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传感器专利与商机一次看清楚

2016-02-26

        随着自动化设备及控制系统蓬勃发展,做为电子装置“感官”元件的传感器应用领域也大幅扩展,传感器可以说是物联网架构下让智慧连网产品执行即时互动的关键元件。什么是传感器?传感器关键厂商专利布局重点有那些?技术要项又有那些?BOSCH、DENSO、Honeywell、Abbott、SIEMENS、STMicroelectronics、Infineon等指标性大厂相对研发强度及技术要项布局如何?对此,本文进行深入剖析与探讨。
技术简介
        传感器(Sensor)可以定义为:“能够感知并检测欲量测对象物的物理量或化学量,并将其转换成可以计量的输出讯号之装置”。其中,量测的物理量包括:温度、压力、磁性、光等;而化学量则包括:pH值、浓度、纯度、湿度等。
        传感器可类比为人类的感觉器官(感官),像是影像传感器(视觉)、压力传感器(听觉)、温度传感器(触觉)、气体传感器(嗅觉)、味传感器(味觉)等。
        近年来随着自动化设备及自动化控制系统的蓬勃发展,做为电子装置“感官”元件的传感器应用领域也大幅扩展包括:运输、机械、建筑、医疗、家电、资通讯、制造加工等。
        未来在物联网带动下,智慧连网产品势必配备更优质传感器以符合即时互动要求,传感器的重要性可想而知。
影像传感器(Image Sensor)
        影像传感器由于制程技术差异可区分为两大类:CCD传感器以及CMOS传感器。其中,CCD传感器主要材质为矽晶半导体,基本原理是透过光电效应将光线能量转换成电荷,光线越强、电荷越多,这些电荷就成为判断光线强弱的依据。
        CMOS传感器为可记录光线强弱变化的半导体,是利用矽和锗两种材质做成的半导体,使其在CMOS上共存着带N极(带负电)、P极(带正电)的半导体,这两个互补效果的电极会对光线产生电流变化,并将光线强弱转换成输出讯号。
        影像传感器应用领域包括:智慧型手机、数位相机、远端居家监视、机器人、汽车、建筑等。
压力传感器(Pressure Sensor)
        压力传感器是检测气体或液体之压力强度,并将压力强度转换成输出讯号。依据材料差异可区分为:陶瓷传感器、电容传感器、半导体传感器、压电传感器等。
        压力传感器应用领域包括:气象、喇叭、麦克风、汽车、机器人、建筑等领域。
温度传感器(Temperature Sensor)
        温度传感器藉由对温度变化极为敏感的材料进行温度值测定,并将其转换成输出讯号。依据材料差异可区分为:热敏电阻传感器、白金感温电阻传感器、热电偶传感器等。
        温度传感器应用领域广泛包括:智慧手环、智慧家庭传感控制装置、机器、汽车、气象、建筑等。
气体传感器(Gas Sensor)
        气体传感器针对可燃性气体、毒性气体成分进行测定,并将其转换成输出讯号。依据材料差异可区分为:半导体传感器、电化学传感器、催化燃烧传感器、热导传感器、红外线传感器等。
        气体传感器应用领域包括:家庭、办公大楼、矿场、工场、汽车等。
味传感器(Taste Sensor)
        人类舌头上的味觉细胞膜内侧与外侧由氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)不同离子浓度的盐水填满,当钾离子从内往外流时会产生膜电位变化,若味觉细胞膜吸附味道原因离子或化学物质,味觉细胞膜会产生膜电位变化,并透过味觉细胞后端的神经再将电位变化传给大脑,此时,人类就会感觉到味道。
味传感器就是藉由对离子浓度进行电位差测定,并将其电位差值转换成输出讯号。味传感器应用领域包括:食品检测、医疗检测等。
专利探勘
检索策略
        针对传感器(Sensor)进行专利探勘分析,藉此深入瞭解传感器领域重要专利权利人(Assignee)专利布局情形及对产业可能造成之影响。
        拟定如下专利检索策略与执行步骤:
选择专利资料库
        选定美国专利暨商标局(USPTO)专利资料库做为此次专利探勘分析主要资料来源。
拟定检索关键字
        首先,透过技术论文、新闻报导、关键厂商、诉讼案件、关键词汇、专利分类、科技部落格等相关讯息的搜寻与浏览,标定出传感器专利检索重要特征讯息,并采用“资策会专利地图分析探勘平台”进行专利检索与分析任务。
        其次,进一步设定专利申请日期(31995)、专利分类码、关键厂商、关键词汇等做为传感器专利探勘检索。
        另外,搭配专利名称(Title)、专利摘要(Abstract)、专利请求项(Claim)等栏位进行关键词汇的输入与检索。
筛选资料
       针对专利检索初步结果进行研判与调整,另外,再加上相关引证专利进行探勘资料补强,最后,共计筛选出35,423件传感器专利进行探勘分析。
趋势分析
文字探勘(Text Mining)
       文字探勘(Text Mining)结果筛选出28项传感器专利布局之技术重点。值得注意的是,传感器重要类别以及相对应专利透过文字探勘明确筛选出来,包括:影像传感器(5,789件专利)、温度传感器(3,701件专利)、压力传感器(3,565件专利)、气体传感器(2,500件专利)、加速传感器(1,037件专利)、转矩传感器(494件专利)、触控传感器(483件专利)、血糖传感器(418件专利)、超音波传感器(367件专利)。
        另外,分析物传感器(968件专利)、无线传感器(950件专利)、传感器节点(926件专利)、角速度传感器(337件专利)、工作电极(317件专利)也是传感器重要的技术要项。
资料探勘(Data Mining)
        透过资料探勘(Data Mining)功能针对35,423件传感器专利进行比对分析,进而掌握传感器专利所属行业别(Sector)、领域别(Field)分布情形。
        值得注意的是,测量(Measurement)占领域别比重最高达到37.9%,诸如:各式各样传感及其量测技术皆含括在测量领域。
        另外,值得一提的是,测量(Measurement)结合运输(Transport)构成运输传感器应用技术,测量结合医疗技术(Medical technology)构成医疗传感器应用技术,测量结合机器构成机器传感器应用技术,后续可进一步展开为运输传感器、医疗传感器、机器传感器等专题研究。
相对研发强度分析
        透过“资策会专利地图分析探勘平台”资料探勘(Data Mining)功能,并针对传感器专利权利人(Assignee)相对研发强度进行分析,评比项目包括:专利件数、他人引证次数、自我引证次数、发明人数、平均专利年龄、活动年期等。
        资料探勘结果挑选出30家相对重要的传感器专利权利人进行相对研发强度分析,藉此瞭解其拥有的专利权对传感器的产业影响力。
        进一步发现,德商BOSCH在传感器相对研发强度表现较佳,主要原因为专利件数、发明人数等评比项目高于其他29家专利权利人所致。
        很明显地,传感器以美商、日商、欧商较具研发能力,未来在物联网(Internet of Things)带领下,美、日、欧等国传感器主要制造商将持续影响智慧连网产品所属传感技术之发展,值得相关科技界密切注意上述主要制造商近期开发成果与专利布局动向。
技术要项布局分析
        透过文字探勘(Text Mining)筛选出的28项传感器技术要项,并对应30家相对研发强度较强的专利权利人进行技术要项布局分析,藉此瞭解传感器重要专利权利人技术开发动向之差异。
        进一步发现,美商在医疗用途传感器技术的布局远高过于欧商以及日商,因为,文字探勘结果中与医疗用途直接相关的技术要项包括:分析物传感器(Analyte Sensor)以及血糖传感器(Glucose Sensor)。其中,分析物传感器有373件专利,美商占359件、比重达96.2%,而握有相关专利的美商包括:Honeywell、MEDTRONIC、DexCom、Abbott、OmniVision、General Electric、COVIDIEN LP、FORD等。
        另一方面,血糖传感器有304件专利,美商占297件、比重达97.7%,并且握有相关专利的美商包括:JP MORGAN CHASE BANK(投资银行)、MEDTRONIC、DexCom、Abbott等。
        很明显地,欧商及日商较着重发展资通讯、建筑、机械、汽车用途传感器技术,像是影像传感器(Image Sensor)、压力传感器(Pressure Sensor)、温度传感器(Temperature Sensor)、气体传感器(Gas Sensor)、触控传感器(Touch Sensor)、转矩传感器(Torque Sensor)、超音波传感器(Ultrasonic Sensor)、角速度传感器(Angular Velocity Sensor)等。
        另一方面,美商则相对投入更多研发资源发展医疗用途传感器技术。显然,美商目的就是为了要掌握智慧医疗产业关键技术与市场先机,此布局动向值得相关科技界密切关注其后续发展演变。
MIC观点
        传感器核心技术集中于美、日、欧厂商手中,美商积极布局医疗用途,日商及欧商相对着重发展资通讯、汽车、建筑、机械用途
        针对传感器进行相对研发强度分析、技术要项布局分析发现,传感器以美商、日商、欧商较具研发能力,因为相对研发强度TOP 30厂商中,美商占有11家、日商占有9家、欧商占有7家。
       另外,传感器技术要项布局分析发现,美商、日商、欧商投入研发资源积极发展资通讯、汽车、建筑、机械、医疗用途传感器技术。
       其中,美商在医疗用途传感器技术的布局远高过于日商及欧商,因为文字探勘结果发现血糖传感器专利美商占比重达97.7%、分析物传感器专利美商占比重达96.2%。
       很明显地,美商相对投入更多研发资源发展医疗用途传感器技术,其目的就是布局智慧医疗产业关键技术与商机。反观日商及欧商相对着重发展资通讯、汽车、建筑、机械用途传感器技术,深耕传感器目前主要用途。
       未来在物联网带领下,美、日、欧等国主要传感器制造商将持续影响智慧连网产品所属传感技术之发展与应用,值得相关科技界密切注意上述主要制造商近期开发成果与专利布局动向。

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