在全球气候环境变迁以及能源缺乏等警讯不断被提出讨论时,环保意识抬头,节能减碳已不再只是个口号,强调永续能源发展的绿能产业成为目前相当热门的话题。
最常在日常生活中接触到的绿能产业相关技术之一便是LED相关产品了,触手可及的LED应用产品包括手电筒、红外线遥控器、手机、居家照明以及作为各类信息产品的指示灯,户外应用产品则包括交通号志灯、户外看版、车用照明等。LED全名「light emitting diode」,中文一般称为发光二极管。一般来说,LED是包含半导体材料的发光组件,其发光的基本原理,是藉由提供极小的电流在两个电极端子间施加电压,经由电子、电洞的结合,将能量以光的形式激发释出。藉由不同材料会产生不同波长光线的特性,再配合荧光粉或其它封装方式等设计,便可调整LED组件所产生光线的颜色与色域。
LED具有寿命长、低耗能、可靠性高、适合量产、体积小及反应快等优点。以作为照明光源而言,与目前仍普遍被用来作为居家照明的白炽灯和省电灯泡的比较可参考表一。若以其它应用而言,例如生技医疗、显示器背光源、信息及光通讯产品等,LED更是扮演了不可或缺的角色。
表一 LED与白炽灯和省电灯泡的特性比较 |
照明光源种类 |
LED |
白炽灯 |
省电灯泡 |
消耗电力(W) |
6-8 |
54 |
10-13 |
寿命(小时) |
40000 |
1000 |
6000-13000 |
效率(lm/w) |
暖白48-65.2
冷白74.7-82.6 |
15 |
62.3-67.5 |
价格 |
单价高 |
价格低 |
价格中等 |
特点 |
低耗电
寿命长
指向性高 |
演色性佳
寿命短
低效率 |
省电
有环保疑虑
(废弃物含汞) |
资料来源:工研院IEK |
目前LED单价较高的主要原因之一,是因为生产LED的一些核心技术仅被少数科技大厂所掌握。例如日本的日亚化学所握有的专利权,包括MOCVD磊晶技术与制造白光LED所需的YAG荧光粉专利权,日亚化学便藉此以箝制其它竞争厂商的研发。若其它厂商欲生产白光LED,为了取得这些核心技术专利的授权,便必须支付高额权利金,因此造成白光LED应用产品的成本高居不下。随着LED的核心专利将陆续到期,各厂商也一直在追赶日亚化学的技术,因此未来LED产业的领导厂商是否会重新洗牌,其中的关键点也包括谁拥有较强的专利技术。
为了能概略了解各国家与LED厂商的专利申请趋势,本篇文章先以PCT申请案为检索对象,进行历年来LED申请案的分析统计。在WIPO网站的检索网页PATENTSCOPE®中,勾选PCT数据库,在「Front Page」字段(检索范围包括申请案标题、摘要和书目数据等)中输入检索关键词LED* OR (light emitting diode*),并设定IPC国际分类码为:F21K 99/00、F21L 4/02、H01L 33、H01L 51/50及H05B 33/00(IPC分类说明请见本文备注),共检索得到4037篇已公开的专利申请案,结果分析整理如下。
一、年份申请量
(1)申请日年度
检索日期为2011/5/23,表中年度为PCT申请案的申请日所属年度,值得注意的是,由于部分2010年申请的PCT申请案在本次检索时间点并未公开,因此虽然由目前检索结果来看,似乎2010年的申请案数量较少,但此数据并无法能充分反应2010年申请案的实际数量。
表二 PCT申请案申请年度统计表 |
年度 |
1981 |
1982 |
1983 |
1984 |
1985 |
1986 |
1987 |
1988 |
1989 |
1990 |
数量 |
1 |
1 |
1 |
1 |
5 |
3 |
1 |
4 |
2 |
5 |
年度 |
1991 |
1992 |
1993 |
1994 |
1995 |
1996 |
1997 |
1998 |
1999 |
2000 |
数量 |
8 |
10 |
9 |
9 |
29 |
24 |
39 |
39 |
64 |
96 |
年度 |
2001 |
2002 |
2003 |
2004 |
2005 |
2006 |
2007 |
2008 |
2009 |
2010 |
数量 |
143 |
164 |
207 |
277 |
386 |
453 |
499 |
504 |
563 |
490 |
图一 PCT申请案的申请量对申请年的曲线图
由PCT专利案申请年度来看,自1981年到2009年,LED专利的整体走势是不断增加的,其中申请量的成长仅在2008年有稍微停滞,笔者判断其原因之一应是受金融海啸所影响,但当年度的申请量仍然很高。由曲线图可知,从1999年开始,申请量便开始快速成长, 2001年的申请量已经超过1999年的申请量,2004年则为1999年申请量的4.3倍,2009年申请量更成长为将近8.8倍。
(2)公开日年度
检索日期为2011/5/23,表中年度为PCT申请案的公开日所属年度。由于检索时间点为2011年5月,因此2011年目前的专利公开量仅供参考。
表三 PCT申请案公开年度统计表 |
年度 |
1982 |
1983 |
1984 |
1985 |
1986 |
1987 |
1988 |
1989 |
1990 |
1991 |
数量 |
2 |
0 |
1 |
3 |
5 |
1 |
2 |
4 |
3 |
6 |
年度 |
1992 |
1993 |
1994 |
1995 |
1996 |
1997 |
1998 |
1999 |
2000 |
2001 |
数量 |
12 |
5 |
9 |
15 |
31 |
30 |
35 |
48 |
69 |
119 |
年度 |
2002 |
2003 |
2004 |
2005 |
2006 |
2007 |
2008 |
2009 |
2010 |
2011 |
数量 |
152 |
199 |
213 |
286 |
420 |
471 |
504 |
537 |
590 |
265 |
图二 PCT申请案的申请量对申请案公开年的曲线走势图
由PCT专利案公开年度来看,从2000到2001年开始,便呈现不断向上攀升的趋势,且2006年公开量为420件,更较2005年的286件大幅增加。
二、申请人:
由前述检索结果,分析主要申请人(第一申请人)数据,申请量最多的前十大申请人统计表如下。
表四申请人申请量统计表 |
排名 |
申请人 |
申请数量 |
1 |
KONINKLIJKE PHILIPS ELECTRONICS N.V. |
299 |
2 |
OSRAM OPTO SEMICONDUCTORS GMBH |
126 |
3 |
CREE, INC. |
97 |
4 |
3M INNOVATIVE PROPERTIES COMPANY |
90 |
5 |
SHOWA DENKO K.K. |
88 |
5 |
PHILIPS INTELLECTUAL PROPERTY & STANDARDS GMBH |
88 |
7 |
SHARP KABUSHIKI KAISHA |
67 |
8 |
OSRAM GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG |
58 |
8 |
IDEMITSU KOSAN CO., LTD. |
58 |
10 |
SEOUL SEMICONDUCTOR CO., LTD. |
42 |
10 |
EASTMAN KODAK COMPANY |
42 |
由于排名第10位的申请人有两位,具有相同的申请数量,因此上表实际列出共十一个申请人。由前十大申请人所在区域来看,欧洲申请人的申请量有571件,美国有229件,亚洲区有255件,因此欧洲主要申请人的申请量已超过美加与亚洲一倍以上。
三、申请人国别
检索日期同样为2011年5月23日,根据申请人登记国籍作为检索条件,以下仅列出申请量超过100件的国家:
表五 PCT申请案申请人国籍申请量统计表 |
国家 |
美国 |
日本 |
德国 |
新西兰 |
韩国 |
英国 |
意大利 |
奥地利 |
申请量 |
1133 |
1060 |
676 |
536 |
360 |
309 |
164 |
105 |
图三 申请人国籍对应申请量的柱形图
由统计图表可知,检索到的LED相关案件,申请人登记以美国国籍者的申请量最大,次者为日本,再次者为德国,然而,德国的申请量与美、日皆有相当的距离。需注意的是,由于并非限定仅以第一申请人的国籍为检索条件,且同一申请案可能有不同国籍的多个申请人,因此上表所统计的各国申请人申请量总和超过4,037件。
结语
本次检索是以PCT案为检索对象,初步了解目前LED技术申请案在PCT申请的布局状况,若需了解各申请案的IPC主要分类统计、次分类的详细布局以及是否进入国家阶段取得专利权等的详细资料,则尚须进一步统计分析。此外,对于申请人以其本国作为第一专利申请国的资料并未纳入本次数据分析中,例如,如果分别对主要技术国的专利局的申请数据进行检索,例如以普遍被认为是LED技术领导国家之一的日本专利局进行资料统计与分析,相信其结果将会有另一番的不同风貌。若要更详细了解各国家与区域的申请状况,则建议将主要检索对象区分成欧、美、日、韩及中国,检索例如申请人国籍与第一申请国别等资料,再进行统计分析。
此外,若要细究LED申请案的申请内容,更可深入探讨申请案欲解决的问题及技术解决方案,前者举例如改善照明光特性、改善经济效率及小型化等,后者举例如藉由光学技术、散热技术及组件技术等以改善当前技术问题,透过不同技术内容的分析,也可了解各国家区域及申请人的主要技术优势与重点。
地球只有一个,持续研发及推广环保科技已逐渐成为各国家的主要政策之一,衷心盼望台湾的科技产业,也能在这关键的年代中一同参与,并在守护地球的角色中占有重要的一席之地。
附注:
文章中主要IPC分类的内容如下
F21K |
其它类不包括的光源 |
2/00 |
使用荧光的光源 |
5/00 |
应用充填可燃材料的光源,例如照明闪光装置(炸药或热剂组合物见C06B;烟火见F42B4/00;照相的闪光设备见G03B15/03) |
99/00 |
本次类各目中不包括的技术主题 |
F21L |
发光装置或其系统,便携式或专门适用于移动者(燃烧器见F23D)
(1)本次类包括设计的装置或系统用于或专门适用于携带的装置或系统,如用手,或用不同的方法四处移动,如在附有轮子的支撑物上,以便在需要时或在需要处提供照明。
(2)本次类不包括预定用于固定安装的装置或系统,如:车辆灯具,或基本上用于不变的位置,而这些系包括于次类F21S。
(3)仅适用非电光源的非电照明装置列入17/00-26/00。 |
4/02‧ |
具备两个或更多个光源特征的 |
H01L |
半导体装置;其它类目不包括的电固体装置(半导体装置于测量方面的应用见G01;一般电阻器见H01C;磁体,电感器,变压器见H01F;一般电容器见H01G;电解装置见H01G9/00;电池组,蓄电池见H01M;波导,谐振器或波导型线路见H01P;线路连接器,集电器见H01R;受激发射装置见H01S;机电谐振器见H03H;扬声器,麦克风,留声机的拾音器或类似音响机电转换器见H04R;一般电光源见H05B;印刷电路,混合电路,电设备的结构零部件或外壳,电气组件组件的制造见H05K;于具有特殊用途的电路内半导体装置的应用见应用方面的次类) |
33/00 |
至少有一个电位能障或表面能障的专门适用于光发射的半导体装置;制造或处理此等半导体装置或其部件所特有的方法或设备;此等光导体装置的零部件(H01L 51/50优先;由一个公共基板中或其上形成的多个半导体组件并包含至少有一个电位能障或表面能障的半导体组件组成的装置,专门适用于光发射见27/15;半导体激光器见H01S 5/00) |
51/50‧ |
专门用于光发射,如有机发光二极管(OLED)或聚合物发光装置(PLED)(有机半导体雷射见H01S 5/36) |
H05B |
电热;其它类目不包括的电气照明(专用设备见有关分类位置,例如:A47J,B21J,B21K,C21,C22,C23,F21,F24,F27) |
33/00 |
场致发光光源(放电灯见H01J61/00至65/00;适用于光发射的至少有一个特定跳变势障或表面势障的半导体装置见H01L 27/15、H01L 33/00;有机发光器件见H01L 27/32、H01L 51/50;雷射见H01S 3/00、H01S 5/00;组成成分本身见有关次类) |
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