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1703990488 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,早川公司推出了它的第一台计算器夏普Compet CS-10A。根据1969年3月的一项协议,早川从美国罗克韦尔公司购买用于计算器的集成电路。1970年9月15日,已经领导早川电气58年的早川德治升为总裁,由佐佐木任总经理,公司名字也同时由早川电气改名为夏普。在佐佐木的领导下,新的夏普公司孤注一掷,投资75亿日元(合2100万美元,大约相当于当时夏普资产价值的四分之一)建起了自己的半导体厂。建半导体厂的动议从一开始就在夏普内部不受欢迎。这个工厂最初的5年每年亏损100万—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,那些反对过建厂的董事们此时又坚持说该厂是公司很有价值的资产,不应该卖掉(同上,第62-63页)。
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1703990490 1970年代初期,有60多家企业在计算器市场上厮杀,其中夏普是最具有进取精神的创新者。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。在技术发展史上,计算器吸纳了一系列后来应用广泛的新技术,例如微处理器(micro-processor)就是英特尔为一家日本计算器企业开发出来的(同上,第63页)。1972年初,佐佐木回国时花了大约300万美元从RCA购买了一项专利,决定自力更生开发和生产LCD。20世纪70年代,夏普对LCD的生产设备投资了2亿美元——相对于这家企业的规模来说是一笔巨额资金(而RCA的LCD工厂在几个月后被关掉了)。1973年4月,夏普把液晶显示的计算器商业化,型号为EL-805,比精工推出的第一块LCD表早了6个月。这台计算器的显示器是RCA动态散射式的,采用了把LCD硅片和所有其他元件都装在同一块玻璃上的方法——这是十分超前的集成技术。但是这个厚2.1厘米、重200克的机器每100小时消耗一组电池,它因消耗大量能量、反应迟钝而被称为“神经质计算器”(Murtha,et al.2001,p.58)。但即使这样,夏普还是一只脚踩进了未来显示技术的大门,而有些企业却仅仅只是敲了一下门。
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1703990492 夏普的研究人员一直怀有制作出墙挂电视的想法,也曾经在薄膜EL(场致发光)屏方面领先。精工于1983年宣布的LCD彩电让夏普的研究人员大吃一惊,不得不开始努力追赶精工。好在夏普的研究人员很熟悉非晶硅,因为夏普计算器的太阳能电池就是用这种材料制成的。于是,夏普开始研究把薄膜晶体管应用在平板显示上。这个过程是艰苦的,直到1985年,夏普还不能让单个的TFT液晶晶胞工作,而那时它的竞争对手如松下和三洋已经开始了小规模主动矩阵液晶显示器的商业化生产。到1987年,夏普终于设法使3英寸的液晶电视投入生产,虽然产量很低。当时夏普工程师们的最大愿望就是增大液晶电视屏的尺寸,从3英寸到4英寸,再到5英寸……但夏普开发小组负责人却另有想法,他于1988年初召集研究LCD的人员开会,给他们设定了一个表面上是不可能完成的任务——研发14英寸的显示器。这样一个面积的屏必须装有100多万支薄膜晶体管,远远超过此前任何尝试过的数量级。但恰恰是这种雄心激发了工程师们的斗志,他们终于克服了各种困难建造了这个屏。当年10月,夏普在日本电子展览会上展示了14英寸的液晶显示屏,引起轰动。更重要的是,夏普的研发人员得到了公司管理层的充分支持(约翰斯通 2004,第137页)。
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1703990494 到20世纪80年代末,夏普开发出的14英寸以上彩色平板显示样机、IBM和东芝的合作研究的样机以及后来其他企业的样机都已在展览大厅展示,使参观者能够直接比较平板显示技术和CRT技术。在率先开发出来大尺寸液晶显示屏之后,日本企业已经到了进入大批量生产的门槛。
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1703990496 但新技术的产业化并非像文字所表达得这样轻松,而是经历了若干年的一个过程,因为从开发出产品样品到实现量产,需要解决一系列的问题(产品研发、工艺设计、设备制造,等等)。有一个趣事可以反映技术创造过程的生动:在开发液晶分子的取向技术时,各日本企业都在暗中寻找更好的摩擦材料,某时某地刚刚传出“用马毛摩擦效果好”的消息后,画店里的马毛毛刷立刻被抢购一空(液晶器件手册,第563页)。恰恰是解决问题的努力使参与了这个过程的企业能够创造、分享和积累知识,而围绕产品和工艺开发的学习网络在日本的聚集使日本成为TFT-LCD工业的温床。
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1703990498 日本在TFT-LCD产业化上的领先地位以及该工业的全球化性质,意味着以日本为产业集聚地而形成了这个工业的“主导技术轨道”和竞争标准。这种状况大大压缩了后进者的战略选择空间:尽管先行者壁垒已经出现,但只有加入主流(以日本为地理聚焦的学习网络)才能实现赶超。正因为如此,美国政府在平板显示产业主流之外另辟蹊径的企图被证明是一个失败(见本章第二节)。
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1703990500 到1988年,夏普、东芝和IBM,以及其他痛苦挣扎的竞争者们,已经建立起独立制造大尺寸TFT-LCD的技术基础。但这些公司的管理层和工程师都明白,大尺寸样机只是代表了研发成就,实现量产才是制造上的挑战,“制造过程非常昂贵,产出很低,就像在地中海钓鲸鱼”(Murtha et al.2001,p.90)。
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1703990502 起初,夏普管理层对很快就建一条高成本的大尺寸TFT-LCD批量生产线抱怀疑态度。1987年,夏普开始为便携式电脑批量生产彩色STN-LCD,而这种液晶显示器在1988年Windows操作系统成为主导以及互联网出现之前,用于笔记本电脑是绰绰有余的。由于看不到大尺寸TFT-LCD市场的明朗前景,所以当夏普液晶部门的高管开始决定进行14英寸屏的研发时,只是期望慢慢扩大制造尺寸。但夏普的高层一旦看到14英寸的TFT-LCD样机,就情不自禁地把它想象成进入消费市场的第一台平板显示电视。尽管工程计算的结果并不理想,但夏普的高层决定继续干下去——他们不会忘记夏普曾经在显像管上被迫依赖外人的历史(尽管夏普曾经是日本第一个从RCA获得CRT显像管技术许可的企业),液晶显示器将使夏普跳过CRT而获得技术独立,这是“为未来工作”(ibid.,p.96)。
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1703990504 IBM日本和东芝开发的14英寸彩色TFT-LCD样机在1988年日本的一次会议上展示给IBM的高管,令他们印象深刻。但是,尽管TFT液晶显示器表现出极大的性能优势,由于其成本大大高于当时笔记本电脑普遍使用的彩色STN-LCD,所以IBM高层内部对是否应该进入TFT-LCD的制造而进行了将近一年的辩论(Ibid.,pp.95-96)。他们最终的结论是,在IBM所专攻的高端市场上,彩色STN-LCD在目标客户的眼中不能替代TFT-LCD,因为TFT液晶显示器为他们提供了可以随处工作的新平台。于是IBM与东芝在1989年8月宣布成立DTI制造联盟,双方投资1亿多美元建设TFT-LCD量产线。
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1703990506 1989年,平板显示产业到了起飞的边缘,日本的TFT-LCD制造商们处于生产投资决策的喜悦的气氛中。NEC最先于1990年8月,继而是IBM和东芝的合资企业DTI公司(Display Technology,In.)于1991年8月,以及夏普于同年的秋季,相继开动了它们各自的第一条大尺寸彩色TFT-LCD的量产线(2)。所有这些成功的企业最先都是为了找到一种能替代CRT的平板技术,最终都在不同程度上建立了新的平板显示能力。但产业化并非轻而易举,从宣布制造样机到开始批量生产,差不多已经过去3年的时间了。
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1703990508 早期各家企业的玻璃尺寸都没有统一的标准。NEC选择在300mm×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300mm×400mm的玻璃基板,最少能生产两片东芝选择的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320mm×400mm的产线,能生产四片8.4英寸的面板。
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1703990510 因为几乎是从零开始,所以没人有大尺寸TFT-LCD生产方面的经验。量产时有一堆没有预料到的问题出现,主要是由于设备方面的原因,致使量产初期的良率远低于10%。到了9月,良率在8%左右徘徊。直到1992年3月31日,即1991年的财年末,DTI出货量为3万片,平均每月4200片。但是正如东芝市场营销部门的高级经理所说,就像是在“一堆垃圾里寻找”一片能用的(ibid.,p.100)。
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1703990512 生产TFT-LCD的问题很多,但最严重的都可以追溯到一个:环境中的尘埃进入生产过程。去除尘埃颗粒的问题并不让生产工程师意外,因为他们认为TFT-LCD生产过程中80%的特点和半导体生产是共通的(夏普、IBM、东芝、日立、NEC公司都相信能利用自己的半导体能力在液晶生产上领先)。半导体和TFT-LCD的制造都使用光刻工艺在玻璃基板上刻蚀晶体管的设计,两者都要求完全洁净的设备。集成电路制造在没有0.18微米以上颗粒的洁净室里操作,要求设备、工艺和操作员都能无污染地执行这一任务。而TFT-LCD最初的制造标准比0.5微米以上的要求还低。这些相似点增加了工程师们的信心,但实际上却没有这么简单。与半导体相比,TFT-LCD在生产过程中对颗粒的敏感度更强,也更为脆弱。在半导体生产过程中,如果硅片上有尘埃颗粒会使得同一张晶圆上的几百张芯片中的一个或几个有缺陷,有缺陷的可以丢弃,而其他的还可以继续利用。但TFT-LCD的大块面积为颗粒进入提供了更多的机会,而且只要有一粒微小的尘埃就会使整张面板都报废。制造TFT-LCD时,微粒的缺陷会使晶体管不能关闭单个像素,只要100万个像素里面有5个有缺陷,显示面板就不能满足质量控制的要求。
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1703990514 TFT-LCD的生产工程师们很快就决定应该执行零缺陷策略,改变原来“多大”“多少”的颗粒控制方法。但令他们惊讶的是,早期的大批量生产设备和工艺所产生的尘埃比任何人想象的还要多。这种低良率部分是因为早期的设备本来是用来制造非晶硅太阳能电池的,而太阳能面板的质量对颗粒的影响并不敏感。于是,改进化学气相沉积(CVD)设备就成为提高良率的最大挑战。但问题不能归结到任何单一的设备上,如果不能改变当时的生产概念,就不可能提高良率、降低成本,使产品进入大众消费市场。稳定良率是日本工程师一直努力解决的问题。当时日本工程师间普遍有一种情形,每天早晨工程师出门上班前,都会告诉妻子,“希望今天是个天堂日。”所谓“天堂日”,就是指生产良率稳定、符合预期;如果生产良率不如预期,可能连一片面板都做不出来,所有的生产材料可能全部报废,这就是“地狱日”(陈泳丞 2004,第179页)。
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1703990516 在此后的4年里,最早进入大批量生产的这批企业逐渐使良率从10%以下上升到了80%以上。从1991年到1996年,全球至少有25家大批量生产线建成,其中有21条建在日本。其中DTI投资建设了新一代产线,而夏普一下子投资了两条新线。夏普和DTI的管理层都希望新产线能迅速达到高产出。DTI干过1代线和2代线的有经验工程师很快建设了新线,新产线用人的减少使得DTI能够重新安排工程师而不减少现有产线的产出。而夏普由于同时上两条线使得工程师和操作员明显不够,2.5代线也并不如之前想的那么容易,3代线的情况更为糟糕。虽然当时估计两条线会在1995年7月建成,但到1996年5月,夏普公开承认3代线遇到了一个“重大的技术挑战”,进展缓慢。那个时候DTI的3代线已经满产,在1995年的第四个季度就已经建成开工了。除了上面提到的主要的几家公司外,星电(Hosiden)、富士通、日立、卡西欧、三菱都纷纷建厂,扩大产能(Mathews 2005,p.12)。不过这些企业后来大多处于长期亏损状态,最后退出了液晶产业。
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1703990518 星电(Hosiden)是日本最小的一家液晶企业,也是早期的创新者,但由于缺乏资金,难以向大尺寸的显示转化,所以丧失了先发技术优势。它在1993年投入巨资建2代线,在10.4英寸屏的价格下跌、市场需求向12.1英寸屏转换的过程中遭受很大的打击。1995年底,当市场需求转向大尺寸显示时,星电液晶部门的总经理认为向11.3英寸和12.1英寸的转移过于突然。总裁后来评价说“实际上是根本没有看到这一转变”(Murtha et al.2001,pp.127-128)。尽管没有足够的钱投资建3代线,但这个企业在TFT-LCD产业的尝试还是积累了宝贵的知识资本,于是决定寻找一个国际化的、资金充裕的、有密切用户关系的合作伙伴,以释放它在技术和制造工艺中的价值。恰好当时的飞利浦正在寻求这样的机会。飞利浦曾在1991年建了一条试产线,1993年投入巨资在另一种希望能超越TFT的主动矩阵像素寻址技术的一代线上。但飞利浦发现他们既不能修改TFT-LCD生产设备来符合他们的方法,也不能参与日本主流的工艺改进,以至于无法把设备的产能提高到商业化产出水平。1997年,飞利浦平板显示总裁J.C.Stuve承认,“我们在孤独中付出了代价”(ibid.2001,p.128)。1996年,飞利浦和星电结成战略联盟HAPD(Hosiden and Philips Display),结合了前者的市场、管理和资金力量以及后者的TFT知识,既满足了星电紧急注入资金的需求,同时也符合飞利浦快速从二极管转向TFT制造工艺的需要。
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1703990520 伴随着TFT-LCD工业在日本的建立,日本也发展出一大批平板显示的上下游企业。日本的平板制造供应链体系要强于其他任何国家,在包括几乎所有必要设备和材料的供应链上的每一个环节,都至少有一家日本企业参与。比如:(1)旭硝子和日本电气硝子为液晶平板做玻璃基板;(2)尼康和佳能做大面积的扫描式光刻机和步进式光刻机;(3)NEC-安内华(NEC-Anelva)制造干刻机设备;(4)日东电工做彩膜和偏光片;(5)大日本印刷株式会社和日本凸版印刷株式会社为大面积平板提供先进的印刷设备;(5)日本真空技术株式会社提供透明导体的氧化铟锡(ITO)电膜;(6)佳能做镜像投影系统;(7)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,外国企业也是把它们的液晶业务总部设在日本或者和日本企业结成战略联盟,以管理它们的全球平板显示业务。于是,日本成为新工业的温床(Hart et.al.2000)。
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1703990522 于是,一个崭新的TFT-LCD工业在日本诞生了。这是一个快速发展的工业,以玻璃基板的尺寸为标准,平板技术的变化率从1990年到2000年间超过了半导体技术从20世纪70年代中期到2000年的变化率,TFT-LCD的制造商在一半的时间里就会经历半导体工业一个世代线的变化。
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1703990524 TFT-LCD从研发到产业化的历史证明,目标远大的美国企业失败之处正是“鼠目寸光”的日本企业成功之处——这些无惧“小打小闹”的日本企业,通过把粗糙的液晶显示技术应用到新领域,在实现新技术商业化的市场竞争中获得领先。从事后看,它们成功的道理也很清楚:当液晶显示技术需要长期的改进才能应用在电视机上时,来自像计算器和手表这些产品的现金收入提供了持续研发液晶显示技术的资金来源,而制造计算机、手表以及微型电视所用液晶显示器的核心能力为制造笔记本电脑屏幕、电脑显示器以及最终的电视平板显示创造了基础;这些产品也为建立制造能力、解决生产工艺问题和改进显示应用功能以满足更多的需求而提供了平台。因此,只以宏大目标为研发动力的美国企业难以为继,而以解决眼前实用问题为研发导向的日本企业却能够逐渐建立起可以用来实现宏大目标的知识基础。
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1703990526 研发液晶显示器的动机从一开始就是平板电视——至少因为电视是新显示技术研发者当时唯一能够看得到的主流产品和主要应用领域。当时没有人会怀疑这种平板显示一旦应用到电视上之后所能产生的巨大收益(正如今天的事实所证明的),但恰恰是这种动机使技术发明的先驱者们难以为继。历史证明,液晶显示技术是经历了一个多么漫长的改进过程才最终得以应用于电视的。
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1703990528 对于以电视为应用目标的液晶显示技术研发者来说,漫长的技术演进过程带来一个致命的问题:迟迟无法应用必然动摇对研发继续投资的决心——没有任何企业能够无限期地支持一个不能在可预见未来转化为产品的研发项目。从逻辑上讲,这就是美国的先驱者们——如RCA和西屋电气——最后放弃液晶和薄膜晶体管研发项目的直接原因。与一些美国学者的解释不同,问题不在于美国企业的决策者没有耐心或看不到应用到电视上的前景,而是没有企业能够把对液晶显示技术的研发支撑到能够应用到电视上的那一天。事实上,当RCA和西屋电气放弃研发项目时,液晶和薄膜晶体管的技术状态距离可以应用到电视上的要求还很遥远,遥远到没有任何企业可以把研发持续下去的地步。
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1703990530 如果能够把对液晶显示技术的研发持续下去,除非在可以应用到电视上之前找到其他的应用领域,而这恰恰就是日本企业所做的。当日本企业——夏普和精工——从美国企业引进液晶技术时,他们要应用这种技术的目标领域不是电视,而是那些美国先驱企业看不上眼的小产品。但正是这些小产品使仍然处于“粗糙”状态的液晶显示技术找到了应用领域和市场需求——这就是有关液晶显示技术的一个重大历史事实:使液晶显示技术能够产业化的第一个市场需求不是电视,而是电子手表和计算器;而使薄膜晶体管技术得以产业化的第一个市场需求是腕表电视—— 一个非常边缘并难以产生多少收入的产品(甚至在发明了这个产品的日本精工,决策者也没有把这个产品放在眼里)。因此,成功地实现了液晶显示技术的产业化的是以边缘产品为目标的后进者——日本企业,而不是以主流产品为目标的技术研发先驱者——美国企业(处于主流地位)。
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1703990532 对美日两国企业的比较就不可回避地把技术进步的市场需求条件引入我们的分析。没有对新技术的市场需求,企业就无法持续地资助技术研发。因此,日本企业比美国企业“高明”之处不是更有战略远见,而是愿意并敢于在美国企业看不上眼的边缘产品领域应用新技术和进行创新。
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