大尺寸LCD光学量测系统的建构及应用方案

关键词： LCD , 测试 , 显示器

一、量测／测试所面临之问题

欲建构LCD光学量测系统来检验面板品质，将面临的问题有：

1.建立一套量测系统可快速对面板上某一点之9点、13点、25点均齐度之Luminance(辉度)、CIE(色座标)、Chromaticity、VIEWANGLE、ContrastRatio、GrayScale/Gamma、ResponseTime、Flicker、Cross-talk和WarmUpTime进行量测。

2.整合视觉影像定位，自动量测面板各点之CIE及L(cd/m2)的变化相关函数。

3.符合真实控制者操作接口功能之人机接口。

4.建立自动输出判别是否合乎标准作业程序。

二、应用方案

LCD的光学特性在量测上须整合运动控制、影像自动定位、类比/数位讯号撷取、以及仪器通讯等复杂的项目，而市面上提供的软硬体环境必须具备亲切的使用者接口、开发时程短、易于安装与除错等特性。透过对市售产品的严格筛选与评比后，以美商国家仪器(NI)的提供的软硬体环境符合本公司的需求。特以LABVIEW7.1Express作为开发平台，软体环境搭配VisionAssistant7.1与ReportGenerationToolkit为主，在硬体环境上则使用NIUSB-6009、PCI-1407、PCI-6221。

有鉴于平面显示器的设计越来越迈向超大面板方向前进，光学量测设备的量测范围尺寸必定也需要朝向超大面板设计。光学特性的标准也不断提高，传统以人工检验品质的方式，不但耗费无谓的人工成本，且不论检测精密度及速度皆无法满足较大规模的生产要求。因此，先进的“电脑视觉定位系统”为不可或缺的，其具有测量准确、快速、扩展性强等特点，能快速针对客户需要的参数进行自动检测。基于仪控自动化技术发展理念，发展‘产业自动化视觉检测系统’，配合VISIONANDMOTION的运用，依客制化需求开发以满足实际生产需求。由于LABVIEW它能够快速建立准确的自动检测系统，同时产生完整详细的检测数据，故以LABVIEW7.1搭配IMAQ7.1作为开发软体，建立完整的自动化量测系统。光学量测设备介绍本公司自制光学量测设备配合VISIONANDMOTION的运用，以LABVIEW7.1搭配IMAQ7.1作为开发软体建立完整的自动化量测系统。如下图一所示，仪器包括TOPCONBM-7(orSR-3)、XYZ直线轴加上θxθy旋转轴之五轴TABLE，控制型态为5轴伺服控制。

图一.LCD光学量测系统

三、自动量测面板各点之变化相关函数之特性整合

1.视觉影像定位方法(NIPCI-1407+watechighresolutionCCD)

此光学量测系统在搭配‘视觉影像定位方法’下，量测之项目可包含以下数种：均齐度量测、ResponseTime、WarmUpTime、Flicker、VIEWANGLE、ContrastRatio、GrayScale/Gamma、Cross-talk和Chromaticity等。此‘视觉影像定位方法’之程序，首先必须输入LCD尺寸大小，利用影像处理方法(Findverticaledge、Findhorizontaledge、Findcoordsys(2Rects))，程式会先自动搜寻出LCD之未发亮边界，如图二、三所示。当搜寻出边界后，程式便可以自动对位至所需之定点，此定点分别定义为LCD之左上、右上及右下边界。根据前述定义之左上及右上两点，可决定LCD之水平夹角，并将LCD的座标系修正至与程式之座摽系一致，如图四所示。

图二.视觉影像定位方法-自动搜寻LCD左上角

图三.视觉影像定位方法-自动搜寻LCD右下角

图四.视觉影像定位方法-自动修正LCD座标系

　
2. 9点、13点、25点均齐度

在LCD的检测中，依据LCD发光区域辉度或色度变化的程度，可将其定义为均齐度(Uniformity)。根据VESA规范，均齐度之量测包含5点、9点…等，再由量测结果之最大值除以最小值便为均齐度，公式如下列所示：

在此LCD光学量测系统中依据不同需求包含9点、13点和25点均齐度之量测。其测定方式与数据结果如图五及图六所示。

图五.九点均齐度-自动测定方法

3. ResponseTime和WarmUpTime测量

3.1 ResponseTime(PCI-6221+PhotosensorModule)

在LCD的检测中，检测TFT由关到开和开到关所需的时间，称之为反应时间(ResponseTime)。如图七所示，当TFT全亮时，Ton和Toff定义为T90-T10和T10-T90，反应时间为Ton+Toff。上述之T10和T90分别为TFT达到10%或90%亮度所需的时间。而检测结果如图八所示。  

图七.反应时间量测之示意图