【正文】 也可以連續(xù)用上27年，大大延長(zhǎng)了液晶電視的使用壽命，可獲得對(duì)等離子技術(shù)壓倒性的優(yōu)勢(shì)；亮度調(diào)整范圍大。LED背光源有更好的色域。目前，照明消耗約占整個(gè)電力消耗的20%，同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈泡的八分之一，熒光燈管的二分之一。綜合來(lái)看，手機(jī)市場(chǎng)目前仍是LED的主要市場(chǎng)，但手機(jī)市場(chǎng)的影響力在下降，LED成長(zhǎng)需要新的應(yīng)用市場(chǎng)的推動(dòng)，白光LED進(jìn)入一般通用照明市場(chǎng)預(yù)計(jì)2010后才會(huì)真正來(lái)臨，現(xiàn)階段有兩個(gè)“整裝”市場(chǎng)潛力大—筆記本、液晶顯示器及液晶電視的背光與汽車內(nèi)飾背光及 前后燈市場(chǎng)。從全球銷售額來(lái)看，2005年手機(jī)市場(chǎng)占比高達(dá)62%，從量上看，手機(jī)市場(chǎng)占比也達(dá)18%，手機(jī)市場(chǎng)當(dāng)之無(wú)愧是推動(dòng)LED產(chǎn)業(yè)的第一波浪潮。為了使用方便，LED通常都使用樹(shù)脂包裝，做成5mm左右的各種形狀，十分堅(jiān)固耐震。同一種材料的波長(zhǎng)都很接近，因此每一顆LED的光色都很純正，與傳統(tǒng)光源都混有多種顏色相比，LED可說(shuō)是一種數(shù)字化的光源。白熾燈的發(fā)光效率是815 lm/ W左右，普通T8鹵素?zé)晒鉄艄庑Э蛇_(dá)40 lm/ W，T5高效熒光燈可以達(dá)到80 lm/ W，LED光效可達(dá)200lm/w，LED還有毫秒級(jí)的通斷時(shí)間，這也是一般應(yīng)用光源無(wú)法達(dá)到的。具體上白光LED的長(zhǎng)壽命化，大多是透過(guò)封裝材料的改變來(lái)達(dá)到，例如由目前的環(huán)氧樹(shù)脂變?yōu)閟ilicon來(lái)防止樹(shù)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(lái)達(dá)到改善熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)低溫驅(qū)動(dòng)。在使用壽命的方面，目前已經(jīng)都能夠?qū)崿F(xiàn)4萬(wàn)小時(shí)后才開(kāi)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(wàn)小時(shí)是達(dá)到高峰期的70%，比起目前的8萬(wàn)小時(shí)增加了近1/3。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(kāi)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(wèn)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。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。由于上述理由，為了擴(kuò)大未來(lái)的白光LED市場(chǎng)，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(lái)提高發(fā)光效率的話，所出現(xiàn)的連鎖反應(yīng)就會(huì)下降，例如因?yàn)闇p少電流透過(guò)而使得熱效應(yīng)比率降低，實(shí)現(xiàn)成本的下降和長(zhǎng)壽命化。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?lái)產(chǎn)生較大亮度的話，這就必須考量如何增加LED的面積來(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)封裝模組對(duì)電流量容許值的提高。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(wú)法轉(zhuǎn)換成光而形成熱量，因此LED就會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱的現(xiàn)象，這也會(huì)直接影響到LED的演色結(jié)果。通常30u㎡的LED最大可以驅(qū)動(dòng)30mA的電流，但是這樣的結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足市場(chǎng)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。為進(jìn)一步提高發(fā)光強(qiáng)度，業(yè)者開(kāi)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。但LED有一個(gè)最大功耗PD值的限制，PD=VFIF(VF為正向壓降)，若過(guò)大地增加IF而使PD超過(guò)最大值時(shí)，LED會(huì)過(guò)熱而損壞。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。從單純的角度來(lái)看，高效率的追求一直都是被市場(chǎng)與業(yè)者所期待的。在過(guò)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(kāi)始使用GaN化合物做為材料了。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(zhǎng)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(zhǎng)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(kāi)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。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。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(huì)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(lái)臨。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。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(zhǎng)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)。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。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。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(guó)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。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(jiàn)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。20世紀(jì)50年代，英國(guó)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。20世紀(jì)20年代晚期Bernhard Gudden和Robert Wichard在德國(guó)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。在可預(yù)見(jiàn)未來(lái)，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(duì)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。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。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。最初的專利說(shuō)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(qǐng)中都沒(méi)有提到。但是該專利提到的僅僅是白光之外的光源對(duì)磷光體的激勵(lì)，似乎沒(méi)有涵蓋通常的藍(lán)光LED對(duì)黃色磷光體的激勵(lì)，Nichia在專利中提到了藍(lán)光LED對(duì)黃色磷光體的激勵(lì)，但是沒(méi)有對(duì)之進(jìn)行論述，也沒(méi)有對(duì)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(guó)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(guó)際專利的保護(hù)。美國(guó)巨大的市場(chǎng)一直是商家必爭(zhēng)之地，在美國(guó)，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(guó)專利(3691482)的保護(hù)，同時(shí)也建立起了光的波長(zhǎng)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(shù)脂中并用來(lái)模塑成型”這一方法申請(qǐng)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(qǐng)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(qǐng)；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。相信全球白光LED的市場(chǎng)與生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，將會(huì)從2010年出現(xiàn)重大改變，因?yàn)閺?990年開(kāi)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(lái)的是邁入混戰(zhàn)時(shí)期的高亮度LED產(chǎn)業(yè)。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(tái)，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(gòu)買的零配件不會(huì)有違權(quán)行為。從法律角度來(lái)看，單純聽(tīng)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(qǐng)專利律師進(jìn)行調(diào)查可以解決這個(gè)問(wèn)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。2005年以來(lái)，半導(dǎo)體照明產(chǎn)品開(kāi)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(lái)越多、市場(chǎng)規(guī)模急劇擴(kuò)大，專利關(guān)系也越來(lái)越復(fù)雜。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(méi)有使用石榴石磷光體)。當(dāng)時(shí)甚 至沒(méi)有一份真正有效的專利對(duì)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(lái)轉(zhuǎn)換顏色的美國(guó)專利也不例外，1991年Nichia通過(guò)利用熒光粉來(lái)將藍(lán)LED轉(zhuǎn)成白光的專利在美國(guó)申請(qǐng)專利而遭拒絕。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。閱讀一下專利文獻(xiàn)就可以發(fā)現(xiàn)一系列與美國(guó)專利重復(fù)甚至沖突的專利文件存在。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)。而現(xiàn)在，隨著應(yīng)用市場(chǎng)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。而中國(guó)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(tái)灣和韓國(guó)之后的下一波獲利者。如臺(tái)灣已經(jīng)是歐、美、日市場(chǎng)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(tái)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(chǎng)的25%。相信在接下來(lái)數(shù)年間，將會(huì)采取擴(kuò)大授權(quán)的策略。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。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(tái)幣的授權(quán)金，然后每個(gè)產(chǎn)品抽47%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。當(dāng)這樣的轉(zhuǎn)變對(duì)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?duì)于新興LED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(zhēng)，還可以獲得更低成本、高質(zhì)量的LED。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(huì)成為新興業(yè)者生產(chǎn)LED的捷徑。而日亞化學(xué)也針對(duì)白光LED封裝的新技術(shù)，控告了億光與Seoul Semiconductor等，而對(duì)宏齊則是提出了警告。—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(lái)訴訟風(fēng)潮。而在截至2003年以前，這些業(yè)者為了維護(hù)本身的立場(chǎng)，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(wú)端的被卷入訴訟洪潮之中。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(duì)日益薄弱的專利期限保護(hù)傘是無(wú)益的，因?yàn)樵诩扔惺袌?chǎng)下，面臨臺(tái)灣與韓國(guó)業(yè)者的猛烈攻勢(shì)，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(shì)必會(huì)面臨更艱巨的挑戰(zhàn)，此外也因?yàn)榉睆?fù)及冗長(zhǎng)的訴訟程序，間接的弱化了開(kāi)發(fā)新技術(shù)的力量。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。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。近來(lái)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。國(guó)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。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(shuō)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。Rohm即于同年12月15日向美國(guó)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(guó)第6084899與第6115399號(hào)專利，最后日亞敗給了Cree。在1999年，日亞再轉(zhuǎn)移目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)美國(guó)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。日亞挾其在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域長(zhǎng)期研發(fā)的優(yōu)勢(shì)與專利保護(hù)策略，初期很順利走向壟斷藍(lán)光LED市場(chǎng)之路，如同風(fēng)云中的雄霸一般，野心想獨(dú)吞天下。龐大的市場(chǎng)潛力，刺激著全球LED業(yè)者積極搶進(jìn)，面對(duì)市場(chǎng)成長(zhǎng)快速的白光LED，在各方面都已經(jīng)超越這