光明未來…台灣光電產業的機遇和挑戰

台灣大學光電研究所所長林清富

半導體業，特別是晶圓代工，全球市場極大，也一直是台灣最引以為傲的強項，但事實上，全球光電產業的發展速度在邁入21世紀後，便快速成長，在2004年產值首度追上晶圓代工業，2008年正式超越晶圓代工產業。台灣大學光電研究所所長林清富認為，上世紀是半導體的世紀，但21世紀，將會是光電產業的時代。

台灣的光電細分市場包括有光學元件、顯示器、影像感測元件暨光學輸出入端、光學儲存、太陽能電池、固態照明/光源，以及光通訊。林清富指出：「事實上，電子半導體和光電產業一直在走向整合，以今天的電子裝置為例，螢幕是最重要的元件之一，它與眾多電子元件密切整合，而幾乎所有的電子裝置都需要螢幕，對台灣業者來說，這波趨勢是值得把握的機會。」

「2011年，全球光電產業產值約4,000億美元，其中台灣佔17%，達650億美元，以台灣人口僅佔全球0.35%情況來看，能貢獻如此高的光電產值相當不容易。」林清富將推動全球光電業強勁成長的驅動力歸納為三大範疇：太陽光電、節能照明的光電需求，以及繼續成長的螢幕顯示科技。並指出，台灣在這三大領域都擁有相當程度的科技優勢，在未來的光電、電子整合潮流中，若能好好發揮，將可在全球光電產業持續扮演重要角色。

太陽光電…台灣邁向能源產業的契機

人們對太陽能的渴望，源自於對現有石化能源有朝一日終將有儲量用罄的恐懼，加上石化能源開採日益困難、溫室效應、氣候變遷、恐懼核災及污染等，導致對再生能源需求日益升高，當然，也包括了由行動裝置帶起的對隨身電源的需求，顯然，太陽能是方便隨身充電的首選技術。

林清富指出：「價格一直是阻礙太陽能普及的主因。經濟學人報導，在上世紀70年代第一次石油危機時，1977年太陽能模組價格是每瓦76美元，但目前太陽能模組價格每瓦已來到0.74美元。」他表示，有兩大原因推動模組價格大幅下滑，首先是碲化镉薄膜太陽能電池的問世，讓價格下跌的幅度提前5~10年到來；其次是中國大陸廠商的崛起，迅速擴充的產能打亂了全球模組市場。

但往好處看，林清富認為，整體太陽能成本還有很大的降價空間。「2004年，太陽能系統成本是每瓦8美元，現在大約是3-4美元或更低，業者們希望能降到2美元，而事實上，若系統成本能降至每瓦1美元，那麼太陽能就能真正和石化能源競爭了。這個目標10年內有可能達到。」

然而，在達到這個目標之前，太陽能產業還必須跨越許多挑戰。林清富指出，由於目前模組價格已低至每瓦0.7美元，未來降價空間有限。而在太陽能市況不佳情況下，最關鍵問題在於如何能擺脫太陽光電產業長期都需依靠政府補助的窘境。

對此林清富表示，以台灣的條件來看，系統成本必須降至每瓦2美元以下廠商才能獲利；當然，若能進一步降到每瓦1美元以下，太陽光電就會比石化燃料更具競爭力。林清富預估，太陽能要達到市電平價(Grid parity)的目標，可能會在2015年到來，然而，在朝這個目標邁進之際，還有許多難題需要克服，包括新技術、新材料、創新元件架構，新模組技術，其至安裝工法，都考驗著太陽光電業者。

但這些投入都是值得的。林清富表示，長久以來，台灣都將精力投入發展電子與半導體產業，但至今仍未正式踏入能源產業。林清富表示，能源產業的產業規模是半導體產業的10倍以上。舉個例子，台積電2011年營業額140億美元，英特爾540億美元，這兩家幾乎是電子與半導體業的龍頭；而台電約155億美元；中油為311億美元，與台積電或英特爾相當，但比能源業龍頭埃克森美孚(Exxon Mobil)小很多，埃克森美孚2011年營業額達到了4,864億美元，可看出整個能源業的總產值遠超過電子業；而埃克森美孚僱用員工數84,000人，雖然較台積電和台電、中油各多出3？4倍，不過卻比英特爾的10萬人少，可以說能源業的潛力相當大。

顯示器…依然亮眼的明星

無論景氣如何變遷，全球平面顯示器仍不斷成長，2012年總產值達到了1,730億美元，其中TFT-LCD佔93%以上，而OLED也強勁成長，每年成長幅度達23%以上，包括2009年金融海嘯期間也未曾例外。未來，隨著電子紙、3D顯示、隨身裝置顯示器蓬勃發展，整個顯示器產業還會持續擴大。

林清富表示，心理學研究顯示，在人類大腦處理的訊號中，有超過50%來自視覺，從人性觀點來看，未來的科技商品都會和視覺相連結的顯示技術息息相關。這可從簡單例子來理解，我們可以邊開車邊聽音樂，但不可能邊開車邊看電視，因為聽覺只占大腦訊號處理的一小部份，但視覺占了相當大的比例，所以大腦難以同時處理開車狀況和看電視之兩種需求。

儘管顯示產業看似商機無限，但其中卻存在著許多挑戰，是已經在全球顯示器市場佔一席之地的台灣必須特別關注的。首先，林清富指出，大型化一直是顯示器和電視廠商展示實力的證明，但究竟多大才是終點？事實上這個問題不會有答案，只要成本夠低，看起來舒服，消費者應該都能接受。

第二個挑戰是軟性可撓顯示器的成本與可靠度。可撓性顯示一直是電子產業的夢幻題材，儘管目前已經有廠商在研究窗簾型或壁紙型的可撓顯示器，但業者仍必須掌握發光元件和透明電晶體等關鍵技術，降低成本，具有足夠可靠度，才能加快開發打入市場的腳步。其他的挑戰還包括手機是否需要結合微型投影機、大面積的非接觸式觸控如何實現、全像顯示時代何時到來等。

在思考這些趨勢時，林清富表示，未來顯示器的風貌不會再和現在相同，它能以各種形式呈現。與PC不同，從現在來看，顯示器的發展離終點還有很大一段距離，至少目前為止我們還看不到顯示器發展的終點，也因此，在這段期間，我們還有很多機會，有很多新技術可以選擇，去開發更先進的顯示應用。

節能照明點亮未來

全球照明用電力消耗從來沒有下降，只有一路往上升高。在固態照明領域中，LED是台灣廠商最有機會的一項技術。據摩根史坦利研究顯示，2007？2020年全球LED照明需求CAGR將達到31%，但LED目前最大的問題還是成本以及發熱問題。

事實上，這兩個問題彼此間有著高度關聯。林清富指出，目前許多LED燈泡的重點設計都在散熱。他以效率20%的LED為例表示，平均900lm的亮度要耗掉總共約15W電力，其中約3W用來產生900lm的亮度，那麼就會有12W電能被浪費在發熱上；但若效率能達到80%，則同樣約3W來給予900lm亮度，但耗費在發熱上的電能就只有0.75W，不需要太多散熱設計，成本自然能進一步降低，而且更省電。

林清富以2個層面來分析台灣在LED產業面臨的挑戰。首先是許多設備都要仰賴進口，許多專利也不在台商手上，除了要付專利費，也有許多產品被限制出口，從全球專利交叉授權地圖來看，台灣獲得的授權也較少。

其次就是螢光粉的價格攀升、原料取得不易以及專利問題。林清富指出，目前大部份螢光粉都使用稀土元素，但稀土元素現今已被許多主要出口國限制出口，主因是開採稀土必須大規模挖崛，破壞地表植被，不僅成本高且與LED代表的環保概念相互矛盾。另外，目前的螢光粉多採用固態燒結法，需要高溫燒結和長的燒結時間，再加上大多數專利都被國外大廠掌握，不利台灣的技術發展。

不過，林清富指出，從另一個角度來看，這些挑戰也為台灣業者帶來新希望。以設備來說，他建議國內廠商應投入開發新長晶技術設備並取得專利；在螢光粉部份，他同樣呼籲本土業者投入不用稀土元素的新螢光技術開發，才能在未來的LED固態照明領域中提高競爭力。

最後，林清富表示，台灣的光電產值已經超過兩兆台幣，占台灣GDP的六分之一以上。在廣闊的光電應用領域中，台灣廠商應憑藉著本身優勢和靈活性，並結合學界長期培養的研發人力投注於核心技術之研發，才有機會在未來的光電新世代中進一步提高全球競爭力。