發光二極體(Light-emitting diode,LED)為一種半導體電子元件,透過三價與五價的元素組成可發光的複合光源,光線的波長與顏色取決於半導體的材料種類及所加入的元素,LED相較於傳統光源有著能源轉換效率高、反應時間短及使用壽命長等優點。近年來由於白光LED技術進步及成本降低,所以LED的應用已從以往的指示燈延伸到日常照明用途。
雖然LED有較傳統光源更佳的能源轉換效率,但LED大約也只能將30%左右電能轉換為光能,其於還是轉換為熱能,而影響LED的使用壽命最大因素就是散熱效率,根據測試數據發現LED在50℃時有著90,000小時的使用壽命,隨著溫度每上升25℃時,LED的使用壽命則會減少二分之一,因此散熱的問題對於LED是很重要的一環,散熱方法有以對流原理用風扇強制將熱排出,以及在散熱材料上再鍍上高輻射傳導的奈米材料等,而傳統LED散熱做法是用鋁製散熱器進行熱傳導,藉由鋁金屬的高傳導系數與空氣接觸,以達到散熱的效果,惟目前傳導效果較鋁更佳的有鑽石、石墨烯、銀及銅等材料,但因為成本問題仍無法商品化1。本文透過關鍵字「Light-emitting diode、LED、heat dissipate*」及IPC「F21V2」等,初探全球相關LED散熱模組的專利技術佈局概況
一、全球LED散熱模組相關市場概況
近年全球LED散熱模組之相關技術生命週期(二年期)概況顯示,該技術生命週期分析出依據專利申請數量與專利申請權人數隨時間之消長,觀察LED散熱模組產業所處之技術生命週期階段,如為:技術萌芽期、成長期、成熟期或是衰退期等。
如圖一之技術生命週期概況(二年期)顯示,橫軸為專利權人的投入量,縱軸為專利件數的申請量。相關專利的研發投入量自2001-2002年開始成長,專利申請人數及專利投入量皆於2013-2014年最高,達1,991人與2,055件,客觀推論目前為成熟期。
圖一 近年全球LED散熱模組之相關技術生命周期概況(二年期)
近年全球LED散熱模組之相關專利概況如圖二顯示,相關技術的申請量整體呈現成長的趨勢,最終於2013年達到最高點,達1,615件;專利公開/公告數量於2014年達到1,773件,但至此之後逐年降低呈現下降趨勢。
(一)LED散熱模組近年專利申請與獲證資訊
全球LED散熱模組之專利申請與獲證數量如圖三所示,歷年專利申請數量約為13,979件,其中已獲證的發明專利約3,076件,獲證率約22%。
(二)全球前五大LED散熱模組之專利佈局國家或屬地
全球前五大LED散熱模組之專利佈局國家或屬地如圖四所示,其中以CN(中國)為最大屬地,占比達64.32%,其餘依序為US(美國)、KR(韓國)、TW(台灣)及JP(日本)。
二、全球LED散熱模組相關產業之佈局與所屬競爭者分析
下圖五之等高線圖相互比對,分析更細節之技術應用發展,並以高峰表示技術佈局之多寡。探勘近年專利技術的發展主要落在背光模組、排熱裝置、鋁、芯片及LED模組。
(一)相關所屬競爭者之技術佈局
根據圖六及圖七顯示投入該產業技術之標的公司,如China Star Optoelectronics Technology以紅色圓點標註,LG Innotek Co., Ltd.以綠色圓點標註,Huawei Technologies Co., Ltd.以藍色圓點標註,可看出相關標的公司於LED散熱模組相關技術之分佈概況。
(二)相關所屬競爭者之引證分析
下表顯示LED散熱模組相關領域中,產業競爭者之TOP 5平均引證分析,其中包含被引證數(Forward Citation)與引證數(Backward Citation)。以次數為基準,被引證最多者為Koninklijke Philips N.V.,為3,648次,而引證次數最多者為FOXCONN Technology Co., Ltd.,為1,669次。
表一 產業競爭者之TOP 5平均被引證/引證分析 | |||
Forward Citation | |||
Assignee / Applicant | Patent | Cited | Avg. citation |
Koninklijke Philips N.V. | 154 | 3,648 | 23.69 |
FOXCONN Technology Co., Ltd. | 364 | 3,215 | 8.83 |
Panasonic Corporation | 173 | 611 | 3.53 |
LG Innotek Co., Ltd. | 223 | 314 | 1.41 |
China Star Optoelectronics Technology Co., Ltd. | 198 | 246 | 1.24 |
表一 產業競爭者之TOP 5平均被引證/引證分析 | |||
Backward Citation | |||
Assignee / Applicant | Patent | Cited | Avg. citation |
FOXCONN Technology Co., Ltd. | 364 | 1,669 | 4.59 |
LG Innotek Co., Ltd. | 223 | 1,345 | 6.03 |
Koninklijke Philips N.V. | 154 | 1,291 | 8.38 |
China Star Optoelectronics Technology Co., Ltd. | 198 | 1,037 | 5.24 |
Panasonic Corporation | 173 | 742 | 4.29 |
三、合作專利分類(CPC3)分析
LED散熱模組相關技術中,主要CPC技術分類號多為F21V、F21Y組群,包含F21Y 2115/10、F21V 29/83、F21V 29/70、F21V 29/74及F21K 9/00。
該些技術涉及半導體元件及散熱元件等。再者,透過CPC技術分類號的分析,提供給相關技術領域研發者,可利用此分類號更有效率地縮短前案的檢索搜尋,或比較相關前案技術特徵的時間。
資料來源:各國專利局資料庫,華淵公司整理
表二 CPC技術分類號之詳細說明 | |
CPC | Definition |
F21Y 2115/10 | Light-emitting diodes |
F21V 29/83 | the elements having apertures, ducts or channels |
F21V 29/70 | characterised by passive heat-dissipating elements |
F21V 29/74 | with fins or blades |
F21K 9/00 | Light sources using semiconductor devices as light-generating elements |
資料來源:各國專利局資料庫,華淵公司整理 |
四、全球LED散熱模組之相關文獻
(一)近5年相關文獻主要涉及議題
下圖顯示近5年相關文獻(期刊/會議錄)主要研究之Top 5議題為Engineering(工程)、Material science(材料科學)、Physics(物理學)、Science technology(科學技術)、Thermodynamics(熱力學)。
(二)近5年發佈相關期刊之TOP 5國家/屬地
針對近5年發佈相關期刊之TOP 5國家/屬地中,主要以PEOPLES R CHINA (中國)為主,占39.51%。
(三)相關期刊之資訊
以下由近5年發佈之期刊中,搜尋出TOP 3引用數之期刊資料,詳如下表。
表三 LED散熱模組相關文獻一部分期刊資訊 | |
欄 位 | 文獻一 |
文獻來源 | MICROELECTRONICS RELIABILITY,52 (5): 905-911 Sp. Iss. SI MAY 2012 |
標 題 | Heat dissipation design and analysis of high power LED array using the finite element method |
作 者 | Cheng, HH |
被引用數 | 89 |
國 家 | ENGLAND |
表四 LED散熱模組相關文獻二部分期刊資訊 | |
欄 位 | 文獻二 |
文獻來源 | IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS,27 (4): 2176-2183 APR 2012 |
標 題 | Estimation of Optical Power and Heat-Dissipation Coefficient for the Photo-Electro-Thermal Theory for LED Systems |
作 者 | Chen, HTT |
被引用數 | 38 |
國 家 | USA |
表五 LED散熱模組相關文獻三部分期刊資訊 | |
欄 位 | 文獻三 |
文獻來源 | APPLIED THERMAL ENGINEERING,59 (1-2): 648-659 SEP 25 2013 |
標 題 | Comparison and optimization of single-phase liquid cooling devices for the heat dissipation of high-power LED arrays |
作 者 | Ramos-Alvarado, B |
被引用數 | 38 |
國 家 | ENGLAND |
註1 | LED散熱器對LED燈具使用壽命的影響。資料來源 |
註2 | F21V:照明裝置或其系統之功能特性或零部件;未列入其他類目中之照明裝置與其他物件的結構組合者。 |
註3 | CPC:Cooperative Patent Classification |
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