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「中国石墨烯技术」海外专利分析

作者:KISI_Consulting   来源:IPRdaily中文网   时间:2018-03-01   点击次数:2011

 

中国在石墨烯材料研发和应用创新上一直有较高的技术水平,特别是在石墨烯专利申请数量上,中国已连年保持在国际前列。但是中国的石墨烯专利更多是在国内申请,而相对来说,一项技术的海外专利申请数量和水平及布局范围则更能反映相关技术的拥有者对技术的信心和真实的技术水平。本文,笔者将从总体布局、技术主题、重点申请人三个角度对我国石墨烯海外专利分布情况进行了分析,希望以此管窥中国石墨烯专利技术所有者中的佼佼者及它们所做的海外专利技术布局。


一、前沿


石墨烯(Graphene)是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,其在电子信息、新材料、新能源、生物医药等领域具有广阔的应用前景,近年来已毫无疑问的成为全世界各国重点发展的材料和应用技术“宠儿”。


中国在石墨烯材料研发和应用创新上一直有较高的技术水平,特别是在石墨烯专利申请数量上,中国已连年保持在国际前列。但是中国的石墨烯专利更多是在国内申请,而相对来说,一项技术的海外专利申请数量和水平及布局范围则更能反映相关技术的拥有者对技术的信心和真实的技术水平。


本文基于incopat全球科技分析运营平台,从总体布局、技术主题、重点申请人三个角度对我国石墨烯海外专利分布情况进行了分析,希望以此管窥中国石墨烯专利技术所有者中的佼佼者及它们所做的海外专利技术布局。


文中数据检索时间截止于2018年2月9号。本报告对数据结果中从申请人角度做了处理。对申请人地址在中国香港、中国澳门和中国台湾的海外申请专利暂末做统计;并且,统计结果中去除了申请人注册地在中国的国外申请人(比如外资公司在中国的研发中心或生产中心)及港澳台公司在中国内地的合资公司等,以充分体现中国内地及本土企业的真实专利技术发展水平。


二、中国石墨烯海外专利整体态势分析


中国石墨烯海外专利申请趋势分析


「中国石墨烯技术」海外专利分析

图1 中国石墨烯海外专利申请趋势


2009年至2015年间,中国石墨烯相关技术的海外申请数量从不足十件增长到近350件,一直保持快速增长态势。这与国际和国内石墨烯产业的发展脉络基本相同。2010年石墨烯获得诺贝尔物理学奖,此后各国纷纷布局石墨烯研发与创新。特别是中国,大致自2013年后从政府政策支持到企业创新发展水平,一直处在世界石墨烯技术研发特别是应用技术开发的潮头。2016后,中国更是毋庸置疑的成为全世界石墨烯技术发展的热土。由于专利数据公开的滞后性,2016年与2017年的数据仅供参考。但是基本上可以推测,中国石墨烯技术的海外申请量还会随着这样的热度持续快速增长下去。


最早申请石墨烯海外专利的中国申请人比较典型的有南开大学、天津普兰纳米科技有限公司和清华-富士康纳米科技研究中心。天津普兰纳米科技有限公司和南开大学最早共同申请的技术涉及电极材料和电容器、聚合物复合材料等领域,清华-富士康纳米科技研究中心最早在透射电镜试样制备方法领域申请石墨烯海外专利。


中国石墨烯海外专利申请地分析


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图2 中国石墨烯海外专利申请地分布


检索结果显示,我国石墨烯海外专利申请集中分布在美国(44.69%)、日本(9.59%)、欧洲专利局(9.53%)三个国家和地区及世界知识产权组织(31.72%),以上四者的申请量占到总申请量的95.53%。此外,韩国(1.63%)、德国(1.03%)、英国(0.54%)、加拿大(0.42%)、澳大利亚(0.36%)等国也有少量分布。表1给出了我国石墨烯海外专利重要布局目标地区或组织及主要申请人情况。


表1 中国石墨烯海外专利重要布局地主要申请人

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从上面的统计可看出:


在研究机构型申请人中,清华-富士康纳米科技研究中心、中国科学院微电子研究所、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所、国家纳米科学中心都非常注重石墨烯技术的海外布局。


高校申请人中北京化工大学、南开大学和天津工业大学的海外专利申请也体现出其在石墨烯技术方面有很强的实力。


企业申请人中,京东方科技集团股份有限公司、华为科技有限公司在全球重要国家和地区及WIPO均有较多技术分布,说明这两家公司非常注重石墨烯技术在世界各主要目标市场的全面技术储备。这两家公司的申请多属于石墨烯在电子产品的应用技术领域。


特别值得一提的还有济南圣泉集团股份有限公司和苏州高通新材料科技有限公司两家企业,它们都是较短时间里成长起来的专门从事石墨烯材料制备及应用技术研发的科技企业,并且较早在全球主要国家和地区进行了技术布局,显示了不俗的技术实力和国际发展视野。


此外,海外石墨烯技术公司申请人中,来自深圳和苏州两地的企业占了很大的比例,从另一个角度反映出这两个地区是国内石墨烯技术发展水平较高的区域。


三、中国石墨烯海外专利技术路线分析


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图3  中国石墨烯海外专利技术构成(IPC小类TOP10)


中国石墨烯海外专利技术主要分布在C01B(22.47%)、H01L(19.82%)、H01M(17.17%)小类。各小类类号含义及申请的专利数量如表2所示。


表2 中国石墨烯海外专利技术构成IPC小类TOP10

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如上排名可以看出:


C01B(非金属元素;其化合物)是中国石墨烯海外专利布局最多的技术领域,其中包含石墨烯及其氧化物的制备、石墨烯复合材料等。


B82Y(纳米结构的特定用途或应用)主要是基于石墨烯制作复合材料。


G06F(电数字数据处理)主要是石墨烯在触控基板、压力感测、指纹识别、指尖套领域的应用。


G02F(用于控制光的强度、颜色、相位、偏振或方向的器件或装置)相关专利多为石墨烯在液晶透镜、集成传感器、透明导电膜、tft等方面的应用。


C23C(对金属材料的镀覆)、B01J(化学或物理方法)、C08K(使用无机物或非高分子有机物作为配料)也均是石墨烯的重要应用领域。


在所有申请中,H01大类占了4个,说明石墨烯在基本电器元件的应用是中国石墨烯技术在海外非常重要的技术申请方向。


H01L(半导体器件)相关专利申请量最多,体现为石墨烯用于制造半导体器件如发光二极管器件、led光源、oled(有机发光二极管)、tft(薄膜晶体管)等领域;

H01M(用于直接转变化学能为电能的方法或装置,例如电池组)指石墨烯在电极片、电极板、超级电容器、高分子材料、催化剂等领域的应用;

H01B(电缆;导体;绝缘体;导电、绝缘或介电材料的选择)主要是石墨烯用于导电膜、有机电致发光器件、导电粘合剂中;

H01G(电容器)主要是石墨烯在电容电池、超级电容器、锂离子电容器等方向的应用。


四、中国石墨烯海外专利重要申请人分析


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图4 中国石墨烯海外专利申请人TOP10


对我国石墨烯海外专利经过申请人合并之后进行排名,前十名中研究机构占3家,分别是清华-富士康纳米科技研究中心、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、中国科学院微电子研究所。公司申请人有7家,分别是京东方科技集团股份有限公司、深圳市华星光电技术有限公司、海洋王照明科技股份有限公司、济南圣泉集团股份有限公司、华为科技公司、深圳粤网节能技术服务有限公司和深圳欧菲光科技股份有限公司,可见我国石墨烯海外专利布局是以企业为主体的。


可靠数据显示,截止到2017年年底,我国在工商部门注册的石墨烯相关企业已达4800家,近几年都有很高增长率,企业在我国石墨烯研发应用方面也日益活跃。


下面对清华-富士康纳米科技研究中心、京东方科技集团股份有限公司、深圳市华星光电技术有限公司、济南圣泉集团股份有限公司、华为科技公司五个重要申请人做重点分析。


1、清华-富士康纳米科技研究中心


清华-富士康纳米科技研究中心由鸿海精密工业股份有限公司与清华大学共建。纳米研究是清华大学物理系重点研究方向之一,清华-富士康纳米科技研究中心是清华大学物理系下设的五个跨一级学科研究中心之一。它是以信息产业为背景的纳米科学与技术研究基地,主要任务是开展这一领域中具有重要科学技术意义和产业前景的纳米科技研究。鸿海精密工业股份有限公司是全球3C代工服务领域龙头,该公司多年来致力于研发创新,核心技术包括纳米技术、环保制程技术、平面显示器技术、无线通讯技术、精密模具技术、伺服器技术、光电/ 光通讯技术材料与应用技术及网络技术等。


对清华富士康纳米科技中心石墨烯海外专利的技术主题趋势进行分析:


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图5 清华-富士康纳米科技研究中心石墨烯海外专利技术主题趋势


清华-富士康纳米科技研究中心石墨烯海外专利技术主要分布在石墨烯用于制造致热发生装置的碳膜、指尖套输入端的石墨烯层、石墨烯复合材料、石墨烯片用于碳纤维膜、锂离子电池电极材料、石墨烯用于电子发射源的电子收集层、石墨烯层用于制造发光二极管等方向。


清华-富士康纳米科技研究中心是中国申请人在碳纳米材料领域特别是石墨烯技术领域海外专利数量最多的机构,其开始申请时间最早,并且有持续申请趋势。中心在该技术领域的海外专利多为碳纳米管与石墨烯的相关技术结合申请。该技术领域是清华-富士康纳米科技研究中心的优势技术领域,也是其持续的技术增长点。


石墨烯用于电子发射源的相关海外专利多为电子发射装置和电子发射显示器技术主题。具体体现为石墨烯用于电子发射源的半导体层与绝缘层之间的电子收集层。该领域相关海外专利申请集中在2012年和2015年,且近年有持续申请趋势。


发光二极管技术领域申请的石墨烯专利主要是发光二极管的有源层包括一石墨烯层,从而形成微结构,以改变活性层中大角度光的运动方向,提高发光二极管的光取出率。该领域的石墨烯海外专利申请集中在2012年和2014年。


石墨烯在热致发声装置中的应用体现在声波发生器的碳膜制造中,碳膜由多个碳纳米管层和多个石墨烯层叠加而成。该领域的石墨烯海外专利申请集中在2011年。


指尖套技术领域海外专利主要是石墨烯用于指尖套输入端的制作,其申请集中在2011年,近几年有继续进行海外布局的趋势。


对清华-富士康纳米科技研究中心的重要发明人技术构成进行统计:


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图6  清华-富士康纳米科技研究中心的重要发明人技术构成


范守善院士作为清华-富士康纳米科技研究中心的学术带头人,在以上分析的石墨烯海外专利的IPC小类TOP10的技术类别中均有涉及。尤其是在B82Y(纳米结构的特定用途或应用)、H01L(半导体器件)、C01B(非金属元素;其化合物)、H01J(放电管或放电灯)四个领域海外专利申请的数量较多,在其他的各类技术领域也有持续的申请趋势。同时,从申请量来看,姜开利、林晓阳、柳鹏、魏洋、周段亮等人也是该研究中心的研发骨干力量。


清华-富士康纳米科技研究中心作为我国石墨烯海外专利最早的申请人之一,也是目前我国石墨烯海外专利申请数量最多的申请人,其海外专利的价值度值得关注。以下对这些专利的价值度趋势进行统计:


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图7  清华-富士康纳米科技研究中心石墨烯海外专利价值度趋势


合享价值度是incopat自主研发的全面评价专利价值的指标体系。该指标综合了专利类型、被引证次数、同族个数和同族国家数量等多个客观参数,数值越大,技术稳定性越高,保护越充分。


清华-富士康纳米科技研究中心石墨烯海外专利价值度集中分布在8到10之间。其中价值度为10的专利主要在2009年到2011年申请,2011年高价值专利申请数量最多,高达36件。


价值度为10的专利典型的有石墨烯薄膜与碳纳米管薄膜结合形成的复合结构(如专利US8920661B2)、石墨烯膜用于制造热致发声元件(可见专利US8758635B2)、输入指套的输入端的碳结构包含石墨烯(可参考US9575598B2)、石墨烯片与碳纳米管薄膜结合用于透射电子显微镜以减少高传输电子显微镜成像中的背景噪声(如专利US20110017921A1)。


根据检索结果可知,清华大学除了与鸿海精密工业股份有限公司共同申请了大量石墨烯海外专利以外,与罗伯特·博世有限公司、华为科技有限公司、江苏华东锂电技术研究院、麻省理工学院均也共同申请了石墨烯海外专利。此外,清华大学、清华大学深圳研究生院也分别申请了石墨烯海外专利。可见清华大学在石墨烯领域的技术合作广泛,研发实力强大。进而,清华大学通过技术运营发挥这些石墨烯专利的价值的空间也非常大。


2、京东方科技集团股份有限公司


京东方科技集团股份有限公司(BOE)是一家物联网技术、产品与服务提供商,核心事业包括显示器件、智慧系统和健康服务。其主要产品如智能手机液晶显示屏、平板电脑显示屏、笔记本电脑显示屏、液晶电视显示屏、显示器显示屏出货量在全球领先。京东方在我国石墨烯海外专利企业申请人中申请数量位列第一,实力强劲。


对京东方科技集团股份有限公司海外石墨烯专利技术构成进行主题聚类分析:


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图8  京东方科技集团股份有限公司海外石墨烯专利技术主题分布


可以看出,京东方在海外申请的石墨烯专利当中,技术方向主要分布在显示基板、低温多晶硅薄膜晶体管、触控基板、有机发光二极管、穿戴设备等方面,反映出其技术与实际产品具有很强的吻合度。如在触控基板领域的高价值专利US9791471B2(一种集成有传感器和显示面板及其制造方法,以及显示装置)、US9652099B2(阵列基板及其制造方法,触控显示装置),薄膜晶体管领域的高价值专利US9786791B2(薄膜晶体管,阵列基板及其制造方法)、US20160043152A1(薄膜晶体管及其制造方法,阵列基板及有机发光显示面板)都体现出其核心技术地位。显示基板领域主要技术方向是石墨烯用于制作导电粒子、电子封装器件及显示装置的有机涂层,包含石墨烯、石墨烯用于制作保护显示装置的抗静电保护膜等。


对京东方石墨烯海外专利技术重要发明人技术构成进行统计:


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 图9  京东方石墨烯海外专利技术重要发明人技术构成


可以看出杨久霞在京东方科技集团股份有限公司中技术优势突出,在2013到2016年间共申请专利15项,其技术方向主要布局在H01L(半导体器件)、G02F(用于控制光的强度、颜色、相位、偏振或方向的器件或装置)、G06F(电数字数据处理)领域。白峰的海外专利申请数量也较多,张峰、姚琪、戴天明、董学等人也有较强的研发能力。


3、深圳市华星光电技术有限公司


深圳市华星光电技术有限公司作为面板行业的新生力量,始终致力于提高国内面板自给率,提升中国显示面板的国际竞争力。目前,华星光电共有三条液晶面板生产线,产品全线覆盖大尺寸电视面板和中小尺寸移动终端面板。华星光电在我国石墨烯海外专利申请数量上总排名第三,在企业申请人中排名第二。


对深圳市华星光电技术有限公司石墨烯海外专利技术主题趋势进行分析:


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图10  深圳市华星光电技术有限公司石墨烯海外专利技术趋势


由图可见,深圳市华星光电技术有限公司海外申请的石墨烯相关专利技术主要分布在tft基板结构、导电粘合剂、彩膜基板、LED灯条、石墨烯用于液晶显示面板等方向。这几个主要技术领域的石墨烯海外专利均有持续增长的申请趋势。


这几个技术角度中,Tft基板结构相关专利申请数量较多,2015年达到申请数量最高峰。该领域的应用主要是石墨烯用于薄膜晶体管基板制造、液晶面板结构中石墨烯用于液晶分子的垂直配向等;导电粘合剂领域的石墨烯海外专利申请集中在2014年和2015年,主要是石墨烯用于制造导电胶、导电膜、导电粘结剂、导电密封树脂片等;彩膜基板领域海外专利申请数量也呈现较快增长趋势。该技术领域石墨烯主要应用在pdlc(聚合物分散液晶)显示器件和显示装置、石墨烯显示器的驱动装置、背光模块等;LED灯条的海外石墨烯专利申请时间较晚,但增长迅速。总体来看,石墨烯在液晶面板中的应用是深圳市华星光电技术有限公司的技术优势。


对深圳市华星光电技术有限公司石墨烯海外专利的重要发明人进行排名,王烨文申请的专利数量最多,是深圳市华星光电技术有限公司重要技术骨干。他在2012到2015年间共申请专利14件。黄冲和樊勇实力相当,申请专利数量相同。陈雅惠、李吉、李冠政、罗长诚也是重要研发人员。


4、济南圣泉集团股份有限公司


济南圣泉集团股份有限公司是一家立足于玉米芯等植物秸秆综合利用深加工,专业生产各种生物质能源及生物质化工产品的大型化工企业集团。公司形成了以铸造材料、工业酚醛为主导、涉足生物化工领域的专业化、系列化、规模化产品的生产结构。该公司在我国石墨烯海外专利申请数量中总排名第五,近几年石墨烯海外专利申请量持续增长。


对济南圣泉集团股份有限公司石墨烯海外专利的技术主题趋势进行分析:


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图11 济南圣泉集团股份有限公司石墨烯海外专利的技术主题趋势


可以看出,济南圣泉集团股份有限公司石墨烯海外专利的技术主要分布在含有生物质石墨烯的聚酯复合纤维、以生物质碳源为原料制备多孔石墨烯、含有石墨烯的粘胶纤维及其制备、石墨烯吸附材料用于香烟过滤嘴等方向。


圣泉集团在含有石墨烯的复合聚酯材料相关领域申请的海外石墨烯专利数量最多,申请量集中在2016年且有持续申请趋势。通过对圣泉集团的海外石墨烯专利价值度进行分析,发现该公司价值度为10的专利技术为”以生物质碳源为原料制备多孔石墨烯“(可见专利US20170137293A1),可见该技术领域是圣泉集团的技术强项。


对济南圣泉集团股份有限公司石墨烯海外专利的重要发明人技术构成进行排名可以看出,张金柱技术实力突出。其海外专利技术主要分布在C01B(非金属元素;其化合物)和D01F(制作人造长丝、线、纤维、鬃或带子的化学特征)领域。此外,在B82Y、C08K、C08L等领域也有一定数量的申请。刘顶、郑应福等人也是该公司重要研发力量。总体来看,济南圣泉集团股份有限公司石墨烯海外专利主要发明人比较集中,各位发明人重点技术领域突出。


此外,济南圣泉集团股份有限公司石墨烯海外专利技术保护范围广泛,其申请分布在世界知识产权组织、欧洲专利局、日本、韩国、澳大利亚、加拿大、美国、印度、墨西哥、巴西、俄罗斯等众多国家和地区,海外专利布局意识非常强。


5、华为技术有限公司


华为技术有限公司是一家生产销售通信设备的民营通信科技公司,产品主要涉及通信网络中的交换网络、传输网络、无线及有线固定接入网络和数据通信网络及无线终端产品,为世界各地通信运营商及专业网络拥有者提供硬件设备、软件、服务和解决方案。根据华为集团网站报导,2016年底华为推出业界首个高温长寿命石墨烯助力的锂离子电池,可见其在石墨烯应用领域的研发实力强劲。


 对华为技术有限公司海外石墨烯专利技术主题进行聚类分析:


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图12 华为技术有限公司石墨烯海外专利技术主题聚类


可以看出,华为技术有限公司的石墨烯海外相关专利技术主题主要分布在金属纳米线掺杂石墨烯纤维的复合纤维、有机太阳能电池、导热垫、光传输网络节点使用石墨烯发光器、石墨烯用于光电探测器等。


华为技术有限公司的石墨烯海外专利布局范围较广,在世界知识产权组织、欧洲专利局、美国和日本均有分布,说明其海外技术保护的意识强,积极参与石墨烯海外技术市场竞争。


五、结语


通过对我国石墨烯海外专利进行统计分析,可以看出目前我国在石墨烯相关技术领域对海外专利的申请与布局重视程度越来越高,申请数量持续快速增长。


在申请地区布局上,我国石墨烯海外专利集中布局在美国、世界知识产权组织、日本、欧洲专利局,在韩国、德国、英国、加拿大等国也有少量分布,海外专利布局范围还有待扩张。


在技术布局上,材料制备方向主要分布在石墨烯、石墨烯氧化物及石墨烯复合材料制备上;应用角度上主要分布在石墨烯在半导体、电力、储能等技术领域的应用方向上。


在申请人方面,以清华-富士康纳米科技研究中心为代表的研究机构申请人和以京东方科技集团股份有限公司、深圳市华星光电技术有限公司、济南圣泉集团股份有限公司、华为技术有限公司为代表的企业申请人是中国在海外进行石墨烯专利布局的佼佼者。


总体上看,当前我国石墨烯相关专利申请主要分布国内,国外布局比重相对较小。在已有的海外专利布局范围不够广。相比美国、韩国、日本等石墨烯技术较为先进的国家,我们还要加强海外技术布局的意识,提高石墨烯材料制备等关键技术领域的技术水平,为进一步推动我国石墨烯技术创新和树立石墨烯大国形象不懈努力。





文章来源:IPRdaily中文网

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