毛玉龍 許海泉

中電熊貓液晶顯示科技有限公司

TFT-LCD液晶顯示器表面缺陷檢測(cè)技術(shù)研究

毛玉龍 許海泉

中電熊貓液晶顯示科技有限公司

TFT-LCD面板缺陷的光學(xué)檢測(cè)已成為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。TFT-LCD面板缺陷一直困擾著TFT-LCD顯示質(zhì)量，嚴(yán)重影響面板的生產(chǎn)效率，面板缺陷檢測(cè)已成為T(mén)FT-LCD生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)之一。TFT-LCD的制造過(guò)程極其復(fù)雜，需要近百道工序，因此在制造的過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)缺陷。對(duì)于其表面缺陷檢測(cè)，有利于缺陷的統(tǒng)計(jì)分析、缺陷修補(bǔ)和淘汰不合格品。鑒于此，本文主要分析TFTLCD液晶顯示器表面缺陷檢測(cè)技術(shù)。

TFT-LCD；表面缺陷；檢測(cè)技術(shù)

1、概述

薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)是在20世紀(jì)80年代首先由日本廠商進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的新型平板顯示器件，以其功耗低、輻射弱、壽命長(zhǎng)、體積小、重量輕和全彩化等諸多優(yōu)點(diǎn)，逐漸取代傳統(tǒng)顯示器成為主流的顯示設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、監(jiān)視器、手機(jī)、電視等設(shè)備上。目前，TFT-LCD面板的生產(chǎn)廠商主要集中在日韓、中國(guó)大陸和臺(tái)灣地區(qū)。與日韓等LCD生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)相比，中國(guó)大陸的液晶產(chǎn)業(yè)研究起步較晚，核心技術(shù)匱乏，國(guó)內(nèi)企業(yè)往往重金購(gòu)買(mǎi)日韓等專(zhuān)利，這種狀況的存在使得中國(guó)在液晶顯示技術(shù)領(lǐng)域顯得異常被動(dòng)。但隨著政府部門(mén)對(duì)液晶產(chǎn)業(yè)的重視以及企業(yè)研發(fā)投入的持續(xù)增加，經(jīng)過(guò)專(zhuān)家學(xué)者及專(zhuān)家的研究攻關(guān)，國(guó)內(nèi)液晶行業(yè)取得了不錯(cuò)的成績(jī)，特別是以京東方(BOE)等為代表的液晶生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)不斷創(chuàng)新，不斷縮小與日韓液晶企業(yè)的差距，其中多種型號(hào)的液晶面板出貨量已躍居全球第一。

2、TFT-LCD液晶顯示器表面缺陷

2.1 TFT-LCD單元結(jié)構(gòu)

TFT-LCD單元結(jié)構(gòu)，由上下兩個(gè)玻璃基板構(gòu)成，上基板玻璃上設(shè)置有彩色濾光片，用于產(chǎn)生顏色，下基板玻璃上設(shè)置有薄膜晶體管矩陣，用來(lái)控制像素矩陣的灰階顯示，兩個(gè)基板之間為液晶層。整個(gè)TFT-LCD面板的顯示區(qū)域就是由數(shù)百萬(wàn)個(gè)獨(dú)立TFT元件控制的重復(fù)的像素矩陣構(gòu)成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

2.2 TFT-LCD表面缺陷

由于TFT-LCD生產(chǎn)工藝復(fù)雜，涉及到300多個(gè)工，每個(gè)環(huán)節(jié)都有可能產(chǎn)生缺陷。且主要為各種各樣的表面缺陷，使面板的生產(chǎn)效率受到了嚴(yán)重影響。

TFT-LCD表面缺陷粗略地分為兩大類(lèi)：宏觀缺陷和微觀缺陷。其中宏觀缺陷用肉眼能夠識(shí)別，如Mura缺陷等；而微觀缺陷難以用肉眼或電化學(xué)方法檢測(cè)出來(lái)。從聚集狀態(tài)來(lái)看，TFT-LCD面板常見(jiàn)的缺陷又可以分為點(diǎn)缺陷、線缺陷和Mura缺陷。

3、TFT-LCD液晶顯示器表面缺陷檢測(cè)技術(shù)

3.1 人工視覺(jué)檢測(cè)法

人工視覺(jué)檢測(cè)是最原始的表面缺陷檢測(cè)手段，即采用肉眼檢測(cè)產(chǎn)品缺陷的方法。這種方法檢測(cè)存在較多缺點(diǎn)：一是檢測(cè)速度慢，效率低，無(wú)法滿足高速自動(dòng)化生產(chǎn)線；二是檢測(cè)精度低，無(wú)法識(shí)別微米級(jí)尺寸的缺陷，誤檢漏檢的概率高；三是工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境差，容易受周?chē)h(huán)境的影響而導(dǎo)致誤判；四是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不便于管理和保存。因此，人工視覺(jué)檢測(cè)目前已經(jīng)逐漸被淘汰。

3.2 缺陷分類(lèi)器識(shí)別

分類(lèi)器是檢測(cè)TFT-LCD面板缺陷有無(wú)和分類(lèi)的重要依據(jù)，用于TFT-LCD面板缺陷識(shí)別的分類(lèi)器主要有支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊模式識(shí)別等。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)分類(lèi)以及大規(guī)模并行計(jì)算的能力，被廣泛應(yīng)用于TFT-LCD面板缺陷的識(shí)別?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器的面板缺陷檢測(cè)方法是基于經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)最小化的原則和存在過(guò)學(xué)習(xí)問(wèn)題，因此泛化能力弱，影響面板缺陷檢測(cè)準(zhǔn)確率。

TFT-LCD面板缺陷與背景在灰度上接近，對(duì)比度低，沒(méi)有明顯邊界，存在一定的模糊性，因此模糊模式識(shí)別被用來(lái)檢測(cè)面板缺陷。有的學(xué)者將模糊理論引人到模式識(shí)別系統(tǒng)中，構(gòu)建了模糊專(zhuān)家系統(tǒng)以檢測(cè)TFT-LCD缺陷，并實(shí)現(xiàn)缺陷等級(jí)分類(lèi)。

3.3 電學(xué)參數(shù)檢測(cè)法

電學(xué)參數(shù)檢測(cè)是通過(guò)測(cè)定產(chǎn)品的電學(xué)性能來(lái)判定其是否合格，只能檢測(cè)出由于電學(xué)因素導(dǎo)致的缺陷，有很大的局限性，主要用于檢測(cè)面板的功能性缺陷。如TFT面板中數(shù)據(jù)線和柵極線之間的短路、數(shù)據(jù)線和柵極線自身的斷路等電氣原因造成的缺陷，需要通過(guò)電學(xué)法進(jìn)行檢測(cè)。常用的電學(xué)檢測(cè)方法有：全屏點(diǎn)亮法、探針掃描法、電荷讀出法、電壓圖像法、導(dǎo)納電路檢測(cè)法和電子柬掃描像素電極法等。

3.4 圖像處理法

(1)邊界模糊缺陷分割法

對(duì)獲取的圖像依次進(jìn)行去噪、圖像周期性紋理背景去除、圖像不均勻亮度校正和邊界模糊缺陷圖像分割。

(2)差影法

獲取的TFT-LCD的面板圖像大部分是無(wú)缺陷的，根據(jù)無(wú)缺陷面板圖像運(yùn)用某種算法得到用于差影的模板圖像，然后將待檢面板圖像和模板圖像經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)后，進(jìn)行差分運(yùn)算，獲得殘影圖像，見(jiàn)式(1)，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的閡值(如Niblack閉值法)進(jìn)行缺陷判斷，見(jiàn)式(2)?；蛘吒鶕?jù)不同的理論重構(gòu)TFT-LCD面板圖像上全局性的周期紋理圖案，然后將待檢面板圖像與重構(gòu)圖像進(jìn)行差分運(yùn)算，即可獲得面板上的缺陷。這種檢測(cè)算法的難點(diǎn)在于模板圖像或重構(gòu)圖像的生成。

若g(x，y)是模板圖像，f(x，y)為待檢測(cè)的面板圖像，h(x，y)是殘影圖像，即差分圖像。則：

(3)濾波法

設(shè)計(jì)相應(yīng)的濾波器(如卷積濾波器、拉普拉斯高斯濾波器和Gabor濾波器等)，通過(guò)異常頻率或脈沖響應(yīng)來(lái)檢測(cè)TFT-LCD面板缺陷。

總之，薄膜晶體管液晶顯示器，簡(jiǎn)稱TFT-LCD。具有高分辨率、高亮度和無(wú)幾何變形等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于其體積小、重量輕和功耗低，因而被廣泛的應(yīng)用在顯示器領(lǐng)域。TFT-LCD的制造過(guò)程極其復(fù)雜，需要近百道工序，因此在制造的過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)缺陷。對(duì)于TFTLCD的表面缺陷檢測(cè)，有利于缺陷的統(tǒng)計(jì)分析、缺陷修補(bǔ)和淘汰不合格品。因此，本文的研究也就顯得十分的有意義。

[1] 李茂.基于機(jī)器視覺(jué)的TFT-LCD屏Mura缺陷檢測(cè)方法研究[D].電子科技大學(xué)，2013.

[2] 馮小波.基于機(jī)器視覺(jué)的TFT-LCD點(diǎn)缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的研究[D].上海交通大學(xué)，2012.