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(yè)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(chǎn)效率，面板缺陷檢測已成為TFT-LCD生產(chǎn)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(xiàn)缺陷。對于其表面缺陷檢測，有利于缺陷的統(tǒng)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(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、體積小、重量輕和全彩化等諸多優(yōu)點，逐漸取代傳統(tǒng)顯示器成為主流的顯示設備，被廣泛應用于筆記本電腦、監(jiān)視器、手機、電視等設備上。目前，TFT-LCD面板的生產(chǎn)廠商主要集中在日韓、中國大陸和臺灣地區(qū)。與日韓等LCD生產(chǎn)強國相比，中國大陸的液晶產(chǎn)業(yè)研究起步較晚，核心技術匱乏，國內(nèi)企業(yè)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(chǎn)業(yè)的重視以及企業(yè)研發(fā)投入的持續(xù)增加，經(jīng)過專家學者及專家的研究攻關，國內(nèi)液晶行業(yè)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(chǎn)研發(fā)企業(yè)充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，結合實際生產(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(chǎn)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(qū)域就是由數(shù)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(chǎn)工藝復雜，涉及到300多個工，每個環(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(tài)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(chǎn)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(chǎn)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(huán)境差，容易受周圍環(huán)境的影響而導致誤判；四是監(jiān)測數(shù)據(jù)不便于管理和保存。因此，人工視覺檢測目前已經(jīng)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(jù)，用于TFT-LCD面板缺陷識別的分類器主要有支持向量機、神經(jīng)網(wǎng)絡和模糊模式識別等。

神經(jīng)網(wǎng)絡具有強大的學習分類以及大規(guī)模并行計算的能力，被廣泛應用于TFT-LCD面板缺陷的識別?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡分類器的面板缺陷檢測方法是基于經(jīng)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(tǒng)中，構建了模糊專家系統(tǒng)以檢測TFT-LCD缺陷，并實現(xiàn)缺陷等級分類。

3.3 電學參數(shù)檢測法

電學參數(shù)檢測是通過測定產(chǎn)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(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(jù)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(jīng)過配準后，進行差分運算，獲得殘影圖像，見式(1)，根據(jù)預先設置的閡值(如Niblack閉值法)進行缺陷判斷，見式(2)?；蛘吒鶕?jù)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(yōu)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(xiàn)缺陷。對于TFTLCD的表面缺陷檢測，有利于缺陷的統(tǒng)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(tǒng)的研究[D].上海交通大學，2012.