劉孟義 劉玉安 陳亮 黨亮英 朱東艷

（北京京東方顯示技術(shù)有限公司 北京市 100176）

1 引言

1.1 TFT-LCD產(chǎn)品光學(xué)原理介紹

TFT‐LCD 模組產(chǎn)品由背光源、驅(qū)動(dòng)電路、液晶屏三部分組成，其中背光源作為光源，由LED 發(fā)光，經(jīng)導(dǎo)光板、擴(kuò)散片、棱鏡片等膜材作用發(fā)光至液晶屏表面，通過偏光片、液晶及驅(qū)動(dòng)電壓作用，最終展示為不同像素點(diǎn)發(fā)光亮度，進(jìn)而表現(xiàn)為TFT‐LCD 模組整體顯示效果。

TFT‐LCD 產(chǎn)品模組設(shè)計(jì)如圖1 所示，其主要光學(xué)資材作用如下：

圖1：模組設(shè)計(jì)示意圖

LED：LCD 產(chǎn)品光來源，提供LCD 模組產(chǎn)品所需光源；

導(dǎo)光板（Light guide plate，LGP）：控制光的方向，將LED 傳來的燈光分散到panel 各處，將線光源轉(zhuǎn)變?yōu)槊婀庠?，提高顯示器亮度均一度；

反射片（Reflector）：反射光，提高光利用率；

擴(kuò)散片（Diffuser）：在LGP 的上端，將從LGP 出來的光通過粒子涂布層向各個(gè)方向散射；

棱鏡片（Prism）：提升產(chǎn)品亮度；

液晶屏（LCD panel）：通過RGB 像形成像素點(diǎn)色點(diǎn)，各像素點(diǎn)組成液晶顯示畫面效果。

1.2 測(cè)量系統(tǒng)分析介紹

測(cè)量系統(tǒng)分析(Measurement Systems Analysis，MSA)是指用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法了解測(cè)量系統(tǒng)中的各個(gè)波動(dòng)源，以及它們對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，最后給出本測(cè)量系統(tǒng)是否合乎使用要求的明確判斷。分析測(cè)量系統(tǒng)所測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，從而確定其質(zhì)量水平。測(cè)量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性，通常用偏倚、線性、穩(wěn)定性、重復(fù)性和再現(xiàn)性5 個(gè)指標(biāo)來評(píng)價(jià)[1]。各個(gè)指標(biāo)具體定義如下：

偏倚：指觀測(cè)均值與基準(zhǔn)值之間的偏差。

線性：在計(jì)量器具的測(cè)量范圍內(nèi)評(píng)價(jià)測(cè)量的一種特性，測(cè)量器具線性：是指在量程范圍內(nèi)，偏倚是基準(zhǔn)值的線性函數(shù)。

穩(wěn)定性：表示經(jīng)過一段時(shí)間用同一計(jì)量器具對(duì)同一部件進(jìn)行測(cè)量時(shí)測(cè)量值的總變動(dòng)。

重復(fù)性：由一個(gè)操作者采用同一種測(cè)量?jī)x器，多次測(cè)量同一零件的 同一特性時(shí)獲得的測(cè)量值變差稱為量具的重復(fù)性[2]。

再現(xiàn)性：由不同操作者采用相同測(cè)量?jī)x器，測(cè)量同一零件的同一特性時(shí)獲得的測(cè)量值的變差稱為量具的再現(xiàn)性[3]。

1.3 TFT-LCD光學(xué)測(cè)量設(shè)備介紹

實(shí)驗(yàn)室用光學(xué)測(cè)量鏡頭為PR730，其特點(diǎn)是測(cè)試亮度、色度等參數(shù)精確度高，主要用來測(cè)量TFT‐LCD 產(chǎn)品色坐標(biāo)、亮度、均一度、對(duì)比度、Gamma、可視角等光學(xué)參數(shù)。

通過對(duì)TFT‐LCD 產(chǎn)品光學(xué)原理及MSA 分析原理分析，結(jié)合產(chǎn)品光學(xué)特性、設(shè)備特點(diǎn)、及測(cè)量系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)要求，選取光學(xué)重要表現(xiàn)參數(shù)L255 畫面最大亮度，作為測(cè)量系統(tǒng)分析參數(shù)，通過對(duì)測(cè)試人員、測(cè)試手法、測(cè)試樣本等不同變量下測(cè)量的不同L255 畫面最大亮度數(shù)據(jù)分析，確認(rèn)TFT‐LCD 產(chǎn)品光學(xué)測(cè)量設(shè)備的重復(fù)性、再現(xiàn)性。

2 測(cè)量系統(tǒng)分析方案

2.1 測(cè)量方案檢討

（1）測(cè)量設(shè)備：光學(xué)測(cè)量設(shè)備PR730（測(cè)量設(shè)備經(jīng)過校準(zhǔn)且在校準(zhǔn)有效期內(nèi)[4]）；

（2）測(cè)量人員：選定光學(xué)設(shè)備操作人員A、B、C 三人；

（3）測(cè)量樣本：選取21.5、23.8、27 三種尺寸樣本各5 塊樣本，共計(jì)15 塊，并對(duì)測(cè)試樣本進(jìn)行編碼，21.5 寸產(chǎn)品編碼為1 至5,23.8 寸產(chǎn)品編碼為6 至10,27 寸產(chǎn)品編碼為11 至15,15 塊樣本分別對(duì)應(yīng)各自編碼編號(hào)；

（4）測(cè)量次數(shù)：每位測(cè)量人員每塊樣本分別測(cè)試三組數(shù)據(jù)；

（5）測(cè)量步驟：

1.操作員A 隨機(jī)測(cè)量一次所有樣本，并記錄測(cè)量數(shù)據(jù)；

2.操作員B 隨機(jī)測(cè)量一次所有樣本，并記錄測(cè)量數(shù)據(jù)；

3.操作員C 隨機(jī)測(cè)量一次所有樣本，并記錄測(cè)量數(shù)據(jù)；

4.重復(fù)步驟1‐3 直至每位操作員每塊樣本測(cè)量3 次，得到15 塊樣本的9 組測(cè)試數(shù)據(jù)；

5.使用Minitab 軟件進(jìn)行量具R&R 分析。

將測(cè)量數(shù)據(jù)錄入Minitab 軟件，在統(tǒng)計(jì)工具欄中選擇質(zhì)量工具、量具研究、量具R&R 研究（交叉），進(jìn)而得到，光學(xué)測(cè)量設(shè)備的量具R&R 分析結(jié)果。

（6）測(cè)量系統(tǒng)分析：

結(jié)合量具R&R 分析結(jié)果，從測(cè)量系統(tǒng)的變動(dòng)（貢獻(xiàn)度）、測(cè)量系統(tǒng)的精確度/過程波動(dòng)比、以及測(cè)量系統(tǒng)的識(shí)別力三部分進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定性及再現(xiàn)性結(jié)果判定。判定標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示[5]。

表1：判定標(biāo)準(zhǔn)

2.2 測(cè)量方案執(zhí)行

按照既定測(cè)量系統(tǒng)分析方案，安排A、B、C 三位操作員分別使用光學(xué)設(shè)備PR730 測(cè)量選取的15 塊測(cè)試樣本，測(cè)量過程中，測(cè)試順序隨機(jī)，A、B、C 三位操作員每塊樣本每次測(cè)量結(jié)果如表2 所示。

表2：測(cè)量結(jié)果

使用Minitab 軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行量具R&R 分析，可以得到測(cè)量系統(tǒng)中，關(guān)于變異分量、R 控制圖（按測(cè)量者）、Xbar 控制圖（按測(cè)量者）、測(cè)量值與樣本編號(hào)、測(cè)量值與測(cè)量者、樣本編號(hào)乘測(cè)量者交互作用、測(cè)量系統(tǒng)的變動(dòng)（貢獻(xiàn)度）、測(cè)量系統(tǒng)的精確度/過程波動(dòng)比、以及測(cè)量系統(tǒng)的識(shí)別力等相關(guān)信息分析結(jié)果。

3 結(jié)果與討論

變異分量、R 控制圖（按測(cè)量者）、Xbar 控制圖（按測(cè)量者）分析結(jié)果如圖2 所示。

圖2：變異分量、R 控制圖、Xbar 控制圖分析結(jié)果

變異分量表，主要表現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)變異來源，影響變異各因素所占百分比，從變異分量相關(guān)圖表中可以確認(rèn)，變異主要由部件（測(cè)試樣本）的不同導(dǎo)致，量具重復(fù)性及再現(xiàn)性在變異分量中所占比例很小，表明測(cè)量系統(tǒng)本身產(chǎn)生的變異小。R 控制圖中，樣本極差均處于控制線以內(nèi)，表明測(cè)量結(jié)果良好，測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定。Xbar 控制圖中，測(cè)試樣本之間波動(dòng)較大，大部分樣本位于控制線兩側(cè)，選擇的樣本如實(shí)的反映了工藝分布。

測(cè)量值與樣本編號(hào)、測(cè)量值與測(cè)量者、樣本編號(hào)乘測(cè)量者交互作用分析結(jié)果如圖3 所示。

圖3：交互作用分析結(jié)果

測(cè)量值與樣本編號(hào)圖表現(xiàn)了測(cè)量樣本的實(shí)際分散情況，從表中可以確認(rèn)，選取的各樣本測(cè)量結(jié)果離散程度較小，且樣本間波動(dòng)較大，表明樣本選擇及設(shè)備測(cè)量結(jié)果良好。測(cè)量值與測(cè)量者信息比較表現(xiàn)了不同測(cè)量者測(cè)量結(jié)果對(duì)比，從圖中可以確認(rèn)，各操作員測(cè)量平均值連線近似為一條直線，表明操作員測(cè)量能力良好。樣本編號(hào)乘測(cè)量者交互作用表現(xiàn)了樣本各測(cè)量者是否進(jìn)行相互不同的測(cè)量，實(shí)測(cè)表格分析結(jié)果表明樣本與操作員間無明顯交互作用。

測(cè)量系統(tǒng)的變動(dòng)（貢獻(xiàn)度）、測(cè)量系統(tǒng)的精確度/過程波動(dòng)比、以及測(cè)量系統(tǒng)的識(shí)別力分析結(jié)果如圖4 所示。

圖4：識(shí)別力分析結(jié)果

從分析結(jié)果中，可以得到以下信息：樣本貢獻(xiàn)率為0.03%，小于1%的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)要求，該測(cè)量系統(tǒng)自身變異較為穩(wěn)定；測(cè)量系統(tǒng)的波動(dòng)占過程總體波動(dòng)的百分比為1.59%，小于10%的評(píng)判基準(zhǔn)要求，測(cè)量系統(tǒng)的變動(dòng)范圍在可接受范圍內(nèi)；可區(qū)分的類別數(shù)為88>14，說明該測(cè)量系統(tǒng)的分辨力可滿足要求。

4 結(jié)論

通過對(duì)光學(xué)設(shè)備的測(cè)量系統(tǒng)分析（MSA），最終得到表3 分析結(jié)果。

表3：測(cè)量系統(tǒng)分析結(jié)果

進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)分析的TFT‐LCD 產(chǎn)品光學(xué)測(cè)量設(shè)備重復(fù)性、再現(xiàn)性及設(shè)備狀況良好，鑒于量具 R&R 各項(xiàng)分析結(jié)果均屬接受，該設(shè)備當(dāng)前應(yīng)保持繼續(xù)使用。

針對(duì)不接受情況，可從以下方向?qū)ふ以驒z討改善：

（1）再現(xiàn)性誤差較大時(shí)，需考慮操作人員變動(dòng)影響較大，可能由于操作員對(duì)使用方法和測(cè)量設(shè)備不夠熟悉導(dǎo)致，故需對(duì)操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，提高操作人員作業(yè)能力。

（2）重復(fù)性誤差較大時(shí)，需考慮測(cè)量設(shè)備變動(dòng)影響較大，可能由于測(cè)量設(shè)備維護(hù)不足、測(cè)量設(shè)備固定方法或者位置問題等影響，故需對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行相關(guān)維護(hù)，以及檢討測(cè)量設(shè)備穩(wěn)定測(cè)量方案。

針對(duì)測(cè)量系統(tǒng)量具R&R 分析不同結(jié)果，需結(jié)合測(cè)量分析過程中實(shí)際影響因素，考慮相關(guān)因素的影響因子，檢討改善方案，進(jìn)行優(yōu)化測(cè)量設(shè)備的重復(fù)性及再現(xiàn)性。

5 結(jié)束語

測(cè)量系統(tǒng)分析（MSA）是質(zhì)量管理體系五大工具之一，重復(fù)性、再現(xiàn)性是計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)分析的評(píng)價(jià)方式之一，在TFT‐LCD 產(chǎn)品制造業(yè)中具有廣泛應(yīng)用[6]。通過對(duì)TFT‐LCD產(chǎn)品光學(xué)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)分析，能夠有效保證光學(xué)測(cè)量設(shè)備的重復(fù)性及再現(xiàn)性，以及光學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。其評(píng)價(jià)成本較低，且能有效發(fā)現(xiàn)影響設(shè)備測(cè)量的影響因素，對(duì)于發(fā)現(xiàn)測(cè)量設(shè)備問題，解決測(cè)量設(shè)備問題具有重要意義。該方法對(duì)于其他測(cè)量設(shè)備的測(cè)量系統(tǒng)分析（MSA）依然具有借鑒意義。

備注：本試驗(yàn)結(jié)論是基于以下限制條件：

1.本文所有數(shù)據(jù)均為脫密處理后數(shù)值（非實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)），因此數(shù)據(jù)僅供參考；

2.文中數(shù)據(jù)處理采用Minitab 軟件擬合得出。