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基于专利分析的我国纳米发光材料及器件领域研究

2023-10-03 来源:易榕旅网
2014 ̄5 doi:10.3969/j.issn.1000—7695.2014.05.024 …。 蒌 … R 基于专利分析的我国纳米发光材料及器件领域研究 王 莹 ,郑 佳 ,黄晓莉 ,孔祥瑞 (1.辽宁省科学技术情报研究所,辽宁沈阳 l10181; 2.中国科学技术信息研究所,北京100038) 摘要:以德温特专利数据库收录的纳米发光材料及器件领域专利为研究对象,通过对比发达国家日本、美国的 专利申请情况,对我国纳米发光材料及器件领域专利技术的申请状况、研究热点、外资企业的专利布局等进行 多角度分析,以期为相关技术人员和科技管理人员提供科学依据和有益参考。 关键词:纳米发光材料及器件;技术创新;专利分析;中国 中图分类号:G353.1;G306 文献标志码:A 文章编号:1000—7695(2014)05一ol15—05 Analysis on Chinese Nano Light——emitting Materials and Devices Field Based on Patent Intelligence WANG Ying ,ZHENG Jia HUANG Xiaoli ,KONG Xiangrui (1.Institute of Scientific and Technical Information of Liaoning,Shenyang 110181,China; 2.Institute of Scientific and Technical Information of China,Beijing 100038,China) Abstract:Based on the patents of Nano light—emitting materiMs and devices field collected by Derwent Innovation Index database,through a comparative analysis on the patent data of China,Japan and US,the quantitative analysis in this paper revelsa the overall patent situation,the key R&D ifelds and R&D institutes patent distirbution involving major companies as patent applicants or holders in the industry in China.The paper hopes to provide an objective statistical reference for future academic researches and innovation development for technologists and managers. Key words:nano light—emitting materials and devices;technology innovation;patent analysis;China 纳米发光材料因其尺寸减小到几纳米到几十纳 米的范围而具有独特的光学特性,可通过光致发光、 电致发光、射线发光等多种发光方式,在光源、显 示、显像、激光、光电子器件等方面具有广泛的应 用。纳米发光材料及器件是微电子技术进一步发展 的基础,是电子信息产业高端和前沿技术领域之一。 随着国务院确定新一代信息技术产业为我国重点发 展的战略性新兴产业,纳米发光材料及器件已成为 近年来发展十分迅速的研究领域之一。 随着纳米技术的不断发展,纳米发光材料的发 光机制、性质、制备方法、发光器件的结构、工艺 与应用等成为研究重点,缺乏对该领域专利技术信 息的研究。本文利用专利情报分析方法,通过对比 发达国家日本、美国纳米发光领域专利申请情况, 对我国纳米发光材料及器件领域专利技术的申请状 况、研究热点、外资企业的专利布局等进行了多角 度分析,以期为相关技术人员和科技管理人员提供 科学依据和有益参考。 1数据来源与分析 本文以美国科学情报研究所(ISI)出版的Der— went Innovation Index(DII)数据库为数据来源,以 标题、关键词、摘要、国际专利分类号(IPC)和 德温特分类号(DC)为检索范围。根据文献调研、 实地调研及专家探讨的结果,将检索策略分为纳米 发光材料和纳米发光器件两部分。其中,纳米发光 材料定义为纳米尺度下的发光材料,细分为“光致 发光”、“射线发光”、“掺杂发光”和“电致发光” 材料四部分;纳米发光器件则定义为纳米发光材料 制成器件,细分为“发光二极管”、“显示器”和 “激光器”三部分,每个部分根据其发光方式或者 发光材料的不同选取关键词,制定检索策略,对 1963年以来的专利数据进行检索,共得到中国相关 专利3561件,日本6035件,美国5750件。对检索 结果下载保存、数据加工,利用Thomson Data Ana— lyzer(TDA)软件进行数据清洗、数据挖掘和可视 化分析。数据下载Et期为2011年9月7 13。由于专 利文献有18个月的滞后期,因此2010年和2011年 收稿日期:2013—04—1O。修回日期:2013—08—12 1 16 王莹等:基于专利分析的我国纳米发光材料及器件领域研究 的数据仅供参考。 2结果与讨论 2.1 专ft.1产出情况 从图1可以看出,在日本和美国申请的专利数 量分别为6035件和5750件,分别占世界22.8%和 21.7%。作为优先权国家,日本和美国以申请4623 件和3454件专利位居第1和第2位,二者之和超过 世界总量的一半,处于纳米发光技术领域的领跑地 位。在中国申请的专利数量为3561件,在国家排名 中居第3位,占世界13.4%,比日本和美国分别低 9.4和8.3个百分点。中国申请数量为2574件,处 于世界第3位,占世界17.3%,比日本和美国分别 低13.7和5.9个百分点。尽管中国位于日、美之 后,但是从专利数量来看,目前中国与日本、美国 仍存在明显的差距。 图2显示了日本、美国和中国纳米发光材料及 器件技术领域的专利申请发展情况。在上世纪60~ 70年代,世界各国开始纳米发光技术的相关研究, 1972年申请第一件专利。随着研究的不断深入,20 世纪80年代,发现当半导体材料的颗粒尺寸接近波 尔半径时,伴随颗粒尺寸的减小,其发光性质与大 颗粒尺寸的本体开始表现出明显的不同,可以通过 改变量子点的尺寸来对其发光波长和发光纯度进行 调控,严格控制颗粒尺寸将成为影响产品质量和性 能的关键。因此,纳米尺寸的发光材料因其独特的 光学特性和广阔的应用前景而备受重视,相关的研 究和应用也逐渐增多。从图2可见日本和美国专利 技术申请从80年代进入了缓慢增长期。日本的专利 技术申请多于美国。进入21世纪以来,日本和美国 开始对纳米发光领域技术的重视,政府的扶持力度 也逐渐加大。El本政府在《第二个科学技术基本计 划(2001~2006年)》中将纳米技术和材料作为国 家的科技重点发展战略的重点领域,主要研究纳米 物质与材料及其在电子、电磁、光学上的应用;纳 米物质与材料及其在结构材料中的应用;纳米信息 元件等。美国发布的《国家纳米技术计划》将碳纳 米管发光材料及器件、硅纳米发光材料及器件确定 为重点资助领域,其中纳米光源、纳米显示技术、 纳米光子计算、存储及通讯领域成为其重要的资助 方向。政府的支持,促使纳米发光领域的研究不断 增多,相关专利技术申请进入了迅速增长期。2005 年开始,美国专利的年申请量超过El本,专利总量 迅速增长。 中国纳米发光材料及器件技术领域专利申请起 步较晚,1996年申请第一件专利,至2001年发展迟 缓,年均申请量仅为3件。纳米技术的不断成熟以 及LED技术的广泛应用,“纳米研究”国家重大科 研计划、“863”计划、国家自然科学基金、国家重 点实验室计划专项、国家科技基础条件平台建设以 及各种人才专项等国家重大科技专项的推动,加之 2001年中国加入世界贸易组织后,企业专利意识显 著增强,使得从2002年开始我国纳米发光材料领域 的专利申请增长迅速。 ‘ 专利申请数量r件v 伽 湖 抛 。 东虽量量量墨量蓦氢参量量蚕茧量要景嚣量参量量§量量三量喜童詈量詈三 一 一一一H H 一 —H H ¨“ 申请年份 图2 日本、美国和中国作为优先权国家的 专利逐年申请情况 深入分析13本、美国和中国申请的同族专利 的地域分布可以发现,日本和美国作为研发实力强 的国家,对世界市场的争夺也非常激烈。日本和美 国申请专利获得知识产权保护的范围较广,除本国 市场外,分别涉及23个和29个国家、地区或 组织。 中国专利申请的国家、地区或组织有14个, 主要的分布情况如表1所示。中国的专利申请总 量不少,但是专利保护体系不够完善,重点关注 国内市场,在国外的申请量较少。日本和美国在 中国申请的专利数量较多,可见其抢占中国市场 的野心。 世界知识产权组织和欧洲专利局成为主要的专 利申请地,可见各国通过专利合作条约申请国际专 利,以达到在更广阔的空问保护本国原创发明和抢 占更广阔的市场的目的。 王莹等:基于专利分析的我国纳米发光材料及器件领域研究 1l7 表1 日本、美国和中国的同族专利主要分布情况 2.2技术领域分布情况 为了清晰的反映纳米发光材料及器件技术领域 主要专利申请国家的技术分布情况,本文从涉及到 纳米发光技术的200多项国际专利分类号(IPC)小 子管或放电灯方面(H01J),说明电子管及放电灯 等部件的制造是我国纳米发光技术的主要研究领域; 其次,在光发射,如红外线发射的半导体器件 (H01L一033/00)和稀土发光材料(C09K一0l1/ 77)方面有相关研究。 相比而言,日本、美国发达国家在纳米发光材 料及器件领域的技术创新主要侧重于半导体器件、 纳米材料、碳纳米管等技术或相关产品,而中国的 技术研发更多的是围绕在电子管或放电灯电极系统, 如冷阴极、场致发射电极等部件的制造与工艺方面, 类中选取排名前10项的主要相关技术,对日本、美 国和中国进行分析,如图3所示。 日本和美国关注的纳米发光材料及器件技术领 域相似度较高,而且技术相对全面,主要集中在利 用受激发射的器件(H01S)、半导体器件(H01L) 以及电子管或放电灯(H01J)方面;中国申请保护 的技术主要在发光材料(C09K)、半导体器件 (H01L)、电子管或放电灯(H01J)和材料测试 (G01N)技术领域,合计约占专利申请量的 64.5%。需要指出的是中国在照明装置或系统(例 如F21V)方面申请的技术较多,但是在日本和美国 申请专利较多的控制光的强度、颜色等的器件或装 置(G02F),光学元件、系统或仪器(G02B)以及 层状产品(B32B)等领域则数量较少。 H01S H0】L H01J C01B B82B G02F E09K G02B G0lN B32B F21V IPcd,类 图3 日本、美国和中国申请专利 在IPC小类的分布情况 为了进一步了解中国与世界主要国家纳米发光 材料及器件领域技术研究的差异,将中国与日本和 美国排名前l0名的IPC小组进行对比,结果如表2 所示。可以看出,日本专利的重点技术领域涉及5 个方面,包括光发射半导体器件(H01L一033/00)、 半导体激光器(H01S一003/18、H01S一005/00、 H01S一005/343)、半导体器件或其部件的制造或处 理(H01L一021/02、H01L一029/06)、超微结构的 制造或处理(B82B一003/00)以及碳的制备与纯化 (C01B一031/02)。美国专利的技术领域则几乎全部 集中在上述的半导体器件及其制备与处理等方向。 中国申请专利排名第2~9位的IPC小组均集中在电 技术研发相对比较落后,对于半导体器件等核心技 术的研发仍需加强。 表2 日本、美国和中国申请专利的主要技术领域对比情况 2.3 主要研究机构情况 表3显示了在中国申请纳米发光材料及器件技 术领域专利排名前10位的中国企业和外资企业。中 国企业中,创新活力较强的主要为台湾企业,如鸿 海科技集团、台湾晶元、友达公司以及群康科技公 司(系台湾群创光电股份有限公司间接投资在大陆 建设的生产基地),这四家公司的专利总量占前10 位总量的79.2%。台湾企业主要通过在大陆投资建 厂、申请专利技术保护等方法来抢占市场。其余的 大陆企业除了彩虹集团公司成立较早以外,大多为 创立不久的新公司,申请的专利数量较少,都不超 过20件。北京富纳特公司是研究、开发纳米新技术 及产品的企业;彩虹集团公司、上海蓝光公司(主 要股东为彩虹集团公司)、山东华光光电子公司、华 灿光电公司均为从事LED外延片、芯片产业化生产 的企业;群康科技公司则主要进行LCD模块研发和 制造。 在中国从事纳米发光材料及器件经营的外资企 业主要为韩国三星、LG公司,日本索尼、夏普、松 下、富士公司,美国3M、通用、伊斯曼柯达公司以 及荷兰飞利浦公司。这些公司都是全球知名的电子 公司,是照明、显示及感光领域研发和生产的领导 者。他们十分注重在中国的专利申请,加紧“圈 地”步伐。其中,三星公司的专利数占排名前lO位 总量的35%以上,是对中国投资最快最大的韩资企 ll8 王莹等:基于专利分析的我国纳米发光材料及器件领域研究 nc丹粪 L03 UIl ”12 S03 B04 V05 X26 ^8§ ^8E UI 4 B32 业之一,主要致力于终端显示产品的研发与生产。 表3 申请专利排名前10位的中国企业和外资企业 — -唯 一 表4给出了纳米发光材料及器件领域专利申请 排名前10位的科研机构情况。主要分布在长江三角 洲地区(包括上海、浙江及南京)、北京、吉林等 地。除中科院半导体研究所和长春应用化学研究所 外,其余全部为高等院校,其中清华大学以176件 专利高居榜首,科技创新能力较为突出。同时,清 华大学和中原工学院位列世界纳米发光材料及器件 领域科研院所专利申请第1和第2位。 对申请专利排名前10位的科研机构的重点应用 领域(德温特分类号,DC小类)分布情况如图3所 示。可以看到,除中原工学院、上海师范大学外, 各个科研机构的专利技术较为全面,应用领域广泛, 但是各有侧重。清华大学的纳米发光技术主要关注 电子器件的有机、无机电化学特性(L03),放电 管、阴极射线管(V05)、半导体器件在电路和数字 存储方面的应用(U14)以及电学应用(A85)三 个方面,中原工学院侧重放电管、阴极射线管 (V05)、电子器件的有机、无机电化学特性(ID3) 和照明(X26)方面,上海交通大学、吉林大学、 复旦大学、中国科学院长春应用化学研究所、上海 大学和上海师范大学的技术侧重应用于在科学仪器 (S03)和检验化合物(B04)方面,浙江大学和中 国科学院半导体研究所则侧重于半导体材料与工艺 (U11)和发光二极管等器件(U12)方面。 表4 申请专利排名前10位的科研机构 一 1一一l ’一一 J 3。厂 9 -8 :一。一 ■ . , ≯攀 、。  。2。 、I 4 一一 躲如一赢 一一 3 一 如 . . 甲’P 『I—、甲 l ● 1 :一 3 。 上 卜④ ) 23  ▲ ▲ 土 下 。甲=f=s ■ ■ ’ 2 1 r T J丫  ——T0} , ’ 4、‘ 、-二 3 、 4 l — —▲ j T。j s z r 6 T。 清华大学 中原工学院 v上海交疆大学 0中科院半导体研兜所 e吉林大学 0复且大学 O上海大拳 ●上海师范丈擎 图3 申请专利排名前10位的科研机构 的重点DC小类分布情况 3结论 通过对中国和世界纳米发光材料及器件领域主 要研发国家日本和美国申请专利的产出情况、重点 技术领域、主要研究机构等方面的对比分析,得出 以下结论: 3.1 纳米发光技术发展迅速 虽然中国进入该领域的时间相对发达较晚,但 是最近几年取得了非常巨大的进步,专利申请数量 大幅度的增长,位于世界第三位。尽管中国专利已 经在世界多地申请保护,但是大多数集中在中国, 在国际市场的布局仍欠缺。 3.2专利技术相对落后 中国在纳米发光材料及器件领域申请专利保护 的技术主要围绕在电子管或放电灯以及照明系统方 面,而在半导体器件及工艺、纳米材料制造等核心 技术的创新相对较少。 3.3 企业研发实力较弱,科研机构实力较强 与外资企业和科研机构相比,中国企业申请的 专利量较少,尤其是大陆企业。韩国、日本和美国 等巨头企业注重在中国的专利申请,表现出抢占中 国市场的强烈意图。国内科研机构创新能力显著, 尤其在纳米发光材料及器件的基本特征,如发光、 有机、无机电化学特征等基础研究方面成绩可观。 因此,我国应加紧纳米发光材料及器件领域的 专利布局,突破国外的专利围堵。企业应当立足于 自身实际,认真研究纳米发光技术的发展趋势,选 择关键技术作为突破口,积极与科研机构开展合作, 共同研发,建立协同、有效的创新机制。促进相关 科技成果向企业的转移和转化,形成拥有自主知识 产权的竞争力强的产品,实现我国纳米发光材料及 器件领域跨越式发展。 王莹等:基于专利分析的我国纳米发光材料及器件领域研究 119 参考文献: 比较分析[J].世界科技研究与发展,2006,28(5):104 [1]肖国华,郭婕婷,等.挖掘专利信息的潜在价值一专利分析方 —107 法及应用[J].科学新闻,2007(13):34—35 [2]黄晓莉,王莹.专利分析在产业研究中的应用[J].产业与科 作者简介:王莹(1982一),女,辽宁人,助理研究员,硕士,研究 技论坛,2011,10(5):109—110 方向为科技发展战略研究;郑佳(1982一),女,河北人,博士后, [3]于江波,袁曦明,陈敬中.纳米发光材料的研究现状及进展 博士,研究方向为科技政策与情报分析;黄晓莉(1978一),女,辽 [J].材料导报,2001,15(1):30—32 宁人,副主任,副研究员,博士,研究方向为竞争情报研究;孔祥 [4]周立新.纳米发光材料及器件的研究发展[J].电子器件, 瑞(1975一),男,辽宁人,主任,副研究员,硕士,研究方向为竞 2001,24(4):404—409 争情报研究。 [5]黄可,李印结,等.基于文献计量的我国及世界光电材料研究 (上接第114页) 『EB/OL].http://www.istis.sh.cn/list/list.asp?id= 6978.2011,1 [16]日本:低碳行动计划草案使减排目标具体化[N/OL].ht— 作者简介:张伟(1986一),女,通信作者,北京人,硕士,研究方 tp://news.hexun.com/2009—03—25/1 16008980.html 向为技术与项目管理;张曼(1989一),女,河北保定人,硕士研 [17]中国碳捕集、利用与封存(CCUS)技术进展报告[R].ht— 究生。 tp://wenku. baidu. com/view/a06af534fl 1 If 18583d05ad2. 

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