纳米银线透明导电薄膜产业国内专利布局分析

2020-06-19罗囡囡高晓薇岳瑞娟

广州化工 2020年11期

王卓，罗囡囡，高晓薇，岳瑞娟

(国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100160)

智能手机面板的下方有一层透明的导电薄膜，其具有优异的导电性能和高透光率，能够“感受”到碰触，并将触觉感应转化为数字信号，具有类似神经的电流讯息传递的功能，从而实现人与电子设备的精准交互。

自1960年以来，掺锡的氧化铟薄膜(简称 ITO)成为透明导电膜材料的主体材料，是目前应用最广的透明导电薄膜，尤其是在平板显示器件中。氧化铟锡对可见光透过率高达95%，对紫外线的吸收率在85%以上，对红外线的反射率在70%以上，膜层硬度高且耐磨、耐化学腐蚀，被广泛地用作平板显示器的透明电极材料[1]。但是其成本、毒性以及刚性使得ITO在制备柔性导电薄膜时遇到了瓶颈[2]。而非氧化物透明导电薄膜中的纳米银线透明导电薄膜、碳材料透明导电薄膜由于具有优异性能，成为当前的研究热点。

纳米银线大小在10 nm时，雾度(雾度越大，意味着薄膜光泽以及透明度越低)仅为0.2%，透明度达到92%，纳米银线可靠性达到1000 h，颜色更接近自然色，能实现近于以及优于ITO的性能[3]。纳米银线透明导电薄膜的制备方法简单，可以通过低成本的溶液法制备。主要的制备方法有滴涂法、浸渍法、抽滤法、旋涂法、提拉法、卷轴法、Mayer 棒涂法、喷印法、印刷法等[4]，这些方法适合制备大面积的薄膜、工艺简单、成本较低。纳米银线透明导电薄膜具有电阻率低，透明度高，制备工艺简单，弹性适中，抗弯折能力出众，适宜大尺寸、大规模制备等特点，为实现柔性、可弯折屏等提供了可能。

在21世纪电子器件越来越朝轻薄化方向发展。随着可穿戴设备、智能衣服、电子皮肤、传感器、可拉伸的聚合物太阳能薄膜电池、柔性显示等柔性器件、柔性智能家电等产品的普及，人们对柔性透明导电薄膜的需求日益增长[5-6]。正是在这样的背景下，纳米银线导电膜迎来了高速发展的十年。

本文数据主要利用国家知识产权局专利检索与服务系统为信息来源进行检索后与德温特世界专利索引数据库检索出的结果合并、筛选后得到。分析样本为涉及纳米银线透明导电薄膜专利专利申请共1472件，分析数据截止日期为2019年7月12日。

1 国内专利申请量趋势分析

图1显示了主要技术原创国的发明申请数量与时间的关系。从图1可以看出，从2008年出现申请开始，国内技术研发不活跃，国内对纳米银线透明导电薄膜的研究起步略晚于美、日、韩。从2011年开始，专利申请数量迅速上升，增长势头较猛。随着柔性屏幕、智能家居、柔性穿戴等新的应用领域的不断开发，推升了纳米银线导电薄膜的研发热度，国内申请人的申请量保持着良好的上升态势，说明国内申请人一直在关注纳米银线透明导电薄膜领域的技术发展，并持续加大这一领域的研究力度，与其他国家相比，中国在纳米银线透明导电薄膜的研发起步晚了几年，但是2015年起迅速超过其他国家。图2将各国的申请量进行了比较。到目前为止，中国专利申请数量居于首位，共申请624件，绝大多数涉及纳米银线的改性、纳米银线薄膜以及复合膜的制备、以及在柔性电极、传感器中的应用。紧随其后的是韩国、日本这些在光学材料显示器件领域有显著优势的国家。美国虽拥有天材创新材料科技股份有限公司(CAMBRIOS TECHNOLOGIES CORP.)、锐珂医疗有限公司(CARESTREAM HEALTH INC)、C3nano这些生产纳米银线、墨水的上游企业，但是其对中游的纳米银线透明导电膜的研发不及中国、日本、韩国活跃。纳米银线透明导电薄膜的研发在中国还处于持续增长的热度中。且随着纳米线透明导电膜的逐渐量产，成为标准产品走向市场，而日、美、韩等国家已经转向对薄膜的下游产品的开发、应用等其他领域的研究中。

图1 纳米银线透明导电薄膜的全球专利申请量随时间的分布Fig.1 Time distribution of global application in silver nanowire conductive film

图2 纳米银线透明导电薄膜的全球专利申请区域分布占比Fig.2 Application distribution by countries or regions in silver nanowire conductive film

2 国内主要申请人分析

图3展示了纳米银线透明导电薄膜国内专利申请排名前22位的申请人。其中有11位申请人来自科研院所和大专院校，与企业数量相当。中科院的14个分支研究机构参与了纳米银线的基础研究，涉及稳定的纳米银线导电墨水、涂料，与纤维素、石墨烯、陶瓷、金属氧化物的复合膜、触摸屏、传感器的制备。由于起始研发门槛不高，国内很多高校、科研机构、中小企业均参与到透明导电薄膜的研发上来，申请人分散且申请的产业化价值差异大。

由于导电薄膜与上游的纳米银线生产以及下游应用产业关系密切，因此，科研单位与有研发实力的应用企业、上游的纳米银线材料企业均参与了薄膜的制备、改性以及应用的研究。除了京东方、TCL、乐凯等光学材料以及显示器件的大型制造企业外，国内还涌现出了一批新的纳米银线、导电油墨、导电薄膜供应商。

图3 纳米银线透明导薄膜申请国内前22名的申请人专利申请量Fig.3 Application status of the chinese top 22 applicants in transparent silver nanowire conductive film

3 国内主要企业申请人专利布局分析

表1 纳米银线透明导薄膜申请国申请人专利布局Table 1 Technical layout of chinese applications in transparent silver nanowire conductive film

对纳米银线透明导薄膜前期的研发，主要集中在纳米银线合成、薄膜制备方法的优化，及量产过程的建立，而后期越来越朝着改善薄膜的光电性能、机械性能、可加工性、稳定性等一系列技术指标，以及研究具体的下游应用方向进行。自2015年开始，苏州诺菲纳米科技、乐凯胶片、合肥微晶、珠海纳金、科廷光电等公司均已实现纳米银线透明导电薄膜的量产，2018年宁波科廷光电年产百万平米的纳米银线透明导电膜生产线投入使用，2019年天材创新在中国厦门的导电墨水生产基地正式投产，苏州诺菲进一步扩大纳米银线透明导电膜的产量以及薄膜宽幅，华科创智也于2018年实现产能。但是与前者不同，华科创智的产品直接为纳米银线触控模组。而除了科廷光电、深圳华科创智等少数几家企业，国内纳米银线导电薄膜生产企业大都并没有器件制备能力。从表1可以看出，基本上上述公司都涉足了纳米银线透明导电墨水、薄膜的研发领域，但是对下游的触控领域、医疗穿戴等领域的涉及较少。

3 纳米银线透明导电薄膜专利申请人区域分布

图4 纳米银线透明导薄膜专利国内申请人区域分布Fig.4 Regional distribution of patent application in transparent silver nanowire conductive film

通过对国内申请人的区域分布图4可以看到，纳米银线透明导薄膜相关专利主要聚集在广东(图4中广东不包含深圳)、江苏、深圳、北京、浙江、安徽、四川、重庆、上海、福建、湖北等地的企业和研究机构中，总体发展水平差异显著。尤其广东、江苏、深圳、浙江几个地区纳米银线导电薄膜的专利申请数量最多，研发最为活跃。究其原因：广东地区电子信息产业发达，对市场动向的嗅觉灵敏，基于前瞻应用导向的电子材料创新异常活跃；中山大学、华南理工大学、中科院广州化学所、广州先进技术研究院、电子科技大学中山学院、华南师范大学、深圳清华大学均为广深的研发单位，研发实力雄厚，与企业的联系紧密。十年时间，广东涌现出一大批纳米银线透明导电薄膜的知名企业：深圳华科创智、珠海纳金、广东南海启明光大科技、深圳欧菲光、深圳赢特科技。而江苏地处长三角，电子信息产业也很发达、民营经济实力雄厚，同时在常州、苏州等地已经形成了规模化的电子材料产业基地，聚集着大量中小型创新企业：苏州诺菲、苏州冷石科技、苏州顾氏新材料、吉仓纳米(基于中科院纳米所团队)、先丰纳米(基于南京大学团队)已经形成了规模；浙江科廷光电也表面不俗，年产100万平方米纳米银线导电薄膜生产线已投入运行。此外，北京聚集了大量科研院所，研发基础好，创新实力强，创新主体也越来越重视将专利技术向市场需求产品的转化，产生了一批，例如基于清华大学团队的维诺信、以及基于中科院的北京中科纳通等有实力的企业。上述地区较高的专利申请量不但反映了申请人的专利保护意识较强，更反映出了上述地区的自主创新的能力和水平更强。