浅谈彩色滤光片生产中自动光学检测系统的应用

黄晨

【摘 要】彩色滤光片（Color Filter，简称CF）在LCD的材料中占有相当重要的比例（约占20%-30%），因此在彩色滤光片的生产过程中需要进行一系列的检验工作，从而对产品的质量进行严格把关。自动光学检测技术在彩色滤光片生产中的微观检查应用较为广泛。自动光学检测系统采用周期性比较和逻辑运算的方法获取缺陷点的信息，为彩色滤光片的后段生产提供有效的异常缺陷信息，以达到对产品的品质的管控。

【关键词】彩色滤光片；自动光学检测；五点周期比较；线性方程；误检

0 引言

在LCD的材料中，彩色濾光片（Color Filter，简称CF）占有相当重要的比例（约占20%-30%），也因为彩色滤光片的重要性，在生产过程中需要进行一系列的检验工作，从而对产品的质量进行严格把关。彩色滤光片生产中多采用自动光学检测系统（Automatic Optical Inspection System）进行工程微观检查，进行缺陷的检出，监控产品的品质及良率，及早发现制程的缺陷，避免将不良品流入下游工序，造成成本的浪费，并为后续的修补制程提供缺陷信息，修补不良缺陷，以提高生产效率及产品质量，降低最终产品的废品率，从而降低生产成本。

1 彩色滤光片的工艺简介

一般的彩色滤光片生产过程分为BM、R、G、B、ITO、PS，这6道制程工艺，以及最终检查构成。

BM（Black Matrix）工序：是玻璃基板上最初形成的层，其作用是隐藏TFT的配线，遮蔽光线，防止RGB的混色。

RGB（Red/Green/Blue）工序：是BM的下一个工程，但RGB三道的顺序根据各厂家的要求有不同的排列，其主要作用是利用光的三原色原理达到Full Color显示。

ITO（Indium Tin Oxide）工序：RGB工序后通过Sputtering成膜，用氧化Indium和氧化锡烧结体，形成TFT对偶电极的透明薄膜。

PS（Photo Spacer）工序：其作用是用来维持CF和TFT的Gap的柱子，向由这些形成的空间内注入液晶。

每一道制程工序中都包含有相应的微观缺陷检查（MURA、AOI检测），宏观缺陷检查以及特性值检测，以保证每一道工序生产完的产品品质。并且最终产品在出货给客户前还需进行最后一次微观缺陷检查，及宏观缺陷检查，以保证出货给客户的产品品质，称为最终检查。所以说彩色滤光片的品质检测在其生产制造过程中扮演着十分重要且不可缺失的角色。

2 自动光学检测系统检测原理

自动光学检测常用在工程微观检查或离线微观抽检中，其利用光学形式获得产品的表面状态，通过影像处理和计算检出异物或异常图案。AOI系统通常有运动工作平台、电气控制、照明光源系统、CCD成像系统、图像采集与处理系统等模块组成。

在彩色滤光片生产中使用的AOI多采用独立的反射光源检查和透射光源检查，配合反射光源与透射光源所对应的CCD组成光电检测机构。CCD的半导体感光元件无法反映光线的颜色只能感应光强，其工作原理是采用当CCD传感器感应到光亮时，CCD的光电器件产生负电荷的方式实现的。所以CCD通过扫描的工作方式最终产生一张灰白图片，形成的图像的每个像素都有一个介于0-255的灰阶值。此时通过五点周期比较的计算方式将异常的像素筛选出来，将相邻的像素组合成一个异常的块，通过像素的位置、个数及排布最终获得异常块的相对坐标、横竖方向的长度、面积、黑白类型等数据，并通过检查所用的CCD反射或透射机构，确定异常块是属于反射异常还是透射异常。

3 自动光学检测系统检出准确率改善

彩色滤光片是逐工序作业的，当完成BM的制作后进行AOI的检查，这时候对彩膜的承载体玻璃来说其本身只有黑色和白色的成分；而制作R/G/B任意一种工艺后进行AOI检测时，这时就会出现黑色、白色和灰色（R/G/B层在CCD影像中会呈现出灰色）。在AOI对某些产品进行检测的过程中会出现误检（正常区域认为异常区域）。误检率的上升给产线带来了较多的虚假信息，对生产运营带来诸多影响：

（1）产量降低：生产担当在遇到有异常信息时不得不进行确认，使生产断断续续，在节拍时间为35s左右的彩膜生产中会明显使产量降低。

（2）品质影响：在较多的虚假信息中，生产担当无法一一确认，这就会使真正的异常点混在虚假点中，虽然最终会被发现，但是仍然会影响一批次产品的品质。

（3）成本升高：在彩膜的生产中，AOI检查出的异常点，修补设备需要一一确认，对需要修补的点进行修补作业；对于虚假信息，修补设备依然需要逐一确认，这样将占用大量的人力和物力。

故提高AOI的检测准确率对于彩膜生产的意义重大。

3.1 五点周期比对及分区检测

为了提高AOI检测彩膜质量的准确率，降低误判，通过分析由红绿蓝三色组成矩阵结构和Line CCD获取的彩膜图像特征，在五点周期比较检测的基础上，通过对彩膜的机械与光学对位后，运用五点比对进行缺陷的检测。Line CCD从红绿蓝3个不同的区域获取不同的灰阶值，分别设置3个区域的灰阶值范围和该区域的判定阈值；最后根据缺陷与正常点灰阶差值的不同对缺陷进行分类，赋予相应的缺陷代码。基于以上3个步骤，实现对整张彩膜的缺陷检测。实际生产应用中，采用五点比较、分区检测和缺陷分类相结合的方法，缺陷检出的准确率可以提高至99.6%以上。

3.2 两点一线原理及线性方程应用

自动光学检测系统采用周期性比较和逻辑运算的方法获取缺陷点的信息。彩色滤光片不同产品的设计会出现由子像素大小决定的最小周期比较Pitch存在小数，会造成比较对象的非正确选取。利用两点一线原理，可以构建一次线性方程使原来断点模拟成连续的点，达到无论比较距离是会否为整数，都能找到相对应的灰度值的效果。在待检测点在边缘或角落的情况下，会出现2倍比较距离的情况出现，比较距离越大，检测的准确率越难保证，一次线性方程解决误检的方法将更有效。利用此方法可以提高异常点检出的准确度，同时会避免对产品产量、品质及成本的不利影响。

4 结语

本文从彩色滤光片的生产工艺过程中的产品品质监控出发，从自动光学检测系统的检测原理简述了自动光学检测系统在彩色滤光片生产中的应用，简述了五点比较、分区检测和缺陷分类相结合的检测方法，在逻辑运算中如何运用两点一线原理及线性方程来解决误检，提高缺陷检测的准确率。自动光学检测系统在彩色滤光片生产中的普遍运用，能够保证产品在生产过程中的品质能够做到实时监控，避免产品的批量不良，降低生产成本。

【参考文献】

[1]张铁轶，余道平，王野.自动光学检测的彩膜分区检查与判定[J].液晶与显示，2014，29（1）：34-39.

[2]骆文博，王广志，丁海曙，等.基于线阵CCD的高精度位置检测[J].清华大学学报（自然科学版），2002，42（9）：1139-1143.

[责任编辑：张涛]endprint