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解析白光LED芯片及荧光粉知识产权概况

          LED专利领域全球专利超过12万件,核心专利主要在国外企业手中,中国企业在技术和专利方面落后于国外企业。以LED前端为例,目前国内已授权的约470件外延专利中有超过350件是国外企业所申请,国内企业申请授权量仅有110件左右,且有部分为实用新型专利。国内已授权的芯片专利中约有7成掌握在国外企业手中,国内企业仅占3成。专利技术积累不足使得国内LED行业面临如何进行专利防御、规避专利风险等一系列问题。

  白光LED因其高效节能、绿色环保等特点而引起照明领域第三次革命,目前LED领域形成了以五大厂领先,韩国、中国台湾企业紧随其后,中国企业聚集产业中下游的格局。白光通常的实现方式可分为单晶型和多晶型,不论何种方式,芯片都必不可少,因此LED芯片的知识产权非常重要。同时,由于目前主流的白光实现方案多采用芯片加荧光粉方式实现,所以白光LED知识产权主要集中在芯片和荧光粉两个方面。

  一、白光LED芯片的知识产权概况

  制造一个白光LED芯片主要包括衬底、缓冲层、外延(功能层尤其是发光区)、芯片制造、电极等。主流衬底材料为蓝宝石和碳化硅,蓝宝石衬底技术由日亚化学开发,碳化硅衬底技术由科锐公司开发。日亚化学的蓝宝石衬底专利有JP2632239(92.06)、JP2795294(93.04)等,这些专利基本只在日本申请专利,未在其他国家和地区进行同族申请。从日亚的蓝宝石衬底专利布局来看,在日本以外的地区使用蓝宝石做衬底本身并不构成侵权。科锐公司碳化硅衬底技术的核心US5631190等在中国有同族专利授权,因此使用碳化硅衬底侵权风险极大。目前,硅衬底技术得到发展受各大企业的重视,国内在该技术上有一定专利积累,该技术的发展对国内企业规避知识产权风险有一定意义。

  缓冲层材料一般有AlN缓冲层、GaN缓冲层、SiNx缓冲层,与之对应的核心专利分别为JP2000124499、JP7312350、EP1111663,前两种材料只在日本有专利申请,后一种在日、美、欧、韩,以及中国台湾都有专利保护,但在中国大陆没有同族专利。其它如多缓冲层技术在美、欧、加、澳有专利保护,在中国也没有同族专利;超晶格阻断位错技术在美、日有专利保护,在中国没有同族专利;悬挂外延技术在美、欧、日有专利保护,中国没有同族专利。值得注意的是,横向外延过生长技术在中国有同族专利授权,因此,在缓冲层材料方面,中国市场使用以上材料做缓冲层专利风险不大。主要缓冲层技术都没在中国申请专利,因此该技术领域知识产权风险不大。

  外延功能层中发光区核心专利中除日亚化学的方形单量子阱EP1189289,科锐公司的采用非掺杂的载流子限制层在中国有同族专利授权之外,其它如普通双异质结量子阱、方形多量子阱、梯形量子阱、三角量子阱以及非对称量子阱、活性层与p型层之间加入缓冲层、采用多量子垒(MQB)做载流子限制层等专利均未在中国申请同族专利。在外延方面,国内企业会面临一定知识产权问题,但因替代方案较多所以问题不大,只要注意规避应当可以避免这方面的问题。

  芯片制造是国内企业面临知识产权问题最严重的一个领域,国际LED核心制造专利中科锐公司的US5631190等及欧司朗公司的US2002017652在中国均有同族专利,使用这些专利技术风险极大。其它如US6538302等核心专利在中国没有同族申请,使用这些专利技术专利风险不大。其它没有在中国申请同族的核心专利还有WO03026029、US2003015708等。因此,在芯片制造领域,国内LED芯片制造企业会面临较大的专利风险,国内企业应当做好该领域的专利预警分析,并做相应的规避设计,避免专利侵权。

  在电极方面,日本企业研究较早取得专利较多,日亚化学的核心专利EP0622858在中国有同族专利申请,该专利的同族在中国形成了一个由9件分案专利构成的庞大同族群,因此在电极和欧姆接触材料方面日亚化学形成了一个非常有效的保护圈,国内企业稍不注意就会对其构成侵权。日本另一家在该方面有较多专利技术的企业丰田合成的专利群JP10135515等及Lumileds的US6526082在中国均未有同族,因此国内企业应充分借鉴以上在中国没有同族专利的技术,形成有效的规避。在电极方面有一定专利风险,但只要注意规避,则专利问题不大。

  国内LED芯片知识产权风险集中在芯片制造方面,其它如衬底、缓冲层、外延、电极等方面因国际核心专利未在中国申请同族,或有替代专利未在中国申请同族等原因专利风险相对较小。

  二、白光LED荧光粉的知识产权概况

  总体而言,白光LED荧光粉专利技术主要掌握在日亚、丰田合成等一些国外主要企业手中。目前国内只有少数荧光粉企业如有研稀土、江苏博少数几家能提供具有专利保护的荧光粉。

  早期流行的荧光粉如YAG粉和LuAG粉的上位发明专利为日本日亚化学所有,专利号:US5998925,优先权日:1996年7月29日。TAG粉的专利为德国欧司朗所有,专利号:US6669866,优先权日:1999年7月23日。以上荧光粉专利权要到2017年才到期。

  硅酸盐荧光粉等也会有专利问题,正硅酸盐荧光粉最早的专利是通用电气于1998年11月30日申请美国专利US6429583。随后,德国欧司朗申请了SrBaSiO4:Eu2+专利,美国专利号:US7064480,优先权日为2000年7月28日。接着,德国布赖通根荧光灯厂,日本丰田合成和奥地利锐高申请了含Sr、Ba和Ca的正硅酸盐荧光粉专利,美国专利号:US6809347,优先权日为2000年12月28日。Sr3SiO5:Eu2+的专利最早见于韩国化工研究院申请的专利,美国专利号:US7045826,优先权日为2003年3月28日,以上众多硅酸盐荧光粉要到2018年之后专利权才陆续到期。目前,几家主要的硅酸盐荧光粉企业已组建B.O.S.E专利家族。

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