內文選摘(節錄)
面板技術與產業
技術發展
面板技術的起源,最早可追溯自1880年澳大利亞人Reinitzer發現液晶,1968年RCA研究人員首度將之應用於顯示器,自此,面板通常指的就是LCD。LCD技術來自於將液晶體合成物密封於兩片平板玻璃間,且於平板玻璃外表覆上偏光薄膜。接著將兩平板接上電源,平板間的電場使得其中電隅特性的分子改變方向,液晶顯示效應因而發生。液晶本身不發光,而是藉著光的動態散射,造成反射或散射,而為肉眼所觀察。
LCD依製程技術之不同可分為被動式矩陣LCD(passive-matrix LCD,PM- LCD)和主動式矩陣LCD(active-matrix LCD,AM-LCD)(O’Mara, 1993)。1970年時,PM-LCD已被用於手錶和可攜式計算機,但反應速度慢,因此不適合應用於電視影像。而AM-LCD則能夠驅動單一畫素,而不影響相鄰畫素,因此在色彩品質及反應速度方面表現都比較好,而可應用於筆記型電腦及平面電視市場(Link, 1998)。在AM-LCD之範疇下,技術發展則從最早的TN(twisted nematic)至STN(supertwisted nematic)再到後來的主流TFT。TFT-LCD以薄膜電晶體個別對畫素定址,置於顯示行列之交叉點做為啟閉畫素之內的開關,亦即其彩色濾光片是內藏在TFT每一畫素中,直接以電晶體驅動,控制其電壓,使其達到高對比,快速反應及較廣視角等特性。
TFT-LCD的製作過程大致分為三個步驟:薄膜電晶體元件陣列(TFT-Array)基板製造、液晶面板製作組裝(LCD Cell Assembly)、以及液晶面板模組組裝(LCD Module Assembly)等三部份(見圖4-2)。最後所完成的LCM(liquid crystal module)再出售給下游廠商,加工組裝成筆記型電腦、液晶顯示器及其他各種應用產品。複雜的製程也代表提升良率的挑戰。約佔TFT-LCD 70%之前段製程則類似於半導體製造(如薄膜電積法及蝕刻等),但處理的材料與重點則還是與半導體有相當差異。
通常半導體所使用的設備偏重於高度積體化,加工微細且較精密,而TFT-LCD使用的機器設備較重大畫面化,加工雖不如半導體精細,但不良率卻更敏感(玻璃基板約30吋,精密度約2微米),並且相較半導體更為笨重;例如,不同於八吋晶圓可以人工搬運,TFT-LCD之半成品因重量關係必須以機器車(car set)方式運作,因此相對而言,TFT-LCD的製程要求更高之自動化程度。TFT-LCD的生產設備也比較缺乏彈性,不像半導體設備可以隨市場需要生產不同種類用途的產品。「半導體產業重視technology integration,……生產設備相當程度限制其生產產品範圍……..。TFT LCD產業重視product integration,…….TFT LCD產品規格很多,但都是使用相同的設備,因此各家可各自發揮其產品設計功能。」
TFT-LCD對潔淨室的等級要求也較高,需在Class 1~10之間。以一個10吋級TFT-LCD為例,其解析度為640 X 480,則面板上共有307,200個畫素,通常若有5~10個畫素有缺點,則此片LCD即算不良品。「基本上TFT-LCD是..眼睛的東西,眼睛的東西基本上有瑕疵要讓人家接受的機會不大。……所以你眼睛接受的東西,是很難騙人的。…品質不好,大概是沒辦法生存的。」 尤其是愈朝向大畫面、高解析度要求時,品質之提升也就愈困難。然而,成本的降低、品質的提升,卻也是面板廠永遠的挑戰。這裡可以與半導體做個比較。半導體產業的製程驅動很明顯,因為製程技術進步很快,使得業者很難在短期內追求機台的最適化,而設備的不斷推陳出新,也讓尖端製程的製造價格一直居高不下。TFT-LCD是產品驅動,因為應用面的侷限,加速推升業者的量產與自動化壓力,進而更趨向於成本競爭。換言之,半導體更趨向於尖端技術的追逐,而面板更會導向於成本與量產的競爭。
除了不斷面對製程精進要求外,技術創新也是廠商所需面對的重要挑戰。在90年代時,面板產業目前不論是在上游材料、零組件或TFT製程和模組組裝技術方面,仍維持技術快速發展階段,領導廠商如Sharp、Hitachi、Samsung、LG等,都持續投入大量資金於產品研究開發上,以維持技術優勢。然而,雖然TFT-LCD技術處於高成長期,對於後進廠商而言,仍可透過市場公開管道取得設備、材料及產品設計原理;TFT-LCD之生產設備約九成來自於日本,一成來自於歐美。除了技術密集外,面板也是資本密集之產品,建置一條TFT-LCD的面板生產線至少需要新台幣150億元~250億元左右。由於TFT-LCD後段組裝需大量人工,因此面板亦可稱屬於勞力密集產業。一般而言,每線約需人力3,000名,週邊並可帶起三倍的就業機會。
綜上前述,面板技術可說橫跨化學、物理、電子、材料各個領域,產業發展建構在高度資本密集、高度勞力密集、高度技術與知識密集之技術軌跡之上。市場潛力巨大,但相對之競爭情況亦很劇烈。特別的是,此產業之發展似乎在美國缺席下,自1990年起在東亞之日本、韓國與台灣之間快速擴散與發展。在下一節裏,我們就回顧日、韓、台等國在面板產業的發展。
全球競爭
1960年代時,美國的RCA與Westinghouse開發出AM-LCD技術,但是因為考量回收期間太長、研發成本太高等因素,而沒有繼續商品化的過程。在沒有任何一家大型美國公司願意持續投入AM-LCD的研發工作情況下,日本接手而成為AM-LCD的主要發展基地,包括Sharp、NEC與Toshiba等,都投入大量研發資金。自此,日本便成為全球面板的主要甚至是唯一的研發與生產基地。
1985年日本成功開發TFT-LCD,接著在1990年投入製程量產,是為日本TFT-LCD量產元年,並於1992年,完成10吋大型液晶顯示器量產。沒多久,韓國廠商挾著半導體DRAM的成功經驗,並靠著日本「假日工程師」的技術指導,也進入TFT-LCD領域。涂敏芬、洪世章(2008)的研究指出,1991 年之前,面板產業是屬於相對穩定的時期,而從1991年到1994年間,因為TFT技術的崛起,面板產業開始呈現混沌、動盪狀態。除了技術的變化,韓國廠商的進入,也是改變產業均衡的重要原因。但原則上,在1995年以前,日本還是主導整個產業的發展,佔有高達80%以上的市場。但到了1999年,韓國超越日本,成為面板的世界第一。在這個日韓的競逐過程中,日本雖然一直保持技術上的領先,但因為供需常常逆轉所造成的「液晶循環」(Hung and Hsu, 2011),讓產業充滿不確定性,進而讓韓國有機會藉由大規模投資、規模量產,再加上韓元貶值等作法,逐步的搶奪市場佔有率。
1990年代之後的全球的面板,除了日韓的強力主導外,台灣也成功崛起。實際上,台灣面板產業起源於1976年,敬業電子與美國Hughes Aircraft(休斯飛機) 技術合作生產供手錶應用的TN-LCD。自此,台灣延續TN、STN、TFT的技術發展,1987年,工研院開始研發中小型TFT-LCD,1993~1997實施「平面顯示器技術發展四年計畫」,開始進入大尺寸領域。1998年起,民間廠商開始大舉投入,這年也可算是台灣大型面板量產元年,並於2000年開始全面大量出貨。總計從1992到2000年的短短八、九年間,加上從CRT技術成功轉型的中華映管,台灣總共發展出元太科技、聯友光電、達碁科技、奇美電子、瀚宇彩晶、廣輝電子、統寶光電等八家面板廠商,進而形成可與韓、日三強鼎立的局面(見邊欄:「日、韓、台面板的競爭力比較:顯示性比較優勢指標觀點」)。以下我們就來探討,形塑台灣面板廠商競爭力的主要的制度基礎。
面板技術與產業
技術發展
面板技術的起源,最早可追溯自1880年澳大利亞人Reinitzer發現液晶,1968年RCA研究人員首度將之應用於顯示器,自此,面板通常指的就是LCD。LCD技術來自於將液晶體合成物密封於兩片平板玻璃間,且於平板玻璃外表覆上偏光薄膜。接著將兩平板接上電源,平板間的電場使得其中電隅特性的分子改變方向,液晶顯示效應因而發生。液晶本身不發光,而是藉著光的動態散射,造成反射或散射,而為肉眼所觀察。
LCD依製程技術之不同可分為被動式矩陣LCD(passive-matrix LCD,PM- LCD)和主動式矩陣LCD(active-matrix LCD,AM-LCD)(O’Mara, 1993)。1970年時,PM-LCD已被用於手錶和可攜式計算機,但反應速度慢,因此不適合應用於電視影像。而AM-LCD則能夠驅動單一畫素,而不影響相鄰畫素,因此在色彩品質及反應速度方面表現都比較好,而可應用於筆記型電腦及平面電視市場(Link, 1998)。在AM-LCD之範疇下,技術發展則從最早的TN(twisted nematic)至STN(supertwisted nematic)再到後來的主流TFT。TFT-LCD以薄膜電晶體個別對畫素定址,置於顯示行列之交叉點做為啟閉畫素之內的開關,亦即其彩色濾光片是內藏在TFT每一畫素中,直接以電晶體驅動,控制其電壓,使其達到高對比,快速反應及較廣視角等特性。
TFT-LCD的製作過程大致分為三個步驟:薄膜電晶體元件陣列(TFT-Array)基板製造、液晶面板製作組裝(LCD Cell Assembly)、以及液晶面板模組組裝(LCD Module Assembly)等三部份(見圖4-2)。最後所完成的LCM(liquid crystal module)再出售給下游廠商,加工組裝成筆記型電腦、液晶顯示器及其他各種應用產品。複雜的製程也代表提升良率的挑戰。約佔TFT-LCD 70%之前段製程則類似於半導體製造(如薄膜電積法及蝕刻等),但處理的材料與重點則還是與半導體有相當差異。
通常半導體所使用的設備偏重於高度積體化,加工微細且較精密,而TFT-LCD使用的機器設備較重大畫面化,加工雖不如半導體精細,但不良率卻更敏感(玻璃基板約30吋,精密度約2微米),並且相較半導體更為笨重;例如,不同於八吋晶圓可以人工搬運,TFT-LCD之半成品因重量關係必須以機器車(car set)方式運作,因此相對而言,TFT-LCD的製程要求更高之自動化程度。TFT-LCD的生產設備也比較缺乏彈性,不像半導體設備可以隨市場需要生產不同種類用途的產品。「半導體產業重視technology integration,……生產設備相當程度限制其生產產品範圍……..。TFT LCD產業重視product integration,…….TFT LCD產品規格很多,但都是使用相同的設備,因此各家可各自發揮其產品設計功能。」
TFT-LCD對潔淨室的等級要求也較高,需在Class 1~10之間。以一個10吋級TFT-LCD為例,其解析度為640 X 480,則面板上共有307,200個畫素,通常若有5~10個畫素有缺點,則此片LCD即算不良品。「基本上TFT-LCD是..眼睛的東西,眼睛的東西基本上有瑕疵要讓人家接受的機會不大。……所以你眼睛接受的東西,是很難騙人的。…品質不好,大概是沒辦法生存的。」 尤其是愈朝向大畫面、高解析度要求時,品質之提升也就愈困難。然而,成本的降低、品質的提升,卻也是面板廠永遠的挑戰。這裡可以與半導體做個比較。半導體產業的製程驅動很明顯,因為製程技術進步很快,使得業者很難在短期內追求機台的最適化,而設備的不斷推陳出新,也讓尖端製程的製造價格一直居高不下。TFT-LCD是產品驅動,因為應用面的侷限,加速推升業者的量產與自動化壓力,進而更趨向於成本競爭。換言之,半導體更趨向於尖端技術的追逐,而面板更會導向於成本與量產的競爭。
除了不斷面對製程精進要求外,技術創新也是廠商所需面對的重要挑戰。在90年代時,面板產業目前不論是在上游材料、零組件或TFT製程和模組組裝技術方面,仍維持技術快速發展階段,領導廠商如Sharp、Hitachi、Samsung、LG等,都持續投入大量資金於產品研究開發上,以維持技術優勢。然而,雖然TFT-LCD技術處於高成長期,對於後進廠商而言,仍可透過市場公開管道取得設備、材料及產品設計原理;TFT-LCD之生產設備約九成來自於日本,一成來自於歐美。除了技術密集外,面板也是資本密集之產品,建置一條TFT-LCD的面板生產線至少需要新台幣150億元~250億元左右。由於TFT-LCD後段組裝需大量人工,因此面板亦可稱屬於勞力密集產業。一般而言,每線約需人力3,000名,週邊並可帶起三倍的就業機會。
綜上前述,面板技術可說橫跨化學、物理、電子、材料各個領域,產業發展建構在高度資本密集、高度勞力密集、高度技術與知識密集之技術軌跡之上。市場潛力巨大,但相對之競爭情況亦很劇烈。特別的是,此產業之發展似乎在美國缺席下,自1990年起在東亞之日本、韓國與台灣之間快速擴散與發展。在下一節裏,我們就回顧日、韓、台等國在面板產業的發展。
全球競爭
1960年代時,美國的RCA與Westinghouse開發出AM-LCD技術,但是因為考量回收期間太長、研發成本太高等因素,而沒有繼續商品化的過程。在沒有任何一家大型美國公司願意持續投入AM-LCD的研發工作情況下,日本接手而成為AM-LCD的主要發展基地,包括Sharp、NEC與Toshiba等,都投入大量研發資金。自此,日本便成為全球面板的主要甚至是唯一的研發與生產基地。
1985年日本成功開發TFT-LCD,接著在1990年投入製程量產,是為日本TFT-LCD量產元年,並於1992年,完成10吋大型液晶顯示器量產。沒多久,韓國廠商挾著半導體DRAM的成功經驗,並靠著日本「假日工程師」的技術指導,也進入TFT-LCD領域。涂敏芬、洪世章(2008)的研究指出,1991 年之前,面板產業是屬於相對穩定的時期,而從1991年到1994年間,因為TFT技術的崛起,面板產業開始呈現混沌、動盪狀態。除了技術的變化,韓國廠商的進入,也是改變產業均衡的重要原因。但原則上,在1995年以前,日本還是主導整個產業的發展,佔有高達80%以上的市場。但到了1999年,韓國超越日本,成為面板的世界第一。在這個日韓的競逐過程中,日本雖然一直保持技術上的領先,但因為供需常常逆轉所造成的「液晶循環」(Hung and Hsu, 2011),讓產業充滿不確定性,進而讓韓國有機會藉由大規模投資、規模量產,再加上韓元貶值等作法,逐步的搶奪市場佔有率。
1990年代之後的全球的面板,除了日韓的強力主導外,台灣也成功崛起。實際上,台灣面板產業起源於1976年,敬業電子與美國Hughes Aircraft(休斯飛機) 技術合作生產供手錶應用的TN-LCD。自此,台灣延續TN、STN、TFT的技術發展,1987年,工研院開始研發中小型TFT-LCD,1993~1997實施「平面顯示器技術發展四年計畫」,開始進入大尺寸領域。1998年起,民間廠商開始大舉投入,這年也可算是台灣大型面板量產元年,並於2000年開始全面大量出貨。總計從1992到2000年的短短八、九年間,加上從CRT技術成功轉型的中華映管,台灣總共發展出元太科技、聯友光電、達碁科技、奇美電子、瀚宇彩晶、廣輝電子、統寶光電等八家面板廠商,進而形成可與韓、日三強鼎立的局面(見邊欄:「日、韓、台面板的競爭力比較:顯示性比較優勢指標觀點」)。以下我們就來探討,形塑台灣面板廠商競爭力的主要的制度基礎。