JP5217298B2 - Ｆｐｄドット欠陥検査方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明はＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）ドット欠陥検査方法及び装置に関し、更に詳しくはＦＰＤを構成する発光素子（ドット）の欠陥（各ドットの点灯・消灯の正常性）を検査するようにしたＦＰＤドット欠陥検査方法及び装置に関する。

ＦＰＤの一種としてのＬＣＤ（液晶表示器）のドット欠陥には、制御に拘わらず常に点灯している常時点灯欠陥、常に消灯している常時消灯欠陥、制御指示と逆の状態となる反転欠陥、隣接したドットが点灯してしまう誤点灯欠陥などがある。図６はＬＣＤのドット抜けの説明図である。図において、１はＲ（赤）素子、２はＧ（緑）素子、３はＢ（青）素子である。４は表示面に設けられたマスクである。該マスク４は光らず各色素子の仕切りとして設けられている。５がドット抜けを示しており、Ｂがドット抜け（消灯）であることを示している。

図７は従来の装置構成例を示す図である。図において、１０は全体の動作を制御する制御装置であり、例えばパソコンが用いられる。１１はＬＣＤ、１２は該ＬＣＤ１１に表示されたパターンを読み取るカメラ、１３はＬＣＤの裏面に形成されたバックライトである。１４はＬＣＤ１１を所定のパターンで点灯するパターンジェネレータ、１５はカメラ１２の動作を制御するカメラ制御装置である。パターンジェネレータ１４及びカメラ制御装置１５は制御装置１０と接続されている。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。

制御装置１０からパターンジェネレータ１４にパターンデータを送り、ＬＣＤ１１に所望のパターンを表示させる。この時、制御装置１０からＬＣＤ１１の裏面にバックライト１３が点灯される。この状態で、カメラ１２は制御装置１０で制御されるカメラ制御装置１５から駆動され、ＬＣＤ１１の表示状態を撮影する。このカメラ１２で撮影された情報はカメラ制御装置１５を介して制御装置１０に入る。該制御装置１０は受信したパターン画像データを処理して、前記したＬＣＤ１１内に存在する欠陥素子を検出する。

図８は従来の欠陥の検査概要を示す図である。（ａ）は表示パターン、（ｂ）は表示時間、（ｃ）はカメラ露光タイミング、（ｄ）は撮影回数、（ｅ）は撮影画像である。先ず、Ｒ，Ｇ，Ｂを全て点灯させて白表示を得る。この白表示はカメラ露光タイミングで撮影される。この結果、１回目の画像取得が行われる。次に、Ｒを点灯させ赤表示のみを行なう。この時の撮影画像が（ｅ）に示される。以下、残りの表示についても同様に処理される。この結果、５枚の画像が取得されたものであり、制御装置１０による欠陥検出処理に入る。ＬＣＤの表示の正常性を確認するためには、表示パターン（白色表示：全点灯，赤色表示：Ｒ点灯，緑色表示：Ｇ点灯，青色表示：Ｂ点灯）に対して欠陥の有無を検査する必要がある。このＬＣＤのドット欠陥検査をカメラなどの撮像デバイスを用いて自動化するためには、各表示パターンを撮影し、取得した画像に対して欠陥検出処理を行ない、検査する必要がある。

パターンジェネレータ１４による表示されたＬＣＤ１１をカメラ１２により撮像し、取得した画像データから制御装置１０により欠陥の有無を判定する。従来法によるドット欠陥検査の概要は、図８に示す。パターンジェネレータ１４により表示されたパターンをカメラ１２により撮影し、表示パターンの輝度分布を画像データとして取得する。この操作を計５回行ない、５つの表示パターン輝度分布の画像データを取得する。５つの画像データそれぞれに対して制御装置１０で欠陥検出処理を行ない、ドット欠陥の有無を判定する。

従来のこの種の装置としては、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＹ軸周りの回転が可能な治具の上に表示パネルを載置し、正しく位置決めして例えば同軸落射型顕微鏡、ＣＣＤカメラ、及び画像処理システムを介して欠陥検査する場合に、表示パネル上に潜在的にあるブラックマトリクスを用いて回転の補正が簡単にできるようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

また、ＬＣＤ基板を照明する光源を内蔵し、移動可能な載置台と、ＬＣＤパネルの電極に接触するプローブカードと、点灯検査用の信号を発生するパターンジェネレータと、ＬＣＤパネルに信号を印加した時に、ＬＣＤパネルを撮像するＣＣＤカメラとを備え、前記光源として多数の白色ＬＥＤを前記載置台内全体に均等に分散させて配置すると共に、白色ＬＥＤとＬＣＤ基板の載置面との間に拡散板を設けた技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
特開２００７−２４７４７号公報（段落００１０〜００２０、図１〜図３） 特開２００４−２８７３６８号公報（段落００３２〜００００４０、図１〜図４）

各ドットの空間的な位置情報と点灯状態を精確に撮影するためにはＬＣＤの画面解像度に対して十分な空間分解能を持った撮像デバイスを用いる必要がある。ＬＣＤの微細化に伴い、高い空間分解能を持った撮像デバイスを用いると、撮像時のフレームレートが低くなり撮影時間が長くなる。ドット欠陥検査を考えると、少なくとも５回の撮影が必要なため、必然的に検査時間が大幅に長くなってしまう。本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、１回の撮影で取得した積算輝度画像から、全てのドット欠陥を検出することができるＦＰＤドット欠陥検査方法及び装置を提供することを目的としている。

（１）請求項１記載の発明は、ＦＰＤに一定のパターンを表示させ、ＦＰＤの表示領域をカメラにより撮影し、撮影した画像からＦＰＤの表示領域を構成する各ドットの動作を確認するＦＰＤドット欠陥検査方法において、カメラの１回の撮影露光時間内に、各色別の点灯及び全消灯の表示パターンのうちいずれか複数もしくは全部を用いた組合せを切り替えると共に、カメラの１回の撮影露光時間内に、単調に増加もしくは減少するようにＦＰＤの表示輝度を時間変調させ、撮影露光時間内にカメラ受光面に照射された輝度分布の積算データを画像として取得し、取得した輝度分布の積算データからドット欠陥を検出することを特徴とする。
（２）請求項２記載の発明は、ＦＰＤに一定のパターンを表示させ、ＦＰＤの表示領域をカメラにより撮影し、撮影した画像からＦＰＤの表示領域を構成する各ドットの動作を確認するＦＰＤドット欠陥検査装置において、カメラの１回の撮影露光時間内に、各色別の点灯及び全消灯の表示パターンのうちいずれか複数もしくは全部を用いた組合せを切り替えるパターンジェネレータと、カメラの１回の撮影露光時間内に、単調に増加もしくは減少するようにＦＰＤの表示輝度を時間変調させる輝度変調手段と、撮影露光時間内にカメラ受光面に照射された輝度分布の積算データを画像として取得し、取得した輝度分布の積算データからドット欠陥を検出する制御手段と、を有して構成されることを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、前記表示輝度の時間的な変調パターンを三角波や階段状の増加関数若しくは減少関数状に変調することを特徴とする。
（４）請求項４記載の発明は、前記表示領域の各ドットの発光領域を単位として、空間的には同一の輝度に、表示パターン相互では時間的に異なる輝度になるように前記輝度変調手段によりＦＰＤを制御することを特徴とする。
（５）請求項５記載の発明は、前記制御手段は、前記取得される周期的な輝度分布の積算データから周囲と異なる領域をドット欠陥として検出し、全ての表示パターンにおけるドット欠陥を検出可能としたことを特徴とする。

（１）請求項１記載の発明によれば、１回の撮影により、各表示パターンの輝度分布の積算を画像データとして取得することが可能になり、従って取得した画像データから欠陥検出処理を行なうことで、全てのパターンにおけるドット欠陥の検出が可能となる。
（２）請求項２記載の発明によれば、１回の撮影により、各表示パターンの輝度分布の積算を画像データとして取得することが可能になり、従って取得した画像データから欠陥検出処理を行なうことで、全てのパターンにおけるドット欠陥の検出が可能となる。
（３）請求項３記載の発明によれば、輝度変調信号としてカメラ露光時間内で明るさを単調に増加若しくは減少させることにより、ドット欠陥の検査が可能となる。
（４）請求項４記載の発明によれば、空間的には同一の輝度に、表示パターン相互では時間的に異なる輝度になるようにＦＰＤを制御することができる。
（５）請求項５記載の発明によれば、制御手段が取得される周期的な輝度分布の積算データから周囲と異なる領域をドット欠陥として検出し、全ての表示パターンにおけるドット欠陥を検出可能とすることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態を示す構成図である。図７と同一のものは、同一の符号を付して示す。図７の従来装置と変わった点は、バックライト１３に対して輝度変調器１７により変調をかけるようにした点と、カメラ１２としてモノクロカメラを用いるようにした点である。その他の構成は図７と同じである。

図２は本発明による検査概要を示す図である。従来の装置に対して、本発明では空間的な輝度情報のみを扱うために、空間分解能の高いモノクロカメラを用いるようにした。また、ＬＣＤ１１のバックライト１３の輝度を変調させる輝度変調器１７を使用する。（ａ）は表示パターンを、（ｂ）は表示時間を、（ｃ）はカメラ露光タイミングを、（ｄ）はバックライト輝度を、（ｅ）は撮影画像をそれぞれ示す。

表示パターン（ａ）は、白表示、赤表示、緑表示、青表示、黒表示の５種類の表示がある。初めに、カメラ制御装置１５によりモノクロカメラ１２を起動し、モノクロカメラ１２の露光を開始させる。図に示すΔＴはモノクロカメラ１２の露光時間を示す。カメラ露光時間内に（ａ）に示す５つのパターンを順次表示させる。次に、輝度変調器１７によりバックライト１３の輝度変調を開始する。この輝度変調は、（ｄ）に示す右上がりの波形信号に限るものではなく、Ａに示すようなその他の輝度変調をかけることができる。つまり、右肩下がりや、右肩上がり階段波、右肩下がり階段波等が用いられる。これら波形は、カメラ露光時間ΔＴ内で明るさが単調に増加若しくは減少するように制御する。

これらカメラの露光とバックライトの変調の間に、（ａ）に示す各表示パターンを順次表示させる。以上の操作の結果、１回の撮影により得られた画像データから欠陥検出処理によりドットの欠陥の有無を判定する。即ち、露光時間ΔＴ内に（ａ）に示す５個の表示を行わせ、これら５個の表示を加算したものから（ｅ）に示すような撮影画像を得ることができる。撮影画像を得ることができたら、制御装置１０がこの撮影画像を用いて欠陥検出処理を行なう。

ここで、バックライト１３に輝度変調をかけるのは、白表示の時の赤と赤表示の時の赤とを区別するためである。また、輝度変調をかけずに検査すると、欠陥とみなせない表示があるため、この欠陥も検出できるようにするためである。また、どの表示の時にどの欠陥が見つかるかを認識するためである。なお、色の欠陥は、輝度情報として検査される。

本発明では、１回の撮影により各表示パターンの輝度分布の積算を画像データとして取得することが可能となる。この取得した画像データから欠陥検出処理を行なうことで、全てのパターンにおけるドット欠陥の検出が可能となる。その結果、従来法と同一の撮像デバイスを用いて、検査時間を１／５に短縮することが可能となる。

図３は本発明の具体的な制御手順を示したシーケンス図である。カメラ制御装置１０、輝度変調器１７、パターンジェネレータ１４、モノクロカメラ１２、バックライト１３及びＬＣＤ１１をそれぞれ示している。カメラ制御装置１０からモノクロカメラ１２に対して露光開始信号を与える（Ｓ１）。次に、輝度変調器１７は制御装置１０からの指示によりバックライト１３を単調増加させる（Ｓ２）。

この輝度変調をかけている露光時間内に、Ｒ点灯：Ｇ点灯：Ｂ点灯（Ｓ３）、Ｒ点灯：Ｇ消灯：Ｂ消灯（Ｓ４）、Ｒ消灯：Ｇ点灯：Ｂ消灯（Ｓ５）、Ｒ消灯：Ｇ消灯：Ｂ点灯（Ｓ６）、Ｒ：消灯：Ｇ消灯：Ｂ消灯（Ｓ７）を行なう。モノクロカメラ１２にはこれら５組の点灯：消灯時におけるＬＣＤ１１の状態が加算形成される。全てのパターンを表示した後、バックライト１３の制御を終了させ、露光を終了して画像データを得る。

ここで、バックライトの輝度変調を増加三角波状にした時の各パターンにおける透過光の輝度分布とカメラの感度について図４に示す。（ａ）はバックライトの輝度変調の様子を示す。時間とともに輝度が増加している様子が分かる。（ｂ）は表示パターンを、（ｃ）は透過光輝度を、（ｄ）はそれら各色での透過光輝度を加算したものを示す。横軸を位置、縦軸をカメラ感度とする。白表示の時には、透過光輝度は図に示すように、全ての色の輝度がほぼ同じである。赤表示の時には、赤の対応する位置のみが輝度が高くなっている。

緑表示の時には緑の対応する位置のみが輝度が高くなっている。青表示の時には青の対応する位置のみが輝度が高くなっている。図より明らかなように、バックライトの輝度が高くなるにつれて各色の輝度も高くなっている。黒表示の時には、通常はバックライトの光が透過しないため、輝度は零に近い。

しかしながら、素子に欠陥がある場合には、その素子だけ光ることがある。バックライトの変調は、白表示の時に最低輝度、黒表示の時に最高輝度となるように、各表示パターンの表示領域での透過光輝度がそれぞれ異なるように輝度変調器１７により変調される。

白表示の際、Ｒ，Ｇ，Ｂ各チャネルにてそれぞれ同一透過光輝度となるように、パターンジェネレータ１４にてＬＣＤ１１を制御する。輝度変調幅はモノクロカメラ１２のダイナミックレンジに合わせて調節する。これは、カメラの感度が全ての表示パターンにおける最大輝度の時間的な積算を許容できるものとし、輝度分解能が少なくとも画像データとして３２階調を識別できるものとする。

なお、輝度変調法は増加三角波状だけに限らず、階段状や表示の順によっては減少関数でも可能である。以上の手順により撮影した画像は、ＬＣＤのＲＧＢ各チャネル部において異なった輝度値を持ち、周期的な輝度分布を特徴とする画像を得ることができる。

図５は欠陥例と検出結果を示す図である。（ａ）は常時消灯欠陥を、（ｂ）は常時点灯欠陥を、（ｃ）は反転欠陥を、（ｄ）は誤点灯欠陥をそれぞれ示している。以下、各点灯について説明する。
１）常時消灯欠陥
常時消灯欠陥は、ＬＣＤの駆動の如何に関わらず消灯しているものである。ここでは、Ｒが常時消灯しているものとする。白表示の時にも消灯部分が確認され、Ｒ点灯時にも常時消灯部分は消えた状態で認識される。緑点灯、青点灯、黒表示の時には分からない。
２）常時点灯欠陥
ここでは、緑（Ｇ）に常時点灯欠陥があるものとする。白表示の時には、全ての素子が点灯しているので、常時点灯欠陥は分からない。これが、赤点灯になると、赤の点灯に加えて、故障位置のＧが点灯している。緑点灯となると、全ての緑素子が点灯するので、Ｇの常時点灯欠陥は分からない。黒表示の時にも、当該箇所の緑の素子が点灯している。
３）反転欠陥
反転欠陥は、Ｒが点灯すべきなのに点灯せず、Ｒが消灯すべき時に点灯するものである。白表示の時にはＲは全て点灯する。この時、欠陥素子のＲは消灯する。赤点灯になると、点灯すべき赤の故障箇所の素子のみが消灯する。緑表示のときには赤は消灯している。この時、Ｒの故障箇所は点灯する。青表示の時にも、Ｒの故障箇所は点灯する。黒表示の時も、Ｒの故障箇所は点灯する。この結果、加算画像のＲ位置に対応した素子の輝度が強まる。
４）誤点灯欠陥
誤点灯欠陥は、Ｒが点灯すべき時にＧが点灯し、Ｇが点灯すべき時にＢが点灯し、Ｂが点灯すべき時にＲが点灯するものである。最初の白点灯の時には、全ての素子が点灯しているので、故障箇所は分からない。赤点灯の時には、故障箇所のみＧが点灯している。次に緑点灯の時には、故障箇所のみＢが点灯する。次に、青点灯の時には、故障箇所のみＲが点灯する。黒表示の時には、全て消えるので、故障箇所は判定できない。この時、縦方向の度数分布がＲの部分が大きくなる。横方向の度数分布は、該当箇所が低い値をとる。

以上のような点灯状態を５個加算したデータを作る。この結果、図中に丸で囲った領域に故障箇所が現れる。制御装置１０は、この加算データを受信して、ＬＣＤの発光素子の欠陥部分を前述のアルゴリズムに基づいて決定する。

上述の実施の形態では、ＦＰＤとしてＬＣＤを用いた場合を例にとったが、本発明はこれに限るものではなく、その他の発光素子を用いることができ、それらの発光素子に等しく本発明を適用することができる。また、上述の実施の形態では、カメラとしてモノクロカメラを用いたが、本発明はこれに限るものではない。高分解能のカラーカメラであれば、カラーカメラを用いることもできる。

以上、説明したように、本発明によれば、１回の撮影により、各表示パターンの輝度分布の積算を画像データとして取得することが可能になり、従って取得した画像データから欠陥検出処理を行なうことで、全てのパターンにおけるドット欠陥の検出が可能となる。また、輝度変調信号としてカメラ露光時間内で明るさを単調に増加若しくは減少させることにより、ドット欠陥の検査が可能となる。また、空間的には同一の輝度に、表示パターン相互では時間的に異なる輝度になるようにＦＰＤを制御することができる。制御手段が取得される周期的な輝度分布の積算データから周囲と異なる領域をドット欠陥として検出し、全ての表示パターンにおけるドット欠陥を検出可能とすることができる。

本発明の一実施の形態を示す構成図である。 本発明の検査概要を示す図である。 本発明の具体的な制御手順を示したシーケンス図である。 透過光輝度分布とカメラ感度を示す図である。 欠陥例と検出結果を示す図である。 ＬＣＤのドット抜けの説明図である。 従来の装置構成例を示す図である。 従来の欠陥の検査概要を示す図である。

符号の説明

１０ 制御装置
１１ ＬＣＤ
１２ モノクロカメラ
１３ バックライト
１４ パターンジェネレータ
１５ カメラ制御装置
１７ 輝度変調器

Claims (5)

1. ＦＰＤに一定のパターンを表示させ、ＦＰＤの表示領域をカメラにより撮影し、撮影した画像からＦＰＤの表示領域を構成する各ドットの動作を確認するＦＰＤドット欠陥検査方法において、
   カメラの１回の撮影露光時間内に、各色別の点灯及び全消灯の表示パターンのうちいずれか複数もしくは全部を用いた組合せを切り替えると共に、カメラの１回の撮影露光時間内に、単調に増加もしくは減少するようにＦＰＤの表示輝度を時間変調させ、
   撮影露光時間内にカメラ受光面に照射された輝度分布の積算データを画像として取得し、
   取得した輝度分布の積算データからドット欠陥を検出することを特徴とするＦＰＤドット欠陥検査方法。
2. ＦＰＤに一定のパターンを表示させ、ＦＰＤの表示領域をカメラにより撮影し、撮影した画像からＦＰＤの表示領域を構成する各ドットの動作を確認するＦＰＤドット欠陥検査装置において、
   カメラの１回の撮影露光時間内に、各色別の点灯及び全消灯の表示パターンのうちいずれか複数もしくは全部を用いた組合せを切り替えるパターンジェネレータと、
   カメラの１回の撮影露光時間内に、単調に増加もしくは減少するようにＦＰＤの表示輝度を時間変調させる輝度変調手段と、
   撮影露光時間内にカメラ受光面に照射された輝度分布の積算データを画像として取得し、取得した輝度分布の積算データからドット欠陥を検出する制御手段と、
   を有して構成されることを特徴とするＦＰＤドット欠陥検査装置。
3. 前記表示輝度の時間的な変調パターンを三角波や階段状の増加関数若しくは減少関数状に変調することを特徴とする請求項２記載のＦＰＤドット欠陥検査装置。
4. 前記表示領域の各ドットの発光領域を単位として、空間的には同一の輝度に、表示パターン相互では時間的に異なる輝度になるように前記輝度変調手段によりＦＰＤを制御することを特徴とする請求項２記載のＦＰＤドット欠陥検査装置。
5. 前記制御手段は、前記取得される周期的な輝度分布の積算データから周囲と異なる領域をドット欠陥として検出し、全ての表示パターンにおけるドット欠陥を検出可能としたことを特徴とする請求項２記載のＦＰＤドット欠陥検査装置。

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