基于 Innography平臺(tái)的高功率半導(dǎo)體激光器專(zhuān)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(zhǎng)春130033）

基于 Innography平臺(tái)的高功率半導(dǎo)體激光器專(zhuān)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(zhǎng)春130033）

〔摘 要〕本文利用Innography專(zhuān)利檢索與分析平臺(tái) ，對(duì)高功率半導(dǎo)體激光器專(zhuān)利進(jìn)行檢索 ，并對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行核心專(zhuān)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(zhuān)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(zhuān)利檢索 ；專(zhuān)利分析 ；專(zhuān)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(chǎng)而成為各國(guó)競(jìng)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(wèn)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(wèn)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(shí)為了便于廣泛應(yīng)用，封裝結(jié)構(gòu)必須簡(jiǎn)單、高效、低成本。然而我國(guó)的高功率半導(dǎo)體激光器 （大于200W）的研制一直無(wú)法達(dá)到國(guó)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(guó)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(zhuān)利發(fā)展態(tài)勢(shì)。

1　Innography專(zhuān)利檢索與分析平臺(tái)概述

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

2　高功率半導(dǎo)體激光器專(zhuān)利分析

本文以高功率半導(dǎo)體激光器為研究對(duì)象，在Innography專(zhuān)利平臺(tái)進(jìn)行檢索與分析研究。從Innography［2］數(shù)據(jù)庫(kù)檢索到高功率半導(dǎo)體激光器極其相關(guān)專(zhuān)利2 379件，由438個(gè)組織機(jī)構(gòu)、2 969個(gè)發(fā)明人完成，涉及到了75個(gè)IPC小組 ，專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)?3個(gè)國(guó)家和組織內(nèi)實(shí)施，檢索時(shí)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(zhuān)利強(qiáng)度的核心專(zhuān)利分析

專(zhuān)利強(qiáng)度是Innography獨(dú)創(chuàng)的專(zhuān)利評(píng)價(jià)新指標(biāo)［3］，是Innography的核心功能之一，其來(lái)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(hù)快速有效地尋找核心專(zhuān)利。

圖1　專(zhuān)利強(qiáng)度分析圖

圖1顯示了大功率半導(dǎo)體激光器專(zhuān)利強(qiáng)度各個(gè)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(chǎng)發(fā)展前景很大 ，而Life（專(zhuān)利年齡）、Cites（后引）、和Litigation（訴訟）值相對(duì)較小 ，則說(shuō)明該領(lǐng)域的大部分專(zhuān)利比較新，法律糾紛較少，整個(gè)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(zhuān)利信息可視化分析

2.2.1競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手分析

圖2顯示了該領(lǐng)域主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手情況 ，展示了行業(yè)中排在前20位的機(jī)構(gòu)專(zhuān)利申請(qǐng)與收入情況，其中的橫坐標(biāo)包括專(zhuān)利的數(shù)量、專(zhuān)利所跨的技術(shù)分類(lèi)和專(zhuān)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(zhuān)利訴訟數(shù)量，通過(guò)以百分比的統(tǒng)計(jì)計(jì)算為基礎(chǔ)，進(jìn)行了主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手勢(shì)力分析。可以看出，美國(guó)、日本和韓國(guó)是高功率半導(dǎo)體激光器主要的專(zhuān)利申請(qǐng)國(guó)家 ，排在前三位的機(jī)構(gòu)分別是美國(guó)的諾斯羅普、日本的日亞化學(xué)和韓國(guó)的三星集團(tuán)，其中美國(guó)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(gè)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(guó)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(guó)的西安炬光科技有限公司排在第4位，申請(qǐng)專(zhuān)利54件。該企業(yè)專(zhuān)門(mén)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(chǎng)，對(duì)國(guó)內(nèi)外其他企業(yè)產(chǎn)生了一定的威脅，具有一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

為了更加清晰地顯示圖2的數(shù)據(jù) ，通過(guò)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(qǐng)機(jī)構(gòu)的年收入情況。

圖2　主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手實(shí)力分析

表1　排在前20位主要公司的專(zhuān)利申請(qǐng)情況

2.2.2優(yōu)先權(quán)年分析

圖3　主要國(guó)家優(yōu)先申請(qǐng)專(zhuān)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(guó)家優(yōu)先申請(qǐng)專(zhuān)利情況，可以看出，美國(guó)、日本和中國(guó)是專(zhuān)利申請(qǐng)最多的國(guó)家，1995年 ，美國(guó)專(zhuān)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(shì)。美國(guó)專(zhuān)利的申請(qǐng)量與授權(quán)量的走勢(shì)相似 ，2002年達(dá)到最高峰，申請(qǐng)量為32件。同樣，日本專(zhuān)利的申請(qǐng)量總體走勢(shì)也是呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，2000年，年申請(qǐng)量為最大值21件 ，2007年之后 ，逐年遞減。

相反，中國(guó)專(zhuān)利的申請(qǐng)量卻是呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，1995年申請(qǐng)量為2件，之后呈現(xiàn)出交替遞增的趨勢(shì)，尤其是在2009年 ，突飛猛進(jìn)地增長(zhǎng)，申請(qǐng)量比2008增加了10件，2013年申請(qǐng)量達(dá)到高峰，為40件專(zhuān)利。雖然，我國(guó)對(duì)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(guó)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(guó)家優(yōu)先申請(qǐng)專(zhuān)利情況件

2.2.3主要專(zhuān)利發(fā)明人分析

圖4　主要發(fā)明人專(zhuān)利申請(qǐng)情況

圖4顯示了該行業(yè)專(zhuān)利的主要發(fā)明人 ，2 377件專(zhuān)利中，共有2 968位發(fā)明人 ，其中35.5%的專(zhuān)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(lái)看，主要集中在中國(guó)和德國(guó)，中國(guó)有7位發(fā)明人占總數(shù)的39.1%，主要來(lái)自山西飛虹微納米光電科技和中科院長(zhǎng)春光機(jī)與物理研究所，專(zhuān)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(guó)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(qǐng)的專(zhuān)利數(shù)量越多。美國(guó)的發(fā)明人申請(qǐng)專(zhuān)利數(shù)量最多，609件，可見(jiàn)該技術(shù)的研發(fā)主要集中在美國(guó) ；其次為日本和中國(guó)排在第二和第三位，分別申請(qǐng)專(zhuān)利476件和473件，中國(guó)與日本不相上下。

表3　主要發(fā)明人專(zhuān)利申請(qǐng)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(zhuān)利在全球研發(fā)分布

圖6　專(zhuān)利在全球研發(fā)分布情況

本文檢索到的2377項(xiàng)專(zhuān)利，主要分布在全球20個(gè)國(guó)家或地區(qū)中，圖6和表5顯示了在該國(guó)(地區(qū))申請(qǐng)專(zhuān)利的數(shù)量?？梢钥闯?，各國(guó)家(地區(qū))在中國(guó)申請(qǐng)的專(zhuān)利數(shù)量與中國(guó)發(fā)明人 （表4）申請(qǐng)的專(zhuān)利數(shù)量相比，明顯增多。這說(shuō)明，各個(gè)國(guó)家或地區(qū)都加強(qiáng)了在華專(zhuān)利的保護(hù) ，對(duì)我國(guó)的技術(shù)發(fā)展形成了嚴(yán)重的壁壘。德國(guó)則比較注重專(zhuān)利在全球的保護(hù)，德國(guó)發(fā)明人 （表4）共申請(qǐng)專(zhuān)利 213件，而德國(guó)專(zhuān)利的申請(qǐng)量（表5）則為90件，這表明德國(guó)至少是有123件專(zhuān)利在其他國(guó)家申請(qǐng)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(zhuān)利引證、專(zhuān)利權(quán)、專(zhuān)利數(shù)量、專(zhuān)利分類(lèi)號(hào)、專(zhuān)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(zhuān)利強(qiáng)度分析，通過(guò)專(zhuān)利強(qiáng)度的文本聚類(lèi)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(gè)類(lèi)別。具體詳見(jiàn)圖7和表6。

表5　專(zhuān)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(lèi)列表

圖7　高功率半導(dǎo)體激光器主要技術(shù)聚類(lèi)

2.3專(zhuān)利引證分析

專(zhuān)利引證分析可以通過(guò)專(zhuān)利的引用和被引用情況，推測(cè)一個(gè)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。Innography引證圖是將引用專(zhuān)利和被引專(zhuān)利按優(yōu)先權(quán)時(shí)間和IPC分布進(jìn)行分析，呈現(xiàn)引證過(guò)程中的技術(shù)應(yīng)用分布［5］。在專(zhuān)利強(qiáng)度為90～100的專(zhuān)利中 ，選取專(zhuān)利號(hào)為US7288086 B1的專(zhuān)利，該專(zhuān)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(zhuān)利。如圖8所示，橫坐標(biāo)代表年份 ，縱坐標(biāo)代表專(zhuān)利的技術(shù)分類(lèi)，圖中的豎線(xiàn)為該專(zhuān)利的申請(qǐng)時(shí)間 ，為2008年左右，豎線(xiàn)左側(cè)的區(qū)域?yàn)樵搶?zhuān)利申請(qǐng)時(shí)所引用的專(zhuān)利，豎線(xiàn)右側(cè)區(qū)域?yàn)樵搶?zhuān)利被引用的情況 ，可以看出 ，該專(zhuān)利不是基礎(chǔ)專(zhuān)利。

3　結(jié) 論

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

圖8　專(zhuān)利引證分析　

3.1發(fā)達(dá)國(guó)家為主要申請(qǐng)國(guó)家

美國(guó)、日本和韓國(guó)為高功率半導(dǎo)體激光器主要申請(qǐng)國(guó)家，尤其是美國(guó)的諾斯羅普、日本的日亞化學(xué)和韓國(guó)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(chǎng)化帶動(dòng)了整個(gè)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3.2我國(guó)起步較晚，但發(fā)展較快

雖然我國(guó)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(zhuān)利申請(qǐng)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(zhuān)利申請(qǐng)量最高達(dá)89件，陜西、上海、吉林緊隨其后，其他省份申請(qǐng)量相差甚遠(yuǎn)。申請(qǐng)機(jī)構(gòu)主要為西安炬光和中科院長(zhǎng)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(guò)對(duì)高功率半導(dǎo)體激光器專(zhuān)利的技術(shù)聚類(lèi)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(guó)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(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量目前呈上升趨勢(shì)

為了滿(mǎn)足21世紀(jì)信息傳輸寬帶化、信息處理高速化、信息存儲(chǔ)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(shì)主要在高速寬帶LD、大功率LD、短波長(zhǎng)LD、量子線(xiàn)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(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量增加很多。

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（本文責(zé)任編輯：孫國(guó)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(lèi)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(zhuān)利無(wú)效檢索與侵權(quán)檢索以及獨(dú)創(chuàng)的訴訟專(zhuān)利檢索與分析。

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

基金項(xiàng)目：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)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(hào) ：PS2015-008）研究成果。

收稿日期：2015-07-13

〔中圖分類(lèi)號(hào)〕G255.53

〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A

〔文章編號(hào)〕1008-0821（2015）10-0128-06

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2015.10.024