TFT-LCD液晶显示器表面缺陷检测技术研究

毛玉龙 许海泉

中电熊猫液晶显示科技有限公司

TFT-LCD液晶显示器表面缺陷检测技术研究

毛玉龙 许海泉

中电熊猫液晶显示科技有限公司

TFT-LCD面板缺陷的光学检测已成为工业界和学术界研究的热点。TFT-LCD面板缺陷一直困扰着TFT-LCD显示质量，严重影响面板的生产效率，面板缺陷检测已成为TFT-LCD生产关键技术之一。TFT-LCD的制造过程极其复杂，需要近百道工序，因此在制造的过程中难免会出现缺陷。对于其表面缺陷检测，有利于缺陷的统计分析、缺陷修补和淘汰不合格品。鉴于此，本文主要分析TFTLCD液晶显示器表面缺陷检测技术。

TFT-LCD；表面缺陷；检测技术

1、概述

薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)是在20世纪80年代首先由日本厂商进行大规模生产的新型平板显示器件，以其功耗低、辐射弱、寿命长、体积小、重量轻和全彩化等诸多优点，逐渐取代传统显示器成为主流的显示设备，被广泛应用于笔记本电脑、监视器、手机、电视等设备上。目前，TFT-LCD面板的生产厂商主要集中在日韩、中国大陆和台湾地区。与日韩等LCD生产强国相比，中国大陆的液晶产业研究起步较晚，核心技术匮乏，国内企业往往重金购买日韩等专利，这种状况的存在使得中国在液晶显示技术领域显得异常被动。但随着政府部门对液晶产业的重视以及企业研发投入的持续增加，经过专家学者及专家的研究攻关，国内液晶行业取得了不错的成绩，特别是以京东方(BOE)等为代表的液晶生产研发企业充分发挥自身优势，结合实际生产不断创新，不断缩小与日韩液晶企业的差距，其中多种型号的液晶面板出货量已跃居全球第一。

2、TFT-LCD液晶显示器表面缺陷

2.1 TFT-LCD单元结构

TFT-LCD单元结构，由上下两个玻璃基板构成，上基板玻璃上设置有彩色滤光片，用于产生颜色，下基板玻璃上设置有薄膜晶体管矩阵，用来控制像素矩阵的灰阶显示，两个基板之间为液晶层。整个TFT-LCD面板的显示区域就是由数百万个独立TFT元件控制的重复的像素矩阵构成，结构复杂。

2.2 TFT-LCD表面缺陷

由于TFT-LCD生产工艺复杂，涉及到300多个工，每个环节都有可能产生缺陷。且主要为各种各样的表面缺陷，使面板的生产效率受到了严重影响。

TFT-LCD表面缺陷粗略地分为两大类：宏观缺陷和微观缺陷。其中宏观缺陷用肉眼能够识别，如Mura缺陷等；而微观缺陷难以用肉眼或电化学方法检测出来。从聚集状态来看，TFT-LCD面板常见的缺陷又可以分为点缺陷、线缺陷和Mura缺陷。

3、TFT-LCD液晶显示器表面缺陷检测技术

3.1 人工视觉检测法

人工视觉检测是最原始的表面缺陷检测手段，即采用肉眼检测产品缺陷的方法。这种方法检测存在较多缺点：一是检测速度慢，效率低，无法满足高速自动化生产线；二是检测精度低，无法识别微米级尺寸的缺陷，误检漏检的概率高；三是工人劳动强度大，工作环境差，容易受周围环境的影响而导致误判；四是监测数据不便于管理和保存。因此，人工视觉检测目前已经逐渐被淘汰。

3.2 缺陷分类器识别

分类器是检测TFT-LCD面板缺陷有无和分类的重要依据，用于TFT-LCD面板缺陷识别的分类器主要有支持向量机、神经网络和模糊模式识别等。

神经网络具有强大的学习分类以及大规模并行计算的能力，被广泛应用于TFT-LCD面板缺陷的识别。基于神经网络分类器的面板缺陷检测方法是基于经验风险最小化的原则和存在过学习问题，因此泛化能力弱，影响面板缺陷检测准确率。

TFT-LCD面板缺陷与背景在灰度上接近，对比度低，没有明显边界，存在一定的模糊性，因此模糊模式识别被用来检测面板缺陷。有的学者将模糊理论引人到模式识别系统中，构建了模糊专家系统以检测TFT-LCD缺陷，并实现缺陷等级分类。

3.3 电学参数检测法

电学参数检测是通过测定产品的电学性能来判定其是否合格，只能检测出由于电学因素导致的缺陷，有很大的局限性，主要用于检测面板的功能性缺陷。如TFT面板中数据线和栅极线之间的短路、数据线和栅极线自身的断路等电气原因造成的缺陷，需要通过电学法进行检测。常用的电学检测方法有：全屏点亮法、探针扫描法、电荷读出法、电压图像法、导纳电路检测法和电子柬扫描像素电极法等。

3.4 图像处理法

(1)边界模糊缺陷分割法

对获取的图像依次进行去噪、图像周期性纹理背景去除、图像不均匀亮度校正和边界模糊缺陷图像分割。

(2)差影法

获取的TFT-LCD的面板图像大部分是无缺陷的，根据无缺陷面板图像运用某种算法得到用于差影的模板图像，然后将待检面板图像和模板图像经过配准后，进行差分运算，获得残影图像，见式(1)，根据预先设置的阂值(如Niblack闭值法)进行缺陷判断，见式(2)。或者根据不同的理论重构TFT-LCD面板图像上全局性的周期纹理图案，然后将待检面板图像与重构图像进行差分运算，即可获得面板上的缺陷。这种检测算法的难点在于模板图像或重构图像的生成。

若g(x，y)是模板图像，f(x，y)为待检测的面板图像，h(x，y)是残影图像，即差分图像。则：

(3)滤波法

设计相应的滤波器(如卷积滤波器、拉普拉斯高斯滤波器和Gabor滤波器等)，通过异常频率或脉冲响应来检测TFT-LCD面板缺陷。

总之，薄膜晶体管液晶显示器，简称TFT-LCD。具有高分辨率、高亮度和无几何变形等优点，同时由于其体积小、重量轻和功耗低，因而被广泛的应用在显示器领域。TFT-LCD的制造过程极其复杂，需要近百道工序，因此在制造的过程中难免会出现缺陷。对于TFTLCD的表面缺陷检测，有利于缺陷的统计分析、缺陷修补和淘汰不合格品。因此，本文的研究也就显得十分的有意义。

[1] 李茂.基于机器视觉的TFT-LCD屏Mura缺陷检测方法研究[D].电子科技大学，2013.

[2] 冯小波.基于机器视觉的TFT-LCD点缺陷检测系统的研究[D].上海交通大学，2012.