JP2020008455A

JP2020008455A - 検査装置

Info

Publication number: JP2020008455A
Application number: JP2018130732A
Authority: JP
Inventors: 箕輪　憲一; Kenichi Minowa; 憲一箕輪
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2020-01-16

Abstract

【課題】平坦なディスプレイの画像を検査するための検査装置を用いて、表示面が湾曲したディスプレイの画像を検査した場合、表示面の中央部よりも周辺端部の方が画像のピッチが狭く見えてしまうという問題があった。【解決手段】所定の曲率半径をもって表示面側で凹状になるように湾曲したディスプレイと対向するように、反射面が凸状となるように湾曲した鏡を設けることを特徴とする。この湾曲した鏡の反射光を従来の画像検査装置に投影するように構成することにより、表示面の中央部と周辺端部との画像のピッチの不均一を解消することができる。【選択図】図６

Description

この発明は、湾曲型の表示装置の表示画像を検査するための検査装置に関するものである。

近年、オーディオ機器、携帯電話等の通信機器、または自動車の速度、エンジン回転数等を操作・制御する運転機器等において、機器の多機能化、インテリジェント化に合わせて、操作する使用者にその機器の動作状態を効率よく表示するディスプレイ装置が注目されている。また、駅や街頭等、多くの人が集まるところにある、文字表示板や広告表示板等のディスプレイ装置は、昔からある手書きの告知板、印刷ポスターから、ＬＥＤ、プラズマディスプレイ・有機EL等による文字あるいはモザイクパターンの表示になり、静止状態から緩やかな動きにそして素早い動きのあるものに改良されてきている。

その中でも、最近においては可撓性をもつ表示ディスプレイも存在し、土台の面形状を気にすることなくディスプレイを設置できるようになりつつある。そのようにディスプレイを平面ではなく曲率を持たせた表示装置を湾曲ディスプレイと表現している。

従来のフラットな平面を有する表示ディスプレイ（平面ディスプレイ）の表示画像を検査する方法としては、表示ディスプレイを点灯駆動させて表示される画像を人が観察して検査する方法の他に、カメラや画像処理装置を用いた装置が自動で検査する方法がある。

後者の自動検査の方法には、装置のコストが掛かるうえに不具合を検出するための感度の適切な調整が必要であるというデメリットはある。しかし、人が観察して検査する方法と比較して、検査に要する時間が短く、欠陥の見逃し等の誤判定や作業者の感度のばらつきが少ない上に省人化のメリットも存在する。表示ディスプレイを大量に生産する工場では効率よく検査させる必要があり、自動検査装置で検査することが有利であるため、従来のフラットな平面を有する表示ディスプレイの場合には自動検査による方法が主流となっていた。

一方、湾曲ディスプレイを表示検査する方法としては、現状の生産数がまだ少ない状況もあって、人が表示画像を確認する方法が主流であるが、湾曲ディスプレイの用途は車載用にとどまらず近年増加傾向を示しているため、いずれは検査装置の自動化が必要となってくる。しかし、湾曲ディスプレイ専用の検査装置を新規に開発、製造することはコストに影響するため、既存の平面ディスプレイの検査装置となるべく共用できるような検査装置がのぞましい。

特開平８−２０５６１６号公報（図８）国際公開ＷＯ２００９／１２８１２３号公報特開２００３−２８７７５９号公報特開２００５−３４５８１９号公報

表示面が所定の曲率半径をもって湾曲する湾曲ディスプレイにおける表示画像の検査が、従来の自動検査装置により行われる場合、以下のような問題が生じる。すなわち、湾曲ディスプレイと自動検査の画像処理装置カメラ間との間の光路長は、中央部と端部とで差が生じるため、各々の画素ピッチが異なるサイズで検出されてしまう。

そのため、上記のような検査を行う場合には、湾曲ディスプレイの表示画像の検査を１工程で行うのではなく、検査領域を複数回に分けて複数工程にかけて行う必要がある。具体的には、湾曲ディスプレイと画像処理装置カメラ間の光路差がなるべく等しくなるようにその方向を複数回変えて、その都度、自動検査装置で検査する等の対処が必要となる。そのため、より多くの検査タクト時間を要してしまう。さらに、方向の角度を調整する制御機構も必要になるため、従来の自動検査装置の機構を大幅に改造する必要が生じ、コストの増大につながる。

本発明は、従来の平面ディスプレイの自動検査装置本体をそのまま利用し、平易な改良により湾曲ディスプレイの検査を平面ディスプレイと同等の１工程で処理することで、コストを大幅には増加させず、さらに検査タクト時間を平面ディスプレイ検査と同等にして生産性を向上させることを目的としている。また人の確認による検査をしないことにより、誤判定や欠陥見逃し等のヒューマンエラーを発生させずに検査することで、湾曲ディスプレイの歩留りや品質を低下させないことを目的としている。

本特許は、表示面を湾曲させて形成する湾曲ディスプレイの表示映像の検査装置において、表示させた映像を湾曲させた鏡に反射させることにより、湾曲ディスプレイの中央部から端部いずれの位置の映像をも歪ませずに同じピッチで検出することを可能とする検査装置である。

本発明によれば、湾曲ディスプレイを表示させた映像を湾曲させた鏡に映し、鏡で反射させた映像を自動検査装置の画像処理装置に取り込むことで、湾曲ディスプレイの中央部と端部の画素サイズを均一な大きさとして検出させることができる。これにより、従来の平面ディスプレイ自動検査での検査と同様にパネルの方向を変えずに画僧処理を１工程でできることで検査タクトを平面ディスプレイ検査と同等にして生産性を向上させることができる。

本実施の形態１にかかる湾曲した液晶パネルの外観図である。本実施の形態１にかかる湾曲した液晶ディスプレイの上面図である。本実施の形態１にかかる湾曲した液晶ディスプレイの平面図である。本実施の形態１にかかる湾曲した鏡の上面図である。本実施の形態１にかかる湾曲した鏡の平面図である。湾曲ディスプレイの自動検査装置を示した図である。湾曲ディスプレイと湾曲鏡と光照射経路を示す図である。湾曲ディスプレイと湾曲鏡と光照射経路を示す図である。湾曲した鏡の設置位置と形状とのプロット図である。

以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。まず、湾曲ディスプレイについて説明する。湾曲ディスプレイは、所定の曲率（曲率半径）を有したパネルを有する。当該パネルは液晶パネルでも有機ＥＬパネルでもいいが、ここでは液晶パネルを例にとって説明する。ここで、湾曲ディスプレイは、湾曲した液晶パネルと、光源や光学的フィルム等を有するバックライトとを収納した構成から成る。ここで図１に示すのは、湾曲した液晶パネルの外観図である。

液晶パネル１００の具体的な構成としては、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子が配列して配置されるアレイ基板１１０と、アレイ基板１１０と対向して配置される表示面を有する対向基板１２０とアレイ基板１１０と対向基板１２０との間の表示面２に対応する領域を囲う様に配置され、両基板を貼り合わせる樹脂からなるシール材１３０（図の中では点線で図示）と、このシール材１３０により囲まれアレイ基板１１０と対向基板１２０との間の表示面２に対応する領域に封止された液晶（図示せず）から構成されている。

対向基板１２０側は表示側が凹面となる方向に、所定の曲率に湾曲した外観を為している。また、湾曲方向は、液晶パネル１００の長手方向（ここでは、基準として、直線状に設けられるアレイ基板１１０と対向基板１２０の下側の辺を長手方向としている）と平行な方向に湾曲の曲率が最大となる方向である。

また、表示面２には端部２ａ、中央部２ｂ、端部２ｃを付記している。ここで、端部２ａ、２ｃは表示面２の両端部と対応する。中央部２ｂは表示面２の中心を通る線であって、湾曲方向と垂直方向の線上の領域を指す。

この他に、液晶パネル１００は駆動信号を発生する駆動用ＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）などを装備した制御基板１４０を備えている。

以降、湾曲ディスプレイを表す際は簡略化した表示を用いることとする。図２は本実施の形態に係る湾曲ディスプレイ１の上面図であり、湾曲の方向を確認することができる方向から見た図である。また、図３は湾曲ディスプレイの正面図であり、湾曲ディスプレイの映像を確認することができる方向から見た図である。

湾曲ディスプレイ１は例えばアクティブマトリクス型の液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置であって、その表示映像は微小かつ多数の画素の集合体により形成されている。１つの画素の長さを画素ピッチということがある。また、図２と図３にも図１と同様に、表示面２には端部２ａ、２ｃと中央部２ｂとを記載している。

図２からは湾曲ディスプレイの表示面側が凹状となるように一方向Ｆのみに沿って湾曲させていることがわかる。ここで、湾曲方向Ｆとは、図１でも示したように液晶パネルの長手方向と平行な方向に湾曲の曲率が最大となる方向である。ここで湾曲した湾曲ディスプレイと同じく、湾曲パネルも所定の曲率（曲率半径）を有している。

また、本実施の形態に係る湾曲ディスプレイは図２においてその厚みがどこもほぼ同じである断面形状を確認することができ、湾曲方向Ｆと垂直な方向には湾曲されていない。図３で示す正面図も同様である。

図２に示すように端部２ｃにおける表示面の接線Ｍｃと方向Ｆとがなす角度は、中央部２ｂにおける表示面の接線Ｍｂと方向Ｆとがなす角度よりも大きい。そのため図２に示すように、方向Ｆと垂直な方向から湾曲ディスプレイの表示映像を端部２ｃにて視認した場合と、中央部２ｂにて視認した場合とでは、両者で同じはずの画素ピッチが見かけで異なることになる。すなわち、端部２ｃにおける見かけの画素ピッチは、中央部２ｂにおける見かけの画素ピッチよりも短くなる。図示していないが、中央部２ｂとの関係でいえば、端部２ｃも端部２ａも同じである。

従来の平面ディスプレイの表示映像の検査装置では、図３に示すように視認される映像を基にした検査が行われるため、このような画像ピッチの増減は表示映像の検査結果に大きな影響を与える。

次に、本実施の形態に係る湾曲ディスプレイの自動検査装置を構成する鏡（ミラー）について説明する。図４は、本発明の湾曲ディスプレイ自動検査装置に使用する湾曲鏡の上面図であり、図５は湾曲鏡の正面図である。いずれの図にも、図１〜３と同様に、端部３ａ、３ｃと中央部３ｂとを記載している。

ここで、表示面２ａから射出された光は端部３ａに照射され、表示面２ｃから射出された光は端部３ｃに照射されるものとする。したがって、中央部３ｂは必ずしも湾曲鏡３の中央にあるとは限らない。また、ディスプレイ１の表示面２の中央部２ｂが線状の領域であることと対応して、中央部３ｂも線状の領域である。

湾曲鏡３は、検査の際に可視光を反射させる面である反射面３１を有しており、図５においては反射面３１を視認することができる。図４において反射面３１の裏面に相当するのは背面３２であり、反射面３１がある側と反対の側は背面３２側と呼ぶ。

図４からは湾曲鏡３の厚みがどこもほぼ同じである断面形状を確認することができ、湾曲鏡３は反射面３１側が凸状となるように一方向のみに湾曲させていることがわかる。すなわち、本実施の形態に係る湾曲鏡３では図４から確認できる湾曲方向と垂直な方向には湾曲させていない。

次に、図６を用いて、本発明の湾曲ディスプレイ用の自動検査装置の説明を行う。図６は本発明の湾曲ディスプレイ自動検査装置を示した図である。図６においては、先に説明した検査対象としての湾曲ディスプレイ１と、検査の際に映像を光反射する反射面３１を有する湾曲鏡３と、ＣＣＤカメラ４と画像処理端末５を備えた自動検査装置６が示されている。

まず、湾曲鏡３について説明する。湾曲ディスプレイ１の表示面２ａ、２ｂ、２ｃから表示映像である光がディスプレイ１の表示面２と垂直な方向であって、図６において右方向に位置する湾曲鏡３に向かう方向に射出される。ここで、湾曲鏡３は、湾曲ディスプレイ１の中央部２ｂから表示面２と垂直方向に延びた場所に、湾曲鏡３の中央部３ｂが位置するように設置されている。また、湾曲鏡３の中央部３ｂにおいては湾曲ディスプレイ１の湾曲方向Ｆより４５°傾くような形状を有している。

そのため、湾曲鏡３の中央部３ｂにおける湾曲カーブの接線の方向は、湾曲ディスプレイ１の中央部２ｂと湾曲鏡３の中央部３ｂとを結ぶ方向と４５°を成すように設置されている。ここで湾曲ディスプレイ１から照射された光は表示面２と垂直な方向に進行し、湾曲鏡３において入射角と同じ角度で反射する。したがって、湾曲ディスプレイ１の中央部２ｂから射出した光は、湾曲鏡３の中央部３ｂに照射されて反射角９０°で反射し、直下にあるＣＣＤカメラ４に垂直に入射することになる。

また、湾曲鏡３は、反射した光を画像処理装置の検出器において表示面の周辺部と中央部で画素サイズに歪みなく同じサイズで検出させるように、その反射面３１のカーブ角度を設定し湾曲させている。つまり、端部３ａ、３ｃや中央部３ｂで反射した光だけでなく、表示面２の任意の場所で反射した光が、各々ＣＣＤカメラ４に入射した時には互いに同じ画素サイズとなって検出されるように設定されたカーブ角度を反射面３１は有している。

そのため、湾曲鏡３に映った画像を画像処理装置ＣＣＤカメラで捉えて、その画像を従来の画像処理端末にて検出させることにより、従来方法では細く検出されていた湾曲ディスプレイ１の表示面２の端部２ａ、２ｃにおける画素も中央部２ｂにおける画素と同じサイズで検出される。これらの画素ピッチを等しく揃えることが可能となる。

更に湾曲ディスプレイ自動検査装置の周囲を暗幕７等にて暗室にする。上記湾曲鏡を作成することと環境(暗幕をセットする等)を整えることで従来の画像処理検査装置や画像処理端末（ＰＣ、ソフトも含む）をそのまま活用できるため、大幅な装置コストをかけずに湾曲ディスプレイの表示映像の検査が可能となる。

このように本発明においては、反射面３１のカーブ形状の設定が重要である。このカーブの設定によって本実施の形態に係る湾曲鏡３は、湾曲ディスプレイ１の任意の点から垂直に射出された光について、その画素ピッチが均一になるように、かつ、光をＣＣＤカメラ４に垂直に入射させる機能を有している。

次に、湾曲鏡のカーブ形状を設定する方法について、図７を用いてより詳細に説明する。図７は湾曲ディスプレイから射出した光の光路を示した図である。図７において、まず湾曲ディスプレイ１の任意の位置２ｄから垂直方向ｐに光が射出し、湾曲鏡３の位置３ｄに照射されている。位置２ｄにおける表示面２の接線をＭ１として一点破線で示す。このＭ１で示した方向と垂直な方向に光が射出されるが、この方向をＰ１として一点破線で示す。さらに、湾曲鏡３の位置３ｄにおける接線Ｍ２を想定すると、位置３ｄにおける光の入射角と反射角は図のようにβで示される。

図７で示すように、位置３ｄと対向する湾曲ディスプレイ１の位置２ｅから湾曲方向Ｆと垂直な方向（図中、Ｖで図示する方向）とＰ１とが成す角度がαである場合の光路は、入射角がβで湾曲鏡３に当たる場合、反射角も同様にβになる。反射角βで反射された光はＣＣＤカメラ方向へは９０°の角度で侵入させる必要がある。

したがってαとβとの関係として、180°＝2β+α+90°であり、β＝(90°−α)/2を満たすように湾曲鏡３の反射面３１を作成すればよい。

ここで、図７において位置３ｄからＣＣＤカメラに反射される方向をＰ２として一点破線で示している。また、位置２ｅと位置３ｄとを接続する方向をＸとして一点破線で示し、位置２ｅにおいて方向Ｘと垂直な方向をＥとして一点破線で示している。

また、図７の湾曲ディスプレイ１の任意の位置２ｄから表示面２と垂直に”ｐ”にてＰ１方向に進行する光がＣＣＤカメラ４に進入するとする。位置３ｄと対向する湾曲ディスプレイ１の位置２ｅから湾曲方向Ｆと垂直な方向で位置３ｄまでの距離をＸ０とし、位置３ｄで反射した光がＣＣＤカメラ４へ到達するまでの距離をＬとした場合、Ｘ０とＬを決定することにより、湾曲鏡３の反射面３１の形状が決定する。

なお、図７において、ＣＣＤカメラへの光の到達ラインをＨで示しており、光がＨを横切った点４ａでＣＣＤカメラ４に到達したとみなしている。距離Ｌは位置３ｄから位置４ａの間の距離である。

湾曲ディスプレイ１と湾曲鏡３の設置位置を決めるには所定の関係を満たすように設置する必要がある。図８は湾曲鏡の設置位置と反射面の形状とを示した一例である。

図８に湾曲鏡の設置位置を計算するための模式図を示す。湾曲ディスプレイ１の中央部２ｂから湾曲鏡３の中央部３ｂまでの距離をＸとする。また、湾曲鏡３の中央部３ｂからＣＣＤカメラ４まで反射光が到達する経路を示した一点鎖線がＣＣＤカメラへの光の到達ラインＨと交わる点を４ｂとする。鏡３の中央部３ｂからＣＣＤカメラ４までの距離は、図８において中央部３ｂから位置４ｂまでの距離とみなすことができるので、その距離をＹＹとする。

湾曲鏡３が無いと仮定した場合に湾曲ディスプレイ１の両端部２ａ、２ｃから射出された光が各々垂直に進行する方向で交わる点をＱとする。交点Ｑは湾曲ディスプレイ１の曲率中心でもある。また、湾曲ディスプレイ１の一方の端部２ａからの垂線と湾曲ディスプレイ１の中央部２ｂからの垂線とのなす角をθmaxとする。そして、交点Ｑから湾曲鏡３の中央部３ｂまでの距離をＸ１とする。

湾曲鏡３の端部３ａにおいて反射した光はＣＣＤカメラに垂直に到達する。湾曲鏡３の端部３ａからＣＣＤカメラ４まで反射光が到達する経路を示した一点鎖線がＣＣＤカメラへの光の到達ラインＨと交わる点を４ａとする。このときＣＣＤカメラ４側において湾曲鏡３の中央部３ｂから到達した位置と端部３ａから到達した位置との距離をＸ２とする。図において距離Ｘ２は、位置４ａと位置４ｂとの間の距離に相当する。言い換えれば、湾曲ディスプレイ１の端部２ａから中央部２ｂにかけての画像が、位置４ａと位置４ｂとの間で示した範囲に投影されることになる。

ここで、表示面２の任意の点２ｆから射出した光が湾曲鏡３に反射してＣＣＤカメラ４に到達する場合、交点Ｑから見て当該任意の点２ｆと湾曲ディスプレイ１の中央部２ｂとがなす角をθとする。ハッチングで塗られた直角三角形の関係式より、Ｙ＝(Ｘ１＋Ｘ２*θ/θmax)tanθが成り立つ。例えば、湾曲ディスプレイ１の端部２ａから射出した光の場合、Ｙは（Ｘ１＋Ｘ２）tanθmaxであり、中央部２ｂから射出した光の場合、Ｙはゼロであり、任意の点２ｆから射出した光の場合のＹは、その間で所定の値をとることになる。また、任意の点２ｆから射出した光は図示しないが、位置４ａと位置４ｂとの間の位置に投影されることになる。ここで図８からわかるように、Ｙは、任意の点２ｆから垂直に照射された光が湾曲鏡３で反射される位置３ｅとＣＣＤカメラ４との間の距離Ｙ＋ＹＹと、前述の距離ＹＹとの差からも算出される。なお、図８においては便宜上、Ｙ＋ＹＹをＹ１としても表している。

Ｘ１は湾曲鏡３の曲率できまる定数であり、Ｘ２は湾曲ディスプレイ１の端部２ａからの光をＣＣＤカメラへ到達させる位置（ピッチ）を表す定数であり、Ｙは任意のθの式で表せる。Ｘ、Ｘ１、Ｘ２(Ｘ１、Ｘ２はどちらかを決めれば他方がきまる値)を決めることで、湾曲鏡３の位置はθの位置によって決まる曲線の形状となる。

図９は湾曲鏡３の設置位置と形状を示した一例である。湾曲ディスプレイ１の中央部２ｂと湾曲鏡３の中央部３ｂとの間の距離Ｘ、湾曲鏡３の中央部３ｂとＣＣＤカメラ４までの距離ＹＹにて、湾曲ディスプレイ１の曲率半径を３０°とした場合、湾曲鏡３の設置位置と形状Ｘ、Ｙは図９の位置にプロットされる。

鏡の作成方法としては、樹脂を使用した曲がる鏡を使用してもよい。もしくは３Ｄディスプレイを用いて上記関係式を満たす鏡の方を作成したのち銀メッキして作成するのが望ましい。

また、湾曲鏡の設置位置の実際の調整は、レーザーを用いたアライメント機構を使用することが望ましい。

また、本発明は湾曲ディスプレイと画像処理装置とを垂直な位置に設置した場合を記載しているが、位置関係が別の角度であっても画像処理装置に画素が同じサイズに検出されるように湾曲鏡の形状と設置位置を調整すれば同様の画像検出が可能である。

更に湾曲ディスプレイの湾曲方向が本実施の形態とは逆に、表示面が凸となるような場合であっても、湾曲ディスプレイの表示面と対向する湾曲鏡の反射面を図７〜図９で示した関係を満たすように湾曲させることで、同様の画像検出や画像検査が可能である。

１湾曲ディスプレイ、
２表示面、２ａ端部、２ｂ中央部、２ｃ端部、２ｆ任意の点、
３湾曲鏡、４ＣＣＤカメラ、４ａ、４ｂ光の到達ライン、
５画像処理端末、６自動検査装置、７暗幕、
３１反射面、３２背面、１００液晶パネル、１１０アレイ基板、
１２０対向基板、１３０シール材、１４０制御基板、
Ｑ交点（曲率中心）

Claims

所定の曲率半径を有するように所定の一方向に沿って湾曲した表示面を有する表示装置の画像を検査する検査装置であって、
前記方向に対向するような方向に沿った湾曲する反射面を有する鏡と、
前記表示装置から射出されて前記鏡で反射された光を取り込む受像素子と、
前記受像素子で取りこまれた光を処理演算する装置と、
を有し、
前記表示装置と、前記鏡と、前記受像素子とは、
前記表示装置の表示面の任意の点から垂直に射出されて前記鏡で反射された光が、前記受像素子に垂直に取りこまれるように配置されており、
前記表示装置の表示領域において前記一方向に沿った両端部から各々垂直に照射された光路の交点からみた前記表示装置の中央部と前記表示装置の一方の端部とがなす角度θmaxと、
前記表示装置の中央部から垂直に照射された光が前記鏡において反射される前記鏡の中央部から前記交点までの間の距離Ｘ１と、
前記鏡の中央部と前記受像素子との間の距離ＹＹと、
前記表示装置の両端部の一方から垂直に照射された光が前記鏡の端部で反射された光の光路と、前記表示装置の中央部２ｂから垂直に照射された光が前記鏡の中央部で反射された光の光路と、の間隔Ｘ２と、
前記交点から見て、前記表示装置の中央部と前記表示装置の任意の位置とが成す角θと、
前記表示装置の前記任意の位置から垂直に照射された光が前記鏡で反射される位置と前記受像素子との間の距離Ｙ１とは、
Ｙ１−ＹＹ＝（Ｘ１＋Ｘ２＊θ／θmax）ｔａｎθ
を満たす事を特徴とする検査装置。