CREE公司LED芯片专利分析

卢章平 王 君 吕义超

(1.江苏大学图书馆 镇江 212013 2.江苏大学科技信息研究所 镇江 212013)

·情报分析·

CREE公司LED芯片专利分析

卢章平1王 君2吕义超2

(1.江苏大学图书馆 镇江 212013 2.江苏大学科技信息研究所 镇江 212013)

利用专利可视化工具，结合专利引证分析、文本聚类分析等方法，对美国科锐公司的LED芯片专利保护策略、专利布局和技术发展方向进行分析，其结果表明该公司在各相关领域均申请专利以保护其技术优势，而其最新研发方向主要是掺杂微量元素以改进材料性能和增加微结构以提高芯片亮度。该结果可以为我国相关企业规避专利侵权风险、制定研发策略、寻求技术发展方向提供决策支持。

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1 引言

LED照明光源以其传统照明光源所不具备的较低的功率需求、较好的驱动特性、较快的响应速度、较高的抗震能力、较长的使用寿命、绿色环保以及不断快速提高的发光效率等优势，成为目前世界上最有可能替代传统光源的新一代光源[1]。全球LED巨头美国科锐(Cree)公司是一家专注于LED芯片的综合照明企业，是市场上领先的革新者与半导体制造商，主要通过显著提高固态照明、电力及通讯产品的能源效率来提高其公司的价值[2]。本文利用专利分析和文本聚类方法，对美国科锐公司的核心专利保护策略、专利布局和技术发展方向进行分析。为我国相关企业规避专利侵权风险、技术引进和制定研发路线提供决策依据，为研究人员提供突破已有专利技术的保护范围，寻求新的研发机会提供决策支持。

2 研究方法和数据来源

本文主要针对美国科锐公司的LED芯片技术进行专利分析。在专利分析方法上，主要应用了专利统计、专利引证分析和专利聚类分析。分析结果通过专利引证树和专利地图等呈现[3、4]。本文的数据来源如表1。

表1 数据来源

分析步骤为：

①找出目标公司的所有下属公司。本研究中找到科锐公司的所有下属公司，如Cree ING、Cree RESEARCH ING、Cree LED LIGHTING SOLUTIONS ING等；

②检索目标公司及其下属子公司于1991年至2010年4月申请的所有专利，共3 460份，剔除同族专利后，共618份；

③通过专利引证分析得到目标公司的核心专利列表，并按降序排列；

④选取年均被引次数最高的专利作为本文分析对象，进行目标专利分析；

⑤结合可视化工具分析该专利的外围专利、技术总体分布和技术最新发展方向等。

3 研究结果及分析

3.1 报告引证分析——识别关键专利和技术

美国科锐公司的618份专利中，其年均被引频次排名前10的专利列表如表2所示。从图中可以看出，目标公司于1996年申请的专利号为US5523589关于第Ⅲ主族氮化物基底LED垂直芯片结构技术的专利，被引频次为133次，年均被引次数为9.6次，足见其对LED芯片技术研发领域拥有很强的影响力。因此我们选取US5523589作为目标专利，进行后续研究，分析目标公司在其外围的专利布局策略和技术走向。

表2 年均被引频次排名前10的专利

3.2 引证树分析——专利防御分析

基于目标专利，通过专利引证树分析，可快速了解引用目标专利的公司，如图1所示。从图中可以看出，LED技术领域中多家公司引用了目标专利，其中包括目标公司(Cree)、Nichia、Toyoda Goseic等公司，其中图1中黑色部分为目标公司的专利。从图1中可以看出，目标公司引用目标专利进行技术改进和研发，申请了大量的后续专利，同时也起到保护该专利的目的。

图1 目标专利的专利引证树

该目标专利于1996年申请，截止2010年年初，已经经历了15年。对引用该目标专利的133篇后续专利的申请年进行统计，分析结果如图2所示，可以看出，后续专利自1996年已经开始被引用，从1997年开始被引次数基本呈持续增长趋势，在2008年、2009年被引次数超过35次，由于本文统计时间在2010年年初，所以2010年数据不完整，但是截止2010年4月被引次数已经达到13次之多，可以预测截止2010年年底，被引频次仍会超过35次。这也充分说明了科锐公司的该专利在LED芯片领域的重要地位及其影响力。

图2 目标专利被引次数时间分布

为考察目标公司在对目标专利的后续研究中是否继续保持技术优势，通过Aureka统计功能对133篇施引战略的专利持有人进行了统计，如图3所示。从图3中可以看出，在后续专利持有人中，排名前8位公司分别是Cree ING，NITRONEX CORP，NICHIA CORP，TECHNOLOGIES AND DEVICES INTER，EDMOND JOHN ADAM等。其中科锐公司的专利超过全部的50%，这说明科锐公司对该项技术极为重视，并在此基础上进行了大量的后续研发，继续保持其技术优势地位。

图3 后续专利持有人分布图

3.3 专利地图分析

Aureka中的专利地图提供了一种文本分析工具，该工具以分析专利样本为基础，应用聚类分析生成主题词汇地图，以此来描述专利技术主题分布情况。在地形图中主要采用等高线图作为全图绘制的基准。内容越相近的文献在图中的距离越相近，最终形成山峰，图中不同山峰区域内表示某一特定技术主题中聚集的相应的专利群。专利地图上可以同时显现某一特定技术主题涉及的专利权人等信息[5]。

3.3.1 技术总体状况分析 对于目标专利，为了解后续专利涉及哪些方面的技术，本研究利用Aureka的专利地图分析功能和专利聚类分析，针对后续专利的标题和摘要进行专利地图分析，如图4所示。该图显示了133篇施引专利的技术总体分布，每个技术区域使用三个英文关键词表述相关技术。从图中可以看出，后续专利的研究主要集中在GaN外延片的量子阱超晶格结构、PN结材料掺杂技术、PN结能带隙覆层技术、外延片成长技术、晶片电极制造技术、芯片提高发光技术、芯片复层剥离技术等领域。

图4 后续专利技术分布图

3.3.2 目标公司专利布局分析 由于目标公司在目标专利外围申请了大量专利以确保其技术优势，为分析目标公司申请的专利涉及哪些领域，进一步了解目标公司的专利保护策略及其布局情况，在图4的基础上，将目标专利以白色标识，并将目标公司基于目标专利而申请的后续专利以红色标识，如图5所示。从图中可以看出，目标专利后续专利基本覆盖Sic基第Ⅲ族氮化物外延片、量子阱超晶格结构、PN结能带隙覆层技术、芯片级封装技术。这可以说明目标公司具有很好的专利保护策略。但也可以看出PN结材料掺杂技术、单晶体发光元件、晶片电极制造技术、芯片提高发光技术，不是目标公司的强项，目标公司很少涉及，是其他公司寻找研发的机会。

图5 目标公司专利分布图

3.3.3 竞争分析 后续有很多公司引用目标专利，为了解各公司的技术分布情况，便于我们识别各公司的技术侧重点，我们将后续专利中施引目标专利次数最高的三家公司以不同颜色点标识，如红色表示目标公司，绿色表示NITRONEX CORP，黄色表示NICHIA CORP。从图6中可以看出，这三家公司有着各自的技术重点：美国的Cree公司的专利优势来源于其独有的采用Sic(碳化硅)衬底生长GaN(氮化镓)技术，以及先进的白光制造技术。Cree发光二极管将能效极高的倒装晶片InGaN材料与公司专有的Sic基板合二为一，使高光强度及高效率的发光二极管实现性价比最优。美国北卡的Nitronex公司，作为Si基GaN材料的先驱，是全球GaN-on-Si RF功率三极管领导者，推动了电子器件领域的研发人员和制造商在半导体的领域中采用GaN器件技术。尽管目前蓝光LED的制造商们大都采用蓝宝石或碳化硅衬底，但在GaN技术领域还有许多未被发掘的机会，特别是Si基GaN技术。日本的NICHIA 公司制造了第一只商品化的GaN基蓝光LED/LD，拥有目前最好的荧光粉技术，蓝光激发黄色荧光粉技术专利，蓝宝石衬底外延生长技术。

图6 目标公司及其竞争对手技术分布图

3.3.4 技术发展历程分析 为了解后续专利的最新研究发展，在图4的基础上，我们结合时序分析法，将2000年以前申请的专利以红色点标识，2000年至2005年专利以绿色点标识，2005年至2008年申请的专利以黄色点标识，如图7所示。图7中显示的时间分布是以专利的申请时间计算的。从图中可以看出2000年以前申请的专利以外延片的材料和结构技术、GaN衬底技术为主；2000年至2005年以前专利以GaN衬底和材料和结构，以及制造技术为主；2005年至2008年申请的专利以掺杂微量元素改进材料性能和增加微结构提高芯片亮度为主。

技术发展历程分析对于研发人员评估自己研发方向有着重要意义。如果研发还是停留在红色点覆盖区域，则很有可能表明自己的研发已经不是最新的研究趋势了。值得注意的是，我国在芯片材料及制造工艺方面的技术还处在材料基本靠进口、设备也靠进口、技术靠引进阶段，证明我国技术研发有待加速。除了少数几个如厦门三安、武汉华灿、南昌欣磊、大连路美等产能利用满载，大部分企业已有产能的产能利用率并不高[6]。外资企业以台湾、香港企业居多，部分企业已经量产，不少处于在建或扩产中，今后一两年量产后将直接大幅度提高中国大陆LED芯片的产量。随着行业的不断成熟，中国大陆的LED芯片实际产能也将不断发酵，同时LED行业的景气将吸引更多的企业进入到LED芯片行业中来。LED芯片企业规划的产能预计已超过 2009年产量的多倍，如果全部释放出来中国大陆将会是世界上最主要的LED芯片生产基地，但这些企业要在市场中生存下来更需要在质量上取得突破，同时如何处理知识产权问题是今后所有公司面临的难题。

图7 技术研发方向变迁图

4 结论

利用专利可视化工具，结合专利引证分析、文本聚类分析对美国科锐的LED芯片核心专利进行系统分析，得到该公司的核心专利保护情况，我们发现该公司在其外围申请大量专利，并且在其优势领域中分布有相当多的重要专利以维持其技术优势。在最新技术发展方向上，主要集中于以掺杂微量元素改进材料性能和增加微结构提高芯片亮度。然而，因为LED产业核心专利大都在国外，国内企业只能申请一些外围的专利，因此我国的LED产业缺乏核心技术。没有自主知识产权，产品在国外市场只能寻找交叉授权，如果一直没有核心技术的根基，势必会阻碍国内LED行业未来的发展[7]。希望通过该案例的系统分析，能为我国企业研究核心技术分布，技术引进选择评估和技术发展方向评估提供决策支持。

[1] LED照明发展趋势与西北市场动态分析[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] 吴 正. 可视化工具在专利分析中的应用[J].数字图书馆论坛,2009(10):60-67.

[4] 文尚胜,王保争,文斐,等. 全球LED信号显示技术专利态势分析[J].现代显示, 2009,10(105) : 5-11.

[5] 陈 燕. AUREKA信息平台介绍[EB/OL]. [2010-06-03]. http://science.thomsonreuters.com.cn/freeresources/aureka/.

[6] 中国LED芯片潜伏待发生产企业暴涨62家[EB/OL].[2010-05-11].http://china.nowec.com/c/15/200910/58785.html.

[7] 中国LED产业发展前景分析[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

卢章平，男，1958年生，教授，馆长，博士生导师，发表论文100余篇；王 君，女，1985年生，江苏大学科技信息研究所2008级情报学研究生，发表论文3篇；吕义超，男，1985年生，江苏大学科技信息研究所2008级情报学研究生，发表论文3篇。