王 卓，羅囡囡，高曉薇，岳瑞娟

(國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心，北京 100160)

智能手機(jī)面板的下方有一層透明的導(dǎo)電薄膜，其具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和高透光率，能夠“感受”到碰觸，并將觸覺感應(yīng)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，具有類似神經(jīng)的電流訊息傳遞的功能，從而實現(xiàn)人與電子設(shè)備的精準(zhǔn)交互。

自1960年以來，摻錫的氧化銦薄膜(簡稱 ITO)成為透明導(dǎo)電膜材料的主體材料，是目前應(yīng)用最廣的透明導(dǎo)電薄膜，尤其是在平板顯示器件中。氧化銦錫對可見光透過率高達(dá)95%，對紫外線的吸收率在85%以上，對紅外線的反射率在70%以上，膜層硬度高且耐磨、耐化學(xué)腐蝕，被廣泛地用作平板顯示器的透明電極材料[1]。但是其成本、毒性以及剛性使得ITO在制備柔性導(dǎo)電薄膜時遇到了瓶頸[2]。而非氧化物透明導(dǎo)電薄膜中的納米銀線透明導(dǎo)電薄膜、碳材料透明導(dǎo)電薄膜由于具有優(yōu)異性能，成為當(dāng)前的研究熱點。

納米銀線大小在10 nm時，霧度(霧度越大，意味著薄膜光澤以及透明度越低)僅為0.2%，透明度達(dá)到92%，納米銀線可靠性達(dá)到1000 h，顏色更接近自然色，能實現(xiàn)近于以及優(yōu)于ITO的性能[3]。納米銀線透明導(dǎo)電薄膜的制備方法簡單，可以通過低成本的溶液法制備。主要的制備方法有滴涂法、浸漬法、抽濾法、旋涂法、提拉法、卷軸法、Mayer 棒涂法、噴印法、印刷法等[4]，這些方法適合制備大面積的薄膜、工藝簡單、成本較低。納米銀線透明導(dǎo)電薄膜具有電阻率低，透明度高，制備工藝簡單，彈性適中，抗彎折能力出眾，適宜大尺寸、大規(guī)模制備等特點，為實現(xiàn)柔性、可彎折屏等提供了可能。

在21世紀(jì)電子器件越來越朝輕薄化方向發(fā)展。隨著可穿戴設(shè)備、智能衣服、電子皮膚、傳感器、可拉伸的聚合物太陽能薄膜電池、柔性顯示等柔性器件、柔性智能家電等產(chǎn)品的普及，人們對柔性透明導(dǎo)電薄膜的需求日益增長[5-6]。正是在這樣的背景下，納米銀線導(dǎo)電膜迎來了高速發(fā)展的十年。

本文數(shù)據(jù)主要利用國家知識產(chǎn)權(quán)局專利檢索與服務(wù)系統(tǒng)為信息來源進(jìn)行檢索后與德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫檢索出的結(jié)果合并、篩選后得到。分析樣本為涉及納米銀線透明導(dǎo)電薄膜專利專利申請共1472件，分析數(shù)據(jù)截止日期為2019年7月12日。

1 國內(nèi)專利申請量趨勢分析

圖1顯示了主要技術(shù)原創(chuàng)國的發(fā)明申請數(shù)量與時間的關(guān)系。從圖1可以看出，從2008年出現(xiàn)申請開始，國內(nèi)技術(shù)研發(fā)不活躍，國內(nèi)對納米銀線透明導(dǎo)電薄膜的研究起步略晚于美、日、韓。從2011年開始，專利申請數(shù)量迅速上升，增長勢頭較猛。隨著柔性屏幕、智能家居、柔性穿戴等新的應(yīng)用領(lǐng)域的不斷開發(fā)，推升了納米銀線導(dǎo)電薄膜的研發(fā)熱度，國內(nèi)申請人的申請量保持著良好的上升態(tài)勢，說明國內(nèi)申請人一直在關(guān)注納米銀線透明導(dǎo)電薄膜領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，并持續(xù)加大這一領(lǐng)域的研究力度，與其他國家相比，中國在納米銀線透明導(dǎo)電薄膜的研發(fā)起步晚了幾年，但是2015年起迅速超過其他國家。圖2將各國的申請量進(jìn)行了比較。到目前為止，中國專利申請數(shù)量居于首位，共申請624件，絕大多數(shù)涉及納米銀線的改性、納米銀線薄膜以及復(fù)合膜的制備、以及在柔性電極、傳感器中的應(yīng)用。緊隨其后的是韓國、日本這些在光學(xué)材料顯示器件領(lǐng)域有顯著優(yōu)勢的國家。美國雖擁有天材創(chuàng)新材料科技股份有限公司(CAMBRIOS TECHNOLOGIES CORP.)、銳珂醫(yī)療有限公司(CARESTREAM HEALTH INC)、C3nano這些生產(chǎn)納米銀線、墨水的上游企業(yè)，但是其對中游的納米銀線透明導(dǎo)電膜的研發(fā)不及中國、日本、韓國活躍。納米銀線透明導(dǎo)電薄膜的研發(fā)在中國還處于持續(xù)增長的熱度中。且隨著納米線透明導(dǎo)電膜的逐漸量產(chǎn)，成為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品走向市場，而日、美、韓等國家已經(jīng)轉(zhuǎn)向?qū)Ρ∧さ南掠萎a(chǎn)品的開發(fā)、應(yīng)用等其他領(lǐng)域的研究中。

圖1 納米銀線透明導(dǎo)電薄膜的全球?qū)＠暾埩侩S 時間的分布Fig.1 Time distribution of global application in silver nanowire conductive film

圖2 納米銀線透明導(dǎo)電薄膜的全球?qū)＠暾垍^(qū)域分布占比Fig.2 Application distribution by countries or regions in silver nanowire conductive film

2 國內(nèi)主要申請人分析

圖3展示了納米銀線透明導(dǎo)電薄膜國內(nèi)專利申請排名前22位的申請人。其中有11位申請人來自科研院所和大專院校，與企業(yè)數(shù)量相當(dāng)。中科院的14個分支研究機(jī)構(gòu)參與了納米銀線的基礎(chǔ)研究，涉及穩(wěn)定的納米銀線導(dǎo)電墨水、涂料，與纖維素、石墨烯、陶瓷、金屬氧化物的復(fù)合膜、觸摸屏、傳感器的制備。由于起始研發(fā)門檻不高，國內(nèi)很多高校、科研機(jī)構(gòu)、中小企業(yè)均參與到透明導(dǎo)電薄膜的研發(fā)上來，申請人分散且申請的產(chǎn)業(yè)化價值差異大。

由于導(dǎo)電薄膜與上游的納米銀線生產(chǎn)以及下游應(yīng)用產(chǎn)業(yè)關(guān)系密切，因此，科研單位與有研發(fā)實力的應(yīng)用企業(yè)、上游的納米銀線材料企業(yè)均參與了薄膜的制備、改性以及應(yīng)用的研究。除了京東方、TCL、樂凱等光學(xué)材料以及顯示器件的大型制造企業(yè)外，國內(nèi)還涌現(xiàn)出了一批新的納米銀線、導(dǎo)電油墨、導(dǎo)電薄膜供應(yīng)商。

圖3 納米銀線透明導(dǎo)薄膜申請國內(nèi)前22名的申請人 專利申請量Fig.3 Application status of the chinese top 22 applicants in transparent silver nanowire conductive film

3 國內(nèi)主要企業(yè)申請人專利布局分析

表1 納米銀線透明導(dǎo)薄膜申請國申請人專利布局Table 1 Technical layout of chinese applications in transparent silver nanowire conductive film

對納米銀線透明導(dǎo)薄膜前期的研發(fā)，主要集中在納米銀線合成、薄膜制備方法的優(yōu)化，及量產(chǎn)過程的建立，而后期越來越朝著改善薄膜的光電性能、機(jī)械性能、可加工性、穩(wěn)定性等一系列技術(shù)指標(biāo)，以及研究具體的下游應(yīng)用方向進(jìn)行。自2015年開始，蘇州諾菲納米科技、樂凱膠片、合肥微晶、珠海納金、科廷光電等公司均已實現(xiàn)納米銀線透明導(dǎo)電薄膜的量產(chǎn)，2018年寧波科廷光電年產(chǎn)百萬平米的納米銀線透明導(dǎo)電膜生產(chǎn)線投入使用，2019年天材創(chuàng)新在中國廈門的導(dǎo)電墨水生產(chǎn)基地正式投產(chǎn)，蘇州諾菲進(jìn)一步擴(kuò)大納米銀線透明導(dǎo)電膜的產(chǎn)量以及薄膜寬幅，華科創(chuàng)智也于2018年實現(xiàn)產(chǎn)能。但是與前者不同，華科創(chuàng)智的產(chǎn)品直接為納米銀線觸控模組。而除了科廷光電、深圳華科創(chuàng)智等少數(shù)幾家企業(yè)，國內(nèi)納米銀線導(dǎo)電薄膜生產(chǎn)企業(yè)大都并沒有器件制備能力。從表1可以看出，基本上上述公司都涉足了納米銀線透明導(dǎo)電墨水、薄膜的研發(fā)領(lǐng)域，但是對下游的觸控領(lǐng)域、醫(yī)療穿戴等領(lǐng)域的涉及較少。

3 納米銀線透明導(dǎo)電薄膜專利申請人區(qū)域分布

圖4 納米銀線透明導(dǎo)薄膜專利國內(nèi)申請人區(qū)域分布Fig.4 Regional distribution of patent application in transparent silver nanowire conductive film

通過對國內(nèi)申請人的區(qū)域分布圖4可以看到，納米銀線透明導(dǎo)薄膜相關(guān)專利主要聚集在廣東(圖4中廣東不包含深圳)、江蘇、深圳、北京、浙江、安徽、四川、重慶、上海、福建、湖北等地的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)中，總體發(fā)展水平差異顯著。尤其廣東、江蘇、深圳、浙江幾個地區(qū)納米銀線導(dǎo)電薄膜的專利申請數(shù)量最多，研發(fā)最為活躍。究其原因：廣東地區(qū)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，對市場動向的嗅覺靈敏，基于前瞻應(yīng)用導(dǎo)向的電子材料創(chuàng)新異?；钴S；中山大學(xué)、華南理工大學(xué)、中科院廣州化學(xué)所、廣州先進(jìn)技術(shù)研究院、電子科技大學(xué)中山學(xué)院、華南師范大學(xué)、深圳清華大學(xué)均為廣深的研發(fā)單位，研發(fā)實力雄厚，與企業(yè)的聯(lián)系緊密。十年時間，廣東涌現(xiàn)出一大批納米銀線透明導(dǎo)電薄膜的知名企業(yè)：深圳華科創(chuàng)智、珠海納金、廣東南海啟明光大科技、深圳歐菲光、深圳贏特科技。而江蘇地處長三角，電子信息產(chǎn)業(yè)也很發(fā)達(dá)、民營經(jīng)濟(jì)實力雄厚，同時在常州、蘇州等地已經(jīng)形成了規(guī)?；碾娮硬牧袭a(chǎn)業(yè)基地，聚集著大量中小型創(chuàng)新企業(yè)：蘇州諾菲、蘇州冷石科技、蘇州顧氏新材料、吉倉納米(基于中科院納米所團(tuán)隊)、先豐納米(基于南京大學(xué)團(tuán)隊)已經(jīng)形成了規(guī)模；浙江科廷光電也表面不俗，年產(chǎn)100萬平方米納米銀線導(dǎo)電薄膜生產(chǎn)線已投入運行。此外，北京聚集了大量科研院所，研發(fā)基礎(chǔ)好，創(chuàng)新實力強(qiáng)，創(chuàng)新主體也越來越重視將專利技術(shù)向市場需求產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生了一批，例如基于清華大學(xué)團(tuán)隊的維諾信、以及基于中科院的北京中科納通等有實力的企業(yè)。上述地區(qū)較高的專利申請量不但反映了申請人的專利保護(hù)意識較強(qiáng)，更反映出了上述地區(qū)的自主創(chuàng)新的能力和水平更強(qiáng)。

4 結(jié) 語

透明導(dǎo)電薄膜在觸摸屏、教育醫(yī)療、可穿戴設(shè)備、柔性光伏電池、智能家居領(lǐng)域潛力巨大。中國是柔性導(dǎo)電薄膜的重要生產(chǎn)地和消費主力軍。從我國的納米銀線透明導(dǎo)電薄膜專利申請以及專利布局有以下特點：

我國納米銀線透明導(dǎo)電薄膜雖然起步較晚，但是開始發(fā)展后的申請量增速快，超過其他國家，到目前為止申請量最大。納米銀線透明導(dǎo)電薄膜在國內(nèi)風(fēng)頭正盛，反映出我國在光電材料領(lǐng)域緊跟世界的步伐。

對于觸控材料來說，納米銀線材料的發(fā)展不過十來年，且技術(shù)壁壘高，地區(qū)研發(fā)、創(chuàng)新實力差異大，想要在短短幾年內(nèi)，實現(xiàn)大規(guī)模發(fā)展不容易。能生產(chǎn)納米銀線的企業(yè)數(shù)量不少，大多數(shù)企業(yè)可生產(chǎn)出納米銀線墨水以及透明導(dǎo)電膜，但產(chǎn)業(yè)鏈能延伸到觸控模組并量產(chǎn)供貨的企業(yè)不多。

國內(nèi)研發(fā)的應(yīng)用方向主要為觸摸屏幕以及大型顯示設(shè)備，對其他領(lǐng)域的挖掘很少，納米銀線透明導(dǎo)電膜研發(fā)企業(yè)關(guān)于器件應(yīng)用、應(yīng)用領(lǐng)域挖掘方面的專利申請量非常少。

由于行業(yè)體系還未完善，針對整個行業(yè)的規(guī)范、產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)以及測試方式還沒有建立起來，因而，難以形成標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品系列，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來衡量各個公司納米銀線導(dǎo)電薄膜的質(zhì)量優(yōu)劣以及適用的方向。

在其他國家的企業(yè)紛紛縮減這一領(lǐng)域在本國的投入完全相反，宸鴻科技(TPK)以及C3nano紛紛在國內(nèi)設(shè)廠，國內(nèi)外企業(yè)紛紛看好納米銀線導(dǎo)電薄膜在中國的發(fā)展前景。國內(nèi)納米銀線導(dǎo)電薄膜的中上游產(chǎn)業(yè)以及供應(yīng)鏈已經(jīng)趨于成熟。