半导体照明产业发展前景

     LED照明是半导体和传统照明产业结合的新兴产业，是{zj1}有发展前景的高技术产业之一。半导体照明作为新型高效固体光源具有长寿命、节能、绿色环保、色彩丰富、微型化等显著特点，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，半导体照明正在引发世界范围内的照明光源的一次革命。2003年6月国家启动半导体照明工程，2006年国家正式将“半导体照明产业化技术开发”作为“十一五”科技攻关重大项目。科技部建议：在将半导体照明产业化纳入xxxx发展的高技术产业的同时，以2008年北京奥运和2010年上海世博为契机推动半导体照明在工程中的运用。

     据行业分析机构CIR的研究报告预测，全球LED市场销售额将从2004年的32亿美元增至2008年56亿美元，而大功率高亮度LED或基于LED的灯具由16亿元增至2亿美元，据美国Strategies Unlimited预测2010年将达5万亿美元，成为全球{zd0}产业之一。Strategies Unlimited公司针对全球HB-LED及其照明市场的发展，预计未来整个HB-LED市场的年均增长率为21%，2007年将达47亿美元；而HB-LED照明市场年增长率更将高达44%，2007年可望达到5.2亿美元。届时，HB-LED照明市场所占整个HB-LED市场的份额将由2002年的5%提升到11%。2007年以后，HB-LED照明市场仍将继续增长，过了2010年，在世界照明市场上，HB-LED可占有很大的比重。随着高功率的LED出现，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代，被称为第四代新光源。

     LED要在照明领域发展，进入特种照明的市场领域，并向普通照明市场迈进，关键是要将其发光效率、光通量提高至现有照明光源的等级，即需要研制大功率LED。由于LED芯片输入功率的不断提高，对这些功率型LED的封装技术提出了更高的要求。功率型LED封装技术主要应满足以下两点要求：一是封装结构要具有高取光效率；其二是热阻要尽可能低，以保证功率LED的光电性能和可靠性。功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生长技术和多量子阱结构，虽然其内量子效率还需进一步提高，但获得高发光通量的{zd0}障碍仍是芯片的取光效率低。现有的功率型LED的设计采用了倒装焊新结构来提高芯片的取光效率，改善芯片的热特性，并通过增大芯片面积，加大工作电流来提高器件的光电转换效率，从而获得较高的发光通量。除了芯片外，LED封装产品在整个产业链的发展上起着承上启下的作用。业界应`投入更大的力度进行研究开发，以拥有自主产权的封装技术，从而赶上世界的封装水平。只有提高封装水平，才能真正使LED产业做大做强，为我国开发国际市场，参与国际市场竞争以及拓展应用产品领域和市场打下坚实的基础。另外，只有把封装产业做大做强，才能促进前工序外延、芯片产业的发展，才能使整个LED产业链获得更大地发展。 知识产权状况左右着半导体产业国际分工和相应的利益分配，要想提高我国半导体照明领域的国际竞争力，必须在高功率领域有自主知识产权。那么目前在国内半导体行业特别是大功率LED的专利部署方面情况怎样？其部署状态如何？

专利技术分布

     我国国家知识产权局总计公开约408项大功率LED封装的专利文献，发明文献约占16%，其中公司发明专利申请中有南京汉德森半导体照明有限公司、大连路美光电公司、方大集团、台湾诠兴开发科技、光磊、光鼎、国联，国外有丰田合成、安捷伦科技、松下电工、LG电子公司、克立、奥斯兰姆、西铁城电子股份有限公司等专利技术分布最广，技术性最强，其中诠兴开发科技、国联、西铁城电子、奥斯兰姆申请并授权专利量{zd0}，基本专利最多、最强。个人发明专利申请中，葛世潮、陈鸿文、朱建钦的文献较多。从技术内容看，国家知识产权局专利技术文献主要分布在如下领域：

{dy}、基底散热技术

      西铁城电子的03110492.4号文献涉及用于发光二极管的基片。这种基片包括一对金属基底和设置于两金属基底之间的{dy}绝热层。第二绝热层牢固地装在金属基底上，并且一对电路图案牢固地装在第二绝热层上以用来安装发光二极管。其高热辐射性能以及优秀的绝热性能且可靠的基片，特别适用于诸如便携式装备之类。葛世潮个人专利200310113782.1号文献涉及大功率发光二极管基片。它包括有至少一个发光二极管芯片，所述芯片p-n结外表面上的光反射金属电极经高热导率材料直接贴装在一个金属底座上或经热导率比铜高几倍的金刚石基板贴装在一个金属底座上，所述高热导率粘贴材料可为混有小银珠或小金珠的焊锡、金刚石粉导热胶或混有银珠、银粉的导热胶；所述芯片的电极经金刚石基板上的导电层或电路板引出，所述金属底座有至少一个螺丝或螺丝孔，用于连接散热器；芯片和金属底座上有透光介质、透镜、发光材料，它可用于制造发光二极管灯、太阳能发光二极管灯、液晶显示的背照明和信息显示等。南京汉德森半导体照明有限公司的200510040764.4号文献涉及高散热效率的大功率半导体发光二极管封装基座及生产工艺，主要特征如下：在保持封装基座的外形尺寸不变和易于批量生产的情况下，扩大热沉底部的接触面积。主要工艺步骤如下：制造金属支架模片，注塑金属支架模片形成封装基座模片(不包括热沉)，在每一个封装基座的背面点胶，把热沉放置在每一个封装基座中，固化胶。本发明揭示的新型的具有高散热效率的热沉的大功率半导体发光二极管封装基座 (包括热沉)，也可以应用于其他半导体芯片或器件的封装基座。

第二、环氧树脂等透镜处理技术

      诠兴开发科技股份有限公司的01144154.2号文献涉及具有微小透镜的表面黏著型发光二极管，包含：支架或基板：导电电极建构于其上；发光晶片：通以直流电流流经其正负电极后可发出特定波长的光线；导电线或导电材料：用来连接发光晶片与支架或基板；封装树脂：用以保护发光晶片及导电线或导电材料等；透过导电物质或黏著剂，将发光晶片固定在支架或基板上，再经过焊线作业后，将发光晶片的正负电极和支架或基板上的导电电极连接，将用模铸法(Molding)的方式封装树脂、发光晶片和导电线包覆成SMD LED，其特征在于：发光二极管在封装树脂表面具有复数个微小透镜结构，此结构可以提高发光亮度，使光指向性更集中。南京汉德森半导体照明有限公司的200510123050.X号文献涉及涉及采用1W以上大功率、高亮度的发光二极管(LED) 作为白光光源时所使用的出光透镜。通过合理的加工处理，使得透镜的出光面表面粗糙化并产生微观柔焦效应，减少了内反射，有效xx了LED白光聚焦光束光斑周围存在的其它颜色的光晕。该技术方案对于透镜材料的电光特性不构成损伤，透镜的透射率所受到的影响微乎其微。本发明可以有效提高大功率LED白光光源的发光质量，对于采用荧光粉配置的LED白光光源有着很好的应用前景。

第三、低成本紧凑型制造技术

       克立公司的200480030943.3号文献涉及采用电表面安装的发光晶片封装。本发明揭示一种发光晶片封装。所述晶片封装包含衬底、反射板和透镜。所述衬底可由导热但电绝缘的材料制成，或者由既导热又导电的材料制成。在其中所述衬底由导电材料制成的实施例中，所述衬底进一步包含形成在所述导电材料上的电绝缘、导热的材料。所述衬底具有用以连接到安装垫上的发光二极管(LED)的迹线。所述反射板耦合到所述衬底且大体上围绕所述安装垫。所述反射板包含一反射表面，用以将来自所述LED的光沿所要方向引导。安捷伦科技有限公司的200510127642.9号文献涉及具有增强热耗散的小型发光器件封装和制造该封装的方法。该发明公开了一种发光器件封装和用于制造此封装的方法，利用了具有{dy}表面的{dy}引线框和具有第二表面的第二引线框，其相对定位为使得第二表面在比{dy}表面更高的层面处。发光器件封装包括例如发光二极管管芯的光源，其安装在{dy}引线框的{dy}表面上并电连接到第二引线框的第二表面。

第四、电路板上散热处理技术

      诠兴开发科技股份有限公司的00133311.9号文献涉及大功率发光二极管的封装方法。他的特征是在电路板基材的预设位置放置发光二极管晶粒位置，做钻孔贯穿基板，并做贯孔电镀，再将电路板过焊锡炉，使有贯孔位置的孔洞填满焊锡而形成焊锡点，后再用模具将焊锡点冲压成凹槽反射座，再将晶粒放置于凹槽反射座中，焊电极线和用封胶树脂封装成型，能形成具有反射座的表面粘着发光二极管。安捷伦科技有限公司的200510115071.7号文献涉及安装具有增强热耗散的LED。通过使用安装到LCD面板支撑结构的现有PCB封装从而排除了对金属核 PCB的需求。使用具有热耗散垫的反向安装LED优化金属层的热传输，该金属层放置方式为与LCD支撑结构相接触，用于提高LED显示器的热耗散。三星的200410071337.8号文献涉及高功率LED封装，其中由高反射率的金属制成的基本上为平面的{dy}和第二引线框彼此预定的间隙。一个LED芯片被固定在至少一个引线框上面，使接线端分别和引线框电气连接。树脂制成的封装体将LED芯片密封在其中，同时牢靠地将引线框固定在其底部，密封材料填充到{dy}和第二引线框之间的间隙里面。该LED封装的结构可以有效地提高热辐射效率，从而减小其尺寸和厚度。

第五、静电处理技术

      光磊科技股份有限公司的200410003284.6号文献涉及可防止静电破坏的发光二极管元件。该发明与一种发光二极管元件有关，尤指一种可防止静电破坏的发光二极管元件。主要是在一个表面绝缘基板上设有至少一个{dy}供电电路及至少一个第二供电电路，{dy}供电电路可电性连接于发光二极管的LED{dy}电极及抗静电保护元件的ESD第二电极，而第二供电电路则可电性连接于发光二极管的LED第二电极及抗静电保护元件的ESD{dy}电极，致使发光二极管及抗静电保护元件形成反接的并联电路。由于{dy}供电电路及第二供电电路的作用面积大于ESD{dy}电极及ESD第二电极的特性，因此，不但可简化制作程序及提高生产效率，又可增加发光二极管元件的使用寿命。北京工业大学的200410062248.7号文献涉及高抗静电高效发光二极管和制作方法，它包含利用一个导电型半导体材料制作的基板及发光二极管芯片，基板上制作有集成的双向稳压二极管，发光二极管芯片主要包含在透明蓝宝石衬底及在此衬底上的GaN结构层和整面P电极、N电极，将发光二极管芯片倒装在该基板上。发光二极管有源区发出的光从背面蓝宝石端取出，增加了取光面积，可以提高发光二极管的发光效率1.5-2倍。由于基板上集成了抗静电保护双向稳压二极管，有效增强了发光二极管抗静电放电能力，且发光二极管直接通过电极与特殊制作的基板接触，增大了接触面积，改善了蓝宝石散热不佳的特性，可实现大功率输出、降低成本、提高器件可靠性等作用。

第六、芯片电流均匀扩散技术

       路美光电公司的03815816.7号文献涉及大功率、高光通量发光二极管及其制作方法，包括：衬底、发光结构，其沿着一垂直轴而被置于所述衬底之上。该发光结构包括：{dy}覆盖层和第二覆盖层；{dy}电极，其与所述发光结构的{dy}覆盖层接触，该{dy}电极有一条引线在{dy}方向上沿着一水平轴延伸，该水平轴垂直于所述垂直轴；第二电极，其与所述发光结构的第二覆盖层接触，该第二电极有至少两条引线在第二方向上沿着所述水平轴延伸，该第二方向与所述{dy}方向相反，所述{dy}电极的引线的一部分散置于所述第二电极的两条引线的相应部分之间并与其分隔开。厦门大学的200610092944.1号文献涉及树叶脉络形大功率氮化镓基发光二极管芯片的P、N电极，不仅能使芯片的电流较均匀地扩展，而且对散热和减小光线的全反射也有一定帮助的树叶脉络形大功率GaN 基LED芯片的P、N电极。设有P电极和N电极，在GaN外延片的正面刻蚀出沟槽，将芯片分成至少2个小区域的集合，在P型GaN的表面生长一层透明导电层，在透明导电层上淀积P型电极，在沟槽内淀积N型电极，N型电极沿芯片对角线分布成树叶脉络的形状，P型电极环绕在芯片的边缘，并有触角伸出，可使大功率GaN基LED的电流在P、N电极之间更均匀地扩散，提高发光效率。

第七、特殊散热技术

      朱建钦的朱建钦200610061225.3号文献涉及一种大功率半导体发光元件的封袋，包括至少一个以上内外电连接的LED芯片、LED基板。至少一个以上的LED 芯片每一个都在基板正面固定，基板底面接合半导体电子制冷片，半导体电子制冷片具有一冷端、一热端，冷端与基板底面接合，热端与散热底座形成热接触。该发明与传统散热片、热管等被动散热方式封装技术相比，在通电时就具有制冷功能，主动迅速地吸收大功率半导体发光芯片工作时产生的大量热量，为LED发光芯片和散热载片之间提供了一个高效的散热通道。吕大明的200510021051.3号文献涉及LED器件及其封装方法，将LED管芯用充有封装液的透光壳体密封起来，并将其导电端用电极从壳体内引出，所述封装液是具有大电阻率的透光液体，其电阻率远大于LED管芯的导通电阻率。该发明是采用上述封装方法的LED器件。其优点在于：突破性地采用液态封装技术来取代常规的全固体结构，使得LED管芯的散热可通过电极传导和封装液对流的双重方式来进行，为大功率LED封装开辟出了一条崭新的发展道路。

专利部署态势

     我国国家知识产权局大功率LED封装专利部署有以下特点：1、大部分重要封装专利来自我国台湾厂商和国外大公司；2、国内专利为院校和企业共同拥有但为数不多；3、有少数专利掌握在个人手里。从知识产权局专利分布上看：国际上LED照明技术核心专利都被外国几家大公司控制，这些公司利用各自的核心专利，采取横向纵向扩展方式，在全世界范围内布置专利网。这些关键专利都掌握在日本、美国、德国少数国家的少数大公司手中，如日本的日亚、丰电合成、东芝、索尼，美国的克立、LUMILEDS，德国的欧斯兰等公司，基本覆盖了从衬底制备、外延材料、器件设计、管芯工艺到封装和应用设计的各个方面。我国申请人未掌握上游核心技术。发明专利少，大多是外围技术，然而数量不多的外围专利和下游水平底无法形成专利网布局。另外，一些申请人未向境外申请专利。这种境内无法形成专利网布局、境外没有专利保护的现状，使得我国半导体照明领域的知识产权成为产业发展的软肋。封装领域，在国际主流封装技术领域中基座和荧光粉材料方面我国与国外差距巨大，但我国的专利申请有自身的优势分支，如二次光学设计和灯具散热等。 根据我国国家知识产权局专利布局及LED产业的发展可以看出LED封装产品在整个产业链的发展上起着举足轻重的作用。只有这样才能使整个LED产业链获得更大的发展。在知识产权方面，鼓励多种技术路线并存，鼓励发明创新，以外围专利包围核心专利。上中游产业以开拓新的白光技术路线为主，发展市场前景好、可操作性强的技术，并以发明专利为主进行专利申报；同时不放松对上中游产业主流技术路线的外围专利技术开发，形成以外围专利包围核心专利的态势，在市场竞争中占据有利地位。在下游封装及应用产品领域，充分发挥我国实用新型专利多的优势，提倡申报应用产品的外观设计专利。 总之，集中精力在一些技术关键点实现突破，形成自主知识产权。尤其是下游的大功率LED的封装技术，虽然与国外技术差距大，但可选准选好技术突破点，集中国内优势力量进行攻关，同时，要特别重视知识产权的保护。我们必须尽可能在一些技术关键点上作出突破并拥有专利，从而有效保护国内市场不为国外企业通过专利来垄断，也为企业走出去开拓市场奠定基础。在政策环境的优势、市场的优势、产业自身的优势、成本优势下我国的半导体照明行业定会走在半导体照明革命的前列。