KR101187664B1 - Method for measuring contact angle - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for measuring a contact angle is provided to measure variation that a contact angle of a droplet is changed as time passed, thereby measuring the variation of the contact angle according to a shape varying process of the droplet even though the droplet is dried after being discharged. CONSTITUTION: A method for measuring a contact angle is as follows. A droplet is discharged on a substrate(1100). Images of the droplet discharged on the substrate is obtained(1200). An interest region is set on the images of the droplet(1300). A plurality of straight lines is formed in the interest region at a constant interval(1400). An X and a Y coordinates of a spot where an image value of the droplet is rapidly varied according to a direction of the straight line(1500). A curve fitting is performed by using the X and Y coordinates of the spot(1600). The contact angle of the droplet is obtained by using a slope of the straight line obtained by the curve fitting(1700). [Reference numerals] (1100) Step for discharging ink droplets on a substrate; (1200) Step for obtaining images of ink droplets discharged on a substrate; (1300) Step for setting an interest region on images of ink droplets; (1400) Step for drawing a straight line at a constant distance in an interest region; (1500) Step for obtaining X,Y coordinates of a point in which an image value is remarkably varied along a straight line direction; (1600) Step for performing a curve fitting by using a X,Y coordinates; (1700) Step for obtaining a contact angle by using a slope of a straight line; (AA) Start; (BB) Finish

Description

접촉각 측정 방법 {METHOD FOR MEASURING CONTACT ANGLE}How to measure contact angle {METHOD FOR MEASURING CONTACT ANGLE}

본 발명은 접촉각 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 측정하고자 하는 액적의 양을 정확하게 제어할 수 있고 시간에 따른 접촉각의 변화량 내지 변화 정도를 측정할 수 있는 접촉각 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a contact angle measuring method, and more particularly, to a contact angle measuring method capable of precisely controlling the amount of droplets to be measured and measuring a change amount or a change degree of the contact angle with time.

인쇄 기술은 문자 인쇄만이 아닌 전자소자 공정, 재료공정, 바이오 분야 등에서 패터닝(patterning) 기술로 적용할 수 있음에 따라 관련 연구가 매우 활발히 이루어지고 있다. 특히 잉크젯 패터닝(inkjet patterning) 기술은 반도체 공정의 복잡한 광학 리소그래피(lithography) 방식과 달리 비접촉식 3차원(3D) 프린팅 기반 패터닝 방식으로 LCD, OLED, PDP 등의 디스플레이 분야, PCB, RFID, 마이크로렌즈(micro lens) 등의 전자재료 프린팅 분야와 각종 micro/nano sensor, bio chip, 생물 세포 배양 등의 분야에서 공정기술로 적용되고 있다. As printing technology can be applied as a patterning technology in electronic device processing, material processing, biotechnology, etc. as well as text printing, related researches are being actively conducted. In particular, inkjet patterning technology is a non-contact three-dimensional (3D) printing-based patterning method, unlike the complicated optical lithography method of the semiconductor process, the display field such as LCD, OLED, PDP, PCB, RFID, micro lens (micro) It is applied as a process technology in the field of electronic material printing such as lens), various micro / nano sensors, bio chip, and biological cell culture.

이러한 잉크젯 패터닝의 장점은 직접 인쇄공정의 친환경적 공정, 재료 저감에 따른 저가의 공정, 대면적 패터닝이 가능하다는 것이다. 잉크젯을 이용하여 토출된 잉크는 기판(substrate) 위에 패턴을 형성하게 되는데, 이때 중요한 것이 접촉각(contact angle)이다. The advantage of such inkjet patterning is that it is environmentally friendly in the direct printing process, low cost process due to material reduction, and large area patterning is possible. The ink ejected by using the ink jet forms a pattern on a substrate, and an important point is a contact angle.

접촉각이란 액체가 고체 표면 위에서 열역학적으로 평형을 이룰 때 이루는 각을 말하며, 접촉각 측정은 접착, 표면처리 그리고 폴리머 표면분석과 같은 많은 분야에서 잘 알려진 분석 기술로 낮은 접촉각은 높은 젖음성을 나타내고 높은 접촉각은 낮은 표면 에너지를 나타낸다. 즉, 접촉각이 작으면 잉크 또는 액적이 기판 상에서 잘 퍼지고, 접촉각이 크면 잘 안 퍼지게 된다. 이를 정량적으로 측정하는 장치가 접촉각 측정 장치이다.Contact angle is the angle formed when a liquid is thermodynamically equilibrated on a solid surface. Contact angle measurement is a well known analytical technique in many fields, such as adhesion, surface treatment, and polymer surface analysis, where low contact angles are high wettability and high contact angles are low. Surface energy. In other words, when the contact angle is small, ink or droplets spread well on the substrate, and when the contact angle is large, it does not spread well. A device for measuring this quantitatively is a contact angle measuring device.

도 1은 종래의 접촉각 측정 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면, 도 2는 종래의 접촉각 측정 장치를 사용하여 접촉각을 측정하는 원리를 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing the configuration of a conventional contact angle measuring device, Figure 2 is a view showing a principle of measuring the contact angle using a conventional contact angle measuring device.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 접촉각 측정 장치는 유체를 디스펜싱(dispensing)할 수 있는 주사기(syringe) 형태의 디스펜서와 조명(Fiber Optic Illumination) 그리고 CCD카메라와 이미지를 분석할 수 있는 소프트웨어를 탑재한 컴퓨터를 포함한다. 종래의 접촉각 측정 장치는 유체를 디스펜싱하는 디스펜서가 주사기 형태로 되어 있기 때문에 보통 2마이크로리터(μL) 정도의 유체를 이용하여 접촉각을 측정한다.As shown in FIG. 1, a conventional contact angle measuring device includes a syringe-type dispenser capable of dispensing fluid, a fiber optic illumination, and a software capable of analyzing an image with a CCD camera. Includes onboard computer. In the conventional contact angle measuring device, since the dispenser for dispensing the fluid is in the form of a syringe, the contact angle is usually measured using a fluid of about 2 microliters (μL).

이러한 종래의 접촉각 측정 장치는 2θ 방법(2θ method)을 이용하여 접촉각을 측정한다. 도 2를 참조하면, 기판(S)을 기준으로 상부에 액적(D)이 존재하고 그 하부의 이미지는 액적이 기판에 반사된 이미지이다. 기판(S)을 기준으로 액적(D)의 높이가 최고가 되는 지점의 높이(H)와 최고점에서 수선을 내릴 때 형성되는 기판의 길이(L)로 이루어지는 삼각형에서 길이(L)와 높이(H)로부터 각도(θ)를 구한다. 이렇게 구해진 각도(θ)를 2배 하면 액적의 접촉각을 구할 수 있다.The conventional contact angle measuring device measures the contact angle by using a 2θ method. Referring to FIG. 2, a droplet D is present at an upper portion of the substrate S, and an image of the lower portion thereof is an image in which the droplet is reflected on the substrate. The length L and the height H of the triangle which consist of the height H of the point where the height of the droplet D becomes the highest with respect to the board | substrate S, and the length L of the board | substrate formed when the water line is cut off from the highest point. The angle θ is obtained from If the angle θ is doubled, the contact angle of the droplet can be obtained.

종래의 접촉각 측정 방법을 다시 한 번 설명하면, 카메라(camera)를 이용하여 얻은 액적의 이미지를 바이너리 이미지(binary image)로 변환하고, 바이너리 이미지의 최상위값, 최좌측 및 최우측의 위치를 구하고 이를 이용하여 길이(L)와 높이(H)를 픽셀(pixel)값으로 계산하여, 그 계산 결과를 이미지 위에 그려서 2θ 방법에 의해서 접촉각을 구한다.Once again, the conventional contact angle measurement method is described again, converting the image of the droplet obtained by using a camera to a binary image, and obtain the position of the highest value, leftmost and rightmost of the binary image The length L and the height H are calculated as pixel values, and the result of the calculation is drawn on the image to obtain a contact angle by the 2θ method.

인쇄기술(잉크젯 및 오프셋 인쇄)이 전자 부품 제조로 응용이 되면서 보다 작은 선폭(line width), 보다 작은 잉크(액체)가 기판 위에 패턴이 되고 있다. 따라서 액적이 크기에 따라서 접촉각이 달라질 수 있는데 이러한 원인으로는 기판의 거칠기, 기판에서의 잉크가 흡수되는 특성, 기판 위에 다른 패턴이 있는 경우에는 달라질 수 있다. 따라서, 잉크 개발 및 인쇄 공정 개발을 위해서는 공정 (기판 및 잉크)에 맞는 정확한 접촉각을 측정할 수 있어야 한다.As printing technology (inkjet and offset printing) has been applied to the manufacture of electronic components, smaller line widths and smaller inks (liquids) are becoming patterns on substrates. Therefore, the contact angle may vary depending on the size of the droplets, which may vary depending on the roughness of the substrate, the characteristics of the ink absorbed on the substrate, and other patterns on the substrate. Therefore, in order to develop an ink and a printing process, it is necessary to be able to measure an accurate contact angle for a process (substrate and ink).

또한, 시간에 따라서 접촉각은 변화하게 된다. 이러한 접촉각의 변화를 시간에 따라 분석할 수 있어야 한다. 그러나 분산잉크인 경우에는 건조에 따라서 접촉각 변화 뿐만 아니라 건조에 따른 형태가 변화하게 된다. 이때의 접촉각을 기존의 접촉각 측정 장치 및 측정 방법에 의해서 구하게 되면 오류가 있게 되고 전체의 형태로서 평가해야 하는 문제가 있다. In addition, the contact angle changes with time. This change in contact angle should be able to be analyzed over time. However, in the case of the dispersion ink, the shape of the dispersion is changed as well as the contact angle change depending on the drying. At this time, if the contact angle is obtained by the existing contact angle measuring device and the measuring method, there is an error and there is a problem to be evaluated as a whole form.

특히, 전자 인쇄의 경우 접촉각은 잉크의 양에 따라서 다르게 되는데 잉크젯 헤드에서 토출되는 잉크의 양은 수십 피코리터(pL) 정도의 아주 작은 양이 토출된다. 그러나 접촉각 측정을 위한 종래의 장치 및 방법은 수 마이크로리터(μL) 정도의 양을 이용하여 측정하므로 실제 전자 인쇄 공정 중의 접촉각과는 다른 결과를 가져올 수 있다. In particular, in the case of electronic printing, the contact angle varies depending on the amount of ink, and the amount of ink discharged from the inkjet head is discharged in a very small amount of several tens of picoliters (pL). However, the conventional apparatus and method for measuring the contact angle is measured using an amount of several microliters (μL), which may result in a different result from the contact angle during the actual electronic printing process.

또한, 다른 인쇄 전자 공정인 그래비어(gravure) 및 오프셋(offset) 인쇄 방식에서도 미세한 선폭(line width)을 얻기 위한 연구가 진행되고 있고, 이를 위해서는 잉크와 기판의 정확한 평가가 필요하다. 따라서, 기판의 특성 및 잉크의 양에 따른 특성을 평가할 필요가 있다.In addition, research is being conducted to obtain fine line widths in other printing electronic processes, such as gravure and offset printing, and requires accurate evaluation of ink and substrate. Therefore, it is necessary to evaluate the characteristics according to the characteristics of the substrate and the amount of ink.

따라서, 원하는 아주 작은 양의 잉크 액적 (30pL~3 μL)을 정확히 만들고 이를 정확히 측정하며 이것이 기판에 떨어 졌을 때 시간에 따른 접촉각 내지 접촉각의 변화량을 측정할 수 있는 접촉각 측정 장치 및 측정 방법에 대한 요구가 증대되고 있다.Therefore, there is a need for a contact angle measuring device and measuring method capable of accurately producing a desired small amount of ink droplets (30 pL to 3 μL), accurately measuring them, and measuring the change in contact angle to the change in contact angle over time when it falls on a substrate. Is increasing.

최근 나노 소재 및 고정의 발전에 의해서 표면에 나노 형상을 만들어서 초발수(super hydrophobic)의 표면을 만들 수 있다는 연구 결과가 발표되고 있다. 그러나, 종래의 접촉각 측정 장치의 문제점을 극복하고, 피코리터(pL) 단위의 미세 액적에서도 초발수가 적용될 수 있는지, 액적의 증발에 따라서 어떠한 현상이 일어나는지 관찰할 수 있는 접촉각 측정 기술은 상용화 단계에 이르지 못했다.Recently, research results suggest that super hydrophobic surfaces can be made by making nano shapes on the surface by the development of nano materials and fixation. However, in order to overcome the problems of the conventional contact angle measuring device, and to observe whether super water repellency can be applied to microdroplets in picoliter (pL) units and what phenomenon occurs as the droplets evaporate, It did not arrive.

종래의 접촉각 측정 장치 및 방법은 잉크가 기판에서 흡수되는 현상을 완벽하게 관찰하고 측정하지 못하는 한계가 있다. 또한, 나노 입자가 분산되어 있는 서스펜션(suspension) 잉크 등에서는 건조에 따른 형태(morphology) 변화를 정확하게 측정하는 것이 불가능하다. 잉크의 솔벤트(solvent) 증발 이후에 남는 고형분의 커피링(coffee ring) 효과로 인해서 증발 후 형상이 바람직하지 못한 경우도 있다. Conventional contact angle measuring devices and methods have limitations in that they cannot fully observe and measure the phenomenon that ink is absorbed from the substrate. In addition, it is impossible to accurately measure the morphology change due to drying in suspension ink or the like in which nanoparticles are dispersed. Due to the coffee ring effect of the solids remaining after solvent evaporation of the ink, the shape after evaporation is sometimes undesirable.

또한 잉크의 솔벤트에 의하여 기판이 반응할 수도 있고 이 때의 스웰링(swelling) 등을 효과적으로 평가하는 것도 전자 인쇄를 위해서 필수적으로 평가해야 하지만, 이를 평가할 수 있는 접촉각 측정 장비 및 표준화된 방법은 전무한 실정이다.In addition, the substrate may be reacted by the solvent of the ink, and the effective evaluation of the swelling, etc. at this time is essential for the electronic printing, but there are no contact angle measuring equipment and standardized methods for evaluating this. to be.

본 발명은 잉크젯 헤드를 이용하여 토출되는 액적의 양 또는 방울 수를 정확하게 제어할 수 있는 접촉각 측정 방법을 제공한다.The present invention provides a contact angle measuring method capable of accurately controlling the amount or droplet number of droplets ejected using an inkjet head.

본 발명은 토출되는 액적의 양을 미소한 양에서부터 비교적 많은 양까지 토출시키는 것이 가능한 접촉각 측정 방법을 제공한다.The present invention provides a contact angle measuring method capable of discharging the amount of droplets discharged from a small amount to a relatively large amount.

본 발명은 액적의 접촉각이 시간의 경과에 따라 변화하는 양을 측정할 수 있는 접촉각 측정 방법을 제공한다.The present invention provides a contact angle measuring method capable of measuring the amount by which the contact angle of the droplet changes over time.

본 발명은 다수개의 액적을 토출시킨 상태에서도 원하는 위치에 있는 액적의 접촉각을 측정할 수 있는 접촉각 측정 방법을 제공한다.The present invention provides a contact angle measuring method capable of measuring the contact angle of the droplet in the desired position even in the state of ejecting a plurality of droplets.

본 발명은 1개의 기판 상에서 다양한 크기를 가지는 다수개 액적의 접촉각을 한꺼번에 측정할 수 있는 접촉각 측정 방법을 제공한다.The present invention provides a contact angle measuring method capable of measuring the contact angle of a plurality of droplets having various sizes on one substrate at a time.

본 발명은 시간에 따른 액적의 프로파일 및 프로파일의 변화량을 측정할 수 있는 접촉각 측정 방법을 제공한다.The present invention provides a contact angle measuring method capable of measuring the profile of the droplet and the amount of change of the profile over time.

본 발명은 초발수 표면에서의 접촉각을 액적의 크기에 따라서 측정할 수 있는 접촉각 측정 방법을 제공한다.The present invention provides a contact angle measuring method capable of measuring the contact angle at the super water-repellent surface according to the size of the droplet.

본 발명은 잉크가 기판 위에서 반응하여 스웰링(swelling)할 때의 현상을 분석할 수 있는 접촉각 측정 방법을 제공한다.The present invention provides a contact angle measuring method capable of analyzing the phenomenon when the ink reacts on the substrate and swells.

본 발명은 잉크의 솔벤트가 증발하면서 고형분이 어떤 형상으로 고착화하는지 평가할 수 있는 접촉각 측정 방법을 제공한다.The present invention provides a contact angle measuring method capable of evaluating what shape the solid content solidifies as the solvent of the ink evaporates.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법은, 기판 위에 액적을 토출시키는 단계; 상기 기판 위에 토출된 액적의 이미지를 획득하는 단계; 상기 액적의 이미지 상에 관심영역을 설정하는 단계; 상기 관심영역 내에 일정한 간격으로 다수개의 직선을 형성하는 단계; 상기 직선의 방향을 따라 상기 액적의 이미지 값이 급변하는 지점의 X좌표 및 Y좌표를 구하는 단계; 상기 지점의 X좌표 및 Y좌표를 이용하여 커브 피팅을 수행하는 단계; 및 상기 커브 피팅에 의해 얻어진 직선의 기울기를 이용하여 액적의 접촉각을 구하는 단계;를 포함할 수 있다.Contact angle measuring method according to an embodiment of the present invention for solving the above problems, the step of ejecting a droplet on the substrate; Obtaining an image of droplets ejected onto the substrate; Setting a region of interest on the image of the droplet; Forming a plurality of straight lines at regular intervals in the region of interest; Obtaining an X coordinate and a Y coordinate at a point where the image value of the droplet changes rapidly along the direction of the straight line; Performing curve fitting using the X and Y coordinates of the point; And obtaining the contact angle of the droplet using the slope of the straight line obtained by the curve fitting.

상기 액적을 토출시키는 단계는, 잉크젯 헤드를 이용하여 상기 액적을 토출시키며, 상기 잉크젯 헤드에 인가되는 전압을 조절하여 액적의 크기 또는 방울 수를 제어할 수 있다.In the discharging of the droplets, the droplets may be discharged using an inkjet head, and the size or number of droplets may be controlled by adjusting a voltage applied to the inkjet head.

또한, 상기 액적을 토출시키는 단계는, 주사기, 디스펜서 또는 피펫을 이용하여 상기 액적을 토출시킬 수 있다.In the discharging of the droplets, the droplets may be discharged using a syringe, a dispenser, or a pipette.

상기 액적의 이미지를 획득하는 단계는, 상기 기판을 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동시켜서 상기 기판 상에 존재하는 다수의 액적 중에서 원하는 액적의 이미지를 획득할 수 있다.The obtaining of the droplet image may include moving the substrate in X, Y, and Z directions to obtain an image of a desired droplet from among a plurality of droplets present on the substrate.

상기 관심영역을 설정하는 단계는, 상기 액적의 이미지를 모두 둘러싸도록 상기 관심영역을 설정할 수 있다.In the setting of the ROI, the ROI may be set to surround all of the images of the droplet.

상기 다수개의 직선을 형성하는 단계는, 상기 액적의 이미지에 대해서 에지 디텍션(edge detection)을 위해서 상기 다수개의 직선을 동일하게 형성할 수 있다.In the forming of the plurality of straight lines, the plurality of straight lines may be identically formed for edge detection on the image of the droplet.

상기 X좌표 및 Y좌표를 구하는 단계에서 상기 액적의 이미지 값이 급변하는 지점은 상기 액적의 표면 또는 경계면과 상기 직선이 교차하는 지점인 것을 특징으로 한다.In the step of obtaining the X coordinate and the Y coordinate, the point at which the image value of the droplet changes abruptly is a point at which the straight line intersects the surface or boundary of the droplet.

상기 X좌표 및 Y좌표를 구하는 단계는 상기 X좌표 및 상기 Y좌표를 구하여 시간에 따라 저장한 후 상기 액적의 프로파일(profile)을 3차원적으로 구할 수 있다.In the obtaining of the X coordinate and the Y coordinate, the X coordinate and the Y coordinate may be obtained and stored over time to obtain a three-dimensional profile of the droplet.

상기 커브 피팅을 수행하는 단계는 다수개 지점의 X좌표 및 Y좌표를 이용하여 이미지 잡음의 영향을 줄일 수 있다.Performing the curve fitting may reduce the influence of image noise by using the X coordinate and the Y coordinate of a plurality of points.

상기 액적의 접촉각을 구하는 단계는, 상기 커브 피팅된 직선의 기울기가 시간의 경과에 따라 변하는 것으로부터 상기 액적의 프로파일 변화를 측정할 수 있다.In the step of obtaining the contact angle of the droplet, the profile change of the droplet may be measured since the slope of the curve-fitted straight line changes over time.

상기 액적의 접촉각을 구하는 단계는, 상기 액적의 이미지 값이 급변하는 지점의 Y좌표를 X축에 대하여 미분함으로써 시간에 따른 상기 액적의 프로파일의 변화량을 측정할 수 있다.In the obtaining of the contact angle of the droplet, the amount of change in the profile of the droplet over time may be measured by differentiating the Y coordinate of the point where the image value of the droplet changes rapidly with respect to the X axis.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법은 액적의 접촉각이 시간의 경과에 따라 변화하는 양을 측정할 수 있기 때문에 액적이 토출된 후 건조되는 경우에도 액적의 형상 변화 과정에 따른 접촉각의 변화량을 측정할 수 있다.As described above, since the contact angle measuring method according to an embodiment of the present invention can measure the amount by which the contact angle of the droplet changes with time, the droplet change process is performed even when the droplet is dried after being discharged. The change amount of the contact angle according to the measurement can be measured.

본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법은 잉크 내지 액적이 기판에서 시간에 따라 반응하여 스웰링(swelling)이 일어날 때 이를 프로파일 변화 측정으로 평가할 수 있다.In the contact angle measuring method according to an exemplary embodiment of the present invention, when swelling occurs because ink or droplet reacts with time on a substrate, this may be evaluated by measuring a profile change.

본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법은 기존의 2θ 방법의 한계를 극복하고 초발수 현상을 평가할 수 있다.The contact angle measuring method according to an embodiment of the present invention can overcome the limitations of the existing 2θ method and evaluate the superhydrophobic phenomenon.

본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법은 시간에 따른 액적의 프로파일을 측정할 수 있고 프로파일 데이터를 3차원 형상으로 보여줄 수 있기 때문에 시간에 따라 액적 내지 접촉각이 어떻게 변하는지 쉽게 이해할 수 있다.Since the contact angle measuring method according to an embodiment of the present invention can measure the profile of the droplet over time and show the profile data in a three-dimensional shape, it is easy to understand how the droplet or the contact angle changes with time.

본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법은 액적 이미지 상의 다수개 지점의 좌표값을 이용하여 커브 피팅을 수행하여 액적의 접촉각을 구하기 때문에 초기의 접촉각 뿐만 아니라 접촉각 변화율도 측정할 수 있다.In the contact angle measuring method according to the exemplary embodiment of the present invention, since the contact angle of the droplet is obtained by performing curve fitting using coordinate values of a plurality of points on the droplet image, the contact angle change rate as well as the initial contact angle may be measured.

본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법은 커브 피팅에 의해서 접촉각을 산출하기 때문에 이미지 잡음에 의한 영향을 줄일 수 있다.Since the contact angle measuring method according to the exemplary embodiment of the present invention calculates the contact angle by curve fitting, the influence of the image noise may be reduced.

도 1은 종래의 접촉각 측정 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 접촉각 측정 장치를 사용하여 접촉각을 측정하는 원리를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 장치를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 9는 도 3에 따른 접촉각 측정 장치에 사용되는 프로그램된 화면을 나타내는 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 장치를 사용하여 접촉각을 측정하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법이 적용되는 경우를 보여주는 도면이다.
1 is a view schematically showing the configuration of a conventional contact angle measuring device.
2 is a view showing the principle of measuring the contact angle using a conventional contact angle measuring device.
3 is a view showing a contact angle measuring device according to an embodiment of the present invention.
4 to 9 are exemplary views illustrating a programmed screen used in the contact angle measuring apparatus according to FIG. 3.
10 is a flowchart illustrating a method of measuring a contact angle using a contact angle measuring device according to an embodiment of the present invention.
11 and 12 are views illustrating a case where a contact angle measuring method according to an embodiment of the present invention is applied.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 장치를 나타낸 도면, 도 4 내지 도 9는 도 3에 따른 접촉각 측정 장치에 사용되는 프로그램된 화면을 나타내는 예시도, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 장치를 사용하여 접촉각을 측정하는 방법을 도시한 순서도, 도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법이 적용되는 경우를 보여주는 도면이다.3 is a view showing a contact angle measuring device according to an embodiment of the present invention, Figures 4 to 9 is an exemplary view showing a programmed screen used in the contact angle measuring device according to Figure 3, Figure 10 is an embodiment of the present invention 11 and 12 are flowcharts illustrating a method of measuring a contact angle using a contact angle measuring apparatus according to an example. FIG. 11 and FIG. 12 are views illustrating a case where a contact angle measuring method according to an embodiment of the present invention is applied.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 장치(100)는, 액적을 토출시키는 잉크젯 헤드(110), 상기 액적이 탄착되는 기판(150), 상기 기판(150)을 이동시키는 기판 이동부(181,183,185), 상기 기판(150) 상에 존재하는 상기 액적을 촬영하여 액적의 이미지를 획득하는 이미지 획득부(130), 상기 획득부(130)에서 획득한 액적의 이미지를 분석하여 이미지 값이 급변하는 지점의 좌표를 얻는 처리하는 이미지 처리부(미도시) 및 상기 좌표를 이용하여 액적의 접촉각을 산출하는 접촉각 산출부(미도시)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the contact angle measuring apparatus 100 according to an exemplary embodiment may include an inkjet head 110 for discharging droplets, a substrate 150 on which the droplets are attached, and a movement of the substrate 150. An image obtaining unit 130 which acquires an image of the droplet by capturing the droplets on the substrate moving unit 181, 183 and 185 and the substrate 150, and analyzing the image of the droplet obtained by the obtaining unit 130. And an image processing unit (not shown) for obtaining coordinates of a point at which the value changes rapidly, and a contact angle calculator (not shown) for calculating the contact angle of the droplet using the coordinates.

여기서, 이미지 처리부 및 접촉각 산출부는 컴퓨터 등의 전산처리장치라고 볼 수 있다.Here, the image processor and the contact angle calculator may be regarded as a computer processing apparatus such as a computer.

본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 장치(100)는 잉크젯 헤드(110)를 이용하여 액적을 토출시켜서 액적의 접촉각을 측정함으로써 미소량의 액적에 대한 접촉각도 쉽게 구할 수 있다.The contact angle measuring apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention may easily obtain a contact angle with a small amount of droplets by measuring the contact angle of the droplets by ejecting the droplets using the inkjet head 110.

잉크젯 헤드(110)에는 잉크젯 헤드(110)에 잉크 또는 유체를 공급하는 공급도관(120)이 연결될 수 있는데, 공급도관(120)은 미세한 크기를 가지도록 형성하여 잉크젯 헤드(110)에 공급되는 유체의 양을 미세하게 제어할 수 있다.The inkjet head 110 may be connected to a supply conduit 120 for supplying ink or fluid to the inkjet head 110. The supply conduit 120 is formed to have a fine size and is supplied to the inkjet head 110. The amount of can be finely controlled.

잉크젯 헤드(110)는 기판(150) 상에 잉크 또는 유체의 액적을 떨어뜨려 탄착시킬 수 있도록 기판(150)의 상부에 위치하도록 제공될 수 있다. 이 때, 잉크젯 헤드(110)는 지지 구조물에 고정된 상태로 제공되는 것이 바람직하다.The inkjet head 110 may be provided to be positioned above the substrate 150 so that droplets of ink or fluid may be dropped on the substrate 150 and contacted with the droplets. At this time, the inkjet head 110 is preferably provided fixed to the support structure.

기판(150)의 일측에는 기판(150) 상에 탄착된 액적의 이미지를 획득하기 위한 이미지 획득부(130)가 제공되는데, 이미지 획득부(130)는 CCD 카메라 등으로 구성될 수 있다. 기판(150)을 기준으로 이미지 획득부(130)와 마주 보도록 조명(140)이 설치될 수 있는데, 조명(140)은 LED 조명 등을 이용할 수 있으며, 이미지 획득부(130)가 액적의 이미지를 보다 선명하게 촬영하거나 획득할 수 있도록 조명을 제공한다. 여기서, 조명(140)은 항상 켜져 있을 수도 있으나, 잉크젯 헤드(110)에 인가되는 트리거 신호(trigger signal)과 동기화되어 잉크젯 헤드(110)에서 액적이 토출되는 순간에만 작동할 수도 있다.One side of the substrate 150 is provided with an image acquisition unit 130 for acquiring an image of the droplets immobilized on the substrate 150, the image acquisition unit 130 may be configured as a CCD camera. The lighting 140 may be installed to face the image obtaining unit 130 based on the substrate 150. The lighting 140 may use LED lighting, and the image obtaining unit 130 may display an image of the droplet. Provides light for clearer shots or acquisition. Here, the illumination 140 may be always on, but may operate only at the moment when the droplet is ejected from the inkjet head 110 in synchronization with a trigger signal applied to the inkjet head 110.

기판(150)은 알루미늄 전극판(미도시) 상에 놓여지고, 상기 알루미늄 전극판은 절연재(170) 상에 놓여질 수 있다.The substrate 150 may be placed on an aluminum electrode plate (not shown), and the aluminum electrode plate may be placed on the insulating material 170.

여기서, 전극판(150) 및 절연재(170)는 기판 이동부(181,183,185)에 의해서 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동될 수 있다. 기판 이동부(181,183,185)는 리드 스크류(lead screw) 방식으로 각각의 축 방향으로 이동할 수 있는 X축 이동부(181), Y축 이동부(183) 및 Z축 이동부(185)를 포함할 수 있다. 이들 중 Z축 이동부는 상하 방향으로 움직일 수 있기 때문에 기판(150) 및 절연재(170)의 하부와 접촉하는 위치까지 움직일 수 있다. 이와 같이, Z축 이동부(185)가 먼저 상승하여 기판(150) 또는 절연재(170)의 하부를 접촉 지지한 상태에서 X축 이동부(181) 또는 Y축 이동부(183)가 움직여서 원하는 액적이 이미지 획득부(130)와 조명(140)을 연결한 선 상에 위치하도록 할 수 있다.Here, the electrode plate 150 and the insulating material 170 may be moved in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions by the substrate moving parts 181, 183, and 185. The substrate moving parts 181, 183, and 185 may include an X-axis moving part 181, a Y-axis moving part 183, and a Z-axis moving part 185 that may move in the respective axial directions by a lead screw method. have. Among these, since the Z-axis moving part may move in the vertical direction, the Z-axis moving part may move to a position in contact with the lower portion of the substrate 150 and the insulating material 170. As described above, the Z-axis moving unit 185 moves up and the X-axis moving unit 181 or the Y-axis moving unit 183 moves while the lower portion of the substrate 150 or the insulating material 170 is in contact with each other. The enemy may be positioned on a line connecting the image acquisition unit 130 and the illumination 140.

이와 같이, 3축 방향으로 움직일 수 있는 기판 이동부(181,183,185)를 이용하기 때문에 기판(150) 상에 다수개의 액적을 토출시킨 상태에서도 모든 액적에 대한 이미지를 획득할 수 있다. 따라서, 1개의 액적에 대한 이미지를 획득하는 종래의 접촉각 측정 장치에 비해서 측정 효율을 높일 수 있다.As described above, since the substrate moving parts 181, 183, and 185 that are movable in the three axis directions are used, images of all the droplets may be obtained even when a plurality of droplets are ejected onto the substrate 150. Therefore, compared with the conventional contact angle measuring apparatus which acquires the image with respect to one droplet, measurement efficiency can be improved.

도면 중 미설명 도면 부호 "160"은 진공스위치이다.In the drawings, reference numeral 160 denotes a vacuum switch.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 장치(100)의 잉크젯 헤드(110)는 액적의 방울 수를 이용하여 액적의 토출량을 제어할 수 있다. 즉, 상기 잉크젯 헤드(110)는 인가되는 전압에 따라 토출되는 액적의 크기 또는 방울 수를 제어할 수 있다. On the other hand, the inkjet head 110 of the contact angle measuring apparatus 100 according to an embodiment of the present invention can control the discharge amount of the droplet using the number of droplets. That is, the inkjet head 110 may control the size or the number of droplets discharged according to the applied voltage.

예를 들어 액적의 한 방울이 50pL이면, 잉크젯 헤드(110)에서 토출되는 액적의 양을 1방울, 10방울 또는 100방울 등과 같이 토출되는 액적의 방울 수를 제어할 수 있다. 또한, 미세하거나 아주 작은 양으로 액적을 토출시켜야 하는 경우에는 잉크젯 헤드(110)에 인가되는 전압을 조절하여 토출되는 액적의 미세량을 제어할 수 있다. 예를 들면 잉크젯 헤드(110)에 인가되는 전압이 40V일 때는 50pL의 액적을 토출시키고, 30V일 때는 40pL, 60V일 때 55pL의 액적을 토출시키는 등으로 조절할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 장치(100)는 잉크젯 헤드(110)를 이용하여 액적을 토출함으로써 토출되는 액적의 양 또는 방울 수를 용이하고 정확하게 조절할 수 있다. 이로 인해, 전자 인쇄에 이용하는 극미소량 잉크의 접촉각도 정확하게 측정할 수 있다.For example, when one drop of the droplet is 50 pL, the number of droplets of the droplets discharged, such as one drop, ten drops, or 100 drops, may be controlled by the amount of the droplets discharged from the inkjet head 110. In addition, when the droplets are to be ejected in a minute or very small amount, the amount of droplets ejected may be controlled by adjusting the voltage applied to the inkjet head 110. For example, when the voltage applied to the inkjet head 110 is 40V, 50pL droplets may be discharged, and 40pL at 30V, 55pL may be discharged at 60V. As such, the contact angle measuring apparatus 100 according to the exemplary embodiment of the present invention may easily and accurately adjust the amount or droplet number of the ejected droplets by ejecting the droplets using the inkjet head 110. For this reason, the contact angle of the extremely small amount ink used for electronic printing can also be measured correctly.

앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 장치(100)는 상기 기판(150) 상에 다수의 액적이 존재할 수 있다. 즉, 기판(150)을 3축 방향으로 움직일 수 있는 기판 이동부(181,183,185)가 있기 때문에 1개의 기판 상에 여러 개의 액적에 대한 접촉각을 한꺼번에 확인할 수도 있다.As described above, in the contact angle measuring apparatus 100 according to the exemplary embodiment, a plurality of droplets may exist on the substrate 150. That is, since there are substrate moving parts 181, 183, and 185 capable of moving the substrate 150 in three axial directions, contact angles of multiple droplets on one substrate may be checked at once.

잉크젯 헤드(110)에 의해서 다양한 크기를 가지는 다수개의 액적을 기판(150) 상에 토출시킨 상태에서, 상기 기판(150) 상에 존재하는 다수개의 액적 중 상기 이미지 획득부(130)가 촬영하고자 하는 액적과 동일한 선상에 위치하도록 상기 기판(150)을 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동시킬 수 있다.In the state where a plurality of droplets having various sizes are discharged onto the substrate 150 by the inkjet head 110, the image acquisition unit 130 is to photograph among the plurality of droplets existing on the substrate 150. The substrate 150 may be moved in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions so as to be positioned on the same line as the droplet.

한편, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 이미지 처리부는 상기 액적의 이미지에 관심영역(202)을 설정하고, 상기 관심영역(202) 내에 상기 액적(203)의 이미지와 교차하는 직선(211)을 동일한 간격으로 다수개 형성할 수 있다. 여기서, 관심영역(203)을 사용자가 지정하거나 입력할 수 있고, 관심영역(203) 내에 형성된 다수개의 직선(211)의 동일 간격도 사용자가 지정하거나 입력할 수 있다. 관심영역(203, Region of Interest)은 액적의 이미지에서 접촉각을 얻을 수 있도록 사각형 또는 일정한 면적을 가지는 다각형이나 폐곡선 형태로 지정될 수 있다. 관심영역(202) 내에 형성된 직선(211)의 간격은 정해진 픽셀 간격으로 지정될 수 있다.4 and 5, the image processor sets a region of interest 202 in the image of the droplet, and the straight line 211 intersects with the image of the droplet 203 in the region of interest 202. A plurality of can be formed at the same interval. Here, the ROI 203 may be designated or input by the user, and the user may designate or input the same spacing of the plurality of straight lines 211 formed in the ROI 203. The region of interest 203 may be designated in the form of a rectangle or a closed curve having a square or a predetermined area so as to obtain a contact angle in the image of the droplet. An interval of the straight lines 211 formed in the ROI 202 may be designated as a predetermined pixel interval.

도 5의 (a)를 참조하면, 직선(211)과 액적의 이미지가 교차하는 지점(212)을 구하기 위해서, 직선(211)의 방향을 따라 정의되는 이미지 값이 급변하는 지점을 찾을 수 있다. 즉, 상기 이미지 처리부는 상기 다수개의 직선(211) 상에서 상기 액적의 이미지 값이 급변하는 다수개의 지점(212)을 찾고, 상기 다수개 지점(212)의 X좌표 및 Y좌표를 구할 수 있다. 이 때, 직선(211)의 방향을 따라 액적의 이미지 값이 급변하는 지점(212)을 찾기 위해서 에지 디텍션 알고리즘(edge detection algorithm)을 이용할 수 있다. Referring to FIG. 5A, in order to find the point 212 where the straight line 211 and the image of the droplet intersect, the point where the image value defined along the direction of the straight line 211 changes rapidly may be found. That is, the image processor may find a plurality of points 212 on which the image values of the droplets rapidly change on the plurality of straight lines 211, and obtain X and Y coordinates of the plurality of points 212. In this case, an edge detection algorithm may be used to find a point 212 in which the image value of the droplet changes rapidly along the direction of the straight line 211.

이미지 획득부(130)에서 획득한 액적의 이미지 영상을 이미지 프로세싱(image processing)을 통해서 바이너리 이미지(binary image)로 변환하면, 액적의 이미지 내부와 외부의 이미지 값이 달라지게 된다. 예를 들면, 액적의 이미지 내부의 이미지 값이 1이라면 외부의 이미지 값은 0이라고 할 수 있다. When the image image of the droplet acquired by the image acquisition unit 130 is converted into a binary image through image processing, image values of the inside and outside of the image of the droplet are changed. For example, if the image value inside the image of the droplet is 1, the external image value may be 0.

이와 같이, 액적의 이미지의 윤곽 또는 경계선에서 이미지 값이 급격하게 변하게 되고, 이미지 값이 급변하는 지점(212)은 에지 디텍션을 통해서 찾을 수 있다. 이미지 값이 급변하는 지점(212)의 X좌표 및 Y좌표를 구하기 위해서 직선(211)의 방향에서의 이미지 값이 급변하는 지점을 찾는 것이 바람직하다. 이와 같이 이미지 값이 급변하는 다수개의 지점(212)에 대해서 X좌표 및 Y좌표를 구한다.As such, the point 212 where the image value changes abruptly in the outline or boundary of the image of the droplet and the image value changes rapidly can be found through the edge detection. It is preferable to find a point where the image value in the direction of the straight line 211 changes rapidly in order to obtain the X and Y coordinates of the point 212 where the image value changes rapidly. In this way, X coordinates and Y coordinates are obtained for a plurality of points 212 in which the image value changes rapidly.

상기 접촉각 산출부는 상기 다수개 지점(212)의 X좌표 및 Y좌표를 커브 피팅(curve fitting)하여 직선(213)을 구하고, 구해진 직선(213)의 기울기로부터 액적(203)의 접촉각을 산출할 수 있다. 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 관심영역(202) 내에서 동일한 간격으로 그어진 다수개의 직선(211) 방향을 따라 액적의 이미지 값이 급변하는 지점(212)을 2개 이상 이용하여 커브 피팅을 수행하여 얻어진 직선(213)의 기울기가 액적(203)의 접촉각을 나타낸다고 할 수 있다.The contact angle calculator may curve-fit the X coordinates and the Y coordinates of the plurality of points 212 to obtain a straight line 213, and calculate the contact angle of the droplet 203 from the inclination of the obtained straight line 213. have. As shown in FIG. 5B, a curve is formed using two or more points 212 at which image values of the droplets change rapidly along a plurality of straight lines 211 drawn at equal intervals in the ROI 202. It can be said that the inclination of the straight line 213 obtained by performing the fitting indicates the contact angle of the droplet 203.

본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법을 나타내는 도 5의 (a)와 종래의 접촉각 측정 방법을 나타내는 도 2를 비교해 보면, 종래의 접촉각 측정 방법은 바이너리 이미지를 기초로 하여 2θ 방법을 사용함에 반하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법은 에지 디텍션 기술을 사용하여 액적의 접촉각 뿐만 아니라 형상까지도 측정할 수 있다는 점에서 차이가 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법은 시간의 경과에 따라 액적의 형상 내지 프로파일의 변화하는 모습을 측정할 수 있는 반면에 종래의 접촉각 측정 방법은 액적의 프로파일은 측정하지 못한다는 한계가 있다.Comparing FIG. 5 (a) showing a contact angle measuring method according to an embodiment of the present invention with FIG. 2 showing a conventional contact angle measuring method, the conventional contact angle measuring method uses a 2θ method based on a binary image. On the other hand, the contact angle measuring method according to an embodiment of the present invention is different in that it can measure not only the contact angle but also the shape of the droplet using edge detection technology. That is, the contact angle measuring method according to an embodiment of the present invention can measure the shape of the droplet or the change of profile with time, whereas the conventional contact angle measuring method cannot limit the profile of the droplet. There is.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 장치(100)를 이용하여 액적의 접촉각을 측정하는 방법에 대해서 설명한다.Hereinafter, a method of measuring the contact angle of a droplet using the contact angle measuring apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

우선 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법은, 기판(150) 위에 액적을 토출시키는 단계(1100), 상기 기판(150) 위에 토출된 액적의 이미지를 획득하는 단계(1200), 상기 액적(203)의 이미지 상에 관심영역(202)을 설정하는 단계(1300), 상기 관심영역(202) 내에 일정한 간격으로 다수개의 직선(211)을 형성하는 단계(1400), 상기 직선(211)의 방향을 따라 상기 액적의 이미지 값이 급변하는 지점(212)의 X좌표 및 Y좌표를 구하는 단계(1500), 상기 지점(212)의 X좌표 및 Y좌표를 이용하여 커브 피팅을 수행하는 단계(1600) 및 상기 커브 피팅에 의해 얻어진 직선(213)의 기울기를 이용하여 액적의 접촉각을 구하는 단계(1700)를 포함할 수 있다.First, as shown in FIG. 10, in the contact angle measuring method according to the exemplary embodiment of the present disclosure, the method may include: discharging droplets on the substrate 150 (1100); Step 1200, setting the region of interest 202 on the image of the droplet 203 (1300), and forming a plurality of straight lines 211 at regular intervals in the region of interest 202 (1400). Obtaining an X coordinate and a Y coordinate of a point 212 in which the image value of the droplet changes rapidly along the direction of the straight line 211 (1500), and curves using the X and Y coordinates of the point 212. The method may include performing a fitting 1600 and obtaining a contact angle of the droplet 1700 using the slope of the straight line 213 obtained by the curve fitting.

상기 액적을 토출시키는 단계(1100)는 잉크젯 헤드(110)를 이용하여 액적을 토출시킬 수 있으며, 이 때 잉크젯 헤드(110)에 인가되는 전압을 조절하여 토출되는 액적의 크기 또는 방울 수를 제어할 수 있다. 잉크젯 헤드(110)에 의해서 토출된 액적은 기판(150) 상에 존재하게 되고, 잉크젯 헤드(110)는 크기가 다양한 다수개의 액적을 기판(150) 상에 토출시킬 수 있다.In the discharging of the droplet (1100), the droplet may be discharged using the inkjet head 110, and at this time, the size of the droplet or the number of droplets to be discharged may be controlled by adjusting a voltage applied to the inkjet head 110. Can be. The droplets discharged by the inkjet head 110 are present on the substrate 150, and the inkjet head 110 may discharge a plurality of droplets of various sizes on the substrate 150.

여기서, 액적을 토출시키는 단계(1100)는 반드시 잉크젯 헤드(110)를 이용해서 액적을 토출시키는 것은 아니며, 기존의 주사기(syringe), 디스펜서(dispenser) 또는 피펫(pipette) 등을 이용하여 액적을 토출시킬 수도 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법은 기존의 접촉각 측정 장비에서도 사용될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 예시적으로 잉크젯 헤드(110)를 사용하는 접촉각 측정 장치를 사용한 접촉각 측정 방법에 대해서 설명한다.Here, the step 1100 of ejecting the droplets does not necessarily eject the droplets using the inkjet head 110, but ejects the droplets using a conventional syringe, dispenser, or pipette. You can also That is, the contact angle measuring method according to an embodiment of the present invention may be used in existing contact angle measuring equipment. Hereinafter, for convenience of description, a contact angle measuring method using a contact angle measuring apparatus using the inkjet head 110 will be described.

기판(150) 상에 다수개의 액적이 토출된 상태에서 원하는 액적의 이미지를 획득하기 위해서 이미지 획득부(130) 쪽으로 촬영하고자 하는 액적이 위치하도록 기판(150)을 이동시켜야 한다. 이를 위해서, 상기 액적의 이미지를 획득하는 단계(1200)는 상기 기판(150)을 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동시켜서 상기 기판 상에 존재하는 다수의 액적 중에서 원하는 액적의 이미지를 획득할 수 있다. 이 때, 기판(150)은 기판 이동부(181,183,185)에 의해서 X축, Y축 및 Z축 방향으로 움직일 수 있다. 기판 이동부(181,183,185)에 의해서 원하는 액적이 이미지 획득부(130)와 조명(140)과 동일한 선상에 위치되게 한 후 이미지 획득부(130)에 의해서 액적을 촬영하여 액적의 이미지를 얻는다. In order to acquire an image of a desired droplet in a state where a plurality of droplets are ejected onto the substrate 150, the substrate 150 must be moved to position the droplet to be photographed toward the image obtaining unit 130. To this end, obtaining an image of the droplet 1200 may move the substrate 150 in the X, Y, and Z directions to obtain an image of a desired droplet from among a plurality of droplets present on the substrate. Can be. At this time, the substrate 150 may move in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions by the substrate moving parts 181, 183, and 185. The substrate moving parts 181, 183 and 185 place the desired droplets on the same line as the image acquisition unit 130 and the illumination 140, and then photograph the droplets by the image acquisition unit 130 to obtain an image of the droplets.

액적의 이미지를 획득한 후에 상기 이미지 처리부는 액적의 이미지에 대해서 이미지 프로세싱 및 에지 디텍션을 수행하게 된다. 상기 관심영역(202)을 설정하는 단계(1300)는 상기 이미지 처리부에서 수행되며, 상기 액적의 이미지를 모두 둘러싸도록 상기 관심영역(202)을 설정할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 액적(203)의 이미지를 둘러싸도록 사각형 또는 일정한 면적을 가지는 형태로 관심영역(202)을 설정할 수 있다. 또한, 액적의 이미지를 처리하는 프로그램된 화면을 도시한 도 4를 참조하면, 좌측 창(201)에는 액적의 이미지가 표시되고, 우측에는 액적을 이미지 프로세싱한 결과가 나타난다. 즉, 우측에는 접촉각(204)과 시간에 따른 액적의 윤곽 또는 경계선을 나타내는 그래프(205)가 도시되어 있다.After acquiring the image of the droplet, the image processor performs image processing and edge detection on the image of the droplet. The setting of the region of interest 202 (1300) may be performed by the image processor, and may set the region of interest 202 to surround all of the images of the droplet. As shown in FIG. 4, the ROI 202 may be set to have a square shape or a predetermined area to surround the image of the droplet 203. 4, which shows a programmed screen for processing an image of a droplet, an image of the droplet is displayed in a left window 201, and a result of image processing of the droplet is displayed on the right side. That is, a graph 205 showing the contact angle 204 and the contour or boundary of the droplet over time is shown on the right side.

이와 같이, 관심영역(202)을 설정한 후에는 도 5에 도시된 바와 같이 관심영역(202) 내에 일정한 간격으로 다수개의 직선(211)을 긋게 된다. 상기 다수개의 직선(211)을 형성하는 단계(1400)도 이미지 처리부에서 수행되며, 상기 액적의 이미지에 대해서 에지 디텍션(edge detection)을 위해서 상기 다수개의 직선을 동일하게 형성할 수 있다. As described above, after setting the ROI 202, a plurality of straight lines 211 are drawn in the ROI 202 at regular intervals. The step 1400 of forming the plurality of straight lines 211 may also be performed by the image processor, and the plurality of straight lines may be identically formed for edge detection on the image of the droplet.

관심영역(202) 내에 다수개의 직선(211)을 그은 후에, 상기 X좌표 및 Y좌표를 구하는 단계(1500)에서 액적의 이미지 값이 급변하는 다수개의 지점(212)을 구하게 되는데(1500), 여기서, 상기 액적의 이미지 값이 급변하는 지점(212)은 상기 액적의 표면 또는 경계면과 상기 직선(211)이 교차하는 지점이라고 할 수 있다. 상기 이미지 처리부에서 액적의 이미지에 대한 이미지 프로세싱을 수행하면 액적의 바이너리 이미지(binary image)를 얻을 수 있다. 이러한 바이너리 이미지는 액적 이미지의 경계면 또는 표면을 기점으로 해서 급변하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 액적 이미지의 표면 또는 윤곽을 구할 수 있다. 상기 X좌표 및 Y좌표를 구하는 단계(1500)는 상기 액적의 프로파일(profile)을 구할 수 있다. 예를 들면, 도 4의 우측 하단을 보면 액적 이미지의 프로파일 또는 윤곽이 다수개의 점들로 표현되어 있음을 볼 수 있다(도 4의 205 참조). 여기서, 상기 X좌표 및 Y좌표를 구하는 단계(1500)는 상기 X좌표 및 상기 Y좌표를 구하여 이를 시간에 따라 저장한 후 상기 액적의 프로파일을 3차원적으로 형성할 수 있다.After drawing a plurality of straight lines 211 in the region of interest 202, in the step 1500 of obtaining the X and Y coordinates, a plurality of points 212 at which the image values of the droplets change rapidly are obtained (1500). The point 212 at which the image value of the droplet changes rapidly may be a point at which the straight line 211 intersects the surface or boundary of the droplet. When the image processing unit performs image processing on the image of the droplet, a binary image of the droplet may be obtained. The binary image is rapidly changed from the boundary or surface of the droplet image. Thus, the method according to the invention can obtain the surface or contour of the droplet image. Obtaining the X coordinate and the Y coordinate 1500 may obtain a profile of the droplet. For example, looking at the bottom right of FIG. 4, it can be seen that the profile or contour of the droplet image is represented by a plurality of points (see 205 of FIG. 4). Here, in the step 1500 of obtaining the X coordinate and the Y coordinate, the X coordinate and the Y coordinate may be obtained and stored according to time, thereby forming the profile of the droplet in three dimensions.

이와 같이 얻은 다수개 지점(212)의 X좌표 및 Y좌표를 이용하여 커브 피팅을 수행하는 단계(1600)에서 커브 피팅을 통해 최적의 직선(213)을 구할 수 있다. 이 때, 커브 피팅에는 2개의 지점을 사용하거나 다수개의 인접한 지점의 X좌표 및 Y좌표를 이용할 수 있다. In the step 1600 of performing curve fitting using the X coordinates and the Y coordinates of the plurality of points 212 obtained as described above, an optimal straight line 213 may be obtained through the curve fitting. In this case, two points may be used for curve fitting, or X and Y coordinates of a plurality of adjacent points may be used.

여기서, 상기 커브 피팅을 수행하는 단계(1600)는 다수개 지점(212)의 X좌표 및 Y좌표를 이용하여 직선(213)을 도출함으로써 이미지 잡음(image noise)의 영향을 줄일 수 있다. In the performing of the curve fitting 1600, the influence of image noise may be reduced by deriving a straight line 213 using the X and Y coordinates of the plurality of points 212.

한편, 도 6에는 다수개의 지점(212)을 이용하여 커브 피팅을 수행하기 위한 프로그램된 화면(220)이 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 다수개의 지점을 이용하여 커브 피팅을 수행하여 도출된 직선이 도시되어 있다. 커브 피팅에 의해서 도출된 직선은 일차 방정식 즉, y=ax+b의 형태로 표현될 수 있다. 여기서, 직선의 기울기에 해당하는 a 값은 시간에 따른 접촉각이 변하는 정도 즉, 시간에 따른 접촉각의 변화율이 되고, 직선의 y축 절편에 해당하는 b 값은 초기의 접촉각이 된다. 도 6을 참조하면 직선의 초기 접촉각은 대략 30도가 되고, 기울기에 해당하는 a가 음(minus)의 값을 가지므로 시간이 경과함에 따라 접촉각이 감소한다고 할 수 있다. 따라서, 이러한 과정을 거쳐 구한 접촉각은 초기의 값 보다는 비교적 잡음에 덜 민감한 결과를 가진다고 할 수 있다.6 illustrates a programmed screen 220 for performing curve fitting using a plurality of points 212. Referring to FIG. 6, a straight line derived by performing curve fitting using a plurality of points is illustrated. The straight line derived by curve fitting may be expressed in the form of a linear equation, that is, y = ax + b. Here, the a value corresponding to the inclination of the straight line is the degree of change of the contact angle with time, that is, the rate of change of the contact angle with time, and the b value corresponding to the y-axis intercept of the straight line is the initial contact angle. Referring to FIG. 6, the initial contact angle of the straight line is approximately 30 degrees, and since the a corresponding to the slope has a negative value, the contact angle decreases with time. Therefore, it can be said that the contact angle obtained through this process is relatively less sensitive to noise than the initial value.

상기한 바와 같이, 상기 액적의 접촉각을 구하는 단계(1700)에서는 상기 커브 피팅된 직선(213)의 기울기가 시간의 경과에 따라 변하는 것으로부터 상기 액적의 프로파일 변화를 측정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법은 액적의 이미지 값이 급변하는 지점(212)의 X좌표 및 Y좌표를 찾고 이를 이용하여 초기 접촉부분의 기울기를 tanθ=Y/X의 관계를 이용하여 접촉각을 계산할 수 있다. 또한, 액적의 프로파일을 측정하는 것이므로 액적이 건조하는 경우의 특성도 알 수 있으며, 시간에 따른 특성을 이용하여 프로파일의 변화 및 접촉각의 변화를 효과적으로 측정할 수 있다.As described above, in the step 1700 of obtaining the contact angle of the droplet, the profile change of the droplet may be measured from the change in the slope of the curve-fitted straight line 213 over time. In the contact angle measuring method according to an exemplary embodiment of the present invention, the X and Y coordinates of the point 212 at which the image value of the droplet changes rapidly are found, and the slope of the initial contact portion using the relationship of tanθ = Y / X using the same. The contact angle can be calculated. In addition, since the droplet profile is measured, the characteristic of the droplet when drying is also known, and the change in profile and the change in contact angle can be effectively measured using the characteristic with time.

또한, 상기 액적의 접촉각을 구하는 단계(1700)는 상기 액적의 이미지 값이 급변하는 지점의 Y좌표를 X축에 대하여 미분함으로써 시간에 따른 상기 액적의 프로파일의 변화량을 측정할 수 있다. 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 시간에 따라 액적의 프로파일이 얼마나 변하는지도 확인할 수 있다.In operation 1700, the contact angle of the droplet may be measured by differentiating the Y coordinate of the point at which the image value of the droplet rapidly changes with respect to the X axis to measure the amount of change in the profile of the droplet over time. For example, as shown in FIG. 7, it can be seen how the profile of the droplet changes with time.

한편, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법은 관심영역(202) 내에서 액적의 이미지 값이 급변하는 지점(212)의 좌표를 구하고, 시간에 대해서 각 좌표를 저장하고 이것을 3차원 그래프로 나타내면 액적의 건조과정에 대한 특성도 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 접촉각 측정 방법을 사용하여 접촉각 뿐만 아니라 액적 프로파일 또는 액적 형상의 변화과정을 분석할 수도 있다. 도 8에는 이미지 값이 급변하는 다수개의 지점이 3차원으로 표시되어 있고, 도 9에는 3차원적으로 표시된 다수개의 지점을 연결한 프로파일 또는 형상이 도시되어 있다. 도 9를 참조하면 액적의 프로파일 또는 액적의 형상 즉, 액적의 폭(Width) 및 높이(Height)기 시간에 따라 어떻게 변하는지 알 수 있다.8 and 9, the contact angle measuring method according to an exemplary embodiment of the present invention obtains the coordinates of the point 212 at which the image value of the droplet rapidly changes in the ROI 202, and with respect to time. Storing each coordinate and displaying it in a three-dimensional graph also reveals the characteristics of the droplet drying process. That is, the contact angle measurement method according to the present invention may analyze the change process of the droplet profile or droplet shape as well as the contact angle. 8 illustrates a plurality of points in which image values change rapidly in three dimensions, and FIG. 9 illustrates a profile or a shape connecting the plurality of points displayed in three dimensions. Referring to FIG. 9, it can be seen how the profile of the droplet or the shape of the droplet changes, that is, the width and height of the droplet.

도 11 및 도 12에는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법을 사용한 경우에는 접촉각을 측정할 수 있으나, 종래의 접촉각 측정 방법은 접촉각을 측정할 수 없는 경우가 도시되어 있다. 우선 도 11은 기판 상에서 잉크 내지 액적이 흡수 및 증발되었을 때 고형분 또는 커피링(coffee ring)이 어떻게 나오는지 측정 및 분석하는 방법을 설명하는 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 시간이 경과함에 따라 액적 또는 잉크가 증발하게 되면 종래의 접촉각 측정 방법으로는 측정 또는 분석이 불가능한 액적의 형태가 남게 되는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법을 사용하면 시간에 대한 프로파일을 3차원적으로 표현할 수 있기 때문에 고형분이 어떻게 나오는지를 한 눈에 알 수 있다. 뿐만 아니라, 도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 접촉각 측정 방법은 기판에서 잉크가 반응하였을 때 스웰링(swelling) 즉, 액적이 부풀어 오르는 현상도 분석하여 3차원적으로 표현할 수 있다.11 and 12, when the contact angle measuring method according to an embodiment of the present invention is used, the contact angle may be measured, but the conventional contact angle measuring method may not measure the contact angle. First, FIG. 11 is a view for explaining a method for measuring and analyzing how a solid or coffee ring comes out when ink or droplets are absorbed and evaporated on a substrate. As illustrated in FIG. 11, when a droplet or ink evaporates with time, a form of a droplet that cannot be measured or analyzed by a conventional contact angle measuring method remains. A contact angle measuring method according to an embodiment of the present invention. Using 3D allows you to express the profile of time in three dimensions so you can see at a glance how solids are produced. In addition, although not shown, the contact angle measuring method according to the present invention may analyze the swelling, that is, the swelling of the droplets when the ink reacts on the substrate, and three-dimensionally analyze the phenomenon.

한편, 최근 스마트폰 및 태블릿 PC 등과 같은 터치 패널을 가지고 있는 디스플레이가 많이 사용되고 있다. 손가락으로 터치 패널을 터치했을 때 지문 등이 남지 않도록 표면 처리가 필요하다. 도 12는 터치 패널의 표면에 남아 있는 지문 및 사람의 땀 성분의 잔존 모습을 보여주는 사진이다. 본 발명에 따른 접촉각 측정 방법은 터치 패널의 표면 처리 기법에도 사용되는 등 다양한 응용 분야에 따른 기판과 액체의 관계를 평가하는데 효과적으로 사용될 수 있다.Meanwhile, a display having a touch panel such as a smart phone and a tablet PC has been used in recent years. When the touch panel is touched with a finger, surface treatment is necessary so that fingerprints and the like do not remain. FIG. 12 is a photograph showing the appearance of fingerprints and sweat components of a person remaining on the surface of the touch panel. FIG. The contact angle measuring method according to the present invention can be effectively used for evaluating the relationship between the liquid and the substrate according to various applications, such as used in the surface treatment technique of the touch panel.

상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 장치 및 측정 방법에 의하면, 액적의 접촉각을 측정하는 것에 그치지 않고 시간에 따라 액적의 프로파일이 어떻게 변하는지 또는 액적이 어떠한 특성으로 건조하는지에 대해서 알 수 있다.According to the contact angle measuring apparatus and the measuring method according to an embodiment of the present invention as described above, not only measuring the contact angle of the droplet, but also about how the profile of the droplet changes over time or what characteristics the droplet dries. Able to know.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법은 액적의 프로파일 전체를 측정하기 때문에 기판 및 액적 사이의 관계를 평가할 수 있고 시간에 따른 3차원 형상화가 가능하다. 이를 통하여 기존의 접촉각 측정 방법으로 측정이 불가능하였던 초발수 기판의 평가 및 건조 과정에서의 액적 형상 그리고 기판과 액적 사이의 반응에 의한 스웰링 등도 평가할 수 있다.In addition, since the contact angle measuring method according to an embodiment of the present invention measures the entire profile of the droplet, the relationship between the substrate and the droplet can be evaluated and three-dimensional shaping over time is possible. Through this, the evaluation of the super water-repellent substrate, which was not possible to measure by the conventional contact angle measurement method, the droplet shape during the drying process, and the swelling by the reaction between the substrate and the droplet can be evaluated.

지금까지 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉각 측정 방법은 액적을 형성하기 위해서 잉크젯 헤드를 사용하는 장치에만 국한되어 적용되는 것은 아니며, 기존의 액적 디스펜싱 장치로 액적이 표면에 떨어졌을 때 이미지 처리를 통하여 프로파일 측정 및 이를 통한 평가 방법에도 적용될 수 있다.
The contact angle measuring method according to the exemplary embodiment of the present invention described above is not limited to an apparatus using an inkjet head to form droplets, and the image processing is performed when the droplets are dropped onto the surface by a conventional droplet dispensing apparatus. Through this, it can be applied to profile measurement and evaluation method through it.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.In the present invention as described above has been described by the specific embodiments, such as specific components and limited embodiments and drawings, but this is provided to help a more general understanding of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments. For those skilled in the art, various modifications and variations are possible from these descriptions. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

100: 접촉각 측정 장치 110: 잉크젯 헤드
130: 이미지 획득부 140: 조명
150: 기판 181,183,185: 기판 이동부
100: contact angle measuring device 110: inkjet head
130: image acquisition unit 140: lighting
150: substrate 181,183, 185: substrate moving part

Claims (10)

기판 위에 액적을 토출시키는 단계;
상기 기판 위에 토출된 액적의 이미지를 획득하는 단계;
상기 액적의 이미지 상에 관심영역을 설정하는 단계;
상기 관심영역 내에 일정한 간격으로 다수개의 직선을 형성하는 단계;
상기 직선의 방향을 따라 상기 액적의 이미지 값이 급변하는 지점의 X좌표 및 Y좌표를 구하는 단계;
상기 지점의 X좌표 및 Y좌표를 이용하여 커브 피팅을 수행하는 단계; 및
상기 커브 피팅에 의해 얻어진 직선의 기울기를 이용하여 액적의 접촉각을 구하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉각 측정 방법.
Ejecting a droplet onto the substrate;
Obtaining an image of droplets ejected onto the substrate;
Setting a region of interest on the image of the droplet;
Forming a plurality of straight lines at regular intervals in the region of interest;
Obtaining an X coordinate and a Y coordinate at a point where the image value of the droplet changes rapidly along the direction of the straight line;
Performing curve fitting using the X and Y coordinates of the point; And
Obtaining the contact angle of the droplet using the slope of the straight line obtained by the curve fitting;
Contact angle measurement method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 액적을 토출시키는 단계는,
잉크젯 헤드를 이용하여 상기 액적을 토출시키며, 상기 잉크젯 헤드에 인가되는 전압을 조절하여 액적의 크기 또는 방울 수를 제어하는 것을 특징으로 하는 접촉각 측정 방법.
The method of claim 1,
Discharging the droplets,
And discharging the droplets using an inkjet head, and controlling the size or the number of droplets by adjusting a voltage applied to the inkjet head.
제1항에 있어서,
상기 액적을 토출시키는 단계는,
주사기, 디스펜서 또는 피펫을 이용하여 상기 액적을 토출시키는 것을 특징으로 하는 접촉각 측정 방법.
The method of claim 1,
Discharging the droplets,
Contact angle measuring method characterized in that for discharging the droplets using a syringe, dispenser or pipette.
제2항에 있어서,
상기 관심영역을 설정하는 단계는,
상기 액적의 이미지를 모두 둘러싸도록 상기 관심영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 접촉각 측정 방법.
The method of claim 2,
The setting of the ROI may include:
And setting the region of interest to surround all the images of the droplet.
제4항에 있어서,
상기 다수개의 직선을 형성하는 단계는,
상기 액적의 이미지에 대해서 에지 디텍션(edge detection)을 위해서 상기 다수개의 직선을 동일하게 형성하는 것을 특징으로 하는 접촉각 측정 방법.
The method of claim 4, wherein
Forming the plurality of straight lines,
And forming the plurality of straight lines in the same manner for edge detection of the droplet image.
제5항에 있어서,
상기 X좌표 및 Y좌표를 구하는 단계에서 상기 액적의 이미지 값이 급변하는 지점은 상기 액적의 표면 또는 경계면과 상기 직선이 교차하는 지점인 것을 특징으로 하는 접촉각 측정 방법.
The method of claim 5,
The method of measuring the contact angle, characterized in that the point where the image value of the droplet suddenly changes in the step of obtaining the X coordinate and the Y coordinate is the point where the surface or boundary surface of the droplet and the straight line intersect.
제6항에 있어서,
상기 X좌표 및 Y좌표를 구하는 단계는 상기 X좌표 및 상기 Y좌표를 구하여 시간에 따라 저장한 후 상기 액적의 프로파일(profile)을 3차원적으로 구하는 것을 특징으로 하는 접촉각 측정 방법.
The method according to claim 6,
The step of obtaining the X coordinate and the Y coordinate is a contact angle measurement method, characterized in that to obtain the X coordinate and the Y coordinate to obtain the profile (profile) of the droplet after storing over time.
제7항에 있어서,
상기 커브 피팅을 수행하는 단계는 다수개 지점의 X좌표 및 Y좌표를 이용하여 이미지 잡음의 영향을 줄이는 것을 특징으로 하는 접촉각 측정 방법.
The method of claim 7, wherein
The step of performing the curve fitting, the contact angle measurement method, characterized in that to reduce the influence of the image noise by using the X coordinate and the Y coordinate of a plurality of points.
제8항에 있어서,
상기 액적의 접촉각을 구하는 단계는,
상기 커브 피팅된 직선의 기울기가 시간의 경과에 따라 변하는 것으로부터 상기 액적의 프로파일 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 접촉각 측정 방법.
9. The method of claim 8,
Obtaining the contact angle of the droplets,
And measuring a profile change of the droplet from the inclination of the curve-fitted straight line over time.
제9항에 있어서,
상기 액적의 접촉각을 구하는 단계는,
상기 액적의 이미지 값이 급변하는 지점의 Y좌표를 X축에 대하여 미분함으로써 시간에 따른 상기 액적의 프로파일의 변화량을 측정하는 것을 특징으로 하는 접촉각 측정 방법.
10. The method of claim 9,
Obtaining the contact angle of the droplets,
And measuring the amount of change in the profile of the droplet over time by differentiating the Y coordinate of the point at which the image value of the droplet rapidly changes with respect to the X axis.
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