液晶显示屏玻璃基板技术专利态势分析

廉莉莉 李秀娟 / 工业和信息化部电子知识产权中心 王培堂 / 东旭集团有限公司

液晶显示屏玻璃基板技术专利态势分析

廉莉莉 李秀娟 / 工业和信息化部电子知识产权中心 王培堂 / 东旭集团有限公司

玻璃基板是液晶显示屏的核心及关键配套部件，在液晶显示产业链中占据着十分重要的战略地位。随着国内企业的技术水平和市场占有率的逐步提升，国外产业巨头开始利用专利优势维持其市场垄断地位，以东旭、彩虹等为代表的国内玻璃基板企业所面临的知识产权风险日益加剧。本文对液晶显示屏玻璃基板全球及中国专利数据进行全面分析，深入研究其发展现状及趋势，分析行业内主要竞争者的研发动态和专利策略，为国内企业进行技术研发、规避知识产权风险及制定专利策略提供参考。

引言

液晶显示产业具有技术含量高、资本密集、价值链长、带动能力强、市场广阔等特点，为各国所重视。我国液晶显示产业近年来发展迅猛，已成为我国电子信息核心产业。我国《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》对发展液晶显示技术给予了很高的战略定位。

液晶显示核心关键基础配套部件——玻璃基板，在产业链中占据着十分重要的战略地位，直接影响着下游显示面板企业的产品质量和经济效益，属于产业价值链微笑曲线的高端。因其技术门槛高、投入大、利润丰厚、市场主导性强等特点，目前全球只有美国康宁、日本旭硝子、电气硝子、板硝子和国内的东旭集团等少数几家公司能够生产，国内面板企业所需玻璃基板90%以上需要进口，本土企业只占不到10%的市场份额。与国外巨头相比，我国玻璃基板产业在产业规模、工艺技术、良品率、新品开发、产品品种、高端人才等方面，存在较大差距。

随着国内企业的技术水平和市场占有率的逐步提升，国外产业巨头开始利用专利优势维持其市场垄断地位，以东旭、彩虹等为代表的国内玻璃基板企业所面临的知识产权风险日益加剧。

图1 液晶显示屏玻璃基板全球专利申请趋势

一、全球专利申请态势

1、玻璃基板的技术发展及专利申请趋势基本同步于液晶显示技术的进展

截止2013年底，液晶显示屏玻璃基板领域全球专利申请共4214项。数据分析显示，玻璃基板的技术发展及专利申请趋势基本同步于液晶显示技术的进展。玻璃基板相关专利最早出现于20世纪50年代，至今经历了三个发展阶段：（1）1995年以前为起步阶段，专利年度申请量在50项以下，这一阶段的显示设备主要是CRT显示器，液晶显示器产品尚未出现，液晶显示屏玻璃基板也仅限于实验室研究；（2）1996～2004年为稳步发展阶段，专利申请量稳步增长，专利年度申请量接近150项，这一阶段CRT显示器仍是市场主流，但平板显示技术逐渐成为研究热点，从2002年开始市场上逐渐出现液晶显示器产品，也形成了玻璃基板专利申请高峰；（3）2005年至今为快速增长阶段，专利申请呈现快速增长的态势，年均增长率达到19.7%，在这一阶段，CRT显示器逐步退出市场，包括液晶显示器在内的平板显示器的产值开始超过CRT显示器，从而带动了玻璃基板相应技术与产业的进步（见图1）。

2、市场和技术高度集中，日本和美国是最主要的专利来源国，日本集团优势明显，美国康宁一家独大

液晶显示屏玻璃基板行业技术含量高、资本密集，因此技术和市场集中度都很高，专利主要集中在几家市场主导者手中。日本专利申请总量最高，集团优势明显，日本旭硝子、板硝子、电气硝子、三星钻石、安翰视特等五家企业的总申请量占全球总申请量的55%。美国的专利申请数量位居第二，基本全部来自于康宁公司。中国申请人的专利申请量排名第三，专利主要集中在2008年以后（见图2）。

图2 主要专利技术来源国及各国专利申请趋势

3、工艺领域专利申请量最大，占比超过50%，其次是设备领域和材料领域

全球专利申请中，超过一半的专利申请都涉及玻璃基板工艺技术，其中32%仅涉及工艺技术，20%涉及工艺及其相关制造设备，6%涉及材料配方及其制造工艺。在工艺专利中，关于玻璃基板加工技术的专利申请量最大，共861项，占总申请量的37%，其次是熔解、成型、其他辅助工艺和运输相关专利。全球专利申请中，33%涉及玻璃基板材料技术，其中17%仅涉及材料技术，6%涉及材料及其制造工艺。在材料专利中，碱玻璃和无碱玻璃专利占比相当。

二、在华专利申请态势

1、在华专利申请滞后于全球总体趋势，2008年以后专利申请量高速增长

截止2013年底，液晶显示屏玻璃基板领域在华专利申请共1797件。与全球趋势相比，在华专利申请发展滞后，大致经历了以下三个阶段：（1）2000年以前为萌芽期，专利申请量很小，年均在20项以下，这一阶段国内的液晶显示屏玻璃基板行业尚未起步，专利申请基本上都是由国外申请人提交的；（2）2001～2007年为缓慢发展期，专利申请量缓慢增长，国外厂商加速在中国进行专利布局，国内申请人的专利申请占比仅为12%；（3）2008年至今为高速发展期，专利申请迅猛增长，2012年的专利申请量已经超过300件，其主要原因是中国液晶显示器市场发展迅速，带动了上游玻璃基板产业的快速发展，此外，国内玻璃基板企业发展迅速，在技术和产品方面均取得一定突破（见图3）。

图3 液晶显示屏玻璃基板在华专利申请趋势

2、超过60%的中国专利申请来自于国外申请人，美国、日本、德国厂商已经占据专利优势，形成专利壁垒

在液晶显示屏玻璃基板领域，接近2/3的专利申请来自于国外申请人，其中以美国、日本、德国厂商为主，包括康宁、旭硝子、三星钻石、电气硝子、肖特、安翰视特等，他们拥有很强的专利优势，形成了一定的专利壁垒。相比之下，国内申请人占据弱势地位。此外，美国厂商已经基本完成在华的大规模专利布局，自2011年起专利申请量有所回落，而日本厂商仍在加速在华进行专利布局。

三、主要竞争者专利态势

液晶显示屏玻璃基板行业技术含量高、资本密集，因此市场和技术集中度都很高，专利主要集中在几家市场主导者手中。图4是全球主要专利申请人排名情况。

图4 液晶显示屏玻璃基板主要专利申请人

1、美国康宁占据绝对优势地位，国内企业需高度警惕知识产权风险

康宁是液晶显示屏玻璃基板领域绝对的领军企业，2013年全球市场占有率达到50%。其是玻璃基板技术研发起步最早的厂商之一，全球专利申请量排名第一，达到837项，占全球总申请量的20%。在几大厂商中，康宁拥有的玻璃基板成型工艺专利数量最多，其还最先发明了溢流熔融法成型工艺，在这一领域具有持续的技术优势。目前康宁已经完成在全球及中国的大规模专利布局，专利申请速度有所放缓。

康宁凭借强大的专利优势，多次向竞争对手发起诉讼。2005年，康宁起诉台湾碧悠电子公司涉嫌盗用其制造主动式矩阵液晶显示器玻璃基板工艺专利的材料。2011年，康宁指控东旭集团窃取其商业秘密用于电脑、智能手机和电视显示器的玻璃基板生产，该案于2013年达成和解，康宁向东旭授权第六代及以下平板显示器玻璃制造技术。可以预测，随着国内企业市场份额的不断提升，知识产权风险也将增大。

2、日本旭硝子近十年来专利申请迅速增长，在玻璃基板材料配方和浮法成型工艺领域优势明显，特别重视中国专利布局

旭硝子于90年代中后期由主要生产建筑玻璃和汽车玻璃逐步转型为主要生产液晶显示屏玻璃基板，并于2003年正式投产。近十年来，其技术和生产能力不断取得突破，专利申请量迅速增长，在全球累计申请专利549项。旭硝子在材料领域优势明显，专利申请量达270项，远远超过其他厂商。此外，旭硝子也是目前唯一采用浮法成型工艺生产玻璃基板的厂商，2008年之后，其申请了大量关于浮法成型工艺的专利。特别值得关注的是，旭硝子非常重视中国市场，在华专利申请达282件，即其全球专利申请中有超过一半在中国进行了专利布局，这与旭硝子加速在中国建厂及进行市场拓展的策略保持一致。

3、德国肖特已退出液晶显示屏玻璃基板行业，但仍掌握大量核心基础性专利，专利风险不容忽视

肖特是液晶显示屏玻璃基板技术研究起步最早的厂商之一，早在1953年即申请了第一件专利。目前，肖特在全球共拥有309项专利，分布在工艺、设备、材料等各个领域。玻璃熔解技术和浮法成型工艺是肖特的两大优势技术领域。肖特是全世界第一家采用连续熔解技术生成特种玻璃的厂商，目前其在玻璃熔解领域的专利申请达到60项。此外，肖特曾是世界上唯一能够以浮法生产硼硅酸盐平板玻璃的厂家，相关专利申请有46项。2008年肖特宣布退出液晶显示屏玻璃基板行业，此后其专利申请量持续下滑，但是由于其仍拥有大量核心基础性专利，因此专利风险不容忽视。

四、材料配方技术专利态势

材料配方技术是液晶显示屏玻璃基板的关键技术之一，材料配方直接影响玻璃基板的热稳定性、化学稳定性、黏度、光学穿透吸收性及在各种频率与温度下的电气特性。在材料配方领域，全球共有专利申请847项，其中在华专利申请286项。

早期的材料配方以碱玻璃为主，随着TFT-LCD的兴起，材料配方逐渐从以碱玻璃为主转向以无碱玻璃为主。从1995年起，材料配方专利申请量开始逐渐增大，2009年以后专利申请的增速进一步加快（见图5）。

图5 液晶显示屏玻璃基板材料配方技术专利申请趋势

从技术构成来看，无碱玻璃和碱玻璃的专利申请量相当，各占总申请量的45%左右，还有一些专利涉及与玻璃基板的物理化学性能及参数、添加剂等相关的发明创造，这种专利保护范围往往更大，值得特别关注。

主要申请人中，日本旭硝子以238项专利申请排名第一，优势非常突出，其在碱玻璃领域共有118项专利，在无碱玻璃领域共有74项专利。美国康宁以154项专利申请排名第二，主要掌握了溢流熔融法所必需的玻璃组分及性能相关专利。日本板硝子排名第三。国内企业在材料配方领域的专利申请量远远低于国外企业，目前仅有东旭、彩虹、北京工业大学等有个案申请。

通过液晶显示屏玻璃基板材料配方关键技术和专利强度两个指标，结合技术人员的人工筛选，筛选出重点专利18项，这些重点专利涉及：（1）重点厂商的 主 要 产 品， 如CN95100567.7，US4590171；（2）玻璃基板未来技术发展趋势，如CN99813791. X，CN200480038769.7，CN200680014690.X，CN200810082713.1，CN201180024403.4等；（3）保证玻璃基板的工艺实施、提高可加工性，如CN95100567.7，CN00124048.X，JP10114538等。这些重点专利值得国内企业特别关注。

五、成型技术专利态势

成型技术是液晶显示屏玻璃基板的关键技术之一，目前主要的成型方法包括浮法、流孔下拉法和溢流熔融法。在成型技术领域，全球共有专利申请481项，其中在华专利申请143项。

成型技术全球专利申请经历了起步阶段（2000年以前）和快速发展阶段（2001年至今）。在起步阶段，浮法和溢流熔融法均取得关键性的技术突破，能够制造液晶显示屏玻璃基板，但总体专利申请量较小。在快速发展阶段，随着液晶显示技术的快速发展，玻璃基板成型技术逐渐成熟，专利申请增长迅速。在这一阶段，日本企业的总体申请量已经超过美国。成型技术在华专利申请起步较晚，1993年才出现相关申请，但是发展速度很快，从2010年起专利年度申请量超过20件。

从技术构成来看，溢流熔融法相关专利最多，共237项，占比为49%，且起步很早，从上世纪60年代即出现了首件专利申请。其次是浮法，共有143项专利申请，占比为30%，浮法也是起步最早的成型方法。流孔下拉法应用范围也最小，相关专利只有11项，仅占总申请量的2%，这种方法起步最晚，2004年才出现首件专利申请（见图6）。

图6 玻璃基板成型技术全球专利申请技术构成情况

主要申请人中，美国康宁以180项专利申请排名第一，优势明显，特别是溢流熔融法方面，共有69项专利申请。溢流熔融法生产的玻璃基板具有性能优越、成本较低的优点，是目前应用最广泛的成型技术，康宁在玻璃基板行业的垄断地位与其控制了溢流熔融法关键技术有一定关系。此外，日本板硝子以122项专利申请排名第二，其掌握了大量关于溢流熔融法的改进型专利，并由于收购了浮法工艺的发明者——英国皮尔金顿公司，进一步掌握了浮法工艺技术，掌握了相当数量的相关专利。排名第三的是德国肖特，共有57项专利申请。而国内企业中，仅有彩虹和安彩分别掌握了个案申请。

成型技术重点专利主要与溢流熔融法有关，并涉及以下几项关键技术：一是保证玻璃基板的耐热性、表面缺陷、平整度等性能要求，如CN200910141415. X、CN201080035053.7、CN02825332.9、CN200680016211.8；二是提高玻璃基板的生产率、降低制造成本，如CN201010169918.0；三是保证工艺实施，如CN201080035053.7。

六、对策与建议

总体来说，国内液晶显示屏玻璃基板的技术和产业化程度还处于起步阶段，市场占有率比较低。为了全面缩小与国外厂商的差距，规避知识产权风险，促进国内液晶显示屏玻璃基板行业的健康快速发展，提出以下对策建议：

1、综合利用专利及其他信息，学习借鉴国外先进技术

（1）跟踪重点厂商的专利申请动态，了解其技术研发动向，跟踪行业最新技术进展，对于康宁、旭硝子和电气硝子这三家重点厂商，做到定期跟踪；

（2）跟踪关键技术领域的专利申请动态，重点包括玻璃基板材料配方技术和成型工艺，还包括其他较为重要的工艺技术，如加工、运输、包装等；

（3）成型工艺关键技术多以技术秘密形式进行保护，并不申请专利，国内企业可关注成型设备及其构件相关专利，并综合利用专利、市场、产品等信息，跟踪最新技术动向。

2、重视知识产权风险，避免知识产权纠纷

（1）全面分析主要厂商的全球及在华专利布局情况，跟踪各厂商的专利申请、审查、授权、无效、许可、转让、诉讼等动态，特别是密切跟踪主要厂商在华专利法律状态变化情况，提前发现潜在的专利侵权风险，并采取相应的应对措施；

（2）目前在玻璃基板材料配方和成型工艺领域，存在多项规避难度较大的核心基础性专利，对于这些专利，建议可通过获得专利许可的方式避免侵权纠纷。

3、研究国外厂商专利策略，加强企业专利保护

（1）研究国外厂商的专利策略，包括专利布局、专利许可转让以及企业并购等，特别是通过深入分析重点厂商围绕其主要产品进行的专利布局，学习国外厂商运用专利手段的经验；

（2）日本厂商对于专利策略的运用非常灵活有效，围绕核心技术部署了大量核心及外围专利，可以作为研究重点；

（3）国内企业不仅可以通过自主研发掌握自主知识产权，提高专利储备，还可以采用专利收购、企业并购等策略，实现跨越式发展。

4、联合产业下游力量，突破专利壁垒

国内玻璃基板及相关的下游企业，包括液晶面板企业、电视、手机等智能终端企业，应联合起来，形成研发和专利储备的合力，共享技术和专利成果，共同突破国外厂商筑成的专利壁垒，抢占市场。