摘要

LCD 导光(light guide)板视觉检测装置，是用以检测导光板光场均匀度，在LCD 导光板未贴上光扩散板前，以创新之亮点搜寻与统计法则，窗口化显示量测项目及结果，以进行导光板光场检测及设计之修正工作，由于背光模块的样式甚多，因此我们针对不同的背光模块找出影响发光效果的因素，而利用CCD取出光场影像后，再利用不同分析方式对光场影像做均匀性的探讨，并找出背光板不均匀的位置。最后在LCD 导光板贴上光扩散板形成背光模块（backlight module）后，进行再次检测，以证明修正工作之正确性，并使用光场亮度偏压调整，降低线上检测之误差至3%以内。

一、前言

背光模块泛指可提供产品一个背面光源的组件，目前运用在各种信息、通讯、消费产品上，背光模块常是液晶显示器的光源提供者，液晶显示器近年来在显示器的市场居主流的地位，随着这样的趋势下，背光模块也随之水涨船高，地位益形重要，为保持在未来市场的竞争力，开发、设计新型的背光模块及创新其检测技术[1-4]，是本文努力的方向及重要课题。
为实际了解导光板光源的行经路径与强度分配，以便于设计所需之导光板光场之图形样式，我们进行导光板光场均匀度之视觉检测，同时提供导光板设计之修正，而达到导光板光场检测及检测工作便利的用途。CCD影像检测器其系平面式影像固态照相机，抓取LCD背光板光场之影像后并利用影像处理卡与个人计算机所构成的微处理机予以分析[5-7]。CCD影像检测器置于旋转架上，CCD影像检测器不具自动亮度调节(AUTO GAIN)功能，以免造成量测结果产生误差。旋转架为金属遮幕，其上有滑轨供CCD影像检测器旋转移动，其旋转角度范围大但只提供少量之定位点，而其下方亦放置一旋转平台，其旋转角度范围小但分辨率与精密度高，旋转平台可放置LCD背光板，旋转架与旋转平台两者配合，可得到较大角度且精密之量测结果，如图1所示。

图1   CCD影像检测器抓取LCD背光板光场之影像装置图

二、导光版与背光板影像亮度分析

导光版与导光板光场均匀性检测子程序装置，是用于贴上光扩散板（DIFFUSER）前后之光场检测，有以窗口化显示量测项目及结果，包括平面亮度分布图(包括R、G、B个别颜色分布图)、导光板输出功率量测、光场分布的均匀度评估、光场稳定性分析。而导光板图形设计分析，则更包括有导光板孔洞亮度分布图与导光板孔洞光场分布的均匀度评估(包括R、G、B个别颜色分布图)。
至于光场亮度偏压调整，是对数字影像来做处理，由图中判断出影像亮度分布的讯息，在一般的以发光二极管LED为光源之背光板影像中，灰阶亮度通常偏暗，以真空辉光管VFD (Vacuum Florescent Display) 为光源之背光板影像，灰阶亮度则偏亮，易于饱和，导致量测结果失真。为了正确有效量测出LCD背光板影像亮度分布，因此对影像取光场亮度偏压调整，例如在本研究作中，亮度偏压调整采取四个段位，可将亮度值分化成4´256个灰阶＝1024个等分。
利用光场量测点自动设定子程序装置检测光场，大略的分为两部份着手，一为着重于窗口画面设计之构想，其包含光场强度量测、3D亮度分布图及R、G、B单色光场分布图，另一个为光场均匀度之自动评估方法。至于背光板的光场参考强度量测是利用photometer求得的，再利用影像处理的方式求得其转换比例，亦即利用CCD所取出的光场的影像亮度值，将其值加总后再除上photometer所量到的光场总功率，即可得知每单位亮度值为多少流明，因此利用此值可以直接由CCD量测到光场的强度。
背光板之光场经由CCD接收后，将影像转换为数字的型式，以点素的方式显示于计算机屏幕上，而它的亮度也以灰阶值表示，亦即以RGB的平均来代表此点的亮度值，所以可以借着读取灰度值的大小，以得知原本光束亮度的大小值。因此扫描在屏幕上影像的各个点素，并记录该点在屏幕上的坐标及灰阶值。最后将灰阶值对二个坐标点显示于如下的3D画面，此3D坐标可旋转观测角度及改变坐标的样式。R、G、B单色光场分布图的用意在于了解LCD背光板单色光场的分布情况，以评估光场分布的优劣性。背光模块的发光主要是靠导光板的光学设计，使得光源由侧面入射由正面射出，我们在导光板上所设计的光学组件(图2)是利用雷射雕刻机雕刻而成，其作用类似一般的光学透镜，当入射光照射到所设计的光学组件时，则在组件上会有折射、反射及全反射现象发生，因此在光学组件上在开孔处会呈现光源聚集的情形发生，而光源聚集的状况会依所设计的光学组件的改变而有所不同。

图2 导光板入射光行进方式

导光板上发光的亮度与雕刻的反射组件有着密切的关系，当导光板侧面入光后，此时在CCD取像所得到的影像如图3所示，其中白色圆形的形状是利用雷射蚀刻机所刻出来的聚光效果，首先，我们比较组件雕刻深浅的情况，由图3(A)(B)中明显的可以发现组件如果雕刻的够深时，经由光源侧面入射后很容易观察出比雕刻浅时的发光效果更显得明亮，因此，由实验上可以证实雕刻的深度与组件的发光效果有着密切的关系。

图3(A) 雕刻深度较浅时由侧面入光的效果

图3(B)  雕刻深度较深时由侧面入光的效果

由于雕刻好的导光板必须配合扩散板来搭配，以得到最佳的输出，因此，一般将上述所雕刻好的板子在上面放上扩散板，再将光源由侧面入射后，让光源能有效的从正面均匀的发光。导光板反射组件形状的设计有非常多的样式，只要在单一的组件下所反射出的光线能够达到需求，接着调整组件之间的密度即可呈现出不错的效果，但密度的调整不可太大或太小，以免造成反射光点的分散及侧面光线无法有效传送较远距离，这是在设计导光板时需要考虑到的要点。

三、被加工材料表面品质之探讨

在此我们也使用雷射割切的方式来加工导光板，再透过视觉检测技术探讨二氧化碳雷射的工作参数，以研究其对被加工材料表面品质、最后尺寸与热影响区之影响。
1.          热影响区宽度：蚀刻时因热所造成之溶融、雾化或内部结晶改变之区域。测量方式为：利用屏蔽寻找圆心位置，半径测量模式测量其宽度，找出热影响区外缘距圆心之距离－蚀刻边缘距圆心之距离。图4(A) 为雷射蚀刻之上视图及热影响区之范围。
2.          蚀刻深度：光线从LCD背光板侧面射入，即可得到蚀刻剖面视图。利用两点测量模式，量测蚀刻深度。图4(B) 为雷射蚀刻之侧视图。

图4 （A）雷射蚀刻之上视图

图4(B) 雷射蚀刻之侧视图

四.结果与讨论

图5为导光板检测结果，从图中显示出每一颗的坐标值以及亮度值，在外形检测上也可以判断出是否有杂质干扰，而影向到单一发光的效果。

图5  导光板检测结果

图6显示背光模块测试结果，由图中可以看出检测点所在的位置，以及与资料表的对应关系。从表1(A)(B)的资料表可以发现到，亮度资料是介于23~46之间，而且由于图6的背光模块是两侧入光式，因为所使用的入射光源过少，而远离光源部份也就是接近背光模块中心位置的亮度值较小，而我们从表中的亮度资料也得证了这项的结果。

图6 背光模块测试图

表1（A）背光模块测试数据图表

表1（B）背光模块数据处理图表

背光模块光场均一性的判定是经由光场明暗分布的状况来判别，图7显示背光模块样式的光场假色运算分析，从图中不同颜色所代表的亮度分布的方式可以看出光场是否有均一的趋势，以及颜色所对应的亮度值范围。

图7 背光模块假色运算图

不同雷射功率(W)、速度（mm/sec）加工下，固定加工高度，蚀刻圆孔之热影响区的宽度（mm）如图8所示。

图8   不同雷射功率(W)、速度（mm/sec）加工下之蚀刻圆孔之热影响区的宽度（mm）

我们可归纳出以下几点结论:
1.  利用边缘补偿方式找出背光板的中心点位置，能防止由于边缘部份的光场不匀称，而影响到背光板光场中心点的位置。
2.  利用矩阵式检测点的分布方式的优点，不仅能让使用者能清楚的知道检测的位置，而且也能一次的分析出多点的数据。
3.  由于背光板的光源大部分是放至于两侧边，因此光场的分布情况显示出中心位置较暗，而越是接近光源的部份越亮，所以一般较常分析的位置是背光板接近中心的部份，而利用分布检测点中心移动方式的好处是能方便调整检测点的检测位置。
4.  利用假色运算及光场立体图的方式，可以很容易分析及观察出，整个背光板光场的辉度分布状况。
5.  背光板加工孔洞之气泡、热影响区及雾化现象，与背光板之光束品质与发光效率息息相关，而其又受到激光束聚焦的影响很大，所以加工高度的选定须注意。可参考视觉检测，雷射加工LCD背光板所得之数据，以选择适当的工作参数，提高加工品质，将误差减至可容许的范围内。

五、结论

本文利用数字信号处理技术中机器视觉识别系统检测LCD背光板光场，利用CCD影像检测器抓取LCD背光板光场之影像后，并利用影像处理卡与个人计算机予以分析，透过研究出之软件及装置并以窗口化之呈现方便作业，将取代人工操作并有助于对背光模块设计成型后的检测与品质之提升。