从专利风险看我国LED产业发展的困境

作者 / 张曦 袁建中 作者单位 / 工业和信息化部电子知识产权中心

1. 前言

据IMS Research的最新分析显示，2010年全球照明市场价值830亿美金，LED约占整个照明市场的10%。到2015年，整个照明市场将会达到1150亿美金，LED占用率预计会增长至46%，约529亿美金。1.“IMS预计全球照明市场将在2015年达到1150亿美金”，国际电子商情，http://www.esmchina.com/ART_8800116965_1300_2701_3504_0_3 2fff6c1.HTM?jumpto=view_welcomead_1323182655453。面对如此巨大的潜在市场，无论是老牌大型厂商乃至新涉足企业和海外企业都摩拳擦掌，意欲抢食这张大饼。

目前有关LED的技术主导者仍然是日本的Nichia 和Toyoda Gosei 、美国的Cree 以及欧洲的Philips Lumileds 和Osram 五大厂商所形成的春秋五霸的格局，它们均掌握从上游衬底、外延生长，到中游的芯片制作、封装等核心技术并累积了丰厚的专利实力。紧随五大厂之后的是韩国和台湾企业，这个阵营的厂家拥有消费类电子完整产业链，关注消费类电子产品背光用LED，正处于高速成长期。

反观中国大陆LED产业，似乎在全球LED产业中还只是一个配角，还未能真正切入LED产业的核心——上游外延芯片制造。目前大陆LED企业大部份集中在下游的封装和应用产品制造，大约4000多家企业，抢食供应链利润中不到30%的份额，属于高度密集的微利竞争结构。

此外，虽然我们经常听到我国LED产业已经初步形成了长三角、珠三角、闽三角、环渤海4片大区7大基地的产业格局，和集LED外延片的生产、LED芯片的制造和测试、LED芯片的封装以及LED应用产品在内的较完整的LED产业链，2.“中国LED产业发展现状及投资分析”http://www.saus.cn/news/shichangfenxi/201101094119.html。但这只是从地域上划分出来的结果。从上下游实际的产能和产值规模看，大陆本土芯片产业产能无法满足下游需求，本土企业之间尚没有真正形成产业配套，下游封装、应用厂商所需芯片仍需依赖外资或台资企业。3.无论是在芯片市场还是封装市场，单个国内企业的市场规模与国外大厂相比差距明显。此外，目前大陆芯片企业主要集中在小功率中低端领域，大功率领域鲜有企业涉及，其亮度及可靠度也与台湾地区、韩国还有一定的差距；封装企业大多从事最低技术含量的树脂封装，从事SMD封装的企业屈指可数。基本上，目前国内LED芯片和封装企业与国际主流企业间处于非同质产品竞争，市场相对竞争强度很低。

然而，面对巨大的LED照明市场前景，中国LED企业显然已经不甘心再扮演跑龙套的角色。自2010年开始，中国掀起一股LED投资热，疯狂采购上游外延生长用关键设备MOCVD机。4.2009年全球出货228台，其中中国大陆仅占12%，韩国42%，台湾地区35%；2010年全球出货增至800台，中国大陆上升至32%，韩国和台湾地区分别为33%和26%，据Veeco估计，2011年全球MOCVD出货量为850-1100台，中国大陆将占据60%份额。 另据LEDinside预测，中国在未来几年规划增加的LED设备MOCVD台数超过1200台，而2009年国内MOCVD拥有量只有150多台。 “从MOCVD全球分布看LED产业现状与预测”，http:// www.gdcy.ibicn.com/news/archive/201105/3279813130860134.html。问题是中国LED产业的崛起之路是否会一帆风顺，中国LED产业发展中又会面临怎样的危机？对此，如果我们仍然茫然无知，而不能未雨绸缪，那么将来注定是要付出代价的。

本文主要从专利风险角度看未来中国LED产业所面临的竞争威胁以及可能对国内LED产业造成的影响，希望能为国内产业界提供些许参考。

2. 中国LED产业面临的专利竞争威胁

从动态竞争角度考虑，企业所面临的竞争威胁程度取决于企业所掌握的资源以及其所处的市场竞争态势，这里的资源当然是企业所拥有的专利实力。

传统的专利分析侧重于专利数量的统计，然而仅仅依靠数量衡量企业的专利实力存在局限，5.大约从1990年前后，国际上已经有许多的实证研究发现：如果仍然以单纯专利数量作为衡量技术竞争力的衡量指标时，却会观察到许多先进国家的科技产业在整体研发竞争力上呈现下降的趋势 ，此似乎与现实情况并不相吻合。换言之，专利数量的多寡并不能完全反映出产业或者企业的研发竞争力，也无法作为在预警我们可能面临哪些竞争对手的专利竞争威胁的参考依据。因此需要再更进一步分析探讨这些产业或者企业所掌握的专利质量(也就是技术含量)如何，才能作为客观的分析证据。因此我们引入了技术强度的分析，用技术强度指标作为衡量专利质量或者说专利攻击能力高低的指标用以比较企业之间的专利实力，6.本次研究首先选择可能与专利质量相关的衡量指标（共14个指标）作为初步分析的基础，然后将专利质量上呈现不显著或者无法明确解释的指标加以剔除，留下有显着影响专利质量的指标，以便作为进行技术强度回归分析时能够被采用为自变数的基础。经验证后，与专利质量存在显著相关的专利指标包括：CitedTotal 、FamilyCountry 和FamilyDeep。其中，CitedTotal，即专利被引证次数，与专利本身的创造性相关，也是目前经过许多实证研究发现判断专利质量最具信效度的重要指标；FamilyCountry ，即同族专利国家分布数量，这一指标主要与企业的市场布局相关； FamilyDeep，即平均一国同族专利数量，该指标主要与企业的技术布局深度相关。最后以最终保留的衡量指标作为自变量，作线性回归分析，藉此导出技术强度的回归式。而企业间彼此竞争强度我们主要通过市场份额进行比较。另外目标厂商我们锁定在芯片企业，之所以选择芯片企业，一方面是因为外延芯片制造是整个LED产业技术和利润分布最主要的部分；另一方面是因为上游技术的专利可以攻击下游产品，反之则不然，所以外延芯片厂商是整个LED市场发动专利攻击的最主要威胁。

按照市场和技术两个维度我们将芯片市场主要厂商划分成如下群组（见表1）：领导厂商（技术、市场都具较强优势）、新兴厂商（市场优势较强、技术优势较弱），技术型厂商（技术优势较强，市场较弱）以及潜在厂商（目前技术和市场都很弱）。7.需要说明的是，在衡量企业的专利的实力时，需要考虑专利数量的影响。虽然仅凭数量是不可靠的，但只看技术强度也会有误差。因为若本身专利的技术强度高则自然会反应在这些衡量指标上，但这些衡量指标高并不绝对表示本身专利的技术强度高，不能因果倒置。因此，当专利数量较少时，如只有1件，2件专利的权利人，随机性更高，结果与实际偏差会较大。所以在考虑专利攻击能力时，专利数量也会作为参考，因此可能有的企业的专利技术强度算出来还挺高，但因为专利数量很少，我们对其专利实力的评估也会降低。这里我们主要是在衡量一个企业整体的技术实力或者说专利攻击力，而不是具体评价某件专利的质量如何。

根据不同厂商的技术强度和市场份额，我们就可以做出LED芯片企业的专利竞争威胁图（见图1），其中横轴为市场地位（市场份额），纵轴为专利攻击能力（技术强度）。由于专利武器是针对制造、使用、许诺销售、销售、进口的市场活动进行攻击，因此市场地位越小的对象，遭受攻击的可能性越低。

表1 芯片厂商群组分布

从图1可以看出，目前LED芯片市场风险最大的群组是新兴厂商，风险压力来自于技术型厂商和领导厂商，而威胁程度最高的应是领导厂商，因为新兴厂商已有触及它们市场地位的趋势。根据策略群组理论，当次级群组成员在朝向具有创造更高绩效的群组移动时，将会面临高绩效群组成员的排斥，而提高进入障碍的困难。8. Nichia自2006年起对晶元光电发动十几起专利诉讼攻击，战火遍及美、德、日、英、韩等地；OSRAM于2011年在美国和德国对三星提起专利诉讼。

技术型厂商之间，市场地位接近，且专利实力也在伯仲之间，目前处于一种恐怖平衡状态。技术型厂商目前还无法挑战领导厂商，主动攻击可能性较小。实际上技术型厂商中的东芝、夏普和LG都拥有消费类电子完整产业链，具有很强的市场扩张能力，反而成为领导厂商防范的对象。9.2011年，欧司朗(Osram)即对LG发起了专利诉讼。而鉴于技术型厂商的技术优势，领导厂商与技术型厂商之间也以交互授权的形式而避免“擦枪走火”造成两败俱伤。10.2008年，NICHIA和夏普(SHARP)签署了LED和激光二极管专利交叉许可协议；2009年，丰田合成（Toyoda Gosei）与夏普（SHARP）就LED、激光二极管专利达成交叉许可协议。

领导厂商之间， NICHIA通过1996年——2002年间的一连串专利诉讼，分别与Toyoda Gosei、CREE、Osram和Lumileds（后被PHILIPS收购）达成了专利和解和授权协议。11.2002年6月与德国Osram及该公司集团公司Seimens就GaN类发光组件的专利签订了交叉许可合同；2002年9月结束与Toyoda Gosei持续6年之久的专利侵害诉讼。2002年10月与美国Lumileds签订了交叉许可合同，同年11月与Cree达成和解，并签订了交叉许可合同。近年来，五大巨头之间更加强了彼此间的交互授权和合作，借以强化彼此的技术地位，形成专利联盟的态势。12.2007年， NICHIA 与Cree达成协议，扩大他们在2002-2005年之间签订的交叉授权协议的范围；2007年， Osram与PHILIPS达成LED及OLED的交叉授权协议；2009年，Cree与PHLIPS签署了一项全球性的综合专利交叉许可协议，旨在进一步加速LED照明市场的增长；2009年， NICHIA和首尔半导体（Seoul Semiconductor）达成和解并签订交叉授权协议，并停止在美、德、日、英、韩等国所进行的所有专利诉讼案；2010年，Cree与Osram签署了一项全球性的LED专利交叉许可协议。涵盖的专利技术包括双方的蓝光LED芯片技术、白光LED和荧光粉技术、封装、LED灯具与灯以及LED照明控制系统。

潜在厂商无论专利攻击力还是市场威胁都不高，而彼此专利实力都较弱，群组内的竞争态势趋于传统价格竞争模式。这个群组内大部分属于台湾厂商，目前主要靠授权、合作或代工切入LED芯片市场。

图1 LED芯片企业专利竞争威胁分析图

其次，从动态竞争理论(Competitive Dynamics Theory)观点来看，“厂商攻击所引发反击愈多，则绩效愈差”13.Chen, M. J., and Miller, D., “Competitive attack, retaliation and performance- an expectancy valence framework.”, Strategic Management Journal, 15(2), 1994., pp85-102.以及“攻击厂商与早期反击厂商可以夺取晚期反击厂商的市场占有率”。14.Chen, M. J., and MacMillan, I. C., “Nonresponse and Delayed Response to Competitive Moves: The Roles of Competitor Dependence and Action Irreversibility.” Academy of Management Journal, 35(3), 1992., pp539-570.例如韩国Seoul Semiconductor在遭遇Nichia的专利诉讼攻击后亦开始进行先后三次的反击，终于在2009年双方达成和解，签订交叉许可协议，并停止所有专利诉讼案件。2009年PHLIPS与台湾晶元光电达成交叉许可协议，结束多年专利争斗的局面。面对Osram的攻击，三星和LG也很快采取反击。15.三星在韩反诉Osram侵犯LED专利，并向美国国际贸易委员会（ITC）和特拉华州地区法院提起了针对欧司朗的申诉和诉讼。LG电子和LG伊诺特针对宝马韩国、奥迪韩国等德国汽车公司提起诉讼，宝马和奥迪是欧司朗的大客户。LG电子希望通过向他们提起诉讼，让宝马等汽车制造商向欧司朗施压，“尽快解决法律问题”。换言之，当厂商发动攻击却发现竞争对手有实力进行反击时，则握手言和共创未来的机会将会大增。因此在我们看来新兴厂商似乎已具备了跨越进入障碍的专利实力，有融入领导厂商参与市场重新洗牌的趋势。

最后，我们来看中国大陆LED企业所面临的专利风险态势。目前大陆LED芯片企业位于潜在厂商群组，国内芯片企业无论产能还是产品质量与国外大厂差距较大，直接竞争强度较低，而以国内芯片企业目前累积的专利筹码恐难有效攻击任何竞争对手，换句话说中国LED芯片企业似乎只能偏安一隅，而没有能跨越上游芯片市场专利障碍的能力。

然而，自2010年起中国大陆LED芯片企业扩张势头迅猛，以国内芯片企业规划的设备采购数量，若未来产能充分释放将是现在规模的至少9倍，甚至更多。但是国内企业在扩张产能的同时，专利布局却没有跟上，因此我们看到的国内芯片企业的发展趋势是单维度的增长（即按图2中的箭头方向发展），一旦国内芯片企业的市场份额有所增长，其面临的专利攻击压力也就一目了然。

由于目前国内芯片企业尚未进行垂直整合，因此我们可以预测最先遭受攻击的将会是下游封装和应用厂商。以目前国内封装和应用环节的产业格局，16.根据《中国信息产业年鉴2010》统计，2009年国内封装企业超过1000家，应用企业超过3000家。而韩国地区，也不过只有5 家 LED 封装厂。而LED产业的利润分布则是越往下游越低，上游外延片和芯片制造企业占据了整个供应链利润分配的70%，因此下游本土企业之间属于高度密集的微利竞争结构。可以预见绝大多数下游企业是无力应对高额赔偿和专利许可费的。这部分企业只能转向国内低端市场。而对于依赖海外市场或者是与国外厂商的产品市场直接竞争的厂商，剩下的选择要么是做代工，要么直接采购国外大厂的芯片。

那么在这样一种局面下，我们上游芯片企业目前掀起的这场投资狂潮，未来是否会造成产能过剩呢？退一步讲，即使这些芯片都能被下游企业所消化，若上游芯片企业不解决其面临的专利威胁，则我们的芯片始终只能进入低端市场，进入国际大厂不屑的市场，这样的产业结构又是否符合我们的投资预期和产业规划呢？

最后，我们还注意到目前LED芯片厂商之间交叉许可现象频繁，而五大厂凭借技术及市场优势居于主导地位。如今对于任何一家进入LED外延芯片制造的企业而言，都难以保证不触碰到其他权利人的专利，企业之间通过交叉许可避免潜在的诉讼风险已成为常态。从降低交易成本角度考虑，未来极有可能组建以五大领导厂商为主导的专利池。从台湾地区和韩国企业近年的诉讼反击看，都具备了一定可资交换的专利筹码。换句话说，台湾地区和韩国企业也已掌握了加入专利联盟的入场券，而大陆LED企业似乎还在继续充当看客，中国LED芯片企业将以何资本面对未来国外厂商的联合绞杀，这实在是一个难题。

图2 中国大陆LED芯片企业专利竞争威胁趋势

3. 中国LED产业的技术路径选择

面对中国LED产业发展中的专利困境，国内企业又该如何选择技术研发路径。换句话说，现有LED技术究竟发展到什么阶段，国内企业累积专利筹码的技术创新空间又有多大呢。因此，我们需要分析LED技术的生命周期。

上图所示为LED外延生长技术生命周期图。横轴代表参与技术创新的企业数量（专利权人数），纵轴代表创新成果数量（专利申请数量）。从2003年开始LED外延生长技术的专利申请量和专利权人数量开始有减缓趋势，从2006年开始下降比较明显， LED外延生长技术呈明显衰退趋势。

图 3 LED外延生长技术生命周期

图 4 LED芯片技术生命周期

图 5 LED封装技术生命周期

LED芯片技术在2002至2007年间虽然申请人数存在波动变化，但专利数量仍保持增长，属于波动的成长阶段。从2007年开始，申请人和申请量呈下降趋势。与LED外延技术相比较，LED芯片制造技术衰退的时间点晚了四年。

LED封装技术从2005年至2008年，申请人数增长减少趋于稳定，2005至2007年专利申请量变化不大，而2007至2008年申请量明显减少， LED封装技术也从2008年开始进入衰退期。

从技术生命周期的表现看，LED外延生长、芯片制造以及封装技术都已进入衰退趋势，而衰退时间点恰好从上游向下游递进，外延生长从2003年开始，芯片制造从2007年开始，封装从2008年开始。

LED技术原理的发现距今已有100多年历史，17.1907年，英国马可尼(Marconi)实验室的科学家Henry Round第一次推论半导体PN结在一定的条件下可以发出光。这个发现奠定了LED被发明的物理基础。全球第一款商用化发光二极管诞生于1965年，距今也已有40多年。

1993年，日本科学家中村修二在GaN基片上研制出了第一只蓝色发光二极管，由此引发了对GaN基LED研究和开发的热潮。近年来白光LED的发展相当迅速，已广泛应用于LCD背光源，在照明领域的渗透率也在大幅增长。

综合这些信息，我们有理由相信现有LED的基础技术或者说大部分关键技术在工业生产上已趋于成熟，因此无论是外延生长、芯片制造还是封装技术的生命周期才呈衰退趋势。

因此，目前摆在国内LED企业的问题是追求技术突破，绕开国外厂商的专利壁垒，还是采用国外成熟技术，抢占市场分额。前者似乎可以规避竞争对手的专利打压，但前途未卜，另外就是市场时机时不我待；后者当然需要支付知识产权成本，需要在夹缝中构建自己的竞争优势。

4. 结论

通过以上分析，我们认为我国LED产业必须正视现况，务实发展，不能好大喜功，妄图一口吃成胖子。

纵观全球LED产业现状，我国LED外延芯片制造举步维艰，对本土下游企业难以提供配套。除了本身的产能和产品质量外，潜在的专利威胁也无法使下游企业放心采用国产芯片。更重要的是，当国外企业越来越频繁地进行着合作和交互授权，并有形成专利联盟之势，国内芯片产业在专利布局方面还裹足不前。仅仅砸钱买设备，一味扩充产能，而忽视了积累专利这一未来市场竞争中重要的武器，将来注定是要吃亏的，中国DVD产业即是前车之鉴。

我们并非要完全否定国内芯片产业，只是从客观上讲，国内芯片产业还不具备能挑战国外巨头的能力，这种能力也不是光靠花钱买设备就能在朝夕之间赶上的。根据我们对LED技术专利的分析，实际上LED外延生长和芯片制造的大部分基础技术已趋于成熟，我们不大可能另辟蹊径，而必须做市场需要的成熟的技术，这就不得不采用一些国外企业的技术并支付相应的知识产权成本。工艺技术的改进和一些外围技术、优化技术或许应成为我国芯片企业的研发重点。不是追求专利数量，而是要追求专利质量。若国内企业能形成一些让国外厂商感兴趣的技术，也就意味着我们拥有了能与国外企业谈判的筹码。

对于国内芯片企业而言，当前一方面需要扎实做好自己的产品，缩小与国外厂商产品之间的差距，另一方面则是要做好专利风险监控，构建自己的专利组合。当国内芯片企业的产品在性价比上能威胁到国外厂商产品时，也就是它们发动专利攻击之时，而我们若没有相应准备，手里没有任何可以反击的武器，则难有胜算。

目前国内LED芯片产业结构主要集中在下游，从事应用产品的企业数量在3000家以上。但我们实在不能为这样的数字而窃喜，因为绝大多数的下游企业都处于微利的低端市场。虽然在我们的专利风险分析中较少提及下游企业，但这恰恰是我们应该重新审视的部分。在应用环节，国内LED产业需要的不是庞大的企业数量，而是真正具有自己独特产品优势和一定市场规模的品牌企业。应用厂商不需要去和国外厂商拼芯片、拼基础技术，很有可能未来相当长一段时间内下游企业所需大功率白光芯片仍然需要外购。未来LED的主战场将是照明市场，围绕着照明需求的产品应用创新应成为国内应用企业思考的问题。虽然LED芯片非常关键，但用户不买芯片，用户看到的只是产品。以用户体验为目标的外观设计以及实用新型专利对应用厂商而言或许更具价值。

总之，无论是LED产业链上哪个环节的国内企业，都应充分考虑市场扩张过程中面临的专利风险和知识产权成本。我们并不提倡国内企业搞运动式的技术创新以突破核心技术，我们认为国内企业更重要的是找到自己的市场定位，在此基础上构建自己的技术优势和知识产权组合以强化市场地位。概括为一句话就是：“做我们能做的，做好我们该做的。”