光明未来…台湾光电产业的机遇和挑战

台湾大学光电研究所所长林清富

半导体业，特别是晶圆代工，全球市场极大，也一直是台湾最引以为傲的强项，但事实上，全球光电产业的发展速度在迈入21世纪后，便快速成长，在2004年产值首度追上晶圆代工业，2008年正式超越晶圆代工产业。台湾大学光电研究所所长林清富认为，上世纪是半导体的世纪，但21世纪，将会是光电产业的时代。

台湾的光电细分市场包括有光学元件、显示器、影像传感元件暨光学输出入端、光学储存、太阳能电池、固态照明/光源，以及光通讯。林清富指出：「事实上，电子半导体和光电产业一直在走向整合，以今天的电子装置为例，屏幕是最重要的元件之一，它与众多电子元件密切整合，而几乎所有的电子装置都需要屏幕，对台湾业者来说，这波趋势是值得把握的机会。」

「2011年，全球光电产业产值约4,000亿美元，其中台湾占17%，达650亿美元，以台湾人口仅占全球0.35%情况来看，能贡献如此高的光电产值相当不容易。」林清富将推动全球光电业强劲成长的驱动力归纳为三大范畴：太阳光电、节能照明的光电需求，以及继续成长的屏幕显示科技。并指出，台湾在这三大领域都拥有相当程度的科技优势，在未来的光电、电子整合潮流中，若能好好发挥，将可在全球光电产业持续扮演重要角色。

太阳光电…台湾迈向能源产业的契机

人们对太阳能的渴望，源自于对现有石化能源有朝一日终将有储量用罄的恐惧，加上石化能源开采日益困难、温室效应、气候变迁、恐惧核灾及污染等，导致对再生能源需求日益升高，当然，也包括了由移动设备带起的对随身电源的需求，显然，太阳能是方便随身充电的首选技术。

林清富指出：「价格一直是阻碍太阳能普及的主因。经济学人报导，在上世纪70年代第一次石油危机时，1977年太阳能模块价格是每瓦76美元，但目前太阳能模块价格每瓦已来到0.74美元。」他表示，有两大原因推动模块价格大幅下滑，首先是碲化镉薄膜太阳能电池的问世，让价格下跌的幅度提前5~10年到来；其次是国内大陆厂商的崛起，迅速扩充的产能打乱了全球模块市场。

但往好处看，林清富认为，整体太阳能成本还有很大的降价空间。「2004年，太阳能系统成本是每瓦8美元，现在大约是3-4美元或更低，业者们希望能降到2美元，而事实上，若系统成本能降至每瓦1美元，那麽太阳能就能真正和石化能源竞争了。这个目标10年内有可能达到。」

然而，在达到这个目标之前，太阳能产业还必须跨越许多挑战。林清富指出，由于目前模块价格已低至每瓦0.7美元，未来降价空间有限。而在太阳能市况不佳情况下，最关键问题在于如何能摆脱太阳光电产业长期都需依靠政府补助的窘境。

对此林清富表示，以台湾的条件来看，系统成本必须降至每瓦2美元以下厂商才能获利；当然，若能进一步降到每瓦1美元以下，太阳光电就会比石化燃料更具竞争力。林清富预估，太阳能要达到市电平价(Grid parity)的目标，可能会在2015年到来，然而，在朝这个目标迈进之际，还有许多难题需要克服，包括新技术、新材料、创新元件架构，新模块技术，其至安装工法，都考验着太阳光电业者。

但这些投入都是值得的。林清富表示，长久以来，台湾都将精力投入发展电子与半导体产业，但至今仍未正式踏入能源产业。林清富表示，能源产业的产业规模是半导体产业的10倍以上。举个例子，台积电2011年营业额140亿美元，英特尔540亿美元，这两家几乎是电子与半导体业的龙头；而台电约155亿美元；中油为311亿美元，与台积电或英特尔相当，但比能源业龙头埃克森美孚(Exxon Mobil)小很多，埃克森美孚2011年营业额达到了4,864亿美元，可看出整个能源业的总产值远超过电子业；而埃克森美孚雇用员工数84,000人，虽然较台积电和台电、中油各多出3？4倍，不过却比英特尔的10万人少，可以说能源业的潜力相当大。

显示器…依然亮眼的明星

无论景气如何变迁，全球平面显示器仍不断成长，2012年总产值达到了1,730亿美元，其中TFT-LCD占93%以上，而OLED也强劲成长，每年成长幅度达23%以上，包括2009年金融海啸期间也未曾例外。未来，随着电子纸、3D显示、随身装置显示器蓬勃发展，整个显示器产业还会持续扩大。

林清富表示，心理学研究显示，在人类大脑处理的信号中，有超过50%来自视觉，从人性观点来看，未来的科技商品都会和视觉相连结的显示技术息息相关。这可从简单例子来理解，我们可以边开车边听音乐，但不可能边开车边看电视，因为听觉只占大脑信号处理的一小部份，但视觉占了相当大的比例，所以大脑难以同时处理开车状况和看电视之两种需求。

尽管显示产业看似商机无限，但其中却存在着许多挑战，是已经在全球显示器市场占一席之地的台湾必须特别关注的。首先，林清富指出，大型化一直是显示器和电视厂商展示实力的证明，但究竟多大才是终点？事实上这个问题不会有答案，只要成本够低，看起来舒服，消费者应该都能接受。

第二个挑战是软性可挠显示器的成本与可靠度。可挠性显示一直是电子产业的梦幻题材，尽管目前已经有厂商在研究窗帘型或壁纸型的可挠显示器，但业者仍必须掌握发光元件和透明晶体管等关键技术，降低成本，具有足够可靠度，才能加快开发打入市场的脚步。其他的挑战还包括手机是否需要结合微型投影机、大面积的非接触式触控如何实现、全像显示时代何时到来等。

在思考这些趋势时，林清富表示，未来显示器的风貌不会再和现在相同，它能以各种形式呈现。与PC不同，从现在来看，显示器的发展离终点还有很大一段距离，至少目前为止我们还看不到显示器发展的终点，也因此，在这段期间，我们还有很多机会，有很多新技术可以选择，去开发更先进的显示应用。

节能照明点亮未来

全球照明用电力消耗从来没有下降，只有一路往上升高。在固态照明领域中，LED是台湾厂商最有机会的一项技术。据摩根史坦利研究显示，2007？2020年全球LED照明需求CAGR将达到31%，但LED目前最大的问题还是成本以及发热问题。

事实上，这两个问题彼此间有着高度关联。林清富指出，目前许多LED灯泡的重点设计都在散热。他以效率20%的LED为例表示，平均900lm的亮度要耗掉总共约15W电力，其中约3W用来产生900lm的亮度，那麽就会有12W电能被浪费在发热上；但若效率能达到80%，则同样约3W来给予900lm亮度，但耗费在发热上的电能就只有0.75W，不需要太多散热设计，成本自然能进一步降低，而且更省电。

林清富以2个层面来分析台湾在LED产业面临的挑战。首先是许多设备都要仰赖进口，许多专利也不在台商手上，除了要付专利费，也有许多产品被限制出口，从全球专利交叉授权地图来看，台湾获得的授权也较少。

其次就是萤光粉的价格攀升、原料取得不易以及专利问题。林清富指出，目前大部份萤光粉都使用稀土元素，但稀土元素现今已被许多主要出口国限制出口，主因是开采稀土必须大规模挖崛，破坏地表植被，不仅成本高且与LED代表的环保概念相互矛盾。另外，目前的萤光粉多采用固态烧结法，需要高温烧结和长的烧结时间，再加上大多数专利都被国外大厂掌握，不利台湾的技术发展。

不过，林清富指出，从另一个角度来看，这些挑战也为台湾业者带来新希望。以设备来说，他建议国内厂商应投入开发新长晶技术设备并取得专利；在萤光粉部份，他同样呼吁本土业者投入不用稀土元素的新萤光技术开发，才能在未来的LED固态照明领域中提高竞争力。

最后，林清富表示，台湾的光电产值已经超过两万亿台币，占台湾GDP的六分之一以上。在广阔的光电应用领域中，台湾厂商应凭藉着本身优势和灵活性，并结合学界长期培养的研发人力投注于核心技术之研发，才有机会在未来的光电新时代中进一步提高全球竞争力。