照明与通信共用的LED重点技术专利申请分析

袁 瑞，张 涛，谷怀民，肖 瑶，方慧风

(1.华南师范大学光电子材料与技术研究所，广东广州 510631；2.国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东广州 510000)

引言

LED可见光通信技术(visible light communication，VLC)[1]是以可见光波段的光作为信息载体来传输信息，LED发出肉眼看不到的高速明暗闪烁的信号，利用该信号将信息传输出去。这种技术做成的系统能直接以空气为传输介质，不需光纤，不消耗能量，抗干扰，因而具有广泛的开发前景。该技术最早是由中川研究所提出来[2]，之后全球范围内科研者们争相开发研究。该技术领域最早是美国、日本投入研发，中国紧随其后，尤其是2010年之后，专利申请量突增，国家大量投入[3]。

本文数据来源于广东省知识产权公共信息综合服务平台数据库和国家知识产权局检索平台数据库，通过中﹑英文检索式检索，并经过人工去重﹑除杂，分别获得全球LED可见光通信相关的专利申请数据7 194件，中国LED可见光通信相关的专利申请数据3 032件，广东省LED可见光通信相关的专利申请数据485件，检索时间从1985年1月1日到2017年12月31日。

1 专利申请分析

1)全球数据分析。从表1可以看出，申请国家日本、中国、美国这三个国家的专利申请量最多，居前三位，日本占30%，中国29%不相上下，美国19%位居第三。全球IPC前几位主要有H04B10/116,G02B6/42,H04N5/225,H04N5/335,H04N5/369，分别代表的技术为可见光通信，光波导与光电元件的耦合，电视摄像机，利用固态图像传感器，SSIS结构与其相关的电路。

表1 全球数据统计Table 1 Global data statistics

2)中国数据分析。从表2可以看出，申请前三的省市有广东、江苏、北京，其中广东省占26%，位居第一，是因为这里是各大企业龙头的聚集地。我国排前6位的申请人是深圳光启，解放军信息工程大学，三星，松下，索尼，飞利浦。前几位IPC有H04B10/116,H05B37/02,H04B10/50,G02B6/42,H04B10/516，分别代表的技术领域为可见光通信，控制，发射机，光波导与光电元件的耦合，编码或调制元件。

技术生命周期(TCT)[4]的阶段包括:新兴期、成长期、成熟期、衰落期，是用来判断技术生命发展(TCT=专利申请量/专利权人数)。图1是我国1986—2017年专利生命周期图。图中的技术生命周期(TCT)显示2010年前总趋势在不断上升，属于新兴期和快速上升阶段，2010—2016年属于稳步上升阶段，但1997,2000,2008年出现了回落，即负增长现象，可能是因为新技术点的兴起但不成熟造成的。2017年出现了大幅度的回落，即短暂衰退期，预测还会有新技术的诞生。

表2 中国数据统计Table 2 Data statistics in China

图1 我国1986—2017年专利生命周期Fig.1 TCT of LED visible light communication in China in 1986—2017

2 照明与通信共用的白光LED技术重点专利申请分析

针对照明与通信共用白光LED的专利调研，在国家知识产权局检索平台上共检索出全球相关专利申请数据638件，检索日期截止到2017年12月31日。

图2是全球照明与通信共用白光LED历年专利申请趋势，从整体来看，大体上呈上升趋势。2009年之前，专利年申请量较少，申请量在30件以内。2013年之后，申请量增长较快，直到2016年达到申请量171件，说明近些年照明通信共用白光LED的研究受到关注。

图2 全球照明与通信共用白光LED历年专利申请趋势Fig.2 The global patent application trends of white LED for visible light communications

图3是全球照明与通信共用白光LED专利申请国家分布，可以看出，专利申请量排名前三位的国家有中国、日本和韩国。其中专利申请量居第一位的是中国，其专利数量有360件(包括国外来华申请)，占全球数据的61%，紧跟其后的是日本，有81件，占比14%，韩国65件，占11%。可见中国的申请量较大。

图3 全球照明与通信共用白光LED专利申请国家分布Fig.3 The global patent layout of white LED for visible light communications

从图4中、日、韩、美四国的申请趋势来看，日本、韩国照明与通信共用白光LED专利申请从2005年开始起步，中国虽然在1999年有过该技术点的专利申请，但之后至2009年才再次出现照明与通信共用的白光LED的专利申请。日本一直处于增长趋势，直到2009年申请量达到15件，韩国申请量在低于20件上下起伏，波动幅度不大，美国在2011年后照明与通信共用白光LED专利申请量出现稳定增长，中国处于申请量上升趋势，申请量在2016年达到138件。

图4 美、中、日、韩照明与通信共用白光LED专利申请趋势分布Fig.4 The patent application trends of white LED for visible light communications in America,China,Japan and Korea

从图5和表3可以看出，照明与通信共用的白光LED所涉及的技术领域包括：传输、电照明、数字信息的传输、照明装置和零件、光源构成、半导体器件、无线通信网络等，占比前五位的有传输、电照明、照明装置和零件、光源构成，其中传输排名第一，申请量有405件，占39.09%。

表3 全球照明与通信共用白光LED申请专利IPC分布Table 3 The IPC of white LED for visible light communications

图5 全球照明与通信共用白光LED申请专利IPC分布Fig.5 The IPC of white LED for visible light communications

由图6可看出，排名前十位申请人的专利申请数量均在10～20件，且数量起伏不大。排名第一位的是中国的苏州迈奇杰智能技术有限公司，申请量为20件，排名第二位的是韩国的三星公司，申请量为16件。前十位的申请人中来自中国的申请人占有7位，国外申请人仅有3位，这些申请人主要是以中国的居多。

图6 照明与通信共用白光LED申请专利主要申请人Fig.6 The main applicants of white LED for visible light communications

表4是欧洲专利局列出了被引证次数最多的前十位照明通信共用白光LED申请专利，TOSHIBA KK在2006年申请的专利US2007058987A1被先后引证了12次，位列第一。该发明介绍了一种可见光通信系统，系统包括发送可见光信号的发送装置和接收可见光信号的接收装置。MANIAM SELVAN申请的专利US2007024571A1被引用了9次，位居第二。SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD申请的专利US2009171571A1被引用了9次，并列第二。另外，TOSHIBA CORP的JP2007081703A专利也被多次引用。总的来说，照明通信共用白光LED受到了业界的关注，其专利申请的技术点呈多样化。

由表5可以看出，共有12件美国专利引用了专利US2007058987A1，需要注意的是引证US2007058987A1的专利不一定都是可见光通信或是传输，也有光学元件、系统或仪器，电数字数据处理等其他技术点，可见该专利的应用较广泛。在这12件引证专利中，又一次被引证的专利数目共有213件，其中COLOR KINETICS 公司申请的专利US7309965B2被引证次数最多，高达74次，该专利讲述的是照明元件和微处理器的照明设备。STRUYK DAVID A申请的专利US7319755B2被引证25次，位居第二，该专利技术点主要是图像通信。

表4 照明与通信共用白光LED引证次数最多的申请专利Table 4 The application patents with the most citation times of white LED for visible light communications

表5 排名第一US2007058987A1专利的被引证专利Table 5 The citation patents of the first US2007058987A1 patent

续表5

3 照明与通信共用蓝光LED技术重点专利申请分析

针对照明通信共用蓝光LED的专利调研，在国家知识产权局检索平台上共检索出全球相关专利申请数据448件(检索日期截止到2017年12月31日)。

从图7来看，日本、美国起步较早，中国虽然在1999年出现过专利，但是一直到2009年才再次出现照明通信共用蓝光LED的专利申请。日本一直处于增长趋势，直到2009年申请量达到最大，韩国申请量在低于20件上下起伏，波动幅度不大，美国在2011年后照明通信共用蓝光LED专利申请量出现稳定增长，中国则处于申请量上升趋势，申请量在2016年达到67件。

图7 美、中、日、韩照明通信共用蓝光LED专利申请趋势分布Fig.7 The patent application trends of blue LED for visible light communications in America,China,Japan and Korea

从图8来看，全球照明通信共用蓝光LED专利申请量排名前三位的是中国、日本和韩国，其中涉及中国的专利数据有213件(含国外来华申请)，位居第一，占全球数据的48%。排名第二的是日本，占比18%，韩国排名第三，占比16%。

图8 全球照明与通信共用蓝光LED专利申请国家分布Fig.8 The global patent layout of blue LED for visible light communications

从图9来看，照明通信共用蓝光LED所涉及的技术领域包括：传输、通信技术，照明，测量，信号装置，电气元件，光学等，其中占比较高的在于传输、通信，照明，测量这些技术点上，其中H04传输通信技术点位居第一，占53%，F21照明技术点位居第三，占6%，说明这两个技术点是研究者们研究蓝光LED的技术热点。根据图10美、中、日、韩四国在H04传输技术方向看，中国申请量153件居第一，日本71件居第二。从F21照明技术方向来看，中国申请量14件居第一，美国11件居第二。

图9 全球照明与通信共用蓝光LED专利申请IPC分布Fig.9 The IPC of blue LED for visible light communications

图10 美、中、日、韩照明与通信共用蓝光LED专利申请IPC分布Fig.10 The IPC of blue LED for visible light communications in America,China,Japan and Korea

从图11可知，就检索的448件照明与通信共用蓝光LED专利数据进行申请人分析，发现排名前十位的申请人有SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD,KOREA ELECTRONICS TELECOMM,TAIYO YUDEN KK,东南大学,中国人民解放军信息工程大学,TAMURA SEISAKUSHO KK,PANASONIC CORP,南京邮电大学,华南理工大学,中国科学院半导体研究所，其中中国有5位，日本有2位，韩国有2位，美国有1位。申请数量排名第一的是KOREA ELECTRONICS TELECOMM公司，相关专利有18件，该公司总部在韩国。

图11 照明通信共用蓝光LED专利申请主要申请人Fig.11 The main applicants of blue LED for visible light communications

表6是欧洲专利局被引证次数最多的前十位照明与通信共用蓝光LED申请专利，KNAPP DAVID J在2010年申请的专利US2011069960A1被先后引证了25次，位列第一。该发明公开了一种可用于一般照明、照明控制系统或其他应用的照明装置和相关系统和方法。照明装置优先与AC电源同步，以产生时分多路复用信道，其中控制信息可以由产生照明的同一光源光学地传递。CHAO CHIA-HSIN申请的专利US2013236183A1被引用了25次，位居并列第一。KIM SANG JOON申请的专利US2011014955A1被引用了23次，位居第二。另外，TOSHIBA KK的US2007058987A专利也被多次引用，总的来说，照明通信共用蓝光LED已受到业界的关注。被引证次数排名第一的是专利US2011069960A1，被引证了25次。该专利被多次引用体现了该技术点的关注度较高。

表6 照明与通信共用蓝光LED引证次数最多的申请专利(前十位)Table 6 The application patents with the most citation times of blue LED for visible light communications

4 结束语

全球LED可见光通信技术正处于蓬勃发展时期。以美国、日本和中国为代表的专利权占据了世界大部分专利资源。中国在LED可见光通信方面的专利开发起步晚于日本﹑韩国﹑欧洲等国家或地区，目前还处于研发阶段，并且主要申请者是大学和科研单位，在此基础上，中国应加强产业和研究单位的合作，使研究成果迅速进入产业中。从实验室到工业应用，需要更多的企业参与和政府支持。中国LED产业有着良好的发展前景，期待在全球可见光通信的发展中起推动作用。