液晶屏ITO玻璃外觀檢測特殊復合光源照明系統設計

徐 偉，葉玉堂，劉 霖，劉娟秀，李昌海，姚景昭，葉 涵

（電子科技大學 四川 成都 610054）

在我國，近幾年生產LCD的能力有了顯著的提高，但是相對應的產品檢測系統落后、不完善，尤其很多中小企業目前主要依靠傳統的人工檢測方式，主觀性強，工作效率低，漏檢誤檢率高。隨著現在對液晶屏品質的要求越來越嚴格，這些由人工檢測帶來的問題會導致液晶屏的次品率越來越高，這些問題隨著機器視覺技術的快速發展得到了解決辦法，可以長時間的在同一標準控制下，對產品進行嚴格檢測。

目前國內有一些公司和科研機構進行了對液晶屏檢測裝置的研究，但主要是針對顯示區域的檢測，主要包括點狀缺陷、線狀缺陷和面狀缺陷等[1-3]，還有一些是對LCD上的導電線路進行檢測[4-5]，很少有對液晶屏ITO玻璃外觀進行檢測，而這類缺陷在液晶屏的缺陷中占有不可忽略的比例，當外觀檢測出現問題時，就不必進行顯示區的檢測，本文正是基于液晶屏ITO玻璃的檢測，提出液晶屏ITO玻璃外觀檢測特殊復合光源照明系統設計，完善現有的檢測設備，有效提高生產線上液晶屏的檢測效率。

1 基本原理

生產線上未貼偏振片之前的液晶屏整個構成，有上下兩塊ITO玻璃，如圖1，液晶屏生產是個復雜的過程，在眾多繁雜的制備工藝環節中，由于各種人工操作或者技術原因，會產生多種的外觀缺陷，例如，刻蝕過程會產生殘留在玻璃基板表面多余的膠，多塊玻璃的互相接觸會帶來表面的刮痕，在ITO玻璃切割過程中會產生切割不良，破損，尺寸大等缺陷。

圖1 液晶屏基本構造圖Fig.1 Basic structure of LCD screen

目前市場上已有的液晶檢測設備采用的是和人工傳統的檢測方式基本類似的原理，主要結構如圖2所示，都是采用單一的背光源[6-7]，將放在待檢液晶屏上下兩側的偏振片旋轉成一定角度，使顯示區呈現符合檢測需求的底色，比對標準的液晶屏，看是否有不符合產品要求的區域顯現。

圖2 液晶屏檢測平臺結構圖Fig.2 Structure of LCD screen inspection platform

這種結構有其優勢，簡單易制造，但同時帶來很多問題，由于背光亮度比較強，同時在檢測環境是相對昏暗的條件下檢測，此時會完全覆蓋ITO玻璃的缺陷，現象十分不明顯，尤其ITO玻璃表面的刮痕更是完全不可見，人工可以針對顯示區和外觀同時檢測，但誤檢漏檢率高，效率低下，機器檢測在這種條件下只能液晶屏的可視區進行檢測，如圖3所示，圖中紅色圈標記了破損位置，類似這種邊緣破損，由于顯示區顏色較深，周圍缺陷處的對比度不高，機器無法對如此低分辨率的圖片進行檢測，其余部分必須由人工進行判定，降低了機器檢測的效率，使之并不能完全代替人工檢測，ITO玻璃的外觀檢測在液晶生產前段工序完成之后就可以進行，將有缺陷的液晶屏及時檢出，不流向中后段，有效減少后段材料和人力損耗，提高生產效率。

圖3 LCD邊緣破損圖Fig.3 Edge damage of LCD

2 光源系統

通過前面的分析可以看出，想完全對液晶屏外觀進行檢測并不容易，尤其是針對ITO玻璃外觀的檢測，其實不管使用人工還是機器進行檢測，尤其在機器視覺檢測領域，要有好的檢測效果，前提是必須要有合適的光源照明系統，能獲得對比度足夠高的圖像，只要缺陷顯示得非常明顯，就能極大地降低檢測難度，提高檢測效率。

本文提出液晶屏ITO玻璃外觀檢測特殊復合光源照明系統，圖4是整個光源照明系統的構架，由3個環形光源和一個面光源組成，兩個環形光源在檢測平臺的斜上方，一個環形光源在檢測平臺的斜下方，環形光源中心呈45°指向檢測平臺中心，環形光源的直徑略大于待檢液晶屏的兩倍，面光源通過一個半反半透鏡垂直照射到檢測平臺表明，面光源的尺寸略大于液晶屏的長邊。載物臺需要使用可以透光的材料制作。

圖4 復合光源照明系統結構組成Fig.4 Composite lighting system structure

由于液晶屏有上下兩塊ITO玻璃，缺陷可能在兩個面造成，破損處的截面朝向也不同，單一的光源很難使每種缺陷呈像清晰，當缺陷不明顯時，只能通過復雜的算法程序處理，過程很繁瑣，檢測準確度會下降，對不同的缺陷也很難采用統一的算法處理，檢測條件越差，得不到高質量的圖像，軟件方面對圖像處理的過程耗費越多的檢測時間，最終導致檢測效率的下降，多個光源的設計是為了使不同的缺陷能有更高的對比度，環形光源主要是檢測邊緣和表面缺陷，如破損、崩角，這也是ITO玻璃外觀最多的缺陷，面光源主要用來檢測ITO玻璃表面，比如外刮、膠印等。

3 實驗結果

3.1 常用的液晶屏檢測光學系統下得到的圖像

由于顯示區底色的原因，會導致ITO玻璃周邊的破損十分的不明顯，而ITO玻璃表面的外刮更是完全不可見，如圖5（b），紅色圈內實際有一條很長的刮痕，如果前期沒檢測出來，在LCD制造的后期工序，進行貼片處理時就會顯現出來，造成材料的浪費，成本的升高。

圖5 在現在常用的光源系統下獲得的圖像Fig.5 Image captured by current light source system

3.2 液晶屏ITO玻璃外觀檢測光源照明系統下得到的圖像

基于以上ITO玻璃外觀檢測中的困難，本文設計了完全可以很好檢測液晶屏ITO玻璃外觀的光源照明系統，為了能有明顯的對比，檢驗本系統的實際效果，對相同的液晶屏ITO玻璃做圖像采集，從圖6能明顯看出與普通照明系統下獲得圖像的區別，圖 6（a）邊緣破損處和圖6（b）中間刮痕處的亮度遠高于整幅圖像其余部分。

3.3 新光源照明系統下獲得的圖像的二值化處理

圖7是對本文設計的光源照明系統下獲得的圖像做處理前后的結果，只需要一個簡單的二值化處理，液晶屏ITO玻璃的缺陷就會完全顯示出來。

圖6 在本文設計的特殊復合光源照明系統下獲得的圖像Fig.6 Image captured by special composite light system

圖7 二值化前后對比圖Fig.7 Binary comparison before and after

4 結 論

為了解決現有的液晶屏檢測過程中使用的光源照明系統的問題，本文具體分析了產生這些問題的原因，并對在不同照明系統下采集的圖像進行了分析，提出了一種液晶屏ITO玻璃外觀檢測特殊復合光源照明系統，實驗表明，能很好的解決之前的問題，在該照明系統下能獲得高對比度的圖像，并通過簡單快速的處理，就能使ITO玻璃的外觀缺陷十分明顯的顯現出來，能廣泛應用于以液晶屏ITO玻璃為代表的各種玻璃類制品的外觀檢測設備中，能極大的提高檢測效率，節省生產成本。

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