产生与发展、经济影响的实证调查

 一、引言
    “专利丛林”一词最早出现在20世纪70年代美国施乐公司影印机生产的反垄断诉讼中。Shapiro(2001)从经济学角度将其重述为多个公司所有的知识产权所形成的密集交叠的网络，而专利的“密集(dense)”和“交叠(overlapping)”是专利丛林的两个基本特征。当创新者遭遇了专利丛林的阻碍，那么他必须“一路披荆斩棘”才能实现新技术的商业化。一方面，为数众多的专利许可费，即便每一笔的金额都不大，但累加后金额则会非常巨大。以计算机技术为例，美国计算机微处理器相关专利有9万多个，这些专利分别为1万多个专利权人所持有。在此情况下，一个企业要开发一种计算机产品至少须获得几千乃至上万件专利许可，累积的高昂许可费成本会抑制厂商开发与推广新技术。另一方面，如果创新者在设计乃至大规模生产了新产品后，发现使用了某些未获许可的专利，将面临被专利权人敲竹杠的风险。此时创新者被置于非常不利的谈判地位，专利权人可以侵权诉讼形成有效的威胁，向创新者勒索高昂的事后许可费。美国联邦贸易委员会2003年度报告指出，在一些行业中存在大量已发布或正在申请的专利，使搜索所有潜在相关的专利、检查每项专利包含的内容，以及评估侵权风险和许可需求在实际上是不可能的。这使一些“高危”领域创新被迫放弃，例如在软件行业中，众多已有软件专利技术中每一项的持有者，都可以阻碍软件创新产生。
    近年来，在生物制药、计算机软硬件、通信以及纳米技术等许多高新技术产业中严重的专利丛林问题已引起了学者们的广泛关注(Heller & Eisenberg，1998；Shapiro，2001；Hall & Ziedonis，2001；Thumm，2005；Bawa et al.，2005)。就国内来看，学者们关注的焦点在于交叉许可、专利联盟及联合标准设置等解决方案，而非专利丛林问题本身。但是对专利丛林问题本身的深入分析，是提出新颖、有效解决方案的基础。针对这一现状，本文展示了专利丛林产生与发展，通过博弈模型分析了其经济影响，而后评介了几种专利丛林的度量方法。
    二、专利丛林的产生与发展
    专利制度是一种通过赋予专利发明人一定时间、范围内的垄断权，来激励私人研发投资的机制。由于专利垄断价值与其社会福利价值是紧密联系的，即社会福利效用越大的专利带给专利权人的垄断利润越多，因此专利制度能激励最具社会福利价值的研发项目投资，使研发资源在全社会范围优化配置。但是将垄断权作为对发明创造的奖励，会阻碍新知识的推广和使用并限制市场竞争，由此降低了社会公共利益。那么从整个社会的角度来看，专利制度即是一把“双刃剑”，处于主导地位的鼓励研发投资正面影响，与居于从属地位的损失商品或服务竞争性供给的负面影响并存。然而在复杂技术背景下，专利制度的有效性却遭到普遍质疑。如Stiglitz在联邦贸易委员会1995年高科技全球竞争政策听证会上指出，在累积创新和多重阻碍专利存在的复杂技术环境中，强力的专利保护会对创新产生不正当的窒息效果。
    所谓复杂技术是指，“不能被单个专家所完全、彻底的理解，以跨越时间和空间将细节传达给其他专家的工艺或产品”(Roycroft & Kash，1999)。换句话说，复杂技术一般为多个知识片段的有机聚合，无法被某一项专利完全覆盖。因此在复杂技术背景下，专利不能完全保证专利权人对一项技术的独占使用。而相反的，专利权人却能阻止其他人制造、销售和使用被该专利所覆盖的商品或服务。当一项复杂技术应用需要引用多个权利人拥有的大量专利，便产生了专利丛林问题。即技术复杂化趋势是专利丛林产生的根本原因。Ziedonis(2004)对美国电子信息企业1975-1996年半导体专利引用方面的研究显示，该领域专利跨公司引用的数量及单个专利被引用频次都有明显增加。而Cassiman & Veugelers(2006)的相关研究显示，66%以上的企业在进行创新时需要同时使用内部和外部的研发成果。这表明在科学技术飞速发展的今天，如计算机软硬件、生物医药、信息技术和纳米技术等越来越多的领域呈现出技术复杂化趋势，专利丛林随着科技的发展正变得日益突出。
    更严重的是，专利丛林存在本身会激发企业申请更多的专利，是一个自我繁殖、强化的系统。这是因为专利丛林的存在，意味着企业在创新活动中将面对更高的引用他人专利的可能性。那么出于进行交叉许可协议谈判或以反诉应对的侵权诉讼的目的，许多企业对专利丛林问题唯一可行的应对方案，就是自己也去申请尽量多的专利。Oracle高级副总裁Baker在美国商标局1994年听证会上，将该公司的专利策略描述为：“我们的工程师和专利律师认为，开发一项复杂的现代软件产品，而不涉及多个已有专利几乎是不可能的。作为防御策略，Oracle公司花费了许多时间和金钱，选择性的申请最有可能用于与诉讼Oracle侵权的公司达成交叉许可协议的专利。如果对手也是一家软件公司，我们很希望能以自己的专利与其达成交叉许可，以使我们免受诉讼。”而IBM公司总裁Smith于1990年将该公司的专利战略描述为：“庞大专利组合能够给予IBM公司在交叉许可协议中很大的自由度——它使我们能够使用其他公司的发明，这对创新来说是至关重要的。没有直接明确的计算方法，但能够使用其他公司的专利是极具战略价值的，这种价值要比从9000个现行专利中获得的许可费大得多。”这说明，个体对专利丛林问题的理性应对，结果会造成该问题进一步严重化。
    当前在半导体、生物技术、计算机软件和互联网等一些重要产业中，专利丛林问题的产生与蔓延已日益严重化，主要表现为以下四个方面：
    首先，专利申请和授权的数量显著增加。据《世界知识产权指标报告(2009)》显示，2007年全世界专利申请受理量达到185万件，比2006年增长了3.7%，计算机、通讯和声像技术领域的专利申请增长达到6%以上。2008年根据专利合作协定(PCT)申请的国际专利总量约为163600件，比2007年增加2.3%。2007年全世界专利授权总量预计约764700件，比前一年增长了1.6%。截至2007年年底，世界范围有效专利的总数约达到630万件。学者们将这样的专利发布形容为“犹如洪水般泛滥”。
    其次，专利覆盖范围更加广泛。在生物遗传工程领域，美国最高法院1980年判决通用电器公司对一种吞噬海洋泄漏石 油的微生物拥有专利，这意味着“太阳底下的任何人为事物均可成为专利法保护对象。”近来许多不符合“新颖”和“非显而易见”标准的商业手段也获得了专利权，尤其在电子商务方面，如的“顾客驱动条件购买提议”、Amazon的“单击网上商店系统”如的“以网络下载的方法贩卖音像制品”等。而以往不涉足专利申请的银行、保险公司和信托机构等金融企业，也纷纷开始申请商业手段专利，美林银行、摩根斯坦利、高盛银行、花旗银行已分别注册110、251、283、580件专利。
    再其次，“专利挖掘”和“专利延长申请”被专利权人普遍使用。专利挖掘是指专利权人重新检查拥有的专利组合的覆盖领域，发现任何可能侵权的企业(无论是否为竞争对手)，更加积极的对它们进行侵权诉讼。德州仪器开启了专利挖掘的先河，以侵犯“Kilby”集成电路专利为由起诉了NEC、东芝、日立等日本半导体公司，并获得巨额许可费收入。此后越来越多的公司开始效法德州仪器，使自己的专利“物尽其用”。专利延长申请是指在原专利文件的基础上添附或更新部分内容(也许并非重要的)，以实现保护期延长甚至新的专利发布等。如Rambus公司于1997-1999年间更新申请了1990年获得的4个生产新一代高性能芯片接口存储产品的专利，并在2000年诉讼Infineon公司侵犯了这些专利。虽然Infineon已根据电子设备联合会(JEDEC)的SDRAM标准获得了原专利的许可，但仍被法院判决侵犯了Rambus延伸后的专利权。
    最后，专利许可供求不匹配，供需双方矛盾激烈，侵权诉讼此起彼伏。目前专利许可市场处于“部分失败”的状态。Razgaitis(2004)通过对229家美国和加拿大企业的调查发现，所有可对外许可的技术中仅有4%被实际许可。Gambardella et al.(2007)对欧洲企业专利许可的研究也显示出类似的结果，虽然大型企业和小型企业希望对外许可的专利技术比例分别为16%和37%，但实际的许可比例分别为9%和26%。而与此同时，许多对专利许可的需求却得不到满足。如美国宾州大学和斯坦福大学联合组织的一次调研结果表明，25%以上的医师和药剂师曾由于无法获得专利许可而放弃使用某项临床测试。1997-2006年这10年间，美国围绕专利侵权的诉讼案增长了约60%。2008年全球经济危机引爆新一轮全球专利大战，卷入专利侵权诉讼的跨国公司不断增多，且诉讼标的越来越大。代表性案例如2009年6月，美国Guardian Media Technologies公司诉讼中国海信、康佳等企业出口到美国的电视机、计算机、影碟机等各类视频播放装置侵犯其专利。
    三、专利丛林的经济影响
    经济学家大都认为，专利丛林的存在会抑制专利的创新激励作用，放大专利的垄断力量，并由此损害社会福利。对该影响细致完整的讨论，需建立庞大的多阶段博弈模型，求解很复杂且结果不直观。为简捷说明问题，本文一方面由专利竞赛模型说明专利丛林对研发投资的影响；另一方面由事后视角博弈模型说明专利丛林对竞争和社会福利的影响。
    (一)对研发投资的影响
    考虑一项垄断市场价值为M的创新产品，必须同时使用n＞1项互补的必要专利完成。市场上有A、B两家风险中立的公司进行相关专利的研发，进行如下两阶段博弈。
    
    
    
    影响1：专利丛林“密集”的特征会减弱厂商研发投资的整体规模，而“交叠”的特征则会消除现有专利权人进一步进行研发投资的动机，由此专利丛林对创新产生了抑制效应。
    (二)对竞争及社会福利的影响
    在相关专利已经被开发并授予完毕的基础上，考虑一个由上下游两部分构成的完全信息垂直结构市场，其上游是专利许可市场，下游是同质产品市场。有三类企业在该市场上活动：第一类是n家既在上游进行专利许可，又在下游生产产品的纵向一体化企业｛v1，v2，…，vn｝(下文简称V企业)；第二类是m家仅在上游从事专利许可的专业研发企业｛u1，u2，…，um｝(下文简称U企业)；第三类是s家仅在下游从事产品生产的专业生产企业｛d1，d2，…，ds｝(下文简称D企业)。每家V企业和U企业各拥有一项生产下游产品所必需的互补专利，各V企业和D企业共同使用上述n+m项专利在下游生产同质产品。为保证研究的普适性，进一步假设n≥2，m≥2，且s≥1。Shapiro(2001)对n=0，即市场上不存在V企业此特殊结构的市场进行了充分讨论。当n=1时，V企业为保持下游垄断地位，将拒绝许可其专利。当m≤1时，各V企业可通过交叉许可优化利润，对外许可的联盟不会形成，而U企业(如存在)更倾向不加入联盟。当s=0时，V企业将“退化”为D企业，市场均衡与n=0的特殊情况相同。下游产品线性反需求函数为，P(Q)=a-bQ，a，b＞0且a＞c，c为除专利许可费外，下游企业对称的边际生产成本。市场产量Q为全部V企业与D企业产量之和，即。
    
    
    影响2：专利丛林形成了进入壁垒，使不拥有专利的潜在产品生产商无法进入下游市场，由此削弱了产品市场上的竞争。
    将式(14)、式(15)、式(16)代回式(10)、式(11)，可得到各V企业和U企业的均衡利润，以及消费者剩余CS分别为：
    
    影响3：专利丛林中许可费用的累积形成了多重边际，导致市场效率降低，厂商利润与消费者剩余被损害，社会福利水平下降。且多重边际效应在下游市场也占据主导地位，此时即便更多纵向一体化企业从事下游生产，也无益于社会福利水平提高。
    综合上述三方面影响，专利丛林在事前会抑制研发投资，在事后会放大专利权人的垄断力量，削弱市场竞争并损害社会福利，因此对市场效率有很强的负面作用。
    四、专利丛林的度量
    虽然在实践中专利丛林现象受到广泛关注，且学者们通过构建理论模型深入分析了其影响，但理论的深化发展和实践问题的解决还需要实证研究的支持。因此开发对专利丛林密度的度量方法便成为学者们当前面临的重要课题。Ziedonis(2004)开发的片段化指标度量，Clarkson(2004、2005)开发的网络密度度量，及Graevenitz et al.(2008、2009)开发的三角阻碍度量，是这方面研究的代表性成果。
    (一)片段化指标
    Ziedonis(2004)指出，专利丛林问题的核心在于专利技术的应用受到阻碍，因此理想的度量指标应能够揭示一家公司使用的关键技术，并辨识哪些机构可以阻碍其运用该技术。但这些私 人信息是难以获得的，因此公开专利文件中的引用关系便成为较理想的替代品估计与公司i专利互补的专利分布广泛程度的片段化指标可表示为：
    
    
    近年来，该片段化指标已在实证研究领域被广泛应用。Ziedonis(2004)对67家美国半导体企业的数据研究表明，该指标与企业专利申请的强度有很强的正相关关系。Graevenitz et al.(2008)就专利丛林与技术机会及复杂性的关系，对欧洲30个技术领域的2074家企业数据的实证研究中将片段化指标作为控制变量，结果表明，该指标与企业专利申请显著正相关。Galasso& Schankerman(2008)对1975-2000年美国专利诉讼历史数据的实证研究表明，片段化指标与专利诉讼量正相关，但该指标的增大可以加快争议的和解与技术扩散进程。Cockburn et al.(2009)就技术片段化对企业创新绩效的影响，对1034家德国公司的历史数据进行了实证研究，结果表明该片段化指标对于企业支付许可费的数量，产品与工艺创新，以及绕行研发(inventing around)等行为都有显著影响。此外须注意的是，原始的片段化指标的覆盖范围很小，仅统计单个企业某一年度新增专利的后向引用，在进行专利丛林对某行业及历史累积影响的实证研究中，须对该指标进行相应扩展。
    (二)网络密度
    Clarkson(2004、2005)指出，多数专利联盟具有促进竞争的作用已被经济学家所认同，但现实中专利联盟却往往面临反垄断诉讼的威胁，该状况与缺乏对专利丛林严重程度的客观度量方法有直接关系。这是由于传统的BCIS(阻碍、互补、独立、替代)专利关系理论无法直接应用于专利丛林的辨识和度量，而网络分析方法则能够为此问题提供一种“建设性的解决方案”，即使用专利关系网络的密度标示专利丛林密度。在网络分析方法中，单独的个体被定义为网络的“节点”，节点间的关联被定义为“联系”。如果在一个网络中从节点A到节点B联系，与从节点B到节点A的联系是相互区别的，则该网络是一个“有向网络”。有n个节点的有向网络密度可表示为：
    
    但是，网络密度的核心假设对专利来说是不成立的——早先授予的专利不可能引用此后授予的专利，因此须分解并重构该算法。将研究范围内的n个专利按授予的时序升序排列，较早(排列在前)的专利可能的引用数越小，更晚(排列在后)的专利可能的引用数越大，而且最早的专利将不可能引用其他专利，最晚的专利可能引用全部其他n-1项专利。
    
    
    在图1(a)中所有可能的引用都已实现，即它是一个完全网络，相关计算如表1所示。图1(b)的引用关系较简单，最早的专利被全部其他专利引用，而其他的专利没有被引用，相关计算结果如表2所示。计算结果表明，专利网络密度较好地反映了专利的引用特征。
    Clarkson(2004、2005)将专利网络密度应用于专利联盟垄断性的判别中。他指出，随着专利不断发布，专利丛林变得越来越密集和众多。如专利联盟是该问题唯一的解决途径，则利用专利网络密度揭示专利丛林在既定范围内是否存在，能为判断专利联盟是否促进竞争提供重要的依据。该研究以MPEG和PPK两个专利联盟中的专利网络密度为例，与其周边专利及整个专利空间的网络密度进行了对比，发现这两家联盟中专利的密度显著要高。那么该情况可作为联盟对反垄断诉讼的抗辩依据，以及反垄断部门审查联盟时必须考虑的因素。
    (三)三角阻碍
    Graevenitz et al.(2008、2009)指出，以往研究中由单纯的专利引用数量代理表示的专利丛林密度，仅是一种间接的专利丛林测度方法。他们根据专利丛林定义，开发了三角阻碍度量的方法来“直接测量专利丛林密度”。该方法核心是辨识某技术领域的“三角阻碍”情况：三家公司之间，每家公司都拥有能阻碍另两家使用其专利的专利。如果出现这一情况，则任意两家公司解决双向阻碍的可能取决于第三家公司的行动，由此任意两家公司间的独立双边谈判都无法解决讨价还价问题。显然，解决三角阻碍要比解决相互阻碍更加困难重重，也会使得谈判成本激增。那么，三角阻碍即为专利丛林的基本组成元素，通过统计某项技术涉及三角阻碍的数量，即可度量专利丛林的密度。图2展示了三角阻碍关系的结构。
    
    图2　三角阻碍关系结构示意
    在实践中，可按如下步骤执行三角阻碍的应用：
    (1)按照OST-INPI/FhG-ISI技术分类将专利划入不同技术领域；
    (2)在每个技术领域中，辨识全部公司专利的X引用和Y引用。所谓X引用是指引用本公司的相关材料，Y引用是指引用其他公司的材料。显然，辨识的重点是Y引用；
    (3)将有阻碍关系的公司配对列出，其中前一公司能够阻碍后一公司的专利；
    (4)进一步配对列出有双向阻碍关系的公司，即两家公司能相互阻碍对方的专利；
    (5)最后辨识出全部有三角阻碍关系的公司，并统计该技术领域三角阻碍的个数。
    通常可以只统计某领域最重要的公司(如销售额排行前100家公司)的相关专利，这样能够减少计算量并聚焦最重要的阻碍关系。
    由三角阻碍的数量可直接表示某技术领域在特定时点的专利丛林严重程度。这使研究者能够分析在不同技术领域发生敲竹杠的风险对与公司专利策略的影响。Graevenitz et al.(2008)应用这一指标发现，某技术领域的三角引用数量与专利申请的增长显著正相关。Graevenitz et al.(2009)应用该指标发现，在传统的复杂技术领域中专利丛林问题更加严重，而在传统的离散技术领域中专利丛林密度较小。
    上述三方面专利丛林密度度量的相关研究，为专利丛林理论的深化发展和在实证研究中的应用提供了重要的借鉴。但是，以往研究主要依据公开的专利引用数据，而这方面数据仅当公司就其发明申请并被授予专利时才是可获得的。那么当存在专利侵权风险但无专利引用数据时，如某厂商的非专利工艺技术使用了其他公司专利，则会出现第Ⅱ类统计偏差。而当一项专利引用不涉及侵权风险或其他专利许可时，如被引用专利不满足创新性和新颖性等方面要求而不具有实质性，则会出现第Ⅰ类统计偏差。因此专利丛林度量方面的研究，还有待应用企业的非公开数据加以细化。同时可以发现，如片段化指标和三角阻碍主要是指向公司策略性行为，其直接研究对象是掌握专利的公司。而专利网络密度主要指向专利联盟反垄断公共政策的制定，其直接研究对象是联盟中的专利。因此应根据研究目的慎选计算方法。
    五、结束语
    本文 从多个角度分析了专利丛林问题，得到如下几方面主要结论：(1)讨论了专利丛林产生与发展趋势。指出专利丛林产生的根本原因是当前技术复杂化的趋势；专利丛林是一个自我繁殖、强化的系统，个体对该问题的理性应对会造成进一步严重化的结果；专利丛林的蔓延主要体现为专利申请和授权的数量显著增加、专利覆盖范围更加广泛、“专利挖掘”和“专利延长申请”手段的普遍使用以及专利侵权诉讼标的和数量的增大。(2)通过博弈模型讨论了专利丛林的经济影响。结论为：专利丛林事前会抑制研发投资，事后会放大专利权人的垄断力量，抑制市场竞争并损害社会福利，因此对市场效率有很强的负面影响。(3)评介了3种专利丛林密度度量方法。展示了片段化指标、网络密度与三角阻碍度量的核心算法，附算例加以说明，并讨论了方法的实践应用。这些度量方法是相关实证研究的重要基础。
    总体而言，专利丛林的相关研究仍是一个新兴领域，尤其国内相关研究尚处于起步阶段。但随着经济一体化及知识产权保护在全球范围加强的趋势，专利丛林问题的出现在我国也将无法避免，因此相关研究亟待加强。而从已有研究中可以发现，专利丛林是一个多层次概念，可以从不同的角度加以研究，且相关研究有非常广阔的应用领域。微观的企业行为，中观的产业发展，乃至宏观国民经济运行都可作为专利丛林研究的切入点。与之相对应，相关研究成果可应用于指导企业并购和结成联盟等重要的策略性行为，制定产业发展政策，专利政策机制设计及反垄断公共政策的制定等。
    当前知识经济在我国正迅速兴起，作为专利丛林问题的初步应对政府应健全和完善相关政策法规和配套服务，重点包括以下四个方面。首先，严格专利审查制度，提高专利实用性和新颖性方面的要求。近年来，我国专利数量整体增长很快，但增长主要集中在质量较低的实用新型和外观设计方面，高质量的发明专利增长却较慢。低质量的专利对经济增长和企业核心竞争力提升作用较小，反而可能导致专利丛林问题急剧严重化。因此提高专利授予的“门槛”，对缓解专利丛林问题有很大意义。其次，设立知识产权交易所(intellectual property clearinghouses)等机构，鼓励专利许可交易，促进专利许可市场繁荣。现实中许多企业由于不熟悉专利许可业务，仅将取得的知识成果作为技术秘密而不申请专利保护，甚至取得专利后也仅自用而不寻求对外许可。这种现象一方面使技术资源闲置浪费，没有充分发挥其盈利能力；另一方面加剧了专利技术供给与需求的矛盾，使知识产权纠纷更容易发生。因此完善配套服务，便于专利许可交易并提高交易量水平，对于抑制高昂的交易成本有积极意义。再其次，依据公平、合理、无歧视(FRAND)的基本原则健全相关法规，加强对专利许可的指导。专利作为一种合法垄断权，当结合了企业策略性行为其垄断力量将大大加强，这即是所谓的专利滥用。如Dell公司对VESA-VL总线标准的诉讼威胁，摩托罗拉公司和罗克韦尔实验室围绕ITU-V.34调制解调标准的诉讼等，都是滥用专利权的著名案例。防止专利滥用，减少企业敲竹杠的机会主义行为，无疑有助于缓解专利丛林问题。最后，制定相应产业政策，在高新技术产业中规划、培育和推动由我国企业主导的专利联盟。近年来，专利联盟被普遍认为是专利丛林问题的最直接解决方案，正日趋成为高技术产业化发展的主导范式。各国政府纷纷承认了专利联盟“可提供促进竞争的好处”、“对形成行业标准是必要的”，并制定“善待”政策扶植专利联盟来争夺国际产业竞争的制高点。因此扶植专利联盟形成，不仅对专利丛林问题解决有直接的效果，且对提高我国企业国际竞争力有重大作用。