下麵,介紹1991年度日本光電子產業研究和開發的投資分布。由此,我們更能看出日本光電子產業的投資規模、產業結構和基本特征。這一年全國有656個投資項目,其中1億日元(約100萬美元)以下的中小項目520個。投資額在100億~200億日元之間的僅有2項:顯示器件和光打印機。在20億~50億日元之間的有3項:再生專用光盤機、追加記錄型光盤機和光打印機。投資額在10億~20億日元之間的項目共14項:發光二極管1項、光打印機3項、光通信係統和設備3項、光盤2項、激光加工1項、顯示器件3項、太陽電池1項等。在光電子元件方麵,日本對半導體激光器、發光二極管、顯示元件等極為重視。這一年,日本對半導體激光器共投資了25個項目:投資額在5億~10億日元之間的有2項。而投資額在該範圍的氣體激光器僅為1項。固體激光器的最高投資額僅在1億~5億日元之間,有3項,而投資額在這一區間的半導體激光器則有10項。據此可知,該年度,半導體激光器投資額約為固體激光器投資額的5倍,為氣體激光器投資的5倍以上。發光二極管的投資項目共有22個,最高投資額在10億~20億日元之間,有1項,估計總投資量與半導體激光器相當。顯示元件共24項,其中投資額在100億~200億日元之間的有1項,投資額在10億~20億日元之間的有一項,投資額在1億~10億日元之間的有4項。自1988年以來,每年投資強度超過20億日元的項目共有9個。在光電子設備方麵,投資較高的項目有光盤、光打印機、光通信設備等。1991年,各類光盤的投資項目達57個,投資額在20億~50億日元之間的有2項,投資額在5億~10億日元之間的有2項。自1985年以來,每年投資強度超過20億日元的單位達18家。這一年日本在光打印機方麵投資最高的5個項目中,就有2項是光打印機。1991年,日本在光端機方麵共投資了29個項目,投資額在10億~20億日元之間的有1項,投資額在1億~10億日元之間的有6項。
從研究開發者人數的分布來看,用人最多的項目是光打印機和顯示器件。在全部投資項目中,300人以上的項目隻有1個,是光打印機。200~245人之間的項目也隻有1個,是顯示器件。用人在100~200人之間的有11項,它們是光打印機1項,光通信係統2項,光盤3項,光端機1項,光顯示器件2項,光電池1項,半導體激光器1項。
巨大的投入產生了巨大的效益。今天,日本在半導體激光器,以及以它為基礎的光盤、光打印機、光條碼掃描器等產業都在世界上處於壟斷地位;在液晶顯示器件方麵,也是如此。今天,日本液晶產量已占全球產量的95%,美國隻占3%。美國已經意識到,盡管它在R&D方麵走在世界的前麵,但在光電子產業方麵大大落後於日本。1991年,美國光電子工業產值約為60億美元(其中74%來自產業界,26%來自聯邦政府)。但是,後來美國光電子產業在日益龐大的世界市場中的份額不斷被蠶食,特別是在那些大量生產的光電子產品方麵,美國的競爭能力變得越來越脆弱。美國人意識到:如果不努力追趕,在光電子產業方麵,美國將永遠是“小三子(Bit player)”!
3光電子產業的關鍵技術和發展趨勢
光電子產業的規模如此龐大,是同支撐它發展的關鍵技術密切相關的。1970年,GaAlAs激光器的室溫連續運轉和光纖損耗的大幅度下降具有劃時代的意義,從此,人們對光纖通信的追求變得更加現實了。在長波長半導體激光器問世之後,光纖通信便一步一步地走出了實驗室,並迅速形成了巨大產業。在長距離大容量通信係統、CATV係統、計算機網絡等方麵獲得了廣泛應用。上世紀70年代末,半導體激光器的模擬技術和光盤盤片技術解決之後,很快就出現了CD唱機、discman,接著又出現了LD、VCD影碟機、CD-ROM、光盤文檔存儲係統、便攜式可擦除聲頻光盤係統等。在電子照相技術、條碼技術相應解決之後,激光打印機、條碼掃描器、圖像掃描器、激光照排係統等產業也隨之發展起來。在高功率半導體激光器問世之後,以利用半導體激光能量為特征的LD泵浦固體激光器、激光加工、激光醫療等,已經受到人們的高度重視。它對光電子產業的貢獻是難以估量的。此外,CCD技術、發光二極管(LED)技術、液晶顯示技術的發展,又使光電子產業獲得了新的生命。現在,圖像信息的獲取、處理、傳輸、接收、顯示、打印和存儲等變得更加容易了。筆記本式計算機、計算機工作站、電子字典、電子地圖、高分辨率電視、投影電視、LED大屏幕顯示等,已經變成光電子產業的新的方麵軍。
光電子元件技術的發展,對光電子產業的形成具有極強的推動作用,但係統技術也是十分重要的。係統可以直接滿足市場的需要,滿足社會發展的需要,係統發展了,又會反來促進元件的發展。促進光電子產業發展的關鍵係統技術有:光通信技術、光存儲技術、光顯示技術、光打印技術、激光加工技術、激光醫療技術等。
光通信是最先成熟起來的光電子產業。同傳統的電通信相比,光通信能更快、更大量地將聲音、圖像和數據信息傳向更遠的地方,光通信係統是“信息高速公路”,是信息社會神經網絡。據OIDA預測,光通信設備的市場規模將從1993年的30億美元上升到2003年的300億美元。由光通信係統所帶來的服務性收入更大。有人估計,信息高速公路所產生的服務性收入可達到3000億美元。光通信技術可應用在如下4個方麵:①長距離通信(幹線和洲際網絡)。在這類係統中,中繼間隔大於100公裏,速率在0.6~2.5Gb/s之間;②短距離通信(區域網)。在這類係統中,通信距離在1~10公裏之間,速率在50~622Mb/s之間;③高性能數據通信,通信距離在300~2000米之間,速率在20~100Mb/s之間;④低價數據通信,通信距離在300米之內,通信速率在200Mb/s以下,要求成本能同電通信競爭。
光盤技術是光電子產業的核心技術之一,市場極大。光盤技術發展趨勢是:近幾年,CD唱機、VCD影碟機、CD-ROM等產品將是光盤產品的主流。但最近Sony公司推出的聲頻Mini Disc(小型可擦除磁光盤),將會代替CD唱機,代表著消費性聲頻產品的發展方向。類似的,目前的隻讀式VCD影碟機也終將被可擦除的磁光盤影碟機所代替。這種磁光盤技術可用來存儲高分辨電視信號,並能隨機取址。值得注意的是,最近消費型CD-ROM產品發展很快,出現了許多新的形式,如CD照片、CD-電子遊戲、CD出版物等。1994年初,Sony公司推出的Data Discman(數據型Mini Disc)也許就是消費性數據光盤產品向磁光盤技術傾斜的開始。隨著價格的下降,消費性數據光盤產品將會有較大的發展。但CD-ROM產品,包括相變可擦除技術在內,還將會存在一段時間。光盤正在朝著大容量、可擦除光盤的方向發展。目前,采用780mm波長,在5.25英寸盤片上的最高存儲密度為1.3Gb。最新進展有:日本三洋采用635nm波長激光器和信息壓縮技術,用直徑120mm、含有2.2Gb的CD-ROM盤片,以4Mb/s的速率讀取信息,可放送圖像節目1個小時。美國IBM公司等正在發展多層盤片,以滿足高密度存儲市場的需要。
顯示技術是光電子產業的重要技術之一,顯示設備在整個光電子領域(包括CRT在內)中的比例高達50%,1998年產值預計為950億美元,2003年預計為1440億美元。顯示可分平板顯示和其他顯示兩大類。平板顯示包括LCD(PMLCD和AMLCD),EL,PDP,FED,其他顯示有LED、三維和全息顯示、投影顯示、激光束掃描顯示等。其中LCD顯示的發展特別引人注目,據日本國際貿工部統計預測,LCD全球銷售額:1992年為37億美元;1996年為90億美元;2000年將為400億美元。其中,最引人注目的是彩色AMLCD,1991年為60億美元;1992年將為10億美元;1995年為40億美元;1997年為60億美元;2000年為100億美元。LED顯示已經成為一個很大的產業,預計到2000年,LED的總產值可達25億美元。目前以紅色、黃色、橙色發光二極管為主,但日本已研製成功並生產出了高亮度藍色發光二極管(波長450nm,500nm)。該技術的突破,使日本在國際LED顯示市場的地位更加鞏固。與此同時,激光束掃描顯示技術正在蓬勃發展。大型娛樂園地、廣告、節日與大型文體演出、展覽中心、天文館、飯店、大商場、娛樂中心、學校等都需要這種規模壯觀、氣勢宏偉的激光表演。美國已能用激光顯示技術在天花板、牆壁、水幕等不同屏幕上顯示迷人的彩色圖案和文字。迪斯尼樂園、NBA籃球比賽等場合都有激光顯示。美國已在40個天文館內安裝了激光顯示設備;一個流動性的博物館計劃在3年內,攜帶價值300萬美元的激光顯示設備訪問北美的8個城市。激光全息顯示技術也倍受歡迎,現代的許多商標和防偽標記就采用了這種激光全息技術。
光輸入輸出技術(也可稱為硬拷貝技術)包括以激光器為主導技術的激光打印機、激光照排機、數字複印機、普通紙傳真機、激光傳真機、圖像掃描儀、條碼掃描器等。1993年,激光打印機市場為33億美元,預計到2013年將達到148億美元。日本OITDA估計,1993年度日本整個光輸入輸出設備的產值為84.6億美元,比1992年增長5%,其中打印機增長5%,傳真機增長9%。美國OIDA認為辦公室用的打印機現在已為激光打印機所壟斷,原因是其打印速度快、質量高、價格適中、字體選擇靈活。這種情況還會持續若幹年。而且,激光打印機還將在激光傳真機、數字複印機領域獲得廣泛應用。其他的打印技術,如熱打印機和光敏打印並不以電子技術為主導技術,即不使用二極管激光器。但是,新的應用將要求它們朝著這個方麵發展,如新一代醫用圖像儀器將使用二極管激光器直接將來自CRT的數字信息寫到熱性介質或光敏薄膜上。隨著二極管激光器價格的下降,這種應用越來越普遍。值得注意的是,彩色噴墨打印機的價格僅為500~1000美元之間,而彩色激光打印機的價格要昂貴得多。因此,從長遠看,彩色噴墨打印機可能會大量湧入辦公室,並可能會深入家庭。條碼掃描器的使用範圍越來越普遍,從超級市場到倉庫保管,今天幾乎到處都可看見條碼掃描器。圖像或文字掃描器將在速度和分辨率方麵進一步得以改善,但顏色複製則是難度更高的關鍵技術。