纳米银线透明导电薄膜产业专利重要申请人分析

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)

苹果手机开创性的采用了多点触控屏，使人机交互更加人性化。触控屏透明面板下的导电薄膜扮演了皮肤下触觉受器的作用，这就是掺锡的氧化铟膜(简称ITO)。由于其具有较低的电阻和较高的透光率[1]，成为主流的触控电极材料。十多年来搭载ITO的触控设备风靡全球，产品覆盖智能手机、智能手表、会议面板、电视、电脑、广告机等。

图1 未来几年透明导电薄膜发展趋势

市场调研机构Research and Markets 2017预估全球透明导电膜的市场从2017到2026年平均年增长率超过9%，正处于高速发展阶段[2]。另外ID TechEx对未来十年透明导电膜市场发展趋势的研究显示(见图1)，预计到2027年，替代ITO的新型透明导电薄膜将占全部市场份额的45%[3]。未来透明导电膜市场的高速发展将是由ITO替代材料带动的。

表1 几种透明导电薄膜的性能对比

虽然ITO仍为主流的薄膜材料，但由于刚性、毒性、成本等原因制约了其在可折叠和卷式柔性面板以及超大触摸屏领域发展，需要寻求其他替代方案。金属网格、石墨烯、碳纳米管、导电聚合物等新材料[4]都具备ITO替代功能，现阶段ITO替代材料得到了广泛的研究和迅速的发展，以其制备的透明导电薄膜的方阻值、延伸性、弯曲性甚至透光性有望优于ITO膜[5]，成为兼具优异光电性能，又具有量产成本优势的柔性透明导电薄膜原料。但目前能够实际投入产业化应用的只有金属网格、纳米银线、碳纳米管导电薄膜。如表1所示，纳米银线导电薄膜凭借高透明、高导电性、可弯曲折叠和可拉伸等特性，被视为柔性屏最佳解决方案，并有潜力部分取代占据触控市场近30年的ITO技术。2014年，苹果的Iwatch已经采用TPK宸鸿的纳米银线薄膜技术，柔宇、三星、华为先后发布可弯曲折叠手机，以三星、维信诺、京东方为首的柔性AMOLED面板均开始了量产，柔性触控终端设备的出现使得纳米银线行业的关注度异常火爆。

本文利用国家知识产权局专利检索与服务系统为数据来源，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。分析样本涉及纳米银线透明导电薄膜专利申请共1472件，数据截止日期为2019年7月12日。

1 纳米银线透明导电薄膜全球主要申请人分析

银纳米透明导电膜的市场潜力巨大，全球很多知名企业竞相参与研发。图2分析了纳米透明导薄膜申请量全球前25名的申请人，除中国的申请人集中在中科院、高校外，美国、日本、韩国的申请人基本集中在光电材料、显示器件领域的知名公司中。排名前4位的申请人三星株式会社、中科院、富士胶片以及LG集团的专利申请数量占比较大，约占总申请量的15%。紧接其后的主要为韩国、日本、美国的知名企业。中国专利申请量虽然居首位，但是申请人主要集中在中科院14家分支研究机构以及多个高校和科研机构，且企业申请人较为分散。

图2 银纳米透明导薄膜申请世界前25名的申请人专利申请量

2 纳米银线透明导电薄膜全球技术主题分布

通过对主要申请国家专利申请文件的主分类号进行统计排序得到图3。从分类号的集中程度可以看出，中国、美国申请人对纳米线的制备、优化(B82Y、B22F)、纳米银线墨水(C09D)、薄膜的制备(H01B)方面的研究比较集中，而韩国、日本的申请人还对层状复合材料(B32B)、纳米银线透明导电薄膜制备的电极的制备(H01B、B82B)、传感器、触摸屏幕(G06F)、薄膜太阳能电池(H01L)等器件方面等应用领域的研发比较重视。这与日、韩的主要申请人多为柔性的电极、OLED面板制造商、可穿戴设备提供商以及下游的应用器件制造商有关，技术方案紧紧贴合应用实际。

图3 纳米线透明导电薄膜专利申请技术主题分布

3 纳米银线透明导电薄膜领域国内外重要申请人分析

纳米银线透明导电薄膜处于上游纳米银线以及下游太阳能电池、柔性穿戴设备和柔性显示器等应用的中间，因而其研发与实际应用密切相关。笔者重点分析美国、韩国、中国的三家企业，力求对纳米银线透明导电薄膜最新的专利技术现状进行梳理。

3.1 天材创新材料科技股份有限公司

天材创新于2004年创立于美国硅谷，多年来致力于纳米银的技术研发及产品创新，专利布局数量行业第一。已成功将纳米银线应用到触屏手机、大面积OLED照明设备、一体机触摸屏、医疗影像设备、太阳能电池、柔性屏领域，拥有从纳米银线、墨水合成、薄膜制备到触控装置等全领域的专利布局，获得200项全球专利授权，有多篇行业引用超过100次的专利，为最主要的纳米银专利拥有者。

从2005年开始这一领域的专利申请到2018年，天材创新共申请纳米银线导电薄膜专利16个，涉及涂覆成膜方法(CN101292362A)、蚀刻(CN101589473A)、包含金属氧化物或者碳材料的复合导体(CN101689568A)、喷涂法(CN102015922A)、高低长径比纳米银线的富集方法(CN102575117A)、提高薄膜耐久性、光稳定性的薄膜(CN102460600A、CN105283782A)、含有导电聚合物的高耐用性导电薄膜(US20120104374A1)、化学蚀刻图案化的方法(CN102834936A)、光蚀刻的墨水组合物(CN102834472A)、降低漫反射的导体结构(CN104067351A)、提高平面电阻均匀性的方法(印刷法CN103889595A、涂布法CN104094365A)以及导电薄膜形成的导电器件(US9801287B2)。天材创新关于纳米银线导电膜的申请主要涉及导电墨水配方以及对涂覆、蚀刻方式的改进，而不涉及具体的应用，其主要产品ClearohmTM也是纳米银线油墨。由于处于上游的纳米银线技术发展较早，终端大尺寸触控以及柔性触控的需求尚未形成，一直以来纳米银线产品未成功推广。2016年，天材创新资金链紧张，被台湾TPK公司收购，这一收购整合了纳米银线导电薄膜上下游产业链，使得台湾宸鸿TPK触控模块厂商、擅长塑料薄膜生产技术与卷轴式(roll-to-roll)生产技术的日本写真印刷NISSA参与到ClearohmTM薄膜以及触控产品的制造中。天材创新始终将自己定义为纳米银原料墨水供应者，并积极与中游的薄膜生产商-日本大仓工业株式会社、日立化成株式会社、东丽集团、信越聚合物株式会社、3M公司等合作，分别打造不同应用的纳米银线导电薄膜。天材创新在晋江、厦门建设了纳米银线生产基地以满足亚洲市场对这一原材料的需求，还一直致力于纳米银线全产业链的上位专利布局，积极与苏州诺菲纳米科技有限公司进行专利许可。由于天材创新的纳米银线专利布局较上位、全面，每一个专利均涉及几十个同族，并覆盖世界主要经济体，因此，如果其他企业涉及纳米银线的制备、应用，难免会触碰其专利权的边界。2019年天材创新就对C3Nano的核心专利US9183968B1提出多方无效程序，主张其专利权无效。

3.2 三星集团

三星株式会社在纳米银线透明导电薄膜领域的研发十分活跃，是申请量最大的申请人。如图4所示，三星从2007年涉足柔性纳米银导电薄膜的研发领域至今，共申请专利61件，这与其在柔性显示面板领域强大的技术实力是相对应的。经过短暂的技术开发期后，2010年开始申请量逐年上升，经2013年震荡后，2014年迅速达到申请量11件，2015年达到最高峰18件。之后申请量逐年降低，反映出其对薄膜的技术挖掘基本成熟，后期三星更多关注多层复合薄膜电极以及在触摸屏等具体应用的研发上。并积极通过技术转让掌握相关的核心技术。

图4 三星纳米银线透明导电薄膜申请量随时间的分布

三星株式会社在纳米银线透明导电薄膜领域的研发十分活跃，是申请量最大的企业申请人，除了关注导电薄膜的导电性、透光性外(US2015294751A1、CN105278787A、CN104347157A、CN106104706A)，三星株式会社还重点关注导电层的组成、其上基质层的组成、复合导电层的制备以及后处理等方式对导电均匀度(US2012018200A1)清晰度(CN104575700A、CN105590665A)、色彩、色差b*、a*值的影响(CN103730187A、CN104700927A)。

2019年折叠屏幕手机问世，使得三星在柔性显示领域再次领跑。通过对三星在纳米银导电薄膜领域的技术功效分析，可以看出，其专利技术方案非常多样：既有对纳米银线形状的选择，排布的设计、基底、导电层、基质层组分的优化、掺杂，又有对焊接、蚀刻步骤的打磨。三星尤其注重纳米银导电薄膜的色泽、色差、以及光电稳定性，以期将性能优异的导电薄膜应用于触屏面板以及柔性显示中，显示出三星对OLED显示领域的不断追求。积累了多年纳米银线导电薄膜领域的研发经验，三星在折叠屏幕、柔性穿戴领域会有更广阔的发展前景。

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，为中国科技大学团队打造，专业从事石墨烯和纳米银线等纳米新材料的开发和应用，其纳米银线导电薄膜的专利申请始于2016年，起步较晚，但是其石墨烯纳米银线复合柔性透明导电膜在2016年底已经实现量产。合肥微晶从2016年开始到2018年共申请纳米银线导电薄膜专利16件，其中13件集中在2018年。

合肥微晶专注于石墨烯以及石墨烯量子点与纳米银线的复合导电薄膜，其制备的透明导电膜透明性非常高、雾度极低、导电性优异，比纳米银线透明导电薄膜的光电性能更出色，因此，复合柔性导电薄膜可能会有更大的应用前景。此外，合肥微晶也越来越关注纳米银线透明导电薄膜的色泽、视觉效果方面的改进。因为其除了柔性透明复合导电薄膜外，还参与智能调光膜、智能电脑、会议、教学一体机等下游产品的应用研发，可见其后续申请还会继续对可视化效果进行改善。合肥微晶申请中基本没有外国同族，这可能与企业的布局有关，也反映了这一新成立的中国技术型企业目前没有国际化的诉求。

4 结 语

自2010年以来国内纳米银线行业进入蓬勃发展期，纳米银线厂家逐渐增多。虽然国内能生产纳米银线墨水以及透明导电膜的企业不少，但产业链能延伸到触控模组并量产供货的企业不多。从天材创新的发展历程可以看出，整合整个产业链条是纳米银线导电薄膜厂商需要面临的问题，仅握有上游的墨水以及涂膜技术导致了很多纳米银线领域企业的核心竞争力较为单一，不足以形成足具竞争力的产品，难以在行业中做大做强。像合肥微晶源于中科大团队，深圳华科创智研发人员始于香港科技大学，研发机构和企业强强联合，利用各自优势，使研发以市场为导向贴近应用，有利于促进成果的转化、应用，巧借外力推动产业的创新。企业之间也需要强强联合，整合透明导电薄膜的产业链条。

由于ITO材料电阻较大不适合做超大电容屏，目前市场上超大触摸屏基本都是红外屏，少量高价产品使用金属网格电容屏，因此纳米银线导电薄膜除了在柔性显示领域的良好前景外，在商业显示屏、电子白板、交互智能屏领域大有可为。随着教育信息化进入2.0时代，会议方式的智能革命，超大电容屏领域将是纳米银线透明导电薄膜发展的又一片蓝海。ITO替代材料的研发应紧跟应用的市场需求，开发产品线，以应对不同需求满足不同的客户体验；企业还需要密切关注国外非氧化物透明导电薄膜企业的研发动向，追踪前沿技术，及时调整自己的产品结构、布局，积极开发新的应用方向，以顺应瞬息万变的市场走向，减少企业的风险。

最后，我国市场是各国企业专利布局的热点地区，国外申请人在我国布局了大量基础性的专利。我国企业在将产品推向市场之前，还应作相关领域的专利检索，避免侵权。目前我国总申请量虽然排名世界前一，但进入美日欧韩的申请却寥寥无几，与其他国家差距明显。国外公司通常以核心上位技术专利为基础，构建完整的多角度多层次的专利保护壁垒。通过外围专利和后续专利的布局可获得市场利益的最大化。从美国天材创新在世界范围的专利布局以及针对其他公司发起的无效程序可以看出，知识产权壁垒对于占领市场和保护市场的作用正在不断涌现。我国企业可以采取走出国门的策略，对创新成果积极申请国外专利，在全球范围内进行专利布局，以借助知识产权优势协助产品走向海外市场，只有正视知识产权全球化的趋势，才能在全球化竞争中获胜。此外，还可以像苏州诺菲那样采用与天材创新进行交叉专利授权或购买专利的灵活策略，在竞争与合作的共存中不断求发展。