Analysis of International Proprietary Technology …Analyzer）和Aureka 分析平台。 3 结果及讨论 3.1 半导体照明材料技术专利时序分布1 2000～2006 年半导体照明材料技术专利申请呈快

Analysis of International Proprietary Technology Development of Solid State Lighting Material

Shu-liang Zhang1, Jin-ping Wang1, Ya-juan Zhao2

1The Lanzhou Branch of the National Science Library/The Scientific Information Center for Resources and Environment, Chinese Acad-

emy of Sciences, CAS, Lanzhou, China 2National Science Library, Chinese Academy of Sciences, CAS, Beijing, China

Email: [email protected], [email protected], [email protected]

Abstract: As one new type of functional materials, the development of Solid State Lighting Material tech-nology keeps up increasing rapidly and it has become one of leading topics and focus frontiers in material science. Aimed to show the development status, the focuses of R & D and the distribution of R & D and its evolution. The analysis of patent literature from 2000~2008 (data from Derwent Innovations Index（DII）of ISI WoK) is carried out using analysis tools Thomson Data Analyzer (TDA ) and Aureka.

Keywords: functional material; solid state lighting material; state lighting technology; LED; proprietary technology; patent analysis; patent map

国际半导体照明材料专利技术发展态势分析

张树良 1，王金平 1，赵亚娟 2

1 中国科学院国家科学图书馆兰州分馆/中国科学院资源环境科学信息中心，兰州，中国，730000

2 中国科学院国家科学图书馆，北京，中国，100190

Email: [email protected], [email protected], [email protected]

摘要：作为新型功能材料，半导体照明材料技术发展迅猛并已成为材料科学发展的引领方向和热点前沿之一。本文本文基于 ISI WoK Derwent 专利数据库（Derwent Innovations Index，DII），利用 Thomson Data Analyzer （TDA）、Aureka 等分析工具对 2000～2008 年半导体照明材料技术领域专利文献进行分析，系统揭示 2000 年以来半导体照明材料技术的研发现状与态势、研发热点以及技术分布与格局及其发展演化。

关键词：功能材料；半导体材料；半导体照明材料；固态照明技术；专利技术；专利分析；专利地图

1 引言

半导体照明即“发光二极管（LED）照明”，是以

固体半导体芯片作为发光材料的新型照明技术，已成为

当今固态照明技术的主流与核心。半导体光源因其高发

光效率、高耐用性、低能耗以及环保性而成为理想的传

统光源替代品，同时因其技术的尖端性而为全球所关

注。日本、美国及欧盟国家均推出了一系列的 LED 照

明技术发展计划。目前美国已完成其 2030 年 LED 照明

技术发展路线图[1]；日本也刚刚公布了其 2020 年 LED

照明技术开发目标[2]。随着 LED 照明技术的突破和日渐

普及，专家预测 2010 年 LED 照明技术将全面进入家用

照明应用领域，2010 年将有望成为国际“LED 照明元

年”[3]。

本文旨在通过对 2000～2008 年半导体照明材料技

术领域专利数据分析，系统揭示 2000 年以来半导体照

明材料技术的研发现状与态势、研发热点以及技术分布

与格局及其发展演化。

2 初始数据集构建及分析工具

2.1 初始数据集构建

2.1.1 数据来源

分析数据源自 ISI WoK（Web of Knowledge）德温

特创新索引即德温特专利数据库（Derwent Innovations

Index，DII）。

2.1.2 目标数据获取资助信息：本文系中国科学院国家科学图书馆、国家 863 材料领域

专家组“十二五”材料领域发展战略规划战略情报调研成果之一。

984

The 7th National Conference on Functional Materials and Applications

978-1-935068-41-9 © 2010 SciRes.

mailto:[email protected]



（1）时间范围：2000～2008 年；

（2）数据提取所依据检索式：

TS=(((((LED or LEDs or "light emitting diode*" or

"solid state light*") same (light* or illumine* or luminous

or lamp or lumen* or optoelectronic* or photon* or optic*

or electron* or quantum)) same (material* or fabricat* or

manufactur* or structure* or system* or encapsul* or

package* or component* or configuration)) or ((AlAs or

Al2O3 or AlGaAs or AlGaInN or AlGaInP or AlN or In-

GaAs or InGaN or InGaP or ZnO or SiC or "group-III ni-

tride" or sapphire) same (buffer* or substrate* or epitax* or

phosphor* or nanophosphor* or doping or dopant or

MOCVD or HVPE or OMVPE or ELO or MBE or semi-

conduct*))) not display*) or 德温特手工代码

=(U12-A01A or X22-B01A5 or X26-E01A1 or X26-H)。

（3）数据量：共获得符合检索条件的原始记录

21659 项；

（4）检索时间：2009 年 3 月 10 日。

2.2 分析工具

分析工具采用美国汤姆森路透公司下属汤姆森科

技信息集团开发的专利分析工具 TDA（Thomson Data

Analyzer）和 Aureka 分析平台。

3 结果及讨论

3.1 半导体照明材料技术专利时序分布 1

2000～2006 年半导体照明材料技术专利申请呈快

速稳定增长态势，年均增速达到 20.6%，其中 2004、2005

年增幅均超过 26.0%。由于从专利申请到专利公开存在

时滞，因此，2007 年和 2008 年数据仅供参考（图 1）。

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

年份

专利数

量（

件）

Figure 1. Trend of Patent Application in Solid State Lighting Ma-

terial Technology from 2000 to 2008

图 1. 2000～2008 年半导体照明材料技术专利申请趋势

3.2 半导体照明材料技术专利国家/地区分布 2

2000～2008 年半导体照明材料技术专利主要集中

于日本、美国、韩国、中国、德国以及中国台湾，其专

利总量占全部专利的 93.1%。除上述 6 国外，专利拥有

量前 10 位的国家和地区还包括欧洲、英国、俄罗斯和

法国（如图 2）。其中日本专利拥有量占到 43.6%。

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

其他

法国

俄罗斯

英国

欧洲

中国台湾

德国

中国

韩国

美国

日本

国家（

地区

）

专利数量（件）

Figure 2. Distribution of Patent Application in Solid State Lighting

Material Technology by Countries/Regions from 2000 to 2008

图 2. 2000～2008 年半导体照明材料技术专利申请国家/地区分布

3.3 主要国家/地区半导体照明材料技术专利申

请趋势

从专利申请多的前 10 个国家和地区专利年度分

布（图 3）来看，2000～2006 年，总体上，各主要国家

半导体照明材料技术专利申请量稳定增长，中国和美国

的专利申请增速显著，年均增长率分别为 17.5%和

67.8%。。同时，数据表明，2003～2005 年为该时段半

导体照明材料技术研发的快速增长期。

3.4 主要国家/地区半导体照明材料技术专利申

请活跃程度

在 2000～2006 时间段 3内考察专利申请前 10 位的

国家和地区近 3 年的专利申请情况。结果显示（表 1），

韩国在近 3 年内的专利申请活动为频繁，其近 3

2专利国家/地区指专利所属国家/地区，基于专利优先权国家/地区统

计，其中欧洲代表欧洲专利组织成员国家/地区，下同。 3 由于 2007 年和 2008 年数据不完整，为获得符合实际的可比结果

故选取该时间段。 1基于专利优先年统计，下同。

985


978-1-935068-41-9 © 2010 SciRes.

200820

072006200520042003200220

01

2000

日本

美国

韩国

中国

德国

中国

台湾

欧洲

英国

俄罗

斯

法国

0

200

400

600

800

1000

1200

专利数量

（件）

年份 Figure 3. Distribution of Patent Application of Main Coun-

tries/Regions in Solid State Lighting Material Technology by years

from 2000 to 2008

图3. 2000～2008年半导体照明材料技术专利申请主要国家/地区专

利年度分布

年的专利申请数占其 2000～2006 年间专利总量的

71.8%；其次分别是欧洲（64.1%）、法国（57.3%）和

中国台湾（53.7%）。专利总量排名第一的日本为 48.6%。

Table 1. Activeness of Patent Application of Main Coun-

tries/Regions in Solid State Lighting Material Technology（2000～

2006）

表 1. 主要国家/地区半导体照明材料技术专利申请活跃程度

（2000～2006）

国家

（地区）

近 3 年

专利数（件）

占其专利总量

百分比（%）

专利申请活

跃程度排名

日本 3047 48.6 8

美国 1474 49.5 7

韩国 1521 71.8 1

中国 819 49.7 6

德国 335 45.4 10

中国台湾 332 53.7 4

欧洲 236 64.1 2

英国 52 47.7 9

俄罗斯 44 51.8 5

法国 47 57.3 3

3.5 半导体照明材料技术专利机构专利权人分析

机构专利权人分析旨在从中观层面（专利所属机

构）揭示半导体照明材料技术的发展现状和竞争格局。

3.5.1 主要机构专利权人

2000～2008年半导体照明材料技术专利申请量排名前3

位的机构分别是：韩国三星电机公司、日本松下电器公

司和韩国 LG 电子公司。专利申请超过 200 件的 8 家机

构有 6 家来自日本。在专利申请排名前 20 位的机构中，

日本 15 家韩国 3 家、其余 2 家分别来自荷兰（飞利浦）

和德国（欧司朗）（表 2）。排名前 20 位的日本机构的

专利申请总数占到全部专利的 21.2%。

Table 2. Main Assignees of Patent Application in Solid State

Lighting Material Technology from 2000 to 2008 表 2. 2000～2008 年半导体照明材料技术专利申请主要机构

排

名机构名称

所属

国家

专利申

请（件）

1

SAMSUNG ELECTRO-MECHANICS

CO

（三星电机）

韩国 511

2MATSUSHITA DENKI SANGYO KK

（松下电器）日本 488

3 LG ELECTRONICS INC（LG 电子）韩国 424

4 HITACHI CABLE LTD（日立电缆）日本 333

5SUMITOMO ELECTRIC IND LTD

（住友电器）日本 256

6 SHARP KK（夏普）日本 219

7 TOYODA GOSEI KK（丰田合成）日本 202

8 MITSUBISHI CHEM CORP（三菱化学）日本 201

9 TOSHIBA KK（东芝）日本 193

10KONINK PHILIPS ELECTRONICS NV

（飞利浦电子）荷兰 190

11 KYOCERA CORP（京瓷）日本 170

12 FUJI PHOTO FILM CO LTD（富士胶片）日本 146

13 SHOWA DENKO KK（昭和电工）日本 132

14SEOUL SEMICONDUCTOR CO LTD

（首尔半导体）韩国 129

15 SONY CORP（索尼）日本 124

16 CANON KK（佳能）日本 119

17OSRAM OPTO SEMICONDUCTORS

GMBH & CO OHG（欧司朗）德国 114

18SANYO ELECTRIC CO LTD（三洋电

机）日本 113

19 SEIKO EPSON CORP（精工爱普生）日本 112

20 ROHM CO LTD（罗姆半导体）日本 109

3.5.2 重要机构专利活动分析

（1）年度专利申请趋势

从年度专利申请分布情况（图 4）来看, 2000～2006 年

专利申请多的前 5 家机构（韩国三星电机公司、日本

松下电器公司、韩国 LG 电子公司、日本日立电缆公司

和住友电器公司）的专利申请总体呈稳定增长态势。

986


978-1-935068-41-9 © 2010 SciRes.

2004～2006 年为上述机构在 2000～2008 时段内的技术

研发高峰时期。

（2）专利申请活跃程度

对上述机构在 2000～2006 年间1 近 3 年专利申请情况

进行分析，结果显示：半导体照明材料技术专利申请

为活跃的为韩国三星电机公司，其近 3 年专利申请总

数为 440 件，占其 2000～2006 年专利总量的 86.1%；

其次为LG电子公司，其近 3 年专利申请占专利总量

的 70.0%。（表 3）。

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

住友电器公司

日立电缆公司

LG电子公司

松下电器公司

三星电机公司

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

专利

数量

（件

）

年份 Figure 4. Distribution of Patent Application of Key Assignees in

Solid State Lighting Material Technology by years from

2000 to 2008 图 4. 2000～2008 年半导体照明材料技术专利申请重要机构专利年

度分布

Table 3. Activeness of Patent Application of Key Assignees in Solid

State Lighting Material Technology（2000～2006）表 3. 半导体照明材料技术专利申请重要机构专利申请活跃程度

（2000～2006）

机构名称

近 3

年专利

数（件）

所占专利总

量百分比

（%）

专利申

请活跃

度排名

SAMSUNG ELEC-

TRO-MECHANICS CO

（三星电机）

440 86.1 1

MATSUSHITA DENKI

SANGYO KK

（松下电器）

276 56.6 4

LG ELECTRONICS INC

（LG 电子） 297 70.0 2

HITACHI CABLE LTD

（日立电缆） 162 48.6 5

SUMITOMO ELECTRIC

IND LTD（住友电器） 165 64.5 3

1 由于 2007 年和 2008 年数据不完整，为获得符合实际的可比结果

故选取该时间段。

3.5.3 技术研发布局

从具体技术分类（德温特分类，分类代码中文释义

见下表 4）（图 5）角度分析，上述机构技术研发主要

聚焦于 LED 发光组件、LED 结构和封装、LED 照明系

统以及 AIII-BV 化合物层 LED 制造技术。

0 50 100 150 200 250

U12-E01A1

A12-E11A

X26-H01

L04-E03

U12-A01A1A

X26-H

U12-A01A4

U12-A01A2

U12-A01A

L04-E03A

专利

技术方

向


三星电机公司

松下电器公司

LG电子公司

日立电缆公司

住友电器公司

Figure 5. Allocation of Solid State Lighting Material Technology R

& D of the Key Assignees from 2000 to 2008 (based on Derwent

Classification)

图 5. 2000～2008 年半导体照明材料技术专利申请重要机构技

术研发布局（基于德温特分类）

Table 4. Main types of Patent Application of the Key Assignees in

Solid State Lighting Material Technology from 2000 to 2008 (based

on Derwent Classification)

表 4. 2000～2008 年半导体照明材料技术专利申请重要机构主要技

术类型（德温特分类）

排

序

德温特分类

（手工代码）代码中文释义

1 L04-E03A 发光器件：发光二极管

2 U12-A01A 具有跃迁或表面势垒的发光器件：发光

二极管

3 U12-A01A2 具有跃迁或表面势垒的发光器件：发光

二极管制造

4 U12-A01A4 具有跃迁或表面势垒的发光器件：发光

二极管封装结构

5 X26-H 照明发光二极管：电路

6 U12-A01A1A 单体半导体结构：AIII-BV 化合物层发

光二极管

7 L04-E03 半导体装置：发光器件

8 X26-H01 发光二极管；电路：发光二极管

9 A12-E11A 光电应用：光电二极管

10 U12-E01A1 半导体材料特征：具有 AIII-BV 化合物

层的半导体

3.6 半导体照明材料技术领域专利技术构成

从多角度并更微观地对半导体照明材料技术研发

现状、技术布局、技术热点及其发展方向进行深入分析。

3.6.1 IPC 技术主题分布

按照专利技术国际分类（IPC），2000～2008 年半导体

987


978-1-935068-41-9 © 2010 SciRes.

照明材料技术专利所涉及的技术类型的具体分布如图 6

所示（主要技术类型的中文释义见表 5）。大致可将其

主要技术类型分为 5 大类即半导体照明元器件、半导体

照明用晶体、半导体光学组件及结构、与半导体照明相

关电气技术以及基于半导体照明技术的相关应用技术

的开发。

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

其他

C08L

H05K

G01N

G03B

G02F

C09K

F21Y

C23C

G02B

C30B

F21S

H05B

H01S

F21V

H01L

国际

专利

分类


Figure 6. Distribution of Types of Patent Application in Solid State

Lighting Material Technology from 2000 to 2008 (based on IPC) 图 6. 2000～2008 年半导体照明材料技术专利技术类型分布（国际

专利分类）

Table 5 Main types of Patent Application of Main Coun-

tries/Regions in Solid State Lighting Material Technology from

2000 to 2008 (based on IPC)

表 5. 2000～2008 年半导体照明材料技术专利申请主要国家/

地区主要技术类型（基于国际专利分类）

排

序

国际专利分

类代码（4位）代码中文释义

1 H01L 半导体器件

2 F21V 照明装置或其系统的功能特征或零部件

3 H01S 利用受激发射的器件

4 H05B 电热；其他类目不包含的电照明

5 F21S 非便携式照明装置或其系统

6 C30B

单晶生长；共晶材料的定向凝固或共析材料的定

向分层；材料的区熔精炼；具有一定结构的均匀

多晶材料的制备；单晶或具有一定结构的均匀多

晶材料；单晶或具有一定结构的均匀多晶材料之

后处理；其所用的装置

7 G02B 光学元件、系统或仪器

8 C23C

对金属材料的镀覆；用金属材料对材料的镀覆；

表面扩散法，化学转化或置换法的金属材料表面

处理；真空蒸发法、溅射法、离子注入法或化学

气相沉积法的一般镀覆

9 F21Y 光源构成及其与 F21L（发光装置或其系统，便携

式的或专门适合移动的），F21S 和 F21V 相结合

10 C09K 不包含在其他类目中的各种应用材料；不包含在

其他类目中的材料的各种应用

11 G02F

用于控制光的强度、颜色、相位、偏振或方向的

器件或装置，上述器件或装置的光学操作是通过

改变器件或装置的介质的光学性质来修改的；用

于上述操作的技术或工艺；变频；非线性光学；

光学逻辑元件；光学模拟/数字转换器

12 G03B

摄影、放映或观看用的装置或设备；利用了光波

以外其他波的类似技术的装置或设备；以及有关

的附件

13 G01N 借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分

析材料

14 H05K 印刷电路；电设备的外壳或结构零部件；电气元

件组件的制造

15 C08L 高分子化合物的组合物

3.6.2 不同时间段技术研发布局

基于专利题名和摘要关键词绘制不同时间段的专

利地图2以直观展示 2000 至 2008 年半导体照明材料技

术研发布局的演化与发展，图 7—9 分别显示了 2000～

2002、2003～2005 以及 2006～2008 年不同时间段半导

体照明材料技术的具体研发布局。

专利地图揭示出半导体照明材料技术研发在上述 3

个时间段内从集中到分化再到重新整合的发展过程和

特点。

2000～2002 年，半导体照明材料技术研发明显向半

导体光学器件、发光转换组件、单晶硅层以及 LED 光

电检测单元的研究与开发集中，同时各主要研发方向之

间的关联较为密切（图 7）。

2003～2005 年，研发热点分别向氮化物半导体材

料、有机聚合物半导体材料以及半导体光学控制及连接

组件 3 个方向聚集，同时，相对于 2000～2003 年，各

主要技术方向之间的关联开始趋于疏化（图 8）。

2006～2008 年，较之前一时间段，技术研发重新趋于整

合，形成以半导体封装、半导体材料及其组构为主兼顾

半导体照明光电控制及其它相关系统的研发布局（图

9）。

3.7 重要半导体照明材料专利技术追踪与演进分

析

基于专利引证分析，依据专利被引频次并综合考虑机构专利权人的优势领域及其影响力，选择半导体照明材料技术领域的重要专利，对其技术基础及发展予以考察， 2 专利地图以等高线原理绘制，山峰表示相应主题类出现频率高的

主题词或关键词；黑点代表专利文献簇；实体（如山峰、黑点等）

间的距离，代表不同技术主题间的关联性，距离越近，表示其关联

越密切。

988


978-1-935068-41-9 © 2010 SciRes.

从特定技术视角把握该领域技术的演化轨迹和脉络。

Figure 7. Allocation of Solid State Lighting Material Technology R & D from 2000 to 2002

图 7. 2000～2002 年半导体照明材料技术研发布局



989


978-1-935068-41-9 © 2010 SciRes.



根据专利被引分析结果，2000～2008 年半导体照明

材料领域高被引专利申请目标国均为美国，而专利高被

引机构则主要来自日本和美国。

专利引证分析结果显示，2000～2008 年半导体照明

材料技术专利被引频次高的专利为 US5998925A，被

引 21 次，专利名称为“氮化物半导体石榴石荧光体

LED”。该专利持有人为国际著名 LED 制造商日本日

亚化学公司，该专利自 1999 年 12 月 7 日公布至今总被

引次数超过 300 次。该专利公开了一种由氮化物发光半

导体组件和石榴石荧光体组成的高效 Ce3+掺杂的氮化

物白光 LED 制造技术。

3.7.1 技术追踪分析

对专利 US5998925A 进行回溯引证分析（图 10），

获知该核心技术是基于在先的 YAG:Ce 体系石榴石荧

光体、低压汞蒸汽放电管、蓝光 LED 及氮化镓复合材

料 LED 制造等技术。同时追踪获得以该核心技术为代

表的半导体照明材料技术的核心技术群包括受激发光

技术、半导体材料及荧光体合成制造、半导体电子技术

以及光学控制技术等。

3.7.2 技术演进分析

专利US5998925A被其后专利大量引证形成众多基

于该专利技术的技术研发方向（图 11），主要包括：金

属硅酸盐及硅多态荧光体 LED、高效多色复合荧光体

LED 及其一般照明应用以及波长变换 LED 等。

同时，以该核心技术为代表的半导体照明材料技术的发

展方向或衍生技术包括：高强半导体照明材料及系统、

LED 调节及控制系统、半导体照明装置的光学组构以及

半导体照明技术的复杂及综合应用等。

990


978-1-935068-41-9 © 2010 SciRes.

Figure 10. Key Technology Tracing Analysis of Solid State Lighting Material Technology from 2000 to 2008(US5998925A：BackCites)

图 10. 2000～2008 年半导体照明材料技术核心技术追踪分析(US5998925A：BackCites)

Figure 11. Key Technology evolution Analysis of Solid State Lighting Material Technology from 2000 to 2008((US5998925A：FwdCites)

图 11. 2000～2008 年半导体照明材料技术核心技术演进分析((US5998925A：FwdCites)

4 结论

基于对 2000～2008 年半导体照明材料技术专利分

析，可以得出有关该技术领域发展状况的主要结论如

下：

（1）半导体照明材料技术研发以亚洲地区为活

跃（代表国家包括日本、韩国、中国和中国台湾），其

次为美国；日本是半导体照明材料技术专利首要拥有

国，其专利总量占全部专利的 43.6%；

（2）半导体照明材料技术研发活跃机构以企业为

主，均为国际著名跨国公司；日本企业在半导体照明材

料技术领域占据绝对优势，在专利申请排名前 20 位的

991


978-1-935068-41-9 © 2010 SciRes.

机构中，日本占到 15 家。排名前 20 位的日本机构的专

利总数占到专利总量的 21.2%，其专利技术研发主要集

中于 LED 发光组件、LED 结构和封装、LED 照明系统

以及 AIII-BV 化合物层 LED 制造等方向；

（3）半导体照明材料技术热点主要包括：单晶硅

层、LED 基底材料和高掺杂层研制、半导体光源性能改

进、半导体光学组件制造、半导体材料合成、发光元件

及照明系统组构、光激发层材料、半导体掺杂、LED 封

装、半导体照明系统应用技术；

（4）2000～2008 年半导体材料技术研发的发展和

转移趋势是由一般及基础性材料及单体 LED 元件研发

转向复杂组构材料及 LED 单体矩阵系统研发，同时研

发性质明显向半导体照明材料的综合应用拓展。

5 致谢

感谢中科院半导体所陈弘达研究员在分析过程中

给予的大力帮助。

References（参考文献）

[1] DTI. LED Lighting Technology: Lessons From The USA (DTI Global Watch Mission Report) [R], 2006, 6-7.

[2] Weili Zeng. Japan: LED lighting to reach YEN 800 Billion in 2015 [J]. China Illumination, 2008, 6: 26 (Ch). 曾伟立. 日本：2015 年 LED 照明达 8000 亿日元[J]．中国照

明，2008，6：26． [3] Yong Wang. 2010 to be 1st year of “semiconductor lighting era”

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978-1-935068-41-9 © 2010 SciRes.

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Analysis of International Proprietary Technology …Analyzer）和Aureka 分析平台。 3 结果及讨论 3.1 半导体照明材料技术专利时序分布1 2000～2006 年半导体照明材料技术专利申请呈快