我国LED可见光通信技术的专利申请分析

肖瑶，张涛，方慧风，范广涵

(1.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；2.华南师范大学光电子材料与技术研究所，广东广州 510631)



我国LED可见光通信技术的专利申请分析

肖瑶1，张涛2，方慧风2，范广涵2

(1.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；2.华南师范大学光电子材料与技术研究所，广东广州 510631)

LED可见光通信技术是基于LED可见光频段进行高速无线传输的新型的通信方式。我们对LED可见光通信技术领域国内专利申请趋势、主要申请人分布、主要技术分布、技术生命周期进行了统计分析，并预测未来的发展趋势。研究发现，我国可见光通信技术起步较晚，专利申请主要集中在高校和科研机构，LED可见光通信领域中的技术到产业上的转移应用将会是下一阶段发展的重点。

可见光通信；LED；专利分析；发展趋势；应用；可见光；通信技术；专利

引言

LED照明在全球照明市场领域所占据的比重正逐年增加，预计到2021年，LED在全球照明领域的市场份额将占据52%以上[1-2]。由于白光LED自身具有高响应灵敏度，因此可以被用于进行高速的数据通信，可见光通信就是在白光LED技术基础上发展起来的新型的无线光通信技术方式[3]。利用LED比传统光源电光转换速度快的特点，将信息高速加载到光强上并传输至空间覆盖区域的接收终端，经过光电转换而获得信息。

在LED照明领域国际大企业已形成较为完整的专利壁垒布局[12]，自2000年Tannaka Yuichi等人提出白光LED作为室内照明和通信光源[13]开始，世界范围针对可见光通信研究制高点和话语权已展开新一轮的争夺[4]。在研究投入方面，欧美日等科技强国制定了较多大型科研计划来促进在LED可见光领域发展，中国政府和企业在可见光通信研究也进行投入。在知识产权方面，对欧美日韩以及中国的可见光通信相关专利检索发现，索尼、三星等具有较大的专利申请数量，有一定大的知识产权优势，而中国企业和机构虽然在国内专利申请上具有一定的数量，但目前的国际专利申请数量较少，对LED可见光通信产业在国际发展上的影响力相对较弱[5]。

1 数据来源与研究方法

本文从广东省知识产权公共信息综合服务平台数据库中，基于可见光通信技术的发展现状，通过关键词、IPC检索，经过人工筛选降噪，检索到中国LED可见光通信相关的专利数据1 872项，检索时间截止到2016年12月31日。

专利申请的目的是为了获得在某一地区技术上的独占实施权，从而使该技术在该区域产生最大化的经济效益[6]，本文以中国作为目标市场，以中国专利申请为基础进行分析。通过对申请量历年申请情况的分析，对了解技术的发展趋势和市场需求情况能够提供相应的指导作用。通过对LED可见光通信领域专利数据的深度挖掘与分析，从申请日、申请人、IPC分类号、主要申请人、技术生命周期进行统计分析，并从技术和经济的角度对专利申请数据变化进行分析，以了解LED可见光通信技术及主要申请人的研究动向、技术发展动态、研发人员动向、技术发展趋势等。

2 专利检索和分析

可见光通信技术起步于2000年前后，日本、韩国、欧洲等在该时间段先后开展研究，并实现应用化突破[7]。中国可见光通信专利发展起步较晚，图1为中国LED可见光通信技术历年专利申请情况进行统计，从图1中可以发现1986—2001年相关专利技术申请量发展较为缓慢，基本上无上升趋势，说明LED可见光技术还处在较低水平。从2002年开始，专利数量逐年增加，由于Lifi技术的提出和兴起，带动国内对该技术的关注，加大在可见光通信技术方面的研发投入。专利申请量的高点出现在2014年，达到了308件，近几年有所回落，但都还在200件以上，说明中国在LED可见光通信专利技术的研究，仍然是一大热点。此外，从年申请量占总申请量的百分比来看，从2005年起，该领域申请量极为突出，2005—2016年的专利申请总量占总数的93.6%，2006—2014年专利申请量呈指数形式增涨，其中2010年增速高达41.9%。

图1 中国LED可见光通信专利申请量趋势Fig.1 Patent application trend of VLC technology in China

图2 中国国内LED可见光通信专利申请人省市分布Fig.2 Distribution of applicants source of VLC technology patent in China

图2为中国国内LED可见光通信专利申请人国省分布图。从专利申请量来看，广东的专利申请量占中国总申请量的17.3%，这是由于广东省拥有成熟的LED产业链，在LED产业的封装和应用领域具有相当的竞争实力；长三角地区(江苏、浙江、上海)的专利申请量占中国总申请量的19.4%，长三角地区LED产业主要集中在LED的外延、芯片的制备的研究和生产，为LED可见光通信的发展打下坚实的基础；此外，近几年我国政府加大对LED光通信技术的投入，与解放军信息工程大学的合作使得河南省在可见光通信技术方面取得相应的研究成果，促进了河南省在LED可见光通信领域的发展。

图3 可见光通信主要专利申请人排行Fig.3 The main patent applicants of VLC technology

图3是中国可见光通信主要专利申请人排行，其中专利申请数量较大的中国专利申请人以高校和研究机构为主，深圳光启、青岛海信、华为等企业也有较多的专利申请。从总体上来看，以解放军信息工程大学、东南大学、北京邮电大学、中国科学院半导体研究所、中山大学等研究单位的专利申请数量居多，这说明可见光通信目前尚处在实验室研发阶段，距投入市场还存在一段距离。将中国作为目标市场的国外申请人，以日本的索尼、松下以及韩国的三星等企业为主，其在LED和通信领域在中国有相应的专利布局，随着Lifi技术的兴起，这些国际巨头企业把目光盯住中国市场，并抓紧在中国的专利布局以便为其以后在中国市场上的发展保驾护航。排名前二十的中国企业申请人的专利申请量，占中国可见光通信专利总申请量的7.53%。从专利上来看，可见光通信技术还处于起步阶段，从实验室走向产业化应用，不仅需要更多的企业参与[7]，还需要政府更大的支持。

图4 LED可见光通信主要专利申请人申请量Fig.4 Patent applications of the main patent applicants of VLC technology

在专利分析中通过对中国可见光通信领域主要申请人历年申请量情况分析，寻找各申请人技术发展的时间分布、技术密集点。由图4可以看出，在LED可见光通信技术领域排名前十一的国外申请人索尼、三星、松下、飞利浦对LED可见光通信技术研发起始时间较早，同时对LED可见光通信技术的研发投入呈历年增加趋势。而我国主要申请人对LED可见光通信技术的研发主要集中在近几年，与国外申请人相比起步较晚，主要集中在高校和科研单位，同时处于增长趋势，这与国家近几年对LED可见光通信技术研发的投入密切相关，也说明该技术从实验、研发到投入市场还存在一段时间，还需更多的企业与高校及科研单位合作，应用企业可以在此方面进行适当的布局。

图5 LED可见光通信申请专利IPC小组分布Fig.5 Distribution of patent applications of VLC technology about IPC group

IPC是目前国际上通用的专利技术分类系统，从IPC分类号的分布进行分析可以大致了解该技术领域专利申请的主要内容和涉及的技术范围[5]。本文对检索出1 872件发明和实用新型专利进行IPC字段分析，取每项专利主分类号的小组作为划分依据进行统计分析，发现这些专利主要分布在15个小组中，前15位小类所拥有的专利为1 219件，占65.1%，这些专利IPC小组分布见图5。该图反映了中国LED可见光通信技术主要专利技术领域的分布情况，从中可以看出，中国LED可见光通信的专利技术主要集中在H04B10、H05B37、G02B6、H01L33四个领域，由此可以看出中国LED可见光通信研究与开发的重点技术领域在于可见光通讯、半导体器件、照明装置的驱动电路。进一步对主要技术领域进行年度走势分析，还发现中国LED可见光通信技术领域这些年的发展速度略有不同。H04B10和H01L33发展速度远远超过其他技术，是该领域研究热点与核心。值得注意的是从2007年起，H04B10/116即室内或近距离类型系统的可见光通信技术出现快速发展，至今发展势头不减。

图6 专利生命周期Fig.6 TCT of patent

图7 H04B10/116小组专利生命周期Fig.7 TCT of patent about H04B10/116 group

图8 H05B37/02小组专利生命周期Fig.8 TCT of patent about H05B37/02 group

图9 H04B10/10专利生命周期Fig.9 TCT of patent about H04B10/10 group

图10 H01L专利生命周期Fig.10 TCT of patent about H01L group

图11 G02B6/42专利生命周期Fig.11 TCT of patent about G02B6/42 group

技术生命周期(TCT)[11]是用来判断技术生命发展的阶段包括：新兴期、成长期、成熟期、衰落期(TCT=专利件数/专利权人数)。图6通过分析总体专利生命周期，发现LED可见光通信正处在发展阶段，H04B10/116、H01L、H05B37/02、H04B10/10(参见图7～图10)处于起步和快速上升阶段，G02B6/42领域专利处于徘徊上升，这是由于LED在2000年后的十多年属于LED发展的黄金时间，LED的整体性能得到快速提升，在该阶段LED相关技术发展成熟并形成一定规模，目前由于LED用于可见光通信的概念的提出对LED应用领域提供了新的发展方向，而光通信和光导在LED可见光通信技术提出之前已经发展很成熟，因此在应用LED可见光通信领域中的光通信和光导关注度较低，但目前该技术处于研发阶段主要集中在可见光通信和于可见光通信接合的LED装置、照明装置的驱动电路领域的研究。

目前，中国LED照明产业已形成了较为完整的产业链，并具有一定的研发实力和产业规模，为LED可见光通信在中国的发展奠定了较好的基础。可见光通信产业及研究尚处于起步阶段，其应用前景十分可观[5]但在技术方面还有许多未解决的问题[8-10]。通过对可见光通信技术专利分析发现：对具有竞争力的先进技术,加以使用优化自身，分析重要竞争对手所拥有的相关专利和核心专利，可以确定竞争对手的技术、市场发展动向，如此可使我国企业保持相对竞争地位及技术竞争优势[11]。中国目前在LED可见光通信领域正面临着千载难逢的机遇，一旦可见光通信在中国起步应用，将为LED开辟一个新的发展方向，随之而来的将会带来一个新的LED可见光通信的信息化时代。

3 结束语

中国在LED可见光通信专利发展起步晚于日本、韩国、欧洲等国家或地区，但中国在国内专利布局上较其他外来申请人具有一定优势。目前我国LED可见光通信技术还处于研发阶段，主要申请人以高校、科研单位为主，从实验室走向产业化应用，还需要更多的企业参与和政府更大的支持。我国具有条件良好的LED产业基础，对可见光通信的发展能够起到带动作用。基于我国可见光通信的发展状况，我国应展开核心领域专利申请和布局，加强产学研合作，将研究成果快速投入到产业中。推进可见光通信技术产业化，中国企业可加强针对重点专利申请人的关注，防止国外对我国LED可见光通信技术领域的专利壁垒，为以后我国在该技术领域知识产权的发展扫清障碍。

[1] 10年内LED将占商用照明一半以上份额.http://www.afzhan.com/new s/Detail/20080.html

[2] HARUYAMA S.Visible light communications:Recent activities in Japan[R]. Boston, MA, USA: Academia Day at BU Photonics Center,Boston University,2011.

[3] 陈特，刘璐，胡薇薇.可见光通信的研究[J].中兴通讯技术，2013,19(1):49-52.

[4] JOVICIC A, LI J, RICHARDSON T. Visible light communication: opportunities, challenges and the path to market[J]. IEEE Communications Magazine,2013,51(12):26-32.

[5] 徐正元.中国发展可见光通信技术与产业的思考[J].中兴通讯技术，2015,21(1):52-54.

[6] 林瑞明，李万辉，于海洋.台湾LED技术专利数据挖掘分析[J].情报探索，2011,(3):59-63.

[7] 王华，张亚菲.基于专利分析的我国LED可见光通信技术分析[J].照明工程学报，2016,27(4):140-143.

[8] BAI B, HE Q F, XU Z Y, et al. The color shift key modulation with non-uniform signaling for visible light communication [C]//Proceedings of the 1st IEEE Workshop on Optical Wireless Communications in China. 2012.

[9] BAI B, XU Z Y, FAN Y Y. Joint LED dimming and high capacity visible light communication by overlapping PPM [C]//Proceedings of the 2010 19thAnnual Wireless and Optical Communications Conference (WOCC 2010), Shanghai, China,2010:14-15.

[10] GANCARZ J, ELGALA H, LITTLE T D C.Impact of lighting requirements on VLC systems [J]. IEEE Communications Magazine, 2013,51(12): 34-41.

[11] 张燕舞，兰小筠.企业战略与竞争分析方法之——专利分析法[J].情报科学，2003，21(8):808-810.

[12] 张涛，范广涵，肖瑶.飞利浦公司LED相关技术专利分析报告[C]// 海峡两岸第二十一届照明科技与营销研讨会论文集. 中国照明学会，2015.

[13] NAKAMURA S. Present performance of InGaN based blue/green/yellow LEDs[C]// Proceedings of the SPIE Conference on Light-Emitting Diodes: Research, Manufacturing,and Applications.2007.

联合国环境规划署全球高效照明推广研讨会在京召开

2017年6月9日，联合国环境规划署全球高效照明推广研讨会在北京国家会议中心召开。此次会议的主题是"China's Lighting Revolution: Leading the Global Market Transformation"，邀请国家发改委、工信部、科技部相关领导以及中国照明企业，共同探讨中国的节能照明技术与产品如何"走出去"，满足全球照明市场转换的深层需求，特别是市场转换潜力巨大的发展中国家需求。此次大会集中讨论发展中国家节能照明推广的形势和机遇、全球节能照明推广项目、照明企业海外推广案例分享、推广节能照明的融资机制4大议题。

2017年中国照明论坛——半导体照明创新应用与发展论坛征文通知

2016年杭州G20峰会上半导体照明的应用展示令世界瞩目，不仅展示了杭州市的内涵与价值，还提升了城市照明建设与管理的水平。随着半导体照明技术的发展，半导体照明创新应用进入新的发展阶段，在城市景观照明、智慧照明、健康照明、农业照明、汽车照明等领域的应用正不断深入，在国家重大工程项目中的作用和价值将不断凸显。

2017年，中国照明学会将迎来30周年华诞。中国照明论坛是中国照明学会倾力打造的最具权威性和专业性的行业交流平台，2017年中国照明论坛——半导体照明创新应用与发展论坛将于2017年9月隆重举办，同期召开中国照明学会理事会，举行中国照明学会成立30周年庆典活动和第12届中照照明奖颁奖典礼。论坛将邀请行业专家、学者、设计师等，共同探讨半导体照明的创新应用与发展，助力我国成为半导体照明强国。

现向大家广泛征集与本次论坛主题相关的论文或专题报告，具体要求如下：

一、征文主题

1.半导体照明产业发展

1)政策、法规解读

2)科技发展报告

3)市场分析

2.半导体照明创新应用

1)智慧城市

2)交通运输照明

3)健康医疗照明

4)生物农业照明

5)室内照明

6)可见光通信

7)其他

3.半导体照明新技术&新产品

1)材料与芯片

2)封装

3)智能控制

4)光学设计

5)新产品发布

4.半导体照明标准与检测

1)计量与测试

2)产品认证

3)检测与评估

4)基础标准解读

5)应用标准解读

5.照明工程&照明设计

1)城市照明规划

2)照明工程案例

3)照明设计创新

6.半导体照明其他主题

二、时间要求

1.论文摘要提交截止时间：2017年6月30日

2.论文全文提交截止时间：2017年7月30日

三、其他要求

1.格式要求：论文写作要符合国家出版相关标准与规范。

论文要求有完整的标题(宋体，三号，加粗)、作者(宋体，小四号)、工作单位(宋体，五号)，正文(宋体，小四号)，参考文献(宋体，五号)；论文中，图表须配上文字说明，并编号；图表内容须清晰明了。

2.投稿时请Email发送论文(word文档格式)，附作者联系方式及通讯地址。

3.论文或专题报告经审核录用后，将刊登在《2017年中国照明论坛——半导体照明创新应用与发展论坛论文集》，优秀论文推荐在《照明工程学报》发表。

4.请勿一稿多投。

四、投稿邮箱：zmgcqk@163.com QQ：1900562230

五、联系电话：010-65830997

联系人：高飞，郑炳松

Patent Analysis of LED Visible Light Communication Technology in China

XIAO Yao1， ZHANG Tao2， FANG Huifang2， FAN Guanghan2

(1.Patent Examination Cooperation Center of The Patent Office,SIPO,Guangdong,Guangzhou 510000,China;2.Institute of Opto-electronic Materials and Technology,South China Normal University,Guangzhou 510631,China)

LED visible light communication is a new kind of communication which achieves wireless transmission through visible light spectrum of LED. Based on patent information， the paper clarifies the development path of VLC technology and main patent applicants． It also predicts further technical trends．According to the analysis， the VLC research started late in China, and most of the applicants are from universities or research institutes．Communication technology and application design will be the focus areas in the near future.

VLC；LED；patent analysis；development trend；application；visible light; communication technology; patent

国家自然基金委专项(项目号：11347219)

TM923

A

10.3969j.issn.1004-440X.2017.03.022