王 卓，羅囡囡，高曉薇，岳瑞娟

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

蘋果手機(jī)開創(chuàng)性的采用了多點(diǎn)觸控屏，使人機(jī)交互更加人性化。觸控屏透明面板下的導(dǎo)電薄膜扮演了皮膚下觸覺受器的作用，這就是摻錫的氧化銦膜(簡稱ITO)。由于其具有較低的電阻和較高的透光率[1]，成為主流的觸控電極材料。十多年來搭載ITO的觸控設(shè)備風(fēng)靡全球，產(chǎn)品覆蓋智能手機(jī)、智能手表、會(huì)議面板、電視、電腦、廣告機(jī)等。

圖1 未來幾年透明導(dǎo)電薄膜發(fā)展趨勢

市場調(diào)研機(jī)構(gòu)Research and Markets 2017預(yù)估全球透明導(dǎo)電膜的市場從2017到2026年平均年增長率超過9%，正處于高速發(fā)展階段[2]。另外ID TechEx對未來十年透明導(dǎo)電膜市場發(fā)展趨勢的研究顯示(見圖1)，預(yù)計(jì)到2027年，替代ITO的新型透明導(dǎo)電薄膜將占全部市場份額的45%[3]。未來透明導(dǎo)電膜市場的高速發(fā)展將是由ITO替代材料帶動(dòng)的。

表1 幾種透明導(dǎo)電薄膜的性能對比

雖然ITO仍為主流的薄膜材料，但由于剛性、毒性、成本等原因制約了其在可折疊和卷式柔性面板以及超大觸摸屏領(lǐng)域發(fā)展，需要尋求其他替代方案。金屬網(wǎng)格、石墨烯、碳納米管、導(dǎo)電聚合物等新材料[4]都具備ITO替代功能，現(xiàn)階段ITO替代材料得到了廣泛的研究和迅速的發(fā)展，以其制備的透明導(dǎo)電薄膜的方阻值、延伸性、彎曲性甚至透光性有望優(yōu)于ITO膜[5]，成為兼具優(yōu)異光電性能，又具有量產(chǎn)成本優(yōu)勢的柔性透明導(dǎo)電薄膜原料。但目前能夠?qū)嶋H投入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的只有金屬網(wǎng)格、納米銀線、碳納米管導(dǎo)電薄膜。如表1所示，納米銀線導(dǎo)電薄膜憑借高透明、高導(dǎo)電性、可彎曲折疊和可拉伸等特性，被視為柔性屏最佳解決方案，并有潛力部分取代占據(jù)觸控市場近30年的ITO技術(shù)。2014年，蘋果的Iwatch已經(jīng)采用TPK宸鴻的納米銀線薄膜技術(shù)，柔宇、三星、華為先后發(fā)布可彎曲折疊手機(jī)，以三星、維信諾、京東方為首的柔性AMOLED面板均開始了量產(chǎn)，柔性觸控終端設(shè)備的出現(xiàn)使得納米銀線行業(yè)的關(guān)注度異?；鸨?/p>

本文利用國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利檢索與服務(wù)系統(tǒng)為數(shù)據(jù)來源，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。分析樣本涉及納米銀線透明導(dǎo)電薄膜專利申請共1472件，數(shù)據(jù)截止日期為2019年7月12日。

1 納米銀線透明導(dǎo)電薄膜全球主要申請人分析

銀納米透明導(dǎo)電膜的市場潛力巨大，全球很多知名企業(yè)競相參與研發(fā)。圖2分析了納米透明導(dǎo)薄膜申請量全球前25名的申請人，除中國的申請人集中在中科院、高校外，美國、日本、韓國的申請人基本集中在光電材料、顯示器件領(lǐng)域的知名公司中。排名前4位的申請人三星株式會(huì)社、中科院、富士膠片以及LG集團(tuán)的專利申請數(shù)量占比較大，約占總申請量的15%。緊接其后的主要為韓國、日本、美國的知名企業(yè)。中國專利申請量雖然居首位，但是申請人主要集中在中科院14家分支研究機(jī)構(gòu)以及多個(gè)高校和科研機(jī)構(gòu)，且企業(yè)申請人較為分散。

圖2 銀納米透明導(dǎo)薄膜申請世界前25名的申請人專利申請量

2 納米銀線透明導(dǎo)電薄膜全球技術(shù)主題分布

通過對主要申請國家專利申請文件的主分類號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)排序得到圖3。從分類號(hào)的集中程度可以看出，中國、美國申請人對納米線的制備、優(yōu)化(B82Y、B22F)、納米銀線墨水(C09D)、薄膜的制備(H01B)方面的研究比較集中，而韓國、日本的申請人還對層狀復(fù)合材料(B32B)、納米銀線透明導(dǎo)電薄膜制備的電極的制備(H01B、B82B)、傳感器、觸摸屏幕(G06F)、薄膜太陽能電池(H01L)等器件方面等應(yīng)用領(lǐng)域的研發(fā)比較重視。這與日、韓的主要申請人多為柔性的電極、OLED面板制造商、可穿戴設(shè)備提供商以及下游的應(yīng)用器件制造商有關(guān)，技術(shù)方案緊緊貼合應(yīng)用實(shí)際。

圖3 納米線透明導(dǎo)電薄膜專利申請技術(shù)主題分布

3 納米銀線透明導(dǎo)電薄膜領(lǐng)域國內(nèi)外重要申請人分析

納米銀線透明導(dǎo)電薄膜處于上游納米銀線以及下游太陽能電池、柔性穿戴設(shè)備和柔性顯示器等應(yīng)用的中間，因而其研發(fā)與實(shí)際應(yīng)用密切相關(guān)。筆者重點(diǎn)分析美國、韓國、中國的三家企業(yè)，力求對納米銀線透明導(dǎo)電薄膜最新的專利技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行梳理。

3.1 天材創(chuàng)新材料科技股份有限公司

天材創(chuàng)新于2004年創(chuàng)立于美國硅谷，多年來致力于納米銀的技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)品創(chuàng)新，專利布局?jǐn)?shù)量行業(yè)第一。已成功將納米銀線應(yīng)用到觸屏手機(jī)、大面積OLED照明設(shè)備、一體機(jī)觸摸屏、醫(yī)療影像設(shè)備、太陽能電池、柔性屏領(lǐng)域，擁有從納米銀線、墨水合成、薄膜制備到觸控裝置等全領(lǐng)域的專利布局，獲得200項(xiàng)全球?qū)＠跈?quán)，有多篇行業(yè)引用超過100次的專利，為最主要的納米銀專利擁有者。

從2005年開始這一領(lǐng)域的專利申請到2018年，天材創(chuàng)新共申請納米銀線導(dǎo)電薄膜專利16個(gè)，涉及涂覆成膜方法(CN101292362A)、蝕刻(CN101589473A)、包含金屬氧化物或者碳材料的復(fù)合導(dǎo)體(CN101689568A)、噴涂法(CN102015922A)、高低長徑比納米銀線的富集方法(CN102575117A)、提高薄膜耐久性、光穩(wěn)定性的薄膜(CN102460600A、CN105283782A)、含有導(dǎo)電聚合物的高耐用性導(dǎo)電薄膜(US20120104374A1)、化學(xué)蝕刻圖案化的方法(CN102834936A)、光蝕刻的墨水組合物(CN102834472A)、降低漫反射的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(CN104067351A)、提高平面電阻均勻性的方法(印刷法CN103889595A、涂布法CN104094365A)以及導(dǎo)電薄膜形成的導(dǎo)電器件(US9801287B2)。天材創(chuàng)新關(guān)于納米銀線導(dǎo)電膜的申請主要涉及導(dǎo)電墨水配方以及對涂覆、蝕刻方式的改進(jìn)，而不涉及具體的應(yīng)用，其主要產(chǎn)品ClearohmTM也是納米銀線油墨。由于處于上游的納米銀線技術(shù)發(fā)展較早，終端大尺寸觸控以及柔性觸控的需求尚未形成，一直以來納米銀線產(chǎn)品未成功推廣。2016年，天材創(chuàng)新資金鏈緊張，被臺(tái)灣TPK公司收購，這一收購整合了納米銀線導(dǎo)電薄膜上下游產(chǎn)業(yè)鏈，使得臺(tái)灣宸鴻TPK觸控模塊廠商、擅長塑料薄膜生產(chǎn)技術(shù)與卷軸式(roll-to-roll)生產(chǎn)技術(shù)的日本寫真印刷NISSA參與到ClearohmTM薄膜以及觸控產(chǎn)品的制造中。天材創(chuàng)新始終將自己定義為納米銀原料墨水供應(yīng)者，并積極與中游的薄膜生產(chǎn)商-日本大倉工業(yè)株式會(huì)社、日立化成株式會(huì)社、東麗集團(tuán)、信越聚合物株式會(huì)社、3M公司等合作，分別打造不同應(yīng)用的納米銀線導(dǎo)電薄膜。天材創(chuàng)新在晉江、廈門建設(shè)了納米銀線生產(chǎn)基地以滿足亞洲市場對這一原材料的需求，還一直致力于納米銀線全產(chǎn)業(yè)鏈的上位專利布局，積極與蘇州諾菲納米科技有限公司進(jìn)行專利許可。由于天材創(chuàng)新的納米銀線專利布局較上位、全面，每一個(gè)專利均涉及幾十個(gè)同族，并覆蓋世界主要經(jīng)濟(jì)體，因此，如果其他企業(yè)涉及納米銀線的制備、應(yīng)用，難免會(huì)觸碰其專利權(quán)的邊界。2019年天材創(chuàng)新就對C3Nano的核心專利US9183968B1提出多方無效程序，主張其專利權(quán)無效。

3.2 三星集團(tuán)

三星株式會(huì)社在納米銀線透明導(dǎo)電薄膜領(lǐng)域的研發(fā)十分活躍，是申請量最大的申請人。如圖4所示，三星從2007年涉足柔性納米銀導(dǎo)電薄膜的研發(fā)領(lǐng)域至今，共申請專利61件，這與其在柔性顯示面板領(lǐng)域強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力是相對應(yīng)的。經(jīng)過短暫的技術(shù)開發(fā)期后，2010年開始申請量逐年上升，經(jīng)2013年震蕩后，2014年迅速達(dá)到申請量11件，2015年達(dá)到最高峰18件。之后申請量逐年降低，反映出其對薄膜的技術(shù)挖掘基本成熟，后期三星更多關(guān)注多層復(fù)合薄膜電極以及在觸摸屏等具體應(yīng)用的研發(fā)上。并積極通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓掌握相關(guān)的核心技術(shù)。

圖4 三星納米銀線透明導(dǎo)電薄膜申請量隨時(shí)間的分布

三星株式會(huì)社在納米銀線透明導(dǎo)電薄膜領(lǐng)域的研發(fā)十分活躍，是申請量最大的企業(yè)申請人，除了關(guān)注導(dǎo)電薄膜的導(dǎo)電性、透光性外(US2015294751A1、CN105278787A、CN104347157A、CN106104706A)，三星株式會(huì)社還重點(diǎn)關(guān)注導(dǎo)電層的組成、其上基質(zhì)層的組成、復(fù)合導(dǎo)電層的制備以及后處理等方式對導(dǎo)電均勻度(US2012018200A1)清晰度(CN104575700A、CN105590665A)、色彩、色差b*、a*值的影響(CN103730187A、CN104700927A)。

2019年折疊屏幕手機(jī)問世，使得三星在柔性顯示領(lǐng)域再次領(lǐng)跑。通過對三星在納米銀導(dǎo)電薄膜領(lǐng)域的技術(shù)功效分析，可以看出，其專利技術(shù)方案非常多樣：既有對納米銀線形狀的選擇，排布的設(shè)計(jì)、基底、導(dǎo)電層、基質(zhì)層組分的優(yōu)化、摻雜，又有對焊接、蝕刻步驟的打磨。三星尤其注重納米銀導(dǎo)電薄膜的色澤、色差、以及光電穩(wěn)定性，以期將性能優(yōu)異的導(dǎo)電薄膜應(yīng)用于觸屏面板以及柔性顯示中，顯示出三星對OLED顯示領(lǐng)域的不斷追求。積累了多年納米銀線導(dǎo)電薄膜領(lǐng)域的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，三星在折疊屏幕、柔性穿戴領(lǐng)域會(huì)有更廣闊的發(fā)展前景。

3.3 合肥微晶材料科技有限公司

合肥微晶材料科技有限公司成立于2013年1月，為中國科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)打造，專業(yè)從事石墨烯和納米銀線等納米新材料的開發(fā)和應(yīng)用，其納米銀線導(dǎo)電薄膜的專利申請始于2016年，起步較晚，但是其石墨烯納米銀線復(fù)合柔性透明導(dǎo)電膜在2016年底已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。合肥微晶從2016年開始到2018年共申請納米銀線導(dǎo)電薄膜專利16件，其中13件集中在2018年。

合肥微晶專注于石墨烯以及石墨烯量子點(diǎn)與納米銀線的復(fù)合導(dǎo)電薄膜，其制備的透明導(dǎo)電膜透明性非常高、霧度極低、導(dǎo)電性優(yōu)異，比納米銀線透明導(dǎo)電薄膜的光電性能更出色，因此，復(fù)合柔性導(dǎo)電薄膜可能會(huì)有更大的應(yīng)用前景。此外，合肥微晶也越來越關(guān)注納米銀線透明導(dǎo)電薄膜的色澤、視覺效果方面的改進(jìn)。因?yàn)槠涑巳嵝酝该鲝?fù)合導(dǎo)電薄膜外，還參與智能調(diào)光膜、智能電腦、會(huì)議、教學(xué)一體機(jī)等下游產(chǎn)品的應(yīng)用研發(fā)，可見其后續(xù)申請還會(huì)繼續(xù)對可視化效果進(jìn)行改善。合肥微晶申請中基本沒有外國同族，這可能與企業(yè)的布局有關(guān)，也反映了這一新成立的中國技術(shù)型企業(yè)目前沒有國際化的訴求。

4 結(jié) 語

自2010年以來國內(nèi)納米銀線行業(yè)進(jìn)入蓬勃發(fā)展期，納米銀線廠家逐漸增多。雖然國內(nèi)能生產(chǎn)納米銀線墨水以及透明導(dǎo)電膜的企業(yè)不少，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。從天材創(chuàng)新的發(fā)展歷程可以看出，整合整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條是納米銀線導(dǎo)電薄膜廠商需要面臨的問題，僅握有上游的墨水以及涂膜技術(shù)導(dǎo)致了很多納米銀線領(lǐng)域企業(yè)的核心競爭力較為單一，不足以形成足具競爭力的產(chǎn)品，難以在行業(yè)中做大做強(qiáng)。像合肥微晶源于中科大團(tuán)隊(duì)，深圳華科創(chuàng)智研發(fā)人員始于香港科技大學(xué)，研發(fā)機(jī)構(gòu)和企業(yè)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，利用各自優(yōu)勢，使研發(fā)以市場為導(dǎo)向貼近應(yīng)用，有利于促進(jìn)成果的轉(zhuǎn)化、應(yīng)用，巧借外力推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新。企業(yè)之間也需要強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，整合透明導(dǎo)電薄膜的產(chǎn)業(yè)鏈條。

由于ITO材料電阻較大不適合做超大電容屏，目前市場上超大觸摸屏基本都是紅外屏，少量高價(jià)產(chǎn)品使用金屬網(wǎng)格電容屏，因此納米銀線導(dǎo)電薄膜除了在柔性顯示領(lǐng)域的良好前景外，在商業(yè)顯示屏、電子白板、交互智能屏領(lǐng)域大有可為。隨著教育信息化進(jìn)入2.0時(shí)代，會(huì)議方式的智能革命，超大電容屏領(lǐng)域?qū)⑹羌{米銀線透明導(dǎo)電薄膜發(fā)展的又一片藍(lán)海。ITO替代材料的研發(fā)應(yīng)緊跟應(yīng)用的市場需求，開發(fā)產(chǎn)品線，以應(yīng)對不同需求滿足不同的客戶體驗(yàn)；企業(yè)還需要密切關(guān)注國外非氧化物透明導(dǎo)電薄膜企業(yè)的研發(fā)動(dòng)向，追蹤前沿技術(shù)，及時(shí)調(diào)整自己的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、布局，積極開發(fā)新的應(yīng)用方向，以順應(yīng)瞬息萬變的市場走向，減少企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。

最后，我國市場是各國企業(yè)專利布局的熱點(diǎn)地區(qū)，國外申請人在我國布局了大量基礎(chǔ)性的專利。我國企業(yè)在將產(chǎn)品推向市場之前，還應(yīng)作相關(guān)領(lǐng)域的專利檢索，避免侵權(quán)。目前我國總申請量雖然排名世界前一，但進(jìn)入美日歐韓的申請卻寥寥無幾，與其他國家差距明顯。國外公司通常以核心上位技術(shù)專利為基礎(chǔ)，構(gòu)建完整的多角度多層次的專利保護(hù)壁壘。通過外圍專利和后續(xù)專利的布局可獲得市場利益的最大化。從美國天材創(chuàng)新在世界范圍的專利布局以及針對其他公司發(fā)起的無效程序可以看出，知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘對于占領(lǐng)市場和保護(hù)市場的作用正在不斷涌現(xiàn)。我國企業(yè)可以采取走出國門的策略，對創(chuàng)新成果積極申請國外專利，在全球范圍內(nèi)進(jìn)行專利布局，以借助知識(shí)產(chǎn)權(quán)優(yōu)勢協(xié)助產(chǎn)品走向海外市場，只有正視知識(shí)產(chǎn)權(quán)全球化的趨勢，才能在全球化競爭中獲勝。此外，還可以像蘇州諾菲那樣采用與天材創(chuàng)新進(jìn)行交叉專利授權(quán)或購買專利的靈活策略，在競爭與合作的共存中不斷求發(fā)展。