（机械电子工程专业论文）基于tftlcd模组坏点的在线检测系统的研究与应用.pdf

武汉理工大学硕十学位论文 摘要 作者在论文中主要探讨具有一致性( u n i f o r m ) 和规律性纹路( h o m o g e n e o u s t e x t u r e ) 表面的坏点在线检测技术，其主要应用对象为薄膜晶体管液晶显示屏 ( t h i nf i l mt r a n s i s t o rl i q u i dc r y s t a ld i s p l a y ，n m l c d ) 中具有规律性纹路图像的t f l 模组。目前t f t - l c d 的坏点检测方法大多为离线方式，且需要依赖大量人工进行， 这样不但检测效率低，而且主观的判断也会造成检测上的偏差。故作者在研究 t f f - l c d 模组坏点检测时引入视觉系统，并采用在线检测方式，以提高t f i - l c d 模组坏点在线检测的精度和速度。 作者结合参与研发的企业在线检测系统，从以下方面对其进行了较为详细的 研究： 1 研究了国内外不同厂家所生产的的t f t - l c d 模组的结构、特点和显示原 理以及其模组坏点的产生、检测和判别，并分析了t f t - l c d 模组研发、生产、 检测及应用的国内外现状和前景。 2 通过对广东某光电公司的在线检测系统的硬件架构( 主要包括大理石平 台、光学系统、人机界面等) 的分析，研究了硬件架构对t f i - l c d 坏点在线检 测的精度和速度的影响。 3 研究了a o i 系统的运作方式，包括r e c i p e 参数的设定、坏点扫描和坏点 检测与分析。r e c i p e 参数主要是指图像数据、检测区域、光学设置、检测灵敏度 等。坏点扫描过后，t d i 就会根据设置好的r e c i p e 进行取像。 4 研究了作为i c a ( i n d e p e n d e n tc o m p o n e n ta n a l y s i s ) 求解的最佳化方法的粒 子群演算法( p a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o n ，p s o ) ，并在求解的过程中加入一限制 式，使图像中正常区域经滤波后有一致的反应值，并借由统计品质管理方法设定 反应值的临界值( t h r e s h o l d s ) ，判断是否有坏点存在。 5 分析并讨论了在线检测的结果，归纳并总结了坏点产生的原因及特点，为 下游的t f t - l c d 检测与诊断提供依据，从而提高产品的成品率。 论文最后总结了全文的工作，并对以后的研究方向进行了展望。 关键词：在线检测，t f i - l c d ，自动光学检测，模组坏点，粒子群演算法 武汉理t 大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h i st h e s i s ，t h ea u t h o rm a i n l ys t u d i e st h eo n l i n ed e f e c td e t e c t i o nt e c h n o l o g yo f s u r f a c ew i t ht h eu n i f o r ma n dh o m o g e n e o u st e x t u r e ，i t sm a i na p p l i c a t i o ni st f t m o d u l eo nt h et h i nf i l mt r a n s i s t o r - l i q u i dc r y s t a ld i s p l a y ( t f t - l c d ) w i t h h o m o g e n e o u st e x t u r ei m a g e a tp r e s e n tt f r - l c dd e f e c td e t e c t i o ni sm o s t l yt h e o f f - l i n em o d e ，a n dn e e d sal o to fm a n p o w e r , s oi t se f f i c i e n c yi sv e r yl o wa n da l s ow i l l c r e a t et h ed e v i a t i o ni nt h ep r o c e s so fd e t e c t i o nd u et ot h es u b j e c t i v e j u d g m e n t t h e r e f o r e ，t h ea u t h o ri n t h i st h e s i sh a si n t r o d u c e dt h ev i s i o ns y s t e mf o rt h es u r f a c e d e f e c td e t e c t i o no ft f r l c dm o d u l eb ym e a n so ft h eo n - l i n ed e t e c t i o nm o d et o e n h a n c e st h ep r e c i s i o na n dt h es p e e do fd e f e c to n - l i n ed e t e c t i o ni nt f i - l c dm o d u l e t h ea u t h o rc o m b i n e st h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft h ee n t e r p r i s ef o ro n - l i n e d e t e c t i o ns y s t e m ，s t u d i e dt h i ss y s t e ma n dt h em o r ed e t a i l sa r ea sf o l l o w s ： 1 t h ea u t h o rh a ss t u d i e dt h es t r u c t u r e ，c h a r a c t e r i s t i c sa n dd i s p l a yp r i n c i p l e so f t f b l c dm o d u l ea sw e l la si t sm o d u l ed e f e c tp r o d u c t i o n ，d e t e c t i o na n dd i s t i n c t i o n ， a n da n a l y z e dt h ec u r r e n ts i t u a t i o na n dp r o s p e c t sa b o u tt f t - l c dm o d u l er & d ，i t s p r o d u c t i o n ，d e t e c t i o n a n d a p p l i c a t i o n s i nd i f f e r e n td o m e s t i ca n df o r e i g n m a n u f a c t u r e r s 2 t h ea u t h o rh a ss t u d i e dt h ei n f l u e n c eo ft h es y s t e mh a r d w a r eo nt h ep r e c i s i o na n d t h es p e e do ft f t - l c dm o d u l ed e f e c to n - l i n ed e t e c t i o nb ya n a l y z i n gt h eh a r d w a r eo f t h eo n - l i n ed e t e c t i o ns y s t e mi nae l e c t r o o p t i cc o m p a n y ( i n c l u d i n gt h em a r b l e p l a t f o r m ，o p t i c a ls y s t e m ，m a n m a c h i n ei n t e r f a c ea n d s oo n ) 3 r e s e a r c ho nt h ea o i s y s t e m 、sw o r k ，i n c l u d i n gr e c i p es e t t i n go ft h ep a r a m e t e r s ， d e f e c ts c a n n i n g ，a n dd e t e c t i o n a n a l y s i so ft h ed e f e c t t h er e c i p ep a r a m e t e r si s m a i n l yr e f e r st ot h ei m a g ed a t a ，d e t e c t i n gz o n e ，t h eo p t i c a ld e v i c ea n d t h ed e t e c t i o n s e n s i t i v i t y a f t e rs c a n n i n gt h ed e f e c t ，t d lw i l lt a k ep h o t o e so f d e f e c ta c c o r d i n gt ot h e r e c i p es e t t e db e f o r e 4 a st h eo p t i m i z a t i o nm e t h o do fi c as o l u t i o n ，p s o ( p a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o n ) h a sb e e ns t u d i e d ，a n dt h ec o n s t r a i n ti sp u ti n t ot h es o l u t i o np r o c e s st om a k et h e r e s p o n s ev a l u ei d e n t i c a la f t e rt h ep h o t o sa r ef i l t e r e di nt h en o r m a lz o n e b ym e a n s o f t h eq u a l i t ym a n a g e m e n tm e t h o d ，a c c o r d i n gt ot h e t h r e s h o l d so ft h er e s p o n s ev a l u e ，t h e d e f e c t sw i l lb ed e t e r m i n e d 1 1 武汉理工人学硕士学位论文 5 t h er e s u l t so ft h eo n l i n ed e t e c t i o na r ea n a l y z e da n dd i s c u s s e d ，t h er e a s o na n d t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ed e f e c t sa r ea l s oi n d u c e da n ds u m m a r i z e d i tp r o v i d e st h e b a s i sf o rt h ed e f e c td e t e c t i o na n dd o w n s t r e a md i a g n o s i so ft h et f f - l c dm o d u l e ，a n d t h u se n h a n c e si t sp r o d u c t i o nr a t e t h er e s e a r c hi nt h et h e s i si ss u m m a r i z e df i n a l l y , a n dt h ef u t u r er e s e a r c hd i r e c t i o ni s p o i n t e d k e y w o r d s ：o n - l i n ei n s p e c t ，t f r l c d ，a o i ，m o d u l ed e f e c t ，p a r t i c l es w a r m o p t i m i z a t i o n i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究性工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文字特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所作的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：拯经尘塞日期：型9 篮l 翻 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 研究生签名：拯堡谴导师签名： 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 前言 第1 章绪论 1 9 9 9 年1 2 月2 8 日“华夏第一屏”问世，薄膜晶体管液晶显示屏t f r - l c d ( t h i n f i l mt r a n s i s t o rl i q u i dc r y s t a ld i s p l a y ) j 丕渐取代c r t 成为显示屏器件的主流【1 j f 6 j 。伴 随着半导体技术迸一步朝着小型化、功能化、模块化、生产设计一体化的深入发 展，给半导体生产技术提出了更高的要求【2 j 1 1 3 1 。因此如何在生产线上实现各种显 示坏点的高速在线自动检测是m l c d 生产研究的重要课题之一。 a o i ( a u t o m a t i co p t i c a li n s p e c t i o n ) 系统自诞生之初，经历了目视检测、放 大镜检测、台式光学仪器检测、2 d 自动光学仪器检测、3 d 自动光学仪器检测、 离线自动光学仪器检测、在线自动光学仪器检测等历程。 1 。2 课题研究的目的和意义 t f t - l c d 模组坏点又称点缺勤，分为亮点( 白点、色点) 和暗点( 灰点和 黑点) 。它是指液晶屏显示黑自两色和红、绿、蓝三原色下所显示的子像素点( 每 个点即为一个子像素点) 。由于因v a 面板的特点导致v a 面板出现纯白点和纯 黑点的可能性并不大，再加之纯白点和纯黑点非常明显，所以在检测时主要以检 测色点和灰点为主。 按照业内默认的标准，“坏点 的出现是一种“正常 现象，只是在数量上 别太多【4 j 。l c d 出现一定数量的亮点或暗点是l c d 技术的一种特性，对于任何 一个生产厂家，这样的现象都是不可避免的。有的厂家认为，液晶屏上的暗点和 亮点的总数超过了9 个，对于部分大尺寸的l c d 甚至超过1 6 个，才会被认定存 在产品质量问题。全球各地的厂商到底如何根据坏点数量来衡量液晶显示屏的等 级呢? 让作者来看看一组简单的数据比较日本标准：3 个坏点以下为a 级合 格：韩国标准：5 个坏点以下为a 级合格；台湾标准：8 个坏点以下为a 级合格； 中科院标准：3 个坏点以下为a 级合格，o 个坏点以下为a a 级合格。而在台 湾的审查标准中，一个l c d 有3 个坏点( 含) 以内，都算是合格的；日本却是1 个坏点( 含) 以内才算合格。 作为专业检测t f t - l c d 模组坏点的a o i 系统是近几年才兴起的一种新型测 试技术，发展也较为迅速，目前全球很多厂家都推出了a o i 测试设备。2 0 0 6 年 武汉理t 大学硕士学位论文 4 月，国内第一台大型薄膜晶体管液晶显示屏( 1 r i m l c d ) 生产检测设备在广东 省肇庆市研制成功，其灵敏度、检测速度、信息处理智能化和系统控制自动化程 度均己达到国际领先水平，符合3 5 代至8 代大型薄膜晶体管液晶显示屏生产的 技术要求。它填补了中国重大技术装备制造业的空白，打破了这种产品完全依赖 进口的局面，引领国产a o i 系统在检测精度和检测速度方面走向更高层次。 1 3 本课题相关的国内外发展现状 在t f t - l c d 研制领域，目前，中国中小尺寸t f t - l c d 产业尚处于起步阶段， 国内中小尺寸t f t - l c d 基本依靠国外进e l a 。因此，国内t f t - l c d 检测设备的研 制也才刚刚起步，且多为离线检测，精度等级和检测效率相对较低。但可喜的是 中国企业已经开始跟上全球发展的大步伐，一批国内企业积极投入到中小尺寸 t f t - l c d 领域的开发中，可以遇见中国t f t - l c d 进口主导型的局面将在不远的将 来面临改变。 在t f t - l c d 检测领域，从目前实际使用的情况来看，由于产品发展的良莠不 齐，大部份产品实际应用不够理想，只有少数进口产品和国产品牌产品在性能上 取得较理想的检测效果。具体情况如下： ( 1 ) 德国i s r a ( 伊斯拉视像系统公司) 展示了f p d 业界专用的a o i 系统，该 系统用于t f r - l c d 生产的阵列部分、彩色滤光片部分和模组部分，可实时监控生 产过程，不断收集信息并即时地反馈到生产线上，从而提高产品的成品率。 ( 2 ) 法国i 2 sf l a w s c a n 公司的在线检测系统，适时发现并在线显示，坏 点经过预先定义，坏点归类，为下游在线坏点修复提供行动支持，从而对l c d 生产进行1 0 0 坏点检测。 ( 3 ) 中国香港科电工程有限公司研发的l c d 检测设备具有功能强大且操作 简易的d e f e c t 图像分析程序及l o a d u n l o a d 全自动功能，可自动将p a n e l 等级分类， 节省人力成本及检测时间；还符合v e s af p d mv 2 0 的规范要求，包括c e l l 或 m o d u l e 2 $ i j 程均适用，适用于l c o s 、o l e d 、l c d 、m e m s 、p o l yo l e d 、e l 、 d m d 、h t p s 等产品的检测。 ( 4 ) ：肇庆某光电设备有限公司研制的内地第一台大型薄膜晶体管液晶显示 屏( 耵l c d ) 生产检测设备，其灵敏度、检测速度、信息处理智能化和系统控 制自动化程度均达到国际领先水平，符合3 5 代至8 代大型薄膜晶体管液晶显示 屏生产的技术要求。 2 武汉理 人学顼l 学位论文 1 4 课题研究的主要内容 在本篇论文中作者主要探讨具有一致性( u n i f o r m ) 和规律性纹路 ( h o m o g e n e o u s t e x t u r e ) 表面的坏点在线检测，其主要应用对象为薄膜晶体管液晶 显示屏t f r - l c d e p 具有规律性纹路图像的t f t 模组。目前t f t l c d 模组的坏点检 测大多为离线方式，且需要依赖大量人工进行，这样不但检测效率低，而且主观 的判断也会造成检测上的偏差m l 。故作者在1 f r l c d 模组的坏点检测中引入视 觉系统并采用在线检测方式，以提高t f t - l c d 模组的坏点在线检测的精度和速 度。图卜1 显示的是某光电公司g 3 5 在线a o i 系统效果图，图卜2 为a o i 系统在 t f r - l c d 面板生产线中，g 3 5 在线a o i 系统检测速度与生产线同步，大约每3 0 秒检测一块t f i - l c d 玻璃。 图卜1 某光电g 3 5 在线a o i 系统 武汉理t 太学碗十学化论文 1 5 课题来源 图卜2a o 系统在t r - l c d 面板生产线中 横向项目：肇庆中导光电公司t p t - l c d 模组坏点在线检测系统研发 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章t f t - l c d 及其模组坏点 2 1t f t - l c d 1 8 8 8 年，奥地利植物学家弗里德里希雷尼泽雨在研究植物胆固醇生物功 能时，发现了一种新物质，其性能不为人所知。这种物质在1 4 5 5 。c 时，由固体 变为不透明液体，而在1 7 8 5 。c 时，就会变成完全透明的液体。一年后法国人奥 托莱曼发现：这种物质即使在不透明的液体状态时，仍然保持一种晶体结构， 故为其取名为“液晶体 【2 1 。 在1 9 6 5 年之后，这一发现才产生了商业价值。1 9 7 2 年美国的西屋公司最先 提出了彩色t f r - l c d 构思，1 9 7 3 年日本的夏普公司首次将“液晶体 用于制作 电子计算器的数字显示；1 9 8 2 年日本的东芝公司率先实现这一技术的规模生产。 2 1 1 引言 千年之交、世纪之交，资讯化革命引发了全球一体化进程。纵观资讯时代迅 猛发展的各项技术，网络技术也好，软件技术也好，通信技术也好，如果没有方 便灵活、性能卓越的显示设备是构不成今天的资讯社会的。显示设备从来没有像 今天这样受到大家的关注1 3 j 。 t f t - l c d 产业涉及半导体、光学、微电子、化学材料、精密机械等众多高 科技领域，对产品技术和工艺水平要求较高，产业链也相对较长。具体细分，整 个产业链的构成主要包括上游的材料与设备、中游的模组制造以及下游的r r 和 c e 等领域的应用【1 7 1 。液晶显示( l c d ) 市场也经历了t n ( 扭曲向列液晶显示屏) 一s t n ( 超扭曲向列液晶显示屏) - c s t n ( 彩色超扭曲向列液晶显示屏) 一t f r ( 薄 膜晶体管液晶显示屏) 的发展历程。大约1 9 7 3 年，液晶显示设备就在人类的生 活中出现。这就是最初的t n l c d ( 扭曲阵列) 显示屏。尽管当时还只是单色显 示，但在某些领域已开始加以应用( 例如医学仪器等) 。到八十年代初期，t n l c d 开始被应用到电脑产品上。1 9 8 4 年，欧美国家提出s t n l c d ( 超扭曲阵列) ， 同时t f r - l c d ( 薄膜式电晶体) 技术也被提出，但技术和制程仍不够成熟。到 八十年代末期，由于日本厂商掌握着s t n l c d 的主要生产技术，它们开始在生 产线上进行大规模的生产，这算得上是l c d 将要普及的信号h o 。 1 9 9 3 年，在日本掌握t f f - l c d 的生产技术后，液晶显示屏开始向两个方向 5 武汉理工大学硕十学位论文 发展：一个方向是朝着价格低、成本低的s t n l c d 显示屏方向发展，随后又推 出了d s t n l c d ( 双层超扭曲阵列) ；而另一个方向却是朝着高质量的薄膜式电 晶体t f t - l c d 发展。日本在1 9 9 7 年开发了一批以5 5 0 m m 6 7 0 m m 为代表的大基 板尺寸第三代t f t - l c d 生产线，并使1 9 9 8 年大尺寸的l c d 显示屏的价格比1 9 9 7 年下降了一半。1 9 9 6 年以后，韩国和中国台湾都投巨资建第三代的t f t - l c d 生 产线，准备在1 9 9 9 年以后与日本竞争。 中国内地从八十年代初就开始引进了t n l c d 生产线，是目前世界上最大 的t n l c d 生产国。据不完全统计，目前全国引进和建立l c d 生产线4 0 多条， 有l c d 配套厂3 0 余家，其中不乏t f t - l c d 生产线。 2 1 2t f r - l c d 的分类与特点 ( 1 ) t l m l c d 的分类 t f r - l c d 的出现，使得笔记本电脑的设计得以实现，而东芝公司也就成为 世界上第一个生产笔记本电脑的公司。现在，t f t - l c d 是笔记本计算机和掌上 计算机的主要显示设备；在投影机中，它也扮演着非常重要的角色，而且开始逐 渐渗入到桌面显示屏市场中。 显示技术以驱动方式来划分，可分为无源矩阵( p a s s i v em a t r i x ) 、有源矩阵 ( a c t i v em a t r i x ) 两大类。其中，无源与有源矩阵的差别在于电流的驱动方式。 当外接电流通过时，液晶的排列方式会发生改变，电流停止后，若液晶排列方式 保持不归原位( 具有记忆性) 就称为有源式；而一旦电流消失即回复原位，必须 再次充电才能排列的称为无源式。 ft n l c d ( 扭曲向列液晶显示屏) rp m l c d ( 无源矩阵ls t n l c d ( 超扭曲向列液晶显示屏) l 类型液晶显示屏)lc s t n l c d ( 彩色超扭曲向列液晶显示屏) l c d e 上便称之为介电系数异方性为正型的液晶，可以用 在平行配位。而酬 及平行液晶长轴 方向n ( = 曲两种所以当光八射液晶时，便会受到两个折射率的影响，造成在 垂直液晶长轴与平行液晶长轴方向上的光速会有所不同。若光的行进方向与分子 眭轴平行时的速度小于垂直于分子长轴方向的速度时，意味着平行分子长轴方向 的折射率大于垂直方向的折射率( 因为折射率与光速成反比) ，也就是i t e - l 。 0 ， 所以双折射率a n o ，作者把它称作是光学正型的液晶而层状液晶与线状液晶 几乎都是属于光学正型的液晶。倘若光的行进方向平行于长轴时的速度较快的 武汉理上大学硕士学位论文 话代表平行长轴方向的折射率小于垂直方向的折射牢，所以双折射率a n 0 称作光学负型的液晶。胆周醇液晶多为光学负型的液晶。 液晶的物理特性 t f t - l c d 液晶显示屏使用了目前最新的全彩显示技术，而且原理简单易懂。 基本上，整个液晶显示技术的概念是利用液晶的物理特性：通电时导通，捧列变 得有秩序，不通电时排列混乱，让液晶如闸门般的阻隔光线或让光线穿过。 就技术层面而言，液晶面板包含了模组相当精致的无钠玻璃素材，称为 s u b s t r a t e s ，中间夹着一层液晶。当光束通过这层液晶时，液晶本身会排排站立 或扭转呈不规则状，因而阻隔光线或使光束顺利通过( 如图2 - 5 ，图2 - 6 所示) 。 2 1 4t f t - l c d 的显示原理 ( 1 ) 单色液量显示屏的工作原理 l c d 技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间，这两个平面上的槽互相垂 直( 相交成9 0 度k 也就是谎，若一个平面上的分予南北向捧列，则另一平面上的 分子东西向捧列，而位于两个平面之间的分子被迫进入一种9 0 度扭转的状态。由 于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转9 0 度。但当液晶 上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭 转( 如图2 - 5 ) 。 图2 - 5 光线不发生偏转被阻断 l c d 是依赖极化滤光片和光线本身来实现显示的。自然光线是朝四面八方随 机发敬的，极化滤光片实际是一系列越来越细的平行线。这些线形成一张用，阻 断与这些线不平行的所有光线。极化滤光片的线正好与第一个滤光器垂直，所以 能完全阻断那些已经极化的光线。只有两个滤光片的线完全平行或者光线本身 武汉理上大学顶十学位论文 已扭转到与第二个极化滤光片柏匹配，光线才得以穿透。 l c d 正是山这样两个相互垂直的极化滤光片构成，所以在l r 常情况下应该阻 断所有试图穿透的光线。但是，山】二两个滤光片之间充满了扭曲 f 5 f 品，所以在光 线穿出第一个滤光片后会被液晶分子扭转9 0 度，晟后从第二个滤光片中穿出。 另一方面，若为液晶加一个电压，分予又会重新排列并完全平行使光线不再扭 转，所以正好被第二个滤光片挡住。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射 出( 如图2 - 6 ) ，这样就可以改变7 r r - l c d 中的液晶排列，使光线在加电时被阻断， 一r 一 圈2 _ 6 光线发生偏转穿出 而在不加电时射出。但由于计算机屏幕几乎总是亮着的，所以只有“加电将光线 阻断”的方案才能达到琨省电的目的。 从液晶显示屏的结构来看，无论是笔记本电脑还是桌面系统，采用的l 显示屏都是由不同部分组成的分层结构。l c d 由两块玻璃板构成，厚约l m m ，其 间由包含有液晶( 旧材料的s j , m 均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光，所 以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板( 或 称匀光板) 和反光膜，背光板足由荧光物质组成的可以发射光线，其作用主要是 提供均匀的背景光源。背光扳发出的光线在穿过第一层偏振过滤层( 极扳) 之后 进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都披包含在细小的单 元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素( 如图2 - 9 ) 。在玻璃板与 液晶材料之问是透明的电极电极分为行和列在行与列的交叉点上，通过改变 电压而改变液晶的发光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材 料周边是控制电路部分和驱动电路部分( 如图2 - 2 ) 。当l c d 中的电撤产生电场时， 液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射。然后光线经 过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。 武汉理_ r ：人学硕士学位论文 ( 2 ) 彩色l c d 显示屏的工作原理 与单色l c d 组成相同，t f t - l c d 液晶显示屏也是由两块玻璃板构成，厚约 l m m ，中间是厚约5 # m 的水晶液滴，被均匀间隔隔开，包含在细小的单元格结构 中，每三个单元格构成屏幕上的一个像素【1 4 l 。在放大镜下呈现方格状，一个像素 即为一个光点( 如图2 8 ) 。 n 丌也就是薄膜晶体管，是用来主动控制每一个像素光通过量的元件。由于这 个原因，作者也就称它是“有源矩阵薄膜晶体管”【1 们。图像产生的原理很简单：让面 板上的每个模组独立像素都能产生需要的色彩。为了达成这个目的，多个冷阴极 灯管必须被用来当作显示屏的背光源。为了让光通过每一个像素，面板必须被模 组并且制造成一个个的d , f - j 或开关来让光通过。这项技术的实现是相当复杂的， 简言之，液晶显示屏也就是使用液晶元件来调变光的屏幕。 液晶可以改变它的分子结构，因此可以让不同程度的光量通过它本身( 也可完 全阻断光线) 。液晶显示屏里含有两片偏极片( 极板) ，彩色滤光片阵列及取向膜， 它们可决定光通量的最大值与颜色的产生。液晶层位于两片玻璃片之间，当施加 一个电压给取向层，则产生一个电场，使取向层界面的液晶朝某一个方向排列【勿。 每一个像素都由红、绿、蓝三个子像素( s u b p i x e l ) , 组成，就如同显像管一样。 液晶显示屏是通过硅玻璃上的电路形成电场，来驱动玻璃与滤光片间的液晶 分子的。在自然状态下呈并列平行排列，当电路对液晶层施加电场，液晶分子会 朝不同的方向偏转，这时液晶类似于开关作用可以让光线通过或被阻断，令液晶 层形成不同的透光效果，从而达到显示不同画面的目的【3 。 透 明 度 忒 、一， 图2 7l c d 透光特性曲线 16 i c 电压( v ) 武汉理】人学颐士学 审论文 圈2 - 8t f i - l c d 彩色显示示意图 图2 - 9t f t - l c d 显示原理图 罔图j _ 武汉理_ t 大学硕十学位论文 215t p t - l c d 的市场需求分析 。| j 小尺_ j t f t - l c d 面板应用领域比较广泛，主要应川于通信、电子消费品、 移动办公等领域。通信领域主要是指手机，包括小灵通( p h s ) 、智能手机等约占 中小尺寸面板应用的6 9 ，数码产品占整个中小尺寸t f t - l c d 需求的3 删“i 。电 子消费产品类应用也很多，并且还将不断丰富，主要有全球定位系统( g p s ) ， m p 3 、m p 4 、便携式媒体播放器( p m p ) 、移动d v d 、数码相机、摄像机、数字 相框、个人数字助理( p d a ) 、游戏机、打印机等，其种类可谓琳琅满目。另外， 车载显示屏和医疗、工业仪表对中小尺寸t f r - l c d 面板的需求也在迅速增加。 r 一一一一图2 一1 0 中小尺寸t f t - - l c d 市场需求分析 发展趋势上，电子产品领域中小尺寸t f r - - l c d 应用在未来的发展速度将 慢于通讯终端的彩屏手机、数码产品及车载类产品的应用，2 0 0 6 年- - 2 0 t 0 年的 复合增长率接近l0 9 6 。而彩屏手机、数码产品及车载类产品t f t - l c d 应用复合 增长率将超过2 0 ，山此带动的整个t f t - l c d 产业在未来的数年里也将呈现高 速增长趋势m 。 ( 1 ) 通讯终端：截止到2 0 0 7 年1 1 月，中国到定电话用厂1 达到3 6 9 3 0 7 万 户，较2 0 0 6 年新增1 4 95 万户；截至到2 0 0 7 年1 1 月，中国移动电话用户达到 武汉理工人学硕士学位论文 5 3 9 3 7 9 万户，较2 0 0 6 年新增7 8 2 9 7 万户。2 0 0 7 年，通讯终端用t n 厂r f t - l c d 市场规模达到1 2 4 8 1 亿元，是n 忡l c d 应用的主力方向。未来通讯终端方 的应用将呈现加速增长趋势，年均复合增长率将接近1 2 。 ( 2 ) 车载系统：国家统计局统计资料显示，2 0 0 7 年中国汽车产量首次超过 8 0 0 万辆，累计生产8 8 8 万辆，同比增长2 2 0 2 。从2 0 0 0 年到2 0 0 7 年，中国汽 车产量从2 0 0 万辆跃升至8 8 8 万辆，连续7 年平均增速超过2 0 。2 0 0 8 年，中国 汽车产量将突破1 0 0 0 万辆大关。汽车产量的快速增长必将带动车载系统的迅速 增长，从而带来车载耵m l c d 产品的迅速增长。2 0 0 7 年车载系统用 t n 仃f r - l c d 市场规模达到1 2 5 3 亿元，2 0 1 0 年其市场规模将达到1 9 5 9 亿元， 年均复合增长率将达到1 1 。 ( 3 ) 数码产品、电子及办公自动化t n l c d 应用将呈现加速递减态势，尤 其是数码产品及电子类，未来的t n l c d 应用相当有限，t f t - l c d 的替代趋势 不可逆转。 目前，中国中小尺寸t f r - l c d 市场规模已经超过传统的t n s t n c s t n l c d 市场。依据汉鼎公司的调查，2 0 0 7 年t f r - l c d l c m 市场规模达到2 2 5 3 3 亿元， 耵吖s t n c s t n l c 哪m 仅1 5 9 5 9 亿元。就市场增速来看，2 0 0 6 年- 2 0 1 0 年 ，n w s n w c s t n l c d l c m 年复合增长率7 5 ，中小尺寸n l c d 则超过2 4 。 h7 1 厶 兀6 0 0 s 4 0 0 3 0 0 2 0 0 l o o o 2 0 0 6 军2 0 0 7 军2 0 0 8 军2 0 0 9 军 2 0 1 0 军 i ! 璺：! ! 二望i ! 坚竺妻塑婴! 璺壅鱼翌! ! 堕! 堡三墅! 翌! 二望! 查堡篓堡i 图2 - 1 1中国t f t l c d 与t n - l c d 市场规模对比 中国的中小尺寸l c d 市场整体来看发展态势良好。在t f r - l c d 领域，中国 企业目前已经开始跟上全球发展的大步伐，一批国内企业积极投入到中小尺寸 t f t - l c d 领域的发展中，可以遇见中国t f r - l c d 进口主导型的局面将在不远的 将来彻底改变【引。 l9 22 t f t - l c d 模组坏点 l c d 的坏点问题扰l c d 产业山沫已久。山j ；e 0 进技术本身的原因，l c d 的坏点难以避免i o 】。但是对丁多少坏点是正常的i - f i j j l c d 制造界始终没有给 出一个标准到底多少坏点是l f 常的，实际上坏点的出现就是液晶显示体单个晶 体的工作不正常，有可能发生 1 ：色、监色、绿色的不同程度的缺损。 221 坏点的定义 t f t - l c d 坏点又称点缺勤，分为亮点( 白点、也点) 和暗点( 扶点和黑点) 。 它是指液晶肼显示黑门两色和红、绿、蓝一原色f 所显示的子像素 。液品屏最 怕的就是坏点，一旦出现坏点，则不管牲示肝所显不出来的图像如何晶示屏j 。 的菜一点永远足显示同一种颜色。这种“坏点”是无法维修的，只有更换整个显示 肼才能根本解决鲫题。由j 。、a i 斫板的特点而致使v a 面板出现纯白点或纯黑点 的可能性并不大再加之纯白点和纯黑点非常明显，所以在检测时主要以检测色 点和灰点为主。 222 坏点的产生 t f f r - l c d 模组坏点，口i 在门肝情| 兑f 为纯黑色的点或青存黑屏情况f 为纯 山也的点，在切换成红( r ) 、绿( g ) 、蓝( b ) 三色显示模式下，此点始终在同 1 位置上井日始终足纯黑色或纯白色的点。这种情况| 兑明改隙桑的r 、g 、b 三 个子像素点均已损坏此炎点称为坏点。 ft r l 乍寸# 扦一 i r 卜 正一= = = 一i = = = re = 土一i ：= = = 酗2 一1 2t f r - l c d 中的暗点与亮点 攀一 鎏竺鹫 武汉理1 二人学硕士学位论文 亮点的出现分两种情况： 在黑屏的情况下单纯地呈现r 或g 或b 色彩的点。 在切换至r 、g 、b 三色显示模式下，只有在r 或g 或b 中的一种显示 模式下有白色点，同时在另外两种模式下均有其他色点的情况，这种情况是在同 一种像素中存在两个亮点。 暗点的出现也分两种情况： 在切换至r 、g 、b 三色显示模式下，在同一位置只有在r 或g 或b 一 种显示模式下有黑点的情况，这种情况表明此像素内只有一个暗点。 在切换至r 、g 、b 三色显示模式下，在同一位置在r 或g 或b 两种显 示模式下都有黑点的情况，这种情况表明此像素内有两个暗点 3 4 1 。 2 2 3 坏点对用户的视觉影响 按照业内默认的标准，“坏点”是一种“正常”现象，只是在数量上别太多。随 着竞争加剧和技术工艺水平提高，液晶屏的生产厂家提高了原料标准，加强了生 产和检验等内部质量控制，大大减少了其出现的频率。 坏点大概可以分为两类，其中暗坏点是无论屏幕显示内容如何变化也无法显 示内容的“黑点”，而最令人讨厌的则是那种只要开机后就一直存在的亮点【硎。 t f t - l c d 面板的坏点不仅会造成视觉的缺失，而且会使t f t - l c d 面板的电路短 路。 2 2 4 坏点的检测与判别 检测坏点的方法有很多，按照不同的分类方式，可分为专业检测与非专业检 测、自动检测与非自动检测、在线检测与离线检测等【1 1 1 。 最简单的是将液晶屏的亮度及对比度调到最大( 显示反白的画面) 或调成最 小( 显示全黑的画面) ，如果屏幕上有不少亮点或暗点存在，就说明有坏点。关于 坏点的检测，也可用软件测试，如d e a dp o i n t t e s t 。它的专业化程度高一点，则更 可以方便检测出坏点。最高级的要算a o i 系统在线检测了，诸如2 d 自动光学仪 器检测、3 d 自动光学仪器检测、离线自动光学仪器检测、在线自动光学仪器检 测等【1 9 1 。 l c d 出现一定数量的亮点或暗点是l c d 技术的一种特性，对于任何一个生 产厂家，这样的现象都是不可避免的。有的厂家认为，液晶屏上的暗点和亮点的 总数超过了9 个，部分大尺寸的l c d 甚至超过1 6 个，才会被认定存在产品质量 问题。全球各地的厂商到底如何根据坏点数量来衡量液晶显示屏的等级呢? 让作 21 武汉理t 大学硕士学位论文 者来看看一组简单的数据比较日本标准：3 个坏点以下为a 级合格；韩国标 准：5 个坏点以下为a 级合格；台湾标准：8 个坏点以下为a 级合格；中科院标 准：3 个坏点以下为a 级合格，0 个坏点以下为a a 级合格。而在台湾的审查标 准中，一个l c d 有3 个坏点( 含) 以内，都算是合格的；日本却是1 个坏点( 含) 以内才算合格。 2 3 本章小结 本章主要阐述了国内外不同厂家所生产的的t f t - l c d 显示屏的结构、特点、 显示原理以及其模组坏点的产生、检测和判别，并分析了t f t - l c d 显示屏的研 发、生产、检测及应用的国内外现状和前景，为下文a o i 系统的组成与架构研 发提供了基础。 22 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章a o i 系统的组成与架构 3 1a o i 系统的诞生与发展 a o i 系统是近几年才兴起的一种新型测试技术，但发展较为迅速，目前很 多厂家都推出了a o i 系统测试设备。当自动检测时，机器通过摄像头自动扫描 t f r - l c d 采集图像，检测的t 订模组参数与r e c i p e 中设置的参数进行比较，经 过图像处理，检查出t f t - l c d 面板上的坏点，并通过显示屏把坏点显示出来， 供维修人员修复。 a o i 系统诞生之初，经历了目视检测、放大镜检测、台式光学仪器检测、2 d 自动光学仪器检测、3 d 自动光学仪器检测、离线自动光学仪器检测、在线自动 光学仪器检测等历程。从目前实际使用情况来看，由于产品发展的良莠不齐，对 于大部份产品实际应用不够理想，只有部分进口产品和几家国产品牌产品在性能 上能取得较理想的检测效果。因此，对于在线a o i 系统的研究迫在眉睫。 3 2a