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由台灣高科技產業需求,探討金屬材料發展策略—以銦在TFT LCD產業為例

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出版作者 莊惟傑
出版單位 工研院IEK
出版日期 2008/12/31
出版類型 產業報告
所屬領域 金屬製品
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摘要

一、研究背景

稀有金屬大量運用於高科技產業,如銦在TFT LCD產業,鎵在半導體、鋰在鋰電池、鎢在機械製品等,範圍之廣可說是各種產業重要且關鍵的材料。但稀有金屬蘊藏量大多集中在中國、南非、俄羅斯等政治較不安定或獨裁性較高的國家,所以在蘊藏量稀少及高度集中在某些國家的情形下,供應風險也相對的提高。

我國是個金屬資源的供給小國,但是卻是需求大國,不論是機械、半導體、光電產業,都是我國非常重要的產業,產值也相當大而這些產業對於稀有金屬卻是相當的依賴。我國兆元產業之一的TFT LCD產業不斷蓬勃發展,但關鍵材料及零組件卻嚴重倚賴日本或其他國家,從而引發出我國經濟命脈受制於外人的疑慮,更凸顯出稀有金屬對技術升級和經濟發展的關鍵性與重要性,其中TFT LCD產業中關鍵的稀有金屬銦更是近年來重要的議題。

稀有金屬銦,蘊藏量的稀少及礦源集中在中國,在供給面上有相當的風險存在。銦錠的價格也從2002年的100美元/kg,暴漲到2005年超過1,000美元/kg,漲幅有10倍之多。其中銦的需求有83%在銦錫氧化物ITO(Indium Tin Oxide),其中ITO大多用於TFT LCD產業,而且是以目前的技術尚難以替代的材料,也因為如此銦的供需是否會發生供給不足,一直是TFT LCD廠商所關心的問題,但不論如何銦的需求逐年增長,但產量的供給卻有限的情形下,供給的不足在未來是可預期的。為了降低稀有金屬的取得風險並維持產業競爭力,日本對於銦短缺的題擬定一系列的發展策略,值得我國參考,因此本研究將以日本為標竿國家,並分析銦的供需及替代技術的發展,來擬定台灣發展策略。

二、研究目的及重要結論

本研究之研究目的為:

1. 原生銦未來的供需發展趨勢,銦在未來是否會有供給缺口的出現。

2. 標竿國家對於銦資源的議題,是如何看待,以及發展策略為何。

3. 替代技術的發展現況及方向,銦在ITO的應用上的替代技術發展及未來可能的方向。

4. 台灣對於稀有金屬銦的發展策略為何。

經過本計畫的分析及研究最後得到以下五大點結論:

1. 稀有金屬銦是重要且關鍵的金屬。

2. 銦對於TFT LCD產業具有少量但關鍵性的影響。

3. 原生銦的供需會在2013年到2015年間發生供給缺口。

4. 銦的短缺對於台灣的影響在於ITO靶材的來源是否能穩定供給。

5. 日本對於銦短缺的議題擬定的發策略短期為儲備,長期為替代技術的開發。

三、台灣發展策略建議

(一)短期策略

日本在銦的儲備制度上,目前並不適合我們,因為我國並沒有銦的下游產業。我國在短期的策略上是確保TFT LCD所需的ITO靶材供應穩定,以下將短期策略分為防守型及積極型策略來說明。

1. 防守策略-與日本簽定ITO靶材長期的供貨合約

目前ITO靶材的主要製造商大多集中在日本,其中日本主要製造商,因此我國目前ITO靶材的採購來源幾乎都是從日本,如果我國沒有自製或和其它國家合作開發ITO靶材的情形下,除了向日本採購之外沒有其它國家能供應我們的需求,所以在短期策略上,如果採取防守的策略就是和日本簽定長期的供貨合約。

2. 積極型策略-與中國大陸合作發展ITO靶材及投資上游礦源

中國擁有豐富的銦礦源,但是在後段的加工上卻非常缺乏,近幾年中國也意識到單單只有提煉銦的價值並不高,必須往下游的金屬材料發展才能有較高的附加價值。我國的積極策略為投資中國上游礦源,就可掌握銦錠的來源和技術,並且和中國的國營企業合作生產ITO靶材已牽制日商獨大的情形。

(二)長期目標

我國在長期策略上,應該從最根本的地方著手,投入資源在替代技術的發展上,掌握未來新的替代材料所衍生的商機,從新材料、新製程,等相關的議題做及早佈局。

目錄

====章節目錄====

第一章 緒 論 1-1

 第一節 前言 1-1

 第二節 研究目的 1-3

 第三節 研究架構與方法 1-4

 第四節 研究範圍及限制 1-5

第二章 銦資源的關鍵性 2-1

 第一節 銦資源概況 2-1

  一、銦的特性 2-1

  二、銦的價值鏈 2-2

  三、銦的提煉過程 2-2

 第二節 銦資源的蘊藏量及集中度 2-5

  一、蘊藏量稀少只能開採21年 2-5

  二、高度集中在中國 2-5

 第三節 銦在TFT LCD產業中的關鍵性 2-7

  一、TFT LCD Array製程中銦是供應風險最高的金屬材料 2-7

  二、TFT LCD產業中銦是難以被替代的材料 2-8

 第四節 銦的價格大幅度的上升 2-10

  一、資訊產業及網路公司的泡沫化造成銦價低迷 2-10

  二、TFT LCD的成長帶動銦價格暴漲十倍 2-10

 第五節 小結 2-12

第三章 銦的供給及需求現況 3-1

 第一節 銦的供給概況 3-1

  一、原生銦與再生銦 3-1

  二、銦的回收-再生銦 3-2

  三、主要國家生產概況 3-6

 第二節 銦的需求概況 3-10

  一、主要應用領域及需求量 3-10

  二、主要需求國家 3-11

  三、日本需求概況 3-12

  四、美國的需求概況 3-13

  五、其它國家的需求概況 3-14

 第三節 小結 3-15

第四章 銦於透明導電氧化物及太陽能電池用途 4-1

 第一節 銦於透明導電氧化物的用途 4-1

  一、透明導電氧化物概況 4-1

  二、銦錫氧化物ITO在TFT LCD的應用概況 4-2

  三、ITO靶材的鍍膜製程 4-4

  四、ITO市場概況 4-7

 第二節 銦於銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽電池的用途概況 4-10

  一、基本構造 4-10

  二、特性 4-12

  三、銅銦鎵硒薄膜製程 4-12

  四、市場概況 4-13

  五、廠商投入概況 4-14

 第三節 小結 4-18

第五章 原生銦未來供需分析 5-1

 第一節 原生銦未來需求推估 5-1

  一、ITO用途對原生銦需求推估 5-1

  二、CIGS薄膜太陽能電池用途對原生銦需求推估 5-4

  三、其它用途對原生銦需求量推估 5-5

  四、原生銦未來需求推估 5-6

 第二節 原生銦未來供給量分析 5-8

  一、中國是未來供給原生銦的主要國家 5-8

  二、中國未來產量推估 5-12

 第三節 原生銦供需缺口分析 5-15

  一、在產量固定下2013年將可能發生供給缺口 5-15

  二、中國逐年生產的情形下2015年將可能發生供給缺口 5-15

 第四節 小結 5-18

第六章 日本對稀有金屬的策略與作法 6-1

 第一節 日本從事金屬研究的單位 6-1

  一、獨立行政法人 石油天然瓦斯、金屬礦物資源機構(JOGMEC) 6-1

  二、獨立行政法人新能源產業技術總合開發機構(NEDO) 6-3

 第二節 日本稀有金屬的整體策略 6-5

  一、短中長期策略 6-5

  二、國家能源資源戰略規畫 6-6

 第三節 稀有金屬儲備制度 6-7

  一、儲備制度概況 6-7

  二、儲備的變化趨勢 6-8

 第四節 日本稀有金屬的金屬的材料替代開發計畫 6-11

  一、材料替代開發計畫概況 6-11

  二、計畫內容 6-11

 第五節 小結 6-15

第七章 替代技術發展現況 7-1

 第一節 氧化鋅(ZnO)系透明導電膜 7-1

  一、氧化鋅(ZnO)性質 7-1

  二、氧化鋁鋅(AZO)透明導電薄膜特性 7-2

  三、氧化鋅鎵薄膜(GZO)導電薄膜 7-5

 第二節 奈米碳管薄膜材料CNT(Carbon nanotube-based thin films)7-7

  一、研發現況 7-7

  二、運用CNT的新型裝置研發實例 7-8

  三、CNT電視(25吋的電視樣品)出現 7-9

  四、實用化的預期成果 7-10

 第三節 其它材料 7-11

  一、TNO(氧化鈦鈮:Ti1-xNbxO2) 7-11

  二、C12A7(12CaO‧7Al2O3:碳酸鈣和氧化鋁的混合物) 7-11

 第四節 小結 7-13

第八章 結論與建議 8-1

 第一節 結論 8-1

 第二節 台灣發展策略建議 8-4

參考文獻 9-1

====圖目錄====

圖1-1 研究流程 1-4

圖2-1 銦錠 2-1

圖2-2 銦價值鏈 2-2

圖2-3 銦錠的煉製過程 2-4

圖2-4 各種金屬可開採蘊藏量 2-5

圖2-5 主要國家銦蘊藏量比率 2-6

圖2-6 稀有金屬集中度及可開採年限 2-8

圖2-7 銦價走勢圖 2-11

圖3-1 銦的供給結構 3-2

圖3-2 ITO廢靶材回收流程 3-4

圖3-3 ITO蝕刻液的回收流程 3-5

圖3-4 LCD玻璃上氧化銦錫ITO回收流程 3-6

圖3-5 銦的主要應用領域 3-10

圖3-6 2007年主要ITO靶材需求國家比率 3-11

圖3-7 2007年銦的主要需求國家百分比 3-12

圖3-8 日本需求概況 3-13

圖3-9 美國需求概況 3-13

圖4-1 TFT LCD的結構 4-3

圖4-2 TFT畫素的結構 4-3

圖4-3 2007年各國ITO靶材市占率 4-8

圖4-4 全球ITO的需求成長推估 4-9

圖4-5 Honda製造的銅銦鎵硒太陽能電池 4-10

圖4-6 銅銦鎵硒太陽能電池基本結構 4-11

圖4-7 可商業化生產之銅銦鎵硒太陽能電池基本結構 4-11

圖4-8 CIGS太陽能電池成長率 4-14

圖5-1 銦的回收流程 5-2

圖5-2 原生銦未來的用量推估 5-7

圖5-3 各蘊藏量等級產量分析 5-9

圖5-4 中國未來產量預估 5-14

圖5-5 產量固下供需缺口分析 5-16

圖5-6 中國逐年增產下供需缺口分析 5-16

圖6-1 JOGMEC使命 6-2

圖6-2 NEDO運作架構 6-4

圖6-3 日本稀有金屬整體策略 6-5

圖6-4 茨城縣的高荻儲備倉庫 6-14

圖7-1 GZO薄膜的斷面電子顯微鏡(FE-SEM)影像 7-5

圖7-2 GZO薄膜電阻值 7-6

圖8-1 台中日韓銦資源的整合動向 8-6

====表目錄====

表2-1 銦主要蘊藏國家 2-6

表2-2 TFT LCD Array製程材料分析 2-7

表3-1 銦的供給結構 3-1

表3-2 再生銦的生產國家 3-2

表3-3 各主要國家原生銦的產量 3-7

表3-4 中國大陸主要廠商產量 3-8

表3-5 銦的其它生產廠商 3-9

表3-6 2007年銦在ITO靶材的使用量 3-11

表4-1 透明導電氧化物的用途 4-1

表4-2 2007年ITO靶材的主要製造商及產量 4-8

表4-3 全球ITO的需求成長推估 4-9

表4-4 CIGS太陽能電池成長率 4-14

表4-5 投入CIS/CIGS太陽能電池相關新廠商之技術與發展概況 4-16

表5-1 日本實際回收率驗證 5-3

表5-2 ITO對原生銦需求 5-4

表5-3 CIGS薄膜太陽能電池對原生銦的需求 5-5

表5-4 其它應用對於原生銦的需求量(2004~2007) 5-5

表5-5 其它應用對於原生銦的需求量(2007~2015) 5-6

表5-6 原生銦未來的用量推估 5-6

表5-7 主要國家蘊藏量分析 5-8

表5-8 主要國家生產量及蘊藏量概況 5-11

表5-9 中國的產能概況 5-13

表5-10 中國未來產量預估 5-14

表5-11 產量固定下供需缺口分析 5-17

表5-12中國逐年增產下供需缺口分析 5-17

表6-1 日本稀有金屬儲備制度的彙整表 6-10

表6-2 日本稀有金屬替代制度彙整表 6-13

表6-3 日本稀有金屬替代制度項目 6-13

表7-1 氧化鋅(ZnO)性質 7-2

表8-1 中國湖南株洲市ITO靶材招商專案 8-6
章節檔案下載
第一章 緒 論
5
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第二章 銦資源的關鍵性
12
0 元/點
第三章 銦的供給及需求現況
15
0 元/點
第四章 銦於透明導電氧化物及太陽能電池用途
18
0 元/點
第五章 原生銦未來供需分析
18
0 元/點
第六章 日本對稀有金屬的策略與作法
15
0 元/點
第七章 替代技術發展現況
13
0 元/點
第八章 結論與建議
7
0 元/點
第九章 參考文獻
2
0 元/點
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