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大尺寸LCD光学量测系统

作者:时间:2018-09-12来源:网络收藏

◎量测/测试所面临之问题
欲建构来检验面板品质,将面临的问题有:
1. 建立一套可快速对面板上某一点之9点、13点、25点均齐度之Luminance(辉度)、CIE(色座标)、Chromaticity、 VIEW ANGLE、Contrast Ratio、Gray Scale/Gamma、Response Time、Flicker、Cross-talk 和 Warm Up Time进行量测。
2. 整合视觉影像定位,自动量测面板各点之CIE及L(cd/m2)的变化相关函数。
3. 符合真实控制者操作介面功能之人机介面。
4. 建立自动输出判别是否合乎标准作业程序。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201809/388974.htm

◎应用方案
特性在量测上须整合运动控制、影像自动定位、类比/数位讯号撷取、以及仪器通讯等复杂的项目,而市面上提供的软硬体环境必须具备亲切的使用者介面、开发时程短、易于安装与除错等特性。透过对市售产品的严格筛选与评比后,以美商国家仪器(NI)的提供的软硬体环境符合本公司的需求。特以LabVIEW 7.1 Express作为开发平台,软体环境搭配Vision Assistant 7.1与Report Generation Toolkit为主,在硬体环境上则使用NI USB-6009、PCI-1407、PCI-6221。 文章摘要
有鉴于平面显示器的设计越来越迈向超大面板方向前进,量测设备的量测范围尺寸必定也需要朝向超大面板设计。光学特性的标准也不断提高,传统以人工检验品质的方式,不但耗费无谓的人工成本,且不论检测精密度及速度皆无法满足较大规模的生产要求。因此,先进的「电脑视觉定位系统」为不可或缺的,其具有测量准确、快速、扩展性强等特点,能快速针对客户需要的参数进行自动检测。基于仪控自动化技术发展理念,发展『产业自动化视觉检测系统』,配合VISION AND MOTION的运用,依客制化需求开发以满足实际生产需求。由于LABVIEW它能够快速建立准确的自动检测系统,同时产生完整详细的检测数据,故以LABVIEW 7.1搭配IMAQ 7.1作为开发软体,建立完整的自动化。 光学量测设备介绍
本公司自制光学量测设备配合VISION AND MOTION的运用,以LABVIEW 7.1搭配IMAQ 7.1作为开发软体建立完整的自动化量测系统。如下图一所示,仪器包括TOPCON BM-7(or SR-3)、XYZ直线轴加上θxθy旋转轴之五轴TABLE,控制型态为5轴伺服控制。
 

图一. 光学量测系统
  自动量测面板各点之变化相关函数之特性整合
1. 视觉影像定位方法(NI PCI-1407+watec high resolution CCD)

此光学量测系统在搭配『视觉影像定位方法』下,量测之项目可包含以下数种:均齐度量测、Response Time、Warm Up Time、Flicker、VIEW ANGLE、Contrast Ratio、Gray Scale/Gamma、Cross-talk和Chromaticity等。此『视觉影像定位方法』之程序,首先必须输入LCD尺寸大小,利用影像处理方法(Find vertical edge、Find horizontal edge 、Find coordsys (2 Rects) ),程式会先自动搜寻出LCD之未发亮边界,如图二、三所示。当搜寻出边界后,程式便可以自动对位至所需之定点,此定点分别定义为LCD之左上、右上及右下边界。根据前述定义之左上及右上两点,可决定LCD之水平夹角,并将LCD的座标系修正至与程式之座肯狄恢拢如图四所示。
 

图二. 视觉影像定位方法-自动搜寻LCD左上角
 

图三. 视觉影像定位方法-自动搜寻LCD右下角

图四. 视觉影像定位方法-自动修正LCD座标系
 

2. 9点、13点、25点均齐度

在LCD的检测中,依据LCD发光区域辉度或色度变化的程度,可将其定义为均齐度(Uniformity)。根据VESA规范,均齐度之量测包含5点、9点…等,再由量测结果之最大值除以最小值便为均齐度,公式如下列所示: 

在此LCD光学量测系统中依据不同需求包含9点、13点和25点均齐度之量测。其测定方式与数据结果如图五及图六所示。
 



图五. 九点均齐度-自动测定方法
 

3. Response Time和Warm Up Time测量

3.1 Response Time (PCI-6221+ Photosensor Module Hamamatsu>)
在LCD 的检测中,检测TFT由关到开和开到关所需的时间,称之为反应时间(Response Time)。如图七所示,当TFT全亮时,Ton和Toff定义为T90- T10和T10- T90,反应时间为Ton+Toff。上述之T10和T90分别为TFT达到10%或90%亮度所需的时间。而检测结果如图八所示。
 

图七. 反应时间量测之示意图
 

图八. 反应时间量测之图形结果
 

3.2 Warm Up Time (PCI-6221+ Photosensor Module Hamamatsu>)

在LCD的检测中, LCD点亮时辉度达到稳定状态所需的时间,称之为暖机时间(Warm Up Time),如图九所示。图中,曲线会随着时间增长而上升,当LCD稳定时,辉度与时间的曲线会达至水平稳定。

图九. 暖机时间(Warm Up Time)之图形曲线
 

2.4 VIEW ANGLE和Contrast Ratio检测方法

2.4.1VIEW ANGLE
LCD由于天生的物理特性,使得使用者从不同角度去看时画面品质会有所变化。与正看时相比,斜看的时候,转到当画面品质已经变化到无法接受的临界角度时,称之为该LCD之视角。视角之定义区分为以下三种:(1)对比-从斜的方向去看LCD,与正看时相比,白色部分会变暗,黑色部分会变亮,因此对比会下降,一般当对比下降到 10的时候的角度定义为该LCD的视角。(2)灰阶反转-理论上LCD从零灰阶(黑色)到二五五灰阶(白色)应该是灰阶数越高则越亮,但是LCD在某个大角度的时候有可能看到低灰阶反而比高灰阶还亮,也就是看到类似黑白反转的现象,这种现象称之为灰阶反转。不会产生灰阶反转现象的最大角度称之为视角。 (3)色差-从不同角度去看LCD,会发现颜色会随着角度而变化,当颜色的变化已经大到无法接受的临界点时,该角度称为视角。检测结果如图十及十一所示。

图十. 视角量测-对比法 

图十一. 视角量测-对比法图形与数据结果
 2.4.2 Contrast Ratio
对比的定义为在暗室之中,白色画面的亮度除以黑色画面的亮度。

2.5 Gray Scale/Gamma与Cross-talk量测

2.5.1 Gray Scale/Gamma
Gamma curve是指不同灰阶与亮度的关系曲线。把零到二五五灰阶当x轴,亮度为y轴,画出来的曲线称为Gamma curve。由于人眼对于光线强度感应为对数值,因此灰阶对应辉度通常设计成一条曲线,故将Gamma curve取对数后为一条直线。检测过程与结果会与人眼观察相同,分别如图十二及十三所示。

图十二. Gamma curve检测过程

图十三. Gamma curve检测结果
2.5.2 Cross-talk量测方式
LCD的Cross-talk是指萤幕中某区域的画面影响到邻近区域亮度的现象。一般Cross -talk测试画面是在底色一二八灰阶的状态下,画一个有萤幕四分之一大的黑色方块摆在正中央,理论上周围还是都要维持一二八灰阶,但若发现上下左右四块区域变暗,就作叫Cross-talk。检测示意图与程序,分别如图十四及十五所示。
 



图十四. Cross-talk检测示意图
 

图十五. Cross-talk检测程序
2.6 Chromaticity量测方法
色饱和度是指LCD色彩鲜艳的程度。LCD是由红、绿和蓝色三原色组合成任意颜色,如果RGB三原色越鲜艳,则该LCD可以表示的颜色范围就更广,这是因为无法显示比三原色更鲜艳的颜色。色饱和度的表示是以NTSC所规定的三原色色域面积为分母,显示器三原色色域面积为分子去求百分比。检测结果,如图十六所示。

 图十六. Chromaticity检测结果


  人机介面
3.1 控制者人机介面
我们以LabVIEW 7.1 Express开发平台所设计的LCD光学量测系统的人机介面,程式架构是以EVENT结构为蓝本,依据不同的量测项目,以弹跳式视窗显示,程式结构与操作画面分别如图十七和十八所示。同时,依据不同的量测需求,程式可便捷地新增或移除多余的子程式,建立简易的操作者介面。图十九最上方的表格可显示产品的序号及现场所反应的物理特性,图形则为各种量测之结果。Tab Control可以选择欲检视之量测项目和所测试之数据。此系统所有设定及反应皆为自动化,并搭配现场操作以求得最佳的操作介面。



图十七. EVENT结构
 



图十八. 操作画面之弹跳式视窗
 

图十九. 系统架构主画面
 

3.2 自动输出量测结果
由上一章节所说的光学量测系统,可由LCD光学量测系统中提供的选单式报表系统,让操作者可任意选定量测流程,以了解目前LCD产品的品质并对产线的作即时的回报,如图二十所示。经LCD光学量测系统,完成产品各项光学量测之动作与讯息回馈等功能;在系统作业过程中,以数据及图形显示以提供操作者必要处置之参考依据。

 图二十. 量测报表输出
  结论
LCD 产业世代不断更新,目前台湾更将朝向七代线前进,所需之量测架构更为复杂,量测规范日新月异,传统设计之软体无法提供随时更新服务,幸有LABVIEW提供快速整合开发软体,使得开发时程缩短三分之二,足以满足客户即时更新之需求。运用IMAQ Vision Assistant 7.1 函数更可轻易规划影像定位系统,利用PCI-1407取得影像后,使用简单几个IMAQ VI 即可标定出所需之座标进行量测,这一方面大幅提升产品量测特性,并可排除人为定位误差提N设备量测重现性,可提供最人性化介面与市面上一般量测系统有很大之差异性,这是我们选择使用LABVIEW开发系统最大的动力,加上NI先前推出USB-6009 DAQ模组,改善类比讯号线路过长造成讯号失真问题,适时解决Response Time、Flicker量测。

本量测系统提供选单式选项,让操作者可任意选定量测流程,大幅降低操作介面设计时间,并可规划更详细量测流程,依选定量测程序依序量测出客户所要求之数据,并将该量测数据输出至EXCEL报表上



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