合肥京東方顯示技術(shù)有限公司 葛宜峰 錢志禹 陳 平 孫 勇 李艷平 劉海濱 李方慶 彭 帆

0 背景

隨著液晶顯示行業(yè)的發(fā)展以及消費(fèi)者的需求，液晶顯示屏尺寸越做越大?？紤]到大玻璃基板的切割邊效，生產(chǎn)線使用的玻璃基板尺寸也隨之增大，例如G8.5代線玻璃基板尺寸為2200*2500mm，G10.5代線玻璃基板尺寸為2940*3370mm。玻璃基板尺寸的增大，不僅加大了工藝上的難度， Mura不良的發(fā)生率也隨之升高。為了降低Mura不良給工廠帶來良率上和經(jīng)濟(jì)效益上的損失，Mura的電學(xué)補(bǔ)償方法研究十分必要。

1 Mura產(chǎn)生機(jī)理

TFT-LCD的顯示是由像素電極控制液晶分子的偏轉(zhuǎn)角度，背光透過不同角度的液晶分子，再經(jīng)由上偏光片得到不同顏色的組合，顯示出不同的畫面[1]。Mura不良一般是在灰階畫面下檢出，其在視覺上的表現(xiàn)為不良區(qū)域灰階明顯高于或低于正常畫面，如圖1所示。

圖1 Mura不良示意圖

TFT-LCD的內(nèi)部是由各種膜層組成，光線透過這些膜層后，膜層厚度會對光的透過率產(chǎn)生不同程度的影響。此外Panel內(nèi)部線路重疊部分會產(chǎn)生寄生電容，影響實(shí)際Pixel電壓值。因?yàn)镸ura不良產(chǎn)生原因有背光源及Panel內(nèi)部引起，本次研究不討論背光源引起的Mura不良，而Panel內(nèi)部引起的Mura不良?xì)w納起來主要有以下三種：

(1)膜層厚度不均，影響光線透過率，產(chǎn)生Mura不良；

(2)膜層厚度不均，影響線路阻抗，信號在傳輸過程中發(fā)生衰減，拉低Data信號電壓，產(chǎn)生Mura不良；

(3)膜層Over-lap，產(chǎn)生寄生電容，拉高或拉低像素電壓，產(chǎn)生Mura不良Mura電學(xué)補(bǔ)償原理。

2 Mura自動光學(xué)檢測

在液晶顯示領(lǐng)域，Mura缺陷因具有形狀多樣、面積不定、對比度低、亮度不均勻等人眼難以識別的特征而被認(rèn)定為一種不同于常規(guī)缺陷的顯示缺陷。由于這類缺陷在長時間使用時才會對用戶的視覺產(chǎn)生影響，而不會導(dǎo)致液晶面板的直接報廢，所以在內(nèi)地液晶產(chǎn)業(yè)剛起步的當(dāng)時，對Mura缺陷的檢測幾乎被忽略。隨著人們對品質(zhì)生活的追求，高質(zhì)量的LCD產(chǎn)品市場逐漸顯現(xiàn)，生產(chǎn)者開始逐步嘗試以常規(guī)手段對Mura缺陷進(jìn)行檢測的方法[2～5]。

TFT-LCD Mura缺陷檢測系統(tǒng)主要由圖像采集和圖像處理兩部分組成。圖像采集旨在通過相機(jī)與圖像采集卡等固件設(shè)備對流水線上的TFT-LCD面板進(jìn)行拍照、信號轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字圖像信息存儲。為了節(jié)省存儲空間、提升檢測時效，期間還將經(jīng)歷預(yù)判機(jī)制的處理，過濾設(shè)定閾值內(nèi)的采集對象，最終僅存儲疑似缺陷圖像。圖像處理就是在完成對象采集的基礎(chǔ)上，對存儲的待檢圖像按步驟依序進(jìn)行缺陷提取、缺陷增強(qiáng)和缺陷分割等操作，以分離識別缺陷的過程。Mura檢測的流程如圖2所示。

④繼續(xù)使用的水工建筑物、廠房及水工金屬結(jié)構(gòu)等，這些固定資產(chǎn)設(shè)施已使用30多年，應(yīng)只考慮剩余價值的效益貢獻(xiàn)。

圖2 Mura自動檢測流程

2.1 電學(xué)補(bǔ)償數(shù)據(jù)計(jì)算

Mura缺陷點(diǎn)燈現(xiàn)象表現(xiàn)為局部灰度不均，其電學(xué)補(bǔ)償?shù)脑砑词歉鶕?jù)點(diǎn)燈灰度的差異，計(jì)算出缺陷區(qū)域?qū)嶋H顯示灰度和目標(biāo)灰度之間的差異，在三個灰階畫面下計(jì)算出一組差異數(shù)值，然后以二次插值的方法模擬計(jì)算灰度的補(bǔ)償值，再通過電壓-灰度曲線計(jì)算需要補(bǔ)償?shù)碾妷褐礫6]。

在實(shí)際操作中，為了保證修復(fù)的效果，通常將Panel按照一定大小分割為許多Block，每個Block為一個修復(fù)單元。Mura光學(xué)圖像采集的CCD相機(jī)一個像素對應(yīng)一個修復(fù)Block，修復(fù)的補(bǔ)償數(shù)據(jù)計(jì)算是以Block為單元計(jì)算的，如圖3所示。

圖3 修復(fù)Block分割

下面以一個Block補(bǔ)償數(shù)據(jù)計(jì)算為例進(jìn)行說明。根據(jù)不同灰階畫面(L26、L76、L176)拍攝的不良畫面，分別計(jì)算Block顯示灰度值與目標(biāo)灰度之間的差值，如圖4所示。利用二次插值法模擬計(jì)算所有灰階畫面顯示灰度與目標(biāo)灰度的差值，根據(jù)電壓-灰度曲線得出補(bǔ)償電壓，如圖5所示。具體計(jì)算過程如下：

圖4 不良區(qū)域灰度差值

圖5 不良區(qū)域電壓補(bǔ)償值

2.2 補(bǔ)償數(shù)據(jù)燒錄

系統(tǒng)計(jì)算出補(bǔ)償數(shù)據(jù)之后，通過T-Con燒錄到Flash ROM。燒錄完成后，T-con會調(diào)用Flash IC里面的補(bǔ)償信號進(jìn)行信號補(bǔ)償，修復(fù)Mura缺陷，如圖6所示。

圖6 信號補(bǔ)償

3 Mura電學(xué)補(bǔ)償系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)組成

圖7 Mura電學(xué)補(bǔ)償系統(tǒng)架構(gòu)

Mura電學(xué)補(bǔ)償系統(tǒng)包括圖像采集模塊、圖像處理模塊、補(bǔ)償數(shù)據(jù)計(jì)算模塊、燒錄、PG點(diǎn)燈模塊，如圖7所示。圖像采集模塊由高分辨率照相機(jī)和高分辨率鏡頭組成，Panel點(diǎn)燈后進(jìn)行不良圖片的采集。圖像處理模塊需要把采集的圖像進(jìn)行去燥處理，不良位置和不良程度的識別。補(bǔ)償數(shù)據(jù)模塊根據(jù)圖像處理的結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償數(shù)據(jù)的計(jì)算；燒錄模塊負(fù)責(zé)將補(bǔ)償數(shù)據(jù)寫入Flash ROM。

3.2 相機(jī)/鏡頭選型

相機(jī)的選型中比較重要的參數(shù)為分辨率、像元大小及曝光時間的可調(diào)范圍。分辨率越高，檢測精度越高。曝光時間的可調(diào)范圍越大，拍攝圖像的動態(tài)范圍越大，因項(xiàng)目中需要拍攝低灰階畫面的圖像，故需要曝光時間可調(diào)范圍大。

鏡頭的選型中比較重要的參數(shù)為分辨率、畸變、亮度一致性、光圈等。分辨率越高，檢測精度越高。光圈越大，鏡頭的進(jìn)光量越大。所選鏡頭型號為：Otus 1.4/55。圖8為照度一致性，即暗角特性，圖中可以看出光圈為4或者4.28時，鏡頭邊界的亮度為中心亮度的80%，說明所選鏡頭的暗角不明顯。圖9為畸變特性，圖中可以看出，鏡頭在邊界處的畸變約1%，說明所選鏡頭的畸變非常小。

圖9 鏡頭畸變特性

3.3 相機(jī)工作距離計(jì)算

式中：

D為相機(jī)到顯示屏的距離，m；

R為CCD與LCD的像素比，表示R個橫向像素對應(yīng)1個LCD像素；

S為顯示屏尺寸，Inch；

H為橫向分辨率；

V為縱向分辨率，如圖10所示；

圖10 相機(jī)光路示意圖

R的確定方法：由上述可以看出R與1/A是存在一定的關(guān)系的，R>1/A可達(dá)到最低補(bǔ)償要求。同時，由于相機(jī)CCD分辨率(4872*3258)限制，R的最大只能取4872/H與3258/V的最小值。故R的理論取值范圍為：

例如：對于4k屏(3840*2160)，1/8

實(shí)際中由于R低會影響修復(fù)效果，一般要求R盡可能取大一些；由于R更大對屏的位置擺放要求更高，R也不能取值等于min(4872/H，3258/V)，否則Panel稍微偏離就會超過相機(jī)視場。

對于4K屏，取R=1較合適，對于8K屏，取R=0.5較合適。當(dāng)尺寸S相同時，代入公式計(jì)算出兩者的工作距離相同。

根據(jù)上式，計(jì)算出對應(yīng)不同尺寸顯示屏相機(jī)工作距離，如表1所示。

表1 不同尺寸顯示屏相機(jī)工作距離

3.4 工作流程

圖11 Mura電學(xué)補(bǔ)償工作流程

3.5 系統(tǒng)優(yōu)勢

（1）一站式軟件操作環(huán)境：系統(tǒng)將分離的軟件模塊、設(shè)備進(jìn)行整合，操作更加順暢，流程更加簡潔。

（2）快速修復(fù)效果評估：集成PG到圖像處理引擎中，PC端與圖像處理引擎以千兆以太網(wǎng)通信，可以在不燒錄的情況下，輸入補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)，用以評估修復(fù)效果，減少迭代中的燒錄的時間。

（3）可編程的圖像修復(fù)功能：允許在使用不包含Mura電學(xué)補(bǔ)償功能的TCON時，通過編輯圖像處理引擎中的補(bǔ)償計(jì)算公式、濾波器系數(shù)、顏色因子系數(shù)、灰度因子系數(shù)等，模擬TCON的修復(fù)算法。同時提供邏輯Pattern、圖片和視頻等方式評估電學(xué)補(bǔ)償修復(fù)算法的有效性，根據(jù)缺陷類型和比例選擇合適的方法，以實(shí)現(xiàn)最小的開銷到達(dá)最佳的修復(fù)效果（Flash容量和TCON IC上RAM容量，RAM容量影響TCON IC的成本）

（4）Demura檢測引擎中基于機(jī)器學(xué)習(xí)的檢測和補(bǔ)償計(jì)算方法，會在修復(fù)的迭代和人工干預(yù)下，能夠不斷提高系統(tǒng)的性能，減少迭代出現(xiàn)的概率，以節(jié)約時間。

4 Mura電學(xué)補(bǔ)償測試結(jié)果

電學(xué)補(bǔ)償法可修復(fù)Mura不良種類如表2所示：

表2 可修復(fù)Mura不良種類

表3 Mura不良修復(fù)效果

5 結(jié)論

Mura不良在實(shí)際生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生原因復(fù)雜，差異性消除較為困難，很難從源頭進(jìn)行改善。電學(xué)補(bǔ)償法是一種有效的Mura不良修復(fù)方法。Mura電學(xué)補(bǔ)償系統(tǒng)主要包括圖像采集模塊、圖像處理模塊、補(bǔ)償數(shù)據(jù)計(jì)算模塊、燒錄模塊、點(diǎn)燈模塊。在實(shí)際的使用中具備很好的修復(fù)效果，而且可以在不燒錄補(bǔ)償數(shù)據(jù)前預(yù)測修復(fù)效果，很大程度地縮短了修復(fù)時間，具備量產(chǎn)條件。

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