液晶屏ITO玻璃外觀檢測(cè)特殊復(fù)合光源照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐 偉，葉玉堂，劉 霖，劉娟秀，李昌海，姚景昭，葉 涵

（電子科技大學(xué) 四川 成都 610054）

在我國(guó)，近幾年生產(chǎn)LCD的能力有了顯著的提高，但是相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品檢測(cè)系統(tǒng)落后、不完善，尤其很多中小企業(yè)目前主要依靠傳統(tǒng)的人工檢測(cè)方式，主觀性強(qiáng)，工作效率低，漏檢誤檢率高。隨著現(xiàn)在對(duì)液晶屏品質(zhì)的要求越來(lái)越嚴(yán)格，這些由人工檢測(cè)帶來(lái)的問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致液晶屏的次品率越來(lái)越高，這些問(wèn)題隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的快速發(fā)展得到了解決辦法，可以長(zhǎng)時(shí)間的在同一標(biāo)準(zhǔn)控制下，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)。

目前國(guó)內(nèi)有一些公司和科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)液晶屏檢測(cè)裝置的研究，但主要是針對(duì)顯示區(qū)域的檢測(cè)，主要包括點(diǎn)狀缺陷、線狀缺陷和面狀缺陷等[1-3]，還有一些是對(duì)LCD上的導(dǎo)電線路進(jìn)行檢測(cè)[4-5]，很少有對(duì)液晶屏ITO玻璃外觀進(jìn)行檢測(cè)，而這類缺陷在液晶屏的缺陷中占有不可忽略的比例，當(dāng)外觀檢測(cè)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，就不必進(jìn)行顯示區(qū)的檢測(cè)，本文正是基于液晶屏ITO玻璃的檢測(cè)，提出液晶屏ITO玻璃外觀檢測(cè)特殊復(fù)合光源照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)，完善現(xiàn)有的檢測(cè)設(shè)備，有效提高生產(chǎn)線上液晶屏的檢測(cè)效率。

1 基本原理

生產(chǎn)線上未貼偏振片之前的液晶屏整個(gè)構(gòu)成，有上下兩塊ITO玻璃，如圖1，液晶屏生產(chǎn)是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，在眾多繁雜的制備工藝環(huán)節(jié)中，由于各種人工操作或者技術(shù)原因，會(huì)產(chǎn)生多種的外觀缺陷，例如，刻蝕過(guò)程會(huì)產(chǎn)生殘留在玻璃基板表面多余的膠，多塊玻璃的互相接觸會(huì)帶來(lái)表面的刮痕，在ITO玻璃切割過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生切割不良，破損，尺寸大等缺陷。

圖1 液晶屏基本構(gòu)造圖Fig.1 Basic structure of LCD screen

目前市場(chǎng)上已有的液晶檢測(cè)設(shè)備采用的是和人工傳統(tǒng)的檢測(cè)方式基本類似的原理，主要結(jié)構(gòu)如圖2所示，都是采用單一的背光源[6-7]，將放在待檢液晶屏上下兩側(cè)的偏振片旋轉(zhuǎn)成一定角度，使顯示區(qū)呈現(xiàn)符合檢測(cè)需求的底色，比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的液晶屏，看是否有不符合產(chǎn)品要求的區(qū)域顯現(xiàn)。

圖2 液晶屏檢測(cè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of LCD screen inspection platform

這種結(jié)構(gòu)有其優(yōu)勢(shì)，簡(jiǎn)單易制造，但同時(shí)帶來(lái)很多問(wèn)題，由于背光亮度比較強(qiáng)，同時(shí)在檢測(cè)環(huán)境是相對(duì)昏暗的條件下檢測(cè)，此時(shí)會(huì)完全覆蓋ITO玻璃的缺陷，現(xiàn)象十分不明顯，尤其ITO玻璃表面的刮痕更是完全不可見，人工可以針對(duì)顯示區(qū)和外觀同時(shí)檢測(cè)，但誤檢漏檢率高，效率低下，機(jī)器檢測(cè)在這種條件下只能液晶屏的可視區(qū)進(jìn)行檢測(cè)，如圖3所示，圖中紅色圈標(biāo)記了破損位置，類似這種邊緣破損，由于顯示區(qū)顏色較深，周圍缺陷處的對(duì)比度不高，機(jī)器無(wú)法對(duì)如此低分辨率的圖片進(jìn)行檢測(cè)，其余部分必須由人工進(jìn)行判定，降低了機(jī)器檢測(cè)的效率，使之并不能完全代替人工檢測(cè)，ITO玻璃的外觀檢測(cè)在液晶生產(chǎn)前段工序完成之后就可以進(jìn)行，將有缺陷的液晶屏及時(shí)檢出，不流向中后段，有效減少后段材料和人力損耗，提高生產(chǎn)效率。

圖3 LCD邊緣破損圖Fig.3 Edge damage of LCD

2 光源系統(tǒng)

通過(guò)前面的分析可以看出，想完全對(duì)液晶屏外觀進(jìn)行檢測(cè)并不容易，尤其是針對(duì)ITO玻璃外觀的檢測(cè)，其實(shí)不管使用人工還是機(jī)器進(jìn)行檢測(cè)，尤其在機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)領(lǐng)域，要有好的檢測(cè)效果，前提是必須要有合適的光源照明系統(tǒng)，能獲得對(duì)比度足夠高的圖像，只要缺陷顯示得非常明顯，就能極大地降低檢測(cè)難度，提高檢測(cè)效率。

本文提出液晶屏ITO玻璃外觀檢測(cè)特殊復(fù)合光源照明系統(tǒng)，圖4是整個(gè)光源照明系統(tǒng)的構(gòu)架，由3個(gè)環(huán)形光源和一個(gè)面光源組成，兩個(gè)環(huán)形光源在檢測(cè)平臺(tái)的斜上方，一個(gè)環(huán)形光源在檢測(cè)平臺(tái)的斜下方，環(huán)形光源中心呈45°指向檢測(cè)平臺(tái)中心，環(huán)形光源的直徑略大于待檢液晶屏的兩倍，面光源通過(guò)一個(gè)半反半透鏡垂直照射到檢測(cè)平臺(tái)表明，面光源的尺寸略大于液晶屏的長(zhǎng)邊。載物臺(tái)需要使用可以透光的材料制作。

圖4 復(fù)合光源照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成Fig.4 Composite lighting system structure

由于液晶屏有上下兩塊ITO玻璃，缺陷可能在兩個(gè)面造成，破損處的截面朝向也不同，單一的光源很難使每種缺陷呈像清晰，當(dāng)缺陷不明顯時(shí)，只能通過(guò)復(fù)雜的算法程序處理，過(guò)程很繁瑣，檢測(cè)準(zhǔn)確度會(huì)下降，對(duì)不同的缺陷也很難采用統(tǒng)一的算法處理，檢測(cè)條件越差，得不到高質(zhì)量的圖像，軟件方面對(duì)圖像處理的過(guò)程耗費(fèi)越多的檢測(cè)時(shí)間，最終導(dǎo)致檢測(cè)效率的下降，多個(gè)光源的設(shè)計(jì)是為了使不同的缺陷能有更高的對(duì)比度，環(huán)形光源主要是檢測(cè)邊緣和表面缺陷，如破損、崩角，這也是ITO玻璃外觀最多的缺陷，面光源主要用來(lái)檢測(cè)ITO玻璃表面，比如外刮、膠印等。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 常用的液晶屏檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)下得到的圖像

由于顯示區(qū)底色的原因，會(huì)導(dǎo)致ITO玻璃周邊的破損十分的不明顯，而ITO玻璃表面的外刮更是完全不可見，如圖5（b），紅色圈內(nèi)實(shí)際有一條很長(zhǎng)的刮痕，如果前期沒(méi)檢測(cè)出來(lái)，在LCD制造的后期工序，進(jìn)行貼片處理時(shí)就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，造成材料的浪費(fèi)，成本的升高。

圖5 在現(xiàn)在常用的光源系統(tǒng)下獲得的圖像Fig.5 Image captured by current light source system

3.2 液晶屏ITO玻璃外觀檢測(cè)光源照明系統(tǒng)下得到的圖像

基于以上ITO玻璃外觀檢測(cè)中的困難，本文設(shè)計(jì)了完全可以很好檢測(cè)液晶屏ITO玻璃外觀的光源照明系統(tǒng)，為了能有明顯的對(duì)比，檢驗(yàn)本系統(tǒng)的實(shí)際效果，對(duì)相同的液晶屏ITO玻璃做圖像采集，從圖6能明顯看出與普通照明系統(tǒng)下獲得圖像的區(qū)別，圖 6（a）邊緣破損處和圖6（b）中間刮痕處的亮度遠(yuǎn)高于整幅圖像其余部分。

3.3 新光源照明系統(tǒng)下獲得的圖像的二值化處理

圖7是對(duì)本文設(shè)計(jì)的光源照明系統(tǒng)下獲得的圖像做處理前后的結(jié)果，只需要一個(gè)簡(jiǎn)單的二值化處理，液晶屏ITO玻璃的缺陷就會(huì)完全顯示出來(lái)。

圖6 在本文設(shè)計(jì)的特殊復(fù)合光源照明系統(tǒng)下獲得的圖像Fig.6 Image captured by special composite light system

圖7 二值化前后對(duì)比圖Fig.7 Binary comparison before and after

4 結(jié) 論

為了解決現(xiàn)有的液晶屏檢測(cè)過(guò)程中使用的光源照明系統(tǒng)的問(wèn)題，本文具體分析了產(chǎn)生這些問(wèn)題的原因，并對(duì)在不同照明系統(tǒng)下采集的圖像進(jìn)行了分析，提出了一種液晶屏ITO玻璃外觀檢測(cè)特殊復(fù)合光源照明系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)表明，能很好的解決之前的問(wèn)題，在該照明系統(tǒng)下能獲得高對(duì)比度的圖像，并通過(guò)簡(jiǎn)單快速的處理，就能使ITO玻璃的外觀缺陷十分明顯的顯現(xiàn)出來(lái)，能廣泛應(yīng)用于以液晶屏ITO玻璃為代表的各種玻璃類制品的外觀檢測(cè)設(shè)備中，能極大的提高檢測(cè)效率，節(jié)省生產(chǎn)成本。

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