光達檢測科技有限公司的大尺寸 LCD 光學量測系統

Author(s):
彭 康洪 - 光達檢測科技有限公司
余 章凱 - 光達檢測科技有限公司

Industry:
Industrial Controls/ Devices/ Systems, Automotive

Products:
Data Acquisition, Machine Vision, LabVIEW

The Challenge:
欲建構 LCD 光學量測系統來檢驗面板品質，將面臨的問題有： 1. 建立一套量測系統可快速對面板上某一點之 9 點、13 點、25 點均齊度之 Luminance (輝度)、CIE (色座標)、Chromaticity、VIEW ANGLE、Contrast Ratio、Gray Scale/Gamma、Response Time、Flicker、Cross-talk，與 Warm Up Time 進行量測。 2. 整合視覺影像定位，自動量測面板各點之 CIE 及 L (cd/m2) 的變化相關函數。 3. 符合真實控制者操作介面功能之人機介面。 4. 建立自動輸出判別是否合乎標準作業程序。

The Solution:
LCD 的光學特性在量測上須整合運動控制、影像自動定位、類比/數位訊號擷取、以及儀器通訊等複雜的項目，而市面上提供的軟硬體環境必須具備親切的使用者介面、開發時程短、易於安裝與除錯等特性。透過對市售產品的嚴格篩選與評比後，以美商國家儀器 (NI) 的提供的軟硬體環境符合本公司的需求。特以 LabVIEW 7.1 Express 作為開發平台，軟體環境搭配 Vision Assistant 7.1 與 Report Generation Toolkit 為主，在硬體環境上則使用 NI USB-6009、PCI-1407、PCI-6221。

有鑒於平面顯示器的設計越來越邁向超大面板方向前進，光學量測設備的量測範圍尺寸必定也需要朝向超大面板設計。光學特性的標準也不斷提高，傳統以人工檢驗品質的方式，不但耗費無謂的人工成本，且不論檢測精密度及速度皆無法滿足較大規模的生產要求。因此，先進的「電腦視覺定位系統」為不可或缺的，其具有測量準確、快速、擴展性強等特點，能快速針對客戶需要的參數進行自動檢測。基於儀控自動化技術發展理念，發展『產業自動化視覺檢測系統』，配合 VISION AND MOTION 的運用，依客製化需求開發以滿足實際生產需求。由於 LabVIEW 能夠快速建立準確的自動檢測系統，同時產生完整詳細的檢測數據，故以 LabVIEW 7.1 搭配 IMAQ 7.1 作為開發軟體建立完整的自動化量測系統。

1. 光學量測設備介紹

本公司自製光學量測設備配合 VISION AND MOTION 的運用，以 LabVIEW 7.1 搭配 IMAQ 7.1 作為開發軟體建立完整的自動化量測系統。如下圖一所示，儀器包括 TOPCON BM-7 (或 SR-3)、XYZ 直線軸加上 θxθy 旋轉軸之五軸 TABLE，控制型態為 5 軸伺服控制。

2. VIEW ANGLE 與 Contrast Ratio 檢測方法

  VIEW ANGLE

LCD 由於天生的物理特性，使得使用者從不同角度去看時畫面品質會有所變化。與正看時相比，斜看的時候，轉到當畫面品質已經變化到無法接受的臨界角度時，稱之為該 LCD 之視角。視角之定義區分為以下三種：(1) 對比-從斜的方向去看 LCD，與正看時相比，白色部分會變暗，黑色部分會變亮，因此對比會下降。一般當對比下降到 10 的角度定義為該 LCD 的視角。(2) 灰階反轉-理論上 LCD 從零灰階 (黑色) 到二五五灰階 (白色)，應該是灰階數越高則越亮，但是 LCD 在某個大角度的時候有可能看到低灰階反而比高灰階還亮，也就是看到類似黑白反轉的現象，這種現象稱之為灰階反轉。不會產生灰階反轉現象的最大角度稱之為視角。(3) 色差-從不同角度去看 LCD，會發現顏色會隨著角度而變化，當顏色的變化已經大到無法接受的臨界點時，該角度稱為視角。

Contrast Ratio

對比的定義為在暗室之中，白色畫面的亮度除以黑色畫面的亮度。

3. Gray Scale/Gamma 與 Cross-talk 量測

Gray Scale/Gamma

Gamma curve 是指不同灰階與亮度的關係曲線。把零到二五五灰階當 x 軸，亮度為 y 軸，畫出來的曲線稱為 Gamma curve。由於人眼對於光線強度感應為對數值，因此灰階對應輝度通常設計成一條曲線，故將 Gamma curve 取對數後為一條直線。檢測過程與結果會與人眼觀察相同。

Cross-talk 量測方式

LCD 的 Cross-talk 是指螢幕中某區域的畫面影響到鄰近區域亮度的現象。一般 Cross-talk 測試畫面是在底色一二八灰階的狀態下，畫一個有螢幕四分之一大的黑色方塊擺在正中央，理論上周圍還是都要維持一二八灰階，但若發現上下左右四塊區域變暗，就作叫 Cross-talk。檢測示意圖與程序，分別如圖十四及十五所示。

4. Chromaticity 量測方法

色飽和度是指 LCD 色彩鮮豔的程度。LCD 是由紅、綠，與藍色三原色組合成任意顏色，如果 RGB 三原色越鮮豔，則該 LCD 可以表示的顏色範圍就更廣，這是因為無法顯示比三原色更鮮豔的顏色。色飽和度的表示是以 NTSC 所規定的三原色色域面積為分母，顯示器三原色色域面積為分子去求百分比。

5. 人機介面

控制者人機介面

我們以 LabVIEW 7.1 Express 開發平台所設計的 LCD 光學量測系統的人機介面，程式架構是以 EVENT 結構為藍本，依據不同的量測項目，以彈跳式視窗顯示。同時，依據不同的量測需求，程式可便捷地新增或移除多餘的子程式，建立簡易的操作者介面。Tab Control 可以選擇欲檢視之量測項目和所測試之數據。此系統所有設定及反應皆為自動化，並搭配現場操作以求得最佳的操作介面。

自動輸出量測結果

由上節所說的光學量測系統，可由 LCD 光學量測系統中提供的選單式報表系統，讓操作者可任意選定量測流程，以了解目前 LCD 產品的品質並對產線的作即時的回報。經 LCD 光學量測系統，完成產品各項光學量測之動作與訊息回饋等功能；在系統作業過程中，以數據及圖形顯示以提供操作者必要處置之參考依據。

結論：

LCD 產業世代不斷更新，目前台灣更將朝向七代線前進，所需之量測架構更為複雜，量測規範日新月異，傳統設計之軟體無法提供隨時更新服務，幸有 LabVIEW 提供快速整合開發軟體，使得開發時程縮短三分之二，足以滿足客戶即時更新之需求。運用 IMAQ Vision Assistant 7.1 函數更可輕易規劃影像定位系統，利用 PCI-1407 取得影像後，使用簡單幾個 IMAQ VI 即可標定出所需之座標進行量測，這一方面大幅提升產品量測特性，並可排除人為定位誤差提昇設備量測重現性，可提供最人性化介面與市面上一般量測系統有很大之差異性，這是我們選擇使用 LabVIEW 開發系統最大的動力，加上 NI 先前推出 USB-6009 DAQ 模組，改善類比訊號線路過長造成訊號失真問題，適時解決 Response Time、Flicker 量測。

本量測系統提供選單式選項，讓操作者可任意選定量測流程，大幅降低操作介面設計時間，並可規劃更詳細量測流程，依選定量測程序依序量測出客戶所要求之數據，並將該量測數據輸出至 EXCEL 報表上。

Author Information:
For more information on this Case Study, contact:
彭 康洪
光達檢測科技有限公司

Browse All Case Studies »