善，其比例分别约为27%和12%；其余两个技术效果按照比例的分布依次为：出光的均匀性（约占14%）和寿命的延长（约占12%）。从上述技术效果分布结构可以看出，一个关注热点是白光发光二极管的高发光效率/强度，这是白光LED领域研发人员所期望获得的一项重要参数，这一点对于业内人士也是显而易见的，只有达到足够高的发光效率和强度，白光二极管才具有真正的实用价值；另一关注热点是白光LED的色温，如何保证色温并获得良好的白光效果对于本领域技术人员而言同样具有十分重要的意义。
三 白光LED领域的技术手段/技术效果分析
表1为白光LED领域的技术手段/技术效果矩阵表，其中横栏为专利申请所要解决的技术问题或所要获得的技术效果的类别，竖栏是专利申请中采用的技术手段的类别，表格中给出了各类别下所对应的专利数量。
由矩阵中的专利申请的数量可以分析得出，白光LED领域中的技术密集区存在于：采用单一荧光粉来改善发光效率和强度，改善晶片结构来实现出光均匀、改善发光效率和强度，组合产生白光源以调节色温，改变LED芯片层结构来改善发光效率和强度。这几个专利区都存在100篇以上的专利分布，表明研发力量比较集中；而一些数量较小的专利区域包括：采用混合荧光粉材料来实现出光均匀、延长寿命，改变驱动来提高出光均匀性，通过散热结构来调节色温、改善出光均匀性，专利数据量都小于20篇，这几个区域属于研发较少的专利区，存在较多潜在的专利创新点和增长点。
四 结 语
在白光LED领域中，其主要的研发目的在于在LED基础上形成满足实际需求的白色光以用于照明，其研究的重点在于荧光材料和发光结构（封装）方面，从而形成了与LED产业不同的技术手段和技术效果分布。对于荧光材料的研发和技术来说，国内有相当数量的研发机构和部门，具有较多的专利分布，同时国内很多企业在发光结构上也做了很多的改进和创新。可见，我国在白光LED领域具有很好的发展态势。我国企业应当结合目前的专利分布情况，调整研发方向，做出更多技术改进，从而在外围专利战术下获得在该领域的长足快速发展。
参考文献
[1] 徐会兵， 刘荣辉， 何华强，等.白光LED用荧光粉的国内外专利分析[J].新材料产业：稀土及稀有金属功能材料，2012（11）： 31-38.
[2] 方军， 花刚， 傅仁利，等. 大功率白光LED封装结构和封装基板[J].半导体技术，2013（2）： 140-147.
[3] 张慧. 白光LED及其驱动[J].电子设计，2010（10-2）： 175-177.
关键词：白光LED，技术手段，技术效果
中图分类号：N04；O482.31 文献标识码：A 文章编号：1673-8578（2014）S1-0030-03
The White LED Technology
REN Wenxin GUO Kai
Abstract： With the characteristics of environmental protection， energy saving and long service life， white LED light source is widely used in most fields which contain lighting devices. This paper aims to discover the technical terms and patent distribution of white LED by the analysis of technical means and technical effect of the domestic patents of white LED. The author believe the achievement of this paper will help the enterprises in the white LED industry to get a better understanding of the technology development status.
Keywords： white LED， technical means， technical effect
收稿日期：2014-06-28
作者简介：任温馨（1982—），女，国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心光电部。通信方式：renwenxin@sipo.gov.cn。
一 什么是白光LED技术
LED（lightemitting diode， 发光二极管）是一种电光转换的半导体器件，属于固态光源。LED为冷光源，其本身不含汞、铅等有害物质，所以在生产和使用中不会对外界造成污染，属于环保光源。LED还具有发光效率高、驱动电压低、可平面封装、体积小、结构坚固等特点，在相同亮度条件下，LED的耗电量仅为白炽灯的10%，荧光灯的50%，寿命却要高出上百倍。LED能够显著降低电力消耗，并减少二氧化碳的排放，是节能减排的先锋，因此，被称为第四代照明光源或绿色光源。
然而，对于照明来说，人们更需要的是白色的光源，白光是多种颜色混合而成的光，目前实现白光LED的技术大体可分为三种：（1）用InGaN蓝色LED与可被蓝光有效激发的发黄光钇铝石（YAG）荧光粉或其他荧光粉结合组成白光LED，荧光粉吸收一部分蓝光，受激发射黄光，上述黄光与未被受激的蓝光混合，通过对二者的强度进行调控以获得不同色温的白光；（2）利用三基色（RGB，即红光、绿光、蓝光）原理将红、绿、蓝三种高亮度LED按一定的光强比例混合组成白光LED；（3）采用紫外光LED与可被紫外光有效激发得到三基色的荧光粉，产生多色光混合组成白光LED。目前，这三种技术均已实现产业化，其结构也从单芯片到多芯片不等。
二 白光LED领域相关术语和发展趋势
通过标引中国专利文摘数据库（CNABS）获得的检索数据，笔者将白光LED领域的技术手段划分为五大类，包括荧光材料、发光结构（封装）、芯片及驱动、散热以及应用。其中，发光结构（封装）包括“晶片结构”“晶片出光面结构”和“组合出白光”，芯片及驱动包括“芯片层结构”和“晶片驱动”，散热包括“散热结构”，应用包括“其他手段”。白光LED领域各个技术手段所获得的技术效果可以划分为五类：改善发光效率/强度、色温可调、出光均匀、延长寿命以及其他效果。
根据2004至2012年所公开的白光LED领域相关专利申请中各技术手段随着年代的发展变化趋势可知，各个年度的专利申请所采取的技术手段排名前三位的基本上保持一致，分别是其他手段、荧光材料和晶片结构。由此可知，白光LED领域在我国申请的专利中，研究热点为荧光材料和晶片结构的改进，同时其应用也越来越深入各个领域。
根据2004至2012年所公开的白光LED领域相关专利申请中各个技术效果分布的数量可知，其他效果（包含提高散热性、热稳定性以及获得未明确说明的各种技术效果）的所占比重最大，其比例约为30%；位居第二、三位的技术效果分别是发光效率/强度和色温可调性的改善，其比例分别约为27%和12%；其余两个技术效果按照比例的分布依次为：出光的均匀性（约占14%）和寿命的延长（约占12%）。从上述技术效果分布结构可以看出，一个关注热点是白光发光二极管的高发光效率/强度，这是白光LED领域研发人员所期望获得的一项重要参数，这一点对于业内人士也是显而易见的，只有达到足够高的发光效率和强度，白光二极管才具有真正的实用价值；另一关注热点是白光LED的色温，如何保证色温并获得良好的白光效果对于本领域技术人员而言同样具有十分重要的意义。
三 白光LED领域的技术手段/技术效果分析
表1为白光LED领域的技术手段/技术效果矩阵表，其中横栏为专利申请所要解决的技术问题或所要获得的技术效果的类别，竖栏是专利申请中采用的技术手段的类别，表格中给出了各类别下所对应的专利数量。
由矩阵中的专利申请的数量可以分析得出，白光LED领域中的技术密集区存在于：采用单一荧光粉来改善发光效率和强度，改善晶片结构来实现出光均匀、改善发光效率和强度，组合产生白光源以调节色温，改变LED芯片层结构来改善发光效率和强度。这几个专利区都存在100篇以上的专利分布，表明研发力量比较集中；而一些数量较小的专利区域包括：采用混合荧光粉材料来实现出光均匀、延长寿命，改变驱动来提高出光均匀性，通过散热结构来调节色温、改善出光均匀性，专利数据量都小于20篇，这几个区域属于研发较少的专利区，存在较多潜在的专利创新点和增长点。
四 结 语
在白光LED领域中，其主要的研发目的在于在LED基础上形成满足实际需求的白色光以用于照明，其研究的重点在于荧光材料和发光结构（封装）方面，从而形成了与LED产业不同的技术手段和技术效果分布。对于荧光材料的研发和技术来说，国内有相当数量的研发机构和部门，具有较多的专利分布，同时国内很多企业在发光结构上也做了很多的改进和创新。可见，我国在白光LED领域具有很好的发展态势。我国企业应当结合目前的专利分布情况，调整研发方向，做出更多技术改进，从而在外围专利战术下获得在该领域的长足快速发展。
参考文献
[1] 徐会兵， 刘荣辉， 何华强，等.白光LED用荧光粉的国内外专利分析[J].新材料产业：稀土及稀有金属功能材料，2012（11）： 31-38.
[2] 方军， 花刚， 傅仁利，等. 大功率白光LED封装结构和封装基板[J].半导体技术，2013（2）： 140-147.
[3] 张慧. 白光LED及其驱动[J].电子设计，2010（10-2）： 175-177.