专利名称：集成视觉成像和电子检测检查系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及对用于液晶显示器的有源盘进行自动测试的领域。
背景技术：
典型的LCD屏是利用夹在有源盘与接地盘之间的液晶材料形成的。在这些盘之间还可以包括偏振器、色化滤波器和隔离物。在制作过程中，可以在单独的玻璃板上形成许多有源盘。在将要形成有源盘的玻璃板上的每个区域中，构成像素区域、驱动线、栅极线和驱动元件。典型的情况是，将薄膜晶体管用作驱动元件。
由于有源盘与接地盘相比的相对复杂性，多数LCD显示器的缺陷可以追踪到有源盘中的某些形式的缺陷。由于由有源盘制作实用的LCD显示器的巨大的附加费用，已经开发了用于对有源盘单独进行检查的各种技术，从而能够在制作处理的阶段，识别、修理或抛弃有缺陷的有源盘。
在

图1中示意性地示出了用于单色显示器的有源盘20的示范部分。如在其中可以见到的，按照XY矩阵排列多个导电区域14，每个导电区域定义了一个在最终显示器中的一个像素。与每个导电区域有关的是输入端连接到矩阵中的相应行线、其控制端或者栅极连接到相应列线的薄膜晶体管16。在图1所示的特定矩阵中，相邻的行线被耦合到矩阵的相对侧，而相邻的列线被分别耦合到矩阵的顶部和底部。彩色显示器是相似的，但显示器的每个像素包括有源盘上的3个像素，每个像素用于不同的颜色。
在运行中，在每次对阵列进行扫描期间，当由相应的列线上的电压使相应的薄膜晶体管导通时，每个导电区域被充电至相应的阵列线上的电压。但是，虽然可以在没有接地盘以及夹在其中的液晶材料的情况下，在电气上使有源盘运行，可是在运行期间，不出现视觉上可察觉的变化。
在现有技术中，用于在对完整的LCD屏继续进行进一步制作之前，检查和测试LCD有源盘的各种技术是公知的。这些技术中的每一个很适合于对某种缺陷进行检测，但是，不适合于对某些其它缺陷进行检测。
通常使用的一种检查技术是利用基于数码相机和计算机的图像分析在可见光下进行检查。由于有源盘包括由大量像素区域和薄膜晶体管组成的阵列，因此，一种方便的光学检查形式是形成图像的重复图案之间的差异图像。通常将其称为自动光学检查(AOI)。如果没有缺陷，则差异图像为零。如果有缺陷，则差异图像是正的或者负的。以这样的方式，可以对各种缺陷进行检测，如短路和开路以及在几何结构方面的会引起显示器运行故障的其它缺陷，或者横穿像素阵列的图像亮度的不能接受的变化。但是，以这种方式不能检测到其它潜在的缺陷，如某些使一个或多个晶体管不正常运行的缺陷，和/或阻碍像素导电区域将电荷保持到下一次扫描时被更新的缺陷。
可见光系统可以是透射的或穿透的(照明和相机位于盘的两边)，或者是反射的(照明和相机位于盘的同一边)，利用固定的有源盘以及在用于逐步和重复操作的移动系统上照相机，尤其是利用随照相机一起移动的照明系统，以保证对于每个照相机视野的均匀照明。通常，为了更大的灵活性，还给照相机配备Z轴移动系统。
其它用于在LCD的制作处理阶段对有源盘进行评估的已知系统包括如下方法，对有源盘进行电气测试，根据对该盘将在完成的LCD显示器中如何表现的合理的准确预测，使得能够做出接受/淘汰的决定。一种这样的技术利用了电压成像传感器，如在转让给本发明的被受让人Photo Dynamics，Inc.的序列号为4983911的美国专利中所描述的。这些系统提供了有源盘表面上的电压分布的两维图像，由此能够使图像通过适当的照相机被数字化。这种系统通过位于充分靠近该盘从而受到有源盘上的电压的影响的电光调制器，利用已知极性的校准光能束照射有源盘。从而，电压成像传感器模拟LCD屏上一半并且将有源盘上的电荷(电压)转换为可见光。因此，这种系统至少要求电光调节器位于非常靠近衬底的位置。该方法能够检测操作中的缺陷，如检测晶体管，但是，具有比AOI系统更高的分辨率限制。
本发明的受让人Photo Dynamics，Inc.制造电压成像型系统。在尺寸方面，这种系统可以是盘的规模或更小，一般利用照相机按照步进的和重复的模式运行。尽管一般使用反射模式，但是，反射的和穿透的系统都是已知的。
另一种公知的测试技术是电子束扫描或者e束扫描技术。在这些测试系统中，使有源盘位于真空室中并且利用电子束对盘进行扫描，利用闪光照相机对二次电子进行检测。相对于电子束位置的照相机输出提供了盘电压的图像数据。典型的情况是，在任何一次，对有源盘的一小部分进行扫描，以步进的和重复的方式对整个盘进行扫描。二次电子不足表示盘缺陷。
最后，基于电荷检测的有源盘测试系统也是已知的。这些系统基于这样的概念，使有源盘上的每个晶体管导通，将相应像素的导电区域充电到特定的电压，然后将晶体管关断，然后再使晶体管导通，以使像素导电区域与地线短路，同时测量从导电像素区域返回的电荷。电荷不足表示盘缺陷。典型的情况是，对像素导电区域进行充电时的晶体管导通周期相当于在完成的显示器中晶体管为了这样的目的而导通的时间，在为了对测量电荷而使像素导电区域短路之前的时间相当于在完成的LCD中的扫描之间的时间。
由此，在利用可见光的AOI系统中，通常使照相机充分远地与正被检查的有源盘隔开，而在电压成像传感器型的系统中，至少必须使电光调制器与有源盘非常靠近，以便得到有效分辨率的电压图像。在电子束系统中，虽然不需要用于提供二维图像的照相机，但是，必须提供真空环境。取而代之的是，仅需要光线传感器，最好是具有光电倍增器以增加光的亮度，其中，二维图像的XY信息由电子束扫描控制系统提供。最后，在电荷检测型设备中，完全不使用照相机，除了用于对被测有源盘进行加载和卸载以外，不需要机械传送系统，如一般对于所有其它测试和检查系统都以某种形式需要的。
发明概述披露了用于液晶显示器(LCD)有源盘的集成检查测试系统。这个集成检查测试系统可以在单个系统中结合视觉成像检查和电子检测如电压成像、电子束检测或者电荷检测，其中，将通过视觉检查系统得到的缺陷信息与由电子检测系统得到的缺陷信息结合，生成缺陷报告。由一个或多个照相机对静止的盘进行扫描，对来自照相机的图像数据进行处理，以检测潜在缺陷。高分辨率的电子检测系统检查静止的盘，对来自传感器的图像数据进行处理，以检测潜在缺陷。对来自视觉图像数据和电子检测图像数据的潜在缺陷进行处理，从而生成最终的缺陷信息。
附图简要说明图1示出了用于单色显示器的典型有源盘的一部分。
图2为利用可见光照相机和电压成像传感器的典型集成检查测试系统的控制系统的框图。
图3示意性地示出了用于图2的典型系统的传送系统。
图4为利用可见光照相机和电子束测试系统的典型集成检查测试系统的控制系统的框图。
图5示意性地示出了用于图4的典型系统的传送系统。
图6为利用可见光照相机和电荷测试系统的典型集成检查测试系统的控制系统的框图。
图7示意性地示出了用于图6的典型系统的传送系统。
发明详细描述在以下的描述中，披露了本发明的不同的实施例。这些不同的实施例表示在一个单独的检查测试系统中对检查和测试技术进行不同的组合，与现有技术已知的每种这样的技术的分开的系统不同。但是，本发明的系统的某些设计细节可能基本上与这些独立的系统相同，或者这些独立的系统的任意的和明显的修改在本领域中是已知的。因此将仅对这些细节进行一般意义上的描述。而将对其它细节，尤其是本发明才有的细节进行相当详尽的描述，以使本领域一般技术人员能够实施并且使用本发明。
参照图2和3，可以分别见到用于典型集成检查测试系统的控制系统的框图和用于这种系统的传送系统的示意图。这种系统利用可见光照相机22提供了视觉检查，和通过电压成像传感器24进行电压成像测试。最好，利用数字28表示的机器人系统递送有源盘20并且使其位于集成检查测试系统的封装26中。机器人系统可以手动控制，或者最好由控制器30来控制，该控制器控制本发明的典型实施例的各个其它系统。控制器本身将接收来自控制输入装置32的各种控制输入，包括开关，如手动控制开关，表示有源盘正在适当装入的开关，表示另一个有源盘位于装入位置的开关等，通常还包括键盘和用于菜单驱动或者点击图形控制的控制显示器，或者按照需要，二者都有。
用于本发明的本实施例的装载系统，更具体讲，在检查系统中的盘定位装置包括一个电接触系统，用数字34表示，用于自动与围绕有源盘20的外围区域接触。一般来讲，就地用短路棒18(图1)对该盘进行电气测试(见序列号为5081687的美国专利，这里将其内容引作参考)，或者，与有源盘上的行线和列线的端部区域接触，由此进行测试。通常，在本领域中，这种传送系统和用于与有源盘的外围接触的系统是公知，包括由本发明的受让人，Dynamics，Inc.生产的系统。
如在图2和3中所见，可见光照相机22和电压成像传感器24都被支撑在用数字36表示的XY传送系统上，该传送系统由控制器30通过XY控制系统38控制。由于手动Z轴调节可以作为具体设计的有源盘的检查和测试的设置步骤的一部分，因此，由Z控制37沿着Z轴对可见光照相机进行自动控制以及由Z控制39沿着Z轴对电压成像传感器进行自动控制是可选的而不是必要的。最好，通过任何公知的X和Y线性传送系统对在XY平面中的运动进行控制，尽管可以使用其它能够掠过某个区域如矩形区域的传送系统，例如ρ-θ传送系统。但是，由于能够更直接地应用于通常在有源盘检查中使用的步进的和重复的成像检查技术，因此，XY传送系统是首选的。
另外，按照功能如图像获取、焦距等，通过被控制器30控制的照相机控制40对可见光照相机进行控制。相似地，由被控制器30控制的控制46对电压成像传感器的功能进行控制。
一般来讲，在本领域中，可见光照相机的测试程序是公知的。可见光照相机的输出将被数字化并且存储(框48)，图像处理器50提供获取的图像的图像分析。通常，由控制器30对数字化和存储以及图像处理进行控制，以便与传送系统的运动和照相机的操作同步。相似地，电压成像传感器24将提供在块52中被数字化和存储并且被图像处理器54分析过的图像，由于由给阵列提供控制电压的阵列操作器56对有源盘阵列进行操作，其也由控制器30同步。一般来说，将提供显示器58和60，以允许观察可见光图像和电压图像。或者，可以提供单个显示器，最好耦合为能够显示可见光图像或者电压图像，或者，甚至按照需要使两个图像并排或成比例并且重叠。最后，做出通过/不合格的判断并且根据对两种图像的处理结果，提供报告(框62)。
参照图4和5，可以见到本发明的另一个典型实施例。在本实施例中，将可见光检查系统与电子束测试系统结合。XY控制38(图4)、Z控制37、XY传送系统36、盘接触34、照相机控制40、可见光照相机22、数字化和存储电路48、显示器58以及图像处理器50可以与在前述实施例中使用的一致或大致相同。
对于本实施例的检查和测试系统的封装来说，电子束和传感器24′需要真空环境。因此，本实施例中的封装26′为可以被抽到现有技术的e束测试设备的真空范围特性的真空封装。此外，如现有技术的e束测试设备的特征，提供了第二真空闭锁和盘装载室64。真空室64是一个小而且简单的室，可以将其打开，用于装入或者卸下有源盘，还可以方便地排空到要求的真空度，从而可以在不打开主真空室26′的情况下，将要被测试的有源盘从真空室64传送到主封装26′，并且将经过检查的有源盘从主封装26′传送到真空闭锁64。这样避免了必须重复对较大的真空封装26′以及其中的可能缓慢释放截留在其中的空气的设备抽真空。尽管没有显示，如果需要，可以使用第二真空室，以便可以在对一个盘进行测试期间，将两个闭锁室的孔打开，一个用于释放前面测试的盘，一个用于接收要被测试的下一个盘，然后，两个都被抽到需要的真空，一个在结束时用于接收正在被检查和测试的盘，而另一个用于此后立即装入要被检查和测试的下一个盘。
与使用图2和3的电压成像传感器的情况相同，进行有源阵列20的电子束测试，由控制器30′控制阵列操作器56′控制的阵列上的电压。电子束控制46′控制电子束在有源盘表面上的扫描并且提供关于电子束位置的信息，以便将传感器的输出数字化并存储(框52′)，并且提供用于显示器60′的扫描信息。图像处理器54′用于对电子束的图像信息进行分析，将检查和测试的结果与视觉图像处理器50的输出一起提供给做出判定模块62′，以提供最终的检查测试报告。尽管以前Z轴控制可以是作为特殊设计的有源盘的检查和测试的初始设置的一部分的手动控制或者调节，但可以由Z轴控制39′沿着Z方向控制电子束发生器和传感器24′。
参照图6和7，可以见到用于另一个典型的集成检查测试系统的框图以及用于该系统的传送系统的示意图，具体为一个利用可见光照相机的检查与利用电荷检测的阵列测试组合的系统。在该系统中，由于利用电荷检测的测试全部是电子的，因此只需要用于可见光照相机22的传送系统36″。在图6和7的实施例中，盘装入系统可以与在图2和3中使用的相同，阵列20由阵列操作器56″电气操作，在框66中进行电荷测量，将结果提供给判定模块62″，以便提供检查测试报告。
以上在反射系统的环境中披露了这里所披露的可见光照相机检查系统和电压成像检查系统，但穿过(pass-through)系统在本领域中也是已知的。例如，在可见光照相机穿过系统中，光源和可见光照相机位于有源盘的相对的两侧。与此相似，在穿过型电压成像系统中，偏阵光的光源与照相机位于有源盘的相对的两侧(例如，见授权给本发明的受让人，Photon Dynamics，Inc.的序列号为4983911的美国专利)。但这种系统不是优选的，部分由于传送系统要求较高的复杂性，如果需要，由本发明使用的视觉图像检查系统和电压成像系统中的一个或者两个可以是穿过型的。
当然，在图2、4和6中披露的控制系统只是示范性的。一般来说，可以按照需要，在使用一个或多个处理器的程序控制之下执行各种在其中确定的功能或者对其进行各种改变。此外，尽管此处根据对从检查系统(可见光)和可应用的电气测试系统获得的信息单独进行的处理披露了这里所披露的检查和测试系统，但是，可以通过共享多个系统需要的计算机设备对图像进行数字化和分析。此外，本发明的优点之一是同时具有访问检查和测试信息的能力，它具有相当大的用于接受/淘汰、修理/报废决定和处理控制目的的判断价值。
尽管本发明的优选实施例的优点之一是利用多个传感器共享单个传送系统而实现的节约，但是，如果需要，也可以使用多个传送系统。这样仍然保留了共享电子设备、封装并且与分离的系统相比减少了场地空间的经济性，保留了对盘的处理减少以及在盘停留在系统中时得到组合的检查和测试的结果的优点。但是，还存在由于将两个传送系统集成在单个站或部件中而引起的某些限制。限制之一是可见光照相机和电压成像传感器或者电子束源和传感器与相应的传送系统不相互碰撞的物理限制。一般来说，电压成像传感器与电子束传感器应该处在靠近有源盘的表面的位置，而可见光照相机22通常大致位于有源盘的表面之上。因此，可以方便地使可见光照相机的传送系统足够地位于电压成像传感器/电子束传感器的传送系统之上，从而可以方便地对XY传送系统进行配置而不出现任何碰撞。但是，这在对可见光照相机22进行Z轴控制时是可能的，即，照相机，尤其是当处在较低位置时，可能与电压成像传感器碰撞。在这种情况下，必须对控制器编程，无论何时使可见光照相机与电压成像传感器处在预定的接近距离以内时，非正常地垂直提升可见光照相机。这种限制非常容易由本领域一般技术人员利用软件来调整，尽管可能选择对该传送系统进行设计，以使万一出现了某种引起碰撞的故障，在不相互损坏的情况下，这两个传送系统将暂时停止，或者在不损坏对方的情况下，一方推开另一方。作为另一个备用方案，如果不同时进行可见光检查和电压成像检测/电子束检测，在要被检查的有源盘的一侧，电压成像传感器/电子束传感器可以有一个停放位置，在要被检查的有源盘的一侧，可见光照相机有其自己的停放位置，在一个位于停放位置的时候，另一个可以单独扫描有源盘，由此防止任何碰撞的可能性。但是，它确实有否定了利用两种检查技术同时进行检查的可能性的缺点。
另一个限制是光学限制，即，不由电压成像传感器/电子束传感器或者其传送系统的任何部分阻碍可见光照相机的视野的限制。如果希望两个系统同时运行，这也很容易利用软件进行调整，如果不是，则如前面所述，完全可以通过使布置位置远离正在被检查的有源盘的边来避免。
这里已经对本发明的某些特定实施例进行了描述。但是，由于本发明能以太多的方式进行实施，以至不能在这里将每一个单独进行详细说明，因此，所披露的实施例仅是示范性的。因此，尽管已经披露了本发明的某些优选实施例，但是，本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对其形式和细节进行各种修改。
权利要求
1.一种设备，用于对液晶显示器的有源盘进行检查，该有源盘具有与有源盘上的第一侧和第二侧上的行和列线耦合的有源元件的矩阵，包括在单个检查站里，适合于固定有源盘并且与有源盘的第一侧上的行和列线电气接触的一个固定器，处在提供固定器中的有源盘的视觉图像数据的位置的一个视觉图像照相机，以及布置在靠近有源盘的第一边的位置，适合于检测有源盘的运行的一个电子传感器；一个处理器，与所述固定器电气耦合，从而与在固定器中的有源盘电气耦合并且对在所述固定器中的有源盘进行电气操作；一个视觉图像处理器，与视觉图像照相机耦合，接收所述固定器中的有源盘的视觉图像数据并且对视觉图像数据进行处理以便检测有源盘中的缺陷；以及一个电子传感器输出处理器，与电子传感器电气耦合，对电子传感器的输出进行处理，以便检测有源盘操作中的缺陷。
2.如权利要求1所述的设备，其中，电子传感器包括电压图像传感器。
3.如权利要求1所述的设备，其中，检查站包括一个第一真空室并且电子传感器包括e束传感器。
4.如权利要求3所述的设备，其中，检查站进一步包括一个第二真空室，与所述第一真空室耦合，用于将有源盘装入所述第一真空室中的所述固定器和从中卸下。
5.如权利要求1所述的设备，其中，所述视觉图像照相机安装在用于使所述视觉图像照相机在与固定器中的有源盘平行的区域运动的视觉图像传送系统上。
6.如权利要求5所述的设备，其中，所述视觉图像传送系统包括沿着与固定器中的有源盘垂直的方向的视觉照相机运动。
7.如权利要求1所述的设备，其中，所述电子传感器安装在用于使所述电子传感器在与固定器中的有源盘平行的区域运动的电子传感器传送系统上。
8.如权利要求1所述的设备，其中，所述视觉图像照相机安装在用于使所述视觉图像照相机在与固定器中的有源盘平行的区域运动的视觉图像传送系统上，并且所述电子传感器安装在用于使所述电子传感器在与固定器中的有源盘平行的区域运动的电子传感器传送系统上，所述电子传感器传送系统位于固定器中的有源盘与所述视觉图像传送系统之间。
9.如权利要求8所述的设备，还包括一个控制器，与视觉图像照相机、视觉图像传送系统、电子传感器以及电子传感器传送系统耦合，以便在传送系统没有相互机械干扰并且电子传感器与由视觉图像处理器处理的有源盘的视觉图像没有冲突的情况下，提供由视觉图像照相机和电子传感器同时按照步进的和重复的方式对有源盘进行的扫描。
10.一种设备，用于对液晶显示器的有源盘进行检查，该有源盘具有与有源盘上的第一侧和第二侧上的行和列线耦合的有源元件的矩阵，包括在单个检查站里的一个固定器，适合于固定有源盘并且与有源盘的第一侧上的行和列线电气接触，和一个视觉图像照相机，提供固定器中的有源盘的视觉图像数据；一个处理器，与所述固定器电气耦合，从而与固定器中的有源盘电气耦合，并且对有源盘上的矩阵中的每个晶体管，使晶体管充电，并且此后放电，以对有源盘上保留的电荷进行测量，从而检测有源盘中的电气缺陷；以及一个视觉图像处理器，与视觉图像照相机耦合，接收所述固定器中的有源盘的视觉图像数据，并且对视觉图像数据进行处理以便检测有源盘中的视觉缺陷。
11.如权利要求10所述的设备，所述视觉图像照相机安装在用于使所述视觉图像照相机在与固定器中的有源盘平行的区域运动的视觉图像传送系统上。
12.如权利要求11所述的设备，其中，所述视觉图像传送系统包括沿着与固定器中的有源盘垂直的方向的视觉照相机运动。
13.一种方法，用于检查有源盘，该有源盘具有与有源盘上的第一侧和第二侧上的行和列线耦合的有源元件的矩阵，包括如下步骤使有源盘位于检查站中；与有源盘的第一侧上的行和列线电气接触，以便操作盘上的有源元件；利用视觉照相机检查有源盘，以便检测视觉可见的缺陷；并且利用适合于检测运行中的有源盘的缺陷的电子传感器检查有源盘。
14.如权利要求13所述的方法，其中，用电子传感器检查有源盘包括用电压图像传感器检查有源盘。
15.如权利要求13所述的方法，其中，使有源盘位于检查站中包括使有源盘位于检查站中的真空环境中，并且用电子传感器检查有源盘包括用e束传感器检查有源盘。
16.如权利要求14所述的方法，还包括通过第二真空环境将有源盘装入检查站和从中卸下。
17.如权利要求13所述的方法，其中，用视觉照相机检查有源盘包括通过使视觉照相机在与固定器中的有源盘平行的区域中按照步进的和重复的方式运动，用视觉照相机检查有源盘。
18.如权利要求17所述的方法，其中，用视觉照相机检查有源盘包括视觉照相机沿着与固定器中的有源盘垂直的方向运动。
19.如权利要求13所述的方法，其中，用电子传感器检查有源盘包括通过使电子传感器在与固定器中的有源盘平行的区域中按照步进的和重复的方式运动，用电子传感器检查有源盘。
20.如权利要求13所述的方法，其中，用视觉照相机检查有源盘包括通过使视觉照相机在与固定器中的有源盘平行的区域中按照步进的和重复的方式运动，用视觉照相机检查有源盘，用电子传感器检查有源盘包括通过使电子传感器在与固定器中的有源盘平行的区域中按照步进的和重复的方式运动，用电子传感器检查有源盘。
21.如权利要求20所述的方法，还包括对视觉图像照相机和电子传感器进行控制，以便在没有相互机械干扰并且电子传感器不干扰视觉图像照相机的视觉图像的情况下，提供视觉图像照相机和电子传感器按照步进的和重复的方法对有源盘同时进行的扫描。
22.如权利要求13所述的方法，其中，用电子传感器检查有源盘包括对有源盘上的矩阵中的每个晶体管充电，和此后放电，以检测有源盘上保留的电荷，从而检测有源盘中的电气缺陷。
全文摘要
一种用于液晶显示器(LCD)的有源盘的集成检查测试系统。该集成检查测试系统可以使视觉成像检查与电子检测如电压成像、电子束检测或电荷检测结合，其中，将由视觉检查系统获得的潜在缺陷信息与由电子检测系统获得的潜在缺陷信息结合，产生缺陷报告。使一个或多个高分辨率视觉照相机在静止的盘上进行扫描，并且对来自照相机的图像数据进行处理，以便检查潜在缺陷。高分辨率电子检测系统检查静止的盘，并且对来自传感器的图像数据进行处理，以便检查潜在缺陷。对来自视觉图像数据和电子检测图像数据的潜在缺陷进行处理，从而产生最终的缺陷信息。
文档编号G01M11/00GK1514231SQ0315480
公开日2004年7月21日 申请日期2003年8月19日 优先权日2002年8月19日
发明者B·T·克拉克, D·L·弗里曼, J·A·霍索恩, A·J·纳伊, W·K·普拉特, B T 克拉克, 弗里曼, 普拉特, 纳伊, 霍索恩 申请人:光子力学公司