編者按：早在中國遠古時代，四大發明的出現，就標志著中國專利技術的誕生，從此就奠定下中國由古代文明逐漸步入現代文明的牢固基石。在這場由半導體引發的世界范圍內的照明光源的革命中，涌現了大批的專利技術，它們從不同角度、不同層次，推動著LED技術的日臻完善，其專利重要性不言而喻。下面我們就來看看大功率LED專利技術目前的發展狀況，將會對之有一個更深刻的認識，從而知其然與所以然，彌補不足之處，共促發展。

半導體照明產業發展前景

LED照明是半導體和傳統照明產業結合的新興產業，是最具有發展前景的高技術產業之一。半導體照明作為新型高效固體光源具有長壽命、節能、綠色環保、色彩豐富、微型化等顯著特點，將成為人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一次飛躍，半導體照明正在引發世界范圍內的照明光源的一次革命。2003年6月國家啟動半導體照明工程，2006年國家正式將“半導體照明產業化技術開發”作為“十一五”科技攻關重大項目。科技部建議：在將半導體照明產業化納入國家重點發展的高技術產業的同時，以2008年北京奧運和2010年上海世博為契機推動半導體照明在工程中的運用。

據行業分析機構CIR的研究報告預測，全球LED市場銷售額將從2004年的32億美元增至2008年56億美元，而大功率高亮度LED或基于LED的燈具由16億元增至2億美元，據美國Strategies Unlimited預測2010年將達5萬億美元，成為全球最大產業之一。Strategies Unlimited公司針對全球HB-LED及其照明市場的發展，預計未來整個HB-LED市場的年均增長率為21%，2007年將達47億美元；而HB-LED照明市場年增長率更將高達44%，2007年可望達到5.2億美元。屆時，HB-LED照明市場所占整個HB-LED市場的份額將由2002年的5%提升到11%。2007年以后，HB-LED照明市場仍將繼續增長，過了2010年，在世界照明市場上，HB-LED可占有很大的比重。隨著高功率的LED出現，二十一世紀將進入以LED為代表的新型照明光源時代，被稱為第四代新光源。

LED要在照明領域發展，進入特種照明的市場領域，并向普通照明市場邁進，關鍵是要將其發光效率、光通量提高至現有照明光源的等級，即需要研制大功率LED。由于LED芯片輸入功率的不斷提高，對這些功率型LED的封裝技術提出了更高的要求。功率型LED封裝技術主要應滿足以下兩點要求：一是封裝結構要具有高取光效率；其二是熱阻要盡可能低，以保證功率LED的光電性能和可靠性。功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生長技術和多量子阱結構，雖然其內量子效率還需進一步提高，但獲得高發光通量的最大障礙仍是芯片的取光效率低。現有的功率型LED的設計采用了倒裝焊新結構來提高芯片的取光效率，改善芯片的熱特性，并通過增大芯片面積，加大工作電流來提高器件的光電轉換效率，從而獲得較高的發光通量。除了芯片外，LED封裝產品在整個產業鏈的發展上起著承上啟下的作用。業界應`投入更大的力度進行研究開發，以擁有自主產權的封裝技術，從而趕上世界的封裝水平。只有提高封裝水平，才能真正使LED產業做大做強，為我國開發國際市場，參與國際市場競爭以及拓展應用產品領域和市場打下堅實的基礎。另外，只有把封裝產業做大做強，才能促進前工序外延、芯片產業的發展，才能使整個LED產業鏈獲得更大地發展。 知識產權狀況左右著半導體產業國際分工和相應的利益分配，要想提高我國半導體照明領域的國際競爭力，必須在高功率領域有自主知識產權。那么目前在國內半導體行業特別是大功率LED的專利部署方面情況怎樣？其部署狀態如何？

專利技術分布

我國國家知識產權局總計公開約408項大功率LED封裝的專利文獻，發明文獻約占16%，其中公司發明專利申請中有南京漢德森半導體照明有限公司、大連路美光電公司、方大集團、臺灣詮興開發科技、光磊、光鼎、國聯，國外有豐田合成、安捷倫科技、松下電工、LG電子公司、克立、奧斯蘭姆、西鐵城電子股份有限公司等專利技術分布最廣，技術性最強，其中詮興開發科技、國聯、西鐵城電子、奧斯蘭姆申請并授權專利量最大，基本專利最多、最強。個人發明專利申請中，葛世潮、陳鴻文、朱建欽的文獻較多。從技術內容看，國家知識產權局專利技術文獻主要分布在如下領域：

第一、基底散熱技術

西鐵城電子的03110492.4號文獻涉及用于發光二極管的基片。這種基片包括一對金屬基底和設置于兩金屬基底之間的第一絕熱層。第二絕熱層牢固地裝在金屬基底上，并且一對電路圖案牢固地裝在第二絕熱層上以用來安裝發光二極管。其高熱輻射性能以及優秀的絕熱性能且可靠的基片，特別適用于諸如便攜式裝備之類。葛世潮個人專利200310113782.1號文獻涉及大功率發光二極管基片。它包括有至少一個發光二極管芯片，所述芯片p-n結外表面上的光反射金屬電極經高熱導率材料直接貼裝在一個金屬底座上或經熱導率比銅高幾倍的金剛石基板貼裝在一個金屬底座上，所述高熱導率粘貼材料可為混有小銀珠或小金珠的焊錫、金剛石粉導熱膠或混有銀珠、銀粉的導熱膠；所述芯片的電極經金剛石基板上的導電層或電路板引出，所述金屬底座有至少一個螺絲或螺絲孔，用于連接散熱器；芯片和金屬底座上有透光介質、透鏡、發光材料，它可用于制造發光二極管燈、太陽能發光二極管燈、液晶顯示的背照明和信息顯示等。南京漢德森半導體照明有限公司的200510040764.4號文獻涉及高散熱效率的大功率半導體發光二極管封裝基座及生產工藝，主要特征如下：在保持封裝基座的外形尺寸不變和易于批量生產的情況下，擴大熱沉底部的接觸面積。主要工藝步驟如下：制造金屬支架模片，注塑金屬支架模片形成封裝基座模片(不包括熱沉)，在每一個封裝基座的背面點膠，把熱沉放置在每一個封裝基座中，固化膠。本發明揭示的新型的具有高散熱效率的熱沉的大功率半導體發光二極管封裝基座 (包括熱沉)，也可以應用于其他半導體芯片或器件的封裝基座。

第二、環氧樹脂等透鏡處理技術

詮興開發科技股份有限公司的01144154.2號文獻涉及具有微小透鏡的表面黏著型發光二極管，包含：支架或基板：導電電極建構于其上；發光晶片：通以直流電流流經其正負電極后可發出特定波長的光線；導電線或導電材料：用來連接發光晶片與支架或基板；封裝樹脂：用以保護發光晶片及導電線或導電材料等；透過導電物質或黏著劑，將發光晶片固定在支架或基板上，再經過焊線作業后，將發光晶片的正負電極和支架或基板上的導電電極連接，將用模鑄法(Molding)的方式封裝樹脂、發光晶片和導電線包覆成SMD LED，其特征在于：發光二極管在封裝樹脂表面具有復數個微小透鏡結構，此結構可以提高發光亮度，使光指向性更集中。南京漢德森半導體照明有限公司的200510123050.X號文獻涉及涉及采用1W以上大功率、高亮度的發光二極管(LED) 作為白光光源時所使用的出光透鏡。通過合理的加工處理，使得透鏡的出光面表面粗糙化并產生微觀柔焦效應，減少了內反射，有效消除了LED白光聚焦光束光斑周圍存在的其它顏色的光暈。該技術方案對于透鏡材料的電光特性不構成損傷，透鏡的透射率所受到的影響微乎其微。本發明可以有效提高大功率LED白光光源的發光質量，對于采用熒光粉配置的LED白光光源有著很好的應用前景。

第三、低成本緊湊型制造技術

克立公司的200480030943.3號文獻涉及采用電表面安裝的發光晶片封裝。本發明揭示一種發光晶片封裝。所述晶片封裝包含襯底、反射板和透鏡。所述襯底可由導熱但電絕緣的材料制成，或者由既導熱又導電的材料制成。在其中所述襯底由導電材料制成的實施例中，所述襯底進一步包含形成在所述導電材料上的電絕緣、導熱的材料。所述襯底具有用以連接到安裝墊上的發光二極管(LED)的跡線。所述反射板耦合到所述襯底且大體上圍繞所述安裝墊。所述反射板包含一反射表面，用以將來自所述LED的光沿所要方向引導。安捷倫科技有限公司的200510127642.9號文獻涉及具有增強熱耗散的小型發光器件封裝和制造該封裝的方法。該發明公開了一種發光器件封裝和用于制造此封裝的方法，利用了具有第一表面的第一引線框和具有第二表面的第二引線框，其相對定位為使得第二表面在比第一表面更高的層面處。發光器件封裝包括例如發光二極管管芯的光源，其安裝在第一引線框的第一表面上并電連接到第二引線框的第二表面。

第四、電路板上散熱處理技術

詮興開發科技股份有限公司的00133311.9號文獻涉及大功率發光二極管的封裝方法。他的特征是在電路板基材的預設位置放置發光二極管晶粒位置，做鉆孔貫穿基板，并做貫孔電鍍，再將電路板過焊錫爐，使有貫孔位置的孔洞填滿焊錫而形成焊錫點，后再用模具將焊錫點沖壓成凹槽反射座，再將晶粒放置于凹槽反射座中，焊電極線和用封膠樹脂封裝成型，能形成具有反射座的表面粘著發光二極管。安捷倫科技有限公司的200510115071.7號文獻涉及安裝具有增強熱耗散的LED。通過使用安裝到LCD面板支撐結構的現有PCB封裝從而排除了對金屬核 PCB的需求。使用具有熱耗散墊的反向安裝LED優化金屬層的熱傳輸，該金屬層放置方式為與LCD支撐結構相接觸，用于提高LED顯示器的熱耗散。三星的200410071337.8號文獻涉及高功率LED封裝，其中由高反射率的金屬制成的基本上為平面的第一和第二引線框彼此預定的間隙。一個LED芯片被固定在至少一個引線框上面，使接線端分別和引線框電氣連接。樹脂制成的封裝體將LED芯片密封在其中，同時牢靠地將引線框固定在其底部，密封材料填充到第一和第二引線框之間的間隙里面。該LED封裝的結構可以有效地提高熱輻射效率，從而減小其尺寸和厚度。

第五、靜電處理技術

光磊科技股份有限公司的200410003284.6號文獻涉及可防止靜電破壞的發光二極管元件。該發明與一種發光二極管元件有關，尤指一種可防止靜電破壞的發光二極管元件。主要是在一個表面絕緣基板上設有至少一個第一供電電路及至少一個第二供電電路，第一供電電路可電性連接于發光二極管的LED第一電極及抗靜電保護元件的ESD第二電極，而第二供電電路則可電性連接于發光二極管的LED第二電極及抗靜電保護元件的ESD第一電極，致使發光二極管及抗靜電保護元件形成反接的并聯電路。由于第一供電電路及第二供電電路的作用面積大于ESD第一電極及ESD第二電極的特性，因此，不但可簡化制作程序及提高生產效率，又可增加發光二極管元件的使用壽命。北京工業大學的200410062248.7號文獻涉及高抗靜電高效發光二極管和制作方法，它包含利用一個導電型半導體材料制作的基板及發光二極管芯片，基板上制作有集成的雙向穩壓二極管，發光二極管芯片主要包含在透明藍寶石襯底及在此襯底上的GaN結構層和整面P電極、N電極，將發光二極管芯片倒裝在該基板上。發光二極管有源區發出的光從背面藍寶石端取出，增加了取光面積，可以提高發光二極管的發光效率1.5-2倍。由于基板上集成了抗靜電保護雙向穩壓二極管，有效增強了發光二極管抗靜電放電能力，且發光二極管直接通過電極與特殊制作的基板接觸，增大了接觸面積，改善了藍寶石散熱不佳的特性，可實現大功率輸出、降低成本、提高器件可靠性等作用。

第六、芯片電流均勻擴散技術

路美光電公司的03815816.7號文獻涉及大功率、高光通量發光二極管及其制作方法，包括：襯底、發光結構，其沿著一垂直軸而被置于所述襯底之上。該發光結構包括：第一覆蓋層和第二覆蓋層；第一電極，其與所述發光結構的第一覆蓋層接觸，該第一電極有一條引線在第一方向上沿著一水平軸延伸，該水平軸垂直于所述垂直軸；第二電極，其與所述發光結構的第二覆蓋層接觸，該第二電極有至少兩條引線在第二方向上沿著所述水平軸延伸，該第二方向與所述第一方向相反，所述第一電極的引線的一部分散置于所述第二電極的兩條引線的相應部分之間并與其分隔開。廈門大學的200610092944.1號文獻涉及樹葉脈絡形大功率氮化鎵基發光二極管芯片的P、N電極，不僅能使芯片的電流較均勻地擴展，而且對散熱和減小光線的全反射也有一定幫助的樹葉脈絡形大功率GaN 基LED芯片的P、N電極。設有P電極和N電極，在GaN外延片的正面刻蝕出溝槽，將芯片分成至少2個小區域的集合，在P型GaN的表面生長一層透明導電層，在透明導電層上淀積P型電極，在溝槽內淀積N型電極，N型電極沿芯片對角線分布成樹葉脈絡的形狀，P型電極環繞在芯片的邊緣，并有觸角伸出，可使大功率GaN基LED的電流在P、N電極之間更均勻地擴散，提高發光效率。

第七、特殊散熱技術

朱建欽的朱建欽200610061225.3號文獻涉及一種大功率半導體發光元件的封袋，包括至少一個以上內外電連接的LED芯片、LED基板。至少一個以上的LED 芯片每一個都在基板正面固定，基板底面接合半導體電子制冷片，半導體電子制冷片具有一冷端、一熱端，冷端與基板底面接合，熱端與散熱底座形成熱接觸。該發明與傳統散熱片、熱管等被動散熱方式封裝技術相比，在通電時就具有制冷功能，主動迅速地吸收大功率半導體發光芯片工作時產生的大量熱量，為LED發光芯片和散熱載片之間提供了一個高效的散熱通道。呂大明的200510021051.3號文獻涉及LED器件及其封裝方法，將LED管芯用充有封裝液的透光殼體密封起來，并將其導電端用電極從殼體內引出，所述封裝液是具有大電阻率的透光液體，其電阻率遠大于LED管芯的導通電阻率。該發明是采用上述封裝方法的LED器件。其優點在于：突破性地采用液態封裝技術來取代常規的全固體結構，使得LED管芯的散熱可通過電極傳導和封裝液對流的雙重方式來進行，為大功率LED封裝開辟出了一條嶄新的發展道路。

專利部署態勢

我國國家知識產權局大功率LED封裝專利部署有以下特點：1、大部分重要封裝專利來自我國臺灣廠商和國外大公司；2、國內專利為院校和企業共同擁有但為數不多；3、有少數專利掌握在個人手里。從知識產權局專利分布上看：國際上LED照明技術核心專利都被外國幾家大公司控制，這些公司利用各自的核心專利，采取橫向縱向擴展方式，在全世界范圍內布置專利網。這些關鍵專利都掌握在日本、美國、德國少數國家的少數大公司手中，如日本的日亞、豐電合成、東芝、索尼，美國的克立、LUMILEDS，德國的歐斯蘭等公司，基本覆蓋了從襯底制備、外延材料、器件設計、管芯工藝到封裝和應用設計的各個方面。我國申請人未掌握上游核心技術。發明專利少，大多是外圍技術，然而數量不多的外圍專利和下游水平底無法形成專利網布局。另外，一些申請人未向境外申請專利。這種境內無法形成專利網布局、境外沒有專利保護的現狀，使得我國半導體照明領域的知識產權成為產業發展的軟肋。封裝領域，在國際主流封裝技術領域中基座和熒光粉材料方面我國與國外差距巨大，但我國的專利申請有自身的優勢分支，如二次光學設計和燈具散熱等。 根據我國國家知識產權局專利布局及LED產業的發展可以看出LED封裝產品在整個產業鏈的發展上起著舉足輕重的作用。只有這樣才能使整個LED產業鏈獲得更大的發展。在知識產權方面，鼓勵多種技術路線并存，鼓勵發明創新，以外圍專利包圍核心專利。上中游產業以開拓新的白光技術路線為主，發展市場前景好、可操作性強的技術，并以發明專利為主進行專利申報；同時不放松對上中游產業主流技術路線的外圍專利技術開發，形成以外圍專利包圍核心專利的態勢，在市場競爭中占據有利地位。在下游封裝及應用產品領域，充分發揮我國實用新型專利多的優勢，提倡申報應用產品的外觀設計專利。 總之，集中精力在一些技術關鍵點實現突破，形成自主知識產權。尤其是下游的大功率LED的封裝技術，雖然與國外技術差距大，但可選準選好技術突破點，集中國內優勢力量進行攻關，同時，要特別重視知識產權的保護。我們必須盡可能在一些技術關鍵點上作出突破并擁有專利，從而有效保護國內市場不為國外企業通過專利來壟斷，也為企業走出去開拓市場奠定基礎。在政策環境的優勢、市場的優勢、產業自身的優勢、成本優勢下我國的半導體照明行業定會走在半導體照明革命的前列。

參考文獻
[1] 2006 中國（深圳）國際半導體照明論壇報告文集
[2] 馬小軍《美國固態照明技術進展概況、趨勢與展望》

作者簡介：
陶玖祥：現任職于真明麗集團公司研發總部資深顧問，曾任鶴山銀雨燈飾有限公司標準部經理，專利標準部高級經理；曾獲鶴山市杰出外來工榮譽稱號和江門市科學技術進步獎勵二等獎、三等獎；中國標準化協會會員，中國知識產權學會高級會員，中國照明學會高級會員；多次參與燈具國家標準和美國UL標準制訂工作。