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无声的战争4【液晶产业的蜕变】——全球液晶产业发展史

admin 2014-08-09 0
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1989年,液晶平板产业到了起飞的边缘,日本的液晶面板制造商们处于生产投资决策的喜悦气氛中。1989年8月至1990年秋季,NEC、DTI和夏普,相继启动了各自的第一条大尺寸TFT-LCD量产线,拉开大尺寸液晶显示器产业的序幕。但是产业化并非轻而易举,这些电子巨头从宣布建设生产线到开始批量生产,用了差不多三年的时间。早期各家企业的玻璃基板尺寸没有统一标准。NEC选择在300×350mm的玻璃基板上生产两片9.4英寸的TFT液晶面板;DTI选择使用300×400mm的玻璃基板,能够切割成两片东芝选择的9.5英寸,或者IBM更喜欢的10.4英寸面板;而夏普建立的第一条320×400mm生产线,能切割成4片8.4英寸的面板。

 

因为几乎都是从零开始,所以没人有大尺寸TFT-LCD方面生产的经验。量产时出现了一堆难以预计的问题。主要是设备方面的问题,致使量产初期的良率远低于10%。直到1992年3月底,DTI共出货3万片,平均每月仅为4200片。

 

造成液晶面板量产成品率极低的一个重要因素,在于厂房内存在过量的尘埃颗粒。由于东芝、夏普、IBM等公司此前都具有丰富的半导体制造经验,半导体生产线的无尘环境要求必须清除直径大于0.18微米的尘埃颗粒,所以这些厂商们错误估计,认为无尘环境只要能达到0.5微米就够了。正是这一标准带来了致命缺陷。实际上与半导体相比,液晶面板在生产过程中对尘埃颗粒的敏感度更强。在半导体生产中,如果硅片上有尘埃颗粒,会使得同一张晶圆上几百颗芯片中,存在多个缺陷,有缺陷的可以丢弃,其他的可以继续利用。而大面积的液晶面板为尘埃颗粒提供了更多的机会,只要100万个像素里面有5个缺陷,液晶面板就难以达到成品要求。

 

还有一个问题是,早期制造TFT液晶面板的设备,本来主要用于制造非晶硅太阳能电池,而太阳能面板对尘埃颗粒的影响并不敏感。所以不断改进生产线设备性能,成了提高产品良率的最大挑战。1991年,还在为提高良率苦苦挣扎的东芝和夏普,找到了美国应用材料公司(世界最大的半导体生产设备供应商),探讨如何把半导体设备改变成TFT-LCD的专用设备。

 

为了解决客户的问题,应材公司派出工程师进驻夏普和东芝的生产线。经过分析,应材决定从化学气相沉积(CVD)设备入手,因为这是生产线的关键部分。经过两年多时间的研制,1993年10月,应材公司推出AKT-1600型CVD设备,宣称它能够使面板产出良率从10%上升至90%。从1994年,日本厂商开始建设第二代TFT生产线时,都采用了这些新型设备,每条2代线使用4台CVD。AKT-1600使得应材公司获利大增,同时标志着TFT产业推进到了一个新的历史时刻。解决了生产缺陷的平板技术,开始显现出挑战CRT显像管显示器的力量。

 

从1991年到1996年,全球至少兴建了25条TFT液晶面板生产线,其中有21条建在日本。伴随着液晶面板产业的崛起,日本形成了平板制造供应链中完整的上下游配套体系。在几乎所有关键设备和材料供应链的每一个环节上,都至少有一家日本企业产业。比如:(1)日本旭硝子和电气硝子为液晶平板提供玻璃基板;(2)尼康和佳能提供扫描式和步进式曝光机;(3)NEC-安内华制造干法刻蚀设备(4)日本电工制造彩色滤光片和偏光片;(5)大日本印刷和日本凸版印刷株式会社提供先进的平板印刷设备;(6)日本真空技术株式会社提供ITO导电膜;(7)佳能提供镜像投影系统;(8)还有一些公司做背光源,即使在日本企业不是很强的地方,比如液晶化学品、化学气相沉积设备(CVD),液晶驱动芯片和高性能玻璃等方面,外国企业也都是把他们的业务总部设在日本,或者与日本企业结成战略联盟。到1998年,夏普以2280亿日元(15.7亿美元)的营业额稳居行业第一,NEC以1300亿日元排名第二,东芝(DTI)以1000亿日元排名第三。这是日本液晶产业发展历史上的巅峰时期。

 

液晶

 

在东芝推出的笔记本电脑的第二年,1986年IBM推出的PC convertible 5140(左图),是其第一款笔记本电脑,采用8080处理器,4.77MHz主频,256K内存,两个3.5寸软驱,内置电池,重达5.5公斤,运行DOS3.2操作系统。它采用一块640×200分辨率的TN-LCD液晶屏。1992年10月5日面市的ThinkPad 700C(右图),是IBM第一台以ThinkPad命名的笔记本电脑,采用486SL处理器,25MHz主频,16MB内存、120MB硬盘,重量达3.5公斤,运行Windows 3.1操作系统。它采用一块10.4英寸TFT液晶屏,分辨率达到VGA(640x480)水平。

 

在液晶面板发展早期,电子表、计算器、仪表面板是小型TN-LCD单色液晶显示屏的主要用户。其后日本电子厂商开发出了大批使用单色液晶显示屏的掌上游戏机风靡世界。但是这些早期电子产品,只能算是过渡市场;直到笔记本电脑的问世,才成为推动液晶产业崛起的决定性力量。早在1979年,美国GRID系统公司的英国人威廉·莫格里奇(William Moggridge),设计出了世界第一款笔记本电脑——Grid Compass 1109。这台电脑专门为美国宇航局的航天飞机项目研制,采用金属镁压模外壳,采用一个能折叠的电致发光显示屏,有340K内存。1983年5月,美国Gavilan公司推出的Gavilan SC,是第一款能够运行DOS操作系统的笔记本电脑,采用8088处理器、有64K内存,重量约4公斤,其正面有个触摸板形式的“鼠标”。其后笔记本电脑便开始了长达30年的演进过程。早期的笔记本电脑存在一堆毛病:特别笨重、售价高昂、运行迟钝。1992年9月,美国IBM公司完成了个人电脑事业部重组;两个月后推出了划时代的产品——IBM 700C,这是Thinkpad系列的第一个型号。700C一经推出就立即受到关注,它是第一款使用彩色TFT-LCD显示屏的笔记本电脑,采用DTI的10.4英寸彩色液晶屏,售价4350美元。而竞争对手——东芝T4400SXC的显示屏为9.5英寸,售价却高达5499美元。

 

激烈的商业竞争,使得笔记本电脑的价格急剧下跌,价格战和产量大战由此开始了。1992年,IBM公司收到了超过10万台笔记本电脑的订单,这使得TFT-LCD找到了市场,预计每年有70%的增长,而10.4英寸屏也成为主流规格。同年微软发布了Windows3.1操作系统,支持256色显示,这加剧了对彩色显示器的需求。夏普、DTI、NEC、富士通等厂商纷纷调整投资计划,建设新的TFT生产线。到1994年,全球的笔记本电脑销量达到了7800万台,而其中大多数还没有采用彩色TFT液晶面板。面板极度短缺进一步刺激了厂商的投资计划。1994年6月,夏普发布了当时世界最大的21英寸液晶显示器。1994年7月,IBM和东芝宣布向DTI投资4亿美元新建生产线,使DTI产能翻倍。夏普在同年5月和6月开建两条2代线,日立则在同年12月开建。同时夏普和DTI已经开始与应材公司讨论研制3代线的设备。3代线需要550×650mm的玻璃基板,能切割6片以上的12.1英寸液晶屏。日立的管理层甚至决定跳过3代线直接做4代,他们认为14英寸的液晶屏可能会成为笔记本电脑的主流规格。市场需求推动着液晶面板急速更新换代。

 

液晶

 

1938年3月,年仅28岁的李秉喆在大邱市创办韩国三星集团的前身——三星商会。50年代,他在汉城建立起南朝鲜第一家糖厂和第一家纺织公司,从而雄居南朝鲜财阀的首座。60年代创建亚洲最大规模的肥料公司——韩国化肥生产公司(现为三星化学公司)。时至今日,三星集团已成为一个横跨钢铁、造船、电子、金融等产业,年销售额超过1700亿美元的巨型财团。1987年李秉哲去世后,由三子李健熙继承大权。在其执掌下,不惜连续亏损7年,发展液晶业务。为了发展DRAM(内存芯片)业务,三星持续亏损了25年,直至挤垮对手,成为世界第一。

 

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