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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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1703990537 光变:一个企业及其工业史 [:1703989331]
1703990538 光变:一个企业及其工业史 第二节 一个国际化的高技术工业
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1703990540 TFT-LCD工业从诞生起就是国际化的,它的起飞也凭借了非日本企业特别是美国企业的核心能力。从供给角度讲,虽然率先进入大批量生产阶段的是日本企业,但使这种生产得以实现的制造平台(产业链)却是几个国家的企业共同努力的结果。从需求角度讲,这个工业的第一个“杀手”客户是笔记本电脑工业,而这个高度国际化的客户也使TFT-LCD工业具有国际化的性质。于是,来自几个国家的企业在同一个地点(日本)创造出一个全新的工业,这在技术史上是没有前例的(Murtha et al.2001,p.5)。
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1703990542 虽然美国企业对TFT-LCD的研发半途而废,但在以日本为集聚地的TFT-LCD工业从孕育到崛起的过程中,却有若干美国企业迅速进入,并成为推动这个工业崛起的重要力量和参与者。这些美国企业获得成功的主要原因,是它们通过与日本企业的合作而参与了产业主流的知识创造过程。IBM、应用材料公司和康宁是其中三个具有代表性的企业。
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1703990544 IBM公司
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1703990546 IBM很早就在平板显示领域发展出很强的优势。在进入液晶平板显示领域之前,IBM的沃森实验室已在研究气态等离子显示技术,它通过与东芝、dpiX(施乐分出来的企业)的成功合资,开发了适合军方的高分辨率显示面板,只是对于普通顾客过于昂贵。在1970年代早期,IBM公司是全球电脑主机的主导者。在1980年代早期,分散化、个人化并以显示为中心的计算机世界开始出现,致使IBM面临着战略危机。不过,IBM作为1970年代后期第一个进入气态等离子平板显示商业市场的企业,产品很有销路,主要应用于金融交易大厅的数据显示。IBM对进入平板显示产业的兴趣开始于进入电脑桌面显示器业务,它想在某种能替代CRT或能弥补CRT缺陷的显示制造技术上有所突破。IBM公司在重新审视战略时,发现等离子技术更适用于电视而不是电脑,因为那时的等离子显示是单色的,重量很大,对于便携式应用来说消耗太多能量。于是,IBM把纽约州的等离子工厂卖掉了。
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1703990548 放弃等离子开发使得IBM更关注其他的平板显示技术,而IBM日本(IBM设在日本的子公司)的高管此时看到了全球显示技术向TFT-LCD转变的潜力。当IBM内部还在对技术争论不休时,精工在1983年的国际信息显示年会(SID)上展出的彩色TFT-LCD显示器像是一颗炸弹给IBM以巨大冲击,这一展示清晰地表明TFT-LCD满足了市场对便携彩色显示的需求和期望。正如IBM高级工程师史蒂夫·德普在2000年评论说,当时“TFT-LCD就像已经藏在岩石的某个角落的极小的哺乳动物,尽管恐龙还活在这个世界上”(Murtha et.al 2001,p.74)。在是否对新型显示开展研究的争论中,IBM的执行副总裁麦格罗蒂表示了支持态度,理由是在将来很多的重要产品中,显示会成为“所有这些电子产品的集成点。”他相信,如果IBM要成功地把TFT-LCD商业化,这个项目就必须像早年IBM建立个人电脑部门一样,“不能在大象的笼子里养老鼠”,必须进行“系统外的管理,在新的市场竞争中需要有一个新的组织,因为原有的组织会(对新业务)有所限制”(ibid.,pp.75-76)。IBM的管理人员饶有兴趣地参与了这场争论,他们也相信IBM应该在TFT技术方向有大的进展,而且相信IBM日本有独特的位置在这个新业务中领先。TFT-LCD似乎给IBM日本提供了称为一个首创者的独特机会——液晶产业的发展演进在日本最为迅速,很多IBM日本的设备供应商都参与其中。IBM的四位高管组成了“平板显示指导委员会”,鼓励IBM日本开始进入TFT研究,为将来生产做准备。
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1703990550 于是,IBM日本与东芝结成了研发战略联盟。1986年4月,两个企业同意对为期两年的合作研究分摊成本。这项研究由东芝、IBM日本以及IBM在美国的约克城高地实验室共同进行。每个企业都会用各自的设施进行研究,从东芝开始尽快建立第一条研发生产线,最后每个企业都可以自由地追求自己的生产计划。达成协议后,东芝的工程师立即投入到产线设计工程中,订购设备,并于8月开工。仅一个月以后,试验产线已经建好并开始运营。IBM的管理层相信与东芝的合作是实现商业化的最快途径。在第一年的合作中,IBM日本在显示技术方面的高级技术人员和项目主管平野真一的监督下,建造了达到最新技术发展水平的洁净车间设备。当IBM工程师第一次去日本的研发产线工作时,每个人都配了一个伙伴共同负责产线上的一块玻璃,而每一个合作伙伴都是特定工艺步骤的专家。从1986—1988年,双方工程师的第一年在东芝实验室共同工作,第二年在IBM日本的研发洁净室共同工作。
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1703990552 这一联盟在1987年开发了两个9.5英寸的展示样机,1988年又开发了一个14英寸的样机,后者让IBM高层印象深刻。此后,IBM决定扩大和东芝的研究合作,利用曾经参与合作研发的工程师以使投产的速度更快、成本更低。1989年的8月30日,在IBM和东芝合作研发的样机公布一年之后,两家公司决定成立DTI(Display Technologies In.)制造联盟,双方各占50%的股份。DTI的总部和第一条生产线都设在姬路,于1991年投产。DTI充分利用了合作双方的不同能力所带来的学习机会,东芝公司的DRAM(半导体存储芯片)工程师在TFT阵列(Array)制程上工作,而STN-LCD工程师则在液晶灌注成盒(Cell)制程上工作;IBM在约克城高地实验室的显示小组和DTI一起工作,为TFT阵列制程配置新的测试设备,在后一制造步骤前测试TFT玻璃基板,使得操作工能在高成本的后续步骤之前就除去或修复有问题的阵列,减少了浪费。知识的创造使得DTI有了一个紧密联系的独立身份,IBM和东芝都从DTI中学习,获得新专利的知识基础,确保他们在彼此互相竞争的笔记本生产上使用最先进的TFT-LCD显示技术。(进入21世纪后,随着IBM向服务商的转型,它最终退出了TFT-LCD工业。)
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1703990554 应用材料公司
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1703990556 应用材料(Applied Materials)公司是美国重要的半导体设备制造商。与IBM一样,它也是为了能够在日本市场上竞争,于1979年在日本设立子公司——应用材料日本。到1989年,应用材料在日本的销售量已经占到其全球总销量的40%。
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1703990558 1991年,还在为提高良率而挣扎的东芝和夏普找到应用材料公司,探讨如何把他们的半导体设备改变为TFT-LCD的生产工艺,当时夏普和东芝的1代线只达到10%的良率。这次接触使应用材料公司看到了TFT-LCD工业的潜在市场,于是在同年成立了应用显示技术公司(ADT,Applied Display Technologies.,AKT公司的前身)。应用材料的管理者认识到他们大多数的平板显示客户在日本,所以把总部设在了日本神户,但是把后端的制造和组装留在了加利福尼亚。这种地理上的接近确保了他们能更好地理解客户战略信息。
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