TFT-LCD液晶顯示器表面缺陷檢測技術研究

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技術研究

毛玉龍 許海泉

中電熊貓液晶顯示科技有限公司

TFT-LCD面板缺陷的光學檢測已成為工業界和學術界研究的熱點。TFT-LCD面板缺陷一直困擾著TFT-LCD顯示質量，嚴重影響面板的生產效率，面板缺陷檢測已成為TFT-LCD生產關鍵技術之一。TFT-LCD的制造過程極其復雜，需要近百道工序，因此在制造的過程中難免會出現缺陷。對于其表面缺陷檢測，有利于缺陷的統計分析、缺陷修補和淘汰不合格品。鑒于此，本文主要分析TFTLCD液晶顯示器表面缺陷檢測技術。

TFT-LCD；表面缺陷；檢測技術

1、概述

薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)是在20世紀80年代首先由日本廠商進行大規模生產的新型平板顯示器件，以其功耗低、輻射弱、壽命長、體積小、重量輕和全彩化等諸多優點，逐漸取代傳統顯示器成為主流的顯示設備，被廣泛應用于筆記本電腦、監視器、手機、電視等設備上。目前，TFT-LCD面板的生產廠商主要集中在日韓、中國大陸和臺灣地區。與日韓等LCD生產強國相比，中國大陸的液晶產業研究起步較晚，核心技術匱乏，國內企業往往重金購買日韓等專利，這種狀況的存在使得中國在液晶顯示技術領域顯得異常被動。但隨著政府部門對液晶產業的重視以及企業研發投入的持續增加，經過專家學者及專家的研究攻關，國內液晶行業取得了不錯的成績，特別是以京東方(BOE)等為代表的液晶生產研發企業充分發揮自身優勢，結合實際生產不斷創新，不斷縮小與日韓液晶企業的差距，其中多種型號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單元結構

TFT-LCD單元結構，由上下兩個玻璃基板構成，上基板玻璃上設置有彩色濾光片，用于產生顏色，下基板玻璃上設置有薄膜晶體管矩陣，用來控制像素矩陣的灰階顯示，兩個基板之間為液晶層。整個TFT-LCD面板的顯示區域就是由數百萬個獨立TFT元件控制的重復的像素矩陣構成，結構復雜。

2.2 TFT-LCD表面缺陷

由于TFT-LCD生產工藝復雜，涉及到300多個工，每個環節都有可能產生缺陷。且主要為各種各樣的表面缺陷，使面板的生產效率受到了嚴重影響。

TFT-LCD表面缺陷粗略地分為兩大類：宏觀缺陷和微觀缺陷。其中宏觀缺陷用肉眼能夠識別，如Mura缺陷等；而微觀缺陷難以用肉眼或電化學方法檢測出來。從聚集狀態來看，TFT-LCD面板常見的缺陷又可以分為點缺陷、線缺陷和Mura缺陷。

3、TFT-LCD液晶顯示器表面缺陷檢測技術

3.1 人工視覺檢測法

人工視覺檢測是最原始的表面缺陷檢測手段，即采用肉眼檢測產品缺陷的方法。這種方法檢測存在較多缺點：一是檢測速度慢，效率低，無法滿足高速自動化生產線；二是檢測精度低，無法識別微米級尺寸的缺陷，誤檢漏檢的概率高；三是工人勞動強度大，工作環境差，容易受周圍環境的影響而導致誤判；四是監測數據不便于管理和保存。因此，人工視覺檢測目前已經逐漸被淘汰。

3.2 缺陷分類器識別

分類器是檢測TFT-LCD面板缺陷有無和分類的重要依據，用于TFT-LCD面板缺陷識別的分類器主要有支持向量機、神經網絡和模糊模式識別等。

神經網絡具有強大的學習分類以及大規模并行計算的能力，被廣泛應用于TFT-LCD面板缺陷的識別。基于神經網絡分類器的面板缺陷檢測方法是基于經驗風險最小化的原則和存在過學習問題，因此泛化能力弱，影響面板缺陷檢測準確率。

TFT-LCD面板缺陷與背景在灰度上接近，對比度低，沒有明顯邊界，存在一定的模糊性，因此模糊模式識別被用來檢測面板缺陷。有的學者將模糊理論引人到模式識別系統中，構建了模糊專家系統以檢測TFT-LCD缺陷，并實現缺陷等級分類。

3.3 電學參數檢測法

電學參數檢測是通過測定產品的電學性能來判定其是否合格，只能檢測出由于電學因素導致的缺陷，有很大的局限性，主要用于檢測面板的功能性缺陷。如TFT面板中數據線和柵極線之間的短路、數據線和柵極線自身的斷路等電氣原因造成的缺陷，需要通過電學法進行檢測。常用的電學檢測方法有：全屏點亮法、探針掃描法、電荷讀出法、電壓圖像法、導納電路檢測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

對獲取的圖像依次進行去噪、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缺陷的，根據無缺陷面板圖像運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過配準后，進行差分運算，獲得殘影圖像，見式(1)，根據預先設置的閡值(如Niblack閉值法)進行缺陷判斷，見式(2)。或者根據不同的理論重構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圖像進行差分運算，即可獲得面板上的缺陷。這種檢測算法的難點在于模板圖像或重構圖像的生成。

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

(3)濾波法

設計相應的濾波器(如卷積濾波器、拉普拉斯高斯濾波器和Gabor濾波器等)，通過異常頻率或脈沖響應來檢測TFT-LCD面板缺陷。

總之，薄膜晶體管液晶顯示器，簡稱TFT-LCD。具有高分辨率、高亮度和無幾何變形等優點，同時由于其體積小、重量輕和功耗低，因而被廣泛的應用在顯示器領域。TFT-LCD的制造過程極其復雜，需要近百道工序，因此在制造的過程中難免會出現缺陷。對于TFTLCD的表面缺陷檢測，有利于缺陷的統計分析、缺陷修補和淘汰不合格品。因此，本文的研究也就顯得十分的有意義。

[1] 李茂.基于機器視覺的TFT-LCD屏Mura缺陷檢測方法研究[D].電子科技大學，2013.

[2] 馮小波.基于機器視覺的TFT-LCD點缺陷檢測系統的研究[D].上海交通大學，2012.