2 第二章 文獻回顧
本章主要是回顧裴氏圖的表達、可程式邏輯控制器以及彩色濾光片的原理及製程等相關 文獻。內容共分為三小節，2.1 節『彩色濾光片』說明彩色濾光片的原理、材料及特性等。2.2 節『可程式邏輯控制器』敘述可程式邏輯控制器的歷史及內部的構成。2.3 節『裴氏圖表達法』
利用裴氏圖表達動態作業、工作流程的技術方法以及與階梯圖的關係。
2.1 彩色濾光片
液晶顯示器 (Liquid Crystal Display, LCD) 具備輕薄、省電、無輻射、可全彩化等特色，
已經成為平面監示器的主流，應用領域涵蓋攜帶型個人電腦、電視、電子遊樂器、電子辭典、
計算器等及汽車衛星導航系統與行動電話之螢幕顯示。彩色濾光片(Color Filter, CF)是使液晶 呈現亮麗、逼真、鮮豔的畫面而提高其附加價值之關鍵元件[2]。
圖2.1 液晶顯示器顏色產生原理[8]
彩色濾光片是液晶顯示器的關鍵零組件之一，由於液晶顯示器本身並不會發光，如圖 2.1 所示，其光源是由背光板所提供，而背光板為白光並不產生色彩。因此必須在液晶顯示器上 加一片具有紅、綠、藍三原色色彩的罩子，使液晶顯示器由黑白變彩色。因此彩色濾光片是 讓液晶顯示器彩色化的關鍵，而彩色濾光片品質的好壞對液晶顯示器的色彩的表現有決定性 的影嚮。
2.1.1 彩色濾光片原理及特性
液晶顯示器乃利用液晶分子具有受電場影響而改變排列方向的特性，進而控制光通過顯 示區之強弱以達顯示不同亮、暗訊號之目的。圖2.2 為薄膜電晶體液晶顯示器的立體結構圖，
最上面是偏光片，偏光片下即為彩色濾光片，其組成有玻璃基板、黑色陣列、紅、綠、藍的 彩色濾光膜層、保護膜及其上的氧化銦錫(Indium Tin Oxide, ITO)膜，在氧化銦錫膜上還有一 層間隔層，讓彩色濾光片以及液晶顯示器貼合後，藉由間隔層維持一定的空間使液晶能自由 的旋轉。由於製程技術的進步，保護膜的製程已被省略，即在紅、綠、藍濾光層製程結束後 就進行氧化銦錫鍍膜製程。
圖2.2 薄膜電晶體液晶顯示器立體結構圖[11]
彩色濾光片功能解說可以用圖 2.3 薄膜電晶體液晶顯示器作動示意為例，圖中上層為彩 色濾光片玻璃，下層為薄膜電晶體玻璃，當下層薄膜電晶體打開時，液晶直立背光的光線無 法穿透，所以沒有任何顏色及亮度，如圖左側示意。當薄膜電晶體關閉時液晶轉動偏折，背 光光線延液晶分子間隙穿透而出，再經過彩色濾光片便可顯現出色彩，如圖右側示意。
圖2.3 薄膜電晶體液晶顯示器作動示意[7]
彩色濾光片是在玻璃基板上製作出許多紅、綠、藍的圖素，如圖 2.4 薄膜電晶體液晶顯 示器畫素斷面圖所示，每個圖素對應液晶顯示器上的一個畫素。當白色背光通過這些圖素後, 變成紅、綠、藍光，而構成三原色光。其結構由外到內分別為玻璃基板，製作在玻璃基板上，
防反射之遮光層，即為黑色陣列層，再依序製作上具有透光性紅、綠、藍三原色之彩色濾光 膜層（濾光層之形狀、尺寸、色澤配列，依不同用途之液晶顯示器而異），然後濺鍍上氧化 銦錫膜，最後完成間隔層。
黑色矩陣
薄膜電晶體 配向膜 偏光片
玻璃基板 彩色濾光片
保護膜 氧化銦錫膜
液晶
各種色彩。彩色濾光層光阻最主要有二大材料 : 結合劑(Binder)以及顏料(Pigment)。結合劑 必須具備高透明性及耐熱性的高分子樹脂，且針對不同製程方法設計不同功能性樹脂。而顏
表2.1 透過率規格表[8] 三顏色之（ｘ，ｙ）之色度值，根據NTSC（National Television System Committee ）、EBU European Broadcast Union )所定義的紅、綠、藍三顏色之（x，y）色度值，以及陰極射線管 薄 膜電晶體液晶顯示器(NB)、薄膜電晶體液晶顯示器的紅、綠、藍三顏色之(x ，y）一般色度
圖 2.5 背光與彩色濾光片產生紅、綠、藍顏色示意圖[8]
100 100 100
100
Wavelength Wavelength Wavelength Wavelength
圖 2.6 紅、綠、藍色度圖[8]
2.1.3 彩色濾光片外觀
以單一一個畫素而言，黑白顯示器其畫素是由單一一個畫素所組成，而彩色顯示器其畫 素則是由三個紅、綠、藍的小畫素組成一個彩色的畫素。雖說彩色的畫素最常見的是條狀陣 列(Strip Array)式的結構，除此之外依不同的應用會有其他的設計如三角陣列(Delta Array)及馬 賽克陣列(Mosaic Array)等，如圖 2.7 所示。
條狀陣列及三角陣列在顏色的排列上雖有不同，但在每一顏色方格上，其上、下、左、
右的邊緣均切齊，適合以黑色陣列做為各顏畫素間的區隔。但在馬賽克陣列各顏色畫素只在 橫向上切齊在縱向上並不切齊，因此馬賽克陣列只能在橫向上做黑色陣列而無法在縱向上也 做出黑色陣列。因為馬賽克陣列在橫向上無法做出黑色陣列因此在紅、綠、藍顏色畫素的設 計上必須讓各顏色在橫向上重疊來代替黑色陣列。也因為馬賽克陣列各顏色在橫向上重疊的 關係讓馬賽克陣列的畫素可以做得比條狀陣列及三角陣列還要小。因此在小尺寸的顯示器上 有很多是使用馬賽克陣列的顏色排列方式。雖說馬賽克陣列的畫素可以做到很小，相對的製 程所需的曝光對位精度要求及難度都較高。一般非小尺寸的彩色濾光片多使用條狀陣列式的 結構。
以條狀陣列式的紅、綠、藍結構來看，黑色陣列的結構如圖 2.8 所示，是在一層黑色陣 列膜層上配合條狀的紅、綠、藍結構做成一個一個上、下、左、右整齊排列的開口。 而另一 個重要的膜層就是氧化銦錫，氧化銦錫膜層在整個基板上並無任何的圖形，而是均勻的一層 薄膜，雖然有些設計會在基板的邊緣設計一些電極，但在畫素上並無任何的圖形，如圖 2.8 右圖所示。
圖 2.7 彩色濾光片畫素及排列示意圖[8]
彩色濾光片最通常的型態是條狀陣列式的結構。也就紅、綠、藍是一條一條的色帶由上 至下，而且由左至右相互併排。
圖2.8 彩色濾光片各製程膜層圖示[14]
BM RGB ITO 3 to 1
3 sub-pixels (R+G+B) = 1
pixel
Black & white pixel Color pixel
Delta array Mosaic array Stripe array
2.2 可程式邏輯控制器
美國國家電機製造業協會NEMA[National Electrical Manufacturers’ Association (USA)][21]
曾對可程式控制器下過這樣的定義: 使用可程式記憶體來儲存指令，以完成指定的功能諸如 邏輯、順序、時序、計數及運算以控制機械及程序的一種數位電子裝置。
可程式控制器的歷史可以追溯到1968 年當貝德福(Bedford Associates)為通用汽車公司開 發一種稱為 Modular Digital Controller (簡稱 Modicon) 的裝置，Modicon 是被開發來取代通 用汽車公司以繼電器為基礎的傳統控制系統，因為繼電器是一種機械裝置其使用壽命有限而
IEC1131-3 Nomenclature Former Name Mfg
LD - Ladder Diagram Relay Ladder Logic Most PLC Mfgs
IL - Instruction List Boolean Most PLC Mfgs(Commonly small PLCs)
SFC - Sequential Function Chart GRAFCET APT
565 Special Function Step 5
Telemecanique
Texas Instruments Siemens
FBD - Function Block Diagram Step 5 Siemens
可程式控制器由內部中央處理單元、指令及資料記憶體、輸入、輸出單元、電源模組及
算。
暫存器:中央處理單元內部記憶體，可以暫時存放運算的結果，等待下一次運算。
2.記憶體:存放程式指令及資料的地方，可以使用 RAM 或 EEPROM。
3.輸入、輸出單元:輸入單元是用來連結擷取輸入元件的信號動作，並透過內部匯流排將 資料送進記憶體，由中央處理單元處理驅動程式指令部分。輸出單元是用來驅動外部負載的 介面，主要原理是由中央處理單元處理可程式控制器裡的程式指令，判斷驅動輸出單元，再 進而控制外部負載，如指示燈、接觸器、繼電器、電磁閥等。
4.AD/DA 類比數位單元(線性控制)：AD 類比轉數位，主要是把外部微電壓微電流以及 0 與1 的資料， 透過專用模組介面接收，再以專用指令轉換運算給程式運用。DA 數位轉類比，
主要是把可程式控制器內部數學數值及專用指令以中央處理單元做運算，並透過專用模組將 數學數值轉成微電壓、微電流信號，再加以控制外部裝置，如變頻器、溫控器及其他具有數 位、類比收送的介面裝置。
通常在使用 AD/DA 模組時我們都會去考慮到設備的解析度，因為解析度會影響到精確 度，因此通常會選用高解析度的裝置，並遵照其線性比例做數學運算。
5.通信單元：通信單元主要區分為程式書寫通信阜及外部資料控制擷取阜。程式書寫通 信阜:一般只會拿來做資料書寫或者是給外部 PC 裝置做讀取用。外部資料控制擷取阜:一般會 拿來做外部資料擷取及送出資料控制用，通常再做這方面的程式編寫時，須具備通信觀念的 專業人士才能夠容易上手，一般順序控制的程式設計師會比較不容易上手，在 FA 業界中的 人機介面及圖控程式也是由此延伸出來的。
2.3 裴氏圖表達法
裴氏圖(Petri Net)的基本概念及架構是在 1962 年由西德數學家 Carl Adam Petri 在其博士 論文中被提出來[20]，為紀念其貢獻這種網路分析工具被定名為裴氏圖(Petri Net)。
裴氏圖是一個圖形化且具有嚴格數學計算架構的技術，最初是被應用在探討電腦內部同 個基本元素：暫存點(Place)、轉移點(Transition) 以及具有方向的連結線稱為方向弧(Directed Link) ，方向弧必須由暫存點指向轉移點或是由轉移點指向暫存點，以表示物件與工作的流
W : F →{ 1,2,3, ··· }為一權重函數。 用圖 2.10 二位元決策樹表示。運算子“a”先被計算，若其為“true”則運算子“b”被計算，若運 算子“b”為“true”則“s2”為“true”否則“s1”為“true”。因此不論運算子“a”、“b”及“c”的值為何，在 每一循環中每一運算子只會被計算一次。
圖 2.10 二位元決策樹[5]
可程式控制器在生產製造領域的順序控制應用上，布寧運算式(Boolean equation)是瞭解 可程式控制器的程式及其運算的基礎。以布寧運算式所表示的系統缺乏可以分析的數學理論 是其難題。而裴氏圖具有數學的架構可以分析模型化後系統的特性，再者，裴氏圖已經被證 實可以將順序控制適當的模型化。布寧非主宰保持函數(Off-Domain Holding Function)如下 : A = ( A + A[1])A[0]
false true
false true test “a”
階梯圖應用在許多產業的順序控制已廣為人知。為了要在一個系統中開始作業，有一些
階梯圖應用在許多產業的順序控制已廣為人知。為了要在一個系統中開始作業，有一些