基于 Innography平臺的高功率半導(dǎo)體激光器專利分析

郝 屹 王戴尊戴 磊

（吉林省科學(xué)技術(shù)信息研究所，吉林 長春130033）

基于 Innography平臺的高功率半導(dǎo)體激光器專利分析

郝 屹 王戴尊*戴 磊

（吉林省科學(xué)技術(shù)信息研究所，吉林 長春130033）

〔摘 要〕本文利用Innography專利檢索與分析平臺 ，對高功率半導(dǎo)體激光器專利進(jìn)行檢索 ，并對檢索結(jié)果進(jìn)行核心專利分析、可視化分析及引證分析等 ，得出了全球高功率半導(dǎo)體激光器專利技術(shù)的發(fā)展研究概況，供該領(lǐng)域研究人員借鑒和參考。

〔關(guān)鍵詞〕Innography；專利檢索 ；專利分析 ；專利情報(bào) ；高功率半導(dǎo)體激光器

高功率半導(dǎo)體激光器以其廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在市場而成為各國競相追逐的熱點(diǎn)。目前高功率半導(dǎo)體激光器所面臨的主要問題是激光器的低性能，即激光器的輸出光功率和轉(zhuǎn)換效率偏低，可靠性和穩(wěn)定性、一致性差等問題，這在很大程度上限制了其實(shí)際應(yīng)用。高功率半導(dǎo)體激光器的性能除跟外延材料有關(guān)以外 ，還跟激光器的散熱、封裝有關(guān)。要獲得高穩(wěn)定性、高可靠性、高功率半導(dǎo)體激光器就必須設(shè)計(jì)制作高質(zhì)量激光陣列條和高效散熱結(jié)構(gòu) ，同時為了便于廣泛應(yīng)用，封裝結(jié)構(gòu)必須簡單、高效、低成本。然而我國的高功率半導(dǎo)體激光器 （大于200W）的研制一直無法達(dá)到國際先進(jìn)公司 （Jenoptik、Nlight、SDL等）的技術(shù)水平。本文以促進(jìn)高功率半導(dǎo)體激光器國產(chǎn)化水平為出發(fā)點(diǎn)，分析了高功率半導(dǎo)體激光器的專利發(fā)展態(tài)勢。

1　Innography專利檢索與分析平臺概述

Innography是Dialog公司旗下最新的專利檢索與分析平臺，可檢索和獲取包含90多個國家和地區(qū)的同族專利、法律狀態(tài)和專利全文；收錄了超過8 000多萬件全球?qū)＠麛?shù)據(jù)；同時還包括了鄧白氏商業(yè)數(shù)據(jù)、美國專利訴訟數(shù)據(jù)和美國商標(biāo)數(shù)據(jù)［1］。Innography實(shí)現(xiàn)了專利檢索和商業(yè)智能分析工具高度整合 ，其簡單明了地為用戶展現(xiàn)了技術(shù)全景圖和對其中專利強(qiáng)度的自動標(biāo)引 ，使技術(shù)領(lǐng)域的競爭情報(bào)更加可視化的呈現(xiàn)在用戶的面前 ，在專利信息的利用過程中發(fā)揮了重要的作用。Innography專利檢索與分析平臺的功能主要包括：全球首創(chuàng)專利強(qiáng)度 （Patent Strength）指標(biāo)能快速分離出高價值專利；同時對專利氣泡圖、熱力圖、專利

2　高功率半導(dǎo)體激光器專利分析

本文以高功率半導(dǎo)體激光器為研究對象，在Innography專利平臺進(jìn)行檢索與分析研究。從Innography［2］數(shù)據(jù)庫檢索到高功率半導(dǎo)體激光器極其相關(guān)專利2 379件，由438個組織機(jī)構(gòu)、2 969個發(fā)明人完成，涉及到了75個IPC小組 ，專利申請?jiān)?3個國家和組織內(nèi)實(shí)施，檢索時間為2015年1月17日 ，檢索式為：（＠title（″semiconductor laser′～4 OR″laser diode″～4 or″diode laser″～4 OR″semiconductor diode″OR″junction laser″））and （＠ title （high power）or（high bright*）or（high efficiency）or waveguide OR passivation OR packaging OR bonding OR″beam shap*″OR″beam combination″OR″beam transform″）。

2.1基于專利強(qiáng)度的核心專利分析

專利強(qiáng)度是Innography獨(dú)創(chuàng)的專利評價新指標(biāo)［3］，是Innography的核心功能之一，其來自于加州大學(xué)伯克利分校及喬治梅森大學(xué)的最新研究成果。其作用是幫助用戶快速有效地尋找核心專利。

圖1　專利強(qiáng)度分析圖

圖1顯示了大功率半導(dǎo)體激光器專利強(qiáng)度各個指標(biāo)所占的比重，Industries（工業(yè)值）最大 ，表明大功率半導(dǎo)體激光器市場發(fā)展前景很大 ，而Life（專利年齡）、Cites（后引）、和Litigation（訴訟）值相對較小 ，則說明該領(lǐng)域的大部分專利比較新，法律糾紛較少，整個領(lǐng)域的處于新技術(shù)研發(fā)狀態(tài)，發(fā)展前景很大。

2.2專利信息可視化分析

2.2.1競爭對手分析

圖2顯示了該領(lǐng)域主要競爭對手情況 ，展示了行業(yè)中排在前20位的機(jī)構(gòu)專利申請與收入情況，其中的橫坐標(biāo)包括專利的數(shù)量、專利所跨的技術(shù)分類和專利引證；縱坐標(biāo)為公司年收入、在全球的分支機(jī)構(gòu)以及專利訴訟數(shù)量，通過以百分比的統(tǒng)計(jì)計(jì)算為基礎(chǔ)，進(jìn)行了主要競爭對手勢力分析。可以看出，美國、日本和韓國是高功率半導(dǎo)體激光器主要的專利申請國家 ，排在前三位的機(jī)構(gòu)分別是美國的諾斯羅普、日本的日亞化學(xué)和韓國的三星集團(tuán)，其中美國諾斯羅普是全球最大的軍工集團(tuán)之一 ，該公司的激光器由7個15千瓦的激光模組組成，達(dá)到105千瓦，為戰(zhàn)術(shù)激光武器的發(fā)展提供了新的方向［4］，但其年收入與韓國三星相差較大 ，主要是其產(chǎn)品多半涉及軍事，有一定的保密性質(zhì) ，而三星的產(chǎn)品遍布全球各地。值得一提的是我國的西安炬光科技有限公司排在第4位，申請專利54件。該企業(yè)專門從事高功率半導(dǎo)體激光器研發(fā)與應(yīng)用 ，并且已經(jīng)擁有一定的市場，對國內(nèi)外其他企業(yè)產(chǎn)生了一定的威脅，具有一定的競爭優(yōu)勢。

為了更加清晰地顯示圖2的數(shù)據(jù) ，通過Innography提取表1，作為圖2的補(bǔ)充參考，清晰明了的顯示了申請機(jī)構(gòu)的年收入情況。

圖2　主要競爭對手實(shí)力分析

表1　排在前20位主要公司的專利申請情況

2.2.2優(yōu)先權(quán)年分析

圖3　主要國家優(yōu)先申請專利情況

圖3顯示了優(yōu)選權(quán)年的情況，可知大功率半導(dǎo)體激光器按照年度主要國家優(yōu)先申請專利情況，可以看出，美國、日本和中國是專利申請最多的國家，1995年 ，美國專利授權(quán)量為14件 ，1999年達(dá)到最大授權(quán)量35件，此后除了2002年和2006有明顯增加外，其余均呈現(xiàn)出下降的趨勢。美國專利的申請量與授權(quán)量的走勢相似 ，2002年達(dá)到最高峰，申請量為32件。同樣，日本專利的申請量總體走勢也是呈現(xiàn)出下降的趨勢，2000年，年申請量為最大值21件 ，2007年之后 ，逐年遞減。

相反，中國專利的申請量卻是呈現(xiàn)遞增的趨勢，1995年申請量為2件，之后呈現(xiàn)出交替遞增的趨勢，尤其是在2009年 ，突飛猛進(jìn)地增長，申請量比2008增加了10件，2013年申請量達(dá)到高峰，為40件專利。雖然，我國對高功率半導(dǎo)體激光器的研發(fā)與應(yīng)用起步較晚 ，但是近些年卻取得了很大進(jìn)展，并逐步趕超發(fā)達(dá)國家，尤其是在高功率半導(dǎo)體激光器封裝、耦合和光束整形等方面。

表2　主要國家優(yōu)先申請專利情況件

2.2.3主要專利發(fā)明人分析

圖4　主要發(fā)明人專利申請情況

圖4顯示了該行業(yè)專利的主要發(fā)明人 ，2 377件專利中，共有2 968位發(fā)明人 ，其中35.5%的專利集中在前5位發(fā)明人手中。從排名前20位的發(fā)明人來看，主要集中在中國和德國，中國有7位發(fā)明人占總數(shù)的39.1%，主要來自山西飛虹微納米光電科技和中科院長春光機(jī)與物理研究所，專利涉及的技術(shù)均為高功率半導(dǎo)體激光器耦合方面；德國有5位發(fā)明人占總數(shù)的23.9%。

2.2.4全球?qū)＠l(fā)明人分析

從圖5和表4中可以看出，區(qū)域越大申請的專利數(shù)量越多。美國的發(fā)明人申請專利數(shù)量最多，609件，可見該技術(shù)的研發(fā)主要集中在美國 ；其次為日本和中國排在第二和第三位，分別申請專利476件和473件，中國與日本不相上下。

表3　主要發(fā)明人專利申請情況列表

圖5　全球發(fā)明人分布情況

表4　全球發(fā)明人分布情況

2.2.5專利在全球研發(fā)分布

圖6　專利在全球研發(fā)分布情況

本文檢索到的2377項(xiàng)專利，主要分布在全球20個國家或地區(qū)中，圖6和表5顯示了在該國(地區(qū))申請專利的數(shù)量。可以看出，各國家(地區(qū))在中國申請的專利數(shù)量與中國發(fā)明人 （表4）申請的專利數(shù)量相比，明顯增多。這說明，各個國家或地區(qū)都加強(qiáng)了在華專利的保護(hù) ，對我國的技術(shù)發(fā)展形成了嚴(yán)重的壁壘。德國則比較注重專利在全球的保護(hù)，德國發(fā)明人 （表4）共申請專利 213件，而德國專利的申請量（表5）則為90件，這表明德國至少是有123件專利在其他國家申請的 ，形成了較好的技術(shù)保護(hù)。

2.2.6關(guān)鍵技術(shù)分析

以高功率半導(dǎo)體激光器在專利引證、專利權(quán)、專利數(shù)量、專利分類號、專利訴訟等因素百分比的統(tǒng)計(jì)計(jì)算為基礎(chǔ)進(jìn)行專利強(qiáng)度分析，通過專利強(qiáng)度的文本聚類分析，可以判斷其關(guān)鍵技術(shù)主要分布在激光二極管 （Laser Diode）、高功率 （High Power）、有源區(qū) （Active Layer）、光波導(dǎo) （Optical Waveguide）、光纖 （Optical Fiber）、激光芯片（Laser Chip）以及光束整形 （Beam Combination）等28個類別。具體詳見圖7和表6。

表5　專利在全球研發(fā)分布情況

表6　高功率半導(dǎo)體激光器主要技術(shù)聚類列表

圖7　高功率半導(dǎo)體激光器主要技術(shù)聚類

2.3專利引證分析

專利引證分析可以通過專利的引用和被引用情況，推測一個行業(yè)的發(fā)展趨勢。Innography引證圖是將引用專利和被引專利按優(yōu)先權(quán)時間和IPC分布進(jìn)行分析，呈現(xiàn)引證過程中的技術(shù)應(yīng)用分布［5］。在專利強(qiáng)度為90～100的專利中 ，選取專利號為US7288086 B1的專利，該專利是有關(guān)效率高側(cè)面泵浦半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的專利。如圖8所示，橫坐標(biāo)代表年份 ，縱坐標(biāo)代表專利的技術(shù)分類，圖中的豎線為該專利的申請時間 ，為2008年左右，豎線左側(cè)的區(qū)域?yàn)樵搶＠暾垥r所引用的專利，豎線右側(cè)區(qū)域?yàn)樵搶＠灰玫那闆r ，可以看出 ，該專利不是基礎(chǔ)專利。

3　結(jié) 論

本文通過Innography專利檢索和分析平臺，利用各種可視化的圖表，對高功率半導(dǎo)體激光器專利進(jìn)行分析，結(jié)果顯示：

圖8　專利引證分析　

3.1發(fā)達(dá)國家為主要申請國家

美國、日本和韓國為高功率半導(dǎo)體激光器主要申請國家，尤其是美國的諾斯羅普、日本的日亞化學(xué)和韓國的三星集團(tuán)這三家機(jī)構(gòu)，在高功率半導(dǎo)體激光器的研究中占據(jù)領(lǐng)先地位 ，其產(chǎn)品的市場化帶動了整個半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3.2我國起步較晚，但發(fā)展較快

雖然我國的高功率半導(dǎo)體激光器的起步較晚，但是發(fā)展較快 ，尤其是近幾年，專利申請量出現(xiàn)較大增幅，排名前5位的省份主要集中在北京、陜西、上海、吉林及江蘇 ，其中北京專利申請量最高達(dá)89件，陜西、上海、吉林緊隨其后，其他省份申請量相差甚遠(yuǎn)。申請機(jī)構(gòu)主要為西安炬光和中科院長春光機(jī)與物理研究所，而主要技術(shù)則涉及有源區(qū)、光波導(dǎo)以及半導(dǎo)體激光器的芯片和光束整形方面 ，這些也是提高半導(dǎo)體激光器功率的主要方法。

3.3主要技術(shù)以提高功率為主

通過對高功率半導(dǎo)體激光器專利的技術(shù)聚類分析，可以歸納出高功率半導(dǎo)體激光器主要從光束、光纖、耦合等方面進(jìn)行功率的增大，尤其是我國的西安炬光和山西飛虹微納米光電科技這兩家機(jī)構(gòu) ，近些年在高功率半導(dǎo)體激光器的研發(fā)方面有所突破。

3.4專利申請數(shù)量目前呈上升趨勢

為了滿足21世紀(jì)信息傳輸寬帶化、信息處理高速化、信息存儲大容量以及軍用裝備小型、高精度化等需要，半導(dǎo)體激光器的發(fā)展趨勢主要在高速寬帶LD、大功率LD、短波長LD、量子線和量子點(diǎn)激光器、中紅外LD等方面。所以在1999-2014年期間，在這些方面取得了一系列重大的成果 ，專利申請數(shù)量增加很多。

參考文獻(xiàn)

［1］楊志濱 ，王棟 ，程瑾 ，等 .基于Innography數(shù)據(jù)庫的抗抑郁藥專利挖掘與分析 ［J］.中華醫(yī)學(xué)圖書情報(bào)雜志 ，2015，（3）：18 -22.

［2］Innography［EB/OL］.http：∥innography.corn/index.aspx，2015-01-17.

［3］法雷 ，張延花，楊婧.Innography專利檢索與分析平臺的運(yùn)用［J］.產(chǎn)業(yè)與科技論壇 ，2014，（14）：43-45.

［4］姚立華 .半導(dǎo)體激光軟釬焊技術(shù)研究［D］.南京 ：南京航空航天大學(xué) ，2006，（3）.

［5］王旭 ，劉姝 ，李曉東 .快速挖掘核心專利——Innography分析數(shù)據(jù)庫的功能分析 ［J］.現(xiàn)代情報(bào) ，2013，（9）：106-110.

［6］戰(zhàn)玉華 ，潘樂影 ，程愛平 .利用Innography進(jìn)行專利情報(bào)分析——以O(shè)LED為例［J］.圖書情報(bào)工作 ，2013，（9）：104-109.

（本文責(zé)任編輯：孫國雷）

?企業(yè)情報(bào)工作?

?企業(yè)情報(bào)工作?

Research on High Power Semiconductor Laser Based on Innography Patent Retrieval and Analysis Platform

Hao Yi Wang Daizun*Dai Lei
（Institute of Scientific and Technical Information of Jilin，Changchun 130033，China）

〔Abstract〕Based on Innography patent retrieval and analysis platform，the paper retrieved high power semiconductor laser patents，and proceeded core patent analysis，visualized analysis and citation analysis on obtained results，which enabled to acquire the development and research situation of global high power semiconductor laser.The paper aimed to provide references to counterparts.

〔Key words〕Innography；patent retrieval；patent analysis；patent intelligence；high power semiconductor laser

通訊作者：王戴尊 （1986-），女 ，研究實(shí)習(xí)員 ，碩士 ，研究方向：情報(bào)研究，發(fā)表論文數(shù)篇。book=129,ebook=131聚類分析等圖的創(chuàng)新，能讓科研人員快速有效地了解技術(shù)差距和發(fā)展方向；另外，Innography還可以進(jìn)行專利無效檢索與侵權(quán)檢索以及獨(dú)創(chuàng)的訴訟專利檢索與分析。

作者簡介 ：郝 屹（1960-），男 ，研究員 ，研究方向 ：科技政策、大數(shù)據(jù)及專利分析 ，發(fā)表論文數(shù)篇。

基金項(xiàng)目：國家知識產(chǎn)權(quán)局專利戰(zhàn)略推進(jìn)工程項(xiàng)目 “半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域?qū)＠麑?dǎo)航研究”（項(xiàng)目編號 ：PS2015-008）研究成果。

收稿日期：2015-07-13

〔中圖分類號〕G255.53

〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕A

〔文章編號〕1008-0821（2015）10-0128-06

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2015.10.024