推进浙江省红外传感器产业发展的对策建议

　　文/林志坚 吴巧玲 储晓露 仇秋飞(浙江省科技信息研究院)

　　近年来，物联网、人工智能技术的发展推动红外传感器产业呈现爆发式增长。本文从加强政府引导与扶持培育优势企业、密切关注竞争对手针对性开展专利布局、强化热点技术新兴技术专利布局和实施专利导航工程引领产业升级等角度，提出了浙江省发展红外传感器产业的思路与对策，为相关部门提供决策参考。

　　红外传感器是用红外线为介质的测量仪器，广泛应用于国防、安防、航天航空、石油、化工、钢铁、冶金、矿山、环保、市政、医疗、食品等诸多领域(张雪、梁晓庚，2013)。近年来，随着互联网与物联网的高速发展，红外传感器在新兴的智能家居、可穿戴设备、智能移动终端等领域的应用突飞猛进，大幅扩展了应用空间，需求量也发生数量级的改变(卢坤，2016;邵永星,2013;刘玉宾，2011)。红外传感器带动了产业和消费结构升级及大量新业态涌现，迫切需要进一步研究红外传感器新形势下知识产权保护在内的战略部署，推进供给侧结构性改革和政策引导。浙江省是国内物联网技术研发及产业化应用研究的先行者之一。据了解，浙江省约有300家企业不同程度地生产制造敏感元件及传感器，产业集中度列北京、上海、广东、江苏之后，在产业基础技术研发与应用等方面已形成一定领先优势。涌现出包括麦乐克电子、浙大网新、中瑞思创、聚光科技、中国电子科技集团公司第五十二研究所、海康威视、银江股份和东方通信等一批特色优势企业，在细分领域具备较好的技术基础和产业影响力(陶冶，2011)。目前，全省基本形成了包括关键控制芯片设计研发、传感器和终端设备制造、物联网系统集成以及相关运营服务的全产业体系(陶冶，2011;李文博，2016)。为提升浙江省乃至我国红外传感器产业的竞争力，本项目以红外传感器的核心部件红外特征敏感元件等为研究对象，从国家层面、省级层面、专利权人层面、技术层面开展专利分析研究。明确我国红外传感器产业发展态势、生命周期、地域分布及其技术构成、主要专利权人及其技术构成、核心专利技术等内容，分析了浙江省发展红外传感器的优势与存在的问题。

　　一、红外传感器特征敏感元专利分析

　　(一)从产业发展现状和趋势看

　　从产业发展现状和趋势看，红外特征敏感元件技术正处于快速发展期，具有广阔的发展前景。红外特征敏感元件技术第一份相关专利出现于1963年，至今历经了四个典型发展阶段：第一阶段技术孕育期(1963—1976年)、第一次快速发展期(1977-1987年)、波动发展期(1988—2007年)和第二次快速发展期(2008—2018年)。人类社会进入互联网时代以来，“互联网+传感器”推动物联网大发展的同时也进一步推动了传感器的加速扩张;特别是近年来，人工智能技术的发展再次引爆传感器市场。许多风投机构、巨头公司开始注重在传感器领域的投资布局。2008年以来，该领域专利申请数量直线上升，年均专利申请量180项。可以预测，未来红外特征敏感元件药物专利申请量仍会有持续增长的趋势，发展前景毋庸置疑。最近10年的专利申请主要来自我国的中国科学院上海技术物理研究所、电子科技大学、杭州麦乐克、中国科学院半导体研究所和华中科技大学，以及日本的富士胶片、三菱公司;可以说中国引领了全球红外传感器特征敏感元的第二次快速发展浪潮。

　　(二)从技术研发情况上看

　　从技术研发情况上看：(1)德温特MC代码分析发现，在红外特征敏感元件的应用方面，主要集中在温度测量(S03-A03、S03-B01，尤其是高温测量)、红外成像仪(W04-M01E1)和集成电路辐射传感器(U13-A01)等领域。以传感器类型来分，基于电子辐射的光度测量系统(S03-A01B)、热释辐射探测器(U14-E01)和固态图像拾取元件(W04-M01B5)是当前的研究热点。在传感器的制作方面，半导体加工成电极(L04-C11C)和电极与互联层的形成(U11-C05C)是研究热点。(2)德温特ThemeScape地图分析发现，该领域的研究热点主要集中在五大方向：热释电薄膜和改进型硅基沉底在热电传感器中的应用;碲镉汞材料在光电传感器中的应用;锑化镓、铟化镓材料和铟柱在量子阱红外焦平面探测器中的应用;电荷耦合摄像传感器;气体传感器。(3)对主要敏感元类型分析发现，在热电传感器中涉及热释电型的敏感元件最多;在光电传感器中涉及光伏特型的敏感元件最多;此外，涉及滤光片的专利也较多，涉及MEMS技术的专利较少。肖特基势垒、量子阱红外传感元件和滤光片主要分布在2014年以后，属于近期较为热门的技术;相比之下，热释电、光电导、热电偶和电荷耦合4类红外传感技术发展较早，专利主要分布在2007年以前，属于较成熟的技术。(4)新兴技术分析发现，电脑的时钟信号生成/分布、可变功率透镜组和FET半导体衬底电极制造等技术是红外特征敏感元领域的新兴应用技术。

　　(三)从专利的全球区域分布角度看

　　从专利的全球区域分布角度看，日本是全球红外特征敏感元专利最多的国家，其次是中国和美国。日、美、法均十分重视向海外申请专利：日本在美国、中国、韩国和欧洲地区均申请了大量专利，其PCT和欧洲专利申请全球最多，占本国相关专利比例14.4%;美国也十分注重PCT和欧洲专利的申请，占本国相关专利比例高达63.6%，同时也积极在中国、日本和韩国等东亚较发达地区申请专利。从日、美的同族专利申请情况也可以反映出其外向型的市场战略。相比之下，中国研发机构向海外布局红外特征敏感元件专利的比例相对较少，PCT和欧洲专利仅占比1.2%，专利申请主要集中在本国。这说明近年来国内创新主体对红外特征敏感元件研发投入和专利保护意识虽有所增强，但值得向国外申请专利的真正有价值的技术较少，侧面印证了我国在红外特征敏感元件领域核心技术的缺失。

　　(四)从中国专利的区域来源看

　　从中国专利的区域来源看，在1676项中国专利中，来自国内申请人的专利占比87.9%，来自国外机构的专利仅占比12.1%。这表明国外企业和科研单位在我国的专利布局还不深入，国内发展红外传感器产业收到来自国外的专利壁垒比较小。但是值得注意的是，我国CCD敏感元的专利不多，而且有44%的专利来自日本，该技术子领域是我国研究的薄弱点，我国企业和科研院所需加快研究步伐，并关注上述日本企业的在华专利布局。在国内省市排名中，上海、北京的红外特征敏感元件专利最多;随后是浙江、四川、湖北和江苏。在主要地市排名中，杭州、成都和武汉专利较多，在上海、北京之后，处于第二梯队。产业专利聚集度分析发现，浙江省在红外特征敏感元件产业中的研发投入力度不强，既定的产业资源布局不能够使红外传感器产业成为浙江省的优势产业。

　　(五)从竞争机构上看

　　从竞争机构上看，全球红外特征敏感元件专利申请排名Top20的申请人主要来自日本和中国，其中Top10申请人有6个来自日本，4个来自中国。在国外，针对红外特征敏感元的研发，以企业为主，高校院所较少;在国内，专利申请人则以高校院所为主，企业相对较少。该领域全球的主要专利申请人是松下、富士通、三菱、中国科学院上海技术物理研究所和NEC公司。专利申请时间分布看，松下、堀场集团、富士通、NEC和东芝的相关专利相对较少，主要集中在2007年及以前。近5年专利申请比较活跃的机构有：中国科学院上海技术物理研究所、电子科技大学、富士胶片、中国科学院半导体研究所、华中科技大学、上海集成电路研发中心有限公司、中国电子科技集团公司第十一研究所、烟台睿创微纳、美国ARC公司和南阳森霸;尤其是美国ARC公司的专利全部集中在这一段时间。从申请人技术特长看，松下主要侧重于热释电和光伏特敏感元的研究;富士通和中国科学院上海技术物理研究所侧重于光伏特、光电导和量子阱敏感元研究;NEC侧重于光伏特、光电子和热敏电阻敏感元研究;杭州麦乐克绝大多数专利都涉及滤光片;富士胶片侧重于滤光片和CCD(电荷耦合)敏感元件;ARC公司的专利主要涉及热释电和热敏电阻敏感元。中国专利的Top20申请人分析发现，中国科学院上海技术物理研究所、电子科技大学、杭州麦乐克的专利较多。日本的松下、富士胶片、三菱和NEC公司在我国也有不少专利布局，分别位列第8、15、16和19位;说明这些企业十分重视中国市场，早已在我国开展专利布局，国内企业需重点关注上述外国公司在国内的专利申请动向。

　　(六)从竞争机构专利布局策略看

　　从竞争机构专利布局策略看，在红外特征敏感元件领域各主要专利申请人的技术特长具有明显不同：松下主要侧重于热释电和光伏特敏感元的研究;富士通和中国科学院上海技术物理研究所侧重于光伏特、光电导和量子阱敏感元研究;NEC侧重于光伏特、光电子和热敏电阻敏感元研究;杭州麦乐克绝大多数专利都涉及滤光片;富士胶片侧重于滤光片和CCD(电荷耦合)敏感元件。国内专利申请人中，中国科学院上海技术物理研究所和中国电子科技集团公司第十一研究所侧重于光伏特、光电导和量子阱敏感元研究;中国科学院半导体研究所侧重于量子阱和光伏特;中国科学院上海微系统与信息技术研究所和中国科学院重庆绿色智能技术研究院在MEMS技术的研究比较多;南阳森霸和郑州炜盛侧重于热释电和滤光片。

　　二、推进浙江省红外传感器产业发展的思路与对策

　　(一)加强顶层设计，配套政策扶持

　　为改善浙江省红外特征敏感元件专利数量不多、专利聚集度低、产品研发缺乏特色、核心技术欠缺等问题，政府可从以下三方面入手。一是，研究设立红外特征敏感元件重大专项，在CCD敏感元、MEMS技术应用、热电偶和热释电型敏感元等我国专利较少的领域开展基础研究攻关，夯实基础、提升整体技术水平。二是，积极引导企业与高校院所开展产学研合作，在提升企业科研水平的同时，促进基础科研成果落地生根。国内企业可关注中国科学院上海技术物理研究所、电子科技大学、中国科学院半导体研究所、华中科技大学和中国电子科技集团公司第十一研究所等在红外特征敏感元件领域专利数量较多、研究基础较好的高校院所，开展产学研合作。发现具有发展前景的项目，要及早介入洽谈合作，采取合作研发、技术转让、团队引进等方式，以资本优势实现弯道超车，争取获得突破性进展。三是，研究出台红外传感器专项扶持政策，建立相关投资引导基金，引导社会资本合理向红外传感器核心技术领域流动，推动我省红外特征敏感元件技术发展。

　　(二)密切关注竞争对手，强化热点技术、新兴技术专利布局

　　日、美、法等发达国家开展红外特征敏感元件研究与应用起步早，在全球进行了较为密集的专利布局，占得先机。浙江省企业和科研机构应重点关注松下、富士通、三菱、NEC、富士胶片、法国原子能和替代能源委员会、美国ARC公司等竞争对手的研发动态与最新成果及其在华专利申请。如：对于松下公司，主要跟踪其在热释电和滤光片领域的专利布局;对富士通公司，关注其在肖特基、量子阱、光电导型敏感元方面的研究;对于三菱公司，关注其在热敏电阻和CCD等方面的专利布局;对于NEC公司，关注其在光电导和光伏特型敏感元件的专利布局;对于法国原子能和替代能源委员会，关注其在光电导和CCD等方面的专利布局;对于ARC公司，关注其在热释电和热敏电阻敏感元的专利布局。在专利布局策略上，要优化专利布局，在重视核心专利的同时，更要重视外围专利，在方法、用途、整机等方面多做文章，才能形成牢不可破的专利保护网。另外在新兴技术方面，我国企业和科研机构可关注电脑的时钟信号生成/分布、可变功率透镜组和FET半导体衬底电极制造等技术近三年来新技术较为聚集的技术领域，提前开展技术攻关。针对重要研究成果积极申请PCT专利，为开拓海外市场构筑知识产权保护网。

　　在国内机构方面，浙江省创新主体需密切关注的竞争对手及其技术特长：中国科学院上海技术物理研究所和中国电子科技集团公司第十一研究所，关注其在光伏特、光电导和量子阱敏感元的研究;电子科技大学，关注其在热敏电阻和热释电敏感元的研究;中国科学院半导体研究所，关注其在量子阱和光伏特敏感元的研究;中国科学院上海微系统与信息技术研究所和中国科学院重庆绿色智能技术研究院，关注其在MEMS技术的研究;南阳森霸和郑州炜盛电子公司，关注其在热释电和滤光片领域的专利布局。

　　(三)实施专利导航工程，引领产业升级

　　为提高浙江省红外传感器产业创新主体的专利创造与运用能力，政府在专利导航产业发展工作上，可适当支持和引导企业与高校院所联合申报企业运营类专利导航项目，充分发挥知识产权对企业科技创新的引领支撑作用，加快培育建设省专利导航产业发展实验区，发布红外传感器产业专利发展态势报告。通过专利导航与合理的专利布局，在浙江省具有一定专利基础的子领域(如滤光片)，以及新兴技术领域形成一批专利组合，构建支撑产业发展和提升企业竞争力的专利储备，提升浙江省红外特征敏感元的产业专利聚集度，充分发挥专利引领产业升级发展的作用。

　　(四)支持创新创业，建立产业联盟

　　红外传感器是近年发展较快的高新技术产业，浙江省相关企业大多处于初创阶段，浙江省应依托创业氛围浓、民间资本活等优势，大力支持红外传感器领域，尤其是特征敏感元领域创新创业，打造产业生态，形成优势特色。重点支持红外传感器企业相对集聚的地区，打造一批专业化的产业众创空间、孵化器、产业园区和特色小镇。为加强红外特征敏感元的协同创新发展，目前，国内先进省市已成立了一些产业联盟或行业协会。建议浙江省积极依托龙头企业、重点园区，组织建立红外特征敏感元产业联盟，引导支持高校院所、高新技术企业之间的合作。构建“产-学-研-用”一体化的敏感元件发展模式。

　　本文为“智江南”智库研究成果，浙江省专利战略推进项目“红外传感器技术专利战略研究”(2018Z01018)的部分研究成果。