照明與通信共用的LED重點(diǎn)技術(shù)專利申請(qǐng)分析

袁 瑞，張 濤，谷懷民，肖 瑤，方慧風(fēng)

(1.華南師范大學(xué)光電子材料與技術(shù)研究所，廣東廣州 510631；2.國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東廣州 510000)

引言

LED可見光通信技術(shù)(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(fā)出肉眼看不到的高速明暗閃爍的信號(hào)，利用該信號(hào)將信息傳輸出去。這種技術(shù)做成的系統(tǒng)能直接以空氣為傳輸介質(zhì)，不需光纖，不消耗能量，抗干擾，因而具有廣泛的開發(fā)前景。該技術(shù)最早是由中川研究所提出來[2]，之后全球范圍內(nèi)科研者們爭(zhēng)相開發(fā)研究。該技術(shù)領(lǐng)域最早是美國(guó)、日本投入研發(fā)，中國(guó)緊隨其后，尤其是2010年之后，專利申請(qǐng)量突增，國(guó)家大量投入[3]。

本文數(shù)據(jù)來源于廣東省知識(shí)產(chǎn)權(quán)公共信息綜合服務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)和國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局檢索平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過中﹑英文檢索式檢索，并經(jīng)過人工去重﹑除雜，分別獲得全球LED可見光通信相關(guān)的專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)7 194件，中國(guó)LED可見光通信相關(guān)的專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)3 032件，廣東省LED可見光通信相關(guān)的專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)485件，檢索時(shí)間從1985年1月1日到2017年12月31日。

1 專利申請(qǐng)分析

1)全球數(shù)據(jù)分析。從表1可以看出，申請(qǐng)國(guó)家日本、中國(guó)、美國(guó)這三個(gè)國(guó)家的專利申請(qǐng)量最多，居前三位，日本占30%，中國(guó)29%不相上下，美國(guó)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(shù)為可見光通信，光波導(dǎo)與光電元件的耦合，電視攝像機(jī)，利用固態(tài)圖像傳感器，SSIS結(jié)構(gòu)與其相關(guān)的電路。

表1 全球數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Global data statistics

2)中國(guó)數(shù)據(jù)分析。從表2可以看出，申請(qǐng)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?yàn)檫@里是各大企業(yè)龍頭的聚集地。我國(guó)排前6位的申請(qǐng)人是深圳光啟，解放軍信息工程大學(xué)，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(shù)領(lǐng)域?yàn)榭梢姽馔ㄐ牛刂疲l(fā)射機(jī)，光波導(dǎo)與光電元件的耦合，編碼或調(diào)制元件。

技術(shù)生命周期(TCT)[4]的階段包括:新興期、成長(zhǎng)期、成熟期、衰落期，是用來判斷技術(shù)生命發(fā)展(TCT=專利申請(qǐng)量/專利權(quán)人數(shù))。圖1是我國(guó)1986—2017年專利生命周期圖。圖中的技術(shù)生命周期(TCT)顯示2010年前總趨勢(shì)在不斷上升，屬于新興期和快速上升階段，2010—2016年屬于穩(wěn)步上升階段，但1997,2000,2008年出現(xiàn)了回落，即負(fù)增長(zhǎng)現(xiàn)象，可能是因?yàn)樾录夹g(shù)點(diǎn)的興起但不成熟造成的。2017年出現(xiàn)了大幅度的回落，即短暫衰退期，預(yù)測(cè)還會(huì)有新技術(shù)的誕生。

表2 中國(guó)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 2 Data statistics in China

圖1 我國(guó)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(shù)重點(diǎn)專利申請(qǐng)分析

針對(duì)照明與通信共用白光LED的專利調(diào)研，在國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局檢索平臺(tái)上共檢索出全球相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)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(qǐng)趨勢(shì)，從整體來看，大體上呈上升趨勢(shì)。2009年之前，專利年申請(qǐng)量較少，申請(qǐng)量在30件以內(nèi)。2013年之后，申請(qǐng)量增長(zhǎng)較快，直到2016年達(dá)到申請(qǐng)量171件，說明近些年照明通信共用白光LED的研究受到關(guān)注。

圖2 全球照明與通信共用白光LED歷年專利申請(qǐng)趨勢(shì)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(qǐng)國(guó)家分布，可以看出，專利申請(qǐng)量排名前三位的國(guó)家有中國(guó)、日本和韓國(guó)。其中專利申請(qǐng)量居第一位的是中國(guó)，其專利數(shù)量有360件(包括國(guó)外來華申請(qǐng))，占全球數(shù)據(jù)的61%，緊跟其后的是日本，有81件，占比14%，韓國(guó)65件，占11%。可見中國(guó)的申請(qǐng)量較大。

圖3 全球照明與通信共用白光LED專利申請(qǐng)國(guó)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(guó)的申請(qǐng)趨勢(shì)來看，日本、韓國(guó)照明與通信共用白光LED專利申請(qǐng)從2005年開始起步，中國(guó)雖然在1999年有過該技術(shù)點(diǎn)的專利申請(qǐng)，但之后至2009年才再次出現(xiàn)照明與通信共用的白光LED的專利申請(qǐng)。日本一直處于增長(zhǎng)趨勢(shì)，直到2009年申請(qǐng)量達(dá)到15件，韓國(guó)申請(qǐng)量在低于20件上下起伏，波動(dòng)幅度不大，美國(guó)在2011年后照明與通信共用白光LED專利申請(qǐng)量出現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)，中國(guó)處于申請(qǐng)量上升趨勢(shì)，申請(qǐng)量在2016年達(dá)到138件。

圖4 美、中、日、韓照明與通信共用白光LED專利申請(qǐng)趨勢(shì)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(shù)領(lǐng)域包括：傳輸、電照明、數(shù)字信息的傳輸、照明裝置和零件、光源構(gòu)成、半導(dǎo)體器件、無線通信網(wǎng)絡(luò)等，占比前五位的有傳輸、電照明、照明裝置和零件、光源構(gòu)成，其中傳輸排名第一，申請(qǐng)量有405件，占39.09%。

表3 全球照明與通信共用白光LED申請(qǐng)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(qǐng)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(qǐng)人的專利申請(qǐng)數(shù)量均在10～20件，且數(shù)量起伏不大。排名第一位的是中國(guó)的蘇州邁奇杰智能技術(shù)有限公司，申請(qǐng)量為20件，排名第二位的是韓國(guó)的三星公司，申請(qǐng)量為16件。前十位的申請(qǐng)人中來自中國(guó)的申請(qǐng)人占有7位，國(guó)外申請(qǐng)人僅有3位，這些申請(qǐng)人主要是以中國(guó)的居多。

圖6 照明與通信共用白光LED申請(qǐng)專利主要申請(qǐng)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(shù)最多的前十位照明通信共用白光LED申請(qǐng)專利，TOSHIBA KK在2006年申請(qǐng)的專利US2007058987A1被先后引證了12次，位列第一。該發(fā)明介紹了一種可見光通信系統(tǒng)，系統(tǒng)包括發(fā)送可見光信號(hào)的發(fā)送裝置和接收可見光信號(hào)的接收裝置。MANIAM SELVAN申請(qǐng)的專利US2007024571A1被引用了9次，位居第二。SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD申請(qǐng)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(yè)界的關(guān)注，其專利申請(qǐng)的技術(shù)點(diǎn)呈多樣化。

由表5可以看出，共有12件美國(guó)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(xué)元件、系統(tǒng)或儀器，電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理等其他技術(shù)點(diǎn)，可見該專利的應(yīng)用較廣泛。在這12件引證專利中，又一次被引證的專利數(shù)目共有213件，其中COLOR KINETICS 公司申請(qǐng)的專利US7309965B2被引證次數(shù)最多，高達(dá)74次，該專利講述的是照明元件和微處理器的照明設(shè)備。STRUYK DAVID A申請(qǐng)的專利US7319755B2被引證25次，位居第二，該專利技術(shù)點(diǎn)主要是圖像通信。

表4 照明與通信共用白光LED引證次數(shù)最多的申請(qǐng)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(xù)表5

3 照明與通信共用藍(lán)光LED技術(shù)重點(diǎn)專利申請(qǐng)分析

針對(duì)照明通信共用藍(lán)光LED的專利調(diào)研，在國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局檢索平臺(tái)上共檢索出全球相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)448件(檢索日期截止到2017年12月31日)。

從圖7來看，日本、美國(guó)起步較早，中國(guó)雖然在1999年出現(xiàn)過專利，但是一直到2009年才再次出現(xiàn)照明通信共用藍(lán)光LED的專利申請(qǐng)。日本一直處于增長(zhǎng)趨勢(shì)，直到2009年申請(qǐng)量達(dá)到最大，韓國(guó)申請(qǐng)量在低于20件上下起伏，波動(dòng)幅度不大，美國(guó)在2011年后照明通信共用藍(lán)光LED專利申請(qǐng)量出現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)，中國(guó)則處于申請(qǐng)量上升趨勢(shì)，申請(qǐng)量在2016年達(dá)到67件。

圖7 美、中、日、韓照明通信共用藍(lán)光LED專利申請(qǐng)趨勢(shì)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(lán)光LED專利申請(qǐng)量排名前三位的是中國(guó)、日本和韓國(guó)，其中涉及中國(guó)的專利數(shù)據(jù)有213件(含國(guó)外來華申請(qǐng))，位居第一，占全球數(shù)據(jù)的48%。排名第二的是日本，占比18%，韓國(guó)排名第三，占比16%。

圖8 全球照明與通信共用藍(lán)光LED專利申請(qǐng)國(guó)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(lán)光LED所涉及的技術(shù)領(lǐng)域包括：傳輸、通信技術(shù)，照明，測(cè)量，信號(hào)裝置，電氣元件，光學(xué)等，其中占比較高的在于傳輸、通信，照明，測(cè)量這些技術(shù)點(diǎn)上，其中H04傳輸通信技術(shù)點(diǎn)位居第一，占53%，F(xiàn)21照明技術(shù)點(diǎn)位居第三，占6%，說明這兩個(gè)技術(shù)點(diǎn)是研究者們研究藍(lán)光LED的技術(shù)熱點(diǎn)。根據(jù)圖10美、中、日、韓四國(guó)在H04傳輸技術(shù)方向看，中國(guó)申請(qǐng)量153件居第一，日本71件居第二。從F21照明技術(shù)方向來看，中國(guó)申請(qǐng)量14件居第一，美國(guó)11件居第二。

圖9 全球照明與通信共用藍(lán)光LED專利申請(qǐng)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(lán)光LED專利申請(qǐng)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(lán)光LED專利數(shù)據(jù)進(jìn)行申請(qǐng)人分析，發(fā)現(xiàn)排名前十位的申請(qǐng)人有SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD,KOREA ELECTRONICS TELECOMM,TAIYO YUDEN KK,東南大學(xué),中國(guó)人民解放軍信息工程大學(xué),TAMURA SEISAKUSHO KK,PANASONIC CORP,南京郵電大學(xué),華南理工大學(xué),中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所，其中中國(guó)有5位，日本有2位，韓國(guó)有2位，美國(guó)有1位。申請(qǐng)數(shù)量排名第一的是KOREA ELECTRONICS TELECOMM公司，相關(guān)專利有18件，該公司總部在韓國(guó)。

圖11 照明通信共用藍(lán)光LED專利申請(qǐng)主要申請(qǐng)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(shù)最多的前十位照明與通信共用藍(lán)光LED申請(qǐng)專利，KNAPP DAVID J在2010年申請(qǐng)的專利US2011069960A1被先后引證了25次，位列第一。該發(fā)明公開了一種可用于一般照明、照明控制系統(tǒng)或其他應(yīng)用的照明裝置和相關(guān)系統(tǒng)和方法。照明裝置優(yōu)先與AC電源同步，以產(chǎn)生時(shí)分多路復(fù)用信道，其中控制信息可以由產(chǎn)生照明的同一光源光學(xué)地傳遞。CHAO CHIA-HSIN申請(qǐng)的專利US2013236183A1被引用了25次，位居并列第一。KIM SANG JOON申請(qǐng)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(lán)光LED已受到業(yè)界的關(guān)注。被引證次數(shù)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(xiàn)了該技術(shù)點(diǎn)的關(guān)注度較高。

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

4 結(jié)束語

全球LED可見光通信技術(shù)正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期。以美國(guó)、日本和中國(guó)為代表的專利權(quán)占據(jù)了世界大部分專利資源。中國(guó)在LED可見光通信方面的專利開發(fā)起步晚于日本﹑韓國(guó)﹑歐洲等國(guó)家或地區(qū)，目前還處于研發(fā)階段，并且主要申請(qǐng)者是大學(xué)和科研單位，在此基礎(chǔ)上，中國(guó)應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)和研究單位的合作，使研究成果迅速進(jìn)入產(chǎn)業(yè)中。從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)應(yīng)用，需要更多的企業(yè)參與和政府支持。中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)有著良好的發(fā)展前景，期待在全球可見光通信的發(fā)展中起推動(dòng)作用。