誰在掌控UV LED核心技術(shù)？

近幾年，隨著可見光領(lǐng)域的日趨成熟，研究人員把研究重點(diǎn)逐漸向短波長的紫外光轉(zhuǎn)移，紫外光在絲網(wǎng)印刷、聚合物固化、環(huán)境保護(hù)、白光照明以及軍事探測等領(lǐng)域都有重大應(yīng)用價(jià)值。而紫外LED的功耗低、發(fā)光響應(yīng)快、可靠性高、輻射效率高、壽命長、對(duì)環(huán)境無污染、結(jié)構(gòu)緊湊等諸多優(yōu)點(diǎn)，使其最有希望取代現(xiàn)有的紫外高壓水銀燈，成為下一代的紫外光光源。因此，它也成為了近年世界各巨頭和研究機(jī)構(gòu)新的研究熱點(diǎn)之一。那么目前全球紫外LED核心專利分布情況如何?主要握在誰的手中?

專利量：中國最多約占56%

根據(jù)LED產(chǎn)業(yè)專利聯(lián)盟發(fā)布的《紫外LED專利技術(shù)分析報(bào)告——外延芯片、封裝器件篇》顯示，從專利區(qū)域構(gòu)成上來看，近200 份有關(guān)紫外LED 外延、芯片和器件封裝領(lǐng)域的相關(guān)專利中，專利數(shù)量最多的是中國地區(qū)，約占總數(shù)的56%;其次是美國地區(qū)，臺(tái)灣和日本，韓國在這一領(lǐng)域也具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。而且這些專利中，世界專利的申請占到了約10%，說明對(duì)這些專利，申請人都比較重視，相當(dāng)比例的申請進(jìn)行了全球?qū)＠季帧?/p>

圖1專利區(qū)域構(gòu)成分析

從申請趨勢上看，該報(bào)告顯示，從1998 年開始，紫外LED的申請量逐年增加，目前處于高速發(fā)展階段。這與這一領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢是一致的。1998 年，一種InGaN/A1InGaN MQW 結(jié)構(gòu)的紫外LED 芯片在美國Sandia 國家實(shí)驗(yàn)室由Mary H. Crawford 課題組研制出來。該芯片輻射峰值波長為386 nm，輻射功率大于1 mW，開啟了新一代短波長紫外光領(lǐng)域的大門。此后眾多研究者致力于此，在外延層質(zhì)量、p 型摻雜、歐姆接觸、光學(xué)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵工藝水平方面都取得了很大的提高。2014 和2015 年申請量下降的原因，應(yīng)該是由于很多申請還是處于未公開階段。

圖2專利申請總體趨勢

申請量：中科院半導(dǎo)體研究所取勝

對(duì)申請人進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，申請量最多的是中國中科院的半導(dǎo)體研究所，而且居于前幾位的都是來自中國的申請人，國外申請量靠前的有首爾半導(dǎo)體、NITEK、CREE等，國內(nèi)進(jìn)入前列的申請人以科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)比較多，企業(yè)有青島杰生和武漢光電技術(shù)研究院有限公司。

說明中國在此領(lǐng)域也掌握了一定的核心技術(shù)，在某些領(lǐng)域可以和國外企業(yè)技術(shù)相當(dāng)或者領(lǐng)先，但是中國企業(yè)在此領(lǐng)域的研發(fā)能力，技術(shù)實(shí)力還具有一定差距，有待提高，可以引導(dǎo)和鼓勵(lì)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，促進(jìn)中國科研院所和大學(xué)技術(shù)的向企業(yè)轉(zhuǎn)移，促使企業(yè)在此領(lǐng)域的技術(shù)水平的提高。

圖3.主要申請人分析

國內(nèi)類型：80%以上屬于發(fā)明專利

另外，報(bào)告中顯示，在國內(nèi)申請的專利類型上，80%以上屬于發(fā)明，說明關(guān)于紫外LED領(lǐng)域的專利技術(shù)含量較高，專利申請以發(fā)明為主。而且PCT申請比例也不低，占到了6%。

圖4國內(nèi)專利類型分析

國內(nèi)專利法律狀態(tài)：有權(quán)專利占30%

圖5內(nèi)專利法律狀態(tài)分析

法律狀態(tài)分析表面，國內(nèi)申請有近一半(46%)處于審查期，有權(quán)專利占30%，說明該領(lǐng)域的技術(shù)還處于技術(shù)發(fā)展期，企業(yè)近年來的研發(fā)投入不斷加大。進(jìn)一步細(xì)分，對(duì)不同法律狀態(tài)的專利類型進(jìn)行分析，表面在有權(quán)專利中，發(fā)明居多，而且PCT專利占據(jù)了近10%的比例。

無效申請主要是國內(nèi)申請人申請的發(fā)明和實(shí)用新型申請。這也說明了國外申請人進(jìn)入中國的PCT申請質(zhì)量較高，申請人較為重視。

圖6內(nèi)專利法律狀態(tài)分析

市場規(guī)模：2017年可達(dá)2.7億美元

根據(jù)法國市場研究公司Yole Développement的調(diào)研報(bào)告顯示，到2017年UV LED市場規(guī)?？蛇_(dá)2.7億美元，超過整個(gè)紫外光源市場的1/3，五年內(nèi)的復(fù)合年增長率可高達(dá)43%，從而形成和紫外汞蒸氣燈分庭抗禮的局面。紫外LED已經(jīng)成為目前LED行業(yè)的新藍(lán)海，日益引起投資者的興趣，越來越多的中國企業(yè)也進(jìn)入該領(lǐng)域，但目前中國的UV-LED企業(yè)還沒有掌握核心技術(shù)，尤其是芯片、外延和器件封裝領(lǐng)域，在增加U V-LED的光輸出方面，研發(fā)不僅限于通過改變材料內(nèi)的雜質(zhì)數(shù)量、晶格缺陷和位錯(cuò)來提高內(nèi)量子效率，同時(shí)，UV-LED芯片輸入功率的不斷提升給封裝技術(shù)提出了更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。如何改善管芯及內(nèi)部封裝結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)UV-LED內(nèi)部產(chǎn)生光子出射的幾率，提高光效，解決散熱問題，進(jìn)行取光和熱流優(yōu)化設(shè)計(jì)也是UV-LED研發(fā)的重要方向。

國內(nèi)目前的封裝形式同一，產(chǎn)品出光功率距離國外LED企業(yè)差距較大。未來LED要大規(guī)模應(yīng)用，單個(gè)器件的功率必然要增大，輸入功率的增大給封裝技術(shù)提出了更高的挑戰(zhàn)，必須采用新的封裝形式與封裝理念。