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中国激光照明的专利布局情况分析


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LED照明的标杆人物,被瑞典皇家科学院誉为“二十一世纪的爱迪生”,2014年的诺贝尔物理学奖获得者中村修二在6月25日的2016年中国·成都全球创新创业交易会上,在接受媒体采访时表示,未来十年内激光照明将会代替LED照明。网上有言论说激光照明的效率是LED的上千倍,不仅能增加投射距离,提高了安全性,同时体积更小、结构更紧凑。

这一下激光照明火了,微信朋友圈到处都是激光照明将在10年内代替传统LED照明的新闻,我们先不管这个激光照明是否真如中村修二说得那么神,会在短短的十年内就取代LED照明。但是我们认为至少“激光照明的效率是LED的上千倍”这一论断是不可能成立的。因为如果效率要达到LED灯具的上千倍,意味着原来的LED灯具效率低于0.1%。在照明基础理论领域,有个Km值叫光谱光视效能最大值,它的数值是683lm/w。这是明视觉状态下电转化为光的极限值。什么意思呢?就是任何一瓦的电功率,它要转化为可见光的话,是不可能大于683lm的!如果激光照明的效能要达到LED的上千倍,也就需要LED的效能下降到0.683lm/w!!!

我们再简单看下LED照明与激光照明的区别。从激发源上看,激光与LED光没有太大的区别,YAG激光在于多了一个受激光辐射,LED是在半导体激发光后增加了一个荧光转换;从视觉效果上看,激光单色性很好,LED的光谱则要广一些,适合显示屏、照明等;而在亮度上,LED亮度与激光没法相比。因为激光的方向性很强,是直线光,如果不经过处理亮度要比LED大很多。激光作RGB视觉效果还不成熟,目前还只是停留在实验室阶段。

那么问题来了,激光照明是啥?激光照明在中国有专利了吗?小编带大家简单介绍下。

一、什么是激光照明?

激光照明分红外激光照明,可见光激光照明。

红外激光照明,是利用半导体材料,在空穴和电子复合的过程中电子能级的降低而释放出光子来产生光能的,然后光子在谐振腔间产生谐振规范光子的传播方向而形成激光。多应用于夜视、夜间摄像头监控照明。

可见光激光照明,按原理分为蓝光激发荧光粉实现白光照明(例如2011年宝马概念车推出的激光车大灯,见图1和图2)和红绿蓝激光合成白色激光,或真彩色光照明(例如青岛中科光谱的激光照明灯)。


图1  2011年宝马概念车推出的激光车大灯

图2 激光照明应用在汽车上

二、激光照明已经有专利了吗?

答案当然是肯定的,早在1970年的时候,SIEMENSAG申请人已经在德国、美国、荷兰、英国等国家布局了专利“Laser lighting system”,例如其美国的专利公开号为:US3688281A


这是一种方法和装置,用于检索信息从一个全息图设置在列和行的矩阵。不过可惜的是激光照明一直未能被开发应用。其实历史上激光照明的研发一直在进行,但是相对来说显得默默无闻,甚至有人称,激光照明的概念比LED照明还要早,当然这也没法考证了。

我们再来看看激光照明在中国布局专利的情况。

中国的激光照明专利布局稍微来得比较慢,原因可能与中国传统照明的产业情况以及中国政府政策引导有关系,最早在激光照明领域内申请专利的是1985年由田景华个人申请的“激光超高功率照明灯”,专利公开号CN85102745,不过审查员以违反能量守恒原理驳回了其申请,而后将激光应用在照明上的就是中国科学院上海光学精密机械研究所于1993年申请的“用半导体激光产生强照明的方法和系统”,专利公开号为CN1100187A。


图4 CN1100187专利附图

从2006年开始,中国开始有越来越多的个人和企业着手布局激光照明的相关专利,虽然数量不多(参考图5),占主要地位的领域还是G02B27/09、G03B15/05,即光学元件、系统或者仪器和相机、电子闪光设备的联合以及电子闪光单元在激光中的应用,剩下的大部分集中在光学录像、激光刻录、望远镜等领域,因为在激光照明的领域上,研究尚少,不过近几年在激光照明方面的专利开始增多,想在这个领域发展的可以考虑下哦。

 

 

图6 激光照明专利技术构成


图7 专利技术申请公开趋势(截止发稿前)

在未来10年,激光照明会否取代LED照明,这个我们无从完全准确预断。基于激光照明体积更小、结构更紧凑、投射距离远等特点,在某些领域可能确实会取代LED照明,比如车灯和显示技术领域。但在普通照明领域,创新中心的知识产权工程师对激光照明在十年内取代LED照明表示存疑。不过我们可以肯定的是,任何一个创新的想法都可能会是未来10年,甚至是20年,30年的行业机会发展方向,成为时代的大趋势,值得我们对相关技术保持关注!

 

中国目前在激光照明专利申请的情况

我国关于激光照明的专利申请大概有425件,其中授权的发明58件,实用新型184件,排名前十的的专利权人如下:


山东神戎电子股份有限公司主要在激光照明的夜视仪的领域分部较多的专利申请,大部分专利都是围绕夜视仪以及配件等分领域的较多;

其次是中国科学院上海光学精密机械研究所,主要研究的激光在光学元件关于显微镜、望远镜等领域应用的研究;还有就是排名第三的无锡亮源激光技术有限公司,其领域是关于激光照明器的自动变焦功能、带温控的风冷激光照明系统、芯片制造的激光器以及部分的夜视仪等,目前看到公司的多个专利已经质押出去,可见其技术领域的专利是具有一定的商业性以及可开发性;深圳市佶达德科技有限公司、长春长光奥立红外技术有限公司等都在激光照明的领域有所研究,并且也有一部分是关于智能控制等部分。

 

目前总体的技术构成如下:


图1   激光照明专利技术构成

G02B27是光学元件、系统或仪器,G03B15 是摄影、放映或观看用的装置或设备;利用了光波以外其他波的类似技术的装置或设备;以及有关的附件,H04N5 是图像通讯,如涉及电视摄像机的。这个三个技术领域专利的申请占了激光照明约50%。

由上可知我国激光照明专利申请目前还是针对于专有产品的技术领域比较多,如夜视仪、显微镜、望远镜等,偶尔也有比较零散的专有特色的技术,如无锡亮源激光技术有限公司的专利构成。

我们再具体谈谈目前激光照明应用得比较火的领域:汽车大灯。
    如今,灯光与汽车已经成为了密不可分的整体,汽车灯光的演变经历一个多世纪的技术沉淀,由最先的煤油灯开始,到电气时代的卤素灯泡,到氙气大灯,到LED光源,再到如今的激光科技时代。汽车灯光演变历程也是标志着社会生产力一次又一次的改革和进步的缩影。初期的车灯存在很多的不稳定因素,直到进入了电气时代后才开始正式的投产应用在汽车当中。近几年车灯的科技含量也跟随着车型开始大踏步的前进,代表着现行车灯技术最高水平的宝马I8激光大灯也已经步入了量产之中。


图2 BMW I8 激光大灯

2012年宝马股份公司在中国申请获得授权的一项涉及激光照明的专利,专利号CN103765085B 用于机动车的照明装置。

该照明装置包括一个或多个照明单元,每个照明单元在运行中借助激光产生一个点状光源,同时设有光学装置,由点状光源的光在通过光学装置之后产生预定的光分布。借助该照明装置可在小的结构空间中以高精度或高效率形成光分布。解决由于LED的亮度相对小,在较小的结构空间中基于LED的照明装置效率不高,另外很难借助LED以高精度形成任意形状的光分布。

 

首项权利要求描述中是这样描述的:

用于机动车的照明装置,该照明装置包括一个或多个照明单元(1)以及包括光学装置(6),每个照明单元(1)在运行中借助激光产生一个光源(5),光学装置(6)这样构造并且相对于所述一个或多个照明单元(1)这样设置,即由光源(5)的光在通过所述光学装置(6)之后产生预定的光分布,其特征在于,所述光源(5)是点状光源,所述点状光源(5)在俯视图中具有20μm或更小的最大延伸尺寸。

 

激光大灯具有许多优点,而且激光器也早早在上个世纪60年代就已经具有发明,但是因为激光本身也存在狭窄光斑与光线输出(红、蓝、绿、黄)以及稳定性不足的缺陷,再加上激光光源不容易形成片状照射区域,可实现的颜色也非常有限等原因,所以直到现在才应用在汽车照明上。

结语

目前虽然激光照明在中国布局的专利不算很多,而且激光照明存在价格高,技术不完善等缺点,但是在未来汽车照明,户外照明领域中必定会有其一席之地,至于在其他照明领域则要看将来技术的发展。

 


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