DE102006034950A1

DE102006034950A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Detektion von Farbfehlern in struktuierten Farbfiltern

Info

Publication number: DE102006034950A1
Application number: DE200610034950
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr. Lorenz; Marko Voitel; Michael Dr. Fuss
Original assignee: Basler AG
Current assignee: Basler AG
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2008-01-31

Abstract

Bei einem Verfahren zur Bestimmung von Farbfehlern in strukturierten Farbfiltern, insbesondere für Anzeigesysteme, wie Flachbildschirme und dergleichen, wird die zu analysierende Filterfläche mit einer Lichtquelle beleuchtet und es wird wenigstens für das Areal eines Pixels ein Transmissionsspektrum über wenigstens einen Wellenlängenbereich gemessen. Die einzelnen Transmissionsspektren werden miteinander verglichen und Abweichungen in der Farbe erfaßt. Dabei kann für jeden Pixel ein Transmissionsspektrum gemessen werden und der Vergleich der Transmissionsspektren pixelweise erfolgen, es können aber auch Areale analysiert werden, die ein Vielfaches der Pixelgröße betragen. Ferner kann der Vergleich der Transmissionsspektren stichprobenartig erfolgen, wobei der Vergleich der Spektren bevorzugt durch einen Vergleich der Varianzen der Transmissionswerte erfolgt. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt wenigstens eine Lichtquelle, eine dieser nachgeschaltete Linse, eine Apertur, eine zweite Linse, einen optischen Chopper, eine Schlitzblende sowie einen Gitter-Monochromator.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Fehler in strukturierten Farbfiltern, insbesondere für Anzeigesysteme, wie Flachbildschirme und dergleichen, bei dem die zu analysierende Filterfläche mit einer Lichtquelle beleuchtet wird und bei dem die Fehler durch eine mathematische Operation analysiert werden. Ferner betrifft sie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
Strukturierte Farbfilter finden als Flachbildschirme in zahlreichen elektronischen Geräten, wie Fernsehgeräten, Computermonitoren, Mobiltelephonen, sogenannten Personal Digital Assistents (PDAs), Autoradios und dergleichen, Verwendung. Die Erzeugung des Farbeindrucks für den Betrachter erfolgt bei solchen Flachbildschirmen und Displays zumeist durch eine gesteuerte Mischung der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau, auch bekannt als RGB-Farben. Für jeden Pixel eines Farb-Flachbildschirms oder Farb-Displays sind daher drei sehr kleine Filter in den Farben Rot, Grün und Blau vorhanden, die auch als Subpixel bezeichnet werden. Die drei Filter eines Pixels sind räumlich unmittelbar aneinandergrenzend nebeneinander angeordnet, wobei ihr Abstand so gering ist, daß das menschliche Auge sie nicht mehr einzeln aufzulösen vermag, so daß ein Pixel mit den drei Filtern als ein Punkt wahrgenommen wird. Übliche Pixelgrößen für Flachbildschirme liegen bei 200 bis 600 Mikrometern pro Filter-Triplet. Mobiltelephone und PDAs weisen zumeist noch kleinere Pixelgrößen von etwa ca. 90 bis 150 Mikrometern pro Pixel auf. Die einzelnen Farben können dabei mittels des sogenannten "Sein Coating"-Verfahrens aufgetragen werden, heute werden sie jedoch meist durch Bedrucken aufgebracht.
Solchermaßen hergestellte Farbfilter können unterschiedliche Defekte aufweisen. Häufig auftretende Fehler sind Risse, kleine Löcher, Kratzer, Partikel, Wölbungen und dergleichen. Daneben existiert eine Klasse von Fehlern, die in Fachkreisen auch als Mura-Fehler bezeichnet werden und die sich dadurch auszeichnen, daß es zu meist nur geringen Abweichungen in der Farbe oder in der Helligkeit der Filter kommt. Mura-Fehler können unregelmäßig flächig ausgebildet sein; daneben treten auch Fehler auf, die als "Line Mura" und "Band Mura" bezeichnet werden und die sich optisch als Strich oder Band durch den Flachbildschirm oder das Display ziehen.
Es gibt unterschiedliche Ansätze, um derartige Fehler des Typs Mura zu detektieren. Eine erhebliche Schwierigkeit besteht dabei darin, daß der Fehler oft erst am bereits fertiggestellten Flachbildschirm für den Betrachter erkennbar wird. Teilweise wird die Inspektion im Zuge der Herstellung von Flachbildschirmen deshalb nicht automatisiert, sondern von Maschinenbedienern durchgeführt.
Aus der US 2005-02 203 30 A1 ist darüber hinaus ein Verfahren zur Inspektion von Mura-Fehlern bekannt geworden, bei dem die Oberfläche einer Fotomaske ein regelmäßiges Muster aufweist und bei dem diese Fotomaske mit nahezu parallelem Licht beleuchtet wird. Die von der Oberfläche gestreuten Lichtanteile werden dann analysiert, um Mura-Fehler zu detektieren.
Weiterhin ist es aus der WO 9700452 A3 bekannt geworden, zur Detektion von Mura-Fehlern ein digitales Bild zu erstellen und die Pixel mittels einer sogenannten Laplace Entwicklung zu berechnen, um durch eine mathematische Operation unter Berücksichtigung der Hintergrundbeleuchtung den Fehler zu analysieren.
Da die bekannten Verfahren entweder teuer, aufwendig und/oder zeitintensiv sind, gilt die Detektion von Mura-Fehlern bisher als nicht zufriedenstellend gelöst, wobei erhebliche Probleme insbesondere darin bestehen, Mura-Fehler zu detektieren, bevor die strukturierten Farbfilter in einen Flachbildschirm oder in ein Display eingebaut werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem flächige oder ausgedehnte Fehler in strukturierten Farbfiltern von Flachbildschirmen und Displays zuverlässig und mit möglichst geringem Aufwand bereits vor ihrem Einbau detektiert werden können. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitzustellen.
Zur Lösung der ersten Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß bei einem derartigen Verfahren wenigstens in dem Areal eines Pixels ein Transmissionsspektrum über wenigstens einen wellenlängenbereich gemessen wird und daß die einzelnen Transmissionsspektren miteinander verglichen und Abweichungen in der Farbe erfaßt werden. Dabei wird für eine Position des Filters die Varianz oder eine andere abgeleitete Kenngröße der Meßwerte eines Teils oder des gesamten Spektrums berechnet. Dies erfolgt für alle bzw. für ausgewählte Positionen des Filters. Treten Abweichungen in der Varianz oder einer anderen abgeleiteten Kenngröße für verschiedene Positionen oder Areale auf, so deutet dies auf das Vorhandensein von Mura-Fehlern hin und wird registriert. Darüber hinaus können Schwellwerte für die Abweichung in der Varianz oder der entsprechenden anderen abgeleiteten Kenngröße definiert werden, um die Mura-Fehler automatisch zu detektieren.
Die Lösung der weiteren Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung, die wenigstens eine Lichtquelle, eine dieser nachgeschaltete Linse, eine Apertur, eine zweite Linse, eine Schlitzblende sowie einen Gitter-Monochromator umfaßt.
Die Erfindung weist dabei den Vorteil auf, daß die bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Messung des Transmissionsspektrums in Verbindung mit der Berechung der Variation eine einfache und schnelle Analyse auch von sehr großflächigen Farbfiltern für Flachbildschirme und Displays ermöglicht. Dabei ist es auch möglich, stichprobenartige Messungen eines Filters vorzunehmen und diese zu analysieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist schnell und kann mit modernen Spektroskopiegeräten auch in den Fertigungsprozeß flächiger Farbfilter integriert werden.
Die Berechung der Varianz der Transmission stellt dabei eine Möglichkeit dar, die verschiedenen Werte eines Spektralbereiches in eine Zahl zu fassen. Computerprozessoren können diese statistische Größe extrem schnell berechnen, da der Algorithmus im Prozessor direkt abgelegt ist, so daß die Analyse der Filter in Echtzeit erfolgt. Es sind aber auch andere Formeln verwendbar, mit denen die Einzelwerte eines Transmissionsspektrums kondensiert werden können. So kann auch die Standardabweichung berechnet werden, die mit der Varianz mathematisch verknüpft ist. Es kann aber im Rahmen der Erfindung auch jede andere Formel genutzt werden, die aus den Werten der Transmission einen Wert generiert.
Ferner ist es auch möglich, die Differenzen der Werte zweier Pixel oder zweier Areale zu bilden und diese oder deren Beträge aufzusummieren. Eine komplizierte mathematische Operation ist in diesem Fall nicht erforderlich, um die Unterschiede zwischen den Spektren für zwei Pixel oder zwei Areale zu ermitteln.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine Anordnung zur Erfassung von Farbfehlern in strukturierten Farbfiltern;
2 den Verlauf der Transmission eines Farbfilters über einen großen Spektralbereich;
3a–3c Meßkurven für den Verlauf der Varianz der Transmission über die Fläche eines Farbfilters für drei eng begrenzte Spektralbereiche;
4 eine Visualisierung der Meßkurven gemäß 3c und
5 die Integration der Anordnung gemäß 1 in eine automatisierte Vorrichtung zur Erfassung von Farbfehlern in strukturierten Farbfiltern.
Die in 1 dargestellte Anordnung zur Erfassung von Farbfehlern in strukturierten RGB-Farbfiltern zeigt eine zu untersuchende Probe 1, die in einer Untersuchungsvorrichtung positioniert ist. Diese besteht aus einer Lichtquelle 2, einer dieser nachgeschalteten Linse 3 und einer Apertur 4 auf der einen Seite sowie einer zweiten Linse 5, einer Schlitzblende 6 sowie einem Gitter-Monochromator 7 als Auswerteeinheit auf der anderen Seite der Probe 1.
Mit dieser Auswerteeinheit wird die Transmission gemessen, also nur solches Licht, das den Filter 1 passiert. Diese Transmission wird in relativen Einheiten von "null" bis "eins" gemessen. Wobei "null" bedeutet, daß kein Licht den Filter 1 passiert hat und "eins" bedeutet, daß alles Licht den Filter passiert hat. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird jeder Pixel des zu analysierenden Farbfilters spektral mit einer Lichtquelle 2 vermessen, die das Spektrum in den Farben Rot, Grün und Blau erzeugt. Im Fall des hier dargestellten Ausführungsbeispiels wird dafür eine Halogenlampe verwendet. Somit wird für jeden Pixel die Transmission in drei unterschiedlichen Spektralbereichen aufgenommen. 2 zeigt dabei exemplarisch den Verlauf der Transmission eines Farbfilters 1 über einen Spektralbereich Fall von 400 bis 650 Nanometern.
Anschließend wird die Varianz aller Transmissionswerte für die drei ausgewählten Wellenlängenbereiche, in diesem Fall von 430 nm bis 510 nm, von 510 nm bis 580 nm und von 600 nm bis 700 nm berechnet. Die Varianz ist dabei ein Maß für die Streuung, d.h., ein Maß für die Abweichung einer zu messenden Größe von ihrem Erwartungswert. Ist der Filter homogen und zeigt keine lokalen Farbabweichungen, so sollten die drei Varianzen für die drei Wellenlängenbereiche an jedem Meßort gering sein. Fehler in Farbverlauf werden durch den Vergleich der drei Varianzen mit Schwellwerten für jede Position bestimmt. Abweichungen in mindestens einer der drei Varianzen zeigen einen Fehler im Farbverlauf an, wie dies in 3c dargestellt ist, wobei in diesem Fall ein Defekt erkannt wurden.
Zum Zwecke der Visualisierung kann jedem möglichen Wert der Varianz ein Farbwert oder ein Helligkeitswert zugeordnet werden. Der Farbwert oder der Helligkeitswert wird in ein X/Y-Diagramm für jede Position, die einer Position des Filters entspricht, eingetragen. Abweichungen der Varianzen treten dann deutlich sichtbar für den Betrachter hervor, wie dies in 4 erkennbar ist, in der Scharen von Meßkurven der Art, wie sie in 3c dargestellt sind, visualisiert sind.
Das vorangehend beschriebene Meßverfahren kann im Rahmen einer Produktionsanlage für Farbfilter und Flachbildschirme dazu genutzt werden, eine automatisierte Echtzeit-Qualitätskontrolle zu etablieren. Berechnet die Datenverarbeitungsanlage eine Abweichung, die einen festzulegenden Grenzwert über- oder unterschreitet, so kann die Produktionsvorrichtung angehalten werden. So zeigt 5 die Integration der Anordnung gemäß 1 in eine automatisierte Vorrichtung zur Erfassung von Farbfehlern in strukturierten Farbfiltern. Dabei ist eine aus – im hier gezeigten Fall drei – Spektrometern 11 bestehende Detektionsvorrichtung 9 oberhalb einer Rollenfördereinrichtung 12 angeordnet. Auf dieser werden Arrays 10 von Farbfiltern, wie durch die Pfeile angedeutet, unter der Detektionsvorrichtung 9 hindurch transportiert und im Hinblick auf Fehler analysiert.
In Abwandlung des vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiels ist die Lichtquelle nicht auf eine einzelne polychromatische Lampe beschränkt. Es können auch farbiges Licht emittierenden Leuchtdioden (LEDs) zur Beleuchtung verwendet werden. Die LEDs müssen eine gewisse Bandbreite aufweisen, damit ein Transmissionsspektrum gemessen werden kann. Handelsübliche dreifarbige LEDs weisen üblicherweise ein Bandbreite von ca. 3 × 30 nm bis 3 × 50 nm auf, was zur Bestimmung eines Transmissionsspektrums nach dem vorangehend beschriebenen Verfahren ausreichend ist. So ist die Verwendung von roten, grünen und blauen LEDs möglich. Dabei ist ein gegenüber einem polychromatischen Strahler verbessertes Rausch-Signal-Verhältnis zu erzielen, da nur mit solchen Wellenlängen beleuchtet wird, die den Filter im gewünschten Spektralbereich passieren können, und der Anteil von Störlicht auf diese Weise reduziert wird.
Die kleinste Fläche, von der ein Spektrum sinnvoll aufgenommen werden kann, wird durch die Größe eines Pixels definiert. Statt alle einzelnen Pixel spektral zu vermessen, kann auch ein Areal, das mehrere oder viele Pixel umfaßt, spektral vermessen werden. Dabei stehen dann lokale Durchschnittswerte zu Verfügung, die in vielen Fällen zur Bestimmung von Mura-Fehlern ausreichend sind. Damit die Abweichung zwischen den Meßpunkten bei Bereichen ohne Mura-Fehlern möglichst klein wird, kann es ferner sinnvoll sein, durch Blenden oder optische Verfahren das Areal auf ein ganzzahliges Vielfaches der Fläche eines RGB-Pixels einzustellen.
Es ist im Rahmen der Erfindung nicht zwingend notwendig, den gesamten Filter in der über die ganze Ausdehnung des Flachbildschirms oder Displays spektral zu vermessen. Aufgrund des Herstellungsprozesses liegen in vielen Fällen Vorzugsrichtungen von Mura-Fehlern vor, so daß es mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich ist, den Gesamtfilter lediglich stichprobenartig spektral zu vermessen und auf diese Weise das Verfahren noch erheblich zu beschleunigen.

Claims

Verfahren zur Bestimmung von Farbfehlern in strukturierten Farbfiltern, insbesondere für Anzeigesysteme, wie Flachbildschirme und dergleichen, bei dem die zu analysierende Filterfläche mit einer Lichtquelle beleuchtet wird und bei dem die Fehler durch eine mathematische Operation analysiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens für das Areal eines Pixels ein Transmissionsspektrum über wenigstens einen wellenlängenbereich gemessen wird und daß die einzelnen Transmissionsspektren miteinander verglichen und Abweichungen in der Farbe erfaßt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Pixel ein Transmissionsspektrum gemessen wird und daß der Vergleich der Transmissionsspektren pixelweise erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Areale ein Vielfaches der Pixelgröße betragen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich der Transmissionsspektren stichprobenartig erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich der Spektren durch einen Vergleich der Varianzen der Transmissionswerte erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich der Spektren durch einen Vergleich der Standardabweichungen der Transmissionswerte erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich der Spektren mittels Subtraktion erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich der Spektren durch das Berechnen von drei Wellenlängen-Bändern pro Pixel erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich der Spektren in den Wellenlängen-Bändern von 450 bis 600, von 550 bis 700 und von 600 bis 750 Nanometern erfolgt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eine Lichtquelle (2), eine dieser nachgeschaltete Linse (3), eine Apertur (4), eine zweite Linse (5), eine Schlitzblende (6) sowie einen Gitter-Monochromator (7) umfaßt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) aus einer Kaltlichtquelle besteht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) aus einer Halogenlampe besteht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) aus einer weißes Licht emittierenden Leuchtdiode besteht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) aus drei farbiges Licht emittierenden Leuchtdiode besteht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) aus einer dreifarbiges Licht emittierenden Leuchtdiode besteht.