LED原材料專利信息分析與研究*

賀龍飛 范廣涵 鄭樹文 許毅欽 張濤

(華南師范大學光電子材料與技術(shù)研究所，廣東廣州 510631)

1 引言

在20世紀90年代，Nakamura［1］等采用MOCVD成功制備了世界上首個高亮度InGaN藍光LED，使得LED形成三基色完備的發(fā)光體系。發(fā)光二極管(LED)作為21世紀的新型固態(tài)光源，具有體積小、節(jié)能環(huán)保、響應(yīng)速度快、使用壽命長等優(yōu)點。它的出現(xiàn)和興起引人各國關(guān)注，國內(nèi)外專家一致認為LED有望發(fā)展成為 “第四代綠色照明光源”［2～4］。

LED產(chǎn)業(yè)鏈包括外延、芯片、封裝以及應(yīng)用各個環(huán)節(jié)，涉及的LED原材料包括MO源、透明導電薄膜、金屬電極、支架、環(huán)氧樹脂、硅膠、熒光粉等。根據(jù)國家《新材料“十二五”規(guī)劃》草案指出:2015年LED照明產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達到5000億，年復合增長率42%，特別是原材料制備企業(yè)受益最大。LED原材料研發(fā)技術(shù)是LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先決條件，如何提高LED原材料的各方面性能以及研發(fā)新型的LED原材料是當前LED發(fā)展急需解決的關(guān)鍵技術(shù)之一，對LED行業(yè)的發(fā)展有著舉足輕重的地位。

專利信息作為技術(shù)創(chuàng)新和變革的標志，具有直接和實時的見證意義，已成為指導現(xiàn)代工業(yè)社會技術(shù)發(fā)展狀況的重要風向標，能夠反映科學技術(shù)發(fā)展水平最新動態(tài)的情報文獻［5～7］。為此，利用專利信息技術(shù)深入分析LED原材料的發(fā)展動態(tài)和最新研究成果，揭示LED原材料的中國專利現(xiàn)狀、競爭格局和發(fā)展趨勢，為政府、行業(yè)主管部門和LED原材料研發(fā)生產(chǎn)單位的決策提供依據(jù)，進而對提高我國LED行業(yè)的整體競爭力具有重要的戰(zhàn)略意義。

2 專利檢索數(shù)據(jù)庫和分析系統(tǒng)

由于LED原材料領(lǐng)域自身具有范圍大，涉及LED上中下游各個部分，LED原材料涉及到MO源、透明導電薄膜、金屬電極、支架材料、環(huán)氧樹脂、硅膠、熒光粉等，因此該領(lǐng)域?qū)＠畔⒌臋z索工作很復雜。我們利用廣東省知識產(chǎn)權(quán)局專利信息服務(wù)平臺的“七國兩組織”系統(tǒng)對LED原材料領(lǐng)域相關(guān)專利進行分項檢索 (由于檢索方式比較復雜，此文章只是概括性的解釋其檢索方法)，專利檢索方式包含關(guān)鍵詞、IPC分類、主權(quán)項、申請時間范圍等。中國專利數(shù)據(jù)采集時間為1985年1月1日至2010年12月31日，共檢索得到LED原材料領(lǐng)域相關(guān)專利4767件，再利用廣東省知識產(chǎn)權(quán)局的專利信息分析系統(tǒng)，對檢索出來的專利進入各個方面深入分析。

3 LED原材料領(lǐng)域中國專利現(xiàn)狀分析

利用廣東省專利信息服務(wù)平臺的“七國兩組織”系統(tǒng)進行檢索，專利檢索截至2010年12月31日，根據(jù)檢索策略得到的表達式進行檢索，并經(jīng)過人工篩選，共到4767件與LED原材料相關(guān)的專利申請。在全部專利申請中，發(fā)明專利4041件，占全部檢索專利總量的85%，其余726件為實用新型專利，而且沒有外觀設(shè)計的申請專利，如圖1所示。從發(fā)明專利的比例表明LED原材料領(lǐng)域的專利其技術(shù)含量較高。

圖1 LED原材料中國專利類型分布

從國內(nèi)外申請情況看，國外來華專利申請明顯高于國內(nèi)申請，在此次調(diào)研的4767件中國專利中，國外來華專利非常之多，申請量達到了2710件，占LED原材料中國專利總量的56.85%;而國內(nèi)申請有2057件，只占43.15%。綜合來看，國外企業(yè)在我國有關(guān)LED原材料技術(shù)的布局非常積極，并且已經(jīng)占據(jù)了較大份額，這也說明LED原材料領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)具有重要的全球性戰(zhàn)略地位。

根據(jù)檢索的LED原材料中國專利數(shù)據(jù)，得到專利申請情況如表1所示，其中國外申請人在中國申請的LED原材料相關(guān)專利有99.8%屬發(fā)明專利，具有較高的技術(shù)含量。而國內(nèi)申請人的發(fā)明專利只占申請的65.1%。從LED原材料領(lǐng)域中國專利法律狀態(tài)來看，國外申請的中國專利中無效專利比例遠少于國內(nèi)，也能體現(xiàn)出其競爭性和主動性非常強。

表1 LED原材料領(lǐng)域中國專利申請情況

圖2為LED原材料中國專利的申請區(qū)域分布狀況。由圖可知日本和美國是LED原材料領(lǐng)域技術(shù)的主要掌握國家，也是該技術(shù)發(fā)展較早、比較重視和研發(fā)投入較多的國家。日本的專利申請量非常巨大，這也說明日本LED原材料領(lǐng)域的技術(shù)在國際上具有獨樹一幟的地位，這也與日本最先研發(fā)LED的原材料是分不開的。由于日本牢牢控制著LED原材料技術(shù)和專利權(quán)，使得我國很難在LED原材料技術(shù)領(lǐng)域有實質(zhì)性的突破。國內(nèi)主要申請區(qū)域主要在臺灣和廣東，上海、北京和江蘇也有一定的相關(guān)專利申請量，這主要得益于我國LED發(fā)展的政策引導。

圖2 LED原材料領(lǐng)域中國專利申請區(qū)域分布

4 LED原材料中國專利申請人分析

從LED原材料領(lǐng)域中國專利申請人進行分析，得到申請量前十位的申請人如表2所示，排名第一位是日本的株式會社半導體能源研究所，申請量達到267件，該研究所在LED原材料研發(fā)實力上較為突出，也非常重視專利的申請和保護工作，應(yīng)該作為我們重點跟蹤研究的對象;排名第二三位的申請人是奧斯蘭姆奧普托半導體有限責任公司和夏普株式會社，申請量分別為70件和65件;緊跟其后的是日亞化學工業(yè)株式會社和三星SDI株式會社，其申請量均為64件。在LED原材料領(lǐng)域中國專利申請人分析中，申請量前九名均為境外申請人，臺灣地區(qū)的億光電子工業(yè)股份有限公司排名第十，說明我國LED原材料領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)方面與國外相比還存在很大差距，現(xiàn)階段我國LED原材料整體研發(fā)技術(shù)還很難與日美等發(fā)達國家相比。

從LED原材料領(lǐng)域中國專利的國內(nèi)申請人的申請量排名前十來看，如表3所示，專利最多的是中國臺灣地區(qū)的億光電子工業(yè)股份有限公司和一詮精密工業(yè)股份有限公司。中國大陸的企業(yè)沒有一個，全部分布在高校和研究所，如浙江大學、中科院、華南理工大學、復旦大學、清華大學，申請量均在30件以下。從這一方面可以說明由于我國企業(yè)研發(fā)投入相對較少，發(fā)明創(chuàng)造很少，就總體而言還是我國LED原材料企業(yè)有實力的大企業(yè)集團相對較少;也可以說明國內(nèi)LED原材料領(lǐng)域尚處于研發(fā)階段，企業(yè)對國外LED原材料技術(shù)的壟斷表現(xiàn)得極其無力，導致企業(yè)對LED原材料領(lǐng)域新材料的開發(fā)與應(yīng)用規(guī)模相對較小。

表2 LED原材料中國專利申請人排名前十

表3 LED原材料中國專利國內(nèi)申請人排名前十

5 LED原材料中國專利IPC情況分析

LED原材料包括在MOCVD中生長外延片所需要的金屬有機物、芯片制備中的透明電極材料、封裝所用的硅膠以及白光LED轉(zhuǎn)換用熒光轉(zhuǎn)換材料等都是LED原材料領(lǐng)域中極其重要的技術(shù)。利用國際標準化的專利IPC分類，可知LED原材料領(lǐng)域的中國專利4767件共涉及44個 (小類)國際專利分類號，而且前10位小類可基本上覆蓋全部專利。表4是對LED原材料領(lǐng)域中國專利的IPC分析，得到了LED原材料中國專利在國際專利不同分類號中所占的數(shù)量和比例。通過IPC國際專利分類號的分布情況看，相關(guān)LED原材料領(lǐng)域的中國專利技術(shù)主要分布在H01L(半導體器件)、C09K(不包含在其他類目中的各種應(yīng)用材料)、C23C(對金屬材料的鍍覆)、C30B(晶體生長)、C08L(高分子化合物的組合物)、C01C(氨;氰;其化合物)、C08G(用碳—碳不飽和鍵以外的反應(yīng)得到的高分子化合物)。

圖3為LED原材料領(lǐng)域中國專利的申請人排名前十IPC分布，排名前十位的申請人主要專利申請IPC分布都集中在 H01L，三星 SDI株式會社還在C23C(對金屬材料的鍍覆或用金屬材料對材料的鍍覆)方面有一定的專利，日亞化學工業(yè)株式會社和東芝株式會社均在C09K(各類應(yīng)用材料)也有部分核心專利。

表4 LED原材料中國專利前10位IPC構(gòu)成

圖3 LED原材料領(lǐng)域中國專利申請人排名前十的IPC分布

C01B C08K C08L C09K C23C C30B G02BH01BH01LH05B松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社211 3 54株式會社東芝 1 8 47 3M創(chuàng)新有限公司 3 1 2 1 4 41 1奧斯蘭姆奧普托半導體有限責任公司1 1 5 53三星SDI株式會社 5 1 15 1 39 3日亞化學工業(yè)株式會社 1 8 8 1 46精工愛普生株式會社 1 4 3 49 2夏普株式會社 4 1 60株式會社半導體能源研究所 1 2 1 262億光電子工業(yè)股份有限公司51

6 LED原材料中國專利技術(shù)專利申請及公開發(fā)展態(tài)勢

由圖4可以看出，從1985年至1996年期間，中國專利在LED原材料領(lǐng)域的申請量和公開量都不足30件。可見這一時期LED原材料處于基礎(chǔ)研究階段，尚沒有許多技術(shù)研究成果轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用的產(chǎn)品;但從1997年起，專利的申請量出現(xiàn)井噴式增長，2006年達到高峰。可見該階段LED原材料在處于快速發(fā)展期。相關(guān)原材料開始得到較為深入的研究，從而產(chǎn)生了一大批專利。這與我國LED行業(yè)的發(fā)展趨勢是相一致的，同時也與近幾年我國LED行業(yè)相關(guān)政策是分不開的。

從2007年專利量開始有下降趨勢，說明LED原材料國內(nèi)外技術(shù)以及研究已經(jīng)開始趨于成熟，LED原材料開始步入產(chǎn)業(yè)化階段，考慮到國外申請人在中國申請了大量的LED原材料核心專利，這意味著國內(nèi)申請人在LED原材料領(lǐng)域?qū)＠暾埵遣铰木S艱。

圖4 LED原材料領(lǐng)域中國專利申請量與公開量發(fā)展趨勢

LED原材料領(lǐng)域中國專利申請量中排名前四的四個國家分別是日本JP、美國US、中國CN、韓國KR。我們分別對這四個主要申請國的專利量趨勢進行分析如圖5。可以得到日本在中國申請的專利量在2006之前一直多于其他國家，可以說明日本的LED原材料專利布局早于中國、美國和韓國。也能說明日本在LED原材料領(lǐng)域研發(fā)較早，而且有很大實力。

圖5 四個主要國家LED原材料領(lǐng)域中國專利申請量發(fā)展趨勢

最近幾年美國、韓國企業(yè)也越來越善用專利來“跑馬圈地”，搶占市場。市場上主要的原材料都是以日本和美國為主的外國公司產(chǎn)品，國內(nèi)公司的產(chǎn)品還較少，競爭實力相對薄弱。從2000年起，中國在這方面的研發(fā)實力也在逐漸加強，在2006年，LED原材料中國專利的國內(nèi)申請人申請量達到315件，開始超過日本。

7 結(jié)語

(1)從專利類型分析，LED原材料專利主要屬發(fā)明專利，占相關(guān)專利總量的85%，表明LED原材料技術(shù)領(lǐng)域是一個高技術(shù)領(lǐng)域。

(2)從專利申請的區(qū)域分布分析，日本、美國、韓國為LED技術(shù)強國，主要以發(fā)明專利為主，掌握著多個領(lǐng)域的核心技術(shù)。國外來華專利占LED原材料中國專利總量的56.85%。這表明國外LED原材料相關(guān)企業(yè)在我國布局非常積極，其競爭性和主動性非常強。

(3)從專利重點持有人分析，申請量前九名均為境外申請人，說明我國LED原材料領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)方面與國外差距還很大。LED原材料專利國內(nèi)申請人排名前十中，除臺灣企業(yè)外，均為大陸高校和研究所，可以說明由于大陸企業(yè)研發(fā)投入少，發(fā)明創(chuàng)造少。

(4)從IPC分類分析，LED原材料專利技術(shù)主要 分 布 在 H01L、C09K、C23C、C30B、C08L、C01C、C08G。在MO源、透明電極、硅膠以及熒光材料等都是LED原材料領(lǐng)域中極其重要的技術(shù)。

(5)從專利申請的發(fā)展態(tài)勢分析，從1997年起，專利申請量出現(xiàn)井噴式增長，最近幾年也都有大量的專利申請，可見LED原材料技術(shù)正處于高速發(fā)展期。而且日本的LED原材料專利布局早于中國、美國和韓國。也能說明日本在LED原材料領(lǐng)域研發(fā)較早。從2000年開始，中國的研發(fā)實力也在逐漸加強。

綜合來說，LED原材料技術(shù)是LED行業(yè)發(fā)展的先決條件，緊緊地制約著LED在其他方面的研發(fā)與應(yīng)用，LED原材料技術(shù)有著其他領(lǐng)域無可比擬的競爭優(yōu)勢。但是我國在LED原材料技術(shù)研究方面還相當落后，與日本、美國等發(fā)達國家相距甚遠。如何突破LED原材料技術(shù)，不再受國外企業(yè)的牽制，將是我們面臨的一個新挑戰(zhàn)。

［1］Nakamura S J，Mukai T．High-brightness InGaN/AlGaN double-heterostructure blue-green-light-emitting diodes［J］．J Appl Phys，1994，76(12):8189．

［2］徐敘瑢，蘇勉曾．發(fā)光學與發(fā)光材料［M］．化學工業(yè)出版社，2004．

［3］蘇鏘，吳昊，潘躍曉．稀土發(fā)光材料在固體白光 LED照明中的應(yīng)用 ［J］．中國稀土學報，2005，23(5):513．

［4］國家半導體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟編著，中國半導體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展年鑒 (2008—2009) ［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2009．

［5］陳燕，黃迎燕，方建國．專利信息采集與分析 ［M］．北京:清華大學出版社，2006．

［6］駱云中，陳蔚杰，徐曉琳．專利情報分析與應(yīng)用［M］．上海:華東理工大學出版社，2007．

［7］毛金生，馮小兵，陳燕．專利分析和預警操作實務(wù)［M］．北京:清華大學出版社，2009．