從專利風險看我國LED產業發展的困境

作者 / 張曦 袁建中 作者單位 / 工業和信息化部電子知識產權中心

1. 前言

據IMS Research的最新分析顯示，2010年全球照明市場價值830億美金，LED約占整個照明市場的10%。到2015年，整個照明市場將會達到1150億美金，LED占用率預計會增長至46%，約529億美金。1.“IMS預計全球照明市場將在2015年達到1150億美金”，國際電子商情，http://www.esmchina.com/ART_8800116965_1300_2701_3504_0_3 2fff6c1.HTM?jumpto=view_welcomead_1323182655453。面對如此巨大的潛在市場，無論是老牌大型廠商乃至新涉足企業和海外企業都摩拳擦掌，意欲搶食這張大餅。

目前有關LED的技術主導者仍然是日本的Nichia 和Toyoda Gosei 、美國的Cree 以及歐洲的Philips Lumileds 和Osram 五大廠商所形成的春秋五霸的格局，它們均掌握從上游襯底、外延生長，到中游的芯片制作、封裝等核心技術并累積了豐厚的專利實力。緊隨五大廠之后的是韓國和臺灣企業，這個陣營的廠家擁有消費類電子完整產業鏈，關注消費類電子產品背光用LED，正處于高速成長期。

反觀中國大陸LED產業，似乎在全球LED產業中還只是一個配角，還未能真正切入LED產業的核心——上游外延芯片制造。目前大陸LED企業大部份集中在下游的封裝和應用產品制造，大約4000多家企業，搶食供應鏈利潤中不到30%的份額，屬于高度密集的微利競爭結構。

此外，雖然我們經常聽到我國LED產業已經初步形成了長三角、珠三角、閩三角、環渤海4片大區7大基地的產業格局，和集LED外延片的生產、LED芯片的制造和測試、LED芯片的封裝以及LED應用產品在內的較完整的LED產業鏈，2.“中國LED產業發展現狀及投資分析”http://www.saus.cn/news/shichangfenxi/201101094119.html。但這只是從地域上劃分出來的結果。從上下游實際的產能和產值規模看，大陸本土芯片產業產能無法滿足下游需求，本土企業之間尚沒有真正形成產業配套，下游封裝、應用廠商所需芯片仍需依賴外資或臺資企業。3.無論是在芯片市場還是封裝市場，單個國內企業的市場規模與國外大廠相比差距明顯。此外，目前大陸芯片企業主要集中在小功率中低端領域，大功率領域鮮有企業涉及，其亮度及可靠度也與臺灣地區、韓國還有一定的差距；封裝企業大多從事最低技術含量的樹脂封裝，從事SMD封裝的企業屈指可數。基本上，目前國內LED芯片和封裝企業與國際主流企業間處于非同質產品競爭，市場相對競爭強度很低。

然而，面對巨大的LED照明市場前景，中國LED企業顯然已經不甘心再扮演跑龍套的角色。自2010年開始，中國掀起一股LED投資熱，瘋狂采購上游外延生長用關鍵設備MOCVD機。4.2009年全球出貨228臺，其中中國大陸僅占12%，韓國42%，臺灣地區35%；2010年全球出貨增至800臺，中國大陸上升至32%，韓國和臺灣地區分別為33%和26%，據Veeco估計，2011年全球MOCVD出貨量為850-1100臺，中國大陸將占據60%份額。 另據LEDinside預測，中國在未來幾年規劃增加的LED設備MOCVD臺數超過1200臺，而2009年國內MOCVD擁有量只有150多臺。 “從MOCVD全球分布看LED產業現狀與預測”，http:// www.gdcy.ibicn.com/news/archive/201105/3279813130860134.html。問題是中國LED產業的崛起之路是否會一帆風順，中國LED產業發展中又會面臨怎樣的危機？對此，如果我們仍然茫然無知，而不能未雨綢繆，那么將來注定是要付出代價的。

本文主要從專利風險角度看未來中國LED產業所面臨的競爭威脅以及可能對國內LED產業造成的影響，希望能為國內產業界提供些許參考。

2. 中國LED產業面臨的專利競爭威脅

從動態競爭角度考慮，企業所面臨的競爭威脅程度取決于企業所掌握的資源以及其所處的市場競爭態勢，這里的資源當然是企業所擁有的專利實力。

傳統的專利分析側重于專利數量的統計，然而僅僅依靠數量衡量企業的專利實力存在局限，5.大約從1990年前后，國際上已經有許多的實證研究發現：如果仍然以單純專利數量作為衡量技術競爭力的衡量指標時，卻會觀察到許多先進國家的科技產業在整體研發競爭力上呈現下降的趨勢 ，此似乎與現實情況并不相吻合。換言之，專利數量的多寡并不能完全反映出產業或者企業的研發競爭力，也無法作為在預警我們可能面臨哪些競爭對手的專利競爭威脅的參考依據。因此需要再更進一步分析探討這些產業或者企業所掌握的專利質量(也就是技術含量)如何，才能作為客觀的分析證據。因此我們引入了技術強度的分析，用技術強度指標作為衡量專利質量或者說專利攻擊能力高低的指標用以比較企業之間的專利實力，6.本次研究首先選擇可能與專利質量相關的衡量指標（共14個指標）作為初步分析的基礎，然后將專利質量上呈現不顯著或者無法明確解釋的指標加以剔除，留下有顯著影響專利質量的指標，以便作為進行技術強度回歸分析時能夠被采用為自變數的基礎。經驗證后，與專利質量存在顯著相關的專利指標包括：CitedTotal 、FamilyCountry 和FamilyDeep。其中，CitedTotal，即專利被引證次數，與專利本身的創造性相關，也是目前經過許多實證研究發現判斷專利質量最具信效度的重要指標；FamilyCountry ，即同族專利國家分布數量，這一指標主要與企業的市場布局相關； FamilyDeep，即平均一國同族專利數量，該指標主要與企業的技術布局深度相關。最后以最終保留的衡量指標作為自變量，作線性回歸分析，藉此導出技術強度的回歸式。而企業間彼此競爭強度我們主要通過市場份額進行比較。另外目標廠商我們鎖定在芯片企業，之所以選擇芯片企業，一方面是因為外延芯片制造是整個LED產業技術和利潤分布最主要的部分；另一方面是因為上游技術的專利可以攻擊下游產品，反之則不然，所以外延芯片廠商是整個LED市場發動專利攻擊的最主要威脅。

按照市場和技術兩個維度我們將芯片市場主要廠商劃分成如下群組（見表1）：領導廠商（技術、市場都具較強優勢）、新興廠商（市場優勢較強、技術優勢較弱），技術型廠商（技術優勢較強，市場較弱）以及潛在廠商（目前技術和市場都很弱）。7.需要說明的是，在衡量企業的專利的實力時，需要考慮專利數量的影響。雖然僅憑數量是不可靠的，但只看技術強度也會有誤差。因為若本身專利的技術強度高則自然會反應在這些衡量指標上，但這些衡量指標高并不絕對表示本身專利的技術強度高，不能因果倒置。因此，當專利數量較少時，如只有1件，2件專利的權利人，隨機性更高，結果與實際偏差會較大。所以在考慮專利攻擊能力時，專利數量也會作為參考，因此可能有的企業的專利技術強度算出來還挺高，但因為專利數量很少，我們對其專利實力的評估也會降低。這里我們主要是在衡量一個企業整體的技術實力或者說專利攻擊力，而不是具體評價某件專利的質量如何。

根據不同廠商的技術強度和市場份額，我們就可以做出LED芯片企業的專利競爭威脅圖（見圖1），其中橫軸為市場地位（市場份額），縱軸為專利攻擊能力（技術強度）。由于專利武器是針對制造、使用、許諾銷售、銷售、進口的市場活動進行攻擊，因此市場地位越小的對象，遭受攻擊的可能性越低。

表1 芯片廠商群組分布

從圖1可以看出，目前LED芯片市場風險最大的群組是新興廠商，風險壓力來自于技術型廠商和領導廠商，而威脅程度最高的應是領導廠商，因為新興廠商已有觸及它們市場地位的趨勢。根據策略群組理論，當次級群組成員在朝向具有創造更高績效的群組移動時，將會面臨高績效群組成員的排斥，而提高進入障礙的困難。8. Nichia自2006年起對晶元光電發動十幾起專利訴訟攻擊，戰火遍及美、德、日、英、韓等地；OSRAM于2011年在美國和德國對三星提起專利訴訟。

技術型廠商之間，市場地位接近，且專利實力也在伯仲之間，目前處于一種恐怖平衡狀態。技術型廠商目前還無法挑戰領導廠商，主動攻擊可能性較小。實際上技術型廠商中的東芝、夏普和LG都擁有消費類電子完整產業鏈，具有很強的市場擴張能力，反而成為領導廠商防范的對象。9.2011年，歐司朗(Osram)即對LG發起了專利訴訟。而鑒于技術型廠商的技術優勢，領導廠商與技術型廠商之間也以交互授權的形式而避免“擦槍走火”造成兩敗俱傷。10.2008年，NICHIA和夏普(SHARP)簽署了LED和激光二極管專利交叉許可協議；2009年，豐田合成（Toyoda Gosei）與夏普（SHARP）就LED、激光二極管專利達成交叉許可協議。

領導廠商之間， NICHIA通過1996年——2002年間的一連串專利訴訟，分別與Toyoda Gosei、CREE、Osram和Lumileds（后被PHILIPS收購）達成了專利和解和授權協議。11.2002年6月與德國Osram及該公司集團公司Seimens就GaN類發光組件的專利簽訂了交叉許可合同；2002年9月結束與Toyoda Gosei持續6年之久的專利侵害訴訟。2002年10月與美國Lumileds簽訂了交叉許可合同，同年11月與Cree達成和解，并簽訂了交叉許可合同。近年來，五大巨頭之間更加強了彼此間的交互授權和合作，借以強化彼此的技術地位，形成專利聯盟的態勢。12.2007年， NICHIA 與Cree達成協議，擴大他們在2002-2005年之間簽訂的交叉授權協議的范圍；2007年， Osram與PHILIPS達成LED及OLED的交叉授權協議；2009年，Cree與PHLIPS簽署了一項全球性的綜合專利交叉許可協議，旨在進一步加速LED照明市場的增長；2009年， NICHIA和首爾半導體（Seoul Semiconductor）達成和解并簽訂交叉授權協議，并停止在美、德、日、英、韓等國所進行的所有專利訴訟案；2010年，Cree與Osram簽署了一項全球性的LED專利交叉許可協議。涵蓋的專利技術包括雙方的藍光LED芯片技術、白光LED和熒光粉技術、封裝、LED燈具與燈以及LED照明控制系統。

潛在廠商無論專利攻擊力還是市場威脅都不高，而彼此專利實力都較弱，群組內的競爭態勢趨于傳統價格競爭模式。這個群組內大部分屬于臺灣廠商，目前主要靠授權、合作或代工切入LED芯片市場。

圖1 LED芯片企業專利競爭威脅分析圖

其次，從動態競爭理論(Competitive Dynamics Theory)觀點來看，“廠商攻擊所引發反擊愈多，則績效愈差”13.Chen, M. J., and Miller, D., “Competitive attack, retaliation and performance- an expectancy valence framework.”, Strategic Management Journal, 15(2), 1994., pp85-102.以及“攻擊廠商與早期反擊廠商可以奪取晚期反擊廠商的市場占有率”。14.Chen, M. J., and MacMillan, I. C., “Nonresponse and Delayed Response to Competitive Moves: The Roles of Competitor Dependence and Action Irreversibility.” Academy of Management Journal, 35(3), 1992., pp539-570.例如韓國Seoul Semiconductor在遭遇Nichia的專利訴訟攻擊后亦開始進行先后三次的反擊，終于在2009年雙方達成和解，簽訂交叉許可協議，并停止所有專利訴訟案件。2009年PHLIPS與臺灣晶元光電達成交叉許可協議，結束多年專利爭斗的局面。面對Osram的攻擊，三星和LG也很快采取反擊。15.三星在韓反訴Osram侵犯LED專利，并向美國國際貿易委員會（ITC）和特拉華州地區法院提起了針對歐司朗的申訴和訴訟。LG電子和LG伊諾特針對寶馬韓國、奧迪韓國等德國汽車公司提起訴訟，寶馬和奧迪是歐司朗的大客戶。LG電子希望通過向他們提起訴訟，讓寶馬等汽車制造商向歐司朗施壓，“盡快解決法律問題”。換言之，當廠商發動攻擊卻發現競爭對手有實力進行反擊時，則握手言和共創未來的機會將會大增。因此在我們看來新興廠商似乎已具備了跨越進入障礙的專利實力，有融入領導廠商參與市場重新洗牌的趨勢。

最后，我們來看中國大陸LED企業所面臨的專利風險態勢。目前大陸LED芯片企業位于潛在廠商群組，國內芯片企業無論產能還是產品質量與國外大廠差距較大，直接競爭強度較低，而以國內芯片企業目前累積的專利籌碼恐難有效攻擊任何競爭對手，換句話說中國LED芯片企業似乎只能偏安一隅，而沒有能跨越上游芯片市場專利障礙的能力。

然而，自2010年起中國大陸LED芯片企業擴張勢頭迅猛，以國內芯片企業規劃的設備采購數量，若未來產能充分釋放將是現在規模的至少9倍，甚至更多。但是國內企業在擴張產能的同時，專利布局卻沒有跟上，因此我們看到的國內芯片企業的發展趨勢是單維度的增長（即按圖2中的箭頭方向發展），一旦國內芯片企業的市場份額有所增長，其面臨的專利攻擊壓力也就一目了然。

由于目前國內芯片企業尚未進行垂直整合，因此我們可以預測最先遭受攻擊的將會是下游封裝和應用廠商。以目前國內封裝和應用環節的產業格局，16.根據《中國信息產業年鑒2010》統計，2009年國內封裝企業超過1000家，應用企業超過3000家。而韓國地區，也不過只有5 家 LED 封裝廠。而LED產業的利潤分布則是越往下游越低，上游外延片和芯片制造企業占據了整個供應鏈利潤分配的70%，因此下游本土企業之間屬于高度密集的微利競爭結構。可以預見絕大多數下游企業是無力應對高額賠償和專利許可費的。這部分企業只能轉向國內低端市場。而對于依賴海外市場或者是與國外廠商的產品市場直接競爭的廠商，剩下的選擇要么是做代工，要么直接采購國外大廠的芯片。

那么在這樣一種局面下，我們上游芯片企業目前掀起的這場投資狂潮，未來是否會造成產能過剩呢？退一步講，即使這些芯片都能被下游企業所消化，若上游芯片企業不解決其面臨的專利威脅，則我們的芯片始終只能進入低端市場，進入國際大廠不屑的市場，這樣的產業結構又是否符合我們的投資預期和產業規劃呢？

最后，我們還注意到目前LED芯片廠商之間交叉許可現象頻繁，而五大廠憑借技術及市場優勢居于主導地位。如今對于任何一家進入LED外延芯片制造的企業而言，都難以保證不觸碰到其他權利人的專利，企業之間通過交叉許可避免潛在的訴訟風險已成為常態。從降低交易成本角度考慮，未來極有可能組建以五大領導廠商為主導的專利池。從臺灣地區和韓國企業近年的訴訟反擊看，都具備了一定可資交換的專利籌碼。換句話說，臺灣地區和韓國企業也已掌握了加入專利聯盟的入場券，而大陸LED企業似乎還在繼續充當看客，中國LED芯片企業將以何資本面對未來國外廠商的聯合絞殺，這實在是一個難題。

圖2 中國大陸LED芯片企業專利競爭威脅趨勢

3. 中國LED產業的技術路徑選擇

面對中國LED產業發展中的專利困境，國內企業又該如何選擇技術研發路徑。換句話說，現有LED技術究竟發展到什么階段，國內企業累積專利籌碼的技術創新空間又有多大呢。因此，我們需要分析LED技術的生命周期。

上圖所示為LED外延生長技術生命周期圖。橫軸代表參與技術創新的企業數量（專利權人數），縱軸代表創新成果數量（專利申請數量）。從2003年開始LED外延生長技術的專利申請量和專利權人數量開始有減緩趨勢，從2006年開始下降比較明顯， LED外延生長技術呈明顯衰退趨勢。

圖 3 LED外延生長技術生命周期

圖 4 LED芯片技術生命周期

圖 5 LED封裝技術生命周期

LED芯片技術在2002至2007年間雖然申請人數存在波動變化，但專利數量仍保持增長，屬于波動的成長階段。從2007年開始，申請人和申請量呈下降趨勢。與LED外延技術相比較，LED芯片制造技術衰退的時間點晚了四年。

LED封裝技術從2005年至2008年，申請人數增長減少趨于穩定，2005至2007年專利申請量變化不大，而2007至2008年申請量明顯減少， LED封裝技術也從2008年開始進入衰退期。

從技術生命周期的表現看，LED外延生長、芯片制造以及封裝技術都已進入衰退趨勢，而衰退時間點恰好從上游向下游遞進，外延生長從2003年開始，芯片制造從2007年開始，封裝從2008年開始。

LED技術原理的發現距今已有100多年歷史，17.1907年，英國馬可尼(Marconi)實驗室的科學家Henry Round第一次推論半導體PN結在一定的條件下可以發出光。這個發現奠定了LED被發明的物理基礎。全球第一款商用化發光二極管誕生于1965年，距今也已有40多年。

1993年，日本科學家中村修二在GaN基片上研制出了第一只藍色發光二極管，由此引發了對GaN基LED研究和開發的熱潮。近年來白光LED的發展相當迅速，已廣泛應用于LCD背光源，在照明領域的滲透率也在大幅增長。

綜合這些信息，我們有理由相信現有LED的基礎技術或者說大部分關鍵技術在工業生產上已趨于成熟，因此無論是外延生長、芯片制造還是封裝技術的生命周期才呈衰退趨勢。

因此，目前擺在國內LED企業的問題是追求技術突破，繞開國外廠商的專利壁壘，還是采用國外成熟技術，搶占市場分額。前者似乎可以規避競爭對手的專利打壓，但前途未卜，另外就是市場時機時不我待；后者當然需要支付知識產權成本，需要在夾縫中構建自己的競爭優勢。

4. 結論

通過以上分析，我們認為我國LED產業必須正視現況，務實發展，不能好大喜功，妄圖一口吃成胖子。

縱觀全球LED產業現狀，我國LED外延芯片制造舉步維艱，對本土下游企業難以提供配套。除了本身的產能和產品質量外，潛在的專利威脅也無法使下游企業放心采用國產芯片。更重要的是，當國外企業越來越頻繁地進行著合作和交互授權，并有形成專利聯盟之勢，國內芯片產業在專利布局方面還裹足不前。僅僅砸錢買設備，一味擴充產能，而忽視了積累專利這一未來市場競爭中重要的武器，將來注定是要吃虧的，中國DVD產業即是前車之鑒。

我們并非要完全否定國內芯片產業，只是從客觀上講，國內芯片產業還不具備能挑戰國外巨頭的能力，這種能力也不是光靠花錢買設備就能在朝夕之間趕上的。根據我們對LED技術專利的分析，實際上LED外延生長和芯片制造的大部分基礎技術已趨于成熟，我們不大可能另辟蹊徑，而必須做市場需要的成熟的技術，這就不得不采用一些國外企業的技術并支付相應的知識產權成本。工藝技術的改進和一些外圍技術、優化技術或許應成為我國芯片企業的研發重點。不是追求專利數量，而是要追求專利質量。若國內企業能形成一些讓國外廠商感興趣的技術，也就意味著我們擁有了能與國外企業談判的籌碼。

對于國內芯片企業而言，當前一方面需要扎實做好自己的產品，縮小與國外廠商產品之間的差距，另一方面則是要做好專利風險監控，構建自己的專利組合。當國內芯片企業的產品在性價比上能威脅到國外廠商產品時，也就是它們發動專利攻擊之時，而我們若沒有相應準備，手里沒有任何可以反擊的武器，則難有勝算。

目前國內LED芯片產業結構主要集中在下游，從事應用產品的企業數量在3000家以上。但我們實在不能為這樣的數字而竊喜，因為絕大多數的下游企業都處于微利的低端市場。雖然在我們的專利風險分析中較少提及下游企業，但這恰恰是我們應該重新審視的部分。在應用環節，國內LED產業需要的不是龐大的企業數量，而是真正具有自己獨特產品優勢和一定市場規模的品牌企業。應用廠商不需要去和國外廠商拼芯片、拼基礎技術，很有可能未來相當長一段時間內下游企業所需大功率白光芯片仍然需要外購。未來LED的主戰場將是照明市場，圍繞著照明需求的產品應用創新應成為國內應用企業思考的問題。雖然LED芯片非常關鍵，但用戶不買芯片，用戶看到的只是產品。以用戶體驗為目標的外觀設計以及實用新型專利對應用廠商而言或許更具價值。

總之，無論是LED產業鏈上哪個環節的國內企業，都應充分考慮市場擴張過程中面臨的專利風險和知識產權成本。我們并不提倡國內企業搞運動式的技術創新以突破核心技術，我們認為國內企業更重要的是找到自己的市場定位，在此基礎上構建自己的技術優勢和知識產權組合以強化市場地位。概括為一句話就是：“做我們能做的，做好我們該做的。”