KR100982896B1 - 디스플레이의 색 분석 분광시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디스플레이의 색 분석 분광시스템에 관한 것으로, CCD 면주사카메라(Area scan camera)를 이용하여 색 분석을 위하여 제작된 필터 시스템과 분광 시스템을 하나의 회전체에 삽입시키고 모터를 구동시켜 회전시키면서 선택된 위치에서 필터들을 통하여 검사하고자 하는 디스플레이 영상들을 차례로 획득한다. 또한 스펙트럼 분광 시스템으로부터 얻어진 스펙트럼을 통하여 색에 대한 여러 가지 정보를 필터시스템에서 얻어진 데이터에 전달하고 이들의 수학적인 조합에 의하여 디스플레이하여 전 화면에 대한 휘도, 색도 및 색 온도들을 동시에 계산해 낼 수 있다. 결과적으로 빠른 검사속도를 갖는 필터시스템의 데이터들이 스펙트럼 데이터에 의하여 보정되어 정확한 색 데이터로 변환된다. 이렇게 두 개의 독립적인 검사시스템이 하나의 시스템으로 만들어져 상호 보완적인 독특한 시스템으로 제작될 수 있다.

CCD 면 카메라, CIE 필터, 스펙트럼, 분광시스템

Description

디스플레이의 색 분석 분광시스템{ Spectro-photometric system for color analysis of displays }

본 발명은 디스플레이의 색 분석 분광시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디스플레이의 기술적 향상, 대형화 및 생산 효율을 높이기 위하여 검사 속도가 기존의 검사시스템에 비교하여 월등하게 빠르고 정확하게 그리고 디스플레이의 전 화면을 균일하게 검사할 수 있는 색 분석 분광시스템에 관한 것이다.

사람의 눈의 감각을 기본으로 제정된 1931년 CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) 측정 방법이 현재 색을 규정하기 위한 표준으로 널리 사용된다. 눈의 감각은 망막에 들어 있는 빨강색, 초록색, 청색을 독립적으로 받아들일 수 있는 세포들로부터 뇌에 전달되고 뇌는 이들을 조합하여 색에 대한 인식을 하는 것이다. 사람의 색 인식을 바탕으로 만들어진 색조화함수(Color matching function)는 이들 3가지 색에 대응되는 수학적인 함수들이며, 검사하고자 하는 대상물체의 색에 대한 분광전력분포(Spectral power distribution) 함수와 결합되어 색도(Chromaticity)를 계산할 수 있다. 실제로 색 분석 검사시스템에서는 색조화함수는 3가지 종류의 필터들과 대응되며 이들 3가지 색을 독립적으로 인식할 수 있도록 광센서(CCD 카메라) 앞에 이들 필터를 넣어 시스템이 마치 사람의 눈 감각과 비슷하게 만든 것이다(Colorimetry of displays, Bentham Instruments Ltd, January 1997, 45쪽).

또한 같은 색이라 하더라도 색의 밝기 차이가 존재하며, 가시영역의 전 파장에 걸쳐서 분광학적으로 동일한 세기의 광(Spectral power)이 들어온다 하더라도 눈의 감도는 파장영역에 의존하여 다르게 나타난다. 이것은 사람에 따라 약간씩 다르게 나타나지만 평균적인 인식능력을 종합하여 나타낸 사람 눈의 분광학적 응답 함수(Human spectral responsibility function)가 만들어졌다. 이것은 눈의 색에 대한 감응이 360nm에서 830nm의 가시광선 영역에 분포되며 제일 예민한 중심파장이 555nm에서 최대값을 갖는 Gauss분포함수와 모양이 비슷한 함수로서 일반적으로 V(λ)가 사용된다. 이것은 분광학적 광의 휘도(Luminance)측정에 중요한 함수가 된다(Colorimetry of displays, Bentham Instruments Ltd, January 1997, 45쪽). 실질적인 색 측정시스템(Photometer 또는 Colorimeter)과 분광기(Spectroscope)에서 위 함수들이 그대로 적용된다(Basics of spectral measurement, JETI Technische Instrumente GmbH, Jena, May 2005, 53쪽).

광의 색 측정시스템에 사용되는 광 센서는 다양하게 존재할 수 있으며 CCD 또는 CMOS 등이 사용될 수 있다(Lumicam 1300 Imaging photometer and colorimeter, Instrument Systems, Munich Germany, 8쪽 & PR-880 Automated filter photometer/colorimeter, Photo Research, CA91311-4125, 2쪽).
한편, IT 산업이 빠르게 발전됨에 따라 디스플레이의 다양한 발전이 이루어지고 있으며, 이에 대한 정확한 색 분석은 디스플레이 색을 더욱 자연스럽게 표현하고 조절할 수 있는 디스플레이 발전에 절대 필요한 조건이다.
지금까지 색 분석을 위한 다양한 검사 시스템들이 개발 활용되고 있으나 디스플레이가 대형화되고 그에 따른 생산성을 높이기 위하여 검사 속도가 기존의 검사시스템에 비교하여 월등하게 빠르고 정확하게 검사할 수 있는 색 검사 시스템의 개발이 절실히 요구되고 있다.

삭제

삭제

삭제

삭제

디스플레이 전 화면을 한번에 검사할 수 있는 필터시스템 방식의 색 분석 시스템은 원리적으로 검사속도는 빠르지만 데이터의 부 정확성이 존재하고, 디스플레이의 작은 영역을 검사할 수 있는 스펙트럼 방식의 색 분석시스템은 입광부에 빛의 일부 만을 통과시킬 수 있는 슬릿 또는 그와 유사한 작은 점을 이용하여 측정된 스펙트럼의 분석에 적용되는데 원리적으로 데이터의 정확성을 가지고 있다. 그러나 디스플레이 전 면적에 대해서는 검사속도가 느린 단점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 필터 방식의 색 분석시스템과 스펙트럼 방식의 색 분석시스템을 한 시스템에 적용시켜 상호 보완적인 시스템을 개발하여 검사속도와 데이터의 정확성을 얻을 수 있는 디스플레이의 색 분석 분광시스템을 제시하는 데 있다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 청구항 2에 기재된 발명은, 「디스플레이의 색 분석 분광시스템에 있어서, 검사 대상물체에서 출력되는 광(光)을 입사하는 렌즈(21)와, 상기 렌즈(21)를 통해 내부로 입사하는 광의 초점 면에 모터(23)의 회전에 의해 슬릿(22)을 설치 또는 제거하는 렌즈 장치(20)와; 상기 렌즈 장치(20)의 상부에 회전 가능하게 설치되며, 회전축을 중심으로 설치된 복수 개의 컬러필터(40)와 프리즘 결합체(50)를 회전하여 상기 렌즈 장치(20)의 광축에 선택적으로 정렬하는 회전체(30); 및 상기 렌즈 장치(20)와 상기 회전체(30)의 컬러필터(40) 또는 프리즘 결합체(50)와 동일한 광축을 가지며, 상기 컬러필터(40) 또는 상기 프리즘 결합체(50)를 통하여 출력되는 필터 영상(면 영상)과 스펙트럼 영상을 획득하는 CCD 카메라(10);를 포함하며, 상기 렌즈 장치(20)의 광축에 상기 회전체(30)의 컬러필터(40)가 정렬되면 상기 렌즈 장치(20)의 광축에서 상기 슬릿(22)을 제거하고, 상기 렌즈 장치(20)의 광축에 상기 회전체(30)의 프리즘 결합체(50)가 정렬되면 상기 렌즈 장치(20)의 광축에 상기 슬릿(22)을 설치하여, 하나의 시스템을 통해 필터 영상과 스펙트럼 영상을 선택적으로 취득할 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 색 분석 분광시스템.」을 제공한다.
청구항 3에 기재된 발명은, 「제 2 항에 있어서, 상기 프리즘 결합체(50)는: 꼭지각이 15°를 갖는 직각 삼각형 형상을 갖는 두 개의 프리즘(51) 사이에 회절격자(52)가 구비된 것을 특징으로 하는 디스플레이의 색 분석 분광시스템.」을 제공한다.

본 발명에 따르면, 핸드폰 컬러화면, OLED, PDP나 LCD화면 등, IT 발전에 병행되는 여러 방법의 디스플레이 신개발 및 대형화에 따른 생산속도가 지금까지 사용되었던 시스템보다 월등하게 빠르기 때문에 개발 능력 향상, 생산량의 증가 및 저 생산단가 효과를 가져올 것이다.

삭제

먼저, 하나의 CCD 카메라에 두 개의 독립된 시스템이 한 시스템 속에 적용될 수 있는 물리적인 결합은 상대적으로 쉽지 않다. 검사하고자 하는 대상 물체와 카메라 이미지 센서와의 광 축과 휘도가 두 시스템 모두 동일한 광학시스템으로 구성되어야 하며 이를 해결할 수 있는 방법은 입광부 렌즈 및 슬릿의 구성, 그리고 필터들과 스펙트럼 시스템이 동일한 회전체에 부착시키고 회전시켜 카메라 앞에 놓여지도록 하여야만 된다. 또한 빠른 검사 시간과 신뢰성 있는 데이터가 나올 수 있는 시스템의 안정성을 고려하여 CCD카메라, 광학렌즈, 모터의 적절한 선택은 시스템을 현실화 할 수 있는 해결 수단이 된다.
본 발명에 의한 디스플레이의 색 분석 분광시스템은 핸드폰 컬러화면, TV나 LCD화면 등, 발광하는 면(Area)의 가시영역 스펙트럼(Spectrum), 휘도(Luminance), 색 좌표(Chromaticity) 및 색 온도(Color temperature)를 측정할 수 있는 2차원 면의 색 분석 측정 장치이다.
이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
색 분석 분광시스템의 실시 예
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 색 분석 분광시스템의 구성도로서, 도 1은 필터 방식을 이용한 색 분석 분광시스템의 구성도이고, 도 2는 프리즘 방식을 이용한 색 분석 분광시스템의 구성도이다.
측정방법의 하나로서 도 1은 여러 종류의 컬러필터(40)를 설치하고 회전축(B)을 중심으로 회전시키면서 각 필터를 통과한 영상을 CCD카메라(10)에서 찍고 컴퓨터에 저장한다. 상기 컬러필터(40)를 통하여 2차원적 면 카메라(10)에서 영상들을 얻을 수 있기 때문에 디스플레이 전 영역의 데이터를 한번에 빠르게 얻을 수 있는 커다란 장점을 갖고 있다. 특히 최근에 대형화되는 디스플레이의 전 표면 검사 시스템으로 매우 적합하다.

상기 컬러필터(40)는 1931년 국제적으로 공인된 CIE x-, y-, z-필터 3종류 다시 말하면 적색(Red), 초록색(Green)과 청색(Blue)에 대응하는 필터들을 회전체(30)의 필터를 넣는 위치에 각각 안치시킨다. 도 1에는 6개의 원형구조로 필터를 넣을 수 있는 집들이 묘사되어 있다. 모터를 이용하여 회전축(B)을 중심으로 회전시키면서 선택된 필터를 통하여 CCD 카메라(10)로 영상을 차례로 획득하여 이들의 수학적인 조합에 의하여 휘도, 색도 및 색 온도를 계산해 낼 수 있다. 이들 모든 측정 조건들이 이론적인 수치에 맞도록 정밀한 필터들을 제작할 수만 있다면 이와 같은 필터시스템만으로 위 측정 값들을 정확하게 산출할 뿐 아니라 생산라인에서 편리하게 사용될 수도 있다.

그러나 이론적 CIE x-, y-, z-필터와 똑 같은 실제적인 필터들을 제작하는 데에는 많은 비용이 들뿐 아니라 물리적 한계가 있어 제작이 매우 어렵다. 따라서 수많은 종류의 색 데이터들을 동일한 필터를 사용하여 정확하게 측정하기에 문제가 있어서 실제 사용 유용성이 매우 낮다.

또 다른 측정방법의 하나로서, 도 2의 시스템은 LCD 등 발광하는 디스플레이의 색 스펙트럼을 측정하여 CIE x-, y-, z-필터가 없이도 색 데이터들을 측정해 낼 수 있다. 도 1에 그려져 있는 회전체(30)의 필터를 넣는 한 위치에, 도 2와 같이 두 개의 프리즘(51)과 회절격자(52) 조합시스템을 설치하고, 디스플레이에서 방출하는 빛이 렌즈 장치(20)를 통하여 들어온 빛이 프리즘(51)과 회절격자(52)를 통하여 스펙트럼이 CCD카메라(10)에 맺히도록 하여 색 스펙트럼을 영상화시킬 수 있다. 이미 위에서 설명했던 필터시스템에서 측정하고자 하는 휘도, 색도 및 색 온도를 검출할 수 있으며, 별도로 필터시스템에서는 검사가 불가능하였던 빛의 파장에 따른 물리적 특성 등을 또한 산출해 낼 수 있다.

기존에 나와 있는 대부분의 시스템은 광 축과 카메라는 동일 직선상에 있지 않기 때문에 분광 시스템구조가 커진다. 이것을 보완하기 위하여, 도 2와 같이 동일선상의 광 축 시스템을 만들기 위하여 프리즘 결합체(50)를 사용하였고, 회절격자(52)는 필름과 비슷하므로 꼭지각(C)이 15도의 두 개의 프리즘(51) 사이에 넣어 평평하게 고정시킬 수 있다. 따라서 이와 같은 구조의 분광시스템은 매우 좁은 공간구조를 가능하게 한다. 프리즘(51)과 회절격자(52)를 이용한 분광시스템은 원리적으로 공간을 요하는 CIE 필터가 필요 없이 스펙트럼 분포 영상과 위 배경기술에서 설명했던 두 개의 함수와의 수학적인 조합에 의한 분석으로 색 데이터를 산출하기 때문에 모든 색에 대한 측정 데이터 신뢰도가 대단히 높다.

그러나 이 분광시스템의 단점은 빛의 일부만을 통과시킬 수 있는 슬릿(22) 또는 그와 유사한 작은 점을 통하여 보여지는 디스플레이 발광 면의 극히 제한된 좁은 영역만을 측정할 수 있다는 점이다. 디스플레이 평면의 다른 위치를 자유스럽게 측정하고자 할 때에는 디스플레이를 이동시키던가 또는 측정시스템을 움직이면서 측정해야만 한다.

이와 같은 두 측정시스템 방식, 즉 필터시스템과 분광시스템의 각 단점들이 단번에 해결될 수 있는 시스템이 바로 본 발명에서 구현한 디스플레이의 색 분석 분광시스템이다. 도 2의 렌즈시스템(F)은 분광시스템 구조와 필터시스템을 하나의 렌즈 시스템 속에 적용시켰다. 이 렌즈시스템 내부의 초점 면(focal plane)에 슬릿(slit: 22)을 사용하면 분광시스템으로 되며, 상기 슬릿(22)을 제거하면 위에서 설명한 필터 시스템으로 변환되어 넓은 시야의 영상을 볼 수 있도록 하였는데 도 2의 모터(Motor: 23)는 두 시스템을 제어하는 역할을 한다.

따라서 디스플레이 전 면적에 대한 정확한 색 분석 데이터들을 빠른 시간 안에 산출할 수 있는 방법으로서 분광 시스템으로부터 얻어진 정확한 색에 대한 여러 가지 정보를 전 면적 측정용 필터시스템에 전달되면 필터시스템에서의 부정확했던 데이터들이 정확하게 보정되는 것이다. 이와 같이 상호보완적으로 개발된 이 시스템은 디스플레이가 대형화되고 빠르게 움직이는 생산라인에 매우 적합한 시스템일 뿐 아니라 새로운 디스플레이 연구개발에도 편리하게 사용될 수 있는 시스템이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 색 분석 분광시스템의 구성도로서,
도 1은 필터 방식을 이용한 색 분석 분광시스템의 구성도이고,
도 2는 프리즘 방식을 이용한 색 분석 분광시스템의 구성도이다.
[도면부호에 대한 간단한 설명]
10 : CCD 카메라 또는 CCD 면주사카메라(Area scan camera)
11 : 렌즈 20 : 렌즈 장치
21 : 렌즈 22 : 슬릿(slit)
23 : 모터 30 : 회전체(wheel)
40 : 컬러필터 50 : 프리즘 결합체
51 : 프리즘 52 : 회절격자
A : 광축 B : 회전축
C : 프리즘 꼭지각

Claims (3)

1. 삭제
2. 디스플레이의 색 분석 분광시스템에 있어서,

   검사 대상물체에서 출력되는 광(光)을 입사하는 렌즈(21)와, 상기 렌즈(21)를 통해 내부로 입사하는 광의 초점 면에 모터(23)의 회전에 의해 슬릿(22)을 설치 또는 제거하는 렌즈 장치(20)와;

   상기 렌즈 장치(20)의 상부에 회전 가능하게 설치되며, 회전축을 중심으로 설치된 복수 개의 컬러필터(40)와 프리즘 결합체(50)를 회전하여 상기 렌즈 장치(20)의 광축에 선택적으로 정렬하는 회전체(30); 및

   상기 렌즈 장치(20)와 상기 회전체(30)의 컬러필터(40) 또는 프리즘 결합체(50)와 동일한 광축을 가지며, 상기 컬러필터(40) 또는 상기 프리즘 결합체(50)를 통하여 출력되는 필터 영상(면 영상)과 스펙트럼 영상을 획득하는 CCD 카메라(10);를 포함하며,

   상기 렌즈 장치(20)의 광축에 상기 회전체(30)의 컬러필터(40)가 정렬되면 상기 렌즈 장치(20)의 광축에서 상기 슬릿(22)을 제거하고, 상기 렌즈 장치(20)의 광축에 상기 회전체(30)의 프리즘 결합체(50)가 정렬되면 상기 렌즈 장치(20)의 광축에 상기 슬릿(22)을 설치하여, 하나의 시스템을 통해 필터 영상과 스펙트럼 영상을 선택적으로 취득할 수 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이의 색 분석 분광시스템.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 프리즘 결합체(50)는:

   꼭지각이 15°를 갖는 직각 삼각형 형상을 갖는 두 개의 프리즘(51) 사이에 회절격자(52)가 구비된 것을 특징으로 하는 디스플레이의 색 분석 분광시스템.

Images