激光照明已经有专利了吗?(上)

2016-08-05
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5 激光照明专利技术构成申请数量
 

 
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!


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