研究背景與動機

本章首先就研究對象液晶平面顯示器材料結構中的元件彩色濾光片（Color Filter, CF）說明其研究背景及動機，並簡要介紹顯示器消費市場目前需求走向及該產業於瑕疵 部分辨識（Recognition）能力的現況與問題，再將研究範圍及研究目的予以確立且指出 此研究之限制所在。最後闡明研究之流程與本論文章節架構。

第一節 研究背景與動機

顯示器（Display）是資訊時代人們訊息傳遞與溝通之重要介面，平面顯示器

（Flat-Panel Displays）具有輕薄、省電、零輻射、省空間與可攜性…等優點。更加帶給 人們許多生活上之便利，並逐漸取代傳統陰極射線管型（CRT，Cathode Ray Tub）之顯 示器，形成繼矽品積體電路後，突飛猛進的新科技領域及廣受應用與矚目的主流光電產 品之一。液晶顯示器（LCD）裝置的主流產品為薄膜電晶體液晶顯示器（TFT-LCD），

在已開發國家中已超過傳統映射管顯示器（CRT）的使用；而在開發中國家，TFT-LCD 亦隨國民所得日漸增加及各製造廠商削價競爭下，逐漸成為市場新寵兒。由此可見LCD 是具潛力及被看好的平面顯示器，未來勢必取代映射管顯示器而成為明日顯示器主流。

平面顯示器至今仍為我國積極發展「兩兆雙星」中的重點產業之一，據工研院調查：

2001 年產值已超過日本成為世界第二，2007 年產值達新台幣 1 兆 2,849 億元，相較於 2006 年，產值成長 41.0%，大尺寸面板產值並一舉超越韓國成為全球第一（莊凱評，

2008）。在設備投資方面據工研院金屬中心資料顯示：2007 年我國 TFT-LCD 設備市場 規模為新台幣934 億元，產值達 384.6 億元，整體自給率達 41.2%。隨 2007 第四季起，

國內包括友達與奇美…等大廠，陸續投入次世代廠興建與擴充既有產線，其所釋出相關 設備之訂單帶動加上國內部分 TFT-LCD 設備自製能力提升，及國內面板廠採用本土設 備意願提高，持平預估2008 年台灣 TFT-LCD 製程設備的市場規模約 1,262 億元，產值 635 億元，自給率 50.3%，成為全球投資最密集地區（工研院金屬中心，2008）。台灣

已成為全球平面顯示器生產重鎮，關鍵零組件國際大廠皆來台投資，在數個科學園區和 工業區形成關連性產業聚落，上下游供應體系逐漸整合降低生產成本，但仍有大量發展 空間。

TFT-LCD 產業具資本密集、技術密集、產品生命週期短及生產線技術更換快速等 特性，且隨次世代面板持續開發生產設備不斷加碼。在今日國內廠商紛紛投入更高世代 TFT-LCD 技術生產之際，預期未來面板有供過於求的現象下，獲利空間愈來愈小。然 而，消費者對TFT-LCD 的功能要求愈來愈多，譬如希望有更高的解析度、更快的反應 速度和更低的消耗功率…等，這些功能的加入需要更進階的製程和更多的設計改善才能 做到，也就是要繼續投入更多的資本，然而產品的價格變化並不大。此外，產品的生命 週期變短，因此需要加速新產品的推出時程，希望能搶先競爭對手，可以及時上市新產 品以獲得較高的利潤。

TFT-LCD 面板的製造主要分為三段製程，分別是陣列製程（Array）、組立製程

（Cell）、以及模組製程（Module）（圖 1.1）。而 TFT-LCD 面板之所以能呈現彩色的 影像，主要就是靠彩色濾光片。背光源透過液晶及驅動 IC 的控制形成灰階光源，而彩 色濾光片上塗佈著紅、綠、藍三色顏料光阻，光源再通過彩色濾光片即形成紅、綠、藍 色光，最後在人眼中混合形成彩色影像。彩色濾光片為 TFT-LCD 面板中最主要之零組 件，以15 吋 TFT 面板材料成本結構來看，彩色濾光片佔 24%，為佔面板成本比重最大 的零組件，高於背光模組的17%、及驅動 IC 的 17%；以筆記型電腦 14.1 吋面板為例，

彩色濾光片約佔所有材料成本的28％左右，高於背光模組 18％與驅動 IC17％的採購成 本；至於大尺吋（五代廠以上）TFT-LCD 材料成本依序為彩色濾光片 26%、背光模組 18%、驅動 IC 模組 16%、偏光板 11%，此四項零組件合計佔材料成本比重高達七成（拓 墣產業研究所，2009）。表 1.1 列出了不同形式的 TFT-LCD 面板材料成本結構。

圖1.1 TFT-LCD 製程流程圖

表1.1 彩色濾光片於面板材料成本比重結構

TFT-LCD 4 代廠 5 代廠以上 筆記型電腦

切割尺寸 中型尺寸 大型尺寸 14.1 吋

彩色濾光片 24% 26% 28%

背光模組 17% 18% 18%

驅動IC 17% 16% 17%

偏光膜 16% 15% 13%

玻璃基板 13% 13% 12%

液晶 13% 12% 12%

材料成本總計 100% 100% 100%

資料來源：拓墣產業研究所，2009

基於現今液晶顯示器面板產業的快速發展，其各生產線上之品質檢驗也相形重要。

諸如面板製程中 Array 段的 ITO 導電玻璃表面瑕疵檢測、MOS 電極的電性檢測、Cell 段製程中的彩色濾光片、偏光板等瑕疵的檢測及Module 段製程中的驅動 IC 檢測…等，

都有進行檢測的必要性與重要性。倘若在這 LCD 面板大量生產製造過程中，仍利用過 往人工逐片目視檢驗的方式，勢必造成人力的損耗、成本提高，導致生產效率降低、品 質不穩定、或因人工檢測誤判造成損失的情形產生。因此目前 LCD 面板廠之生產線檢 測方式，已逐漸採用自動化光學檢測（Automatic Optical Inspection, AOI）的方式替換人 工全檢。利用機器視覺（Machine Vision）的檢測技術結合光學與影像處理的應用，可 對不同待測物體進行瑕疵檢測及辨識判別。但由於國內投入自動化光學檢測設備的生產 與研發還是有限，僅限於少數面板廠商有投入相關設備研發，其餘大都仰賴國外進口。

直至 2004 年，臺灣開始有自動化光學檢測設備聯盟（Automatic Optical Inspection Equipment Association, AOIEA）的成立，整合產官學研等能力（圖 1.2），才開展一些 相關廠商、學術單位的陸續投入於自動化光學檢測設備研究領域。圖1.3 顯示了 AOI 技 術發展策略及方向，所發展的技術可推廣應用於IC 及一般電子業、機械工具/自動化機 械、電機工業、金屬鋼鐵業、橡膠/塑膠製品、食品加工/包裝業、紡織皮革工業、汽車 工業、家電/辦公、保全/監視系統…等。

圖1.2 AOI 技術研發內涵 資料來源：莊凱評，2008

圖1.3 AOI 技術發展策略及方向 資料來源：莊凱評，2008

彩色濾光片為使 TFT-LCD 面板形成彩色的最主要零組件，由表 1.1 可知其為面板 成本比重最高的零組件，故本研究擬針對彩色濾光之瑕疵檢測進行研究。期能透過提高 CF 瑕疵檢測效能，以降低 TFT-LCD 生產成本。目前針對 CF 的瑕疵檢測雖有自動化機 台進行瑕疵框選擷取及判定（圖 1.4），就實務經驗機台能檢出但不保證判定正確。故 最終判定仍於成品階段進行人工全面檢測，除曠日費時外亦容易造成漏檢或誤判情況發 生。當大量生產模式下產品流動快速，若製程中發生變異未及時發現與去除直至 LCD 成品完成時才檢測出瑕疵導致報廢而無法重工，不但損失產品、浪費大量材料成本與製 造成本更會影響交期損失商譽。因此，若能在製造過程中藉由導入機器視覺的自動瑕疵 檢測技術來取代人工檢測，及時發現缺陷產生並立即矯正，則產品之良率相對獲得提昇。

（a） （b）

（c）

圖1.4 CF 瑕疵檢測之 AOI 機台（a）顯示介面（b）取像之 CCD（c）顯示畫面 資料來源：個案公司提供