張雅惠 郭鳳華

摘要：近年來，投影領域發(fā)展迅速，投影機技術經(jīng)過20多年的發(fā)展，不斷取得突破，其市場占有率越來越大。而投影光源作為投影系統(tǒng)的重要組成部分，其選取對投影機成像效果至關重要。因此，投影光源一直都是本領域追求改進的方向，本文對該領域檢索后進行專利分析，對投影光源的發(fā)展歷程，技術分支及重要申請人進行分析。

關鍵詞：投影光;專利技術分析;技術分支;申請人

中圖分類號：TN929.5文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）12-0142-05

1 引言

1640年，德國一名叫奇瑟的傳教士發(fā)明了一種叫魔法燈的幻燈機，世界上第一臺幻燈機誕生。1845年，幻燈機進入了工業(yè)化生產(chǎn)時代，光源逐漸由蠟燭變成了油、汽燈，再由油、汽燈演變?yōu)殡姽庠?。最早的電光源為金屬鹵素燈泡，金屬鹵素燈泡為傳統(tǒng)光源的一種，其壽命極短（約2000h），目前基本已被淘汰，傳統(tǒng)光源還包括超高壓汞燈泡和疝燈，而超高壓汞燈泡包括UHP和UHE，荷蘭飛利浦公司于1995年首先成功研發(fā)出UHP，由于其亮度高，且壽命較金屬鹵素燈長，甚至可達1萬小時，逐漸成為投影機的理想光源，而疝燈造價極高，并未被廣泛應用。

LED光源于21世紀進入到投影儀的應用中，其較傳統(tǒng)光源尺寸小、壽命長，使用壽命一般為2萬小時以上，為微型投影提供了條件，但是LED光源的亮度較低。

激光光源為近些年發(fā)展起來的投影光源，其亮度較高、壽命更長，一般壽命可達幾萬小時，亮度也可達到數(shù)萬流明，但是激光光源的成本較高，因此其并未完全取代傳統(tǒng)光源和LED光源，傳統(tǒng)光源和LED光源在投影光源市場上仍占有較大的市場份額。

混合光源將LED光源與激光光源混合，集合了LED光源和激光光源在壽命和亮度上的兩大優(yōu)勢，其可作為由LED光源向激光光源的過渡技術?？ㄎ鳉W在2010年最早推出LED+激光光源投影機，并將其引入中國市場，目前已有多個廠商推出新品。[1]

2 投影光源技術專利分析

在國際專利分類表（IPC）中，涉及投影光源的分類號主要集中在G03B21/20，本文采用IncoPat專利數(shù)據(jù)庫，在G03B21/20這一小組中進行檢索，數(shù)據(jù)檢索日期為2020年2月27日，其中，由于專利文獻在提出申請后并不會立即公開，因此，2018年、2019年及2020年的專利申請數(shù)據(jù)會有不完整的問題。所以，以下分析圖中有關2018年和2019年申請量的下降曲線主要是由于樣本數(shù)據(jù)量的不完整而造成的。

2.1 全球專利分析

圖1為全球范圍內投影光源專利申請趨勢圖，根據(jù)檢索結果，我們將投影光源技術的發(fā)展劃分為4個階段。

階段一：萌芽時期和緩慢增長時期（2000年以前）

2000年之前是全球投影光源技術專利申請的起步階段，每年的申請量不超過50項。申請量排在第一位的是ZEISS IKON AG（蔡司依康），ZEISS IKON AG成立于1926年，是當時德國光學工業(yè)中最大且極負盛名的企業(yè)。緊隨其后的是PHILIPS NV（飛利浦），PHILIPS NV憑借UHP燈泡的核心技術，擁有其他品牌無法企及的競爭優(yōu)勢。上述兩家公司在20世紀20年代已經(jīng)有關于投影光源的相關專利申請，在投影領域起步較早，為該領域的開拓者。除此之外，BAUER EUGEN GMBH和SEIKO EPSON CORP（精工愛普生株式會社）兩家公司也占有重要的地位，其中SEIKO EPSON CORP隨著在20世紀80年代末推出液晶投影儀（LCD），申請數(shù)量增長較快。此階段，投影機中應用的投影光源以傳統(tǒng)光源為主。

階段二：第一階段快速增長期（2000年至2005年）

2000年到2005年，投影光源專利申請進入第一階段快速增長期，申請量迅速增加。這是由于隨著投影技術的成熟，金屬鹵素燈、高壓汞燈在投影機中得到廣泛應用，同時，LED光源逐漸被應用到投影機中，因此專利申請量增長較快。

階段三：穩(wěn)步調整期（2005年至2009年）

從圖中可以看出，2005年至2009年，投影光源的申請量呈現(xiàn)震蕩增長趨勢，說明傳統(tǒng)光源、LED光源經(jīng)過了快速的增長期后，其技術發(fā)展已經(jīng)較為成熟，開始進入穩(wěn)步的增長階段。

階段四：第二階段快速增長期（2009年至今）

2009年之后，投影光源專利申請進入第二階段快速增長期，申請量開始大幅度攀升。這是由于激光光源在投影機中的應用由概念階段逐漸產(chǎn)業(yè)化，由于激光光源在壽命和亮度方面的絕對優(yōu)勢，多數(shù)企業(yè)開始轉向激光投影機的研發(fā)。目前，激光投影機仍有更加廣闊的研發(fā)空間，專利申請量仍在增加。

圖2為全球范圍內投影光源專利的申請人排名情況，如圖所示，投影光源領域排名前十申請人中，有四家日本企業(yè)，其中SEIKO EPSON CORPORATION（精工愛普生株式會社），占絕對領先地位，專利申請量遙遙領先。日本是投影技術發(fā)展較早的國家，其投影技術處于領先地位，是主要的技術來源國，擁有多家本行業(yè)的佼佼者，諸如CANON KK（佳能）、PANASONIC CORPORATION（松下）、CASIO COMPUTER CO LTD（卡西歐）、SONY CORPORATION（索尼）、SANYO ELECTRIC CO LTD（三洋電機）等。另外，排名前十的申請人中有六家中國企業(yè)，分別為深圳市光峰光電技術有限公司、海信集團有限公司、深圳市繹立銳光科技開發(fā)有限公司、中強光電股份有限公司、臺達電子工業(yè)股份有限公司以及佳世達科技股份有限公司，上述六家企業(yè)后來居上，甚至超過了一些老牌的日本企業(yè)。

結合上述圖2和圖3可以看出，排名第一的精工愛普生株式會社，為投影領域的領軍企業(yè)，其申請量在2000年之后開始迅速增加，并在2006年之后，呈較為平穩(wěn)的增長趨勢。精工愛普生株式會社擁有核心投影技術，于1989年最先推出LCD投影機，并經(jīng)歷了長達十多年的技術壟斷。

排名第二的深圳市光峰光電技術有限公司是一家新興企業(yè)，其擁有ALPD熒光激光顯示技術核心專利，基于這一技術，光峰光電提交了多件專利申請并獲得授權。其專利申請量在2011年迅速增加，并在2013年下降之后又以非常快的速度增長，并在2017年達到最大值。

排名第三的中強光電從2013年之后申請量增長迅速，尤其是近兩年申請量急劇攀升。

另外，從圖2和圖3還可以看出，排名前十的均為企業(yè)，且均是從2010年以后才開始迅速增長，尤其是近兩三年申請量極高。也表明，近幾年，國內企業(yè)在投影光源領域的研究發(fā)展迅速，已經(jīng)在該領域占有一席之位，并開始著重專利布局。

2.2 在華專利申請分析

圖4為投影光源專利在華申請趨勢，如圖所示，在華專利申請量在2009年之前呈緩慢增加趨勢，2009年之后進入快速增長期，年增長量維持在100～200之間。

圖5為投影光源專利在華申請人排名情況，結合圖2，可以看出，深圳市光峰科技股份有限公司（光峰光電）和中強光電股份有限公司近幾年專利申請量增長較快，且大部分專利申請集中在國內，超過了精工愛普生株式會社在國內的申請量，而海信集團有限公司和深圳市繹立銳光開發(fā)有限公司的專利申請量基本全部集中在國內。說明中國的企業(yè)仍然以國內市場為主，專利申請集中在國內，除了深圳市光峰科技股份有限公司之外，極少向中國之外的國家和地區(qū)提交專利申請，沒有形成全球專利布局。

圖6為投影光源領域中國授權專利的有效性，如圖所示，授權專利中，有效專利占比80.08%，失效專利占比19.92%，專利有效性較高，說明本領域專利價值相對較高。

3 重要申請人分析

3.1 精工愛普生株式會社

經(jīng)過檢索發(fā)現(xiàn)，愛普生在1988年5月31日申請的發(fā)明名稱為“液晶投影儀”的專利JP07306412A，以及1989年3月16日申請的發(fā)明名稱為“投影顯示裝置”的專利JP02257192A，上述兩件專利中應用的光源均為傳統(tǒng)光源;2005年3月30日申請的專利CN200510053693.1一種照明裝置、圖像顯示裝置和投影機，技術方案涉及將兩個LED光源作為投影機光源，在全球被引用次數(shù)高達109次;2007年8月31日申請的公開號為CN101140413A的專利，CN101140413A公開的專利為一種圖像顯示裝置，其涉及將激光光源應用于投影顯示裝置中。

由此可見，精工愛普生在傳統(tǒng)光源、LED光源、激光光源領域均處于領先地位，起步較早，多年來專利申請量一直較為均衡，并未有大起大落。愛普生在投影領域擁有多項核心技術，比如LCD技術，1989年，隨著日本愛普生和索尼兩家大公司開發(fā)出液晶板的核心技術，世界上第一臺LCD投影機（VJP-2000）面世，其出現(xiàn)開創(chuàng)了液晶投影機的新時代，也奠定了愛普生在投影機行業(yè)的全球領先地位。由于液晶板只有愛普生和索尼兩家公司具備研發(fā)和生產(chǎn)能力，所以，其隨后在投影領域經(jīng)歷了長達十多年的壟斷。

3.2 中強光電股份有限公司

經(jīng)過對不同時期中強光電的專利檢索分析可知，中強光電在傳統(tǒng)光源、LED光源、激光光源、混合光源四個領域也均有涉獵。雖不是佼佼者，但是各方面技術較為均衡。

3.3 深圳市光峰科技股份有限公司

深圳市光峰科技股份有限公司（原名光峰光電）是一家新興企業(yè)，2004年起源于美國羅切斯特大學和美國能源部聯(lián)合管理的激光實驗室，5年后，核心研發(fā)團隊從美國硅谷轉移到深圳，創(chuàng)建了光峰光電，主要研究領域為半導體照明、顯示光源、固態(tài)光源。2007年，光峰首創(chuàng)ALPD激光光源技術，擁有ALPD（熒光激光顯示）技術核心專利。ALPD技術，主要原理是：選擇成本較低的藍色光激發(fā)高速旋轉的熒光粉輪，從而形成多色激光光源，成像投射在屏幕上，該技術不僅突破了LED低亮度的技術局限性，還突破了傳統(tǒng)RGB激光顯示在成本、效率、可靠性等方面的瓶頸?；谶@一發(fā)明創(chuàng)造，光峰光電提交了多件專利申請并獲得授權，截止到2020年3月8日，光峰光電在全球范圍內提交了1 167件專利申請，投影光源領域的申請為409件，從該公司提交專利申請的類型來看，主要以發(fā)明專利為主，說明企業(yè)的自主創(chuàng)新技術能力強，知識產(chǎn)權保護意識良好，進行了全球專利布局。

通過專利聚類分析，可以發(fā)現(xiàn)，光峰光電的技術群組主要集中在激發(fā)光源、波長轉換和投影系統(tǒng)，并具有多篇核心專利，如“采用具有波長轉換材料的移動模板的多色照明裝置”（公告號為CN101836160B，申請日為2008年7月18日，優(yōu)先權日為2007年7月30日）。該專利在全球的被引用頻次高達480次，是極具價值的核心基礎專利。

3.4 卡西歐計算株式會社

卡西歐于2010年發(fā)布了世界上首臺混合光源投影機，是混合光源的領軍企業(yè)，擁有多件核心專利。如“發(fā)光裝置及光源裝置以及使用該光源裝置的投影機”（公開號為CN101839463A，申請日為2010年3月17日，優(yōu)先權日為2009年3月17日），該專利在全球的被引用頻次高達126次;再如“光源裝置、投影裝置以及投影方法”（公開號為CN101937162A，申請日為2010年6月29日，優(yōu)先權日為2009年6月30日），其技術方案主要涉及LED光源和激光光源的混合，該專利在全球的被引用頻次高達134次。

4 投影光源領域專利技術發(fā)展的啟示

經(jīng)過多年的技術發(fā)展，投影產(chǎn)品在技術上已經(jīng)非常成熟，其深入到我們教育、商務乃至家庭娛樂等諸多顯示領域。目前占有市場份額較大的為LED光源投影機和激光光源投影機，雖然激光光源有較傳統(tǒng)光源和LED光源在壽命、亮度等方面的更大的優(yōu)勢，但是由于其價位較高，通常只應用于高端市場;而LED光源投影機憑借價位低、壽命長受諸多家庭的偏愛。

另外，隨著智能化時代的到來，人們對產(chǎn)品的“便攜式”有了更高的要求，目前市場上有很多微投產(chǎn)品，多數(shù)為LED光源。LED光源，在投影機方面，最主要的意義在于為機身小型化開辟了新的道路，由于LED光源體積小，且具有很多顯示技術優(yōu)點，所以更適于研發(fā)小巧的投影機。[2]

目前，激光光源在投影領域的應用雖然已經(jīng)有很好的實踐，各大主流企業(yè)相繼推出產(chǎn)品，但是，由于其具有絕對的性能優(yōu)勢，激光光源的革命仍在繼續(xù)，未來，激光光源投影機仍是研究熱點。并且，激光光源高色彩、低成本、小體積何時能普及是未知的，如果激光光源技術真正成熟，其必然會取代傳統(tǒng)光源和LED光源。

參考文獻：

[1] 洪博宇，蘇軍根，盧燕青，等.智能投影終端技術分析與應用方案研究[J].廣東通信技術，2019（6）.

[2] 陳炳南.投影機燈泡光源的現(xiàn)狀研究[J].電子技術與軟件工程，2017（15）.