淺談彩色濾光片生產中自動光學檢測系統的應用

黃晨

【摘 要】彩色濾光片（Color Filter，簡稱CF）在LCD的材料中占有相當重要的比例（約占20%-30%），因此在彩色濾光片的生產過程中需要進行一系列的檢驗工作，從而對產品的質量進行嚴格把關。自動光學檢測技術在彩色濾光片生產中的微觀檢查應用較為廣泛。自動光學檢測系統采用周期性比較和邏輯運算的方法獲取缺陷點的信息，為彩色濾光片的后段生產提供有效的異常缺陷信息，以達到對產品的品質的管控。

【關鍵詞】彩色濾光片；自動光學檢測；五點周期比較；線性方程；誤檢

0 引言

在LCD的材料中，彩色濾光片（Color Filter，簡稱CF）占有相當重要的比例（約占20%-30%），也因為彩色濾光片的重要性，在生產過程中需要進行一系列的檢驗工作，從而對產品的質量進行嚴格把關。彩色濾光片生產中多采用自動光學檢測系統（Automatic Optical Inspection System）進行工程微觀檢查，進行缺陷的檢出，監控產品的品質及良率，及早發現制程的缺陷，避免將不良品流入下游工序，造成成本的浪費，并為后續的修補制程提供缺陷信息，修補不良缺陷，以提高生產效率及產品質量，降低最終產品的廢品率，從而降低生產成本。

1 彩色濾光片的工藝簡介

一般的彩色濾光片生產過程分為BM、R、G、B、ITO、PS，這6道制程工藝，以及最終檢查構成。

BM（Black Matrix）工序：是玻璃基板上最初形成的層，其作用是隱藏TFT的配線，遮蔽光線，防止RGB的混色。

RGB（Red/Green/Blue）工序：是BM的下一個工程，但RGB三道的順序根據各廠家的要求有不同的排列，其主要作用是利用光的三原色原理達到Full Color顯示。

ITO（Indium Tin Oxide）工序：RGB工序后通過Sputtering成膜，用氧化Indium和氧化錫燒結體，形成TFT對偶電極的透明薄膜。

PS（Photo Spacer）工序：其作用是用來維持CF和TFT的Gap的柱子，向由這些形成的空間內注入液晶。

每一道制程工序中都包含有相應的微觀缺陷檢查（MURA、AOI檢測），宏觀缺陷檢查以及特性值檢測，以保證每一道工序生產完的產品品質。并且最終產品在出貨給客戶前還需進行最后一次微觀缺陷檢查，及宏觀缺陷檢查，以保證出貨給客戶的產品品質，稱為最終檢查。所以說彩色濾光片的品質檢測在其生產制造過程中扮演著十分重要且不可缺失的角色。

2 自動光學檢測系統檢測原理

自動光學檢測常用在工程微觀檢查或離線微觀抽檢中，其利用光學形式獲得產品的表面狀態，通過影像處理和計算檢出異物或異常圖案。AOI系統通常有運動工作平臺、電氣控制、照明光源系統、CCD成像系統、圖像采集與處理系統等模塊組成。

在彩色濾光片生產中使用的AOI多采用獨立的反射光源檢查和透射光源檢查，配合反射光源與透射光源所對應的CCD組成光電檢測機構。CCD的半導體感光元件無法反映光線的顏色只能感應光強，其工作原理是采用當CCD傳感器感應到光亮時，CCD的光電器件產生負電荷的方式實現的。所以CCD通過掃描的工作方式最終產生一張灰白圖片，形成的圖像的每個像素都有一個介于0-255的灰階值。此時通過五點周期比較的計算方式將異常的像素篩選出來，將相鄰的像素組合成一個異常的塊，通過像素的位置、個數及排布最終獲得異常塊的相對坐標、橫豎方向的長度、面積、黑白類型等數據，并通過檢查所用的CCD反射或透射機構，確定異常塊是屬于反射異常還是透射異常。

3 自動光學檢測系統檢出準確率改善

彩色濾光片是逐工序作業的，當完成BM的制作后進行AOI的檢查，這時候對彩膜的承載體玻璃來說其本身只有黑色和白色的成分；而制作R/G/B任意一種工藝后進行AOI檢測時，這時就會出現黑色、白色和灰色（R/G/B層在CCD影像中會呈現出灰色）。在AOI對某些產品進行檢測的過程中會出現誤檢（正常區域認為異常區域）。誤檢率的上升給產線帶來了較多的虛假信息，對生產運營帶來諸多影響：

（1）產量降低：生產擔當在遇到有異常信息時不得不進行確認，使生產斷斷續續，在節拍時間為35s左右的彩膜生產中會明顯使產量降低。

（2）品質影響：在較多的虛假信息中，生產擔當無法一一確認，這就會使真正的異常點混在虛假點中，雖然最終會被發現，但是仍然會影響一批次產品的品質。

（3）成本升高：在彩膜的生產中，AOI檢查出的異常點，修補設備需要一一確認，對需要修補的點進行修補作業；對于虛假信息，修補設備依然需要逐一確認，這樣將占用大量的人力和物力。

故提高AOI的檢測準確率對于彩膜生產的意義重大。

3.1 五點周期比對及分區檢測

為了提高AOI檢測彩膜質量的準確率，降低誤判，通過分析由紅綠藍三色組成矩陣結構和Line CCD獲取的彩膜圖像特征，在五點周期比較檢測的基礎上，通過對彩膜的機械與光學對位后，運用五點比對進行缺陷的檢測。Line CCD從紅綠藍3個不同的區域獲取不同的灰階值，分別設置3個區域的灰階值范圍和該區域的判定閾值；最后根據缺陷與正常點灰階差值的不同對缺陷進行分類，賦予相應的缺陷代碼。基于以上3個步驟，實現對整張彩膜的缺陷檢測。實際生產應用中，采用五點比較、分區檢測和缺陷分類相結合的方法，缺陷檢出的準確率可以提高至99.6%以上。

3.2 兩點一線原理及線性方程應用

自動光學檢測系統采用周期性比較和邏輯運算的方法獲取缺陷點的信息。彩色濾光片不同產品的設計會出現由子像素大小決定的最小周期比較Pitch存在小數，會造成比較對象的非正確選取。利用兩點一線原理，可以構建一次線性方程使原來斷點模擬成連續的點，達到無論比較距離是會否為整數，都能找到相對應的灰度值的效果。在待檢測點在邊緣或角落的情況下，會出現2倍比較距離的情況出現，比較距離越大，檢測的準確率越難保證，一次線性方程解決誤檢的方法將更有效。利用此方法可以提高異常點檢出的準確度，同時會避免對產品產量、品質及成本的不利影響。

4 結語

本文從彩色濾光片的生產工藝過程中的產品品質監控出發，從自動光學檢測系統的檢測原理簡述了自動光學檢測系統在彩色濾光片生產中的應用，簡述了五點比較、分區檢測和缺陷分類相結合的檢測方法，在邏輯運算中如何運用兩點一線原理及線性方程來解決誤檢，提高缺陷檢測的準確率。自動光學檢測系統在彩色濾光片生產中的普遍運用，能夠保證產品在生產過程中的品質能夠做到實時監控，避免產品的批量不良，降低生產成本。

【參考文獻】

[1]張鐵軼，余道平，王野.自動光學檢測的彩膜分區檢查與判定[J].液晶與顯示，2014，29（1）：34-39.

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[責任編輯：張濤]endprint