大尺寸LCD光学量测系统（1）

◎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、 VIEW ANGLE、Contrast Ratio、Gray Scale/Gamma、Response Time、Flicker、Cross-talk 和 Warm Up Time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介面功能之人机介面。
4. 建立自动输出判别是否合乎标准作业程序。

◎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介面、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LabVIEW 7.1 Express作为开发平台，软体环境搭配Vision Assistant 7.1与Report Generation Toolkit为主，在硬体环境上则使用NI USB-6009、PCI-1407、PCI-6221。   

文章摘要
      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VISION AND MOTION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LABVIEW 7.1搭配IMAQ 7.1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VISION AND MOTION的运用，以LABVIEW 7.1搭配IMAQ 7.1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TOPCON BM-7(or SR-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
　  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(NI PCI-1407+watec high resolution CCD)

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、Response Time、Warm Up Time、Flicker、VIEW ANGLE、Contrast Ratio、Gray Scale/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(Find vertical edge、Find horizontal edge 、Find coordsys (2 Rects) )，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. Response Time和Warm Up Time测量

3.1 Response Time (PCI-6221+ Photosensor Module <Hamamatsu>)
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(Response Time)。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
　

 图八. 反应时间量测之图形结果
　

3.2 Warm Up Time (PCI-6221+ Photosensor Module <Hamamatsu>)

在LCD的检测中， LCD点亮时辉度达到稳定状态所需的时间，称之为暖机时间(Warm Up Time)，如图九所示。图中，曲线会随着时间增长而上升，当LCD稳定时，辉度与时间的曲线会达至水平稳定。

图九. 暖机时间(Warm Up Time)之图形曲线
　

2.4 VIEW ANGLE和Contrast Ratio检测方法

2.4.1VIEW ANGLE
LCD由于天生的物理特性，使得使用者从不同角度去看时画面品质会有所变化。与正看时相比，斜看的时候，转到当画面品质已经变化到无法接受的临界角度时，称之为该LCD之视角。视角之定义区分为以下三种：(1)对比-从斜的方向去看LCD，与正看时相比，白色部分会变暗，黑色部分会变亮，因此对比会下降，一般当对比下降到 10的时候的角度定义为该LCD的视角。(2)灰阶反转-理论上LCD从零灰阶(黑色)到二五五灰阶(白色)应该是灰阶数越高则越亮，但是LCD在某个大角度的时候有可能看到低灰阶反而比高灰阶还亮，也就是看到类似黑白反转的现象，这种现象称之为灰阶反转。不会产生灰阶反转现象的最大角度称之为视角。 (3)色差-从不同角度去看LCD，会发现颜色会随着角度而变化，当颜色的变化已经大到无法接受的临界点时，该角度称为视角。检测结果如图十及十一所示。

图十. 视角量测-对比法　

 图十一. 视角量测-对比法图形与数据结果
　2.4.2 Contrast Ratio
对比的定义为在暗室之中，白色画面的亮度除以黑色画面的亮度。