廈門強(qiáng)力巨彩光電科技有限公司　張余濤廈門大學(xué)電子科學(xué)系　福建省半導(dǎo)體照明工程技術(shù)研究中心　郭自泉

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LED全彩屏模組在線自動(dòng)檢測技術(shù)探討

廈門強(qiáng)力巨彩光電科技有限公司張余濤
廈門大學(xué)電子科學(xué)系福建省半導(dǎo)體照明工程技術(shù)研究中心郭自泉

【摘要】目前LED顯示屏存在色差或者亮度差異源于單個(gè)模組在生產(chǎn)環(huán)節(jié)過程中控制不到位導(dǎo)致。本文提出了一種LED全彩屏模組的在線自動(dòng)檢測系統(tǒng)，包含顯示屏自動(dòng)定位控制，現(xiàn)場檢測分析亮度均勻性，色度分布，質(zhì)量判定分檔等關(guān)鍵技術(shù)。該系統(tǒng)有助實(shí)現(xiàn)顯示屏標(biāo)準(zhǔn)化檢測，提高顯示屏亮度一致性，提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)量。

【關(guān)鍵詞】LED顯示屏；在線自動(dòng)檢測；亮度

1　引言

發(fā)光二極管(Light-emitting diodes, LED)被認(rèn)為是繼白熾燈、熒光燈、高強(qiáng)度氣體放電燈之后的第四代照明光源，具有體積小、壽命長、可靠性高、響應(yīng)速度快、光譜靈活可調(diào)等諸多優(yōu)點(diǎn)[1-2]。隨著LED各方面技術(shù)的快速提高，LED應(yīng)用于越來越多的領(lǐng)域，包括通用照明領(lǐng)域、戶外大型顯示屏、汽車車燈、手機(jī)背光顯示、醫(yī)療照明、植物照明等等[3]。其中，LED顯示屏作為一種新型的顯示設(shè)備，具有色域廣、顯示面積大、顯示內(nèi)容多樣、顯示方式豐富等優(yōu)點(diǎn)，其發(fā)展應(yīng)用前景十分廣闊[4]。當(dāng)前國內(nèi)、國際上的LED的顯示屏生產(chǎn)廠家眾多，不同廠家、甚至相同廠家但不同批次的產(chǎn)品差別較大[5]，主要是LED顯示屏存在色差或者亮度差異，這源于單個(gè)模組在生產(chǎn)環(huán)節(jié)過程中控制不到位、生產(chǎn)缺乏相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，模組生產(chǎn)環(huán)節(jié)對亮度和色差缺乏檢測或檢測不能100%實(shí)施，給整屏組裝后的品質(zhì)帶來許多不定因素。因此，設(shè)計(jì)一種能在線快速檢測LED顯示屏的光電參數(shù)，提高LED顯示屏產(chǎn)品質(zhì)量的一致性與可靠性是迫切需要的。

當(dāng)前，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的廣泛普及，在LED顯示屏測試上，可依據(jù)顯示屏模組的檢測要求，改造原有的人工檢測方式，設(shè)計(jì)檢測系統(tǒng)中將機(jī)器視覺技術(shù)融入到對LED模組檢測過程中，可在基本不改變LED模組硬件條件下，實(shí)現(xiàn)了LED模組的在線、快速、自動(dòng)的品質(zhì)檢測，以滿足產(chǎn)品的檢測要求，從而實(shí)現(xiàn)模組生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化，在LED單元板快速現(xiàn)場檢測領(lǐng)域必將具有較大的應(yīng)用市場。因?yàn)檫@不僅有利于提高企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)效益，更可以帶動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，推動(dòng)中國光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提升我國行業(yè)技術(shù)水平，減少并取代進(jìn)口，而帶來重大的經(jīng)濟(jì)效益。本文主要設(shè)計(jì)開發(fā)一套LED顯示屏模組光學(xué)參數(shù)的檢測軟件，利用高精度CCD探頭檢測模組的色度及亮度參數(shù)。然后利用自行開發(fā)的數(shù)據(jù)采集和分析軟件，判斷顯示模組的亮度和色度均勻性是否合格，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、記錄，從而實(shí)現(xiàn)了大批量LED顯示屏模組的亮度和色度一致性在線自動(dòng)檢測及產(chǎn)業(yè)化。

2　原理和實(shí)現(xiàn)步驟

實(shí)現(xiàn)LED全彩屏模組在線檢測的基本原理是利用CCD攝像頭現(xiàn)場采集LED全彩顯示屏模組的發(fā)光信號，采用軟件實(shí)時(shí)分析結(jié)果。攝像頭亮度和色度校準(zhǔn)通過標(biāo)準(zhǔn)亮度、色度計(jì)校準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)LED全彩屏模組的在線檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程圖如下圖1所示。首先，LED的全彩顯示屏經(jīng)過傳送帶進(jìn)入檢測系統(tǒng)，同時(shí)發(fā)出信號使得供電模塊開始工作，對LED的全彩顯示屏進(jìn)行供電工作，同時(shí)顯示屏發(fā)光。待顯示屏的工作基本穩(wěn)定后，使用CCD相機(jī)對顯示屏進(jìn)行拍照，旋轉(zhuǎn)到正負(fù)45度角后再次拍照。接著，采集所拍的圖像的像素點(diǎn)的RGB值。去除周邊不發(fā)光區(qū)，僅保留LED彩屏的發(fā)光區(qū)。根據(jù)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)將RGB值轉(zhuǎn)換成XYZ值，并計(jì)算色純度、相關(guān)色溫、亮度等參數(shù)。最后，輸出LED全彩屏的檢測報(bào)表。

圖1　LED全彩屏模組在線檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖

圖2　在線檢測系統(tǒng)的硬件裝置圖

LED全彩屏模組在線檢測系統(tǒng)包含以下幾個(gè)重要內(nèi)容：

(1)LED全彩屏模組自動(dòng)定位檢測。

圖2為在線檢測系統(tǒng)的硬件裝置圖。LED全彩顯示屏模組通過流水線，即絞鏈傳送帶自動(dòng)進(jìn)入在線檢測系統(tǒng)，自動(dòng)定位后觸發(fā)在線檢測系統(tǒng)進(jìn)行檢測。定位系統(tǒng)同時(shí)負(fù)責(zé)對模組供電，并在正負(fù)45度等幾種情況下實(shí)現(xiàn)模組的彩色變換。信號穩(wěn)定后，觸發(fā)檢測系統(tǒng)進(jìn)行亮度、色度分布測試。

(2)LED全彩屏亮度、色度分布檢測及質(zhì)量分檔。

LED全彩屏亮度、色度分布檢測系統(tǒng)由攝像頭及高精度CCD組成，攝像頭可根據(jù)需要變換不同焦距鏡頭。檢測系統(tǒng)采集圖像信號，通過對圖像二值化處理、直方圖的圖像閾值分割等技術(shù)實(shí)現(xiàn)LED像素點(diǎn)的定位；利用圖像中的RGB顏色模型計(jì)算三刺激值，進(jìn)行色坐標(biāo)、色純度和相關(guān)色溫等色度參數(shù)計(jì)算；將圖像中采用的RGB顏色模型轉(zhuǎn)換成XYZ和YUV顏色模型(Y表示亮度，U和V是構(gòu)成彩色的兩個(gè)分量)，可以方便、快捷地計(jì)算出各像素點(diǎn)的亮度值。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行全屏亮度、色度分布均勻性統(tǒng)計(jì)分析處理，并根據(jù)生產(chǎn)要求實(shí)現(xiàn)屏的質(zhì)量分檔，達(dá)到控制屏質(zhì)量一致性的要求。

(3)LED全彩屏檢測系統(tǒng)校準(zhǔn)。

攝像頭及高精度CCD組成的探測系統(tǒng)響應(yīng)并不符合色度系統(tǒng)中的XYZ三刺激值色匹配函數(shù)要求，故其響應(yīng)信號必須進(jìn)行校準(zhǔn)，才能完成準(zhǔn)確的色度及亮度測試要求。LED全彩屏檢測系統(tǒng)校準(zhǔn)利用標(biāo)準(zhǔn)燈、標(biāo)準(zhǔn)光譜色度計(jì)和高精度光譜儀組成的校準(zhǔn)系統(tǒng)完成。利用校準(zhǔn)系統(tǒng)產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，建立檢測系統(tǒng)響應(yīng)與XYZ三刺激值色匹配函數(shù)對應(yīng)的響應(yīng)函數(shù)。該模型包含不同鏡頭、不同光圈等一系列不同測試條件下的響應(yīng)函數(shù)，可在實(shí)際測試中自動(dòng)調(diào)用，以實(shí)現(xiàn)一次校準(zhǔn)，連續(xù)使用的目的。簡化使用復(fù)雜程度，大大提高生產(chǎn)效率。

3　結(jié)論

本文主要提出了一種針對LED全彩屏模組的在線自動(dòng)檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含顯示屏自動(dòng)定位控制，現(xiàn)場檢測分析亮度均勻性，色度分布，質(zhì)量判定分檔等關(guān)鍵技術(shù)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)顯示屏標(biāo)準(zhǔn)化檢測，提高顯示屏亮度一致性，提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)量，以實(shí)現(xiàn)LED全彩顯示屏大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]M.H.Crawford. LEDs for solid-state lighting: performance challenges and recent advances[J].IEEE J.Sel.Topics Quantum Electron., 2009,15(4):1028-1040.

[2]J.M.Phillips,M.F.Coltrin,M.H.Crawford,et al.Research challenges to ultra-efficient inorganic solid-state lighting[J].Laser Photon. Rev.,2007,1(4):307-333.

[3]M.R.Krames,O.B.Shchekin,R.Mueller-Mach,G.O. Mueller,L. Zhou,G.Harbers,and M.G.Craford. Status and future of high-power lightemitting diodes for solid-state lighting[J].J.Disp. Technol.,2007,3(2):160-175.

[4]宋超,王瑞光,陳宇,鄧意成.LED顯示屏色域邊界的快速計(jì)算[J].發(fā)光學(xué)報(bào),2013,34(7):924-929.

[5]田鳳,陶純匡.基于FPGA的LED顯示屏模組測試系統(tǒng)[J].電子世界,2013(6).

張余濤（1975－），山東鄒平人，1996年畢業(yè)于北京理工大學(xué)，工程師，從事電子制造工藝研究及LED顯示屏開發(fā)。

郭自泉（1984－），福建永春人，博士，分別于2006年和2014年本科和博士畢業(yè)于廈門大學(xué)，工程師，從事LED檢測技術(shù)和顯示屏技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。

Discussion on the on-line automatic detection technology for the full-color LED module

Zhang Yutao1Guo Ziquan2
（1.Qianglijucai Optoelectronics Technology Co., Ltd., Xiamen, China 361100;2.Department of Electronic Science, Fujian Engineering Research Center for Solid-state Lighting, Xiamen University, Xiamen, China 361005）

Abstract:The existence of the color or the brightness difference in the LED display panel is because of that the control of a single module is not in place occurring during the process of production. This paper presents an on-line and automatic detection system for the full color LED display module, including the automatic positioning control of the LED display, the detection and analysis of the brightness uniformity and the color distribution, and the quality evaluation and the quality grading among them. This system can realize the standardized detection of the LED display, improve its brightness uniformity, and increase the production efficiency and the yield.

Key words:LED display panel；on-line and automatic measurement；luminance

通信作者：

作者簡介：

基金項(xiàng)目：福建省產(chǎn)學(xué)重大科技項(xiàng)目（編號：2013H6024）。