CN115791837A - 一种Micro-LED缺陷光线检测探头及缺陷检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种Micro‑LED缺陷光线检测探头及缺陷检测方法，探头包括基体、设在基体上的线性模组、设在线性模组上的移动检测板，设在移动检测板上的激光发射源、设在移动检测板的工作面上并与激光发射源的输出端连接的激光分束器和设在移动检测板上的控制器，线性模组驱动移动检测板在水平面上移动，激光发射源按照MxN的矩阵形式排列，每一个激光分束器处均部署有一个CCD图像传感器，控制器与驱动装置、激光发射源和CCD图像传感器进行数据交互，用于根据CCD图像传感器的成像识别异常的Micro‑LED单元。本申请公开的Micro‑LED缺陷光线检测探头及缺陷检测方法，借助于非接触式的激发发光检测方式来对Micro‑LED晶粒进行过饱和检测，结合区域化的检测方式来得到更快的检测速度。

Description

一种Micro-LED缺陷光线检测探头及缺陷检测方法

技术领域

本申请涉及检测技术领域，尤其是涉及一种 Micro-LED 缺陷光线检测探头及缺陷检测方法。

背景技术

Micro-LED显示技术在对比度、反应时间、能耗、可视角度、分辨率等各方面指标均强于LCD以及OLED，它可以将微缩的LED做成阵列，批量转移到电路基板上，然后加上保护层和电极，封装好以后制作成显示屏。

现阶段Micro-LED显示技术还有许多技术瓶颈有待突破，如芯片制造、巨量转移、检测修复等，巨量转移是在完成微米级Micro-LED晶粒制作后，要把数百万甚至数千万颗微米级的LED晶粒正确且有效率地移动到电路基板上。巨量转移过程需要配合过饱和检测，过饱和检测的目的是发现不符合要求的Micro-LED晶粒。

Micro-LED晶粒检测的难度在于检测时间，因为要在短时间内完成百万数量级甚至千万数量级的检测，如果针对大尺寸面板设计检测设备，势必造成检测成本的指数级增加，但是在控制单次检测量后，检测时间又会延长，并且受限于Micro-LED晶粒的体积，接触式检测的方式也检测时间和设备造价上也存在先天缺陷。

发明内容

本申请提供一种 Micro-LED 缺陷光线检测探头及缺陷检测方法，借助于非接触式的激发发光检测方式来对Micro-LED晶粒进行过饱和检测，结合区域化的检测方式来得到更快的检测速度。

本申请的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，本申请提供了一种 Micro-LED 缺陷光线检测探头，包括：

基体；

线性模组，设在基体上；

移动检测板，设在线性模组上，线性模组驱动移动检测板在水平面上移动；

激光发射源，设在移动检测板上，激光发射源按照MxN的矩阵形式排列，M和N均为大于零的自然数；

激光分束器，设在移动检测板的工作面上并与激光发射源的输出端连接；

CCD图像传感器，设在移动检测板上，每一个激光分束器处均部署有一个CCD图像传感器；以及

控制器，与驱动装置、激光发射源和CCD图像传感器进行数据交互，用于根据CCD图像传感器的成像识别异常的Micro-LED单元。

在第一方面的一种可能的实现方式中，基体的工作面上的边缘处设有柔性密封环。

在第一方面的一种可能的实现方式中，CCD图像传感器激光分束器覆盖范围的中心处。

在第一方面的一种可能的实现方式中，移动检测板的单次移动长度小于激光发射源的长度或者宽度。

在第一方面的一种可能的实现方式中，激光分束器在一个检测位置处具有多个发射端。

第二方面，本申请提供了一种 Micro-LED缺陷检测方法，包括：

响应于获取到的检测信号，绘制检测区域内每一个Micro-LED单元的排列图；

使用激光激发Micro-LED单元发光，并拍摄Micro-LED单元在发光状态下的图像，记为分析图像；

根据Micro-LED单元的排列图对分析图像进行分割，得到显示点阵图，显示点阵图中包括矩阵形式排列的光点，光点形状与Micro-LED单元的外形相同；

使用过渡边界框对显示点阵图进行二次分割，得到多个环形点亮区域，每一个光点周围存在多个环形点亮区域，在远离光点的方向上，环形点亮区域的尺寸趋于增加；

将光点和与该光点对应的多个环形点亮区域转化为灰度图；以及

根据不同颜色像素点的分布区域确定Micro-LED单元的缺陷区域。

在第二方面的一种可能的实现方式中，多次使用激光激发Micro-LED单元发光，每次激发Micro-LED单元发光时，激光的强度均不相同。

在第二方面的一种可能的实现方式中，Micro-LED单元的每一个检测位置处多次使用激光激发发光，每次激发发光时，激光的强度均不相同。

在第二方面的一种可能的实现方式中，将多个分属于不同光点的环形点亮区域的灰度图进行比对，并根据比对结果绘制灰度基准图，灰度基准图上的每一个像素点的灰度值为多个灰度图上对应像素点的均值。

在第二方面的一种可能的实现方式中，每一次生成分析图像时均重新制作灰度基准图。

附图说明

图1是本申请提供的一种Micro-LED 缺陷光线检测探头的外形示意图。

图2是本申请提供的一种线性模组的结构示意图。

图3是本申请提供的一种移动检测板上激光分束器的分布示意图。

图4是本申请提供的一种移动检测板上CCD图像传感器的分布示意图。

图5是本申请提供的一种控制器的连接示意框图。

图6是本申请提供的一种缺陷检测方法的流程示意框图。

图中，11、基体，12、线性模组，13、移动检测板，14、柔性密封环，21、激光发射源，22、激光分束器，23、CCD图像传感器，6、控制器。

具体实施方式

以下结合附图，对本申请中的技术方案作进一步详细说明。

请参阅图1至图4，为本申请公开的一种 Micro-LED 缺陷光线检测探头，探头由基体11、线性模组12、移动检测板13、激光发射源21、激光分束器22、CCD图像传感器23和控制器6等组成，基体11安装在一个机械臂上，机械臂带动基体11在三维空间内移动。在实际的移动过程中，基体11有两个位置，一个是检测位置，一个是等待位置。

线性模组12安装在基体11上，负责带动安装在其上的移动检测板13在水平面上移动，移动检测板13在水平的移动有横向移动和纵向移动两种，横向移动和纵向移动的目的是带动移动检测板13对检测区域进行全覆盖。

应理解，Micro-LED显示屏的制备工艺首先要将大量Micro-LED单元（Micro-LED晶粒）组装成Micro-LED阵列，然后将这些单元阵列转移到接收基板上，再通过单片异质技术集成到光电系统中。

根据屏幕尺寸的不同，Micro-LED可以单独、分组或作为整个阵列进行组装和转移。基于大尺寸屏幕组装的巨量转移技术是将衬底上的Micro-LED磊晶单独或分组地拾取并转移到带有驱动电路的基板上。

根据上述内容可以知道，过饱和检测方式主要发生在两个阶段，第一个阶段是阵列阶段，第二个阶段是Micro-LED单元与基板焊接完成后的成品阶段，第一个阶段的目的是发现存在质量缺陷的是Micro-LED单元，第二个阶段的目的是发现存在焊接缺陷的Micro-LED单元。

本申请公开的Micro-LED 缺陷光线检测探头在第一个阶段中使用。

线性模组12带动移动检测板13自动的方式是使用区域划分的方式对Micro-LED单元进行检测。针对于不同的检测环境，检测过程中的Micro-LED单元阵列的面积不同，如果针对于每一个面积都设计Micro-LED 缺陷光线检测探头，会造成检测探头的适用性降低。另外因为随着技术的发展，检测过程中的Micro-LED单元阵列的面积会越来越大，每一次技术更新都上一代检测设备淘汰，会导致检测设备的经济性不足。

区域划分的检测方式能够从根本上解决上述问题，因为区域划分的检测方式可以提供一个足够大的检测区域，面积小于检测区域的Micro-LED单元阵列，均能够进行检测。

请参阅图3和图4，移动检测板13上安装有激光发射源21、激光分束器22和CCD图像传感器23，激光发射源21按照MxN的矩阵形式排列，M和N均为大于零的自然数，每一个激光发射源21处均部署有一个激光分束器22，激光分束器22与激光发射源13的输出端连接。

激光分束器22的作用是将激光发射源21发出的单束激光分散为多束激光，使一个激光发射源21发出的激光能够同时激发多个Micro-LED单元进行发光。这样可以大幅度降低激光发射源21的用量，能够起到降低制造成本和能耗的作用。

每一个激光分束器22处均部署有一个CCD图像传感器23，CCD图像传感器23是对位于其覆盖面积内的Micro-LED单元进行拍照，借助于成像分析来判断Micro-LED单元是否存在质量缺陷。

控制器6与驱动装置14、激光发射源21和CCD图像传感器23进行数据交互，用于根据CCD图像传感器23的成像识别异常的Micro-LED单元，具体的过程如下：

Micro-LED单元阵列移动到基准位置后，机械臂带动基体11移动到基准位置，接着线性模组12进行复位，带动移动检测板13移动到起始位置。移动检测板13复位后，激光发射源21首先启动，产生激光并送入到激光分束器22中，激光分束器22将激光发射源21送入的一束激光分解成多束激光后投射到Micro-LED单元阵列中的一部分Micro-LED单元上。

受到激光的照射，该部分Micro-LED单元开始发光，此时CCD图像传感器23对该部分Micro-LED单元进行拍照，拍摄得到的图像发送给控制器6进行分析，具体的分析过程是根据Micro-LED单元的发光是否正常来判定Micro-LED单元是否存在质量缺陷。

一个区域检测完成后，线性模组12带动检测板13移动到下一个位置并重复上述过程，区域划分的检测方式还解决了线性模组12的移动精度问题。应理解，Micro-LED单元的尺寸为微米级，如果使用一排或者一列的检测方式，需要线性模组12的每一次移动都保持在微米级，并且每一次移动完成后都需要进行再次定位，这会造成检测速度的降低，还会对线性模组12的移动精度提出超高要求。

而区域化的检测方式则解决了上述问题，及能够大幅度降低检测板13的移动次数，还能够使得线性模组12在每一次带动检测板13的移动过程中能够移动一段更长的距离，这种移动方式对于移动精度的要求会下降。

请参阅图1，作为申请提供的Micro-LED 缺陷光线检测探头的一种具体实施方式，在基体11的工作面上的边缘处增加了柔性密封环14，线性模组12、移动检测板13、激光分束器22和CCD图像传感器23均位于柔性密封环14所围成的区域内，柔性密封环14的作用是提供暗室。

根据前文中的记载可以知道，机械臂带动基体11移动到基准位置后，柔性密封环14会压在Micro-LED单元阵列所在的基准面上并在Micro-LED单元阵列上创造一个暗室，暗室的作用是隔绝周围环境中的光线，用以降低检测过程中的干扰因素。

作为申请提供的Micro-LED 缺陷光线检测探头的一种具体实施方式，CCD图像传感器23位于激光分束器22覆盖范围的中心处。这样便于CCD图像传感器23对激光分束器22覆盖范围内的Micro-LED单元进行拍照，可以获得更加精准的图像。

在一些可能的实现方式中，一个CCD图像传感器23配备一组CCD图像传感器23，这些CCD图像传感器23沿着激光分束器22的覆盖范围间隔设置。

作为申请提供的Micro-LED 缺陷光线检测探头的一种具体实施方式，移动检测板13的单次移动长度小于激光发射源21的长度或者宽度，这样设计的目的是避免出现检测遗漏。

前文中提到，Micro-LED单元的尺寸在微米级，因此需要线性模组12具有高精度的移动等级，如果移动检测板13的单次移动长度等于激光发射源21的长度或者宽度，那么对于完成检测区域和待检测区域的边界处，可能出现需要进行精确定位的情况，这可能导致检测遗漏和检测耗时更长的问题。

将移动检测板13的单次移动长度调整为小于激光发射源21的长度或者宽度后，完成检测区域和待检测区域的边界处会出现部分Micro-LED单元重复检测的情况，但是能够避免检测遗漏，还能够避免不必要的定位调整时间。

作为申请提供的Micro-LED 缺陷光线检测探头的一种具体实施方式，激光分束器22在一个检测位置处具有多个发射端，多个发射端可以对一个Micro-LED单元上的不同区域进行激发，能够得到多张图像，通过多张图像的综合分析，可以对 Micro-LED是否存在缺陷进行更加准确的判断。

请参阅图6，本申请还公开了一种 Micro-LED缺陷检测方法，该方法需要借助于上述内容中记载的Micro-LED 缺陷光线检测探头进行，包括以下步骤：

S101，响应于获取到的检测信号，绘制检测区域内每一个Micro-LED单元的排列图；

S102，使用激光激发Micro-LED单元发光，并拍摄Micro-LED单元在发光状态下的图像，记为分析图像；

S103，根据Micro-LED单元的排列图对分析图像进行分割，得到显示点阵图，显示点阵图中包括矩阵形式排列的光点，光点形状与Micro-LED单元的外形相同；

S104，使用过渡边界框对显示点阵图进行二次分割，得到多个环形点亮区域，每一个光点周围存在多个环形点亮区域，在远离光点的方向上，环形点亮区域的尺寸趋于增加；

S105，将光点和与该光点对应的多个环形点亮区域转化为灰度图；以及

S106，根据不同颜色像素点的分布区域确定Micro-LED单元的缺陷区域。

具体而言，在步骤S101中，Micro-LED 缺陷光线检测系统会向Micro-LED 缺陷光线检测探头下发一个检测信号，在收到这个检测信号后，Micro-LED 缺陷光线检测探头会首先绘制检测区域内每一个Micro-LED单元的排列图。

绘制检测区域内每一个Micro-LED单元的排列图的作用是需要借助于Micro-LED单元的排列图来对Micro-LED单元在发光时拍摄到的图像进行分割处理。

在步骤S102中，Micro-LED 缺陷光线检测探头会使用激光激发Micro-LED单元发光，并拍摄Micro-LED单元在发光状态下的图像，这些拍摄得到的图像记为分析图像。

接着执行步骤S103，该步骤中，会根据Micro-LED单元的排列图对分析图像进行分割，得到显示点阵图，显示点阵图中包括矩阵形式排列的光点，光点形状与Micro-LED单元的外形相同。

每一个光点表示一个Micro-LED单元，使用分析图像可以确定Micro-LED单元本体区域的光和外逸光。

在步骤S104中，会使用过渡边界框对显示点阵图进行二次分割，得到多个环形点亮区域，每一个光点周围存在多个环形点亮区域，在远离光点的方向上，环形点亮区域的尺寸趋于增加。

环形点亮区域的作用是借助于与光点的距离对外逸光进行分割，分割的作用有两个，一个是根据亮度对外逸光进行区域划分，一个是使得分属于不同光点的外逸光有对比依据。

该步骤S105中，会将光点和与该光点对应的多个环形点亮区域转化为灰度图，灰度图可以通过每一个像素区域的灰度值来进行比较。最后执行步骤S106，该步骤中，根据不同颜色像素点的分布区域确定Micro-LED单元的缺陷区域。

对于缺陷区域的定义如下：一个区域内存在多个像素区域，这些像素区域与周围像素区域的灰度值存在明显差值，那么Micro-LED单元上与这些像素区域对应的区域定义为缺陷区域。对于外逸光，同样使用该判定标准，区别在于外逸光需要对应到Micro-LED单元上的边缘或者位于Micro-LED单元上的缺陷区域。

另外，还可以通过不同Micro-LED单元之间的比较来发现存在缺陷的Micro-LED单元，例如在同样的激光激发条件下， Micro-LED单元的亮度明显低于其他的Micro-LED单元，或者外逸光的覆盖范围小于其他的Micro-LED单元，同样可以判定该Micro-LED单元为存在缺陷的Micro-LED单元。

在一些可能的实现方式中，多次使用激光激发Micro-LED单元发光，每次激发Micro-LED单元发光时，激光的强度均不相同。这样可以得到Micro-LED单元在不同状态下的检测数据，可以对Micro-LED单元是否存在缺陷进行更加准确的判断。

例如在强激光激发条件下，部分缺陷区域可能出现被其他区域发出光线遮挡的情况，还可能出现相邻Micro-LED单元的外逸光重叠的问题，或者部分Micro-LED单元上的缺陷区域只有在某个激发条件下才会显示的问题。

进一步地，Micro-LED单元的每一个检测位置处多次使用激光激发发光，每次激发发光时，激光的强度均不相同。

作为申请提供的Micro-LED缺陷检测方法的一种具体实施方式，将多个分属于不同光点的环形点亮区域的灰度图进行比对，并根据比对结果绘制灰度基准图，灰度基准图上的每一个像素点的灰度值为多个灰度图上对应像素点的均值。

绘制灰度基准图的目的是将部分不参与缺陷检测的影响因素排除在外，例如在一次拍摄过程中，某个光点的一个环形点亮区域中的部分区域的像素点的灰度区别于剩余区域，但是这种情况同样出现在多个光点处，那么该区域就应当判定为正常区域。

绘制灰度基准图的目的就是将这些干扰因素排除，用以提高检测的准确度。

在一些可能的实现方式中，每一次生成分析图像时均重新制作灰度基准图。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种 Micro-LED 缺陷光线检测探头，其特征在于，包括：

基体（11）；

线性模组（12），设在基体（11）上；

移动检测板（13），设在线性模组（12）上，线性模组（12）驱动移动检测板（13）在水平面上移动；

激光发射源（21），设在移动检测板（13）上，激光发射源（21）按照MxN的矩阵形式排列，M和N均为大于零的自然数；

激光分束器（22），设在移动检测板（13）的工作面上并与激光发射源（13）的输出端连接；

CCD图像传感器（23），设在移动检测板（13）上，每一个激光分束器（22）处均部署有一个CCD图像传感器（23）；以及

控制器（6），与驱动装置（14）、激光发射源（21）和CCD图像传感器（23）进行数据交互，用于根据CCD图像传感器（23）的成像识别异常的Micro-LED单元。

2.根据权利要求1所述的Micro-LED 缺陷光线检测探头，其特征在于，基体（11）的工作面上的边缘处设有柔性密封环（14）。

3. 根据权利要求1所述的Micro-LED 缺陷光线检测探头，其特征在于，CCD图像传感器（23）激光分束器（22）覆盖范围的中心处。

4. 根据权利要求1至3中任意一项所述的Micro-LED 缺陷光线检测探头，其特征在于，移动检测板（13）的单次移动长度小于激光发射源（21）的长度或者宽度。

5. 根据权利要求1所述的Micro-LED 缺陷光线检测探头，其特征在于，激光分束器（22）在一个检测位置处具有多个发射端。

6. 一种 Micro-LED缺陷检测方法，其特征在于，包括：

响应于获取到的检测信号，绘制检测区域内每一个Micro-LED单元的排列图；

使用激光激发Micro-LED单元发光，并拍摄Micro-LED单元在发光状态下的图像，记为分析图像；

根据Micro-LED单元的排列图对分析图像进行分割，得到显示点阵图，显示点阵图中包括矩阵形式排列的光点，光点形状与Micro-LED单元的外形相同；

使用过渡边界框对显示点阵图进行二次分割，得到多个环形点亮区域，每一个光点周围存在多个环形点亮区域，在远离光点的方向上，环形点亮区域的尺寸趋于增加；

将光点和与该光点对应的多个环形点亮区域转化为灰度图；以及

根据不同颜色像素点的分布区域确定Micro-LED单元的缺陷区域。

7.根据权利要求6所述的Micro-LED缺陷检测方法，其特征在于，多次使用激光激发Micro-LED单元发光，每次激发Micro-LED单元发光时，激光的强度均不相同。

8.根据权利要求7所述的Micro-LED缺陷检测方法，其特征在于，Micro-LED单元的每一个检测位置处多次使用激光激发发光，每次激发发光时，激光的强度均不相同。

9.根据权利要求6所述的Micro-LED缺陷检测方法，其特征在于，将多个分属于不同光点的环形点亮区域的灰度图进行比对，并根据比对结果绘制灰度基准图，灰度基准图上的每一个像素点的灰度值为多个灰度图上对应像素点的均值。

10.根据权利要求9所述的Micro-LED缺陷检测方法，其特征在于，每一次生成分析图像时均重新制作灰度基准图。

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