TFT-LCD制造商在困境中探路前行
■北京大学政府管理学院 路风 蔡莹莹
阅读坐标: 第一章 导 论
第二章 激荡的TFT-LCD工业史
2.2.1TFT-LCD工业在日本的诞生
第三章 比勇气更重要的是“惶恐”：京东方的液晶历程
第四章“液晶热”与政府能力：从产业政策的角度看中国TFT-LCD工业的发展
结 论
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未让生产工程师感到意外，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公司都相信自己能利用他们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。
TFT-LCD的生产工程师们很快就决定应该执行零缺陷策略，以改变原来“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像的还要多。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”。
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代线也并不如之前所想象的那么容易，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。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。
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，它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到很大的打击。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”。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的产出水平。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”。1996年，飞利浦和星电结成战略联盟HAPD（HosidenandPhilipsDisplay），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。
伴随着TFT-LCD工业在日本的建立，日本也涌现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作玻璃基板；（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；（6）日本真空技术株式会社为透明导体（transparentconductors）提供氧化铟锡（ITO）电膜；（7）佳能做镜像投影系统（Mirrorprojectionsys鄄tems）；（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，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。
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上个世纪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。 （待 续）
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