液晶顯示器彩色濾光片製程危害風險之研究 ─ 以黃光實驗室為例 研究生 羅啟榮 2005/05/28

Outline 摘要 緒論 相關概論與文獻回顧 研究方法 問題與討論 結論與建議

摘 要 近年來我國光電產業蓬勃發展，平面顯示器 (Flat Panel Display, FPD) 可說是最受矚目的專有名詞之一；其中液晶顯 示器(LCD)之應用涵蓋了3C (computer 、communication、 consumer electronic)之領域。LCD產品可粗略分為 TN/STN 型及TFT-LCD 型兩類，無論那一種液晶平面顯示器都需要組 合彩色濾光片(Color Filter, CF) 而用以彩色表示。 CF 之主要製程，包括清洗、光阻塗佈、曝光、顯影、烘 烤、保護膜與透明電極製作等，頗為複雜且須重複多次。但其 製程使用之化學藥品材料對環境造成的衝擊及潛在之危害風險 是不可忽視及值得探討研究的。本研究計劃則是專注在 CF製 程之危害風險評估並以國內南科高雄園區某 CF 材料供應廠商 黃光實驗室為例。

一、緒論

一、緒論 1.1 研究動機與背景 國內製造業的重心已逐漸由石化業過渡到電子業，液晶 顯示器產業被寄予是繼半導體產業成為台灣未來明星產業的 厚望，同時國內已有二十幾家廠商生產筆記型電腦，以及十 多家廠商將投入液晶顯示器市場。 然而於CF製造業製程所使用之有機溶劑與化學藥品種類 繁多且危險性高，若於製程不慎揮發洩漏將會造成人體及環 境的危害。由於所屬長興化學公司為國內液晶顯示器彩色濾 光片材料供應商之一，對於高科技製程潛在之危害與風險評 估相關之研究大多是半導體產業，由於製程的類似因此在光 電產業方面則鮮少研究論述；本研究動機實肇於此。

1.2 研究目的及流程 故本研究目的專注於國內彩色 濾光片 (Color Filter, CF)製造業製 程潛在危害與風險之研析並利用實 緒 論 2 / 3 1.2 研究目的及流程 故本研究目的專注於國內彩色 濾光片 (Color Filter, CF)製造業製 程潛在危害與風險之研析並利用實 驗室模擬 CF 製程；同時蒐集國內 外光電、半導體相關產業製程環境 危害管理制度與評估方法策略作為 參考。研究流程如下：

1.2 研究目的及流程(續) 研究計劃動機與目的 相關概論與文獻回顧 研究方法 問題與討論 結論與建議 ─ LCD產品概論 緒 論 3 / 3 研究計劃動機與目的 相關概論與文獻回顧 ─ LCD產品概論 ─ 風險評估與管理之定義 ─ 製程危害風險評估規範 研究方法 ─ CF製程模擬實驗 ─ 製程潛在危害分析 ─ 製程危害資料之建置 ─ 製程危害風險評估 問題與討論 結論與建議 圖一 研究流程圖

二、相關概論與文獻回顧

二、相關概論與文獻回顧 2.1 液晶顯示器 然後再利用電極的原理讓液晶產生冷熱變 化，如此就可以讓透過液晶折射的光線強 LCD 面板是將液晶封裝在玻璃箱中， 然後再利用電極的原理讓液晶產生冷熱變 化，如此就可以讓透過液晶折射的光線強 度跟著改變，來達到光與色彩的變化，最 後才在液晶面板上變化出有不同深淺的顏 色組合，成為映入人們眼簾的彩色影像。

2.1 液晶顯示器(續) 液晶 (Liquid Crystal) 是一種處於液體和固體之間的芳香酸及醋酸之脂類化合物 1888 年被一位奧地利的植物學家發現 1964 年新澤西美國無線電公司(RCA)工作的科學家發現液晶發現第一次並證明液晶可以應用在顯示領域 液晶自身並不產生光線，它利用外部光線，例如周圍環境的光線來形成影像，因此它的耗電量低 相關概論與文獻回顧 2/14 圖二 液晶原理圖 資料來源：SHARP’s website

2.1 液晶顯示器(續) 液晶顯示器的分類 扭曲向矩型(TN-LCD) 超扭曲向矩(STN-LCD) 簡單矩陣型 強鐵電型(F-LCD) 相關概論與文獻回顧 3/14 2.1 液晶顯示器(續) 液晶顯示器的分類 扭曲向矩型(TN-LCD) 超扭曲向矩(STN-LCD) 強鐵電型(F-LCD) 簡單矩陣型 (SM-LCD) LCD (Liquid Crystal Display) 非結晶質矽(α-Si) 多結晶質矽(Poly-Si) 連續晶界矽(CG-Si) 薄膜電晶體 (TFT-LCD) 金屬 /絕緣體 /金屬 (MIM-LCD) 主動矩陣型 (AM-LCD)

圖三 TFT LCD結構圖資料來源 : 和鑫光電 相關概論與文獻回顧 4/14 2.1 液晶顯示器(續) 液晶顯示器的結構 基板 (AD Board) ─ 類比、數位訊號的轉換 變頻器 (Inverter) ─ 驅動 CCFL燈管，讓面板上 的燈管能夠正常發光 面板 (Panel) ─ 對比度、反應時間、決定價格 圖三 TFT LCD結構圖資料來源 : 和鑫光電

圖四 TFT-LCD 驅動原理與構造圖資料來源 : AVDEALS.com 2.1 液晶顯示器(續) 相關概論與文獻回顧 5/14 圖四 TFT-LCD 驅動原理與構造圖資料來源 : AVDEALS.com

2.2 彩色濾光片 由於 LCD 為非主動發光之元件，必須透過內部的背光模 組 (穿透型 LCD ) 或由外部環境入射光 (反射或半穿透型 LCD ) 提供光源，搭配驅動 IC 與液晶控制形成黑、白兩色的灰階顯 示，再透過彩色濾光片的紅 (R)、綠 (G)、藍 (B) 三種彩色層提 供色相，形成彩色顯示畫面，因此彩色濾光片可說是 LCD 彩 色化之關鍵零組件。其基本結構： 玻璃基板 ( Glass substrate ) 遮光層 ( Black Matrix, BM ) 彩色光阻層 ( Color Resist, CR ) 保護膜 ( Over Coat, OC ) 透明電極 ( Indium Tin Oxide, ITO ) 相關概論與文獻回顧 6/14

2.2 彩色濾光片(續) 圖五 Color filter 構造圖 相關概論與文獻回顧 7/14 Color Resist(1.1~1.3μm) ITO Film (~ 0.15 μm) Glass Substrate (0.63 mm) R G B Over Coat (~2.0 μm) Cr BM Film (~0.2 μm) Re BM Film (~1.3 μm) 圖五 Color filter 構造圖

2.3 風險評估與管理之定義 風險評估(朱敏珍，2002) 風險管理(Jones & Hood，1996) 相關概論與文獻回顧 8/14 風險評估(朱敏珍，2002) 風險是指發生危害(hazard)的可能性 危害是一種會導致損害的狀況 風險評估(risk assessment)是在做潛在的危害而決定其發 生原因與損害的可能性評估，計算暴露的頻率和結果的正確性 應用風險評估方法對危害進行評估，並參考規範或其他可 靠的資料設定一個可接受的風險底線，設法將風險將低而 不要越過這個底線 風險管理(Jones & Hood，1996) 風險管理(risk management)是為了建構風險與回應風 險，透過對風險的辨識與評估所採用的各種監控方法與過程 的統稱

2.3 風險評估與管理之定義(續) 確認危害 評估風險 健康和安全審查 / 稽核 風險評估資料文件的建立 執行控制測量 相關概論與文獻回顧 9/14 確認危害 評估風險 健康和安全審查 / 稽核 風險評估資料文件的建立 執行控制測量 控制測量的有效監控和檢查 圖六 風險評估的流程圖資料來源 : 朱敏珍，2002

圖七 風險管理之主要步驟及相關流程圖資料來源 :易逸波、高振山，2002 2.3 風險評估與管理之定義(續) 相關概論與文獻回顧 10/14 風 險 管 理 頻率評估 原因 分析 原因可能性估計 危害發生之風險評估 可接受之風險 危害 辨識 後果評估 後果 分析 後果嚴重性估計 不可接受之風險 風險控制 危害發生風險之降低 取代方式 之評估 圖七 風險管理之主要步驟及相關流程圖資料來源 :易逸波、高振山，2002

2.4 風險評估規範之文獻回顧 BS8800 (職業安全衛生管理指引) 相關概論與文獻回顧 11/14 2.4 風險評估規範之文獻回顧 BS8800 (職業安全衛生管理指引) 1996 年英國標準局 (British Standard Institution, BSI) 建立 主旨  透過勞工安全衛生管理，降低勞工可能遭到危害的風險  改善經營績效與建立企業善盡社會責任的形象 特點  建立企業預應式 (proactive)的安全衛生文化  以風險評估與系統運作方式辨識作業場所中可能的危害 ，並評估與控制危害可能造成的風險  於災害發生前即先行診斷出來並給予控制與管理  此標準並不具驗證要求

2.4 風險評估規範之文獻回顧(續) 暴露族群分類 危害辨識 風險判定 風險容忍度的判定 風險控制計畫的訂定 風險控制行動的檢討 相關概論與文獻回顧 12/14 暴露族群分類 危害辨識 風險判定 風險容忍度的判定 不可接受 可接受 風險控制計畫的訂定 風險控制行動的檢討 BS8800 風險評估流程圖

2.4 風險評估規範之文獻回顧(續) 職業安全衛生管理系統 OHSAS 18000 OHSAS (Occupational Health and Safety Assessment Series) 18000 系列標準於1999年由國際上包含 DNV、Lloyds、BSI、BVQI 、TUV 等七大驗證公司共同制定並提供 OHSAS 18001的驗證標準 其核心內容為安全衛生風險的控制，其與環境管理系統 ISO 14001 皆依PDCA (Plan, Do, Check, Act) 中的邏輯所架構並具有極高的系統整合之管理循環機制特性 以建立完善且有效之職業安全衛生管理系統，進而落實持續改善安全衛生之績效 相關概論與文獻回顧 13/14

SEMI S2-93A 2.4 風險評估規範之文獻回顧(續) 美國半導體設備和材料國際組織 (Semiconductor Equip- ment and Materials International, SEMI) 於 1993 年將安全衛生環保列入半導體設備製造遵循之規範 1998 年訂定風險評估規範 SEMI S10-1296 針對製程危害之可能性與嚴重性進行風險等級的鑑別，可能性及嚴重性的辨識原則 以系統化、地毯式且是逐管線的檢討其安全性是否仍有遺漏疏忽之處，並可據以提出改善方案 相關概論與文獻回顧 14/14

三、研究方法

三、研究方法 3.1 實驗室 CF 製程模擬實驗 由於 LCD 產品日趨多元化， 因此各廠商之製程技術與製程條 件也隨著新產品的開發而異。相 對於彩色濾光片，為上游零組件 其製程大同小異；除了獨立專業 製造廠商生產產品主要是外售給 LCD 廠用，其餘面板廠多為成本 考量而自行生產彩色濾光片。本研究則針對內製型 CF 廠， 以實驗室來模擬探討一般較普遍之 CF 製程。

3.1 實驗室 CF 製程模擬實驗(續) Color Filter 製程(顏料分散法) 研究方法 2/15 玻璃基板清洗(Glass substrate Rinse) 遮光層製作(BM/Cr Process) 彩色光阻製作(Color Resist Process) 保護層製作(Over Coat Process) 透明電極製作(ITO Process) 玻璃切割與檢測

3.1 實驗室 CF 製程模擬實驗(續) A. B. 遮光層形成 C. D. E. F. 玻璃清洗 彩色光阻形成 保護膜形成 透明電極形成 研究方法 3/15 A. B. 遮光層形成 C. D. E. F. 玻璃清洗 彩色光阻形成 保護膜形成 透明電極形成 玻璃切割與檢測 清洗 銦錫氧化物濺鍍 PVA 被覆 清洗 清洗 塗佈 塗佈 塗佈 塗佈 玻璃切割削角 軟烤 軟烤 軟烤 軟烤 最後清洗 ×3 微影 曝光 微影 曝光 微影 曝光 尺寸檢驗 硬烤 顯影 顯影 顯影 色彩光學檢驗 蝕刻 清洗 蝕刻 缺陷檢驗 剝離去除 剝離去除 硬烤 可靠度檢驗

3.2 製程潛在危害分析 玻璃清洗 (Rinse) 學藥品及有機溶劑且通常為固定污染源；以下則是針對各段 製程作分析探討。 研究方法 4/15 3.2 製程潛在危害分析 CF 製程之危害不外乎黃光實驗室與無塵室大量使用化 學藥品及有機溶劑且通常為固定污染源；以下則是針對各段 製程作分析探討。 玻璃清洗 (Rinse) 無機系清洗液，較常見為 H2SO4 與 H2O2 的混酸 有機系清洗液，常見為有機鹼 (胺鹽類)的稀釋液以及丙酮、 異丙醇等 危害 ─ 此段製程則有VOCs之暴露與接觸性危害

3.2 製程潛在危害分析(續) 遮光層(Black Matrix)製作 BM 之製作通常有 Cr-BM及樹 脂BM兩種方法 之化學藥品有光阻劑(酚醛系 列樹脂)、顯影液(NaOH、 KOH、TMAH) 、蝕刻液(王水) 、剝離液(DMSO、MEA)及有機溶劑PGMEA、NMP等等 危害 ─ 此段製程危害屬有機廢氣、無機酸氣、輻射熱、UV之暴露與接觸性危害 Cr-BM其廢棄物嚴重危害環境，於2008年此技術製作之產品在歐盟國家全面禁用 研究方法 5/15

3.2 製程潛在危害分析(續) 彩色光阻(Color Resist)製作 彩色光阻之製程較為複雜且須 重複多次 主要成份(分散型)有顏料、高 分子樹脂(壓克力與環氧系列) 、多官能機高分子單體、分散 劑(胺及松香類衍生物)、光起始劑(安息香醚、二苯甲酮-安共軛体系…)、溶劑(PGMEA、EEP、環己酮) 、介面活性劑等。其他化學藥品如顯影液(無機、有機鹼類) 、洗邊劑(PGMEA、環己酮、EL、nBA)等等 危害 ─ 此段製程危害較多包括 VOCs、烘烤廢氣、奈米粉塵、無機酸鹼氣體、輻射熱、UV之暴露與接觸 研究方法 6/15

3.2 製程潛在危害分析(續) 保護層(Over Coat)製作 一般保護層的材料為丙烯 – 氨基甲酸乙酯樹脂與環氧樹脂其主要合成溶劑有PGMEA、DG、環己酮等 危害 ─ 烘烤時產生的廢氣與輻射熱為製程主要之曝露與接 觸性危害 研究方法 7/15

3.2 製程潛在危害分析(續) 透明電極(ITO)製作 透明電極通常是使用濺鍍法形 成ITO(銦錫氧化物)薄膜 製程使用之化學藥品有光阻劑 (酚醛樹脂) 、顯影液(NaOH、 KOH、TMAH) 、蝕刻液(王水) 、剝離液(DMSO、MEA)及有機溶劑PGMEA、NMP等等 危害 ─ 此段製程危害包括VOCs、有機廢氣、無機酸氣、輻射熱、UV之暴露與接觸性危害 研究方法 8/15

3.2 製程潛在危害分析(續) 玻璃切割與檢測 末段製程之化學性危害較少，由於此段幾乎是品管與品 檢之工作，除了清洗液與一般溶劑之 VOCs 外，值得一提的 則屬人因工程危害因子的程度。 研究方法 9/15

3.3 CF製程危害資料之建置 CF 製程危害資料表之製作 表一 CF製程危害資料表 化學品 溶劑 曝露危害 立即危害 研究方法10/15 製 程 玻璃 清洗 遮光層 製作 彩色光阻製作 保護層 透明電極製作 玻璃切割與檢測 化學品 清洗液 光阻劑 顯影液 蝕刻液 剝離液 洗邊劑 樹脂 銦錫氧化物 溶劑 水 甲醇 丙酮 異丙醇 PGMEA NMP 環己酮 EEP DG 曝露危害 VOCs 製程廢氣 輻射熱 UV 粉塵 人因工程 立即危害 洩漏 火災 爆炸

3.4 CF 製程危害風險評估 本研究，初步將製程危害發生機率分成二部分，即「事件 操作/或暴露的頻率」與「發生的可能性」的規劃設計，再與嚴 重度作「風險矩陣」，以進行風險評估。[4] 發生機率的權重＝「作業暴露頻率 × 事件發生可能性」 風險等級＝「發生機率的權重」與「嚴重程度」作矩陣分析 研究方法 11/15

3.4 CF製程危害風險評估(續) 作業暴露頻率 研究方法 12/15 表二 作業暴露頻率表[4]

3.4 CF製程危害風險評估(續) 事件發生可能性 研究方法 13/15 表三 事件發生可能性表[4]

3.4 CF製程危害風險評估(續) 嚴重程度定義 研究方法 14/15 表四 嚴重程度定義表[4]

3.4 CF製程危害風險評估(續) 風險等級矩陣 表五 風險等級矩陣表[4] 研究方法 15/15 [註] Class 1 : 高度風險 Class 2 : 中高度風險 Class 3 : 中度風險 Class 4 : 中低度風險 Class 5 : 低度風險

四、問題與討論

四、問題與討論 本研究報告只是初步之研究架構，對於CF製程潛在之危害資料尚未深入于以建置；同時國內針對CF製程危害研究之相關文獻較少，目前僅以半導體廠之經驗作為參考 國內大多數的事業單位對於作業環境測定計畫，尤其是曝露 評估採樣規劃實務方面非常欠缺；通常只是服符合法令之最 低要求，且多著重於平時狀況的平均濃度偵測 對於短時間、長時間作業或特殊的製程有害物之危害性了解有限；因此採樣測定之數據也相對不足，以致未能完整呈現整體之危害以及人員暴露之情形

五、結論與建議

五、結論與建議 平面顯示器之技術源自歐美，而台灣、日本、韓國將其發 揚光大使產品更趨多元化，在日新月異之材料與技術開發 應用之同時，對於環境的友善維護更應予以重視 本研究未來完成之危害風險鑑別評估結果若與國內外光 電、半導體廠製程常見之危害事故加以比較，將有助於國 內CF廠製程潛在危害之風險預防與管理 研究首重數據，亦是決定採用何種研究方法成敗之關鍵； 有鑑於本研究相關文獻資料之匱乏，因此未來研究之重點 將是蒐集更完整之資料與數據為優先

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簡報完畢 謝謝指教