白光LED用硅酸盐系列荧光粉的专利分析

刘玉柱 徐会兵 刘荣辉 赵春雷 刘元红 胡运生

北京有色金属研究总院，稀有材料国家工程研究中心，有研稀土新材料股份有限公司

1 前言

　　发光二极管（简称：白光LED）因其能耗低、色彩还原性好、绿色环保以及长寿命等诸多优势，已经在照明和显示方面的到了广泛应用。对于白光LED用硅酸盐荧光粉而言，该体系种类复杂。专利数量多，且在白光LED用荧光粉中占据重要地位，其技术革命可能带动整个LED行业的发展，因此，了解硅酸盐荧光粉目前的专利分布情况，对于把握荧光粉目前的主流技术以及追踪和掌握市场动向及未来发展趋势至关重要。

　　本文以白光LED用含有M、Si、O、Ce/Eu的硅酸盐荧光粉为主要研究对象，通过对专利文献著录项目数据和核心技术内容的统计，得到白光LED用硅酸盐荧光粉的全球专利申请趋势、专利产出国家/地域分布情况、专利申请目标国家/地域比例情况以及硅酸盐荧光粉的专利申请技术分析等，在此基础上做进一步总结，以期望对我国白光LED用荧光粉行业的发展提供一定的参考和借鉴。

　　本文对专利申请检索的戒指日期为2013年12月31日，对检索数据库包括德温特世界专利索引数据库、中国专利检索数据库等。

2 全球专利申请情况

　　硅酸盐荧光粉体系繁多，原理来源丰富，制备方法简单，是LED用荧光粉重要的可选基质材料之一。本文涉及的硅酸盐荧光粉主要是含有M、Si、O、Ce或 Mn 或Eu（其中M 为M g、Ca、S r、Ba）的荧光粉。为了对全球专利申请情况有一个全面的了解，我们详细检索了从20世纪60年代硅酸盐荧光粉诞生之初到2013年世界各国申请的专利。

　　检索到最早的硅酸盐荧光粉专利技术出现在1966年，主要应用在显示器方面，之后，硅酸盐荧光粉研究的大幕逐渐拉开，在1966~2000年之间的硅酸盐荧光粉每年的申请量在10件左右波动。进入二十一世纪之后，硅酸盐系荧光粉的专利申请量进入了快速增长的通道，这主要源于1997年日亚化学发明并申请的蓝光LED芯片涂覆黄色荧光粉实现白光LED的技术，部分企业开始进行硅酸盐荧光粉的专利布局以期望在白光LED用荧光粉领域占据一席之地。相比之下，和专利制度成熟的西方国家相比，中国的专利制度起步较晚，1989年才出现了相关专利申请，且由于当时中国荧光粉技术发展缓慢，2002年之前的硅酸盐荧光粉的专利申请量一直较低，指导2003年随着科研开发力度的不断假答案才开始了迅猛的增长，并在2010年达到了申请量历史最高的60件左右。近几年来，申请；量一直保持在40~50件左右。

3 全球专利产出国家/地域分布分析

　　技术原创国是指一项技术的原始产出国，一般而言，一个国家拥有的原创技术越多，说明其在该技术领域的研发能力和技术实力越强。硅酸盐荧光粉的技术原创国所占份额排名前四位的分别是：日本、中国、韩国、美国，这四个国家的专利申请量占总量的90%左右。其中，日本作为申请量最大的国家，占比接近50%。说明日本对硅酸盐系荧光粉非常重视，且作为成功商用LED用荧光粉的国家之一，日本正咋试图通过加大对荧光粉的研发力度来巩固其在荧光粉领域的技术优势；而中国的申请虽然起步较晚，但是依靠着丰富的稀土资源以及研发力度的进一步加大，中国的硅酸盐系荧光粉专利申请可以好所示方兴未艾。

4 全球专利申请目标国家/地域比例分析

　　日本、中国、美国、韩国、欧洲、德国和中国台湾是目标国家中排名靠前的国家或地区，这反映出这些国家是大多数申请人认为重要进行专利保护盒技术垄断的重要地区，也是重要的消费市场。

　　日本作为原创技术所占比例最大的国家，也成为技术的主要输出国；在日本进行专利竞争不是太容易，日本仔硅酸盐荧光粉技术上的发达程度制约了国外技术在日本占有市场的能力。

　　中国作为最大的新兴市场，在目标国中占比仅次于日本，反映出中国庞大的市场对荧光粉企业有着强烈的吸引力；同时也反映出了虽然中国的专利事业起步较晚，但通过专利对产品进行保护仍然是企业维护知识产权的主要工具。相比之下美国的原创技术方面并不突出，但美国的市场消化能力也不容忽视，同时又依托严格和完整的专制制度，在美国通过专利制度维护权益时绝大多数企业的共识。

5 专利申请技术分析

　　目前硅酸盐荧光粉主要集中在M2SiO4:Eu2+及其固溶体；2）M3SiO5:Eu2+荧光粉及其固溶体，其中M为Ca、Sr、Ba、Mg等。上述硅酸盐荧光粉具有较宽的可调发射值波长，在蓝光或者紫外线发下可以表现出绿光、黄光以及橙光的发射。

　　正硅酸盐荧光粉最早的专利是通用电气于1998年11月30日申请的US6429583，该专利涉及M2SiO4:Eu2+正硅酸盐荧光粉，该荧光粉发射峰值波长约为505nm的绿光；随后德国欧司朗申请了（Sr、Ba）SiO4:Eu2+专利，它的美国专利号是：US7064480，优先权日为2000年7月28日。

　　2001~2005年，丰田合成、飞利浦、通用电气、英特美等相继从不同的角度申请了含Sr、Ba和Ca的正硅酸盐荧光粉专利（US6809347、US2006/0028122 、WO03/080763 JP2004285233等），其研究重点主要在于通过变化稀土掺杂离子、掺杂不同的基数离子（如Mg、AL等）。以及调整碱土金属与硅之间的比例等不同的角度来达到改善荧光粉的稳定性。韩国化工研究院于2003年3月28日发明并申请了Sr3SiO5:Eu2+荧光粉专利，美国专利号为US7045826，其中能够被469mm蓝光芯片有效激发，获得白光LED；接着，后续研究者进一步将Ba2+ 、Ca2+共掺杂到基体中取代部分的Sr，使荧光粉的发光潜能峰值波长得到有效扩展。

　　在2006年~2007年，有研稀土新材料股份有限公司通过改变硅酸盐基质组成、双掺杂或者多掺杂等方式在很大程度上改善了荧光粉的发光效率，开发的荧光粉化化学式组成为：AO·aSiO2·bAX2:mEu2+,nR3+,并提出多项专利申请，已在中国、韩国和日本获得授权。这种荧光粉的有效激发范围很宽，可发出的峰值波长在500~600nm的宽带可见光，与蓝光、紫外或紫光LED芯片匹配度高，能量转换率高。

　　大连路明发光科技有限公司在硅酸盐荧光粉领域拥有多项发明，这些荧光粉发明的专利号为：ZL200-610081355.5、EP0972815、US7998364等，采用的技术方案是：Eu和其他离子共激活的复合硅酸盐，被激活的复合硅酸盐化学组成为：aMO·bM’O·SiO2·cR:xEu-·yLn·zLv）,已经在中国、美国、日本、英国、德国、法国、中国台湾等国家和地区获得授权。该硅酸盐荧光粉发射波长在500~550nm之间，涵盖了不同事物色坐标，能够满足白光LED用荧光粉的不同需求。

　　最近几年，关于硅酸盐荧光粉的研究重点主要集中在以下几方面：1）如何改变荧光粉组成以提高其对蓝光或紫外光的吸收；2）鉴于目前白光LED超薄、高清的发展趋势，如何制备颗粒小、粒径分布窄且形貌规则的荧光粉；3）如何改善硅酸盐荧光粉的发光强度和稳定性；4）探索新型的硅酸盐荧光粉，以获得更加适合白光LED用的新体系。

6 结束语

　　半导体技术作为新兴的技术产业，仍在不断的发展和进步过程中，其飞速发展离不开关键材料荧光粉的支持。同时，半导体技术也将推动整个白光LED用荧光粉的支持，同时，半导体技术也将推动整个白光LED用荧光粉包括硅酸盐荧光粉的发展。通过上述硅酸盐荧光粉专利分析发现：①日本仔专利布局方面，以国内为主，兼顾市场国 ，值得我们学习和借鉴；②国内科研和产业脱节较为严重，专利申请量大的往往产业做得不好，产业做得好的反而忽视了专利申请与布局，应当加强基础研究与产业的结合，取长补短；③从市场角度分析，中国。美国。日本是应该重点关注并进行专利布局和市场渗透的国家，其他国家也存在不容忽视的潜在市场机会；④从技术角度分析，国内应加强硅酸盐荧光粉以及其他荧光粉核心技术的研发力度，争取在国际市场上占据一席之地，为产业可持续发展提供知识产权保障。

责任编辑：ck 来源：中国LED照明论坛论文集