一、引言
量子点材料是一种零维结构的半导体材料，尺寸大小通常为1～100nm。依据量子力学理论，量子点中的载流子在3个维度方向上的能量都是量子化的，表现出的物理行为与原子极为相似，因此又被称为“人工原子”。随着材料维度的降低和结构特征尺寸的减小，量子尺寸效应、量子隧道效应、量子限域效应、量子干涉效应、表面效应、库伦阻塞效应以及多体关联和非线性光学效应都会表现得越来越明显。量子点材料展现出的不同于宏观材料的物理化学性质，使其在微电子、光电子、超高密度存储、超大规模集成电路、生命科学、量子计算、信息科学、能源环境科学中具有极大的应用潜能。在基础研究方面，基于量子点的纳米微电子、光电子器件具有超高速、超高频、高集成度、高效低功率和极低阈值电流密度、极高量子效率、高调制速度等众多优点，量子点材料在未来的纳米电子学、光子学、光电集成以及ULSI等方面的应用前景，极有可能在信息技术领域触发新的技术革命。在实际应用方面， 量子点作为一种新型的荧光材料，相比于传统的荧光染料，具有更加优良的荧光发射性质。激发光谱连续分布，发射光谱高度对称且狭窄，荧光峰位置可随量子点的物理尺寸和化学成分进行调控。近年来，随着量子点制备技术的不断提高，其作为荧光材料已经广泛应用于生物医学领域和图像显示领域[1-3]。
本文针对量子点材料这一技术领域，选用中国专利文摘数据库、德温特世界专利索引数据库，对该技术领域的国内外专利申请进行检索和统计分析，得出该领域专利申请分布情况和发展趋势，以供相关企业和相关研究人员参考。
二、量子点材料领域专利技术现状
1.国内专利申请总体情况
截至2016年6月底，国家知识产权局受理的量子点材料领域的发明和实用新型专利申请共5 500余件，其中，发明专利占比高达95%，一方面是由于对材料本身的改进只能通过发明的形式进行专利保护，另一方面也反映了量子点材料领域整体上属于技术含量较高的领域。图1为国内专利申请的申请人国别分布，其中，有79%来自国内申请人，9%来自日本公
司，11%来自韩国、日本、荷兰、英国等其他国家和地区。国内申请人所申请的专利中，来自高校、研究所等科研单位的申请量超过了2/3。这表明国内申请人，特别是国内科研院校和研究所，在量子点材料技术领域具备了一定的研发能力，并且已经意识到量子点材料具有巨大的应用潜力和广阔的市场前景，从而在国内专利申请的数量上取得了可喜的成绩。
2.专利申请量的年度分布
关于量子点材料的研究最初起始于20世纪80年代，以贝尔实验室和约飞研究所的2个研究团队为代表，研究发现不同尺寸的硫化镉可以产生不同的荧光。该结果不仅给予了量子限域效应实验上的支持，并在一定程度上解释了量子点尺寸和荧光之间的关系，同时为量子点的应用奠定了基础。
1988年2月，飞利浦电子及相关实业有限公司在英国、欧洲、日本提交了名为“一种形成量子点结构的方法”的发明专利申请，该方法采用具有特定波长的激光照射半导体材料粒子的胶体悬浮液，使半导体粒子在基板上沉积形成量子点，该申请为全球第1份有关量子点材料的专利申请。国内第1份有关量子点材料的专利申请为南京大学的陈坤基团队于1992年9月向国家知识产权局提交的名为“可见光致发光的硅量子点的制备方法”的发明专利申请，该方法
采用等离子体化学气相沉积技术和激光扫描辐照技术来制备晶化硅量子点，并在室温下观察到了可见波段的光致发光，该申请于1994年底获得授权。
图2示出了量子点材料领域中国和全球专利申请量的逐年变化情况。20世纪90年代之前为萌芽阶段，量子点材料还处于起步探索阶段，全球专利年申请量处于个位数。20世纪90年代为起步阶段，越来越多的研究者意识到量子点材料的应用前景，纷纷投身于量子点材料的科学研究，表现在全球专利年申请量的增加，这一阶段的申请多侧重于各种量子点材料的自身结构及其制备工艺，关于量子点材料在各具体领域的实际应用的申请比例较少。而这期间，国内提交的专利申请总量为个位数，全部来自国内高校和日本公司，反映了国内对于量子点材料的研究起步略晚，特别是这一时期国内企业还没有开始意识到量子点材料的广泛应用前景。21世纪以来，量子点技术进入快速发展阶段，国内和全球的专利申请量稳步增加，国内专利申请量更是在2010年后呈现出了爆发式上升的势头，由2000年的13件增长到2010年的333件，到2015年更是突破了1 000件。究其原因，一方面，在相关国内政策的扶持下，科研单位进一步加大了对量子点材料研究的投入；另一方面，随着量子点制备技术的改良和荧光性能的提高，量子点材料作为一种新型荧光材料，在生物医学、显示技术等领域获得了广泛的应用，越来越多的企业也开始在这一技术领域进行研发。2010年开始，越来越多的液
晶显示器制造企业将量子点材料应用于液晶显示屏的背光，以提高彩显示的能效和质，也在一定程度上导致了2010年后量子点材料领域专利申请量的飞跃式增长。
3.全球专利申请量国家排名
量子点领域全球专利申请量的国家分布见图3所示，中国、美国、韩国的国家申请量排名前3，其中，中国的申请公开量超过5 000件，几乎是位于第2名的美国申请量的2倍，是目前唯一一个申请量超过5 000件的申请国。可见，各国相关企业和研究机构都把中国作为未来量子点材料领域竞争的主战场，它们在中国积极进行专利布局，以寻求获得最大范围的技术保护和最大份额的市场。
4.专利申请的IPC分类号统计
IPC（国际专利分类表）是目前国际通用的专利文献分类和检索工具，其可以作为对某一技术领域进行现有技术水平调研和进行工业产权统计工作的基础，用于对各个领域的技术发展状况做出评价。表1显示出全球量子点材料领域专利申请量统计排在前10位的IPC小类分类号。从表1可看出，量子点材料领域专利申请的IPC分布覆盖了较多的技术领域，主要有H部（电学）、G部（物理）、C部（化学；冶金）、B部（作业；运输）和A部（人类生活必需）。具体技术内容上，小类H01L、C09K、B82Y、B82B均涉及到量子点的结构和制备，小类H01L中的部分大组还涉及半导体量子点材料在光电子器件、微电子器件中的具体应用；H01S主要为量子点激光器；G01N、C12Q、A61K主要涉及量子点作为荧光材料在生物医学、理化检测分析中的应用；G02F则涉及荧光量子点作为波长转换材料在彩液晶显示器的背光装置中的应用。由IPC统计可知，目前量子点材料专利申请可以分为结构和制备、光电子和微电子应用、检测分析应用、液晶显示应用这4大技术分支。
图4为各国或组织量子点材料领域专利申请的分类号分布情况。以便捷、高效、低成本刚的方法制备出性能优良的各种量子点材料是量子点应用的关键，因此量子点的结构和制备一直是各国专利申请的重点。在应用方面，国内基于量子点荧光材料的生物医学和理化检测分析为研究热点，申请量占比较大。量子点在激光器中的应用是量子点材料在美国和日本的申请热点，此外，量子点在显示方面的应用也是在美国专利申请的另一热点。
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