CREE公司LED芯片專利分析

盧章平 王 君 呂義超

(1.江蘇大學(xué)圖書館 鎮(zhèn)江 212013 2.江蘇大學(xué)科技信息研究所 鎮(zhèn)江 212013)

·情報分析·

CREE公司LED芯片專利分析

盧章平1王 君2呂義超2

(1.江蘇大學(xué)圖書館 鎮(zhèn)江 212013 2.江蘇大學(xué)科技信息研究所 鎮(zhèn)江 212013)

利用專利可視化工具，結(jié)合專利引證分析、文本聚類分析等方法，對美國科銳公司的LED芯片專利保護(hù)策略、專利布局和技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行分析，其結(jié)果表明該公司在各相關(guān)領(lǐng)域均申請專利以保護(hù)其技術(shù)優(yōu)勢，而其最新研發(fā)方向主要是摻雜微量元素以改進(jìn)材料性能和增加微結(jié)構(gòu)以提高芯片亮度。該結(jié)果可以為我國相關(guān)企業(yè)規(guī)避專利侵權(quán)風(fēng)險、制定研發(fā)策略、尋求技術(shù)發(fā)展方向提供決策支持。

專利分析 LED芯片 引證分析 專利地圖

1 引言

LED照明光源以其傳統(tǒng)照明光源所不具備的較低的功率需求、較好的驅(qū)動特性、較快的響應(yīng)速度、較高的抗震能力、較長的使用壽命、綠色環(huán)保以及不斷快速提高的發(fā)光效率等優(yōu)勢，成為目前世界上最有可能替代傳統(tǒng)光源的新一代光源[1]。全球LED巨頭美國科銳(Cree)公司是一家專注于LED芯片的綜合照明企業(yè)，是市場上領(lǐng)先的革新者與半導(dǎo)體制造商，主要通過顯著提高固態(tài)照明、電力及通訊產(chǎn)品的能源效率來提高其公司的價值[2]。本文利用專利分析和文本聚類方法，對美國科銳公司的核心專利保護(hù)策略、專利布局和技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行分析。為我國相關(guān)企業(yè)規(guī)避專利侵權(quán)風(fēng)險、技術(shù)引進(jìn)和制定研發(fā)路線提供決策依據(jù)，為研究人員提供突破已有專利技術(shù)的保護(hù)范圍，尋求新的研發(fā)機(jī)會提供決策支持。

2 研究方法和數(shù)據(jù)來源

本文主要針對美國科銳公司的LED芯片技術(shù)進(jìn)行專利分析。在專利分析方法上，主要應(yīng)用了專利統(tǒng)計、專利引證分析和專利聚類分析。分析結(jié)果通過專利引證樹和專利地圖等呈現(xiàn)[3、4]。本文的數(shù)據(jù)來源如表1。

表1 數(shù)據(jù)來源

分析步驟為：

①找出目標(biāo)公司的所有下屬公司。本研究中找到科銳公司的所有下屬公司，如Cree ING、Cree RESEARCH ING、Cree LED LIGHTING SOLUTIONS ING等；

②檢索目標(biāo)公司及其下屬子公司于1991年至2010年4月申請的所有專利，共3 460份，剔除同族專利后，共618份；

③通過專利引證分析得到目標(biāo)公司的核心專利列表，并按降序排列；

④選取年均被引次數(shù)最高的專利作為本文分析對象，進(jìn)行目標(biāo)專利分析；

⑤結(jié)合可視化工具分析該專利的外圍專利、技術(shù)總體分布和技術(shù)最新發(fā)展方向等。

3 研究結(jié)果及分析

3.1 報告引證分析——識別關(guān)鍵專利和技術(shù)

美國科銳公司的618份專利中，其年均被引頻次排名前10的專利列表如表2所示。從圖中可以看出，目標(biāo)公司于1996年申請的專利號為US5523589關(guān)于第Ⅲ主族氮化物基底LED垂直芯片結(jié)構(gòu)技術(shù)的專利，被引頻次為133次，年均被引次數(shù)為9.6次，足見其對LED芯片技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域擁有很強(qiáng)的影響力。因此我們選取US5523589作為目標(biāo)專利，進(jìn)行后續(xù)研究，分析目標(biāo)公司在其外圍的專利布局策略和技術(shù)走向。

表2 年均被引頻次排名前10的專利

3.2 引證樹分析——專利防御分析

基于目標(biāo)專利，通過專利引證樹分析，可快速了解引用目標(biāo)專利的公司，如圖1所示。從圖中可以看出，LED技術(shù)領(lǐng)域中多家公司引用了目標(biāo)專利，其中包括目標(biāo)公司(Cree)、Nichia、Toyoda Goseic等公司，其中圖1中黑色部分為目標(biāo)公司的專利。從圖1中可以看出，目標(biāo)公司引用目標(biāo)專利進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和研發(fā)，申請了大量的后續(xù)專利，同時也起到保護(hù)該專利的目的。

圖1 目標(biāo)專利的專利引證樹

該目標(biāo)專利于1996年申請，截止2010年年初，已經(jīng)經(jīng)歷了15年。對引用該目標(biāo)專利的133篇后續(xù)專利的申請年進(jìn)行統(tǒng)計，分析結(jié)果如圖2所示，可以看出，后續(xù)專利自1996年已經(jīng)開始被引用，從1997年開始被引次數(shù)基本呈持續(xù)增長趨勢，在2008年、2009年被引次數(shù)超過35次，由于本文統(tǒng)計時間在2010年年初，所以2010年數(shù)據(jù)不完整，但是截止2010年4月被引次數(shù)已經(jīng)達(dá)到13次之多，可以預(yù)測截止2010年年底，被引頻次仍會超過35次。這也充分說明了科銳公司的該專利在LED芯片領(lǐng)域的重要地位及其影響力。

圖2 目標(biāo)專利被引次數(shù)時間分布

為考察目標(biāo)公司在對目標(biāo)專利的后續(xù)研究中是否繼續(xù)保持技術(shù)優(yōu)勢，通過Aureka統(tǒng)計功能對133篇施引戰(zhàn)略的專利持有人進(jìn)行了統(tǒng)計，如圖3所示。從圖3中可以看出，在后續(xù)專利持有人中，排名前8位公司分別是Cree ING，NITRONEX CORP，NICHIA CORP，TECHNOLOGIES AND DEVICES INTER，EDMOND JOHN ADAM等。其中科銳公司的專利超過全部的50%，這說明科銳公司對該項(xiàng)技術(shù)極為重視，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量的后續(xù)研發(fā)，繼續(xù)保持其技術(shù)優(yōu)勢地位。

圖3 后續(xù)專利持有人分布圖

3.3 專利地圖分析

Aureka中的專利地圖提供了一種文本分析工具，該工具以分析專利樣本為基礎(chǔ)，應(yīng)用聚類分析生成主題詞匯地圖，以此來描述專利技術(shù)主題分布情況。在地形圖中主要采用等高線圖作為全圖繪制的基準(zhǔn)。內(nèi)容越相近的文獻(xiàn)在圖中的距離越相近，最終形成山峰，圖中不同山峰區(qū)域內(nèi)表示某一特定技術(shù)主題中聚集的相應(yīng)的專利群。專利地圖上可以同時顯現(xiàn)某一特定技術(shù)主題涉及的專利權(quán)人等信息[5]。

3.3.1 技術(shù)總體狀況分析 對于目標(biāo)專利，為了解后續(xù)專利涉及哪些方面的技術(shù)，本研究利用Aureka的專利地圖分析功能和專利聚類分析，針對后續(xù)專利的標(biāo)題和摘要進(jìn)行專利地圖分析，如圖4所示。該圖顯示了133篇施引專利的技術(shù)總體分布，每個技術(shù)區(qū)域使用三個英文關(guān)鍵詞表述相關(guān)技術(shù)。從圖中可以看出，后續(xù)專利的研究主要集中在GaN外延片的量子阱超晶格結(jié)構(gòu)、PN結(jié)材料摻雜技術(shù)、PN結(jié)能帶隙覆層技術(shù)、外延片成長技術(shù)、晶片電極制造技術(shù)、芯片提高發(fā)光技術(shù)、芯片復(fù)層剝離技術(shù)等領(lǐng)域。

圖4 后續(xù)專利技術(shù)分布圖

3.3.2 目標(biāo)公司專利布局分析 由于目標(biāo)公司在目標(biāo)專利外圍申請了大量專利以確保其技術(shù)優(yōu)勢，為分析目標(biāo)公司申請的專利涉及哪些領(lǐng)域，進(jìn)一步了解目標(biāo)公司的專利保護(hù)策略及其布局情況，在圖4的基礎(chǔ)上，將目標(biāo)專利以白色標(biāo)識，并將目標(biāo)公司基于目標(biāo)專利而申請的后續(xù)專利以紅色標(biāo)識，如圖5所示。從圖中可以看出，目標(biāo)專利后續(xù)專利基本覆蓋Sic基第Ⅲ族氮化物外延片、量子阱超晶格結(jié)構(gòu)、PN結(jié)能帶隙覆層技術(shù)、芯片級封裝技術(shù)。這可以說明目標(biāo)公司具有很好的專利保護(hù)策略。但也可以看出PN結(jié)材料摻雜技術(shù)、單晶體發(fā)光元件、晶片電極制造技術(shù)、芯片提高發(fā)光技術(shù)，不是目標(biāo)公司的強(qiáng)項(xiàng)，目標(biāo)公司很少涉及，是其他公司尋找研發(fā)的機(jī)會。

圖5 目標(biāo)公司專利分布圖

3.3.3 競爭分析 后續(xù)有很多公司引用目標(biāo)專利，為了解各公司的技術(shù)分布情況，便于我們識別各公司的技術(shù)側(cè)重點(diǎn)，我們將后續(xù)專利中施引目標(biāo)專利次數(shù)最高的三家公司以不同顏色點(diǎn)標(biāo)識，如紅色表示目標(biāo)公司，綠色表示NITRONEX CORP，黃色表示NICHIA CORP。從圖6中可以看出，這三家公司有著各自的技術(shù)重點(diǎn)：美國的Cree公司的專利優(yōu)勢來源于其獨(dú)有的采用Sic(碳化硅)襯底生長GaN(氮化鎵)技術(shù)，以及先進(jìn)的白光制造技術(shù)。Cree發(fā)光二極管將能效極高的倒裝晶片InGaN材料與公司專有的Sic基板合二為一，使高光強(qiáng)度及高效率的發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)性價比最優(yōu)。美國北卡的Nitronex公司，作為Si基GaN材料的先驅(qū)，是全球GaN-on-Si RF功率三極管領(lǐng)導(dǎo)者，推動了電子器件領(lǐng)域的研發(fā)人員和制造商在半導(dǎo)體的領(lǐng)域中采用GaN器件技術(shù)。盡管目前藍(lán)光LED的制造商們大都采用藍(lán)寶石或碳化硅襯底，但在GaN技術(shù)領(lǐng)域還有許多未被發(fā)掘的機(jī)會，特別是Si基GaN技術(shù)。日本的NICHIA 公司制造了第一只商品化的GaN基藍(lán)光LED/LD，擁有目前最好的熒光粉技術(shù)，藍(lán)光激發(fā)黃色熒光粉技術(shù)專利，藍(lán)寶石襯底外延生長技術(shù)。

圖6 目標(biāo)公司及其競爭對手技術(shù)分布圖

3.3.4 技術(shù)發(fā)展歷程分析 為了解后續(xù)專利的最新研究發(fā)展，在圖4的基礎(chǔ)上，我們結(jié)合時序分析法，將2000年以前申請的專利以紅色點(diǎn)標(biāo)識，2000年至2005年專利以綠色點(diǎn)標(biāo)識，2005年至2008年申請的專利以黃色點(diǎn)標(biāo)識，如圖7所示。圖7中顯示的時間分布是以專利的申請時間計算的。從圖中可以看出2000年以前申請的專利以外延片的材料和結(jié)構(gòu)技術(shù)、GaN襯底技術(shù)為主；2000年至2005年以前專利以GaN襯底和材料和結(jié)構(gòu)，以及制造技術(shù)為主；2005年至2008年申請的專利以摻雜微量元素改進(jìn)材料性能和增加微結(jié)構(gòu)提高芯片亮度為主。

技術(shù)發(fā)展歷程分析對于研發(fā)人員評估自己研發(fā)方向有著重要意義。如果研發(fā)還是停留在紅色點(diǎn)覆蓋區(qū)域，則很有可能表明自己的研發(fā)已經(jīng)不是最新的研究趨勢了。值得注意的是，我國在芯片材料及制造工藝方面的技術(shù)還處在材料基本靠進(jìn)口、設(shè)備也靠進(jìn)口、技術(shù)靠引進(jìn)階段，證明我國技術(shù)研發(fā)有待加速。除了少數(shù)幾個如廈門三安、武漢華燦、南昌欣磊、大連路美等產(chǎn)能利用滿載，大部分企業(yè)已有產(chǎn)能的產(chǎn)能利用率并不高[6]。外資企業(yè)以臺灣、香港企業(yè)居多，部分企業(yè)已經(jīng)量產(chǎn)，不少處于在建或擴(kuò)產(chǎn)中，今后一兩年量產(chǎn)后將直接大幅度提高中國大陸LED芯片的產(chǎn)量。隨著行業(yè)的不斷成熟，中國大陸的LED芯片實(shí)際產(chǎn)能也將不斷發(fā)酵，同時LED行業(yè)的景氣將吸引更多的企業(yè)進(jìn)入到LED芯片行業(yè)中來。LED芯片企業(yè)規(guī)劃的產(chǎn)能預(yù)計已超過 2009年產(chǎn)量的多倍，如果全部釋放出來中國大陸將會是世界上最主要的LED芯片生產(chǎn)基地，但這些企業(yè)要在市場中生存下來更需要在質(zhì)量上取得突破，同時如何處理知識產(chǎn)權(quán)問題是今后所有公司面臨的難題。

圖7 技術(shù)研發(fā)方向變遷圖

4 結(jié)論

利用專利可視化工具，結(jié)合專利引證分析、文本聚類分析對美國科銳的LED芯片核心專利進(jìn)行系統(tǒng)分析，得到該公司的核心專利保護(hù)情況，我們發(fā)現(xiàn)該公司在其外圍申請大量專利，并且在其優(yōu)勢領(lǐng)域中分布有相當(dāng)多的重要專利以維持其技術(shù)優(yōu)勢。在最新技術(shù)發(fā)展方向上，主要集中于以摻雜微量元素改進(jìn)材料性能和增加微結(jié)構(gòu)提高芯片亮度。然而，因?yàn)長ED產(chǎn)業(yè)核心專利大都在國外，國內(nèi)企業(yè)只能申請一些外圍的專利，因此我國的LED產(chǎn)業(yè)缺乏核心技術(shù)。沒有自主知識產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品在國外市場只能尋找交叉授權(quán)，如果一直沒有核心技術(shù)的根基，勢必會阻礙國內(nèi)LED行業(yè)未來的發(fā)展[7]。希望通過該案例的系統(tǒng)分析，能為我國企業(yè)研究核心技術(shù)分布，技術(shù)引進(jìn)選擇評估和技術(shù)發(fā)展方向評估提供決策支持。

[1] LED照明發(fā)展趨勢與西北市場動態(tài)分析[EB/OL].(2010-4-29) [2010-6-25].http://www.lightled.cn/info/detail/45-4634.html.

[2] TSUNEMASA TAGUCHI．Present Status of Energy Saving Technologies and Future Prospect in White LED Lighting[J]．TRANSACTIONS ON ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING, 2008(3):21-26.

[3] 吳 正. 可視化工具在專利分析中的應(yīng)用[J].數(shù)字圖書館論壇,2009(10):60-67.

[4] 文尚勝,王保爭,文斐,等. 全球LED信號顯示技術(shù)專利態(tài)勢分析[J].現(xiàn)代顯示, 2009,10(105) : 5-11.

[5] 陳 燕. AUREKA信息平臺介紹[EB/OL]. [2010-06-03]. http://science.thomsonreuters.com.cn/freeresources/aureka/.

[6] 中國LED芯片潛伏待發(fā)生產(chǎn)企業(yè)暴漲62家[EB/OL].[2010-05-11].http://china.nowec.com/c/15/200910/58785.html.

[7] 中國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景分析[EB/OL].[2010-08-20]. http://ccn.mofcom.gov.cn/spbg/show.php?ids=5&id=10924.

PatentAnalysisoftheLEDChipofCREECompany

Lu Zhangping1, Wang Jun2, Lv Yichao2

1. Library of Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China 2.Institute of Science and Technology Information of Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China

An analysis of the patent protection strategies, the patent portfolio and the technical development of CREE Company with the visualization tools, the patent citation analysis and the document clustering method shows that in order to maintain its technical superiority, the company has applied for patents of core technology in all related fields and that its latest research mainly aims at adding trace elements to improve the properties of the materials and increasing the number of microstructures to improve brightness of the LED chip. The present research will help Chinese LED companies to avoid risks in patent infringement, develop R & D strategies and seek direction of technological development.

patent analysis; LED chip; citation analysis; patent map

G350

盧章平，男，1958年生，教授，館長，博士生導(dǎo)師，發(fā)表論文100余篇；王 君，女，1985年生，江蘇大學(xué)科技信息研究所2008級情報學(xué)研究生，發(fā)表論文3篇；呂義超，男，1985年生，江蘇大學(xué)科技信息研究所2008級情報學(xué)研究生，發(fā)表論文3篇。