LED原材料專利信息分析與研究*

賀龍飛 范廣涵 鄭樹(shù)文 許毅欽 張濤

(華南師范大學(xué)光電子材料與技術(shù)研究所，廣東廣州 510631)

1 引言

在20世紀(jì)90年代，Nakamura［1］等采用MOCVD成功制備了世界上首個(gè)高亮度InGaN藍(lán)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(jì)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(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。它的出現(xiàn)和興起引人各國(guó)關(guān)注，國(guó)內(nèi)外專家一致認(rèn)為L(zhǎng)ED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(gè)環(huán)節(jié)，涉及的LED原材料包括MO源、透明導(dǎo)電薄膜、金屬電極、支架、環(huán)氧樹(shù)脂、硅膠、熒光粉等。根據(jù)國(guó)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(dá)到5000億，年復(fù)合增長(zhǎng)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(dāng)前LED發(fā)展急需解決的關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)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(biāo)志，具有直接和實(shí)時(shí)的見(jiàn)證意義，已成為指導(dǎo)現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r的重要風(fēng)向標(biāo)，能夠反映科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平最新動(dòng)態(tài)的情報(bào)文獻(xiàn)［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(dòng)態(tài)和最新研究成果，揭示LED原材料的中國(guó)專利現(xiàn)狀、競(jìng)爭(zhēng)格局和發(fā)展趨勢(shì)，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(jìn)而對(duì)提高我國(guó)LED行業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的戰(zhàn)略意義。

2 專利檢索數(shù)據(jù)庫(kù)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(gè)部分，LED原材料涉及到MO源、透明導(dǎo)電薄膜、金屬電極、支架材料、環(huán)氧樹(shù)脂、硅膠、熒光粉等，因此該領(lǐng)域?qū)＠畔⒌臋z索工作很復(fù)雜。我們利用廣東省知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利信息服務(wù)平臺(tái)的“七國(guó)兩組織”系統(tǒng)對(duì)LED原材料領(lǐng)域相關(guān)專利進(jìn)行分項(xiàng)檢索 (由于檢索方式比較復(fù)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(xiàng)、申請(qǐng)時(shí)間范圍等。中國(guó)專利數(shù)據(jù)采集時(shí)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(shí)產(chǎn)權(quán)局的專利信息分析系統(tǒng)，對(duì)檢索出來(lái)的專利進(jìn)入各個(gè)方面深入分析。

3 LED原材料領(lǐng)域中國(guó)專利現(xiàn)狀分析

利用廣東省專利信息服務(wù)平臺(tái)的“七國(guó)兩組織”系統(tǒng)進(jìn)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(dá)式進(jìn)行檢索，并經(jīng)過(guò)人工篩選，共到4767件與LED原材料相關(guān)的專利申請(qǐng)。在全部專利申請(qǐng)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(shí)用新型專利，而且沒(méi)有外觀設(shè)計(jì)的申請(qǐng)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(guó)專利類型分布

從國(guó)內(nèi)外申請(qǐng)情況看，國(guó)外來(lái)華專利申請(qǐng)明顯高于國(guó)內(nèi)申請(qǐng)，在此次調(diào)研的4767件中國(guó)專利中，國(guó)外來(lái)華專利非常之多，申請(qǐng)量達(dá)到了2710件，占LED原材料中國(guó)專利總量的56.85%;而國(guó)內(nèi)申請(qǐng)有2057件，只占43.15%。綜合來(lái)看，國(guó)外企業(yè)在我國(guó)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(shuō)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(guó)專利數(shù)據(jù)，得到專利申請(qǐng)情況如表1所示，其中國(guó)外申請(qǐng)人在中國(guó)申請(qǐng)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(guó)內(nèi)申請(qǐng)人的發(fā)明專利只占申請(qǐng)的65.1%。從LED原材料領(lǐng)域中國(guó)專利法律狀態(tài)來(lái)看，國(guó)外申請(qǐng)的中國(guó)專利中無(wú)效專利比例遠(yuǎn)少于國(guó)內(nèi)，也能體現(xiàn)出其競(jìng)爭(zhēng)性和主動(dòng)性非常強(qiáng)。

表1 LED原材料領(lǐng)域中國(guó)專利申請(qǐng)情況

圖2為L(zhǎng)ED原材料中國(guó)專利的申請(qǐng)區(qū)域分布狀況。由圖可知日本和美國(guó)是LED原材料領(lǐng)域技術(shù)的主要掌握國(guó)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(guó)家。日本的專利申請(qǐng)量非常巨大，這也說(shuō)明日本LED原材料領(lǐng)域的技術(shù)在國(guó)際上具有獨(dú)樹(shù)一幟的地位，這也與日本最先研發(fā)LED的原材料是分不開(kāi)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(guó)很難在LED原材料技術(shù)領(lǐng)域有實(shí)質(zhì)性的突破。國(guó)內(nèi)主要申請(qǐng)區(qū)域主要在臺(tái)灣和廣東，上海、北京和江蘇也有一定的相關(guān)專利申請(qǐng)量，這主要得益于我國(guó)LED發(fā)展的政策引導(dǎo)。

圖2 LED原材料領(lǐng)域中國(guó)專利申請(qǐng)區(qū)域分布

4 LED原材料中國(guó)專利申請(qǐng)人分析

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

從LED原材料領(lǐng)域中國(guó)專利的國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人的申請(qǐng)量排名前十來(lái)看，如表3所示，專利最多的是中國(guó)臺(tái)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(guó)大陸的企業(yè)沒(méi)有一個(gè)，全部分布在高校和研究所，如浙江大學(xué)、中科院、華南理工大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、清華大學(xué)，申請(qǐng)量均在30件以下。從這一方面可以說(shuō)明由于我國(guó)企業(yè)研發(fā)投入相對(duì)較少，發(fā)明創(chuàng)造很少，就總體而言還是我國(guó)LED原材料企業(yè)有實(shí)力的大企業(yè)集團(tuán)相對(duì)較少;也可以說(shuō)明國(guó)內(nèi)LED原材料領(lǐng)域尚處于研發(fā)階段，企業(yè)對(duì)國(guó)外LED原材料技術(shù)的壟斷表現(xiàn)得極其無(wú)力，導(dǎo)致企業(yè)對(duì)LED原材料領(lǐng)域新材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用規(guī)模相對(duì)較小。

表2 LED原材料中國(guó)專利申請(qǐng)人排名前十

表3 LED原材料中國(guó)專利國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人排名前十

5 LED原材料中國(guó)專利IPC情況分析

LED原材料包括在MOCVD中生長(zhǎng)外延片所需要的金屬有機(jī)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的專利IPC分類，可知LED原材料領(lǐng)域的中國(guó)專利4767件共涉及44個(gè) (小類)國(guó)際專利分類號(hào)，而且前10位小類可基本上覆蓋全部專利。表4是對(duì)LED原材料領(lǐng)域中國(guó)專利的IPC分析，得到了LED原材料中國(guó)專利在國(guó)際專利不同分類號(hào)中所占的數(shù)量和比例。通過(guò)IPC國(guó)際專利分類號(hào)的分布情況看，相關(guān)LED原材料領(lǐng)域的中國(guó)專利技術(shù)主要分布在H01L(半導(dǎo)體器件)、C09K(不包含在其他類目中的各種應(yīng)用材料)、C23C(對(duì)金屬材料的鍍覆)、C30B(晶體生長(zhǎng))、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L(zhǎng)ED原材料領(lǐng)域中國(guó)專利的申請(qǐng)人排名前十IPC分布，排名前十位的申請(qǐng)人主要專利申請(qǐng)IPC分布都集中在 H01L，三星 SDI株式會(huì)社還在C23C(對(duì)金屬材料的鍍覆或用金屬材料對(duì)材料的鍍覆)方面有一定的專利，日亞化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社和東芝株式會(huì)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(guó)專利前10位IPC構(gòu)成

圖3 LED原材料領(lǐng)域中國(guó)專利申請(qǐng)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(huì)社211 3 54株式會(huì)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(dǎo)體有限責(zé)任公司1 1 5 53三星SDI株式會(huì)社 5 1 15 1 39 3日亞化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社 1 8 8 1 46精工愛(ài)普生株式會(huì)社 1 4 3 49 2夏普株式會(huì)社 4 1 60株式會(huì)社半導(dǎo)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(guó)專利技術(shù)專利申請(qǐng)及公開(kāi)發(fā)展態(tài)勢(shì)

由圖4可以看出，從1985年至1996年期間，中國(guó)專利在LED原材料領(lǐng)域的申請(qǐng)量和公開(kāi)量都不足30件。可見(jiàn)這一時(shí)期LED原材料處于基礎(chǔ)研究階段，尚沒(méi)有許多技術(shù)研究成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的產(chǎn)品;但從1997年起，專利的申請(qǐng)量出現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)，2006年達(dá)到高峰。可見(jiàn)該階段LED原材料在處于快速發(fā)展期。相關(guān)原材料開(kāi)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(guó)LED行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是相一致的，同時(shí)也與近幾年我國(guó)LED行業(yè)相關(guān)政策是分不開(kāi)的。

從2007年專利量開(kāi)始有下降趨勢(shì)，說(shuō)明LED原材料國(guó)內(nèi)外技術(shù)以及研究已經(jīng)開(kāi)始趨于成熟，LED原材料開(kāi)始步入產(chǎn)業(yè)化階段，考慮到國(guó)外申請(qǐng)人在中國(guó)申請(qǐng)了大量的LED原材料核心專利，這意味著國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人在LED原材料領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)是步履維艱。

圖4 LED原材料領(lǐng)域中國(guó)專利申請(qǐng)量與公開(kāi)量發(fā)展趨勢(shì)

LED原材料領(lǐng)域中國(guó)專利申請(qǐng)量中排名前四的四個(gè)國(guó)家分別是日本JP、美國(guó)US、中國(guó)CN、韓國(guó)KR。我們分別對(duì)這四個(gè)主要申請(qǐng)國(guó)的專利量趨勢(shì)進(jìn)行分析如圖5。可以得到日本在中國(guó)申請(qǐng)的專利量在2006之前一直多于其他國(guó)家，可以說(shuō)明日本的LED原材料專利布局早于中國(guó)、美國(guó)和韓國(guó)。也能說(shuō)明日本在LED原材料領(lǐng)域研發(fā)較早，而且有很大實(shí)力。

圖5 四個(gè)主要國(guó)家LED原材料領(lǐng)域中國(guó)專利申請(qǐng)量發(fā)展趨勢(shì)

最近幾年美國(guó)、韓國(guó)企業(yè)也越來(lái)越善用專利來(lái)“跑馬圈地”，搶占市場(chǎng)。市場(chǎng)上主要的原材料都是以日本和美國(guó)為主的外國(guó)公司產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)公司的產(chǎn)品還較少，競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力相對(duì)薄弱。從2000年起，中國(guó)在這方面的研發(fā)實(shí)力也在逐漸加強(qiáng)，在2006年，LED原材料中國(guó)專利的國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人申請(qǐng)量達(dá)到315件，開(kāi)始超過(guò)日本。

7 結(jié)語(yǔ)

(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(gè)高技術(shù)領(lǐng)域。

(2)從專利申請(qǐng)的區(qū)域分布分析，日本、美國(guó)、韓國(guó)為L(zhǎng)ED技術(shù)強(qiáng)國(guó)，主要以發(fā)明專利為主，掌握著多個(gè)領(lǐng)域的核心技術(shù)。國(guó)外來(lái)華專利占LED原材料中國(guó)專利總量的56.85%。這表明國(guó)外LED原材料相關(guān)企業(yè)在我國(guó)布局非常積極，其競(jìng)爭(zhēng)性和主動(dòng)性非常強(qiáng)。

(3)從專利重點(diǎn)持有人分析，申請(qǐng)量前九名均為境外申請(qǐng)人，說(shuō)明我國(guó)LED原材料領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)方面與國(guó)外差距還很大。LED原材料專利國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人排名前十中，除臺(tái)灣企業(yè)外，均為大陸高校和研究所，可以說(shuō)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(qǐng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)分析，從1997年起，專利申請(qǐng)量出現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)，最近幾年也都有大量的專利申請(qǐng)，可見(jiàn)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(guó)、美國(guó)和韓國(guó)。也能說(shuō)明日本在LED原材料領(lǐng)域研發(fā)較早。從2000年開(kāi)始，中國(guó)的研發(fā)實(shí)力也在逐漸加強(qiáng)。

綜合來(lái)說(shuō)，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(wú)可比擬的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。但是我國(guó)在LED原材料技術(shù)研究方面還相當(dāng)落后，與日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相距甚遠(yuǎn)。如何突破LED原材料技術(shù)，不再受國(guó)外企業(yè)的牽制，將是我們面臨的一個(gè)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(xué)與發(fā)光材料［M］．化學(xué)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(guó)稀土學(xué)報(bào)，2005，23(5):513．

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

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