JP5145768B2 - ディスプレイ試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶ディスプレイなどの多数の画素をマトリックス状に並べ、各画素の透過率を個別に変更するなどして、それぞれの画素を点灯・消灯を設定し、画像などを表示するディスプレイの試験装置、とくに各画素が設定したとおりの点灯状態になるかを試験する画素欠陥試験に関する。

ディスプレイ装置における画素の欠陥試験では、ディスプレイに設定したパターンを表示し、表示面をカメラで観察し、設定したパターンとカメラで撮像したパターンとを比較照合することによって、この差異を欠陥として検出している。近年、ディスプレイはますます高精細化の傾向にあり、それに伴って、上記画素の欠陥試験には、１台のカメラでは、ディスプレイ上の全表示領域を撮像することが困難になってきている。そこで、複数台のカメラを用い、領域を分割して各カメラでそれぞれ領域毎に試験することが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開平０７−２７７１４号公報は、ディスプレイの画像を読み取る複数の撮像手段と、ディスプレイに検査パターンを表示させる手段と、撮像した画像信号を検査項目に応じて処理して、ディスプレイの欠陥および欠陥位置を特定するものである。

また、特開２０００−８１３６８号公報は、ディスプレイの画像を読み取る複数の撮像手段を有し、感度の違いを補正して、欠陥を検出するものである。
特開平０７−２７７１４号公報 特開２０００−８１３６８号公報

従来技術は、いずれもディスプレイ装置を高精細に検査するために、複数台の撮像装置（カメラ）を用いることを特徴としている。しかしながら、表示画素の高精細化が進むと、より多くのカメラが必要になるという問題点があり、さらに高精細化が進むと、１台のカメラで試験できる領域はより小さくなって、それぞれのカメラが一定の大きさを持つため、互いに干渉し、配置することが困難になるという問題も生じてくる。図１０に示すように、例えば、４台のカメラ１００を用いた場合、ディスプレイ２００の表示面を４分割し試験を行うこととなる。検査画素領域１１０として、ディスプレイ２００の４分割された表示領域２０１（実線部）に対し、カメラ１００で捉えられる視野領域１０１は、点線部のように個々のカメラでカバーする範囲が大きくなってしまう。

そこで、本発明では、ディスプレイの表示画素の大きさに比べて分解できるサイズがより大きく、ディスプレイの１画素を分解することのできないカメラを用いても、カメラの台数を増やすことなく画素欠陥試験を行うことを可能とすることを目的とする。

第一の発明は、ディスプレイ画面の欠陥を検査するディスプレイ試験装置であって、前記ディスプレイ試験装置に予め設定された複数の画素表示パターンを逐次生成することによってディスプレイを表示させる表示手段と、表示された前記画素表示パターンを撮像するカメラの撮像タイミングを制御する撮像制御手段を備え、前記カメラで分解可能な最小画素サイズがディスプレイの１画素よりも大きな場合、前記カメラで分解可能な最小画素サイズに応じて分割された前記ディスプレイの矩形領域において、１画素だけを同時に点灯させることを特徴とするディスプレイ試験装置に関する。

すなわち、第一の発明によれば、ディスプレイの画素分解能より低いカメラを用いて、ディスプレイ画面の欠陥を検査する場合の画素表示パターンとして、ディスプレイ画面を分割して、分割された各領域の複数の画素において同時に点灯させる画素の数を制限する構成とすることによって、ディスプレイの１画素を分解することのできないカメラを用いてもカメラの台数を増やす必要がなく、ディスプレイの画素欠陥を高精度に検出することが可能となる。

また、第一の発明によれば、例えば、ディスプレイ画面をサイズ縦１／２Ｘ横１／２の４個の矩形領域に分割し、各分割領域内の複数の画素において１画素のみを同時に点灯させる構成とすることによって、それぞれの領域で同時に点灯する画素が高々１画素となるようにパターンの点灯を制限し、当該パターンの系列は全ての画素が１度は点灯、消灯するように定めておき、どの画素も点灯・消灯するように複数のパターンを撮像することで全ての画素欠陥が検出可能となる。

第二の発明は、予め設定された前記複数の画像表示パターンは、前記カメラの撮像タイミングに合わせて逐次生成されることを特徴とする上記第一の発明に記載のディスプレイ試験装置に関する。

すなわち、第二の発明によれば、ディスプレイの表示とカメラでの撮像は、例えば、タイミングジェネレータにより管理され、予め設定された複数の画素表示パターンが、カメラの撮像タイミングに合わせて逐次生成されるため、ディスプレイが所定の表示を行う度にカメラで表示面の画像を取り込むことが可能となる。

第三の発明は、前記画素表示パターンは、前記カメラで分解可能な最小画素サイズが、ディスプレイの画素サイズの（Ｎ−１）Ｘ（Ｎ−１）倍より大きく、Ｎ×Ｎ倍以下のとき、ディスプレイ上の画素の矩形領域をＮ×Ｎ画素に分割して設定されたものであることを特徴とする上記第一または第二の発明に記載のディスプレイ試験装置に関する。

すなわち、第三の発明によれば、例えば、カメラで分解可能な最小画素サイズが、ディスプレイの画素サイズと同じか、あるいは２×２倍のとき、ディスプレイ上の画素の矩形領域を２×２の４画素に分割し、また、ディスプレイの画素サイズの２ｘ２倍より大きく、３×３倍以下のとき、ディスプレイ上の画素の矩形領域を３×３の９画素に分割し、各領域で画素表示パターンを定める構成とすることによって、ディスプレイの１画素を分解することのできないカメラを用いてもカメラの台数を増やす必要がなく、ディスプレイの画素欠陥を高精度に検出することが可能となる。

第四の発明は、前記ディスプレイが正常な場合の前記各画素表示パターンに対応した前記カメラによる画素毎の出力値を出力系列のデータテーブルとして記憶部に保存し、試験時に前記ディスプレイの出力値を当該データテーブルの出力系列と比較することで欠陥を判定することを特徴とする上記第一乃至第三の発明のいずれかに記載のディスプレイ試験装置に関する。

すなわち、第四の発明によれば、ディスプレイが正常に点灯している場合の各画素表示パターンに対応して撮像したカメラの出力値を、試験するパターンの順に出力系列のデータテーブルとして予め記憶部に蓄えておき、実際の試験時に取得したパターンの出力系列のデータと当該データテーブルとを比較する構成とすることによって、ディスプレイの欠陥を精度良く特定することが可能となる。

上記してきた本発明により以下の効果が生まれる。
（１）ディスプレイの画素分解能より低いカメラを用いて、ディスプレイ画面の欠陥を検査する場合の画素表示パターンとして、ディスプレイ画面を分割して、分割された各領域の複数の画素において同時に点灯させる画素の数を制限する構成とすることによって、ディスプレイの１画素を分解することのできないカメラを用いてもカメラの台数を増やす必要がなく、ディスプレイの画素欠陥を高精度に検出することが可能となる。

具体的に、例えば、ディスプレイ画面をサイズ縦１／２Ｘ横１／２の４個の矩形領域に分割し、それぞれの領域で同時に点灯する画素が、高々１画素となるようにパターンの点灯を制限し、当該パターンの系列は全ての画素が１度は点灯、消灯するように定めておくことによって、どの画素も点灯・消灯するように複数のパターンを撮像することで全ての画素欠陥が検出可能となる。
（２）ディスプレイの表示とカメラでの撮像は、タイミングジェネレータにより管理され、予め設定された画素表示パターンが、カメラの撮像タイミングに合わせて逐次生成される構成とすることによって、ディスプレイが所定の表示行う度にカメラで表示面の画像を取り込むことが可能となる。
（３）ディスプレイが正常に点灯している場合の各画素表示パターンに対応して撮像したカメラの出力値を、試験するパターンの順に出力系列のデータテーブルとして予め記憶部に蓄えておき、実際の試験時に取得したパターンの出力系列のデータを当該データテーブルと比較する構成とすることによって、ディスプレイの欠陥を精度良く特定することが可能となる。

以下、図面にもとづいて本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態になるディスプレイ試験装置の基本構成を示す。本ディスプレイ試験装置は、試験対象のディスプレイ２、ディスプレイ２の画面を撮像する複数のカメラ１、ディスプレイ２の表示とカメラ１での撮像のタイミングを制御し、ディスプレイ２が所定の表示行う度にカメラ１で表示面の画像を取り込むタイミングジェネレータ３（撮像制御手段）、ディスプレイ２を試験するため予め設定された複数の画素表示パターンをタイミングジェネレータ３に連動して逐次生成するパターンジェネレータ４（パターン生成手段）、およびカメラ１の出力をデジタル信号として取り込んでディスプレイ２の画素欠陥を判定する画像処理部１０と記憶部１４を有するパーソナルコンピュータ５から構成されている。

なお、画像処理部１０では、カメラ１の出力をデジタル信号として取りこむカメラ信号取得手段、予め設定した複数の画素表示パターンが格納された記憶部１４を参照し、実際の試験時に取り込んだカメラ１の出力値と比較してディスプレイ２の画素欠陥を判定する比較判定手段、およびディスプレイ２が正常動作するときのカメラ画像の出力値を各画素パターンの試験順に出力系列のデータテーブルとして保存する出力系列保存手段とから構成されている。

図２は、本発明の実施の形態になるディスプレイ試験のための画素表示パターン例を示す。本実施例のディスプレイ検査では、点灯パターンを自由に制御可能としており、カメラが分解できるサイズがディスプレイ２の表示画素サイズの概ね２×２倍であることを仮定している。なお、このとき、表示画素を２×２個の矩形領域に分割し、それぞれの領域で同時に点灯する画素が高々１画素となるようにパターンの点灯を制限する。このパターンの系列は、全ての画素が１度は点灯、消灯するように定めている。

図３は、本発明の実施の形態になる各種試験パターンによるディスプレイの表示とカメラの撮像タイミングを表す図である。本例は、図２のパターン１〜５を順番にディスプレイ２に点灯させ、当該パターンがディスプレイ２に表示されるタイミングで順次、カメラ１で撮影されることを示している。

図４は、本発明の実施の形態になる試験パターンに対するカメラの出力系列の比較例を示す。本例では、カメラ１の分解可能な最小のサイズをディスプレイ２の画素サイズ２×２倍とした場合、５回目のタイミングで生成する全消灯のパターンを含め５パターンになる。２×２画素を１つの領域とし、各領域で、表の“点灯パターン”を表示している。なお、黒く塗りつぶした画素が点灯する画素である。このとき、欠陥のない領域（表の“正常時”）は、表示した通り点灯する。

領域内の１箇所が点灯しているときのカメラ１の各画素の出力を１とすると、各タイミングでのカメラ出力の系列は、１，１，１，１，０ となる。この系列を標準パターンとして予め記憶部１４に記録しておき、撮像後にこのパターンと実際にカメラ１が出力したパターンとを比較する。なお、表の“欠陥がある場合”は、欠陥の例に対する出力を示している。

常時消灯の欠陥がある場合、その画素を点灯したタイミングで、出力は０になり、一方、常時点灯の欠陥がある場合、その画素を点灯するタイミング以外で標準パターンよりも１多い出力となる。いずれの場合も、標準パターンと違いが生じるので、その領域に欠陥のあることとが判定できる。また、１つの領域に常時点灯、常時消灯の欠陥がある場合、には、標準パターン（正常時のパターン）と異なった出力値となる。

このような照合をカメラ画像の各画素で行うことで、当該画素に対応したディスプレイ２の領域での欠陥の有無を判断することが可能となる。

図５は、本発明の実施の形態になるディスプレイ試験のための画素表示パターン例（３Ｘ３分割の場合）を示す。これまでは、カメラ１の分解可能な最小のサイズをディスプレイ２の画素サイズが２×２倍の場合を例としたが、画素サイズが３×３倍の場合（カメラ分解能がデイスプレイ表示能の１／３の場合の点灯パターン）においても、分割領域を３×３画素とし、図５のような１０通りの正常時パターンを撮像することで同様な検査が可能である。この場合のカメラ出力の標準系列は、１，１，１，１，１，１，１，１，１，０となる。

図６は、本発明を適用しない場合の低分解能カメラによる検出失敗例を示す。図６の左側の図は、画素欠陥のパターン例を示し、右側の図は、低解像のカメラ１（分解能は、上記の２×２画素の分解能である）で、当該欠陥を撮像した場合のカメラ画像を示している。また、上段の図は、全ての画素を点灯したときに点灯しない画素がある場合の欠陥（常時消灯欠陥）である。低解像のカメラ１では、１画素のみの消灯は、周りの画素の明るさに埋もれて検出することが困難になる。さらに、下段の図は、全ての画素を消灯したときに消灯しない画素欠陥（常時点灯欠陥）がある場合を示している。この場合も、１画素の点灯は、検出が困難となる。

図７は、本発明の実施の形態になるディスプレイ試験装置による画素欠陥の検出例（その１）を示す。本例は、図６と同様、上記の２つの欠陥を持つディスプレイ２を本手法の表示パターンによって表示（左図）し、同じ低解像のカメラ１で撮像した画像（右図）の例である。

カメラ１の感度を正常なパターンのとき中間値を出力するよう調整すると、常時消灯欠陥を含む領域に対応するカメラ１の画素は暗く、また常時点灯欠陥を含む領域に対応するカメラ１の画素は明るく検知可能となる。つまり、全点灯時の常時消灯欠陥や、全消灯時の常時点灯欠陥の検知の場合、低解像カメラに求められるダイナミックレンジは、０：１：３：４（全消灯：１画素点灯：１画素消灯：点灯）であるのに対して、本提案のパターンを用いた場合、０：１：２（１画素消灯：正常パターン：１画素点灯）となり、より低いダイナミックレンジで欠陥の検出が可能となることを証明している。

なお、１つのパターンだけでは、当該パターンで点灯している画素の常時点灯欠陥や消灯している画素の常時消灯欠陥を検出することはできないが、どの画素も点灯・消灯するように複数のパターンを撮像することによって全ての画素欠陥の検出が可能となる。

図８は、本発明の実施の形態になるディスプレイ試験装置による画素欠陥の検出例（その２）を示す。本実施例は、図７と同様の欠陥、点灯パターンで試験したもので、カメラ１の位置が表示面に対して表示画その半ピッチずれた場合の検出例である。

半ピッチずれた場合においても、同様な感度が得られ、本手法では、カメラ１とディスプレイ２の相対位置に影響を受けずに欠陥の検出が可能なことを示している。

図９は、本発明の実施の形態になるディスプレイ試験装置における画素欠陥検査の処理フローを示す。まず、ディスプレイ２の表示画素とカメラ１の分解能で定まるパターンの数（ｎ）だけ、ｎ＝１からｎまでのパターンをディスプレイ２に表示し、当該表示画面をカメラ１によって撮像することを繰り返し、カメラ１の画像を記録する（ステップＳ１１〜Ｓ１５）。このとき、入力画像の画素サイズが縦横ともディスプレイ２の画素サイズの整数倍になるように入力画像をリサイズする（本例では２×２倍）。ステップＳ１４のリサイズ処理は、予めカメラ１の光学倍率を調整することによって省略可能な場合もある。また、全てのパターンの撮像が完了した後で行うことも可能である。

つぎに、全てのパターンの表示、撮像が完了したら、記録した画像の各画素について、予め作成した期待される出力の系列と実際の画像からえた系列を比較する（ステップＳ１６）。このときの比較例では、図３で説明したように、分割された領域内の１箇所が点灯しているときのカメラ１の各画素の出力を１とすると、各タイミングでのカメラ出力の系列は、１，１，１，１，０となる。この系列を標準パターンとしてあらかじめ記録しておき、撮像後にこのパターンと実際にカメラ１が出力したパターンとを比べる。そして、ステップＳ１７において、欠陥の有無、欠陥があった場合、欠陥を検出した位置などの情報を表示、記録して試験を終了する。

本発明の実施の形態になるディスプレイ試験装置の基本構成を示す図である。 本発明の実施の形態になるディスプレイ試験のための画素表示パターン例（２Ｘ２分割の場合）を示す図である。 本発明の実施の形態になる各種試験パターンによるディスプレイの表示とカメラの撮像タイミングを表す図である。 本発明の実施の形態になる試験パターンに対するカメラの出力系列の比較例を示す図である。 本発明の実施の形態になるディスプレイ試験のための画素表示パターン例（３Ｘ３分割の場合）を示す図である。 本発明を適用しない場合の低分解能カメラによる検出失敗例を示す図である。 本発明の実施の形態になるディスプレイ試験装置による画素欠陥の検出例（その１）を示す図である。 本発明の実施の形態になるディスプレイ試験装置による画素欠陥の検出例（その２）を示す図である。 本発明の実施の形態になるディスプレイ試験装置における画素欠陥検査の処理フローを示す図である。 従来のディスプレイ試験装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１ カメラ
２ ディスプレイ
３ タイミングジェネレータ（撮像制御手段）
４ パターンジェネレータ（パターン生成手段）
５ パーソナルコンピュータ
１０ 画像処理部
１１ カメラ信号取得手段
１２ 比較判定手段
１３ 出力系列保存手段
１４ 記憶部

Claims (4)

1. ディスプレイ画面の欠陥を検査するディスプレイ試験装置であって、
   前記ディスプレイ試験装置に予め設定された複数の画素表示パターンを逐次生成することによってディスプレイを表示させる表示手段と、表示された前記画素表示パターンを撮像するカメラの撮像タイミングを制御する撮像制御手段を備え、
   前記カメラで分解可能な最小画素サイズがディスプレイの１画素よりも大きな場合、
   前記カメラで分解可能な最小画素サイズに応じて分割された前記ディスプレイの矩形領域において、１画素だけを同時に点灯させることを特徴とするディスプレイ試験装置。
2. 予め設定された前記複数の画像表示パターンは、前記カメラの撮像タイミングに合わせて逐次生成されることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ試験装置。
3. 前記画素表示パターンは、前記カメラで分解可能な最小画素サイズが、ディスプレイの画素サイズの（Ｎ−１）Ｘ（Ｎ−１）倍より大きく、Ｎ×Ｎ倍以下のとき、ディスプレイ上の画素の矩形領域をＮ×Ｎ画素に分割して設定されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載のディスプレイ試験装置。
4. 前記ディスプレイが正常な場合の前記各画素表示パターンに対応した前記カメラによる画素毎の出力値を出力系列のデータテーブルとして記憶部に保存し、試験時に前記ディスプレイの出力値を当該データテーブルの出力系列と比較することで欠陥を判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のディスプレイ試験装置。

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