照明與通信共用的LED重點技術專利申請分析

袁 瑞，張 濤，谷懷民，肖 瑤，方慧風

(1.華南師范大學光電子材料與技術研究所，廣東廣州 510631；2.國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東廣州 510000)

引言

LED可見光通信技術(visible light communication，VLC)[1]是以可見光波段的光作為信息載體來傳輸信息，LED發出肉眼看不到的高速明暗閃爍的信號，利用該信號將信息傳輸出去。這種技術做成的系統能直接以空氣為傳輸介質，不需光纖，不消耗能量，抗干擾，因而具有廣泛的開發前景。該技術最早是由中川研究所提出來[2]，之后全球范圍內科研者們爭相開發研究。該技術領域最早是美國、日本投入研發，中國緊隨其后，尤其是2010年之后，專利申請量突增，國家大量投入[3]。

本文數據來源于廣東省知識產權公共信息綜合服務平臺數據庫和國家知識產權局檢索平臺數據庫，通過中﹑英文檢索式檢索，并經過人工去重﹑除雜，分別獲得全球LED可見光通信相關的專利申請數據7 194件，中國LED可見光通信相關的專利申請數據3 032件，廣東省LED可見光通信相關的專利申請數據485件，檢索時間從1985年1月1日到2017年12月31日。

1 專利申請分析

1)全球數據分析。從表1可以看出，申請國家日本、中國、美國這三個國家的專利申請量最多，居前三位，日本占30%，中國29%不相上下，美國19%位居第三。全球IPC前幾位主要有H04B10/116,G02B6/42,H04N5/225,H04N5/335,H04N5/369，分別代表的技術為可見光通信，光波導與光電元件的耦合，電視攝像機，利用固態圖像傳感器，SSIS結構與其相關的電路。

表1 全球數據統計Table 1 Global data statistics

2)中國數據分析。從表2可以看出，申請前三的省市有廣東、江蘇、北京，其中廣東省占26%，位居第一，是因為這里是各大企業龍頭的聚集地。我國排前6位的申請人是深圳光啟，解放軍信息工程大學，三星，松下，索尼，飛利浦。前幾位IPC有H04B10/116,H05B37/02,H04B10/50,G02B6/42,H04B10/516，分別代表的技術領域為可見光通信，控制，發射機，光波導與光電元件的耦合，編碼或調制元件。

技術生命周期(TCT)[4]的階段包括:新興期、成長期、成熟期、衰落期，是用來判斷技術生命發展(TCT=專利申請量/專利權人數)。圖1是我國1986—2017年專利生命周期圖。圖中的技術生命周期(TCT)顯示2010年前總趨勢在不斷上升，屬于新興期和快速上升階段，2010—2016年屬于穩步上升階段，但1997,2000,2008年出現了回落，即負增長現象，可能是因為新技術點的興起但不成熟造成的。2017年出現了大幅度的回落，即短暫衰退期，預測還會有新技術的誕生。

表2 中國數據統計Table 2 Data statistics in China

圖1 我國1986—2017年專利生命周期Fig.1 TCT of LED visible light communication in China in 1986—2017

2 照明與通信共用的白光LED技術重點專利申請分析

針對照明與通信共用白光LED的專利調研，在國家知識產權局檢索平臺上共檢索出全球相關專利申請數據638件，檢索日期截止到2017年12月31日。

圖2是全球照明與通信共用白光LED歷年專利申請趨勢，從整體來看，大體上呈上升趨勢。2009年之前，專利年申請量較少，申請量在30件以內。2013年之后，申請量增長較快，直到2016年達到申請量171件，說明近些年照明通信共用白光LED的研究受到關注。

圖2 全球照明與通信共用白光LED歷年專利申請趨勢Fig.2 The global patent application trends of white LED for visible light communications

圖3是全球照明與通信共用白光LED專利申請國家分布，可以看出，專利申請量排名前三位的國家有中國、日本和韓國。其中專利申請量居第一位的是中國，其專利數量有360件(包括國外來華申請)，占全球數據的61%，緊跟其后的是日本，有81件，占比14%，韓國65件，占11%。可見中國的申請量較大。

圖3 全球照明與通信共用白光LED專利申請國家分布Fig.3 The global patent layout of white LED for visible light communications

從圖4中、日、韓、美四國的申請趨勢來看，日本、韓國照明與通信共用白光LED專利申請從2005年開始起步，中國雖然在1999年有過該技術點的專利申請，但之后至2009年才再次出現照明與通信共用的白光LED的專利申請。日本一直處于增長趨勢，直到2009年申請量達到15件，韓國申請量在低于20件上下起伏，波動幅度不大，美國在2011年后照明與通信共用白光LED專利申請量出現穩定增長，中國處于申請量上升趨勢，申請量在2016年達到138件。

圖4 美、中、日、韓照明與通信共用白光LED專利申請趨勢分布Fig.4 The patent application trends of white LED for visible light communications in America,China,Japan and Korea

從圖5和表3可以看出，照明與通信共用的白光LED所涉及的技術領域包括：傳輸、電照明、數字信息的傳輸、照明裝置和零件、光源構成、半導體器件、無線通信網絡等，占比前五位的有傳輸、電照明、照明裝置和零件、光源構成，其中傳輸排名第一，申請量有405件，占39.09%。

表3 全球照明與通信共用白光LED申請專利IPC分布Table 3 The IPC of white LED for visible light communications

圖5 全球照明與通信共用白光LED申請專利IPC分布Fig.5 The IPC of white LED for visible light communications

由圖6可看出，排名前十位申請人的專利申請數量均在10～20件，且數量起伏不大。排名第一位的是中國的蘇州邁奇杰智能技術有限公司，申請量為20件，排名第二位的是韓國的三星公司，申請量為16件。前十位的申請人中來自中國的申請人占有7位，國外申請人僅有3位，這些申請人主要是以中國的居多。

圖6 照明與通信共用白光LED申請專利主要申請人Fig.6 The main applicants of white LED for visible light communications

表4是歐洲專利局列出了被引證次數最多的前十位照明通信共用白光LED申請專利，TOSHIBA KK在2006年申請的專利US2007058987A1被先后引證了12次，位列第一。該發明介紹了一種可見光通信系統，系統包括發送可見光信號的發送裝置和接收可見光信號的接收裝置。MANIAM SELVAN申請的專利US2007024571A1被引用了9次，位居第二。SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD申請的專利US2009171571A1被引用了9次，并列第二。另外，TOSHIBA CORP的JP2007081703A專利也被多次引用。總的來說，照明通信共用白光LED受到了業界的關注，其專利申請的技術點呈多樣化。

由表5可以看出，共有12件美國專利引用了專利US2007058987A1，需要注意的是引證US2007058987A1的專利不一定都是可見光通信或是傳輸，也有光學元件、系統或儀器，電數字數據處理等其他技術點，可見該專利的應用較廣泛。在這12件引證專利中，又一次被引證的專利數目共有213件，其中COLOR KINETICS 公司申請的專利US7309965B2被引證次數最多，高達74次，該專利講述的是照明元件和微處理器的照明設備。STRUYK DAVID A申請的專利US7319755B2被引證25次，位居第二，該專利技術點主要是圖像通信。

表4 照明與通信共用白光LED引證次數最多的申請專利Table 4 The application patents with the most citation times of white LED for visible light communications

表5 排名第一US2007058987A1專利的被引證專利Table 5 The citation patents of the first US2007058987A1 patent

續表5

3 照明與通信共用藍光LED技術重點專利申請分析

針對照明通信共用藍光LED的專利調研，在國家知識產權局檢索平臺上共檢索出全球相關專利申請數據448件(檢索日期截止到2017年12月31日)。

從圖7來看，日本、美國起步較早，中國雖然在1999年出現過專利，但是一直到2009年才再次出現照明通信共用藍光LED的專利申請。日本一直處于增長趨勢，直到2009年申請量達到最大，韓國申請量在低于20件上下起伏，波動幅度不大，美國在2011年后照明通信共用藍光LED專利申請量出現穩定增長，中國則處于申請量上升趨勢，申請量在2016年達到67件。

圖7 美、中、日、韓照明通信共用藍光LED專利申請趨勢分布Fig.7 The patent application trends of blue LED for visible light communications in America,China,Japan and Korea

從圖8來看，全球照明通信共用藍光LED專利申請量排名前三位的是中國、日本和韓國，其中涉及中國的專利數據有213件(含國外來華申請)，位居第一，占全球數據的48%。排名第二的是日本，占比18%，韓國排名第三，占比16%。

圖8 全球照明與通信共用藍光LED專利申請國家分布Fig.8 The global patent layout of blue LED for visible light communications

從圖9來看，照明通信共用藍光LED所涉及的技術領域包括：傳輸、通信技術，照明，測量，信號裝置，電氣元件，光學等，其中占比較高的在于傳輸、通信，照明，測量這些技術點上，其中H04傳輸通信技術點位居第一，占53%，F21照明技術點位居第三，占6%，說明這兩個技術點是研究者們研究藍光LED的技術熱點。根據圖10美、中、日、韓四國在H04傳輸技術方向看，中國申請量153件居第一，日本71件居第二。從F21照明技術方向來看，中國申請量14件居第一，美國11件居第二。

圖9 全球照明與通信共用藍光LED專利申請IPC分布Fig.9 The IPC of blue LED for visible light communications

圖10 美、中、日、韓照明與通信共用藍光LED專利申請IPC分布Fig.10 The IPC of blue LED for visible light communications in America,China,Japan and Korea

從圖11可知，就檢索的448件照明與通信共用藍光LED專利數據進行申請人分析，發現排名前十位的申請人有SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD,KOREA ELECTRONICS TELECOMM,TAIYO YUDEN KK,東南大學,中國人民解放軍信息工程大學,TAMURA SEISAKUSHO KK,PANASONIC CORP,南京郵電大學,華南理工大學,中國科學院半導體研究所，其中中國有5位，日本有2位，韓國有2位，美國有1位。申請數量排名第一的是KOREA ELECTRONICS TELECOMM公司，相關專利有18件，該公司總部在韓國。

圖11 照明通信共用藍光LED專利申請主要申請人Fig.11 The main applicants of blue LED for visible light communications

表6是歐洲專利局被引證次數最多的前十位照明與通信共用藍光LED申請專利，KNAPP DAVID J在2010年申請的專利US2011069960A1被先后引證了25次，位列第一。該發明公開了一種可用于一般照明、照明控制系統或其他應用的照明裝置和相關系統和方法。照明裝置優先與AC電源同步，以產生時分多路復用信道，其中控制信息可以由產生照明的同一光源光學地傳遞。CHAO CHIA-HSIN申請的專利US2013236183A1被引用了25次，位居并列第一。KIM SANG JOON申請的專利US2011014955A1被引用了23次，位居第二。另外，TOSHIBA KK的US2007058987A專利也被多次引用，總的來說，照明通信共用藍光LED已受到業界的關注。被引證次數排名第一的是專利US2011069960A1，被引證了25次。該專利被多次引用體現了該技術點的關注度較高。

表6 照明與通信共用藍光LED引證次數最多的申請專利(前十位)Table 6 The application patents with the most citation times of blue LED for visible light communications

4 結束語

全球LED可見光通信技術正處于蓬勃發展時期。以美國、日本和中國為代表的專利權占據了世界大部分專利資源。中國在LED可見光通信方面的專利開發起步晚于日本﹑韓國﹑歐洲等國家或地區，目前還處于研發階段，并且主要申請者是大學和科研單位，在此基礎上，中國應加強產業和研究單位的合作，使研究成果迅速進入產業中。從實驗室到工業應用，需要更多的企業參與和政府支持。中國LED產業有著良好的發展前景，期待在全球可見光通信的發展中起推動作用。