白光LED發(fā)展歷史

白光LED發(fā)展歷史

LED是Light Emitting Diode發(fā)光二極管的簡(jiǎn)稱。此種組件，無論是信息產(chǎn)品，通訊用品還是消費(fèi)性家電制品，廣泛普遍用于各種電子回路中，通常用來做為“顯示狀態(tài)”的用途。
?? 使用紅光、綠光或藍(lán)光二極管的產(chǎn)品，市面上可以說四處可見。但是使用白光的發(fā)光二極管，卻很少見，其中是不是有什么技術(shù)瓶頸？答案是科技界最喜歡使用的反 制招數(shù)。因?yàn)檫@是日亞化學(xué)工業(yè)(Nichia)的獨(dú)門專利。然而，隨著該公司專利戰(zhàn)略的不得不變更，白色光LED的市場(chǎng)面以及性能面，有機(jī)會(huì)演起一場(chǎng)大變 格的戲碼。市場(chǎng)面的首要沖激變革，即是供給體制的變化。當(dāng)有更多的競(jìng)爭(zhēng)者，進(jìn)入角逐之戰(zhàn)場(chǎng)以后，我們可以預(yù)期至少會(huì)發(fā)生幾件事情。其一，自然是價(jià)格會(huì)滑落 到一定的合理水平。其二，可以大量的交貨，滿足市場(chǎng)的需求。其三，品種的種類豐富化。如果以上的推斷邏輯成立的話，那么，白色光LED的市場(chǎng)擴(kuò)大延伸，必 然會(huì)呈現(xiàn)加速度的上升曲線。
?? 日亞中村秀二倒戈 掀起藍(lán)光、白光LED專利權(quán)大戰(zhàn)
?? 說到白色光LED，必須延伸說到藍(lán)光LED。而談到藍(lán)光LED，這又與日亞化學(xué)工業(yè)的專利世紀(jì)大戰(zhàn)，有密不可分的影響關(guān)系。至于，白色光LED以及藍(lán)光LED，又是存在怎樣的你濃我濃的依存關(guān)系，稍后再來說明。
?? 有意思的是，這場(chǎng)專利世紀(jì)大戰(zhàn)的情節(jié)，直逼連續(xù)劇般地劇情變化，人事物地俱足，高潮迭起。情節(jié)的主軸有二，其一，是專利權(quán)本身的戰(zhàn)役。其二，是幕后的偉大 發(fā)明家中村秀二(Shuji Nakamura)先生，琵琶別抱，在勁敵日亞化學(xué)Cree公司從事兼職的研究工作，帶領(lǐng)Cree開發(fā)不同于日亞的藍(lán)光LED技術(shù)，向其老東家挑戰(zhàn)。
?? 說起日亞化學(xué)工業(yè)(Nichia)一向是以專利壟斷之戰(zhàn)略壟斷藍(lán)光LED市場(chǎng)。何以，來個(gè)戰(zhàn)略的乾坤挪移呢？實(shí)際上，日亞化學(xué)工業(yè)也是被目前的時(shí)勢(shì)所逼， 而不得不重新檢討策略上的運(yùn)用。日亞化學(xué)工業(yè)在1993年時(shí)成功地開發(fā)出藍(lán)光LED，據(jù)稱，其所擁有之相關(guān)專利就超過100件以上，而該公司為了達(dá)完全壟 斷藍(lán)光LED市場(chǎng)的企圖霸心，即運(yùn)用了堅(jiān)守專利的策略，悍然拒絕將該專利授權(quán)給其它任何的廠商 ，設(shè)下進(jìn)入市場(chǎng)的專利障礙。日亞挾其在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域長期研發(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，成也風(fēng)云，敗也風(fēng)云。
?? 舉個(gè)實(shí)際的發(fā)生例子而言，當(dāng)1998年競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手豐田合成(Toyoda Gosei)的氮化物(Nitride)高亮度LED產(chǎn)品在市場(chǎng)上一推出時(shí)，日亞就向東京地方法院提起訴訟，指控豐田合成侵害其藍(lán)光LED專利。后來，此 案做出裁決，東京地方法院判決專利侵權(quán)的案件成立，命令豐田合成公司停止制造與銷售其LED產(chǎn)品，并賠償1億日元給日亞化學(xué)。而對(duì)此一判決，豐田合成已經(jīng) 提起上訴。
?? 第二個(gè)實(shí)際的案例，發(fā)生在1999年，日亞再轉(zhuǎn)移目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)美國的知名藍(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。一場(chǎng)橫跨美、日兩地的藍(lán)光LED世紀(jì)專利大戰(zhàn)，就從上一個(gè)世紀(jì)末延續(xù)打到了新世紀(jì)，而日亞的藍(lán)光LED壟斷之路，越走越崎嶇，終究初嘗敗績(jī)。這 項(xiàng)判決實(shí)在具有重大的實(shí)質(zhì)意義，一來因?yàn)檫@表示其它的競(jìng)爭(zhēng)者有機(jī)會(huì)可以進(jìn)入藍(lán)光LED的市場(chǎng)，而不至于侵害日亞化學(xué)的專利 二來，以專利傘獨(dú)霸的招式，證明不是萬靈丹。
?? 從這幾個(gè)案例，大家也可以不用付出任何高昂學(xué)費(fèi)， 學(xué)到一些寶貴的教訓(xùn)， 他人是如何踢到鐵板，又是如何利用招式來面對(duì)不利的局勢(shì)。此事證明了任何堅(jiān)固如盤石一般的專利布局戰(zhàn)略，其它廠商也不是完全沒有機(jī)會(huì)，可以繞過專利地雷自 行開創(chuàng)新的局面。這就需要仰賴智能與技術(shù)的結(jié)晶。
?? 白色光LED 2003年出貨可達(dá)12億顆
?? 若是從性能層面來思考，要去專注的重點(diǎn) ，不外乎“發(fā)光效率”以及“輝度量度”的特性問題。依據(jù)推斷，“白光”LED要直逼日光燈的發(fā)光效率，可能要到2004年，或提前或延后，這都不是問題， 重點(diǎn)是照明器具業(yè)者、信息業(yè)者、通訊業(yè)者，大概已經(jīng)留意到白色光LED的潛力，過去被視為“罕見的零件”將洗心革面變成普通的泛用組件。
?? “光效率”的提升，所帶來多品種的“白光”LED，恰巧可以迎合攜帶電話機(jī)、PDA、以及照明器材的龐大市場(chǎng)。尤其是攜帶電話機(jī)與照明器材，會(huì)因?yàn)槠渚薮?的成長，帶來“白光”LED無限的商機(jī)。2001年的使用量，約有2億個(gè)，2002年估計(jì)有62億個(gè)的使用量。預(yù)估2003年可能有機(jī)會(huì)急速擴(kuò)大到12億 個(gè)，單價(jià)的滑落，當(dāng)可預(yù)期。
?? 我們用量化的數(shù)據(jù)，來看“白光”LED的究竟。白熱燈泡的發(fā)光效率，約落在16lm/W左右，而最常用的日光燈，其發(fā)光效率則是從60lm/W(20瓦的 直立式燈管)到100lm/W(40瓦的直立式燈管)。辦公室或是在學(xué)校的場(chǎng)合，大多是100lm/W的日光燈，而在家庭室內(nèi)的場(chǎng)合 ，60lm/W程度的發(fā)光效率，該是可以接受的范圍。
?? 而目前的“白光”LED的發(fā)光效率，可以看到30lm/W的產(chǎn)品。由此可見，白光LED的發(fā)光效率，還有一段路要走。如果觀察日亞化學(xué)以及豐田合成的技術(shù) 規(guī)劃藍(lán)圖，所采用的手段，會(huì)從外部發(fā)光效率一路延伸到內(nèi)部發(fā)光效率的兩個(gè)層面，并雙管齊下，到了2004年或2005年，應(yīng)該可以達(dá)成50～60lm/W 程度的理想范圍 。其中，在施予外部發(fā)光效率的手法上，可能會(huì)是未來的技術(shù)主流。依據(jù)豐田合成的說詞，未來開發(fā)的課題，著力點(diǎn)放在“螢光體的改良”以及“螢光體的涂敷方式 的最佳化”。螢光體的涂敷方式，還是有他的Know-how存在，Citizen電子利用混合環(huán)氧樹脂(Epoxy) 涂敷在螢光體，據(jù)稱，此種外部發(fā)光效率的手法，可以提高大約20%～30%的發(fā)光效率。至于以上所說的“l(fā)m/W”，其實(shí)就是代表每瓦多少流明的意思。
?? 白光LED將取代鎢絲燈泡 成為新世代照明用具
?? 白光LED是很多產(chǎn)業(yè)分析師或LED產(chǎn)業(yè)心目中相當(dāng)被看好的新興零件產(chǎn)品。當(dāng)然，所持的理由是，在全球能源的資源相當(dāng)有限的的憂慮背景下，白光LED在照 明市場(chǎng)的前景備受全球矚目。歐、美及日本等先進(jìn)國家也投注許多人力財(cái)力，設(shè)立專門的機(jī)構(gòu)推動(dòng)白光LED研究與開發(fā)的工作。為什么白光LED會(huì)被視為未來的 明星零件產(chǎn)品，這當(dāng)然與他的特殊優(yōu)勢(shì)或說是優(yōu)點(diǎn)，有相當(dāng)大的關(guān)系。
?? 拿白光LED與傳統(tǒng)的白熾鎢絲燈泡以及日光燈相互比較，馬上見出分曉。LED發(fā)光二極管的體積小，可以依據(jù)應(yīng)用對(duì)象，允許多顆組合 、發(fā)熱量其低無比、耗電量又小，壽命又長，而且從環(huán)保的面向來觀察的話，白光LED可以回收不會(huì)變成環(huán)境污染的廢棄物等，用來傳接傳統(tǒng)照明器具作為下一個(gè) 世代的照明器材，白光LED真是不做第二人想。其中，發(fā)熱量低、耗電量小，都是來自于它“低電壓”、“低電流”動(dòng)作的特點(diǎn)。
?? 日亞、豐田合成白光LED技術(shù)各領(lǐng)****而剛才已經(jīng)談過一個(gè)觀念。要闡述白色光LED的技術(shù)，就必須先涉及藍(lán)色光LED，這是因?yàn)槟壳鞍咨釲ED的技術(shù)， 與藍(lán)色光LED的技術(shù)息息相關(guān)的。所謂的“白光”，其實(shí)，是由多種顏色經(jīng)過混合之后而成的光?；旌系姆绞?，就構(gòu)筑成多種多樣化的白色光LED。好比說二波 長光(藍(lán)色光+YAG系黃色螢光粉)或三波長光(藍(lán)色光+綠色光+紅色光)。三波長光，通常是以無機(jī)紫外光芯片加R.G.B三顏色螢光體。
?? 在發(fā)光的技術(shù)方面，白光LED的發(fā)光結(jié)構(gòu)方式是新加入戰(zhàn)場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)者，在產(chǎn)品上加以區(qū)隔的重心之一。目前的主力大致有幾種。一個(gè)是日亞化學(xué)(Nichia)以 460nm波長的藍(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。其次，是日本住友電工開發(fā)出以ZnSe為材料的白光LED，不過發(fā)光效率較差。
豐田合成(Toyoda Gosei)與東芝所共同開發(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。因?yàn)?，藍(lán)光LED與螢光 體的組合方式 ，當(dāng)照在紅色物體的時(shí)候，其紅色的色澤效果比較不理想。紫外光LED與螢光體組合可以彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，但是，其發(fā)光效率卻仍低于藍(lán)光LED與螢光體組合的方 式。至于價(jià)格與產(chǎn)品壽命，兩者差距不大。簡(jiǎn)單的來說，用四個(gè)面向來比較白光LED的差異，不失為一個(gè)標(biāo)性的方法。這四個(gè)面向，分別就是“色澤表現(xiàn)能力” ，“發(fā)光的效率”，“產(chǎn)品的成本與售價(jià)”，“產(chǎn)品的使用壽命期間”。
?? 專利解除 大開LED普及應(yīng)用之門
?? 白光LED的最龐大市場(chǎng)商機(jī)，即在于照明器材的市場(chǎng)。其中的關(guān)鍵，筆者推斷可能與機(jī)器中平均所使用的白光LED數(shù)量有密不可分的關(guān)系。先從大哥大手機(jī)來說 起，即使攜帶電話機(jī)的市場(chǎng)規(guī)?？梢赃_(dá)4億臺(tái)，但其白光LED的使用數(shù)量，每一支手機(jī)卻僅有個(gè)位數(shù)的少數(shù)幾顆 。以PDA個(gè)人數(shù)字助理來說，每一臺(tái)使用白光LED的數(shù)量也可能低于十顆，即使成熟又成長快速的筆記型計(jì)算機(jī)以及液晶顯示銀幕，每一臺(tái)所采用白光LED的 數(shù)量，也不會(huì)超過100粒。然而，照明機(jī)器所使用的白光LED的數(shù)量，卻龐大許多許多。而且，照明器材的市場(chǎng)規(guī)模，本來就超越信息產(chǎn)業(yè)。因此，白光LED 的制造數(shù)量與生產(chǎn)能力的拉升，看來是箭在弦上。
?? 目前白光LED的關(guān)鍵技術(shù)是LED技術(shù)，專利權(quán)過去掌握在日亞化等少數(shù)廠商手中，日亞化學(xué)(Nichia)的專利獨(dú)家壟斷，讓白光LED的價(jià)格與供應(yīng)完全 由他支配，導(dǎo)致精于量產(chǎn)的業(yè)者切入困難。誠如前面所說過，但技術(shù)的演進(jìn)一旦突破日亞化的專利網(wǎng)，目前白光LED所受制的推廣困境，應(yīng)當(dāng)能夠顯著改善，并賦 予高度的期待。
?? 姑且如此說，算是本文的小小結(jié)語吧！白光LED的時(shí)代，大門即將開啟。白光LED的貢獻(xiàn)者，中村秀二，被媲美愛迪生發(fā)明電燈泡的二十世紀(jì)末的偉大發(fā)明家。 然由于橫跨兩個(gè)世紀(jì)的專利戰(zhàn)，終于讓這個(gè)門為眾生漸漸開啟，意思是說，競(jìng)爭(zhēng)者會(huì)陸續(xù)加入，價(jià)格滑落之快 ，可以預(yù)期。畢竟白光LED的優(yōu)點(diǎn)(包含環(huán)保) ，用于照明器材，幾乎是Perfect。由于眾廠家集中火力“發(fā)光效率”以及“輝度量度”的提升，因此，一堆人視為省電照明器材的救世主 。