如何利用成像比色计 提高OLED显示器的生产测试效率和成品率

作者:Radiant Vision Systems, LLC

引言

OLEDs(Organic Light-Emitting Diodes,有机发光二极管)正在成为平板显示器市场的下一低技术。这是令人兴奋的,因为OLED显示器有望以比其他显示技术更低的成本和功率改善智能手机和大型电视的显示外观。OLED更深的黑色和更有活力的颜色使其具有优越的对比度和更清晰的图像。它们不需要背光,因此是更薄、更轻、耗电更少的显示器。OLED也带来了极大的响应速度,比现有技术快1 000倍,这实际上消除了快速移动和3D视频的模糊。

OLED制造商正在努力推出具有商业可行性的基于OLED的产品,但是材料价格和制造成品率问题导致的高成本,阻碍了OLED技术的广泛采用,尤其是大尺寸终端产品。智能手机市场是迄今为止OLED技术最成功的领域。Display Supply Chain Consultants (DSCC)将智能手机列为OLED的主导市场,到2022年,智能手机在OLED市场的份额约为91%,营收份额约为79%。这种增长需要提高生产效率。

对于大尺寸OLED电视,虽然短期市场规模很小,但DSCC的分析师预测,到2022年,电视将取代智能手机占据第二位,将上升至42%的市场份额,到2021年将超过LCD。然而,制造商发现,很难在大尺寸OLED显示器上实现一致的图像质量,这导致了低的生产合格率,影响了OLED大屏幕电视进入市场的时机,并推高了零售价格。目前,大屏幕OLED电视的价格高达数千美元,这使得低成本、高清晰度LCD和LED电视更能吸引注重价格的消费者。OLED要批量进入市场必需要降低价格。

OLED制造面临的挑战

无论显示器大小,OLED都给制造过程带来了挑战。

行Mura

在OLED制造过程中,需要在基板上沉积材料以形成子像素。如果这一过程没有完全一致性,那么最终结果就可能出现行Mura,它在OLED显示器中明显地出现在水平和/或垂直方向。

子像素发光性能

OLED使用发光有机半导体材料,这意味着当施加电流时会发光。因此,OLED和其他发光显示器(如LED和新出现的microLED)不需要背光。OLED显示像素由红色、绿色和蓝色子像素组成。每个子像素的输出被单独控制。亮度和颜色由子像素的组合输出来确定。由于生产差异,相同的电信号输入,在显示器上的相同颜色的所有子像素,可能会存在亮度的变化。这导致像素间的亮度差异。

OLED和其他发光显示器中的这种子像素级的变化,与LCD中发生的性能问题不同。在LCD面板中,相邻像素通常具有相同的亮度,因为LCD使用共同的背光,所以相邻像素的亮度相当均匀。

导致显示颜色不均匀性OLED显示子像素亮度水平不一致带来的第二个问题是,降低了整个显示器的颜色精度和颜色不均匀性。为了实现精确和均匀的颜色,必须严格控制每个子像素的亮度。现实情况是,即使在控制良好的制造工艺中,OLED和其他发光显示器中的子像素在亮度水平方面也会有显著的变化。当这些变化没有得到补偿时,可能存在整个显示器的颜色不均匀性,将图像质量降低到可能无法接受的水平,进而降低产品成品率。

成像比色计在OLED和其他发光显示器中的应用

基于成像色度学的显示测试系统在提高LCD和LED显示屏的质量和降低生产成本方面已被证明是成功的。测试应用包括智能手机、平板电脑、笔记本电脑、监示器、电视和数字广告牌等。这些被证明的技术也可以适用于OLED和其他发光显示器的生产测试,制造商可以将这种技术结合到相同的设备中,获得相同的投资回报率。

显示测试系统的两个关键部件是:

成像色度计,提供显示视觉性能的精确测量,匹配人类对亮度、颜色和空间(或角度)关系的感知。高性能的成像色度计可以精确地测量发光显示器中各个子像素的亮度(亮度)以及总体显示均匀性。

测试执行和分析软件,它是用于图像分析的生产线软件,用于识别缺陷和质量问题,量化缺陷的数量,并评估测量,以进行合格/不合格判定。该软件还可以包括显示性能校正,可以适用于识别和校正发光显示器的变化。

提高交付质量提升客户体验

在典型的制造工艺中,显示器的视觉性能由人工检验员进行测试,导致交付产品的质量具有高度的可变性。随着OLED显示器图像质量的提高,这成为一个更加重要的问题。人工检查人员不能够一致地和可重复地评估高对比度、高分辨率显示器的显示质量。

使用成像色度计的自动视觉检查(AVI)具有多种好处,它改进了制造商的质量控制以及消费者的使用体验:

由于所有系统共享相同的校准和测试定义,因此提高了测试应用程序的一致性——从行到行,从位置到位置。

缺陷的定量评估,精确地过滤好坏(通过/失败)

提高了测试速度,允许在同一时间间隔内运行更多的测试程序,从而提高了吞吐量,同时确保了更认真的评估和更好的终端产品。

同时评估全显示质量(例如,检查均匀性和颜色精度)和精细(例如,像素级和子像素级)缺陷

当应用于OLED显示器测试时,基于成像色度学的AVI简化了测试,同时提高了交付产品的质量并降低了生产成本。

校正OLED显示器,提高成品率

随着显示器尺寸的扩大,成品率急剧下降,每个组件的成本也大大提高。在一定程度上,制造商进行校正或电子补偿来提高显示图像质量是可行的。这个概念很简单:通过修改发光显示器单个子像素的输入,加亮以前识别出的暗的子像素,从而提高亮度均匀性,并在整个OLED显示器上纠正颜色。

对OLED显示屏进行电子补偿首先要求显示屏内的电子器件能够准确控制单个子像素的亮度,并根据一组与像素相关的校正因子进行调整。其次,需要一个系统来精确测量每个子像素的亮度和颜色,并计算每个子像素的具体校正因子。这种方法已经广泛应用于由单个LED组成的LED显示屏,Radiant Vision Systems已经将这种技术应用于OLED和其他发光显示器,如microLED,这种方法称为“Demura”。

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