LED產(chǎn)業(yè)鏈：上游磊晶及芯片制作約占LED產(chǎn)品制造成本7成，其發(fā)光顏色與亮度由磊晶材料決定；下游則封裝晶粒，制成各式LED器件與應(yīng)用產(chǎn)品。

　　LED芯片封裝后可用于照明，由于LED采用半導(dǎo)體制程，LED照明也稱半導(dǎo)體照明，半導(dǎo)體照明完全不同于傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈照明原理，其具有節(jié)能(能耗為白熾燈的1/8~1/10、節(jié)能熒光燈的1/3~1/2)、環(huán)保(可回收、無污染)、可數(shù)字化設(shè)計(jì)等優(yōu)勢，是下一代照明光源，可全面替代白熾燈、熒光燈、汽車燈及各種背光源。

　　目前白光LED的發(fā)光效率、可靠性、壽命以及大功率LED封裝等技術(shù)等還需要進(jìn)一步提高，成本需要降到到合理水平才能進(jìn)入通用照明市場，從目前全球產(chǎn)業(yè)進(jìn)程看，這一時(shí)間預(yù)計(jì)在2010年前后。但在特種照明市場，白光LED照明會提前導(dǎo)入

　　目前從全球來看，手機(jī)背光占領(lǐng)LED的大部分市場，在接下來的一波推進(jìn)潮中，筆記本電腦、高端液晶電視背光及汽車燈將成為LED的新增長點(diǎn)；預(yù)計(jì)在2010年左右LED在通用照明應(yīng)用將取得突破。從中國市場看，建筑裝飾照明、室內(nèi)外顯示屏、交通指示是主要應(yīng)用市場，隨著國內(nèi)技術(shù)水平提高與規(guī)模擴(kuò)大，國內(nèi)企業(yè)在手機(jī)背光、NB背光、特種白光照明(包括路燈)、車用LED光源市場的滲透率將持續(xù)提高。而當(dāng)白光通用照明時(shí)代來臨時(shí)，整個(gè)行業(yè)將步入爆發(fā)性增長的發(fā)展階段。

　　國內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)可簡化為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段生產(chǎn)除高亮藍(lán)綠以外的的各類光色芯片；目前是第二個(gè)階段，即在高亮藍(lán)綠芯片外延、制程產(chǎn)業(yè)化技術(shù)方面取得突破，這是企業(yè)在LED高亮藍(lán)、綠、紅芯片領(lǐng)域領(lǐng)先的重要標(biāo)志。

　　由于白光LED靠藍(lán)光芯片+YAG熒光粉封裝出來的，突破藍(lán)綠芯片意味著可以生產(chǎn)全色系芯片，意味著突破了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵瓶頸。因此，國內(nèi)部分企業(yè)藍(lán)綠芯片的量產(chǎn)意味著國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展到一個(gè)新的階段，上中游產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程會加快。

　　海外LED上市公司股價(jià)近一年呈現(xiàn)強(qiáng)勁走勢，LED行業(yè)投資機(jī)會凸現(xiàn)，中國呢？國內(nèi)幾家優(yōu)秀LED企業(yè)，如大連路明、廈門三安、晶能光電等都沒有上市；上市公司中涉足LED的比較少，其LED產(chǎn)品銷售大多低于10%(聯(lián)創(chuàng)光電( 10.12,-0.23,-2.22%)銷售占比最多，30%，主要銷售集中中下游領(lǐng)域)，因此國內(nèi)投資者暫時(shí)還不能分享到LED行業(yè)快速成長帶來的好處。隨著半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，預(yù)計(jì)將有越來越多從事半導(dǎo)體照明的公司上市，行業(yè)投資價(jià)值值得持續(xù)關(guān)注。

　　從國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程看，行業(yè)有五類企業(yè)具有高投資價(jià)值：一類是具有核心知識產(chǎn)權(quán)的企業(yè)，這些企業(yè)具備全球核心技術(shù)專利競爭力；第二類企業(yè)是目前在芯片產(chǎn)業(yè)化及技術(shù)跟蹤方面做得比較成功的企業(yè)，這些企業(yè)將具備全球產(chǎn)業(yè)競爭力；第三類企業(yè)是優(yōu)秀的下游封裝的企業(yè)；第四類企業(yè)將崛起于未來的LED通用照明領(lǐng)域；第五類企業(yè)在LED產(chǎn)業(yè)鏈外圍電子材料領(lǐng)域，如硅片、硅樹脂、封裝用引線框架、散熱模塊等；以及LED驅(qū)動芯片領(lǐng)域。

　　目前全球初步形成以亞洲、北美、歐洲三大區(qū)域?yàn)橹行牡腖ED產(chǎn)業(yè)格局，以日本日亞、豐田合成、美國Cree、Lumileds和歐洲Osram為專利核心的技術(shù)競爭格局，這五大企業(yè)之間通過交互授權(quán)避免專利糾紛，其它企業(yè)則通過獲得這些企業(yè)的單邊授權(quán)避免專利糾紛，五大企業(yè)各具優(yōu)勢，但都專注于各自領(lǐng)域的高端市場，其它企業(yè)則角逐中高端、中低端乃至低端市場，構(gòu)成產(chǎn)業(yè)的中心—外圍格局。

　　作為朝陽產(chǎn)業(yè)，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的技術(shù)仍在處于不斷進(jìn)步過程中，特別是關(guān)系到全球近1000億美元的通用照明市場的半導(dǎo)體照明白光技術(shù)還需進(jìn)一步成熟，所以，盡管日本日亞及豐田合成、美國Cree與Lumileds、歐洲Orsram在世界半導(dǎo)體照明專利市場上暫時(shí)處于技術(shù)壟斷地位，但全球半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)競爭格局還并未完全形成，這不僅指這五大巨頭相互之間的競爭格局還未形成，也包括新的技術(shù)涌現(xiàn)會打破這五大巨頭的技術(shù)壟斷，還包括目前圍繞這五大巨頭的全球其它公司的競爭格局更不能說已經(jīng)穩(wěn)定，中國市場也不例外。

　　未來的產(chǎn)業(yè)競爭將取決于兩方面，一是技術(shù)，這包括提高發(fā)光效率、降低成本的技術(shù)，提高器件功率的技術(shù)，方向上有現(xiàn)有技術(shù)路線的延伸，也有可能出現(xiàn)新的技術(shù)路線；也包括獲得高質(zhì)量產(chǎn)品的工藝技術(shù)，如提高可靠性、一致性和壽命，以及外圍如照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)及驅(qū)動芯片設(shè)計(jì)技術(shù)；二是規(guī)模，一方面是由于規(guī)模大可以降低成本，市場議價(jià)能力強(qiáng)；另一方面，化合物外延片與集成電路制造用的硅片很大不同在于即使同一片外延上制作出來的芯片性能也可能有較大差別，這對一致性要求比較高的應(yīng)用領(lǐng)域(典型的如液晶面板背光)而言，一片外延上只有一部分符合要求，但對規(guī)模大的企業(yè)而言，其有多層次的市場結(jié)構(gòu)，可以將不符合某一市場要求的芯片產(chǎn)品調(diào)配至另一市場，公司總的產(chǎn)出效率得到充分提高。

　　第一章、全球LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展

　　1.1全球LED產(chǎn)業(yè)概況

　　目前，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)形成以美國、亞洲、歐洲三大區(qū)域?yàn)橹鲗?dǎo)的三足鼎立的產(chǎn)業(yè)分布與競爭格局，美國Cree、Lumileds，日本日亞(Nichia)、豐田合成(Toyoda Gosei)，德國Osram等壟斷高端產(chǎn)品市場。

　　五大企業(yè)在產(chǎn)品與市場方面各具特色，日亞化學(xué)和豐田合成在LED發(fā)展中占有重要地位，都形成了LED完整的產(chǎn)業(yè)鏈，其中日亞化學(xué)1994年第一個(gè)生產(chǎn)出藍(lán)光芯片，并在專利技術(shù)方面具有壟斷優(yōu)勢；Cree、GelCore等都有自己成熟的技術(shù)體系，但其在產(chǎn)業(yè)鏈上只集中在外延和芯片的制備上；Lumileds則關(guān)注于大功率LED的研發(fā)，在白光照明領(lǐng)域?qū)嵙π酆瘛?/p>

　　新加入業(yè)者的生產(chǎn)能力、技術(shù)能力與LED老將即將并駕齊驅(qū)。就像臺灣已經(jīng)是日美歐以外，白光LED的主要產(chǎn)地，更是藍(lán)光LED芯片的重要量產(chǎn)地。例如部分臺灣業(yè)者在高亮度藍(lán)光LED芯片已開發(fā)出1700mcd，而1400mcd也達(dá)到了出貨階段。所以就產(chǎn)品產(chǎn)出能力與質(zhì)量技術(shù)而言，已經(jīng)不遜色于傳統(tǒng)LED大廠。

　　全球LED市場第一波銷售成長由手機(jī)帶動，在白光LED在一般通用照明市場發(fā)力之前，恐需NB、液晶電視背光及汽車內(nèi)飾與后燈市場扛起第二波銷售成長大旗，而一旦成本降到并且質(zhì)量達(dá)到一般通用照明水平，其增長不可限量。

　　國內(nèi)LED設(shè)備產(chǎn)能狀況

　　至于大陸LED產(chǎn)能方面，廈門三安MOCVD 12臺，紅黃芯片產(chǎn)能為1000KK/月，藍(lán)綠200KK/月，國內(nèi)最大，初步具備國際競爭規(guī)模；上市公司中士蘭微( 11.13,-0.12,-1.07%)MOCVD目前2臺，8月再進(jìn)2臺，明年進(jìn)兩臺，總數(shù)達(dá)6臺，產(chǎn)能達(dá)到高亮藍(lán)、綠、紅芯片300kk/月；聯(lián)創(chuàng)光電MOCVD2臺，LPE普亮紅、綠機(jī)臺4臺，年產(chǎn)芯片100億粒，其MOCVD機(jī)臺目前主要用于研發(fā)；深圳方大MOCVD三臺，年產(chǎn)外延2.5~3萬片，年產(chǎn)藍(lán)綠芯片約3億粒，產(chǎn)能不大。

　　其它未上市LED企業(yè)，產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)比較困難，缺乏準(zhǔn)確性，初步了解信息大連路美產(chǎn)能為藍(lán)綠芯片100kk/月，其主要產(chǎn)能可能在控股子公司美國AXT；上海藍(lán)光被彩虹集團(tuán)并購后2008年規(guī)劃產(chǎn)能150kk/月藍(lán)綠芯片，2010年達(dá)到250kk/月。

　　值得關(guān)注清華同方旗下“清芯光電”，該公司可自行研制LED生產(chǎn)線的核心設(shè)備MOCVD機(jī)臺，這樣其采購成本、維護(hù)成本大大低于原裝進(jìn)口設(shè)備，并且有助于公司提高產(chǎn)品研發(fā)能力(日本日亞就全部用自己改裝的機(jī)臺，由于熟悉設(shè)備性能，在外延制備上靈活性增強(qiáng))。2006年7月，清芯光電的MOCVD設(shè)備調(diào)試一次通過，生產(chǎn)出合格產(chǎn)品；2006年8月外延片、芯片生產(chǎn)線落成投產(chǎn)。據(jù)稱目前公司能夠批量生產(chǎn)發(fā)光效率平均達(dá)到59lm/W的白光LED，該指標(biāo)達(dá)到國際產(chǎn)業(yè)化先進(jìn)水平。

　　2007年3月同方股份(34.89,0.27,0.78%)加大投入力度，通過增資取得控股地位。目前清芯光電有兩臺MOCVD設(shè)備，月產(chǎn)1000萬粒芯片。根據(jù)公告，通過同方股份向其提供的不高于2000萬美元的擔(dān)�；蛸Y金支持，清芯光電將分批添置13臺MOCVD設(shè)備，總共形成15條生產(chǎn)線，最終形成年產(chǎn)16億粒(12mil)高亮度LED管芯的產(chǎn)能，其產(chǎn)業(yè)化能力與市場開拓能力還需要觀察。

　　1.2全球主要LED大廠

　　日亞化工日亞化工是GaN系的開拓者，在LED和激光領(lǐng)域居世界首位。在藍(lán)色、白色LED市場遙遙領(lǐng)先于其他同類企業(yè)。它以藍(lán)色LED的開發(fā)而聞名于全球，與此同時(shí)，它又是以熒光粉為主要產(chǎn)品的規(guī)模最大的精細(xì)化工廠商。它的熒光粉生產(chǎn)在日本國內(nèi)市場占據(jù)70%的比例，在全球則占據(jù)36%的市場份額。熒光粉除了燈具專用的以外，還有CRT專用、PDP專用、X光專用等類型，這成為日亞化工擴(kuò)大LED事業(yè)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。除此以外，日亞化工還生產(chǎn)磁性材料、電池材料以及薄膜材料等精細(xì)化工制品，廣泛地涉足于光的各個(gè)領(lǐng)域。

　　在該公司LED的生產(chǎn)當(dāng)中，70%是白色LED，主要有單色芯片型和RGB三色型兩大類型。

　　此外，該公司是世界上唯一一家可以同時(shí)量產(chǎn)藍(lán)色LED和紫外線LED兩種產(chǎn)品的廠商。以此為基礎(chǔ)，日亞化工不斷開發(fā)出新產(chǎn)品，特別是在SMD(表面封裝)型的高能LED方面，新品層出不窮。

　　日亞以銷售LED封裝產(chǎn)品為主，并不對外銷售外延或芯片產(chǎn)品，并通過對藍(lán)光和白光LED專利的壟斷來建構(gòu)進(jìn)入障礙，幾乎壟斷整個(gè)可攜式產(chǎn)品的白光LED市場，并獲取巨大利潤。

　　以藍(lán)色、白色LED市場的擴(kuò)大為起爆劑，日亞化工的總銷售額也呈現(xiàn)出逐年上升的勢頭，由1996年的290億日元增長到2006年的2000億日元。這期間，熒光粉的銷售額每年基本穩(wěn)定在300億日元左右。2006年全球LED市場約為7335億日元，因此，日亞化工占據(jù)了約27.3%的全球市場份額。

　　豐田合成(株)

　　如果將LED比喻為汽車，那么可以說，日亞化工提出了車輪和發(fā)動機(jī)的概念，而豐田合成則提出了車體和輪胎的概念。1986年，受名譽(yù)教授赤崎先生的委托，豐田合成利用自身在汽車零部件薄膜技術(shù)方面的積累，開始展開LED方面的研發(fā)工作。1987年，受科學(xué)技術(shù)振興事業(yè)團(tuán)的開發(fā)委托，豐田合成成功地在藍(lán)寶石上形成了LED電極。因此，把豐田合成譽(yù)為“藍(lán)色LED的先鋒”并不為過。

　　豐田合成在近年來的發(fā)展速度也相當(dāng)快。1998年，其銷售額為63億日元，但到2006年，已增長至276億日元。

　　在應(yīng)用方面，手機(jī)占了72%，此外應(yīng)用較多的還有液晶背光、按鍵、背面液晶背光(3in1)等，信號設(shè)備、大型顯示屏等方面的應(yīng)用也比較多。此外，汽車導(dǎo)航系統(tǒng)和電腦專用液晶控制器、TV專用大型液晶的背光等也是豐田化合的目標(biāo)市場。照明應(yīng)用方面的設(shè)計(jì)開發(fā)也正在緊鑼密鼓之中。豐田化合的生產(chǎn)據(jù)點(diǎn)除了愛知縣平和町的工廠以外，還在佐賀縣武雄市建立了生產(chǎn)藍(lán)色LED等GaN LED的第二個(gè)生產(chǎn)據(jù)點(diǎn)，其設(shè)備投資總額達(dá)156億日元，屆時(shí)兩個(gè)工廠的總生產(chǎn)能力可達(dá)到月產(chǎn)4.2億個(gè)，其目標(biāo)是2008年LED的銷售額達(dá)到1200億日元。

　　Cree

　　Cree公司建于1987年，位于美國加利福尼亞洲。主要從事SiC，GaN和Si襯底的開發(fā)，是美國寬禁帶材料和器件的領(lǐng)導(dǎo)者，也是生產(chǎn)GaN材料的最大公司之一。最突出的還是他們對藍(lán)光LED方面的貢獻(xiàn)，公司在SiC襯底上生長GaN外延片制作藍(lán)光上擁有專利，該專利不同于日亞以藍(lán)寶石為襯底生長GaN外延制作藍(lán)光的專利，而藍(lán)光是生成白光的基礎(chǔ)，因而在LED上游也占據(jù)核心地位。公司的產(chǎn)品包括綠光、藍(lán)光和紫外光LEDs，近紫外激光、射頻和微波半導(dǎo)體設(shè)備，電源轉(zhuǎn)換設(shè)備和半導(dǎo)體集成芯片。這些產(chǎn)品的目標(biāo)應(yīng)用包括固態(tài)照明、光學(xué)存儲、無線基礎(chǔ)和電路轉(zhuǎn)換等。公司的大部分利潤來自于LED產(chǎn)品和SiC、GaN材料的生產(chǎn)，產(chǎn)品銷往北美、歐洲和亞洲。

　　Lumileds

　　創(chuàng)建于1999年，Lumileds照明是世界著名的LED生產(chǎn)商，在包括自動照明、計(jì)算機(jī)顯示、液晶電視、信號燈及通用照明在內(nèi)的固態(tài)照明應(yīng)用領(lǐng)域中居領(lǐng)先地位。公司獲得專利的Luxeon是首次將傳統(tǒng)照明與具有小針腳、長壽命等優(yōu)點(diǎn)的LED相結(jié)合的高功率發(fā)光材料。

　　公司也提供核心LED材料和LED封裝產(chǎn)品，每年LEDs的產(chǎn)品達(dá)數(shù)十億只，是世界上最亮的紅光、琥珀光、藍(lán)光、綠光和白光LED生產(chǎn)商。公司總部在加利福尼亞州的圣荷塞，在荷蘭、日本和馬來西亞有分支機(jī)構(gòu)，并且擁有遍及全球各地的銷售網(wǎng)絡(luò)。

　　Lumileds的前身是40年前惠普公司的光電子事業(yè)部，是惠普的專家們從無到有創(chuàng)建的。到了90年代后期，在意識固態(tài)發(fā)光的前景后，惠普和當(dāng)時(shí)世界上最大的照明設(shè)備公司之一的飛利浦公司開始了如何一起發(fā)展最新的固態(tài)照明技術(shù)并引入市場的計(jì)劃。1999年惠普公司一分為二，她的光電子事業(yè)部被安捷倫技術(shù)公司收購，同年11月，巨大的市場潛力促使安捷倫和飛利浦組成了Lumileds公司，賦予其開發(fā)世界上亮度最大的LED發(fā)光材料的使命，并向市場推廣。今天的Lumileds，作為一個(gè)安捷倫科技和飛利浦照明的合資公司，繼續(xù)領(lǐng)導(dǎo)著世界固態(tài)照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。該公司的Luxeon功率光源專利技術(shù)率先把傳統(tǒng)照明的亮度與LED的小巧體積、超長壽命及其它優(yōu)勢結(jié)合了起來。Lumileds每年LED的產(chǎn)量達(dá)十億只，并提供核心LED材料和LED封裝。

　　近期，在收購Lumileds和TIR Systems之后，飛利浦電子又收購了LED照明系統(tǒng)供應(yīng)商Color Kinetics，此舉幫助這家荷蘭電子巨頭完成覆蓋整個(gè)固態(tài)照明系統(tǒng)價(jià)值鏈的布局。

　　Lumination

　　GELcore是GE照明與EMCORE公司的合資公司，創(chuàng)建于1999年1月，總部位于美國新澤西州。2007年2月，GELcore改名Lumination，公司致力于高亮度LED產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)。通過把GE先進(jìn)的照明技術(shù)、品牌優(yōu)勢和全球渠道與EMCORE權(quán)威的半導(dǎo)體技術(shù)相結(jié)合，GELcore已經(jīng)在轉(zhuǎn)變?nèi)藗儗φ彰鞯恼J(rèn)識過程中扮演了重要的角色。GELcore幾乎涉足所有GaN LED相關(guān)產(chǎn)品，現(xiàn)有的產(chǎn)品包括大功率LED交通信號燈、大型景觀燈、其他建筑、消費(fèi)和特殊照明應(yīng)用等。通過把電子、光學(xué)、機(jī)械和熱能管理等各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)相結(jié)合，GELcore加快了LED技術(shù)的應(yīng)用并創(chuàng)造了世界級的LED系統(tǒng)。另外，GELcore還利用獨(dú)特的客戶管理系統(tǒng)來和那些LED專家和產(chǎn)品應(yīng)用客戶保持長期的友好關(guān)系。

　　Osram

　　OSRAM是全世界最大的兩個(gè)照明生廠商之一。建于1919年，最大的股東為Siemens AG，總部位于慕尼黑，在全世界擁有超過36,000的員工。OSRAM商標(biāo)早在1906年注冊，到目前為止是世界公認(rèn)的歷史最悠久的商標(biāo)名稱之一。

　　Osram擁有有別于日亞(藍(lán)光+YAG熒光粉)的藍(lán)光+TGA熒光粉白光專利技術(shù)，開發(fā)出采用SiC襯底的GaN型光電器件，采用藍(lán)光LED芯片和黃熒光粉組合產(chǎn)生白光LED，在大尺寸LCD背光源、白光照明和車用LED產(chǎn)品上具有優(yōu)勢。Osram主要的經(jīng)營領(lǐng)域在歐洲市場及汽車用白光LED市場，與日亞化學(xué)有明顯市場區(qū)隔。

　　Color Kinetics(CK)

　　公司組建于1997年，總部位于馬薩諸塞州的波士頓市，其在智能固態(tài)照明系統(tǒng)及技術(shù)設(shè)計(jì)、市場開發(fā)方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位，并獲得了相關(guān)技術(shù)的許可權(quán)。公司的獲獎系列產(chǎn)品利用LED的實(shí)用及美觀性能，在高性能燈具及OEM許可應(yīng)用中，突破了傳統(tǒng)光源的局限。其產(chǎn)品及技術(shù)優(yōu)勢使其在數(shù)碼智能方面獲得了一項(xiàng)稱為Chromacore(R)的專利，這項(xiàng)專利可用來產(chǎn)生并控制數(shù)以百萬計(jì)的LED燈光顏色及動態(tài)效果，應(yīng)用于舞臺照明和景觀照明。

　　CK公司自誕生以來，智能特性一直是CK陣營的主要手段，合作伙伴的戰(zhàn)略能夠提供給新加入者卓越的范例。當(dāng)將數(shù)字智能技術(shù)用于基于高亮度二極管的數(shù)百萬顏色的產(chǎn)生與控制時(shí)，CK公司顯然是該領(lǐng)域的驅(qū)動者，他們的智能文件夾包括32項(xiàng)已授專利和120多項(xiàng)正在申請的專利。CK公司采取公開、積極的方式與那些認(rèn)識到智能固體照明的價(jià)值及其普遍深入的應(yīng)用前景的制造商形成委托加工與許可的關(guān)系，以促進(jìn)剛剛起步的固體照明工業(yè)的發(fā)展。目前CK公司在英國、中國都設(shè)有辦事處，在日本還成立了一家合資公司。

　　第二章、全球LED專利布局

　　2.1全球LED專利概況

　　就技術(shù)而言，LED具有技術(shù)成長瓶頸高，學(xué)習(xí)門坎低特性；初始投資額也不大，資本門檻不高，為了保持技術(shù)競爭力，降低技術(shù)外溢風(fēng)險(xiǎn)，專利為最好的保護(hù)傘。而專利屏障，對于是領(lǐng)先廠商規(guī)避競爭的主要手段，因此專利成為LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中不能回避的重要課題。

　　龐大的市場潛力，刺激著全球LED業(yè)者積極搶進(jìn)，面對市場成長快速的白光LED，在各方面都已經(jīng)超越這些關(guān)鍵專利擁有的LED業(yè)者控制的范圍，所以擁有關(guān)鍵專利的業(yè)者也絞盡心力的利用專利保護(hù)傘，來維護(hù)市場利益與排除新挑戰(zhàn)者的加入。

　　如日亞化學(xué)工業(yè)在1993年時(shí)成功地開發(fā)出藍(lán)光LED，而該公司為了達(dá)完全壟斷藍(lán)光LED市場的企圖霸心，即運(yùn)用了堅(jiān)守專利的策略，悍然拒絕將該專利授權(quán)給其它任何的廠商，設(shè)下進(jìn)入市場的專利障礙。日亞挾其在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域長期研發(fā)的優(yōu)勢與專利保護(hù)策略，初期很順利走向壟斷藍(lán)光LED市場之路，如同風(fēng)云中的雄霸一般，野心想獨(dú)吞天下。1998年競爭對手豐田合成(Toyoda Gosei)的氮化物(Nitride)高亮度LED產(chǎn)品在市場上一推出時(shí)，日亞就向東京地方法院提起訴訟，指控豐田合成侵害其藍(lán)光LED專利。在1999年，日亞再轉(zhuǎn)移目標(biāo)對準(zhǔn)美國的知名藍(lán)光LED大廠Cree，向東京地方法院指控Cree在日本當(dāng)?shù)亟?jīng)銷商住友商事侵害其產(chǎn)品專利。2000年12月12日，Cree和日本半導(dǎo)體制造商Rohm公司組成藍(lán)光LED的技術(shù)聯(lián)盟，并簽訂五年的專屬專利授權(quán)合約。Rohm即于同年12月15日向美國賓州東區(qū)地方法院指控日亞因制造與銷售氮化鎵LED產(chǎn)品，而侵害其美國第6084899與第6115399號專利，最后日亞敗給了Cree。而在2006年日亞發(fā)動9起專利訴訟，5起和解收場，三起未決，一起失敗。

　　時(shí)至今日，五大公司Nichia、Osram、Toyoda Gosei、Cree和Lumileds幾乎控制了整個(gè)白光LED產(chǎn)業(yè),這里專利密集，可以說是雷區(qū)重重，使得想進(jìn)駐這一領(lǐng)域的其他商家憂慮重重、望而卻步。盡管如此，很多公司還是極力爭取在此領(lǐng)域占有一立足之地，白光LED的廣泛、快速應(yīng)用，以及各大公司在此領(lǐng)域的大力投入，專利侵權(quán)、交叉授權(quán)等法律事務(wù)不斷發(fā)生。

　　國外大廠在LED的專利布局分為三大類：藍(lán)光晶粒專利、白光熒光粉封裝專利及高功率LED專利。由于白光熒光粉專利在舉證時(shí)較為容易，過去廠商的侵權(quán)多來自于此，影響層面以LED下游封裝廠為主。近來高功率LED應(yīng)用于LCD面板背光的形式逐漸形成，高功率封裝的專利極可能成為繼白光熒光粉專利后專利訴訟的主要標(biāo)的。

　　2.2全球LED專利發(fā)展變化特點(diǎn)

　　2.2.1專利集中度日降，大廠之間交互授權(quán)成為發(fā)展主流

　　在2002年以前，日亞憑借1991年至2001年間取得的74件基本專利，主要依靠構(gòu)建專利壁壘及專利訴訟阻止其它廠商進(jìn)入市場與其競爭，以獲取高額的獨(dú)占市場利益。

　　隨著Osram、豐田合成(Toyoda Gosei)、Cree、Lumileds等公司在LED領(lǐng)域擁有的專利數(shù)不斷增加，2001年起日亞在專利訴訟方面遭到挫敗，使其不得不更改專利授權(quán)的態(tài)度，分別與上述公司達(dá)成了專利和解和授權(quán)協(xié)議。隨著擁有核心專利的公司進(jìn)一步增多，日亞、Osram、豐田合成、Cree等專利壟斷公司都更加積極地通過專利授權(quán)擴(kuò)大自身在LED市場的影響力，并通過臺灣及韓國企業(yè)的授權(quán)代工來擴(kuò)大產(chǎn)品的市場份額。

　　同時(shí)，技術(shù)的快速發(fā)展也迫使技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)放棄了獨(dú)自發(fā)展的念頭，轉(zhuǎn)而趨向多邊技術(shù)合作。

　　最明顯的是日亞化學(xué)，其在2002年還希望只靠自身的技術(shù)繼續(xù)白色LED的開發(fā)，但現(xiàn)在為了進(jìn)一步發(fā)展白色LED市場，轉(zhuǎn)而趨向有效利用多方的專利合作，來提高技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)速度。日亞宣布放棄404專利，在很大程度上也是出于這種考慮，另一方面，隨著專利期限的步步逼近，這些擁有關(guān)鍵技術(shù)專利的LED業(yè)者領(lǐng)悟到若繼續(xù)采取訴訟策略，對日益薄弱的專利期限保護(hù)傘是無益的，因?yàn)樵诩扔惺袌鱿�，面臨臺灣與韓國業(yè)者的猛烈攻勢，包括日亞化學(xué)、OSRAM等等的這些傳統(tǒng)業(yè)者若堅(jiān)持死守，勢必會面臨更艱巨的挑戰(zhàn)，此外也因?yàn)榉睆?fù)及冗長的訴訟程序，間接的弱化了開發(fā)新技術(shù)的力量。所以激烈的技術(shù)競爭環(huán)境下，出現(xiàn)歐美以及日本等等主要LED業(yè)者一改過去的市場策略，例如包括日亞、豐田合成、Cree、飛利浦、OSRAM等業(yè)者積極采取相互授權(quán)，來回避專利問題，平息彼此糾紛。而在截至2003年以前，這些業(yè)者為了維護(hù)本身的立場，而熱中專利侵權(quán)訴訟，也因?yàn)槿绱�，使得其它的業(yè)者，包括LED封裝業(yè)者、LED應(yīng)用業(yè)者等等也無端的被卷入訴訟洪潮之中。因此可以發(fā)現(xiàn)從2002-2003年開始，令人注目的各訴訟案件，逐漸以交換授權(quán)等等的和解方式收場。

　　2.2.2新入業(yè)者帶來訴訟風(fēng)潮LED老將改變策略—擴(kuò)大單邊授權(quán)委托生產(chǎn)

　　與LED大廠相互之間交互授權(quán)“以和為貴”不同，新入業(yè)者在發(fā)展初期帶來訴訟風(fēng)潮。隨著臺灣與韓國LED廠商的成長，專利權(quán)的紛爭更明顯，甚至于本來并無直接紛爭的傳統(tǒng)LED大廠，也因此間接性被卷入訴訟案，例如OSRAM Opto控告接受日亞化學(xué)白光LED授權(quán)的CITIZEN電子、以及控告接受Cree白光LED相關(guān)授權(quán)的今臺等業(yè)者。而日亞化學(xué)也針對白光LED封裝的新技術(shù)，控告了億光與Seoul Semiconductor等，而對宏齊則是提出了警告。日亞化學(xué)的訴訟起緣是因?yàn)�，億光與宏齊等獲得OSRAM Opto的授權(quán)，SeoulSemiconductor則接受美國Cree的授權(quán)，所衍生出來的。

　　隨著時(shí)間的流逝，當(dāng)初各公司所建構(gòu)的專利網(wǎng)，也逐漸面臨薄弱化的情況，在跨越專利期限之后，這些技術(shù)將會成為新興業(yè)者生產(chǎn)LED的捷徑。與其因?yàn)榛ㄙM(fèi)巨大人力資金獲得訴訟獲勝的賠償金(以美國為例，每一個(gè)專利訴訟基本花費(fèi)達(dá)100萬美元)，不如與這些新興業(yè)者結(jié)盟，在BRICs等地區(qū)收取授權(quán)金，不僅在成效上大幅度提升，甚至可以擴(kuò)大新興市場。

　　當(dāng)這樣的轉(zhuǎn)變對于新興LED生產(chǎn)、LED應(yīng)用業(yè)者而言，也是一項(xiàng)好消息，因?yàn)閷τ谛屡dLED業(yè)者而言，如此可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量并且得以擴(kuò)充新的銷售通路，而在LED應(yīng)用業(yè)者方面，除了避免被卷入專利紛爭，還可以獲得更低成本、高質(zhì)量的LED。

　　各大LED業(yè)者從訴訟的漩渦中跳出，擴(kuò)大授權(quán)范圍、相互委托生產(chǎn)，就像朝授權(quán)收權(quán)利金、授權(quán)代工的營運(yùn)模式發(fā)展。例如OSRAM采取“收權(quán)利金”方式，授權(quán)億光、光寶、宏齊，OSRAM的操作方式是，首先收取一筆2億新臺幣的授權(quán)金，然后每個(gè)產(chǎn)品抽4-7%的權(quán)利金；而日亞、豐田合成授權(quán)晶元光電代工，AVAGO、OSRAM授權(quán)宏齊生產(chǎn)，日亞、日立授權(quán)光磊代工生產(chǎn)等等。這種方式讓LED應(yīng)用業(yè)者可以獲得更低價(jià)與質(zhì)量更好的LED，同時(shí)也可以讓LED領(lǐng)導(dǎo)業(yè)者集中火力的來開發(fā)下一代LED關(guān)鍵技術(shù)，來鞏固原有的市場機(jī)會與利益。

　　這樣，呈現(xiàn)歐美與日本等傳統(tǒng)LED大廠與擁有高生產(chǎn)技術(shù)、制造能力強(qiáng)大的亞洲新興業(yè)者協(xié)商委托生產(chǎn)及合作的新局面。如果持續(xù)發(fā)展下去，相信整體的變化不僅于此，更進(jìn)一步所帶來的是，這些新興LED生產(chǎn)業(yè)者將會拉近與傳統(tǒng)LED大廠的技術(shù)距離，以及在更多的單向授權(quán)與交叉授權(quán)下，生產(chǎn)機(jī)會將會流向低制造成本的地區(qū)，而這些的變化，卻是傳統(tǒng)LED大廠所不愿意樂見的；另一方面，這些新興的LED業(yè)者，也必定持續(xù)的開發(fā)出新的技術(shù)來擴(kuò)大專利傘，所帶來影響是，另一波新興LED業(yè)者所帶動的訴訟漩渦，又將展開，未來交叉授權(quán)的家數(shù)，相信也不再會是僅僅只有眼前的數(shù)家，而是會擴(kuò)到大十多家，屆時(shí)復(fù)雜程度比起今天，將是有過之而無不及。

　　相信在接下來數(shù)年間，將會采取擴(kuò)大授權(quán)的策略。就這樣的演變環(huán)境下，預(yù)計(jì)有強(qiáng)大制造能力的臺灣與韓國的LED業(yè)者將會是第一波最大的受惠者。如臺灣已經(jīng)是歐、美、日市場上LED的主要產(chǎn)地，更是藍(lán)光LED芯片的重要量產(chǎn)地，就全球整體的生產(chǎn)能力而言，臺灣已經(jīng)占全球40%左右，而在實(shí)際的產(chǎn)出與銷售量方面，也擁有全球市場的25%。不但如此，在質(zhì)量方面，也已經(jīng)追上一些LED大廠。而中國大陸目前規(guī)模普遍比較小，產(chǎn)品整體技術(shù)水平還有待進(jìn)一步提高，將成為繼臺灣和韓國之后的下一波獲利者。

　　2.2.3專利糾紛重點(diǎn)向應(yīng)用環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移

　　以前的專利糾紛及授權(quán)等專利事件絕大多數(shù)集中在藍(lán)光外延、芯片領(lǐng)域，再延伸至白光LED領(lǐng)域，日本日亞(Nichia)正是憑借在這些方面的絕對優(yōu)勢，并通過大量的專利侵權(quán)控告來維護(hù)其在LED方面的壟斷地位。而現(xiàn)在，隨著應(yīng)用市場規(guī)模和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，圍繞照明應(yīng)用系統(tǒng)的專利事件逐漸增多，預(yù)計(jì)在近幾年仍將成為專利事件的主體。

　　2006年的專利事件也反映了這一趨勢，如5月12日，美國法庭判Color Kinetics公司在與Super Vision International的專利訴訟中勝訴，這兩個(gè)公司都是LED照明系統(tǒng)制造商，其專利糾紛也集中在LED照明應(yīng)用產(chǎn)品領(lǐng)域；5月25日(Osram)與安華高科技(Avago)在專利糾紛收場后宣布進(jìn)行專利交互授權(quán)，歐司朗將同意Avago以歐司朗專利進(jìn)行白光LED的制造與銷售，而Avago則授予歐司朗使用Avago專利，投入液晶面板背光用的LED系統(tǒng)制造等權(quán)利，是以應(yīng)用產(chǎn)品專利交換LED器件基本專利的典型事件。

　　2.3專利保護(hù)模糊性與未來趨勢

　　盡管相互授權(quán)的范圍涵蓋了固定發(fā)光晶體管技術(shù)的方方面面，但在此領(lǐng)域最重要也是最有意義的技術(shù)是使用磷光粉將藍(lán)光和紫外光轉(zhuǎn)化成白光的技術(shù)。

　　但是，這些協(xié)議對澄清IP位置、確定哪些專利有效、哪些有優(yōu)先權(quán)等并沒有多大幫助。閱讀一下專利文獻(xiàn)就可以發(fā)現(xiàn)一系列與美國專利重復(fù)甚至沖突的專利文件存在。目前，有關(guān)侵權(quán)的法令已逐漸頒布，雖然有一部分上訴存在侵權(quán)行為，但另一部分人卻駁回此類上訴。到目前為止，真正有關(guān)專利有效性的法令還是十分有限的。

　　在很多實(shí)際案例當(dāng)中，專利需要保護(hù)的主體不是很清晰。當(dāng)時(shí)甚至沒有一份真正有效的專利對白光LED的發(fā)光原理進(jìn)行保護(hù)，1970年那份保護(hù)用屏幕來轉(zhuǎn)換顏色的美國專利也不例外，1991年Nichia通過利用熒光粉來將藍(lán)LED轉(zhuǎn)成白光的專利在美國申請專利而遭拒絕。至于拒絕的理由，不知道是否是因?yàn)橄惹懊绹鴮＠�局已�?jīng)受理過相同性質(zhì)的專利。

　　比較一下眾多專利，其保護(hù)重點(diǎn)都集中在磷光體的使用上(交叉約定簽訂之前，Nichia上訴Osram公司侵權(quán)使用一份日本專利而遭到拒絕，拒絕理由就是Osram并沒有使用石榴石磷光體)。因此，之后的專利就開始擴(kuò)展保護(hù)范圍，以至于保護(hù)的內(nèi)容越來越廣但同時(shí)也越來越不清晰。

　　2005年以來，半導(dǎo)體照明產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，更多公司擁有了相關(guān)專利，特別是隨著半導(dǎo)體照明應(yīng)用產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠商越來越多、市場規(guī)模急劇擴(kuò)大，專利關(guān)系也越來越復(fù)雜。

　　在這種形勢下，怎樣保證一個(gè)公司的產(chǎn)品不會侵犯其他公司的專利權(quán)就是一個(gè)迫切需要解決的問題。從法律角度來看，單純聽信賣家的承諾顯然不夠，極有可能要冒侵權(quán)的風(fēng)險(xiǎn)；聘請專利律師進(jìn)行調(diào)查可以解決這個(gè)問題，但要花費(fèi)大量的時(shí)間和資金，并不是每個(gè)企業(yè)都有能力采用。

　　2006年5月美國固態(tài)照明公司Intematix及BridgeLux提出了一個(gè)解決方法：組成知識產(chǎn)權(quán)安全照明業(yè)聯(lián)盟(IPSLA)。IPSLA為半導(dǎo)體照明的零配件供應(yīng)商提供了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺，聯(lián)盟成員的產(chǎn)品及工藝都經(jīng)由資格專利律師檢查證明其在任何方面都不侵權(quán)，以保證成員之間購買的零配件不會有違權(quán)行為。預(yù)計(jì)此類的知識產(chǎn)權(quán)聯(lián)盟會在全球范圍內(nèi)得到發(fā)展，以保證半導(dǎo)體照明穩(wěn)步發(fā)展成為一個(gè)成熟的行業(yè)，并促進(jìn)其在各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　相信全球白光LED的市場與生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，將會從2010年出現(xiàn)重大改變，因?yàn)閺?990年開始所提出的LED相關(guān)專利，到2010年時(shí)預(yù)計(jì)20年的有效專利期限將逐漸到期，因此伴隨著產(chǎn)業(yè)專利結(jié)構(gòu)被打破，緊接而來的是邁入混戰(zhàn)時(shí)期的高亮度LED產(chǎn)業(yè)。

　　2.4白光LED主要美國專利狀況

　　Nichia是在1996年首先將白光LED推向商業(yè)化，而白光LED的歷史可以說是十分復(fù)雜。美國巨大的市場一直是商家必爭之地，在美國，主要專利如下：

　　貝爾實(shí)驗(yàn)室將單個(gè)或多個(gè)磷光體用于熒光屏的發(fā)光，得到了美國專利(3691482)的保護(hù)，同時(shí)也建立起了光的波長轉(zhuǎn)換原理，該專利受理時(shí)間是1970年1月17日；Nichia于1991年11月25日為“熒光粉使用在樹脂中并用來模塑成型”這一方法申請一項(xiàng)日本專利，該技術(shù)已于1993年6月18日公布，但是申請于1998年6月23日被拒絕，于1999年12月2日，Nichia收回此項(xiàng)申請；Cree擁有一項(xiàng)專利6600175所有權(quán)(該專利最初被授權(quán)給AMTI)，受理日期是1996年3月26日，授權(quán)日期是2003年7月29日。該專利聲稱保護(hù)一項(xiàng)“由單顆LED通過降頻變換的磷光體產(chǎn)生白光的設(shè)備”，并且該專利試圖保護(hù)所有與之相關(guān)的技術(shù)和工藝。但是該專利提到的僅僅是白光之外的光源對磷光體的激勵(lì)，似乎沒有涵蓋通常的藍(lán)光LED對黃色磷光體的激勵(lì)，Nichia在專利中提到了藍(lán)光LED對黃色磷光體的激勵(lì)，但是沒有對之進(jìn)行論述，也沒有對基于石榴石的磷光體技術(shù)進(jìn)行論述；Osram的專利6245259在美國專利受理是在2000年8月29日，授權(quán)日期是在2001年6月12日，但在此之前的1997年6月26日，其已經(jīng)獲得國際專利的保護(hù)。從那時(shí)起，就開始存在專利重疊問題了。最初的專利說明了藍(lán)、綠和紫外線LED與摻鈰、鋱或硫代石榴石的磷光體，這一點(diǎn)在之前的Nichia白光LED和Nichia日本專利申請中都沒有提到。這項(xiàng)技術(shù)保護(hù)的重點(diǎn)似乎在磷光體尺寸規(guī)格上(尺寸要在5微米之下)。HP(Agilent)專利5847507受理日期是1997年7月14日，授權(quán)日期是1998年12月8日，該專利的描述涉及到已經(jīng)存在的Nichia產(chǎn)品并且保護(hù)的重點(diǎn)是磷光體的發(fā)光原理(方式)，這就涵蓋了較大范圍的各種式樣的磷光體。

　　在白光LED應(yīng)用方面的第一個(gè)Nichia專利5998925在美國被授權(quán)是在1999年12月7日，它的受理日期是1997年7月29日，它被整合到后來Nichia專利6069440和6614179中。此專利涉及到基于石榴石的GaN LED磷光體——描述了Nichia商業(yè)白光LED；Toyoda Gosei擁有專利6809347保護(hù)摻入銪的堿土正硅酸鹽磷光體和藍(lán)色或紫外線LED配合使用，此專利具有2000年12月28日的優(yōu)先權(quán)日期，授權(quán)時(shí)間是2004年10月26日，它把保護(hù)重點(diǎn)集中在一種特別的磷光體設(shè)計(jì)上，它不象其它專利一樣措詞含糊，它的保護(hù)內(nèi)容清楚明朗。

　　2.5白光專利核心——磷光體

　　眾多專利的最大不同之處在于：磷光體的選擇，主要磷光體有下面一些：

　　摻入鈰元素的釔鋁石榴石(YAG)，此種化合材料在460納悶米光波的照射下處于受激狀態(tài)，能發(fā)出寬范圍內(nèi)的550納米的光波；Osram公司授權(quán)給少數(shù)生產(chǎn)商的鋱鋁石榴石(TAG)；硫化物構(gòu)成的磷光體，如摻入銪元素的硫代鍶酸鹽，此種化合材料在460納悶米光波的照射下處于受激狀態(tài)，并能夠發(fā)出波長為550鈉米的綠光；或者摻入銪元素的鍶的硫化物，在該條件下能產(chǎn)生紅光；含硅酸鹽基的磷光體，該用法已被Toyoda Gosei和Tridonic還有Intematix申請專利保護(hù)；有機(jī)磷光體或者染料(粉)，熒光渲色是否包括了第一二項(xiàng)的做法，暫時(shí)還沒有資料明確說明；毫微粒子磷光體，是其它專利使用最多的方法，但該方法(工藝)在以上幾條中均沒有提到。

　　在可預(yù)見未來，專利仍將是LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵議題，且專利訴訟的對象將不僅局限在LED廠商，范圍也將擴(kuò)大至應(yīng)用產(chǎn)品上。

　　第三章、LED技術(shù)發(fā)展

　　3.1 LED發(fā)展歷程

　　1907年Henry Joseph Round第一次在一塊碳化硅里觀察到電致發(fā)光現(xiàn)象，由于其發(fā)出的黃光太暗，不適合實(shí)際應(yīng)用，更難處在于碳化硅與電致發(fā)光不能很好的適應(yīng)，研究被摒棄了。

　　20世紀(jì)20年代晚期Bernhard Gudden和Robert Wichard在德國使用從鋅硫化物與銅中提煉的的黃磷發(fā)光，再一次因發(fā)光暗淡而停止。

　　1936年,George Destiau出版了一個(gè)關(guān)于硫化鋅粉末發(fā)射光的報(bào)告，隨著電流的應(yīng)用和廣泛的認(rèn)識，最終出現(xiàn)了“電致發(fā)光”這個(gè)術(shù)語。

　　20世紀(jì)50年代，英國科學(xué)家在電致發(fā)光的實(shí)驗(yàn)中使用半導(dǎo)體砷化鎵發(fā)明了第一個(gè)具有現(xiàn)代意義的LED，并于60年代面世。第一個(gè)商用LED僅僅只能發(fā)出不可視的紅外光，但迅速應(yīng)用于感應(yīng)與光電領(lǐng)域。

　　60年代初，在砷化鎵基體上使用磷化物發(fā)明了第一個(gè)可見的紅光LED，磷化鎵的改變使得LED更高效、發(fā)出的紅光更亮，甚至產(chǎn)生出橙色的光。當(dāng)時(shí)所用的材料是GaAsP，發(fā)紅光(λp=650nm)，在驅(qū)動電流為20毫安時(shí)，光通量只有千分之幾個(gè)流明，相應(yīng)的發(fā)光效率約0.1流明/瓦。

　　到70年代中期，引入元素In和N，使LED產(chǎn)生綠光(λp=555nm)，黃光(λp=590nm)和橙光(λp=610nm)，光效也提高到1流明/瓦；就在此時(shí)，俄國科學(xué)家利用金剛砂制造出發(fā)出黃光的LED，盡管它不如歐洲的LED高效；但在70年代末，它能發(fā)出純綠色的光。

　　80年代早期到中期對砷化鎵磷化鋁的使用使得第一代高亮度的LED的誕生，先是紅色，其LED的光效達(dá)到10流明/瓦接著就是黃色，最后為綠色。

　　到20世紀(jì)90年代早期，采用銦鋁磷化鎵生產(chǎn)出了桔紅、橙、黃和綠光的LED。在很長的一段時(shí)間內(nèi)都無法提供發(fā)射藍(lán)光的LED，設(shè)計(jì)工程師僅能采用已有的色彩：紅色、綠色和黃色，早期的“藍(lán)光”器件并不是真正的藍(lán)光LED，而是包圍有藍(lán)色散射材料的白熾燈。第一個(gè)有歷史意義的藍(lán)光LED也出現(xiàn)在90年代早期(日亞公司1993宣布，中村修二博士發(fā)明)，再一次利用金鋼砂—早期的半導(dǎo)體光源的障礙物。依當(dāng)今的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)去衡量，它與俄國以前的黃光LED一樣光源暗淡。

　　90年代中期，出現(xiàn)了超亮度的氮化鎵LED，當(dāng)前制造藍(lán)光LED的晶體外延材料是氮化銦鎵(InGaN)，發(fā)射波長的范圍為450nm至470nm，氮化銦鎵LED可以產(chǎn)生五倍于氮化鎵LED的光強(qiáng)。超亮度藍(lán)光芯片是白光LED的核心，在這個(gè)發(fā)光芯片上抹上熒光磷，然后熒光磷通過吸收來自芯片上的藍(lán)色光源再轉(zhuǎn)化為白光，利用這種技術(shù)可制造出任何可見顏色的光，今天在LED市場上就能看到生產(chǎn)出來的新奇顏色，如淺綠色和粉紅色。

　　在2000年，前者做成的LED在紅、橙區(qū)(λp=615nm)的光效達(dá)到100流明/瓦，而后者制成的LED在綠色區(qū)域(λp=530nm)的光效可以達(dá)到50流明/瓦。

　　近期開發(fā)的LED不僅能發(fā)射出純紫外光而且能發(fā)射出真實(shí)的“黑色”紫外光，LED發(fā)展史到底能走多遠(yuǎn)還不得而知，也許某天就能開發(fā)出能發(fā)X射線的LED。然而，LED的發(fā)展不單純是它的顏色還有它的亮度，像計(jì)算機(jī)一樣，遵守摩爾定律的發(fā)展，即每隔18個(gè)月它的亮度就會增加一倍，曾經(jīng)暗淡的發(fā)光二極管現(xiàn)在真正預(yù)示著LED新時(shí)代的來臨。

　　3.2照明用LED高亮度白光是怎樣生成的

　　白光LED基本上有兩種方式，一種是多晶片型，一種是單晶片型。前者是將紅綠藍(lán)三種LED封裝在一起，同時(shí)使其發(fā)光而產(chǎn)生白光，后者是把藍(lán)光或者紫光、紫外光的LED作為光源，在配合使用熒光粉發(fā)出白光。前者的方式，必須將各種LED的特性組合起來，驅(qū)動電路比較復(fù)雜，后者單晶片型的話，LED只有1種，電路設(shè)計(jì)比較容易。

　　單晶片型進(jìn)一步分成兩類，一類是發(fā)光源使用藍(lán)光LED，以460nm波長的藍(lán)光晶粒涂上一層YAG螢光物質(zhì)，利用藍(lán)光LED照射此一螢光物質(zhì)以產(chǎn)生與藍(lán)光互補(bǔ)的555nm波長黃光，再利用透鏡原理將互補(bǔ)的黃光、藍(lán)光予以混合，便可得出所需的白光(日亞專利)，生產(chǎn)較容易，其效率較高，成本較低，目前大部分白光LED采用此方法；另一類是使用近紫外和紫外光，豐田合成(Toyoda Gosei)與東芝所共同開發(fā)的白光LED，是采用紫外光LED與螢光體組合的方式，與一般藍(lán)光LED與螢光體組合的方式做區(qū)隔。藍(lán)光LED與螢光體的組合方式，當(dāng)照在紅色物體的時(shí)候，其紅色的色澤效果比較不理想，紫外光LED與螢光體組合可以彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，但是，其發(fā)光效率卻仍低于藍(lán)光LED與螢光體組合的方式，至于價(jià)格與產(chǎn)品壽命，兩者差距不大。

　　在過去，只有藍(lán)光LED使用GaN做為基板材料，但是現(xiàn)在從綠光領(lǐng)域到近紫外光領(lǐng)用的LED，也都開始使用GaN化合物做為材料了。并且伴隨著白光LED應(yīng)用的擴(kuò)大，市場對其效能的期待也逐漸增加。從單純的角度來看，高效率的追求一直都是被市場與業(yè)者所期待的。

　　但是另一方面，演色也將會是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，如果只是做為顯示用途的話，發(fā)光色為白色可能就已經(jīng)足夠了，但是從照明的用途來說，為了達(dá)到更高效率，如何實(shí)現(xiàn)與自然光接近的顏色就顯得非常必要了。

　　3.3 LED發(fā)光效率影響因素

　　LED的發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光效率的提高主要取決于采用的半導(dǎo)體材料及其工藝技術(shù)的發(fā)展。早期的LED主要用GaAs、GaP(二元素半導(dǎo)體材料)和GaAsP(三元素半導(dǎo)體材料)，1994年左右采用AlInGaP(四元素半導(dǎo)體材料)后，其發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光效率有很大的提高。另外，在工藝技術(shù)上采用在GaAs襯底上用AlInGaP材料生產(chǎn)的紅光、黃光LED及在SiC襯底上用InGaN材料生產(chǎn)的綠光、藍(lán)光LED，在發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光效率上有較大的改進(jìn)。

　　LED的發(fā)光強(qiáng)度與正向電流IF幾乎成線性關(guān)系，即增加正向電流IF可增加發(fā)光強(qiáng)度。但LED有一個(gè)最大功耗PD值的限制，PD=VF×IF(VF為正向壓降)，若過大地增加IF而使PD超過最大值時(shí)，LED會過熱而損壞。為了要提高發(fā)光強(qiáng)度，開發(fā)出中功率LED(一般為幾百mW)，其工作電流也提高到70mA。為進(jìn)一步提高發(fā)光強(qiáng)度，業(yè)者開發(fā)出了大功率LED，其功率一般為1～10W(有一些還大于10W)，它的工作電流一般為350～700mA，有些可達(dá)1A以上。

　　市場希望只需一顆就可達(dá)到相當(dāng)亮度的LED，在這一方面的技術(shù)落在如何讓LED能夠支援更大的電流。通常30u㎡的LED最大可以驅(qū)動30mA的電流，但是這樣的結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足市場的期望，所以目標(biāo)是需要將10倍以上的電流，導(dǎo)通到LED元件中。因此當(dāng)LED的面積尺寸可以擴(kuò)充到1m㎡時(shí)，那么緊接下來的工作便是如何讓電流值能夠達(dá)到350~500mA，因?yàn)轵?qū)動電壓是3V多，所以就可以有1W的電力能被流進(jìn)1m㎡的晶片面積。

　　而在發(fā)光演色的方面，雖然有這么大的功率輸入到GaN LED中，但是所投入電力的四分之三都無法轉(zhuǎn)換成光而形成熱量，因此LED就會出現(xiàn)過熱的現(xiàn)象，這也會直接影響到LED的演色結(jié)果。因?yàn)長ED元件的基本特性是，如果溫度上升，發(fā)光效率就會下降以及造成演色性偏差，所以如何有效的釋放大量產(chǎn)生熱量的放熱技術(shù)成為了關(guān)鍵，因此將LED裝在熱傳導(dǎo)率大、熱容量大的材料上就成了相當(dāng)重要的問題，目前大多是使用有價(jià)金屬或者陶瓷。

　　在現(xiàn)有的發(fā)光效率下，如果需要一定程度高輝度，期望因?yàn)樵黾与娏髁縼懋a(chǎn)生較大亮度的話，這就必須考量如何增加LED的面積來滿足所增加的電流，或者利用將數(shù)顆小型LED封裝在同一個(gè)模組之中，來實(shí)現(xiàn)封裝模組對電流量容許值的提高。在目前的發(fā)光效率下，熱效應(yīng)也會成比例的上升，另外，大面積LED比小面積LED的電阻來得要高，使得大面積LED本身的效應(yīng)也比較大，如果單純以現(xiàn)有LED為基礎(chǔ)來提高輝度的話，將會陷入一個(gè)因LED本身價(jià)格，和散熱材料的成本過高而產(chǎn)生的惡性循環(huán)之中，這和以低成本化為基礎(chǔ)的市場特性是背道而馳的，而且熱效應(yīng)量的上升會引起封裝材料的熱劣化，對其使用壽命也有很大的影響。

　　由于上述理由，為了擴(kuò)大未來的白光LED市場，業(yè)者就必須提高LED的外部量子效率，如果實(shí)現(xiàn)了LED高外部量子效率來提高發(fā)光效率的話，所出現(xiàn)的連鎖反應(yīng)就會下降，例如因?yàn)闇p少電流透過而使得熱效應(yīng)比率降低，實(shí)現(xiàn)成本的下降和長壽命化。關(guān)于這一方面，目前因?yàn)橥高^局部制程的改變、使用不同的化合物半導(dǎo)體材料、各種白色發(fā)光方法的開發(fā)，以及新一代熒光粉的開發(fā)，已經(jīng)使得LED的發(fā)光效率可以達(dá)到100lm/W。但現(xiàn)在使用白光LED的發(fā)光效率，除了一部分的制品之外，產(chǎn)業(yè)化的大多都在30~50lm/W左右。如果要代替節(jié)能燈就需要將亮度提升到80~100lm/W，如果要代替使用在汽車頭燈上的HID的話，就更需要提高到120lm/W以上的發(fā)光效率。就技術(shù)上，如果藍(lán)光LED芯片的光輸出效率如果達(dá)到360mW，配合高階技術(shù)的封裝能力，獲得100lm/W的白光輸出并不困難，包括Cree、日亞等的業(yè)者在2006年已開發(fā)出高亮度的藍(lán)光LED芯片，緊接著之后的如何降低外部量子效率的損耗便是考驗(yàn)者封裝業(yè)者的能力，如必須設(shè)法減少熱阻抗、改善散熱等等問題，目前的做法包括了：降低芯片的熱阻抗、控制模塊和印刷電路板的熱阻抗、提高芯片的散熱性等等。為了擴(kuò)大LED特別是白光LED的用途，如何提高發(fā)光的效率、相應(yīng)的輝度、延長使用壽命、降低熱效應(yīng)，以及降低每單位照明的成本等條件，這需要業(yè)界做出持續(xù)不斷的努力。

　　在使用壽命的方面，目前已經(jīng)都能夠?qū)崿F(xiàn)4萬小時(shí)后才開始進(jìn)入高峰衰退期的使用時(shí)間，但這卻只能滿足照明的最低要求，照明領(lǐng)域所需要的是更高的使用壽命，現(xiàn)在已經(jīng)有客戶要求LED業(yè)者提高壽命的要求，要求4萬小時(shí)是達(dá)到高峰期的70%，也就是說高峰衰退期的使用時(shí)間是5.7萬小時(shí)，而整體的使用壽命題將會提高到11.4萬小時(shí)，比起目前的8萬小時(shí)增加了近1/3。另一方面，LED的高峰衰退期是根據(jù)投入電量和點(diǎn)燈方法的不同有很大的變動，所以不可能明確定義，使得這一方面還是有一些問題存在。具體上白光LED的長壽命化，大多是透過封裝材料的改變來達(dá)到，例如由目前的環(huán)氧樹脂變?yōu)閟ilicon來防止樹脂黃變，在此同時(shí)還能夠維持光通量，此外還有包括，采用D/B材料和反射結(jié)構(gòu)的劣化防止技術(shù)，來達(dá)到改善熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)低溫驅(qū)動。

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