电致变色玻璃在过去十年中因其提高建筑物和汽车能源效率的潜力而受到越来越多的关注。高级顾问兼Chemistry实践负责人 Nicolas Nowak 分享了 Questel 对这一迷人创新领域的专利格局分析的主要发现。
术语“智能材料”用于描述能够感知外力并对其做出反应的材料，例如光、温度、应力、电场或磁场。其中一种智能材料是电致变色玻璃，它可以通过控制透过窗户的阳光量来提高建筑物和汽车的能源效率。
什么是电致变色玻璃？
我们知道玻璃主要是窗户和瓶子的首选材料，它具有特定的性能（高硬度、透明度、稳定性等），非常适合这些应用。然而，它的透明度也可能是其主要缺点之一，例如在建筑物和汽车中，即使您不希望它进入，它也会让可见光和红外辐射进入，从而造成过热的空间。
电致变色玻璃描述了一种智能玻璃，可以根据电压改变其色调或不透明度。它通常由两层玻璃组成，中间有一层薄薄的电致变色涂层。在标准状态下，涂层内的离子随机分布，导致到达它们的光大部分被漫射或反射，使玻璃变暗或不透明。但是，当施加电流时，涂层内的离子会迁移或自行排列，导致光线能够穿过，从而使玻璃变得透明。该过程是完全可逆的，并且色调的变化可以根据所施加的电压进行调节。
为了获得最佳性能，电致变色玻璃需要软件和控制来规定何时以及如何着色。这些可以结合使用预测和实时输入（例如天气、位置和云量），使软件和控件能够管理全天的采光、眩光、能源使用和色彩再现。通过这些以及附加的设置参数，玻璃可以根据光和热条件以及用户的喜好自动改变。
电致变色玻璃可能与光致变色玻璃混淆，光致变色玻璃经常用于“过渡”（太阳）眼镜，但与它们有很大不同。在光致变色玻璃中，当接收到的光子数量增加时，玻璃会变暗。不需要外部作用，该特性是材料本身固有的，并且与大多数电致变色系统相比，变化是渐进且非常缓慢的。
除了不同类型的电致变色玻璃的快速反应之外，它们的主要优点还包括：
- 能源效率：它们可以通过调节进入空间的热量和光量来减少建筑物和汽车的能源消耗。
- 提高舒适度：它们可以通过减少眩光和热量增益来提高乘员的舒适度，创造一个更加宜人和舒适的环境。
- 隐私：它们可以根据需要将玻璃调暗，从而减少对窗帘或百叶窗的需求，从而提供隐私。
- 美观：它们可用于创建具有视觉吸引力的外观和内饰，并且只需按一下按钮即可改变玻璃的外观。
由于这种调节光和热传输的能力，它们还在汽车、建筑、航空航天和眼镜等各个行业中得到应用。此外，它们最近被引入手机的相机快门和屏幕显示中，这将为电致变色玻璃市场创造充足的机会。该市场预计将从2022 年的 18 亿美元增长到 2030 年的近 40 亿美元，这意味着全球需求每年应增长 9% 左右。
电致变色玻璃竞争格局及市场份额分析
专利格局分析为创新提供了宝贵的见解，包括帮助我们预测技术的未来。在这一部分中，我将分享电致变色玻璃创新的专利申请可以告诉我们有关下一代这些材料的信息，包括该创新解决方案背后的主要行业参与者和主要研发 (R&D) 市场。
专利动态告诉我们有关该技术的创新状况的哪些信息？
为了了解该技术的创新和研发活动，我们使用我们专有的IP 智能软件进行了宏观搜索。通过利用我们的知识产权咨询服务专业知识分析收集的专利，我们能够对该领域的研究进展和投资产生令人着迷的全球见解。
该数据库总共包含过去 20 年提交的 5,080 个同族专利。专利申请动态显示，一项成熟技术在过去 20 年中的活动仍在增加，尽管这一趋势似乎在过去四年（2018-2021 年）中停止了。 2003 年检索到的同族专利数量约为 70 个，现在徘徊在每年 440 个左右。
智能材料：电致变色玻璃创新的地理热点
优先国家填充最常发生在研发所在的国家，因此查看这些数据可以向我们展示哪些国家最具创新性以及哪些国家寻求保护其发明。尽管排名前三的国家是欧洲和美国，但中国仍然被认为是电致变色玻璃发明的主要来源国，约占同族专利总数的52%。
美国和日本公司紧随其后，分别有 17% 和 9% 的专利首先在这些国家申请。与亚洲和美国相比，欧洲对研究活动的贡献仍然很小，但欧洲的申请活动似乎比本期初期更为重要。欧洲众多与节约建筑能耗相关的立法可能是这一活动的原因之一，尽管它仍远低于中国和美国的水平。
电致变色玻璃创新的市场覆盖范围
毫不奇怪，中国和美国等主要创新国家发布的发明数量最多。但随着绿色协议等更先进的节能计划的实施，市场似乎更加成熟，欧洲在这方面攀升至第三位。
电致变色玻璃：专利动态和顶级厂商
玻璃和化学行业的主要参与者是电致变色玻璃专利的主要创新投资者。主要贡献者是圣戈班，特别是其子公司圣戈班玻璃和 Sage Glass。该集团拥有 175 个同族专利，其中 148 个仍然有效。
View 是该领域的纯粹参与者，专注于智能窗户，该公司在我们的数据库中拥有 115 个专利族，其中 110 个是有效的。然而，该公司最近与美国证券交易委员会（SEC）发生矛盾，该委员会提出了涉嫌欺诈的指控。尽管如此，其专利组合仍然处于领先地位，可能会引起该公司潜在买家或投资者的兴趣。
其他重要参与者包括康宁、LG 化学、京东方科技集团和肖特，这些都是已进入该领域或确保作为该领域知名参与者的领先地位的老牌公司。然而，也有一些值得注意的较小公司，其中大多数是纯粹的参与者；例如，Gentex 是一家汽车制造商的原始设备制造商 (OEM)，专门为汽车和航空航天领域开发和制造定制高科技电子产品。同样，Halio（原 Kinestral Technologies）作为先进电致变色技术的开发商和制造商活跃在建筑/施工领域，以制造快速着色智能玻璃窗。
下表显示了过去 10 年中一些主要参与者的专利活动。
在这里我们可以看到，圣戈班作为玻璃行业的老牌企业，仍然在该领域不断创新，该公司过去五年的专利申请量达到了历史最高水平。另一方面，玻璃行业的另外三个主要参与者康宁、肖特和AGC Glass似乎正在慢慢减少在电致变色玻璃方面的活动。
该图表的另一个有趣的要点是，从 2017 年到 2019 年，来自电信界的参与者（广东 Oppo 移动通信、信利光电、联想视觉机电）最近到来，申请了电致变色玻璃专利，主要应用于手机。专利格局分析证实了该行业对这些材料日益增长的兴趣。
因此，我们可以清楚地看到，由于三个主要领域的需求，电致变色玻璃的市场将会增长：
- 建筑行业，在气候变化的背景下，电致变色玻璃可以帮助调节热和光并节省能源；
- 汽车行业，其玻璃天窗也将通过帮助调节光和热而同样受益于这些创新，以及
- 移动电话行业在过去五年中需求快速增长。
专利格局分析可以为研发、创新趋势和市场提供有价值的见解，正如我们希望对电致变色玻璃的分析所说明的那样。有关移动电信领域专利活动的更多详细信息或具体建议或支持，请联系 Questel IP咨询团队。
如需更多见解，请关注我们的资源中心和网络研讨会和活动页面中的出版物和网络研讨会。
关于作者
尼古拉斯·诺瓦克 (Nicolas Nowak)是知识产权战略和创新领域的高级顾问，也是Chemistry团队的实践负责人。 Nicolas 拥有分析Chemistry和质量管理硕士学位以及材料化学博士学位，在无机化学、项目管理和咨询活动方面拥有超过 16 年的经验。除此之外，Nicolas 曾在 COLAS SA 从事可视化和安全应用的玻璃基复合材料的工作，并在庄信万丰担任高级科学家，研究用于太阳能电池应用的新型玻璃和金属化银浆。