KR100651918B1 - 평판 디스플레이 화소 결함 검사 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광원에 의해 대전되는 능동 픽셀 소자가 직접화된 디스플레이 패널; 상기 패널과 일정 거리에 위치하고 매트릭스 형태로 패터닝되어 각각의 픽셀에 흐르는 전류를 측정하는 금속 전극; 및 상기 금속 전극으로부터 흐르는 전류를 검출하여 불량 화소의 위치를 출력하는 연산 모듈을 포함하여 이루어진 평판 디스플레이 화소 결함 검사 장치에 관한 것으로, 비접촉 방식에 의해 평판 디스플레이의 각 화소 전류 구동용 트랜지스터의 성능을 평가할 수 있어 OLED의 제조공정에 있어서 OLED 박막을 입히기 전에 그리고 LCD 공정에 있어서는 액정 주입 전에 검사 후 해당 디스플레이를 폐기 또는 수리 가능하다. 종래 방법에 비해 내구성이 뛰어나며 트랜지스터 뿐 아니라 배선 결함, 합선에 의한 불량 검출도 가능하다. 더 나아가 전류 수준을 조정하여 트랜지스터의 수명을 예측할 수 있는 효과가 있다.
전계효과, 불량 화소, 검출

Description

평판 디스플레이 화소 결함 검사 장치 및 방법{Apparatus and method for detecting error pixel in flat panel display}
도 1은 본 발명에 의한 광전효과(Photoelectric effect)에 의한 평판 디스플레이 화소 결함 검사 장치의 원리를 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 gate on 상태에서 평판 디스플레이 화소에 흐르는 전류에 의해 불량 화소를 검출하는 예시도.
도 3은 본 발명에 의한 노광 구조에서 광전효과(Photoelectric effect)에 의한 평판 디스플레이 화소 결함 검사 장치의 원리를 나타낸 구성도.
도 4a,b는 본 발명의 실시 예에 의한 평판 디스플레이의 배열을 짝수 열, 홀수 열로 나누어 신호를 교대로 입력하여 전류를 검출하는 방법을 나타낸 예시도.
도 5a,b는 본 발명의 실시 예에 의한 평판 디스플레이 화소에 Gate 1, 2 VDD 1, 2의 4가지 조합의 신호에 따른 화소 결함 검사 방법을 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 의한 평판 디스플레이 화소 결함 검사 장치의 동작을 나타낸 예시도.
도 7은 본 발명에 의한 평판 디스플레이 화소 결함 검사 방법을 나타낸 흐름도.
최근의 전자회로와 평면형 디스플레이(display)의 발전은 급속히 진전되어 가고 있다. 회로의 미세 집적화가 진행되면서 생산수율을 확보하기 위해 여러 가지의 공정검사가 행해지고 있는데 특히 최근에 높은 생산 속도를 확보할 수 있는 비접촉 방법에 의한 검사가 주요 기술로 주목받고 있다. 비 접촉식 검사는 대체로 CCD를 이용한 비전(vision)검사나 IR 검사, 자기장을 이용한 검사 그리고 x-ray를 이용한 투과 검사가 주를 이룬다. 정전기장(static electric field) 검사의 경우에는 수요가 높았지만 기술적인 구현이 어려워 적용에 어려움이 있다. 특히 TFT LCD에서는 대면적화 따라 액정 주입 공정의 비용이 급격히 증가하여 각 트랜지스터(transistor)의 동작 여부를 확인하는 검사의 부가가치가 매우 높아 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)의 전계 광학 효과를 이용한 방법과 진공 내의 전자 빔이 전기장에 의해 휘는 것을 이용한 방법, 탐침이 전기장에 의해 휘는 현상을 이용한 방법, 시료-센서 간 거리 변조를 이용한 센서 등이 개발되고 있다. 전계 검사는 제조 공정 간 검사로써 TFT를 이용하여 개별 화소 전극을 대전시키는 기능을 검사하는 것으로 TFT의 결함이나 배선 끊김(open) 또는 합선(short) 등의 이유로 결함을 발견할 수 있다. PDLC를 이용한 방법은 PDLC의 응답속도와 응답 유지 특성이 중요하며 이는 소재의 물성에 의해 좌우되어 제조가 어렵다는 단점이 있다. 또한, 응답이 수 ms 수준으로 느려서 스캔을 하면서 검사하는 방법보다는 정방형으로 센서를 어느 정도 크게 하여 전체적으로 접근시킨 후 전기장에 의한 PDLC의 변화를 광 학적으로 이미징하는 방법을 사용한다. 이는 대면적의 패널을 감시해야 하는 경우에 접근-이동을 반복하게 되어 기계적인 설계가 잘 이루어져야 한다. 전자빔을 이용한 방법은 진공 중에서만 가능하므로 공정 시간이 길고 패널의 대형화에 따라 진공 장비가 대형화되어야 하므로 비용이 많이 드는 단점이 있다. 그외에 MEMS 기술을 이용한 센서를 사용하는 방법이 개발 중이나 아직 상용화되지는 않고 있다. 전계를 이용한 방법은 LCD와 같이 TFT 스위칭(switching)시 전류를 많이 사용하지 않는 경우에는 TFT의 수명이 전류에 의해 크게 영향을 받지 않으므로 적용 가능하다. 그러나 OLED와 같이 전류에 의해 발광하는 소자에 있어서는 TFT의 전류 부하에 의한 열화 문제가 있어 실제로 전류를 흘리지 않고서는 성능 검사가 거의 불가능하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 제 1 특징은 능동소자가 집적된 디스플레이 패널과 수십에서 수백 마이크론의 거리를 두고 위치한 금속 전극, 그리고 UV 광원으로 이루어진다. 본 발명의 제 2 특징은 제 1 특징의 금속전극을 접지한 후 UV 광원이 금속 전극에 빛을 방출하고 패널에 집적된 화소에 +의 대전 상태가 되도록 구동 소자를 동작시킨 상태에서 각 소자에 흐르는 전류를 검출한다. 본 발명의 제 3 특징은 제 1 특징의 금속 전극에 +의 전압을 가한 후 화소 전극에 UV 광원을 방사하여 패널의 화소 전극을 접지 또는 -대전 상태로 구동 소자를 동작시킨 후 각 구동 소자에 흐르는 전류를 검출한다. 본 발명의 제 4 특징은 제 1 특징의 금속 전극을 작은 전극으로 나눈 후 각 전극에 개별적인 전압을 가할 수 있도록 한 후 제 2 또는 제 3 특징의 상태에서 각 전극에 흐르는 전류를 검출한다. 본 발명의 제 5 특징은 제 1 특징의 금속 전극을 다수개의 가는 도선 형태로 패터닝하여 제 2 또는 제 3 특징의 상태에서 가는 도선 방향과 도선 방향에 수직인 방향 두 가지 상태에서 각 도선에 누적되어 흐르는 전류를 독립적으로 검출하여 전류량이 비정상 수준으로 나타나는 도선을 검출하여 비정상 화소의 위치를 검출한다. 본 발명은 기존 검사 방법의 여러 문제점을 회피하고 LCD, OLED의 각각의 화소 동작 결함 및 위치를 검출하는 검사 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 광원에 의해 대전 되는 능동 픽셀 소자가 직접화된 디스플레이 패널; 상기 패널과 일정 거리에 위치하고 매트릭스 형태로 패터닝되어 각각의 픽셀에 흐르는 전류를 측정하는 금속 전극; 및 상기 금속 전극으로부터 흐르는 전류를 검출하여 불량 화소의 위치를 출력하는 연산 모듈을 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명은 비접촉 방식에 의해 평판 디스플레이의 각 화소 전류 구동용 트랜지스터의 성능 평가 방법에 있어서, 디스플레이 패널 픽셀에 개별적으로 인가되는 게이트와 드레인 전압을 각각 홀수/짝수 배선으로 묶어 4가지 입력신호로 조합하는 단계; 상기 조합에 따른 디스플레이 패널로 게이트와 드레인 전압을 동작하여 전류를 입력하는 단계; 상기 전류 입력 상태에서 불량 화소를 검출하여 해당 픽셀의 위치 좌표를 출력하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 광전효과(Photoelectric effect)에 의한 평판 디스플레이 화소 결함 검사 장치의 원리를 나타낸 구성도이다.
본 발명에 의한 평판 디스플레이 화소 결함 검사 장치는 기판(10), 픽셀 전극(20), 박막 트랜지스터(Thin film transistor: TFT)(30), 전류계(40)를 구비한다. 광전효과(Photoelectric effect)는 금속에 일정 주파수 이상의 빛을 방사하면 금속 내의 전자가 분리되어 이때 적절한 전기장을 가해 주면 특정 방향으로 전자를 가속시킬 수 있다. 광전효과는 다음의 식으로 설명된다.
hv = Ek ,max + Ф
여기서 Ф는 전극을 형성하는 금속 고유의 물성 값으로써 특정 주파수 이상(보통은 UV)의 빛에 방사되면 전자의 운동에너지가 Ek가 양의 값을 띄고 외기 중에 방출될 수 있다. 이때 전자는 특정한 방향성이 없으므로 hv ~ Ф 가 되도록 빛의 주파수를 설정하면 주변의 전기장 방향으로 쉽게 가속된다.
Gate에 on 신호를 입력하면 연속적인 전류가 트랜지스터(30)에 흐르게 되며 만일 특정 소자나 화소의 배선에 결함이 생기면 전류계(40)를 통해 전류의 이상이 검출된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 gate on 상태에서 평판 디스플레이 화소에 흐르는 전류에 의해 불량 화소를 검출하는 예시도이다.
모든 게이트(Gate)가 on 상태에서 불량 화소에서는 전류가 흐르지 않게 되므로 그 위치를 검출할 수 있다. 반면 두 개의 가까운 배선이 합선(short)되는 경우에 한 화소에 불량이 있어도 전류가 검출되므로 게이트(Gate)에 on/off 신호를 교대로 입력하여 검사하면 결함 화소를 분리해 낼 수 있다. 이는 트랜지스터가 결함이 있어 항상 on 상태로 동작하는 경우 게이트(Gate)를 off 한 상태에서도 전류가 검출되므로 on/off 신호를 교대로 입력하면 결함 화소의 위치를 파악할 수 있다.
도 3은 본 발명에 의한 노광 구조에서 광전효과(Photoelectric effect)에 의한 평판 디스플레이 화소 결함 검사 장치의 원리를 나타낸 구성도이다.
도 1에서 어느 한 방향으로 빛을 방사하는 것은 구조적으로 다르며 패널과 반대 전극 상이에 빛을 조사하는 것은 간단하지 않다. 이를 위해 노광 구조(a, b)를 사용한다. (a) 게이트 온(on) 상태에서 UV 광원은 반사막(B)에 의해 반사된 빛이 패널(10)을 투과하여 접지된 금속 전극에 전자가 (-)전극을 형성하여 드레인 전압 VDD에 전류(40)가 흐른다. 이때 화소 전극(20)은 금속 전극과 반대 전극 (+)을 띄게 된다. (b) 게이트 온(on) 상태에서 드레인 전압에 의해 금속 전극은 (+) 전극을, 반사된 빛이 패널(10)을 투과하여 화소 전극은 (-)전극을 띄고 소오스(VSS)로 전류가 흐른다.
도 4a,b는 본 발명의 실시 예에 의한 평판 디스플레이의 배열을 짝수 열, 홀수 열로 나누어 신호를 교대로 입력하여 전류를 검출하는 방법을 나타낸 예시도이다.
각 소자에 연결되는 배선에 1 대 1의 접촉점이 필요하다. 따라서 각 패널에 대해 패널의 가로 및 세로 해상도에 해당하는 다중 탐침 프로브(probe)가 필요하며 매번 접촉해야 하는 과정에서 접촉불량의 가능성이 크고, 내구성이 좋지 않아지며 접근 과정에서 정렬하는 시간이 늘어나 검사 시간이 길어진다는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해서 배선을 홀수 번째와 짝수 번째로 묶어 on/off 신호를 교대로 입력하는 방식을 이용한다. 이는 두 개의 접점으로 신호를 입력하게 되어 속도와 내구성 관리 측면에서 유리하게 된다. 불량 화소의 위치를 확인하는 방법은 화소 전극(c), 반대 전극(d)에 각각의 도선으로부터 전류를 검출한다. 반대 전극(d)을 평면으로 하지 않고 수십에서 수백 마이크로 미터 수준의 가는 도선들로 나누게 되면 해당 도선으로 포획되거나 해당 도선에서 방출된 전자에 의한 전류는 해당 도선으로만 흐르게 된다. 이때 흐르는 전류는 반대 전극(d)의 도선과 이리하는 직선상에서 on 신호가 입력되는 화소의 전류 합으로 나타난다. 하나의 화소 전극(c)에 불량이 발생하면 해당 반대 전극(d) 도선에 흐르는 전류는 상대적으로 도선 상의 화소 수의 역수만큼 줄어든다. 정밀한 기기를 이용하여 이것을 검출하면 불량 화소가 발생한 위치의 도선 방향 위치(x 라고 하자)를 알 수 있다. 이때 반대 전극(d)을 90도 회전하여 같은 측정을 하면 불량 화소(e)의 y 위치 값을 알 수 있다. (b) 복수의 불량 화소(e)가 검출되는 경우 단순히 이상이 있는 도선의 위치 정보만 가지고 직사각형의 꼭지점 위치에서 발생하는 3점의 위치를 파악할 수 없다. 이때는 전류의 감소량을 통해 불량 화소(e)의 개수를 헤아릴 수 있다.
도 5a,b는 본 발명의 실시 예에 의한 평판 디스플레이 화소에 Gate 1, 2 VDD 1, 2의 4가지 조합의 신호에 따른 화소 결함 검사 방법을 나타낸 예시도이다.
패널의 게이트(Gate), VDD를 홀수 열과 짝수 열로 나누어 묶을 경우 총 4가지 신호로 조합하여 검사를 수행할 수 있어 더욱 쉽게 결함 화소를 분리해 낼 수 있다. 이와 같은 방법에서는 각 도선의 전류를 측정해야 하므로 반대도선(d) 측에 전류를 측정하는 회로를 패널 화소의 단 측 개수만큼 구성해야 하는데 여기에서는 일단 말들어진 반대 전극 회로를 그대로 반복 사용가능함으로 내구성에는 문제가 없다. 다만, 90도 회전하는 과정에서 시간이 소요됨으로, 0도, 90도의 두 가지 반대 전극을 한 장비 안에 구비하여 사용하는 방법이 바람직하다. 검사 속도를 높이는 방법은 반대 전극(d)을 검사하려는 디스플레이 패널과 같이 작은 전극으로 나누고 각각에 흐르는 전류를 독립적으로 측정하는 방법이다. 이 방법은 정해진 공간 분해능을 가지고 해당 위치에 흐르는 전류를 검출함으로 1회 측정을 통해 불량위치를 알 수 있으므로 검사 속도를 높일 수 있다. 이때 패널의 화소 게이트(gate)를 모두 동시에 on 하여 검사해도 패널에 신호를 인가하기가 용이하지만 화소 불량의 경우가 트랜지스트 결함, 단선뿐 아니라 합선의 경우도 있어 모든 경우를 분리해내기 위해서는 홀수/짝수 배선에 교대로 신호를 입력하거나 매트릭스 형태의 패널의 소자에 시간에 따라 교대하는 방법이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 의한 평판 디스플레이 화소 결함 검사 장치의 동작을 나타낸 예시도이다.
상부의 노광 구조에 의해 반사되는 UV(Ultraviolet)광원을 투과하는 성질을 갖는 능동 픽셀 소자가 직접화된 디스플레이 패널은 박막 트랜지스터(TFT)의 게이 트의 동작으로 구동되는 금속전극과 반대 전극을 나타낸다. 패널과 수십, 수백 마이크론 거리에 위치하고 매트릭스 형태로 패터닝된 금속 전극을 게이트와 드레인 전압 배선으로 연결하여 이를 각각 홀수 열과 짝수 열로 묶어 각각의 픽셀에 흐르는 전류를 연산 모듈에서 측정한다. 이때 연산 모듈은 다중화(multi plexing)방식에 따른 개별적 전류 입력 값을 측정, 금속 전극으로부터 흐르는 전류를 검출하여 불량 화소의 위치를 연산하여 출력한다.
도 7은 본 발명에 의한 평판 디스플레이 화소 결함 검사 방법을 나타낸 흐름도이다.
비접촉 방식에 의해 평판 디스플레이의 각 화소 전류 구동용 트랜지스터의 성능 평가 방법에 있어서, 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 이용하여 액정 셀을 구동하는 액티브 매트릭스 타입의 디스플레이 표시 소자는 패널 픽셀에 개별적으로 인가되는 게이트와 드레인 전압을 각각 홀수/짝수 배선으로 묶어 4가지 입력신호로 조합한다(S700,701). 조합에 따른 디스플레이 패널로 게이트와 드레인 전압을 동작하여 전류를 입력한다(S702). 이때, 디스플레이 소자에 연결된 게이트와 드레인 전압의 배선중 짝수 열을 1로, 홀수 열을 2로 나타내면 조합은 (gate[1]*VDD[1]), (gate[1]*VDD[2]), (gate[2]*VDD[1]), (gate[2]*VDD[2])로 나타난다. 각각의 픽셀에 흐르는 비정상적인 수준으로 측정되는 전류량을 검출하기 위해서 번호순으로 짝수 열과 홀수 열을 조합에 따른 입력신호를 출력한다. 전류 입력 상태에서 불량 화소를 전류량을 판단하여 검출하고(S703) 해당 픽셀의 위치 좌표를 연산하여 출력한다(S704).
본 발명은 비접촉 방식에 의해 평판 디스플레이의 각 화소 전류 구동용 트랜지스터의 성능을 평가할 수 있어 OLED의 제조공정에 있어서 OLED 박막을 입히기 전에 그리고 LCD 공정에 있어서는 액정 주입 전에 검사 후 해당 디스플레이를 폐기 또는 수리 가능하다. 종래 방법에 비해 내구성이 뛰어나며 트랜지스터뿐 아니라 배선 결함, 합선에 의한 불량 검출도 가능하다. 더 나아가 전류 수준을 조정하여 트랜지스터의 수명을 예측할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 광원에 의해 대전 되는 능동 픽셀 소자가 직접화된 디스플레이 패널;
    상기 패널과 일정 거리에 위치하고 매트릭스 형태로 패터닝되어 각각의 픽셀에 흐르는 전류를 측정하는 금속 전극; 및
    상기 금속 전극으로부터 흐르는 전류를 검출하여 불량 화소의 위치를 출력하는 연산 모듈을 포함하여 이루어진 평판 디스플레이 화소 결함 검사 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 일정 거리는 마이크론 단위인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 화소 결함 검사 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 광원은 UV(Ultraviolet)인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 화소 결함 검사 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 연산 모듈은 다중화(multiplexing)방식에 따른 개별적 전류 입력 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 화소 결함 검사 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 전극은 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트의 동작으로 구동되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 화소 결함 검사 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 UV 투과 성질을 갖는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 화소 결함 검사 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 광원은 상기 패널 상부의 노광 구조에 의해 반사되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 화소 결함 검사 장치.
  8. 비접촉 방식에 의해 평판 디스플레이의 각 화소 전류 구동용 트랜지스터의 성능 평가 방법에 있어서,
    디스플레이 패널 픽셀에 개별적으로 인가되는 게이트와 드레인 전압을 각각 홀수/짝수 배선으로 묶어 4가지 입력신호를 조합하는 단계;
    상기 조합에 따른 디스플레이 패널로 게이트와 드레인 전압을 동작하여 전류를 입력하는 단계;
    상기 전류 입력 상태에서 불량 화소를 검출하여 해당 픽셀의 위치 좌표를 출력하는 단계를 포함하여 이루어진 평판 디스플레이 화소 결함 검사 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 게이트와 상기 드레인 전압의 배선은 서로 수직을 이루는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 화소 결함 검사 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 불량 화소 검출은 해당 픽셀이 도선 주변에 흐르는 전류량보다 비정상적인 수준으로 측정되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 화소 결함 검사 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 매트릭스 형태로 패터닝된 금속전극으로부터 대전 되어 반대 전극을 나타내는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 화소 결함 검사 방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 불량 화소의 개수는 상기 흐르는 전류의 감소량을 측정하여 판단하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 화소 결함 검사 방법.
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KR100955045B1 (ko) 2008-03-26 2010-04-28 포항공과대학교 산학협력단 패널 노화 측정 및 보상 장치와 그 방법
KR20170080738A (ko) * 2015-12-30 2017-07-11 삼성디스플레이 주식회사 유기 발광 표시 패널의 수명 분류 방법, 유기 발광 표시 패널의 열화 보상 방법, 및 유기 발광 표시 패널의 에이징 방법

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