LED封装领域专利技术分析及预警研究

张 涛,范广涵，许毅钦，贺龙飞，喻晓鹏，熊建勇

(华南师范大学光电子材料与技术研究所，广东省微纳光子功能材料与器件实验室，广东 广州 510631)

引言

LED封装技术属于LED制造流程的后段。LED在制作完成了高亮度GaN管芯之后，还需经磨片、抛光、划片、裂片、焊接、涂敷荧光材料及填充树脂等后步封装工艺，才能得到具有良好光学、热学和可靠性的LED器件和模块。

LED封装技术可按两大类别进行细分，分别为封装工艺与结构、封装原材料。封装工艺与结构如图1所示；封装原材料如图2所示。

图1 封装工艺与结构Fig.1 Packaging process and structures

图2 封装原材料Fig.2 Packaging materials

本文按上述两种类别对LED封装技术专利进行分析，并深入分析两种LED封装重点技术专利和一种核心技术专利。

本次检索工作基于以下两个数据库：广东省专利信息服务平台的国家知识产权局全领域代码化专利数据库和THOMSON的DWPI数据库。其中，全球专利数据检索基于THOMSON中Patent Search模块，核心专利分析基于THOMSON中Citation Map模块，中国专利数据检索基于广东省专利信息分析系统中的广东局资源站点平台。

本文全球专利申请检索时间：1960年1月1日到2011年12月31日，中国专利申请检索时间：1985年1月1日至2011年12月31日。

1 LED封装技术专利态势分析

1.1 全球、中国LED封装专利申请统计表

表1 LED封装专利申请量统计表 单位：件Table 1 A statistics table of LED packaging patent application

1.2 LED封装技术原创国专利申请分析

如图3所示，中国、日本、美国、韩国各主要技术原创国关于LED封装技术的专利申请于1991年前后陆续开始，在随后20年里，涉及到LED封装的专利申请量一直保持增长势头。

日本从1995年开始，就已经呈现出比其他国家明显的优势，并且一直持续上升，在2005年左右申请量达到了高峰，技术已趋于成熟；美国在2005—2007年期间申请量陡增，这可能与美国的SSL计划为核心的一系列LED产业政策密不可分；2004年起，中国开始重视LED封装技术，增长速度明显快于其他国家，专利申请量位居第一。

图3 LED封装技术原创国历年专利申请量分布(不含同族专利数据)Fig.3 Distribution of LED packaging technology patent applications throughout the years for the original countries (excluding kin patent data)

2 LED封装技术领域的研究热点和重点技术

2.1 研究热点

从表2可以看到，在全球范围内的LED封装技术中，申请量靠前的IPC分类领域为H01L(适用于光发射半导体器件及其部件的制作方法、固体器件等)、C09K(含有机发光材料、含无机发光材料、含稀土金属等)、H01J(电极的、磁控装置的、屏的零部件及其设置或间隔，通用于两种以上基本类型的放电管或灯的零部件等)、F21V(照明装置内或上面电路元件的设置、 冷却或加热装置、光源或灯架的固定等)，其内容主要涉及LED封装的原材料和封装工艺与结构等方面，由于上述对于LED的质量和性能有着重要影响，因此在以后的研究中也应作为重点关注的内容。

表2 各原创技术国和广东省的IPC构成对照表(不含同族数据)Table 2 The IPC composition table of the original countries and the Guangdong province (excluding kin data)

对中国、日本、美国和韩国专利申请的IPC分布情况分析中可以得出：各国对于上述四个领域的侧重稍有不同，日本、美国和韩国的申请量在H01L领域最多，其次是C09K领域；中国的申请量在H01L领域最多，其次是F21V领域，值得注意的是中国在H01L和C09K两个热点领域的研究总量仅为34%，远远低于其他国家。可见，中国在该项技术上的研究重点还相对分散，不够集中，尤其是C09K领域，各国在该领域的涉及均不低于8%，而中国仅为5%，研发关注度远远低于其他各国水平。目前而言，研制优质的散热、荧光粉等原材料是LED发展的关键，因此C09K涉及到LED封装中的重点技术，对LED封装的发展有重要影响。

表3 国际重点企业的IPC构成对照表(不含同族专利数据)Table 3 The IPC composition table of the key enterprises in the world (excluding kin patent data)

如表3所示，各申请人在技术上的研究方向有如下特点：(1)四位申请人的专利申请主要集中在H01L领域；(2)韩国的两家公司三星和LG的研究领域相对集中，仅H01L和C09K两个领域就占据了80%以上，而松下公司的研究方向相对广泛，在各技术分支上的分布相对均衡；(3)新加坡晶圆代工业者公司在F21V领域的研究比重较大。

由于上述企业可能会影响该领域的研发方向和技术更新，因此，国内企业对其应保持高度关注。

2.2 重点技术

2.2.1 表面贴片式封装(以下简称SMD)

本文共检索到全球SMD相关专利申请1278件(去相同专利号)。其中日本专利申请341件，数量占全部SMD封装专利申请的26.68%，紧跟其后是美国，专利申请数量是293件，占总量的22.93%，排在第三位的是中国，占总量的14.95%。通过分析表面贴片式封装SMD专利持有人的专利数量排名可以知，排名第一的是日本日亚公司，其专利申请量为55件，占总量的8.65%，其次是德国欧司朗，申请量为52件，占总量的8.18%。从专利IPC分类来看，SMD封装技术专利主要集中在H01L003300。

HEWLETT PACKARD公司于1999年申请的专利(申请号US1998144744A)先后被引证了321次，该专利公开了多层荧光粉的SMD封装结构，第一次把芯片与荧光粉层隔开，且能保证发出稳定均匀的白光。CITIZEN ELECTRONICS公司于2000年申请的专利US2000654262A公开了一种SMD封装结构，该结构表面含有紫外吸收材料，能有效防止外部紫外光对环氧树脂透镜老化作用，该专利被引用了114次。SIEMENS公司申请的专利US1988144370A公开了LED表面贴装的标准化部件，此专利被先后被引用了111次。另外，SOLIDLITE CORP申请的专利US2001973777A，该专利公开了一种含有硅片和金属镀层的SMD封装。

本文共检索到国内SMD封装技术专利申请255件，其中发明专利申请83件，占总数的32.5%；实用新型172件，占总数的67.5%。国内SMD封装专利的IPC分类主要集中在以下三个主题：(1) 适用于光发射半导体器件及其部件的制作方法、固体器件等(H01L003300)；(2) 照明装置的系统(F21S200)；(3) 准备固定安装的的装置(F21S8/00)。

2.2.2 倒装封装重点专利技术分析

本文共检索到全球倒装封装专利申请1278件(去相同专利号)。它是目前LED发展的一个趋势，美国是这一技术全球研究活动最活跃的国家，也是相关专利申请数量最多的国家，全球约28%的上述领域专利为美国申请，专利申请数量为223件；排在第二的是日本，专利申请数量为152件，占全球总申请量的19.41%。排在三四位的分别是中国和中国台湾地区，分别占全球总申请量的14.56%和13.03%。从专利持有人的角度来看，三星是拥有倒装封装技术最多的公司，第二位是荷兰飞利浦，第三位是美国科锐，第四是日本丰田合成。

通过分析倒装封装技术专利的被引用次数情况，被引用数量排前十的专利均是由美国申请人申请，其中被引用次数最多的是2000年美国通用公司申请的专利(申请号：US2002146550A)，该专利介绍了一种通过使用倒装封装的方法增加光提取效率；专利被引用数量排第二的是2002年美国Peregrine Semiconductor Corporation申请的专利(申请号：US2004990208A)，该专利介绍了一种倒装封装的光电集成系统；排名第三的是美国摩托罗拉公司于1996年申请的专利US1996588470A，介绍了一种LED显示屏倒装的封装与制造方法。

倒装封装技术的专利持有人均是全球LED知名企业，可见倒装封装技术备受关注。从技术上分析，通过采用倒装封装技术，可以增加LED的光萃取效率，有效缓解高注入电流密度下的产生的散热问题等，该技术是LED封装的重要发展方向之一。国内拥有倒装封装技术专利数量优势的是广州晶科电子和广州南科。

垂直结构也是目前正在研发中的新型LED结构；在封装环节也将产生新的结构和工艺技术；但是专门涉及的专利量还不算多，所以这里没有列为“重点技术”加以分析。

3 核心技术专利分析及预警

本课题组在封装技术中选择了最为核心的部分——散热，对其深入分析。在专利分析过程中，根据各相关专利文献的被引用情况、同族专利数量、权利要求项数量以及申请人等情况进行科学排序，挑选出全球专利前1200篇和广东省前600篇专利文献进行阅读、讨论和筛选。经多次重复筛选、对比得出全球LED封装核心专利和广东省LED封装核心专利20件，这些专利涵盖了LED器件结构的设计和LED用新型散热材料的制备和选择(见表4)。对中国LED封装领域形成专利壁垒的专利列表见表5。

表4 LED封装核心专利列表Table 4 LED packaging core patent list

续表

表5 对中国LED封装领域形成专利壁垒的专利列表Table 5 A patent list of the patent barriers to China in the LED packaging field

4 结语

日本、美国在该领域起步较早，已积累了一些成熟的技术，这些技术可供中国LED产业参考。目前，中国在LED封装领域的申请专利数量领先，但实用新型的申请专利量远高于发明专利的申请量。

全球排名前十的有飞利浦、三星、科锐、LG、松下等知名厂商，总共申请了5263件专利，这些申请人将是未来封装领域中中国的主要竞争对手。

中国申请人排名前三位的是中国台湾的亿光电子工业股份有限公司、宏齐科技股份有限公司和一诠精密工业股份有限公司，分别占中国前十申请总量的18%、13%和11%，台企在封装领域仍然是强有力的竞争者；在中国大陆前十名的申请人中，广东省占据三名，均为企业，申请数最多的是鹤山丽得电子实业有限公司，占10%，在封装领域有一定的实力和竞争力。

国外在LED封装方面的研发力量不仅仅是集中在结构上面，而且对封装材料也有大力的研究，包括环氧树脂、导热胶、硅胶和荧光粉等，这些原材料的好坏都极大的影响着一个LED封装成品质量的好坏。而我国主要集中在LED封装结构的设计上，当要用到某种更好的材料时，就受制于人。因此，在未来的发展中，中国应该适当的注意扩展研究领域，争取在封装原材料方面投入研究力量，加强弱势领域的发展力度，增强我国封装的核心技术。

国外在封装工艺与结构上面的申请重在质量，一旦有高质量的专利，他们便会通过PCT等渠道向各个国家进行同族专利的申请，而中国便是他们的主要目标市场，从国内现今大多数热电分离的结构都是仿飞利浦流明的结构专利可以看出，对于中国，在结构方面的申请数量很大，但是却没有走向世界，从某些角度可以看出其对于自身专利质量的不自信，模仿多于原创。

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