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无声的战争3【日本人喜与悲】——全球液晶产业发展史

admin 2014-08-08 0
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就在美国人放弃对液晶技术的研发时,日本人却从中嗅到了商机。早在1968年美国RCA实验室公布LCD成果时,正在美国IBM实验室工作的日本物理学家江崎玲於奈(1973年获诺贝尔物理学奖),就将这一技术介绍给了日本重点大学和大公司,引起日本产业界的关注。当时的日本正处于二战后经济崛起的黄金年代,对新技术有着异常的敏感性。小林骏介等日本学者获得信息后,在1969年就到美国学习,回到日本后开始液晶基础研究,由此被称为“日本液晶之父”。

 

1972年初,日本夏普(SHARP)公司买下美国RCA公司的LCD技术,并在次年推出了第一款采用TN-LCD为显示面板的计算器(Sharp EL-805)。日本精工(SEIKO)则从美国人弗格森手中买下了TN-LCD技术,并在1973年10月,推出了其第一款LCD数字显示电子表(06LC型),引发了数字电子表热潮。市场的热烈反应,使得日本Casio、Toshiba等厂商迅速加入LCD产品的研发行列。这些被美国大公司看不起的“小玩意”,让日本人赚得盆满钵满。

 

商业上取得的巨大成功,进一步推动了日本企业在LCD研发领域的热情。卡西欧、西铁城、精工等手表厂商,将注意力集中到研制单色液晶腕表电视机上。卡西欧和西铁城选择比较容易的被动矩阵工艺,但是这种显示器存在图像对比度不高的问题。精工则选择难度更高的主动矩阵工艺,以硅片为基材,于1982年12月宣布生产出世界第一块单色屏(TN-LCD)的腕表电视。精工的工程师诸角信二,在研制过程中认识到,硅片永远不会成为大量生产液晶电视的主流工艺,必须突破薄膜晶体管技术。他为此进行了大量研究,最终取得成功。1983年5月,精工在东京的一次记者招待会上,宣布研制成功1.2英寸的微型彩色液晶电视手表(Seiko TV Watch),引起业界轰动。

 

精工研制的这款DXA001型(出口型号为T001)彩色液晶电视手表,具有划时代意义。因为在此之前,液晶显示从未超出8位计算器和电子表这类既简单又转换缓慢的应用,显示屏主要是灰阶显示,没有彩色。这款手表电视采用的LCD液晶屏中,加入了蓝色二极性染料,使得屏幕可以出现蓝白10度灰阶显示。屏幕尺寸为1.2英寸(16.8×25.2mm),拥有31920个像素。手表只是显示终端,需要用一根电线穿过袖筒,连接到上衣口袋的谐调器(185克重)上才能接收电视信号,一组电池可供运行5个小时。这在当时是了不起的成就。

 

在看到精工研制液晶电视后,日本松下、日立、东芝等大企业纷纷行动起来。精工赶紧把LCD电视投入生产。由于是先行者,不得不从头创办工厂、安装设备、确立生产工艺。1984年,精工开始向美国和欧洲出口这种腕表液晶电视,售价约合495美元。

 

精工的营销部门并不指望能卖出去多少这种电视,而管理层也不认为会成为一个大项目。诸角信二认识到,如果把主动矩阵LCD变成消费品,那么为了降低价格就必须提高产量,开拓新的市场。于是,他采取的方法就是把LCD制成元件卖给其他制造商,装入他们的产品上。精工的LCD在录像投影显示器、录像带摄像机中的电子取景器和传真机中的读图感应器等领域获得了成功。80年代中期以后,精工遇到财务困难。1989年日本股市泡沫崩溃,由于在前些年有点扩张过度,不得不努力归还贷款。管理层以没有钱进行投资为由,否决了LCD业务负责人关于对新的LCD生产设备进行投资的建议。于是,精工的液晶故事居然与RCA和西屋电气的经历有了相似的结尾。

 

液晶产业

 

1983年精工研制的这款DXA001型(出口型号为T001)彩色液晶电视手表,具有划时代意义。它首次展现出液晶显示技术的潜在价值。右侧为1987年夏普研制的3C-E1型3英寸TFT(薄膜晶体管)液晶电视,是为TFT液晶的鼻祖。

 

最终把TFT-LCD做成的是日本夏普。夏普的前身是1912年,早川德治在东京创办的早川电气,以金属加工为主要业务。1915年,早川发明了带扣皮带,和一种金属活芯铅笔,叫做“Ever Sharp Pencil”,并且在美国获得了专利。这种自动铅笔,中国小学生应该都用过。1923年关东大地震后,早川工厂在大火中毁于一旦。在地震中幸免遇难的早川德次,转赴大阪再次创业。1925年,早川德次创建工厂,生产当时非常时髦的矿石收音机和黑胶唱片机。日本在亚洲发动侵略战争后,从1937年至1944年,早川工厂一直在为日军生产无线电通讯设备,1942年更名为早川电机,下设泉、大阪工厂和研究所,年产量高达1500万台,产值超过5亿美元,成为一家大型公司。二战结束后,早川工厂在京都重新复业,经营无线电产品,1949年在日本联交所上市。1952年,早川电气成为日本第一家获得美国RCA黑白电视专利授权的企业,到1955年,早川已经占据了日本四分之一的电视机市场。1960年,早川电气开始量产彩色电视机。

 

但是当时的早川仍然只是一家低端的代工组装工厂,没有财力在显像管等核心元件方面进行投资。直到1964年,被誉为“火箭博士”的佐佐木加入了早川电气。在他的建议下,早川决定生产计算器。1964年6月30日,早川公司推出了第一款桌上计算器夏普CompetCS-10A,重55磅,售价2500美元,当时只有高级科研机构和大公司才买得起它。三年后,早川公司采用从美国罗克韦尔公司购买的集成电路,制成新一代CS-16A集成电路计算器,重量减至8.8磅,售价也降至1770美元。

 

1970年9月15日,已经领导早川电气长达58年的早川德治升为总裁,由佐佐木任总经理,同时公司名字也正式改为“夏普”。在佐佐木的领导下,新的夏普公司孤注一掷,投资75亿元(合2100万美元,相当于当时夏普资产总值的四分之一)建起了自己的半导体工厂。这座饱受非议的工厂,在投产后的5年内,每年亏损100万至200万美元。正当董事会准备卖掉它的时候,半导体厂却赢利了。

 

上世纪70年代初,有60多家日本企业在计算器市场上厮杀,如何提高技术含量,降低生产成本,成为决定各家企业成败的关键。由于夏普在技术上不断突破,1964-1976年,夏普把生产计算器所需的3000个元件减少到3个:一只硅片、一个显示屏和一只太阳能电池。这种结构大大降低了生产成本。为了研制计算器上的显示屏,1972年初,佐佐木花费300万美元,从美国RCA手中购买了TN-LCD技术。在1973年4月,夏普推出了第一款采用LCD显示屏的计算器(EL-805),采用一块能显示8位数字的黑白TN-LCD屏,比精工推出的第一块LCD电子表早了六个月。这个厚2.1厘米,重200克的掌上计算器,让夏普第一次敲开了未来显示技术的大门。

 

此后佐佐木力排众议,决定投资2亿美元建设TN-LCD工厂,这在当时是一笔天文数字。而美国RCA公司的LCD工厂,在几个月后被关掉了。LCD显示屏和大规模集成电路技术,让夏普的计算器如虎添翼。1980年,夏普推出的EL-826计算器,重量只剩下1.5盎司,一台也只卖23美元。之后夏普生产的计算器更小更轻,成本更低,消费者只花4美元即可买到一只夏普太阳能计算器,几乎垄断该市场。

 

然而就在夏普春风得意时,精工在1983年推出的1.2英寸(伪)彩色液晶显示器,让夏普的研究人员大吃一惊,不得不努力追赶精工,研究如何用薄膜晶体管技术,制造液晶面板。直到1985年,夏普还不能让单个TFT液晶单元工作,而那时他们的竞争对手如松下和三洋,已经开始了投产小尺寸主动矩阵液晶显示器。东芝甚至在1985年推出了世界第一台笔记本电脑T1000,采用9寸单色液晶屏。直到1987年,夏普终于设法使3英寸(3C-E1型,92160像素)TFT液晶电视投入生产,但是产品上市后,由于售价昂贵,始终没能流行起来(此时全球液晶市场的总规模也只有几亿美元)。当时夏普工程师最大的愿望就是不断增大液晶电视屏的尺寸,从3英寸到4英寸、再到5英寸。。。。。。但是夏普开发小组的负责人却另有想法,他于1988 年初召集LCD研究人员的会议上,提出了一个看上去不可能完成的任务——研制14英寸的液晶显示器!

 

这样一个面积的液晶屏,必须装有100多万只薄膜晶体管,远远超过当时的技术水平。但是恰恰是这种雄心激发了工程师们的斗志,并最终取得成功。1988年10月,夏普在日本电子展览会上展出了最新研制的14英寸液晶显示屏,只有2.7厘米厚,引起业界震惊。在此之前,夏普管理层一直对开发大尺寸液晶屏犹豫不决,因为在1987年,夏普已经开始批量生产笔记本电脑用的小尺寸STN-LCD,这在1988年WINDOWS操作系统和互联网出现之前,用于笔记本电脑是绰绰有余的。随着14寸TFT液晶屏研制成功,夏普管理层一下子看到了进入平板电视市场的希望。他们绝不会忘记当年,夏普曾经在显像管上依赖美国人的历史。尽管技术方面仍然存在问题,夏普的高层还是决定继续干下去。

 

此时,东芝和IBM日本子公司,为笔记本电脑合作开发的14英寸TFT液晶样机也诞生了。但是由于其成本大大高于当时笔记本电脑普遍采用的彩色STN-LCD,IBM高层对是否应该进入液晶面板制造领域,进行了将近一年的辩论。最终IBM与东芝在1989年8月宣布成立DTI制造联盟,双方投资1亿多美元,在姬路(Himeji)建设TFT-LCD液晶生产线。美国康宁(CORNING,世界最大玻璃制造商)在看到TFT产业的趋势后,也在日本静冈县建立了熔融溢流法玻璃工厂,由此确立了行业垄断地位。

 

液晶产业

 

美国应用材料公司研制的AKT-55K PECVD等离子体增强化学气相沉积设备。单台售价超过1亿元人民币。该系统是制造液晶显示屏中薄膜晶体管的核心设备。应材公司是世界最大的半导体设备制造商,自1993年10月,应材公司推出AKT-1600型CVD设备以来,其迅速垄断了液晶CVD设备市场。

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