TW200529102A - An image enhancement technique in inspecting visual defects of polarizers in TFT-LCD industry matrices - Google Patents

Description

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一·發明所屬之技術領域 近年來薄膜電晶體液晶顯示器（TFT—LCD)被應用在許多 ，電子產品如投影機、電腦螢幕、筆記型、電腦、電視 ，。最近十年間TFT-LCD的需求量強烈增加，為了減少每 單位的生產成本，故藉由從一塊玻璃基板上取得更多的 LCD面板，因而傾向生產更大尺寸的TFT — LCD。然而打丁― LCD^製造的面積變得更大時，發生不同種類瑕疵之機率也 ，得更為頻繁，一旦發生錯誤的機率大於事前界定值，昂 貝的TFT-LCD則被迫報廢。故一套快速且精確之機器視覺 檢測系統成為TFT-LCD製造商與其元件供應商的急迫需 偏光板佔了 TFT-LCD面板1 〇%的材料成本且會強烈影響 光的反射、LCD對比、光學呈現和人眼的可視角度範圍。 一對偏光板分別位在TFT-LCD面板的外層與内層，它能依 偏光的適合角度來減少不需要的反射。完美的偏光板使人 較不易產生視覺疲勞，所以受到更多顧客的喜愛。偏光板 之常見可見瑕疵為微粒（Particle)、污染（Stain)和大範 圍明暗不均（Mura)，本發明提出之影像強化過濾器可凸顯 偏光板之可見瑕疵，更有利於後續之自動化機器視覺。 二·與本發明有關之先前技術 T F T _ L C D的主要元件包含薄膜電晶體晶格陣列（τ ρ τ

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Array)、彩色滤光片（Color Filter)、背光模組（Backlighting module) 、 液晶 （Liquid crystal) 、 軟式 印刷電 路板（Flexible PCB)、驅動與控制積體電路（Driver and control ICs)和偏光板（Polarizers)(如第一圖所示）。 大部分的TFT-LCD製造商自製TFT array並且外購其他原料 與零組件。T F T a r r a y瑕庇可能為點瑕症、線瑕疯、彎線 瑕疵（一群不規則之TFT晶格相互電氣影響）和Mura瑕疵。 目前的機器視覺檢測TFT array之方式為逐列掃描影像中 的每個像素，某些與鄰近區域像素的灰階值有顯著差異的 像素位置會被記錄。機器視覺檢測系統可依這些位置進一 步的判斷瑕疵的種類。彩色濾光片的瑕疵主要可分為微觀 (Micro)瑕疵與巨觀（Macro)瑕疵。微觀瑕疵有針孔、微 粒、裂縫，此為非常小的瑕疵通常要用機器視覺系統檢 測’巨觀瑕疯包含污染、晶格對位不正和Mura瑕疲目前則 以人工目測檢驗。相似於TFT array的區域性瑕疵，彩色 濾光片之Mura瑕疵定義為大範圍色彩不均或空間域的雜 訊，Mura瑕疵只能在某些特定視角才會被檢視出來，所以 在TFT-LCD產業中將檢測Mura瑕疵視為最大的挑戰。檢測 彩色濾光片的色彩不均問題可用統計方法，然而，這些 法需要大量的資料來了解估計參數的準確性和偵測結果 影響。目前檢測偏光板之可見瑕疵是以人工目測方式 打，但在TFT-LCD產業中關於機器視覺系統檢測偏光 研究則極少。 若使用白色的LED背弁调， . 月7U /席，一無瑕疵之偏光板會呈現全

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黑影像。然而在相同的光源條件下，微粒與污染等瑕疵會 ^現較亮的現象。第二圖（a)為一真實偏光板之次影像，j 衫像内包含一微粒與Mura瑕疵，次影像的解析度為丨2〇 X 120像素且視野範圍為6mmx 6mm。在第二圖（a)中，—“瑕 疵覆蓋了，張次影像而且其右側部分較亮。若傳統的影像 強化過濾器如Robert、Sobel 'Sharpening使用於第二圖 u)_，處理後之影像分別列於第二圖（b)至第二圖。如 第二圖（b)所示，經由Robert過濾器處理後之微粒瑕疵變 為模糊，而Mura瑕疵則被消除而無法偵測。在第二圖（c) 中，雖然Μ粒瑕疫邊緣和内部被be 1過濾器強化後變得 更冗’但Mura瑕疵被縮小成模糊線，這對接下來的瑕疵偵 測處理較無幫助。雖然藉由Sharpening過濾器處理後ha 瑕疲對比變兩了（如第一圖（d ))，但微粒瑕疯仍然出現局 部較亮的現象。 另一辨別黑色背景偏光板上可見瑕疵的方法為調整閥 值（Thresholding)。第二圖（a)之像素灰階值-頻率直方圖 ，於第二圖（e)。在第二圖(^)中，直方圖顯示低對比且給 定的兩個閥值並不有效突顯微粒瑕疵或Mura瑕疵。以第一 個閥值（Ί\ )處理後的二值化影像如第二圖（f)所示，如果使 用第一個閥值’左邊部分的Mura瑕疵將消失不見。如果第 一個閥值（I)設定後’則只剩下微粒瑕疵還存在而Mura瑕 疵全部消失（此圖未列示）。第一個閥值是依手動調整而第 一個閥值則取決於’’最小變異數"演算法。以相同方式對圖 二（c)調整閥值，相對於第二圖（c)的灰階值-頻率直方圖

200529102 五、發明說明（4) 列於第二圖（g ) ’其經由第一個閥值（)二值化影像處理 後一值化衫像列於第二圖（h )，M u r a瑕疯變成了許多細線 而使得進一步的分析更為複雜。基於上述的計算，傳統影 像強化技術可能無法直接使偏光板可見瑕疵獲得較高的對 比’故不利於後續之機器視覺檢測。 三·本發明内容說明 一張灰階影像中位於第i列與第】行的像素Pij，其新的灰 階值是依據自身及周圍相鄰一特定大小視窗内的像素加以 權重後的結果，此過程通常被稱為過濾（filtering)。在 1發明中’—個像素Pu的標準差（SD)取樣於以Pij為中心 執二匕窗中乂個像素的灰階值，整張影像的每-個像素都 化私。此標準差經由像素的計算方式如下： Σ Σ k2 (1) Σ Σ (2) 1

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五、發明說明（5) 其中 G Vmn •原始影像中第m列第n行像素的灰階值 k ·視窗的尺寸 1 : 一整數，其值為Int· [(k/2) —J ] uijk :以像素Pij為中心取自y個像素的平均灰階值 sljk ··以像素Pij為中心取自k2個像素的灰階值標準差 &值是像素點Plj相對位置的記錄，以相同的方 :昭方r 像的所有像素都有他們自己的標準差值。 偏光板次影像中所有像素的最大與最 i 分別標示為。在此發明 二:偏純μ像像素點pij的新灰階值（）被 ：255 吟 (3) 實務上一微粒瑕么或一污染瑕疵之邊緣將會造成較大 疵則人衫 時發生存在著微粒瑕疵和Mura瑕 庇’則此Mura瑕疵區域内之傻音太舌 變的非當的I故7 ? 素在重新尺度後的灰階值會 殳的非㊉的小。為了克服這個特殊 過10則被指定為10，而且方程式n 二、σ果〜_超 定為1 0。所有像辛的新方+ sUk超過1 0亦將其設 次影像。值被策集以重新建構強化後的 200529102 五、發明說明（6)

第三圖（a)為真實偏光板Mura瑕疵覆蓋整張次影像的實 例’其相對應之直方圖顯示於第三圖（b)中，呈現出低對 比的影像。經由Sob el與Sharpening過濾器處理後的影像 個別顯示於第三圖（c )與第三圖（e )，均呈現出非常低對比 影像’這可由對照它們個別的直方圖（第三圖（d )與第三圖 (f))證明之。將第三圖（a )的影像以本發明之過濾器處理 後之結果顯示於第三圖（g )，視窗的大小k值設定為5。對 於此Mura瑕疲的影像強化結果顯示本發明之過濾器較優於 S^obel和Sharpening過濾器，這是由第三圖（h)中顯示出較 兩對比影像直方圖而確定的。而且本發明之過濾器應用於 第二圖（a)時（k = 5)，處理後之影像顯示於第三圖（丨）。在 第一圖（i)中’微粒瑕症完全變亮且心以瑕窥區域經由本 發明之過濾器轉換後也變得更明顯，第三圖（i )中之‘η 的值為2.604而skmin的值為〇。第三圖（丨）的直方圖列於第三 圖（j )，它建議分成三個種類：灰階值為〇 (黑色背景）、灰 階值為25 5 (微粒瑕疵）和灰階值介於1 〇 _9 〇 (Mura瑕疵區域 範圍）。經由本發明之過濾器執行後不需要再運用閥值進 一步的區分。為了比較本發明之過濾器與3〇1^1過濾器， 多元闊值（篮1111^016-1；11以311〇1(^叫）仍運用於第三圖（1)。 第三圖（k)與第三圖（1)的影像是分別由閥值Tsdr2與1將影 像二值化後的結果，TSDR2的閥值是由最小變異數決定的， 而！^〖1的閥值是經由手動調整的，如果應用了較小的，則 越來越多Mura瑕疵像素變成許多區塊並覆蓋整張次影像， 因此較容易被偵測。

第10頁 200529102 五、發明說明（7) 四·本發明實施方式 以一背光白色LED燈加上擴散板、5〇mm鏡頭與45mm延伸 環用來增加偏光板的能見度，使用四張真實偏光板次影像 為測試樣本以證實本發明之過濾器之有效性，四張真實偏 光板次影像的解析度為1 20 X 1 20像素且視野範圍為6mm X 6 mm ’視窗尺寸k值設定為5。測試樣本一至三在不同的位 置都有一Mura瑕疵，樣本一至三分別顯示於第四圖、

(d)和（g)。然而，樣本一與樣本二的Mura瑕疵較黑（模糊） 而樣本二的Mur a瑕疯則較亮；樣本四則同時存在著微粒、 π染（左上角有一死掉的小蟲）和較亮的肋^瑕疵，樣本四 影像如第四圖（j )。測試樣本一至樣本四經由本發明之過 慮器處理後之影像分別顯示於第四圖（b )、（ e )、（ h )和 (k)。相對於第四圖（b)、（e)、（h)和（k)之像素灰階值—頻 率直方圖列於第四圖（c)、（f)、（1)和（1)。測試樣本一至 四之skmax值分別為1 · 4 8 7、2 · 5 2 5、9 · 0 2 5和1 0 ;測試樣本一 至二之^丨11值為〇，樣本四之31^11值為0.124。

•根據第四圖（a)至（〇，由於樣本一與樣本二的直方圖 =呈現出高對比，因此本發明之過濾器成功分離出背景與 較黑之Mura瑕疵。請注意第四圖（c)和第四圖（f)中白色/的 j素非常少，故並未清楚顯示出較大的頻率尺度。 ^本三，如第四圖⑴中的直方圖表示大約有45個1 白於色則 素和8 1 0黑色的像素。經由本發明之過濾器處理後大部

第11頁 200529102 五、發明說明（8) ' 1^一 分的，素之灰階值介於10到17〇之間，顯示在整張次影像 、中覆蓋了大範圍Mura瑕疵。如第四圖（k);測試樣本四之 >可染與微粒被影像強化和放大成為全白的影像，除了缺陷 和微粒之外，第四圖（k )中存在著許多淡像素，而且在第 四圖（1 )中並無黑色像素存在’顯示整張次影像中均勻地 覆蓋輕微Mur a瑕疵。基於樣本一至樣本四之實驗結果，本 發明之過濾器對於偏光板之污染、微粒*Mura瑕疵呈現出 良好的影像強化結果，故可對於後續之瑕疵偵測與分類提 供更多豐富的資訊。 將第四圖（k)做進一步的多元閥值（Multiple_ thresholding)處理，經由閥值Τ·與τ_處理後的二值化 影像分別列第五圖（a)與第五圖（b )。藉由閥值1_處理 後’污染和微粒瑕症清楚地顯示出來，且經由閥值處 理後的Mura、污染與微粒瑕疵結合成許多區塊。經由本發 明之過濾器處理後產生許多白色像素，再藉由最小變異數 閥值（TSDR2)，污染與微粒瑕疵可被偵測出來，若降低閥 值，在偏光板上的Mura瑕疵會產生越來越多的區塊。 本發明之過濾器可強化TFT-LCD產業偏光板上之可見瑕 疲如微粒、污染和Mura，應用在偏光板上效果優於傳統的 影像強化過濾、器如：Robert、Sobel和Sharpening。本發 明之過濾器之影像強化技術簡單、實用以及直接，而且不 需要高解析度的影像。因此，在TFT-LCD產業中它較有可 能被接受和實際導入。

第12頁 200529102 五、發明說明（9) 參考文獻 1. J. H. Kim, S. Ahn, J. W. Jeon, and J. E. Byun, M A high-speed high-resolution vision system for the inspection of TFT LCD1 丨，IEEE International Symposium on Industrial Electronics Proceedings, 1， pp. 101-105, 2001·

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第14頁 200529102 五、發明說明（π) 第15頁 200529102 圖式簡單說明 弟一圖·薄膜電晶體液晶顯示器（T f τ - L C D )的主要元件架構 第二圖· (a) —真實偏光板之次影像；内含一微粒與Mura瑕疵 (b) 圖（a)經由Robert過濾器處理後之次影像 (c) 圖（a)經由Sobel過濾器處理後之次影像 (d) 圖（a)經由Sharpening過濾器處理後之次影像 (e) 圖（a)之像素灰階值-頻率直方圖 (f )圖（a )以第一個閥值（I )處理後的二值化影像

(g )圖（c )之像素灰階值-頻率直方圖 (h)圖（c)以第一個閥值（Tsl)處理後的二值化影像 第三圖· (a) —真實偏光板Mura瑕疵覆蓋整張次影像 (b )圖（a)之像素灰階值-頻率直方圖 (c) 圖（a)經由Sobel過濾器處理後之次影像 (d) 圖（a)經由Sobel過濾器處理後之灰階值-頻率直方圖 (e) 圖（a)經由Sharpening過濾器處理後之次影像 (f )圖（a)經由Sarpening過濾器處理後之次影像

(g )圖（a )經由本發明之過濾器處理後之次影像 (h)圖（g)之灰階值-頻率直方圖 (i )第二圖（a)經由本發明之過濾器處理後之次影像 (j )圖（i)之灰階值-頻率直方圖 (k )圖（i)以第二個閥值（TSDR2)處理後的二值化影像

200529102 圖式簡單說明 (1)圖（i)以第一個閥值（tsdr1 )處理後的二值化影像 第四圖· (a) 測試樣本一 (b )圖（a)經由本發明之過濾器處理後之次影像 (c)圖（b)之像素灰階值-頻率直方圖 (d )測試樣本二

(e )圖（d)經由本發明之過濾器處理後之次影像 (f )圖（e )之像素灰階值-頻率直方圖 (g )測試樣本三 (h) 圖（g)經由本發明之過濾器處理後之次影像 (i) 圖（h)之像素灰階值-頻率直方圖 (j )測試樣本四 (k)圖（j)經由本發明之過濾器處理後之次影像 (1 )圖（k)之像素灰階值-頻率直方圖 第五圖.第四圖（k)進一步多元閥值處理 (a )以第二個閥值（TSDR2)處理後的二值化影像

(b) 以第一個閥值（TSDR1)處理後的二值化影像

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Claims (1)

1. 200529102 六、申請專利範圍 1 · 一種檢測薄腺Φ曰_。。_ 沖n 、電日日體液日日顯不器（TFT-LCD)偏光板可見 瑕疵之影像強化方法。 2’如申請專利範圍第1項之方法，進-步地包含： /一偏光點的新灰階值(GV’ij)是由自己的標準差 像素的最小標準差（ ^ ^kmii ,/ ,栖、Γ斤有像素的最大標準差（Sk_ )與影像中所有 所決定，亦即 GV卜 ^hnin) 255 3.如申請專利範圍第i項之方法，進一步地包含： 如果skmax超過10則被指定為10，且3设超過1〇亦將其設定 1〇〇 /、 π