第一章、緒論
1.1、研究背景與動機
薄膜電晶體液晶顯示器(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display, TFT-LCD)的產業製程可分成四大類別(陣列、彩色濾光片、組立及模組組 立)，前段生產薄膜電晶(TFT)的陣列(Array)製程以及彩色濾光片(Color Filter；CF)製程，再以中段的組立(Cell)製程完成液晶顯示器面板，最後由 模組組立(Module)將 LCD 面板與其它零組件(偏光板、驅動 IC、背光模組 等)組合成成品(圖 1-1)。
圖1-1 TFT-LCD Y 型上下游生產模式[36]
在TFT-LCD 進行生產規劃時，以陣列及組立為主要規劃對象，而 CF 被視為組立製程的關鍵來料。由於陣列、組立、彩色濾光片以及模組組立 製程四者的生產形態、製程特性及規劃目標不同(如表 1-1)，因此產生了相 當 複 雜 的 生 產 排 程 規 劃 問 題 。 其 中 ，CF 排 程 問 題 之 相 關 文 獻 ([30][31][32][35])相對少於陣列及組立製程，因此本文將針對 CF 製程的生 產規劃問題進行探討。
陣列製程 (Array Process)
彩色濾光片 (Color Filter)
組立製程 (Cell Process)
模組組立製程 (Module Process)
Array and CF process Module process
表1-1 TFT-LCD 製程四大類別比較[本文整理] 成長率12.37%(2005~2009 年)持續成長。
3
$0
$5,000
$10,000
$15,000
產值 $5,700 $7,297 $7,796 $8,576 $9,524 $11,325
2004 2005 2006 2007 2008 2009
圖1-2 2004-2009 年全球彩色濾光片產值[34]
彩色濾光片廠依銷售模式，可分為垂直整合內製廠(簡稱 CF 內製廠) 與專業外售廠(簡稱 CF 專業廠)兩大類(如表 1-2)。早期 TFT-LCD 與 CF 由 於專業分工而分屬不同產業，近年因為TFT-LCD 需求增加，使得自製 CF 開始具經濟規模，因此TFT-LCD 公司在成本考量之下亦開始自行設置 CF 生產線，以供應公司內部的需求。現今全世界前七大主要 TFT-LCD 廠商 的CF 自製率約在七成左右，不足部分再向 CF 專業廠購買；因此在自製率 高比例成長趨勢之下，本文選定CF 內製廠做為研究的探討對象。
表1-2 內製與外售型彩色濾光片廠商[本文整理]
型態 內 容 廠 商
內製型
自給自足型，生產之產品提供 給自家使用，不對外銷售，僅
在產能不足部分再向外售型 CF
廠訂製。
國內：統寶、群創、瀚宇彩晶、華映、奇美 電子、友達
國外：Sharp、Toshiba、Hitachi、Torisan、LG Philips、Samsung
彩 色 濾 光
片 專業 外售型
獨立的 CF 製造廠，生產之產 品主要外售給面板廠使用。
國內：和鑫光電、展茂光電、達虹科技、台 灣凸版(已於 2006 年被友達併購) 國外：凸版印刷(Toppan)、大日本印刷(DNP)、
東麗、STI(住友轉投資)、ACTI(三菱及 旭硝子合資)
單位：百萬美元
目前在5 代線1以上的彩色濾光片，多數廠商的內製比例幾乎都超過六 成。從圖 1-3 中得知，內製比例最高者分屬台灣、韓國之面板廠，而奇美 電子(CMO)及 LG Philips(LPL)都有 90%以上的 CF 自製率。此外，為了因 應淡、旺季的需求變動，除了部份數量自行生產之外，其餘需求則以外包 彈性滿足，因此自製及外包具有一定的數量關係。由圖中可看出依據各家 公司自身的產能水準，不足產能再以外購做彈性的調整。在部份內製、部 份外包之策略下，彩色濾光片內製廠會產生自製及外包數量、種類的決策 問題。
圖1-3 面板廠之彩色濾光片內製、外包比例(修改自[12])
面板尺寸的大小反應出不同的產品特性，生產所需的世代技術也不同 (表 1-3)。由於早期 TFT-LCD 小尺寸面板之需求量不具經濟規模量，因此 對應之彩色濾光片之需求以跟 CF 專業廠購買為主。近年來隨著消費市場 的需求增加，TFT-LCD 各世代廠的產能亦不斷進行擴充，因此在降低成本 的考量之下，開始自行設置 CF 生產線或透過併購的方式，以取得小尺寸 廠所需要的產能。由於今日 CF 廠須同時供應不同小尺寸世代廠之需求，
因此內製廠生產線亦設計成具備可生產數個玻璃尺寸規格的能力。反觀中 大尺寸之產品種類(尺寸及規格)較少，單一種產品之需求量也較多，使得中 大尺寸CF 廠的生產規劃難度也較小尺寸 CF 廠來的簡單，因此本文選定小尺寸 為研究對象。
1 不同世代廠以玻璃尺寸大小作區分，5 代廠的玻璃尺寸為 1100mm×1300mm。
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表1-3 小尺寸及中大尺寸產品說明[本文整理]
尺寸 主要生產世代 產品用途 生產型態 產品特性
小尺寸
(指對角線尺寸 10 吋以下)
G 4.5 以下
(玻璃規格：730mm*920mm)
手持式消費性電子
產品 訂單型生產 z 生命週期短
z 需求少量多樣 中大尺寸
(10 吋以上)
G 5 以上
(玻璃規格：1100mm*1300mm)
z 中尺寸：PC、NB
z 大尺寸：TV 存貨型生產 z 生命週期較長 z 需求多量少樣 CF 本身製程雖為流程式生產方式，但其中小尺寸面板少量多樣的產品特
性，卻引發CF 廠複雜的換線問題。於製程中，玻璃尺寸、光罩、光阻液的不同 皆會造成額外的換線時間，構成一複雜的多規格換線順序相依問題；再者，小尺 寸面板為訂單型生產，多樣的產品種類造成對應之需求數量較小，細小的需 求遍佈於各個交期之中。面對複雜且多規格的訂單如果規劃不佳，將會造 成大量的換線損失。除此之外，若機台設備足夠，卻無相對應之光罩可供 加工，則浪費了瓶頸機台產能，因此光罩與機台的配置亦為重要之排程課 題。而CF 本身製程特性為流程式生產，如何安排其排程來減少換線時間，視為 本研究的目標。
依上述背景說明中得知，在小尺寸面板的彩色濾光片內製廠會有下列 之問題：(1)自製、外包的數量及種類決策問題、(2)多規格的換線順序相依 問題、(3)附屬資源(光罩)與機台配置問題，以上這些課題皆為實務上排程之困 難點，並且在 CF 相關文獻中尚未有研究探討過；有鑑於此，誘發吾人做 此研究主題之動機。
1.2、研究目的
基於上述背景與動機，本文目的為協助彩色濾光片廠，在面對少量多樣的 產品訂單時，如何在多規格的換線時間下，建構出一完善之主生產排程。以 極小化各種產品之生產成本，決定自製及外包之產品種類及數量，有效解決CF 廠生產規劃與排程問題。若排程結果無法滿足產出需求，須回饋上層接單 規劃人員，以回覆顧客無法滿足之需求。為達上述之目的，本研究將分成 下列兩模組：
(1) 產能估算模組
此模組首先檢視規劃幅度內組立製程預定需求量，在不考慮設置時間 下，初步估算瓶頸工作站、外包產能上限及光罩個數是否足夠，以此檢驗 預訂的產出目標是否合理可行。
(2) 主生產排程規劃模組
在經過「產能估算模組」針對產出需求初步估算後，本模組對此產出 需求，考量廠內現有的瓶頸機台產能、產品製程資訊，依據各訂單交期及 搭配附屬資源光罩的限制下，設計一整數線性規劃模式，建構出瓶頸機台 的投料計劃。
1.3、研究範圍與限制
本文考慮多規格換線，以極小化各種產品之生產成本為目標，發展一「彩 色濾光片內製廠之主生產排程建構機制」，並且依據組立製程階段彙整之 訂單，針對瓶頸機台產能及外包的產能上限及下限，建構出一完善的主生 產排程，以利後續細部生產排程運作之進行。因此本文研究範圍在主生產 排程及細部生產規劃階段，如圖1-4 所示。
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圖1-4 本文研究範圍
為了有效詮釋研究主題與降低研究環境之複雜度，本文做了以下 之假設與限制：
(1) 本文研究之 CF 內製廠為訂單式生產(Make To Order, MTO)之生 產型態。
(2) 廠內只俱備生產小尺寸彩色濾光片之能力(G 4.5 廠以下)。
(3) 產品的製程資訊已知。
(4) 已知組立製程之訂單需求、交期時間。
(5) 各批訂單中各產品於瓶頸工作站之備料完成時點已知。
(6) 各機台擁有不同製程規格能力(可搭載光罩種類相異)。
(7) 多規格的換線時間為已知。
(8) 各機台別之維修保養比例、當機比例與加工時間皆為已知。
(9) 製程相當穩定，不考慮重工或報廢之情形。
(10) 所有的機台(序列機台)同一時間內只處理一個產品。
(11) 不允許所生產之產品交期延誤。
(12) 現有光罩個數為已知。
(13) 旺季時，外包商不接受少量之外包訂單(每種委外加工產品具有最少數 量之限制)；反觀淡季則無此限制。
需求管理
總體生產規劃 資源需求規劃主生產排程 粗估產能規劃
細部生產規劃 產能需求規劃
研 究 範 圍
1.4、研究方法與流程
為了達成前述之研究目的，本文之研究方法擬採用下列執行步驟，如 圖1-5。其執行方法如下說明之：
(1) 文獻探討
以前述的研究動機與目的為依據，蒐集並整理國內外相關文獻，以構 建本文之研究架構。
(2) 問題定義與分析
就本文所欲探討之主題進行深入的剖析，針對小尺寸彩色濾光片內製 廠之生產特性及面臨的問題，進行適當的定義及分析。
(3) 模式建構
根據彩色濾光片廠之特性，分別以「產能估算模組」及「主生產排程 規劃模組」兩階段進行CF 廠之主生產排程規劃，並完成本文所欲達到之 目標。
(4) 實例驗證
收集相關資料並輸入至本文建構之模式中，以驗證本文所提出之產出 規劃模式之可行性與成效，並以甘特圖來評估結果是否達到預期的目標。
(5) 結論與未來研究方向
依據本文之研究結果提出適當的結論，檢討缺失之處並提供未來可繼 續深入研究之議題與建議。
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圖1-5 研究步驟及流程