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干货 | 2017全球印刷电子与智能包装行业专利大盘点

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印刷电子(Printed Electronics or printable electronics)技术作为一种低成本,高性价比,节能环保的革命性技术, 在过去的二十年取得了飞速发展。许多新的高性能材料,新颖优异的加工工艺被不断的研发出来,并充分应用到各种电子产品中,同时又延伸出许多功能新颖,性能独特,价廉物美的新应用出来,极大的改变了我们的生活。其中,印刷电子技术在智能包装领域的应用尤其引人瞩目。

智能包装(Intelligent packaging, smart packaging, or active packaging)技术随着近些年来材料,机械、电气、化学等相关行业,尤其是低成本,高性能印刷电子行业的快速发展,在过去二十年也取得了飞速发展。  目前,智能包装技术已经被应用在几乎所有的产品应用领域,包括电子产品、食品、饮料、医药、生活用品等领域。

印刷电子与智能包装这两个行业市场潜力巨大。根据 IDTechex预测, 2017年全球印刷电子的市场规模将达到482亿美元, 到2027年更将达到3,000亿美元的市场规模。根据Technavio最新的报告预计,全球智能包装市场将以近8%的复合年增长率增长,到2019年超过310亿美元, 我国智能包装行业市场规模也会有同步的增长速度。据估计,到2022年我国智能包装行业市场规模将突破110亿元 。

为确保在印刷电子行业与智能包装这两个行业全球市场上的份额,许多国家地区(如美国,欧盟,日本,韩国,台湾等)的许多企业和科研院所(如Du Pont,Xerox,BASF, Apple, Samsung等)不断投入大量的资金和人力,对于相关技术进行研究开发,并为此在全球许多国家申请了大量的专利以保护其技术的市场独占性。

虽然中国近年在这两个领域的研究进展很快,但是相对其他国家地区来说,仍然刚刚起步,除了本身技术水平的限制外,还需要面对外国企业的重重专利壁垒。所以,如果中国的企业和科研院所需要在这两个领域上有所突破和发展, 形成规模的产业,并具有一定的话语权的话,需要充分了解全球印刷电子技术领域和智能包装技术领域的整体状况和发展趋势,同时需要积极在全球范围进行高效的专利布局。

在此,我们拟对全球的印刷电子技术领域以及智能包装技术领域进行一系列系统的专利分析,希望通过该分析,使得中国的企业和科研院所能够清晰全球印刷电子行业和智能包装行业的整体状况,摸准发展的趋势和热点,从而准确找到研发的突破方向并明确市场定位,进而进行合理的专利布局使得自身在竞争激烈的国际国内市场上处于有利地位。


一. 专利整体状况分析:

(1)印刷电子技术领域

在全球范围,通过专利检索发现, 在该领域专利申请数量从 20世纪90年代左右开始迅猛增长,到2016年左右达到每年5000件以上 。按照专利受理的国家和地区来区分,在美国受理的专利申请占比最大,大约占全球总申请量的61%,其次为WIPO (16%), EPO(6%),韩国(4%),而中国受理的专利申请数目达到1984件,占比 4%,居第五位 (以上扇形图)。从专利申请人角度,印刷电子技术领域专利申请数目排在前十的全球科技公司包括5家美国公司(Du Pont,American Express, Kodak, Xerox,3M),2家家德国公司(Merck和BASF),2韩国公司(Samsung和LG),1家日本公司(Canon),表明这些发达国家的这些跨国科技企业在印刷电子技术领域拥有较强的技术储备和技术实力。

而在中国范围,该领域专利申请数量从2000年的4件迅猛增长至2016年的316件,其发展速度远高于全球平均水平,然而由于基数小,目前在全球仍然所占比例不大,仍然有较大的发展空间。从专利申请人角度,印刷电子技术领域专利申请数目排在前五的申请人包括Merck(德国 ),LG(韩国),复旦大学(中国),南京邮电学院(中国)和Du Pont(美国),所以在中国,跨国公司在该领域的专利布局还是处于主导地位,中国公司和科研院所仍需要努力。

(2)智能包装领域在全球范围,通过专利检索发现, 在智能包装领域领域专利申请数量从 20世纪80年代左右开始增长,到2016年左右达到每年将近4000件,然而发展速度不如印刷电子领域。按照专利受理的国家和地区来区分, 美国处于绝对领先地位 (84%),其次为WIPO (7%), 其他地区和国家都较少,其中,中国 2%,居第五位 (以上扇形图)。从专利申请人角度,Samsung 在智能包装领域以7504件专利申请排在绝对领先地位,其他排名前十的全球科技公司包括:1家荷兰公司( Philips),4家美国公司(IBM,Micron,Tyco Electronics,Intel),2家日本公司(Semiconductor Energy Lab 和Renesas), 1家澳大利亚公司(Silverbrook),和另外1家韩国公司( LG),表明这些发达国家的这些跨国科技企业在印刷电子技术领域拥有较强的技术储备和技术实力。

而在中国范围,该领域专利申请数量从2000年的2件迅猛增长至2016年的102件, 然而目前在全球仍然所占比例不大,仍然有较大的发展空间。从专利申请人角度,该领域专利申请数目排在前列的申请人仍然是跨国科技企业,包括Samsung(韩国)和Philips(荷兰)等, 中国仍有待提高。


二. 专利技术领域分析

印刷电子和智能包装技术,按照其各自的特点,可以对各个分类领域进行细致的分类。对于这些领域内的专利进行系统分析,有助于我们掌握印刷电子技术和智能包装技术在各个大领域以及进一步细分的亚技术领域的研究热点,发展趋势,以及科技企业在该领域的研发实力。对于这些科技情报的准确了解,有助于我们中国印刷电子技术行业和智能包装行业整体以及各个企业能够更精确的把握市场脉搏,更准确的明晰战略发展方向,并进行更合理的产业布局。

(1)印刷电子技术领域

目前印刷电子技术的发展主要集中于三大技术领域:材料,工艺,以及应用。

A)印刷电子材料技术领域:

印刷电子的材料按照功能不同主要包括基底材料(substrate)和电子功能性油墨材料(ink) 。右边表格总结了在印刷电子基底材料和电子功能性油墨材

料领域内在全部年限和过去3年(2014-2016)专利数目排名前十的基于IPC (International Patent Classification)分类的技术亚领域。可以看出,涉及基底材料领域的专利申请主要集中于H01L51,H05B33,H01L29,H05K3和H05K1,而位于前五的IPC分类包括: H01L51/52, H01L51/00, H01L51/56,H01L51/50,以及H05B33/22,其在最近3年上的研究仍然较热。而涉及电子功能性油墨材料领域的专利申请主要集中于C09DD11, B41J2,B41M5,H01L51, G09G3,和G09F3。而位于前五的IPC分类,除了C09D11/00, C09D11/38一直较热外,最近3年在C09D11/52,H01L51/50,C09D11/30 上的研究属于比较新的热点。

B) 印刷电子工艺技术领域:

目前正在研究开发的印刷电子工艺技术主要包括网版印刷技术(Screen Printing),喷墨印刷技术(Inkjet Printing),凹版印刷技术(Gravure Printing),柔版印刷技术(flexographic Printing),平版印刷技术(Offset Printing),气溶胶喷射印刷技术(Aerosol jet),以及最近几年出现的3D印刷技术(3D Printing)等等。

上图总结了全球印刷电子技术在几种主要工艺技术的专利数目(截止2016年12月31日)。可以看到,网版印刷技术和喷墨印刷技术是目前在印刷电子领域发展的最好的两种印刷技术;凹版印刷技术,柔版印刷技术和平版印刷技术属于正在蓬勃发展的印刷技术;而气溶胶喷射印刷技术和3D印刷技术其研发活动才刚刚开始。 另外,最近3年在各个印刷电子工艺领域的居于前三的IPC分类如右表格所示,它们代表了其工艺领域内的研究热点。

C)印刷电子应用领域:

印刷电子技术在许多的具体应用领域的研发活动十分活跃 。根据不同的作用原理和应用目的,印刷电子的应用领域可以分为:

能源类应用(主要包括光伏,储电

电池,电容等),信息类应用(包括RFID,感应器,逻辑存储,智能包装等),显示与照明类应用(显示,照明等)等三大类应用领域。上图总结了全球印刷电子技术在上述三大类应用领域的专利数目(截止2016年12月31日)。可以看出,印刷电子技术在能源类应用领域专利数目最多,其次为信息类应用领域和显示照明类应用领域。

在能源类应用领域,印刷电子技术在太阳能类应用

(光伏和太阳能电池)的公布

专利数目最多,其次为电池类和电容类应用。从专利权人角度,印刷电子技术在能源类应用领域的专利申请数目排名前三的公司包括Merck Patent Gmbh, Universal Display, 和BASF。另外,最近3年在各个能源类亚应用领域的居于前三的IPC分类

如右表格所示,它们代表了印刷电子技术在其亚应用领域内的研究热点。

在信息类应用领域, 印刷电子技术在感应器类和逻辑存储类应用的公布专利数目最多,其次为智能标签和包装类应用,RFID类应用较少。 印刷电子技术在最近3年专利数目排名前三的基于IPC分类的技术亚领域如右图表格显示,它们代表了印刷电子技术在其亚应用领域内的研究热点。

在显示与照明类应用

领域,印刷电子技术在显示类应用中的专利数目远远超过在照明类应用中的专利数目。在显示与照明类应用领域表现抢眼的科技公司包括Universal Display, E Ink, 和Semiconductor Energy Lab 等。最近3年印刷电子技术在在显示与照明类应用领域的居于前三的IPC分类如右表格所示,它们代表了印刷电子技术在其应用领域内的研究热点。

(2)智能包装领域

目前智能包装技术, 按照其产品的目的不同,可以分为活性包装(active packaging)亚技术领域和智能包装(intelligent packaging)亚技术领域。

A)活性包装亚技术领域:

活性包装技术主要是在一个

被动包装中对其内部储存的物品提供一系列主动控制,如微生物控制,抗腐蚀控制,湿度控制,气体控制等等,因此被广泛应用于食品,医药以及个人保健品领域。

主要的活性包装技术可最近

3年活性包装技术在上述亚领域的居于前三的IPC分类如右表格所示,它们代表了活性包装技术在其各个亚领域内的研究热点。从申请人角度,专利申请表现抢眼的科技公司包括Merck(德国),Dow (美国), Anacor (美国)等等。


B)智能包装亚技术领域:

智能包装技术主要是针对商品从原材料采购,生产、包装、运输及储存等环节的信息具有执行智能功能的包装技术,其中包括检测、识别、记录、追踪、连接互联网等等。为实现上述功能,智能包装技术通常包括安装在包装件外部或者内部的指示器(indicator)或传感器(sensor) 。通过安装在内部的传感器来指示商品的质量现状;而通过外部的传感器或指示器来检测商品的外部储存环境,如温度、湿度等。这些信息而后通过 RFID (Radio-frequency identification)标签或NFC (Near-field communication) 标签等跟踪设备,可以记录,追踪商品在整个供应链中的信息,并连接至互联网。

智能包装亚技术领域包括

指示器,传感器,智能油墨,和追踪设备(如RFID和NFC等)等一系列技术。其中RFID技术在追踪设备技术方面处于比较主流的地位,其专利数目占有所有追踪设备技术的~65%,NFC技术较少(~10%)。最近3年智能包装技术在

上述亚领域的居于前三的IPC分类如右表格所示,它们代表了活性包装技术在其各个亚领域内的研究热点(其中,RFID和NFC在智能包装领域的研究热点也一并列出)。从申请人角度,专利申请表现抢眼的科技公司包括3M(美国),BASF(德国), Amcor(澳大利亚),Avery Dennison(美国)等等。

三.    其他

以上对于印刷电子技术和智能包装技术的专利分析主要侧重于各个国家,各个企业,各个行业领域的专利数量分析,对于专利的质量和组合并未涉及。专利的质量和组合很大程度上由其权利要求的覆盖范围决定,而无法通过分析专利的数量得到,通常需要通过细致严谨的对比和分析。

根据我们的经验,目前在各个国家地区申请专利的专利申请人中,国际大公司对于专利和布局及其重视,不仅其专利撰写的好,具有前瞻性并覆盖范围较广,而且重视专利的组合而形成攻防兼备的专利布局;而中国的很多企业通常由于发展时间短,通常缺乏国际和战略视野而忽视专利的价值,没有撰写提交质量较高的专利申请,更没能形成有效的专利布局,结果造成在残酷竞争的国内国际市场处处被动。这些希望众多的中国企业能够引以为戒。

来源:瑞同科技传媒


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