CN1476546A - 用于测试色序制的、接近眼睛的、及同类显示器装置的方法和设备 - Google Patents

用于测试色序制的、接近眼睛的、及同类显示器装置的方法和设备 Download PDF

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Abstract

一种用于液晶显示器(LCD)装置，特别是用于LCoS(硅上的液晶)装置的测试方法和设备，在用户规定的LCD装置公差的基础上，取得合格/不合格的判定。该测试设备从侧面照明LCD装置，以提供可靠的象素缺陷检测和均匀性的测量。该测试方法适于测试有发光装置(LED)与LCD构成整体的，或与LCD分开的LCD装置。侧面照明提供的亮度梯度，还能分别看清楚该亮度梯度的红、绿、和蓝色。单色图像可由LED用两种激励模式之一激励。第一激励模式按照单色测试模式，以单一颜色照明。第二激励模式以单一LED照明来激励白色图像，从而得到一单色图像。一种模块能按照每种测试的不合格率，出现排序测试顺序。

Description

用于测试色序制的、接近眼睛的、 及同类显示器装置的方法和设备
技术领域
本发明涉及液晶显示器及同类的光电装置。更具体说，本发明涉及生产测试液晶显示器的装置中使用的硬件及软件方法，再更具体说，是涉及生产测试色序制的、接近眼睛的、和/或数字底板显示器的装置。
背景技术
正在以更大规模生产液晶显示器(LCD)，特别是硅上的液晶(LCoSTM)显示器，以满足不断增长的需求。典型的常规LCD测试装备，只提供LCD性能的测量。但是，在制造环境中，必须给出的只有合格/不合格的判定，而不是性能特征。因此，在制造环境中，常规的LCD测试装备，依赖操作员来分析测量的性能，以确定该LCD是否适合向顾客销售(即作出合格/不合格判定)。这些常规的测试系统，势必成为制造过程的瓶颈，这在大规模生产环境中是不希望的，因为大规模生产环境中，速度是赢利的关键。此外，常规的LCD测试装备并不测试许多参数，这些参数，例如象素缺陷或均匀性，对判定LCD装置是否适合销售是有用的。
因此，需要一种测试系统，该测试系统适合用于大规模生产环境，并能更精确地确定LCD装置向顾客销售的适宜性。
发明内容
简单地说，本发明提供一种方法和设备，用于测试液晶显示器(LCD)装置，特别是LCoS显示器装置，以便根据LCD装置的某些制造参数，取得合格/不合格的判定。本发明通过使用侧面照明测试设备，能进行可靠的象素缺陷检测和象素均匀性检测。本测试设备同样适合用于有LED(发光装置)与液晶模块(LCM)构成整体的显示器装置，以及有LCM而没有构成整体的LED的装置。
按照本发明，由测试设备提供的侧面照明，产生梯度的亮度，照在待测试的装置上。在该测试设备中，还能够分别看清楚该亮度梯度的红色、绿色、和蓝色成分(根据LED的适当选择)。亮度和颜色，能通过适当的激励模式控制。单色图像能由测试器关闭三种LED的两种而激励。另外，可以在每一时间间隔，使三种LED的一种发光。然后，由测试设备接收该梯度的亮度，并用控制器分析，如用计算系统分析，以便对待测试的每一装置进行合格/不合格判定。如有必要，可以对三种LED剩余的两种重复测试。
按照本发明的另一方面，本方法和设备还能进行另外的测试，以帮助识别适当的LCD装置。可以利用本侧面照明测试设备，对装置进行均匀性和象素缺陷两种测试。均匀性测试，能为装置中个别象素偏离该装置中被激励的标称灰度级，提供一种偏离程度的量度。对象素缺陷检测，通过考察象素的实际灰度级，与LCD装置激励下的标称灰度级之间的灰度级差别，考察单个象素在标称操作中的各种偏差。两种测试都能对LCD装置提供合格/不合格判定。
按照本发明的又一方面，本发明的一种测试器，能够对离散数值的灰度级，用直方图均衡处理，从而能测试数字装置。取LCD图像灰度级的初始或样品直方图，并与标称灰度级比较。本方法能够在降低对测试设备复杂性要求的条件下，迅速对LCD作出合格/不合格判定。
按照本发明的又一方面，一种模块可以在更多LCD需要测试时，调整测试工作，使测试如果暴露出最高不合格率，则该最高不合格率部分的测试，能够更早进行。按照每种测试的不合格率，把测试重新排序，可以进一步提高整个测试过程的速度。
附图说明
图1是功能框图，表明测试设备的一个示范性实施例，该实施例采用可以实现本发明的侧面照明。
图2-5按照本发明教导的构造，画出一种LCD测试设备实际实施例的补充示例性部件。
图6-8按照本发明的一个实施例，画出装置的激励模式，可供图1的测试器在装置的测试时采用。
图9A和9B是按照本发明的过程流程图，表明按首次检测不合格模式操纵测试器，该模式包括使用一种改善处理能力的演化(学习)模块。
具体实施方式
在大规模LCD生产环境中，本发明的发明人已经感到，除了进行性能测量外，还能提供合格/不合格判定指示的测试和测试装备，是需要的。本文所说的“LCD装置”，包括可从Three-Five System，Inc.，of Tempe，Arizona购到的LCoSTM装置。通常可从厂商购到的LCD测试装备提供的数据，本文称为“特征数据”。就是说，提供的数据，是对某些厂商选择的参数的测量，没有任何机构、装置、或知识，可供判定该测量的参数是否带有规定的公差。相反，判定是由操作员作出的。该种测试装备不容易自动化。涉及该种测试系统的价格比较高，且一般在大规模生产环境中会产生处理能力瓶颈。
按照本发明，测试器的构造，可按用户规定的公差，对测试器测量的各种参数编程。此外，测试器的构造，能在自动测试过程中，把测量的参数与用户规定的公差比较，给出LCD合格/不合格判定的指示。在更细致方面，测试器的构造，能提供一些测量的补充处理(如亮度对LCD控制电压的测量)，给出某一参数(如亮度对LCD控制电压曲线的导数)，能够简易地与该参数的预定公差比较。
前述常规的测试器，通常需要把LCD装置用手动装入测试器，使测试过程无法实现自动化。为便于自动测试和对LCD零件提供保护，在传送LCD并把它装入测试器时，本发明使用托盘或轨(未画出)。在一个实施例中，设计的托盘可夹持若干LCD装置。按照本发明的测试器，相应地适合接收并处理该托盘。通过处理托盘而不是直接处理LCD，测试过程能够自动化，降低损毁LCD的危险。
装置用侧面照明的优点
常规测试装备，不提供涉及用侧面照明的LED光源来测试LCD装置的方案。相反，常规的LCD测试装备，采用与LCD装置共轴的照明，它不能可靠地按装置希望的工作模式对装置进行测试。集中的照明，在LCD装置均匀性测量和确定灰度级的差(即象素级的缺陷)时产生困难。
相反，按照本发明构建的测试器，为测试被侧面照明的装置提供许多优点。例如，用单一照明(白光)光源，LCD每一象素下的多路复用器，可以不测试开路和短路的情形。对色序制系统，仅在选择的颜色接通以检查多路复用器工作时，才接通单一照明光源。该类型的单一照明光源，在没有滤色片系统分离每种测试的颜色时，是不能测试色均匀性的。按照本发明的测试器结构，不用滤色系统而能在开路和短路情况下，测试每一象素下的多路复用器。
重要的是，本发明人已经确定，待测试装置的合适的侧面照明，可以对色序制装置进行可靠的象素缺陷检测和均匀性检测等补充的测试。从侧面安装的LED发出的梯度照明效果，前人没有研究过。本发明人已经确定，对色序制装置，侧面照明能使某一面积上的反射光被CCD拍摄，从而可以测量均匀性。另外，分光计能对预定面积收集反射率与波长的关系。侧面照明相当于无源矩阵LCD光波导或光条。但是，在本发明中，无源矩阵LCD光波导或光条，是产品配置而不是测试配置。
图1画出示例性测试设备100，用于对测试装置进行光学评价。如图1所示，待测试的装置102，如LCM，被一组LED104从侧面照明(不是共轴照明)。这种照明配置不同于常规测试设备，常规测试设备通常经偏振光束分束器110，用光源(未画出)照明待测试装置102。按照本实施例，LED能发射某种颜色的光，通常是红光、绿光、和蓝光。待测试装置102发射的光106，被摄像机装置118接收。在摄像机装置中，光106被第一透镜108聚焦，通过偏振光束分束器110，然后被第二透镜112再聚焦。接着，再聚焦的光在被CCD摄像机118接收之前，通过偏振片114和适光滤波片116。典型的LCD测试装备，使用相对于LCD有较高分辨率的CCD摄像机，对待测试的LCD显示的测试图像的参数，进行测量。
LED104的侧面照明，产生梯度的亮度，照在待测试装置102上。在本测试应用中，还能够分别看清楚该亮度梯度的红色、绿色、和蓝色成分(根据LED104)。该亮度能够通过适当的激励模式控制(下面还要更详细说明)。第一模式，由测试器关闭三种LED104的两种来激励白色图像，从而用单一颜色照明LCD装置102。该激励模式略显不足之处，在于总的测试时间要比其他激励模式长。另外，在每一时间间隔，可以按单色模式，使三种LED的一种发光，以更快的测试时间获得相同的结果。从这里的讨论可以明白和了解，在本发明中，能够用更多的各种颜色的LED104来照明。
某些测试的装置102可以是配套的(如，LED104是显示器组件的一部分)。其他情形下，可以把LED104引进待测试装置102的光学装置中或液晶模块(LCM)中。按照本发明的测试设备100，是唯一适合用于测试这两种配置的。换而言之，测试设备100的LED104，可以与测试设备本身构成整体(在装置的LED104不是LCM的一部分的情况下)。或者，在装置是配套的情况下，测试设备100中使用的LED104可以是那些与待测试装置102构成整体的LED。用于配套产品(那些有构成整体的LED的液晶模块)的该种测试设备100的优点，是对LCM与LED104两者的均匀性进行直接测试。可以向客户保证已经生产可接受的产品。此外，通过用测试设备100的LED104，对第一表面反射镜和四分之一波片进行定期校准，能够消除LCM照明中的梯度效应。在把LED104固定于测试设备100上的测试配置中，将使用这种办法。
照明的强度(如使用LED104)是随时间下降的。LED104老化是熟知的特性。可以按多种方式在测试设备100中采用寿命老化函数，例如通过描述一种在连续校准中使用的函数，或者在使用一定次数后让测试设备100停止工作。图2-5按照本发明教导的构造，画出一种LCD测试设备的实际实施例的补充示例性部件。
本发明人已经注意到，在某些类型的色序制装置(color sequentialdevice)中，照明的颜色是按时间调制的。本发明人已经确定，这一特征是对确定颜色、均匀性、和亮度测量，以及对识别存在的象素缺陷(或更恰当地说，是灰度级偏离标称激励值之差)提出的唯一挑战。此外，照明强度(常常是LED的)随时间下降并可以按离轴模式配置。按照本发明构造的测试设备100，是唯一用于测试这些更难于测试的参数的。
用于测试的激励模式
用于LED的激励模式，下面对装置的操作(图6)和测试模式A(图7)及B(图8)加以说明，其中“V”是对装置的激励电压，且激励模式随时间从左向右移动。图6画出对与LCD装置构成整体的LED的标准操作。在每一时间间隔，使不同的一种LED发光。所有三种LED的照明，产生白色图像。为了测试，最好让测试设备(示于图1)激励单一颜色，以便对该特定颜色测试LCD的均匀性。
画在图7的激励模式A，表明一种按照本发明的激励模式。按照激励模式A，由测试设备在每一时间间隔激励单一颜色(即红色)。该激励模式的优点，是在全部测试时间内，用单色测试模式来测试。因为利用了每一时间间隔，测试完成得更迅速。但是，如果待测试装置没有能力进行单色测试，则激励模式A不能使用。在这种情况下，当产品激励模式不能为测试重新规定时，可以采用画在图8的激励模式B。激励模式B激励如图6所示的白色图像，但是，三种LED的两种被关闭。这样，当LED激励单色光源的能力不能用时，能产生LCD的单色照明。显然，虽然在每一图示的测试操作中，当LED被激励时，只画出R(红色)，但可以用其他颜色(如绿和蓝)替换，以充分测试整个待测试装置102的每一种LED。
常规的LCD测试装置，不规定激励的次序来考察装置均匀性中细致的区别。但是，人眼可能对特定颜色的不均匀性更敏感。本测试设备能用于首先测试该颜色，以便增加测试过程的处理能力。另外，为进一步增加测试过程的速度，不必都测试所有颜色。单个颜色的测试，可以充分地反映该LCD装置对颜色均匀性其他测试的合格/不合格状态。
可能的补充测试模式
本发明的方法和设备，可以进行补充的测试，以协助识别送递给客户的合适的LCD装置。两种这样的补充测试是，可靠的象素缺陷测试，以及对按色序制方式照明的装置，和/或对接近眼睛的装置照明的装置，进行均匀性测试。与依赖轴向照明的常规测试装备不同，本发明利用如上所述的测试设备，提供侧面照明，产生照在装置上的梯度亮度。
均匀性测试
待测试装置102的均匀性，可以视作装置中个别象素偏离该装置被激励的标称灰度级程度的量度。换句话说，装置中每一象素，可以用LED104按相同标称灰度级(如，全黑、全白、或一定的灰度)照明整个装置。在该装置上光的梯度降落，被CCD摄像机118接收，接收的图像由控制器(未画出)，如计算系统分析。所有象素的灰度级为整个LCD建立标称的灰度级。之后，分析每一象素偏离标称灰度级的变异性，以便作出合格/不合格判定。在一个实施例中，控制器把偏差与一些预定可接受的阈值比较。如果装置的测量超过该阈值，该装置为不合格。
象素缺陷和分级(segmentation)
对象素缺陷检测，考察单个象素在标称操作中各种偏差(如，象素是否工作？象素是否能完全接通和关闭？)。测试应用中的象素缺陷，能够定义为灰度级偏离标称激励值之差。测试器能够为每一象素指定与该装置激励的标称灰度级对应的标称灰度级。通过安排测试器来比较灰度级对标称指定的灰度级之差，测试器能够检测LCD中存在的象素缺陷。
测试时间
要在大规模制造环境中起作用，LCD测试必须尽可能快地进行。判定一零件是不合格或合格越快，在给定时间范围能够生产的零件就越多。据此，本发明在测试LCD的过程中，已经进一步改进，能更迅速地识别一零件是否可能不合格。这里给出两种这种方法。
直方图均衡
本发明人已经注意到，色序制装置常常是数字性质的。该数字性质允许在测试的装置中激励离散的灰度级。数字图像可以用变换(在测试硬件或软件中)编址，该变换能在具体选择的灰度级中提供一体化的强度。在图像处理中，这种技术被称为直方图均衡。简单地说，图像被分为若干强度级。这些强度级与在该图像内能够获得的不同灰度级对应。
常规的测试方案，不考虑在有限数量的离散灰度级上测试数字装置的可能性。然而，按照本发明的测试器，能在有限数量的灰度级上测试数字装置。该信息的有限级，允许测试器取整个图像灰度值的初始直方图。这一数据能够很快被分析，并根据分析结果，用比常规方法更少的时间，作出以进一步的缺陷检测算法继续进行的决定。
这些标称上指定的强度级，能够与装置相应的灰度级按1∶1对应。但是，为改善测试器的CPK或可靠性，测试器可以比装置的灰度级有更多数量的强度级。可能的比值包括2∶1、4∶1，等等。改善了的抽样可靠性，直接与装置中的离散灰度级有关。这一预处理的例行程序，导致更便宜的测试器成本(降低了CCD阵列、摄像机缓存、机载存储器的成本)和更迅速的测试(算法专门适用于LCD装置中观察的灰度级)。
首次检测不合格模式
按照本发明构造的测试设备，能按首次检测不合格模式安排。该模式加速个别装置的测试处理能力。此外，用演化(进化或学习)模块可以获得首次测试不合格的更复杂的方法。在演化模块中，分析首次检测不合格的不合格零件的总体(总体的大小，是在数据处理与测试最可能不合格的概率之间权衡的结果)。然后，根据最可能不合格的概率分布，重新排列测试序列。
例如，现在请参考画在图9A的流程图，这是本发明的一个实施例，包括下述步骤。测试器进入测试循环，对一批待测试装置(DUT)中每一个装置进行测试。循环包括，首先把DUT装入测试设备100，例如借助机器人或其他机电机构。较为不可取的是，用手工装入DUT。在一个实施例中，受适当编程的控制器或处理器(即计算机控制)控制的测试器，向LCD提供功率和控制，使之显示随后被测量的图像。一旦装入DUT，测试设备102进行零件定位，用光学方法对DUT定位。此时，可以对DUT执行一系列测试或测试序列。例如，测试A901可以是象素缺陷检测测试，测试B902可以是均匀性测试，及测试C903可以是亮度测试。这些专门的测试，仅作为例子给出，其他的测试、更多的测试、或更少的测试，同样可以进行。
在每种测试(901、902、903)中，测试器测量该LCD的预定性能参数，并把测量结果与期望结果比较。该期望结果可以是可接受的值的范围或指示最大或最小可接受值的阈值。与测量有关，测试器接着在每一步骤指示该LCD的测试是合格还是不合格。如果LCD测试合格，LCD继续执行产品处理的下一步骤，该步骤可以包括进一步的测试。如果LCD在任一特定测试中不合格，该零件便不合格，但更为重要的是，不合格的数据由测试器存储，以便分析。所有测试都合格的那些装置，合格信息也被存储。这样(现在参考图9B)，测试器可以把有关每一不合格测试的不合格信息，对照合格的信息进行分析。在该分析的基础上，测试器能够确定，某一DUT在进行每一特定测试(图9A的901、902、903)中不合格的概率。据此，测试器可以重新排列测试的顺序，使有较高不合格概率的测试能较快地进行，从而缩短待测试的整批装置完成全部测试的整个时间。本发明人确信，借助本发明所公开内容，LCD测试器领域的熟练人员，无需过多的试验，即能提供该种自动测试功能。
以上的说明书、举例、和数据，给出本发明示例性实施例的制造和使用的完整描述。然而，本领域熟练人员显然知道，除了那些已经说明的本发明的实施例之外，在不违背本发明的精神和范围下，还可以有许多本发明的实施例。

Claims (30)

1.一种用于测试液晶显示器(LCD)装置的设备，包括：
发光装置(LED)，从侧面照明LCD装置，以便在LCD装置上产生光的梯度；
摄像机装置，用于拍摄LCD装置的图像，该摄像机装置与LCD装置共轴放置，使来自LCD装置反射光的梯度的一部分，被摄像机装置接收；和
控制器，被配置用于按照测试序列，分析对LCD装置的图像要求的一组准则，并确定该LCD装置是否满足该组准则。
2.按照权利要求1的设备，其中的LED与LCD装置构成整体，所以在完成测试之后，该LCD装置保留该LED。
3.按照权利要求1的设备，该LED还包括一组不同颜色的LED，其中每一种LED个别地按照某一激励模式，从侧面照明该LCD。
4.按照权利要求3的设备，其中的激励模式，包括按单色测试模式，从侧面照明该LCD装置的模式。
5.按照权利要求3的设备，其中的激励模式，包括用单色信号激励一组LED，并使该组LED中至少一种LED停用，从而以一种颜色从侧面照明该LCD装置的模式。
6.按照权利要求1的设备，该摄像机装置还包括CCD摄像机与透镜、偏振片、适光滤波片、和偏振光束分束器的组合，用于拍摄该LCD装置的图像。
7.按照权利要求1的设备，该组准则还包括该LCD装置内象素之间的均匀性。
8.按照权利要求7的设备，其中象素之间的均匀性，是作为一组象素与标称激励灰度级的图像的偏差而测量的。
9.按照权利要求1的设备，该组准则还包括象素缺陷测试，用于测试LCD装置内某一象素的灰度级与标称激励灰度级之差。
10.按照权利要求1的设备，其中的图像是数字图像，使在分析该图像时，该图像被分为与该图像内获得的不同灰度级对应的强度级。
11.按照权利要求10的设备，其中，该图像的第一组强度级，用于确定该LCD是否满足该组准则，和是否有必要作进一步测试。
12.按照权利要求1的设备，其中来自该LCD反射光的梯度，在分析对该LCD装置的图像要求的该组准则之前，完成校准。
13.按照权利要求1的设备，该控制器还包括演化模块，该模块能在测试序列的测试中，根据LCD装置何时首次出现检测不合格来分析LCD装置的总体，据此重新排列测试序列。
14.一种根据一组预定特征，对液晶显示器(LCD)获得合格/不合格判定的方法，包括：
用一组发光装置(LED)从侧面照明该LCD，其中每一种LED有不同颜色；
用摄像机装置拍摄LCD的图像，其中，拍摄的图像与该LCD响应侧面照明而反射的光对应；
根据该组预定特征，分析LCD的图像；和
响应LCD图像的分析，产生合格/不合格判定。
15.按照权利要求14的方法，其中，从侧面照明LCD，产生在该LCD上的光强梯度。
16.按照权利要求15的方法，其中的光强梯度，在根据该组预定特征分析LCD图像之前，完成校准。
17.按照权利要求14的方法，其中从侧面照明LCD还包括：每一种LED个别地按照某一激励模式，从侧面照明该LCD。
18.按照权利要求17的方法，其中的激励模式，还包括按单色测试模式，从侧面照明该LCD的模式。
19.按照权利要求17的方法，其中的激励模式，还包括用一种颜色的单一种LED，从侧面照明该LCD的模式。
20.按照权利要求17的方法，其中的激励模式，还包括用多种LED，通过在该多种LED中激励一单色图像的同时，令该多种LED的某一子集停用，据此从侧面照明该LCD的模式。
21.按照权利要求14的方法，其中图像的分析，还包括分析该图像的色均匀性。
22.按照权利要求14的方法，其中图像的分析，还包括分析该图像的象素缺陷。
23.按照权利要求14的方法，其中图像的分析，还包括对与LCD每一象素有关的多路复用器，揭示短路和开路的电路条件的图像分析。
24.按照权利要求14的方法，其中图像的分析还包括，根据该组特征中哪一特征会产生更高数量的不合格而确定分析次序的叠代过程。
25.一种按照用户定义的公差，对液晶显示器(LCD)产生合格/不合格判定的设备，包括：
从侧面照明LCD的装置，该装置用一组发光装置(LED)从侧面照明该LCD，其中每一种LED有不同颜色；
拍摄LCD图像的装置，该装置用摄像机装置拍摄LCD的图像，其中，该图像与该LCD响应侧面照明而反射的光对应；
分析LCD图像的装置，该装置按照该组预定特征，分析LCD的图像；和
产生合格/不合格判定的装置，该装置响应LCD图像的分析，产生合格/不合格判定。
26.按照权利要求25的设备，该产生合格/不合格判定的装置，还包括演化模块，该模块能按照测试序列测试时，LCD装置何时首次出现检测不合格，据此分析LCD装置的总体，从而重新排列测试序列。
27.按照权利要求25的设备，其中的一组LED与LCD构成整体，所以在完成测试之后，该LCD装置保留该LED。
28.按照权利要求25的设备，其中每一LED个别地按照某一激励模式，从侧面照明该LCD。
29.按照权利要求3的设备，其中的激励模式，包括以单色测试模式，从侧面照明该LCD装置的模式。
30.按照权利要求3的设备，其中的激励模式还包括，用一种颜色的单一LED照明有白色图像的LCD，同时关闭其他颜色的其他LED，据此从侧面照明该LCD的模式。
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