KR101375213B1 - 동심원방식을 이용한 led모듈의 렌즈편심 검사방법 - Google Patents

동심원방식을 이용한 led모듈의 렌즈편심 검사방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동심원방식을 이용한 LED모듈의 렌즈편심 검사방법에 관한 것으로, 편심여부를 검사하기 위한 LED모듈 위에서 백색조명 및 청색조명을 조사하고, 반사되는 빛을 UV카메라로 촬영하여 획득된 이미지에서, LED칩의 중심점과 렌즈모듈의 중심점의 위치를 비교하여 편심정도를 측정한 결과에 따라 양품 또는 불량여부를 판단하도록 하는 것이다.

Description

동심원방식을 이용한 LED모듈의 렌즈편심 검사방법 {Method for eccentricity measuring of lens type LED module using Concentric type}
본 발명은 LED모듈의 렌즈편심 검사방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED칩의 상부에 부착된 렌즈모듈이 일체로된 LED모듈에 조명을 비추고 자외선(UV) 카메라로 촬영한 후 LED칩과 렌즈모듈의 각각의 중심을 찾아 편심여부를 검사하고, 편심의 크기에 따라 양품/불량을 판단하는 동심원방식을 이용한 LED모듈의 렌즈편심 검사방법에 관한 것이다.
일반적으로 디스플레이 장치의 백라이트유니트모듈(Backlight unit moduel)에서는 확산되는 빛의 균일도가 가장 중요한 요소인데, 칩과 상부의 렌즈가 정확히 정렬되지 않으면 한쪽이 더 밝거나 어두워지는 얼룩 현상이 나타나게 되어 백라이트유니트 불량의 원인이 된다.
따라서 모듈 제조 시에 LED칩과 렌즈의 중심을 일치시키는 기술이 매우 중요하며 또한, 제조 후 이를 검사하여 양, 불량을 판정하는 검사과정이 반드시 필요하다.
LED칩이 하부에 위치하고 있고 상부에 큰 렌즈가 위치하므로, LED칩이 렌즈 곡면에서 굴절되어 보여 정확한 LED칩의 위치를 찾는 것이 매우 어려운 과제이다. 모듈을 실제의 백라이트유니트에 장착하여 검증하는 방법이 있으나, 장착 및 검사에 많은 시간과 노력이 소요되므로, 양산성이 없어 이를 대체하여 검사할 수 있는 장비와 기술이 필요하다
특허등록번호 제 10-1167010 호 (공고일: 2012년07월24일)
본 발명은 LED모듈 위에서 백색조명 및 청색조명을 조사하고, 반사되는 빛을 UV카메라로 촬영하여 획득된 이미지에서, LED칩의 중심점과 렌즈모듈의 중심점의 위치를 비교하여 편심정도를 측정한 결과에 따라 양품 또는 불량여부를 판단하는 동심원방식을 이용한 LED모듈의 렌즈편심 검사방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 동심원방식을 이용한 LED모듈의 렌즈편심 검사과정은 LED칩과 LED렌즈로 구성된 LED모듈에 청색 및 백색조명을 조사하여 획득된 이미지에서 상기 LED칩과 LED렌즈의 중심점 및 각 중심점의 편심정도를 검사하는 동심원방식의 LED모듈의 편심검사방법에 있어서, 상기 LED모듈의 상부에서 백색조명 및 청색조명을 조사하는 제1과정; 상기 제1과정에서 조사된 상기 LED모듈의 이미지를 획득하는 제2과정; 상기 LED모듈 이미지에서 LED칩의 원형외곽 및 중심점과 렌즈모듈의 원형외곽 및 중심점을 각각 산출하는 제3과정; 상기 LED칩의 중심점과 렌즈모듈의 중심점 사이의 거리를 산출하는 제4과정; 및 상기 중심점 사이의 거리와 기 설정된 기준값과 비교하여 양품 또는 불량을 판단하는 제5과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제2과정에서 LED칩의 영상획득은 상기 청색조명의 조사에 의해 상기 LED칩의 형광부에서 반사되는 빛을 자외선카메라를 이용하여 촬영하며, 렌즈 모듈의 영상획득은 상기 백색조명의 조사에 의해 상기 렌즈모듈의 곡면부위에서 반사되는 빛을 촬영하는 것을 특징으로 한다.
상기 제3과정에서 상기 LED칩의 원형외곽 및 중심점 획득은 상기 획득된 LED모듈 이미지에서 상기 LED칩의 반사된 형광체의 원 가장자리를 인식하는 1단계; 상기 원 가장자리와 일치하는 원을 산출하는 2단계; 및 상기 산출된 원의 중심점을 산출하여 상기 LED칩의 중심점으로 설정하는 3단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제3과정에서 상기 LED렌즈의 원형외곽 및 중심점 획득은 상기 획득된 LED모듈 이미지에서 상기 LED렌즈 내부의 렌즈형상에 따른 원형을 인식하는 1단계; 상기 인식된 원형의 가장자리와 일치하는 원을 산출하는 2단계; 및 상기 산출된 원의 중심점을 산출하여 상기 렌즈모듈의 중심점으로 설정하는 3단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제4과정은 상기 산출된 각 중심점으로부터 화면상의 각 중심점 픽셀(pixel)좌표값을 산출하는 1단계; 상기 각 중심점 픽셀좌표값의 사이 거리의 중심점간 픽셀수로 산출하는 2단계; 및 상기 중심점간 픽셀수와 기 설정된 1픽셀당 실제거리를 승산하여 상기 중심점간의 실제거리로 환산 및 편심량을 산출하는 3단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 동심원방식을 이용한 LED모듈의 렌즈편심 검사방법은 LED칩의 상부에 부착된 렌즈모듈이 일체된 LED모듈에 조명을 비추고 자외선(UV) 카메라로 촬영한 후 LED칩과 렌즈모듈의 중심을 찾아 편심여부를 검사하므로, LED칩과 렌즈간의 편심정도를 정확한 수치로 측정할 수 있으며, 그에 따라 양품 또는 불량여부를 빠르고 쉽게 판단할 수 있으므로, LED모듈의 대량생산이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명을 구현하기 위한 동심원방식의 LED모듈의 렌즈 편심검사장치의 개략적인 구성도이고,
도 2는 도 2에서 조명부의 청색LED 및 백색LED 배치 구성도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 동심원방식을 이용한 LED모듈의 렌즈편심 검사과정의 흐름도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LED모듈의 촬영사진이고,
도 5는 도 4에서 LED칩 및 렌즈모듈의 원형외곽 및 중심점 표시도이고,
도 6은 도 5에서 LED칩 및 렌즈모듈의 중심점 좌표 산출 및 편심거리 산출을 설명하기 위한 도이고,
도 7은 LED칩 및 렌즈모듈 간의 실제 편심거리 산출용 보정계수 결정을 위한 렌즈모듈의 이동량에 따른 측정치 평균 산출표 및 그래프 표시도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동심원방식을 이용한 LED모듈의 렌즈편심 검사방법에 대하여 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명을 구현하기 위한 동심원방식을 이용한 렌즈타입 LED모듈의 편심검사장치의 개략적인 구성도로서, 공급된 전원에 의해 발광하는 LED칩(101) 및 LED칩의 발광을 넓은 범위로 확산시키는 렌즈모듈(102)로 구성된 LED모듈(100)과, 상기 LED모듈(100)에 청색조명과 백색조명을 조사하는 조명부(110)와, 상기 조명부(110)에서 조사된 빛의 반사광을 촬영하는 자외선(UV)카메라(120)와, 상기 자외선카메라(120)에서 획득된 아날로그 영상신호를 디지털데이터로 변환하는 프레임그래버(130)와, 상기 프레임그래버(130)로부터 입력받은 영상신호에서 LED칩(101)의 원형외곽선 및 그 중심점을 산출하고, 상기 렌즈모듈(102)의 원형외곽선 및 그 중심점을 산출하여, 상기 각 중심점 간의 이격거리를 산출한 후, 이를 편심량으로 판단하여 양품/불량품 여부를 판단하는 영상처리장치(140)와, 상기 영상처리장치(140)에서 처리되는 각 데이터를 화면에 표시하는 모니터(150)로 구성된다.
도 2는 상기 조명부(110)의 청색조명, 백색조명의 구성도로서, 청색조명부(111)와 백색조명부(112)가 하나의 원형 조명모듈로 구성하되, 상기 청색조명부(111)는 다수의 청색LED(111a,111b)가 조명부(110)의 내측에 2열로 원호를 이루며 방사형으로 배열되어 있고, 상기 백색조명부(112)는 다수의 백색LED(112a, 112b)가 상기 청색조명부(111)의 외측에 2열로 원호를 이루어 방사형으로 배열되어 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동심원방식을 이용한 LED모듈의 렌즈편심 검사과정의 흐름도로서, 먼저 조명부(110)를 점등시켜 LED모듈(100)에 조사한 후, 상기 LED모듈(100)에서 반사된 반사광을 상기 UV카메라(120)을 통해 촬영하여 LED모듈 이미지를 획득한다.
즉, 청색조명에 의해 반사되는 LED칩(111)의 내부의 형체부분과, 백색조명의 조사에 의해 렌즈모듈(112)의 곡면부위가 반사되는 반사광을 촬영하게 된다.
상기 조명부(110)는 청색/백색 LED(111a,111b)(112a,112b)를 모두 점등시켜 동시에 조사한다.
도 4는 UV카메라(120)에서 촬영한 LED모듈 이미지의 일 실시예로서, 상기 LED모듈 이미지는 그 중앙에 청색조명에 의해 발광된 LED칩의 형광체 부분이 밝게 반사되고, 그 외곽에 작은 검은 색의 링 형태로 렌즈모듈의 내부 형상이 나타난다.
상기 UV카메라(120)를 통해 획득된 LED모듈 이미지는 상기 프레임그래버(130)에서 디지털 이미지 데이터로 변환하고, 상기 영상처리장치(140)에서 이를 입력받아 LED모듈의 렌즈편심 정도를 산출하게 된다.
도 5는 LED모듈(100)의 이미지에서 산출된 외곽원형 및 중심점 표시도로서, LED칩(111)은 LED모듈(100)의 중앙에 형광체 부분이 밝게 반사되는데, LED칩 원형외곽(101a)을 산출하고, 상기 원형외곽(101a)의 중심점을 상기 LED칩(101)의 중심점으로 판단한다.
상기 렌즈모듈(102)의 원형외곽 및 중심점 산출은 상기 LED칩(101)의 원형외곽(101a)의 외곽에 LED모듈(100)의 내부형상이 검은색 링 형상으로 표시되는데, 검은색 링 형상을 렌즈모듈의 원형외곽(102a)으로 설정하고, 렌즈모듈의 원형외곽(102a)의 중심점을 산출하게 된다.
즉, LED칩의 원형외곽(101a)은 상기 획득된 LED모듈 이미지에서 상기 LED칩의 형광체의 반사 이미지에서 원 가장자리를 인식하고, 상기 원 가장자리와 일치하는 원을 LED칩의 원형외곽(101a)으로 산출한다.
상기 렌즈모듈의 원형외곽(102a)은 상기 획득된 LED모듈 이미지에서 상기 렌즈모듈(102) 내부의 렌즈형상에 따른 원형을 인식한 후, 상기 인식된 원형의 가장자리와 일치하는 원을 산출하여 렌즈모듈의 원형외곽(102a)으로 산출한다.
상기 산출된 LED칩(101) 및 렌즈모듈(102)의 각 원형외곽(101a)(102a)의 각 중심점 산출은 도 6에 도시된 바와 같이 각 좌표값으로 산출된다.
도 6은 상기 LED칩(101) 및 LED모듈(102)의 각 원형외곽(101a)(102a)의 각 중심점 및 편심량 산출을 설명하기 위한 도로서, 상기 영상처리장치(140)는 상기 LED칩 원형외곽(101a)과 렌즈모듈의 원형외곽(102a)의 각 중심점으로부터 각 화면상의 중심점 픽셀 좌표값(x',y')(x,y)을 산출한다.
상기 각 중심점 픽셀좌표값(x',y')(x,y) 간의 이격거리(d(△x, △y))는 다음 수학식 1과 같이 산출된다.
Figure 112013101954817-pat00001
상기 각 중심점 픽셀좌표값(x',y')(x,y)의 사이 이격거리(d(△x, △y))를 중심점간 픽셀수로 산출한다.
상기 중심점간 픽셀수와 기 설정된 1픽셀당 실제거리를 승산하여 상기 중심점간의 실제거리로 환산 및 편심량을 산출하게 된다.
상기 1픽셀당 실제거리를 산출 및 설정되어 있어야 하는데, 이를 위해 자외선카메라가 획득한 LED모듈 이미지에서 1픽셀의 크기를 실제 렌즈모듈의 이동거리로 환산하기 위한 보정계수를 산출한다.
도 7은 보정계수를 산출하기 위한 도표 및 그래프 표시도로서, 상기 LED모듈(100)에서 분리된 렌즈모듈(101)을 마이크로X-Y스테이지(Micro X-Y Stage)를 이용하여, 각 방향으로 일정 거리씩(20㎛) 편심을 이동시키면서 UV카메라 화면에서 픽셀값의 변화를 측정하여 환산한다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이 1픽셀당 55㎛의 보정계수를 넣고 편심을 측정한 것으로, 실제 렌즈모듈의 이동량과 편심 측정값이 일치하므로, 보정계수 55㎛/픽셀이 정확한 값임을 알 수 있다.
이와 같이 산출된 보정계수는 상기 영상처리장치(140)에 기 저장하고, 상기 중심점간의 좌표값 이격거리(d(△x, △y))와 보정계수를 승산함에 따라, 중심점간의 실제거리를 산출하게 된다.
상기 산출된 실제거리는 기 설정된 기준값을 비교하여 허용범위에 있으면 양품으로 판단하고, 허용범위를 초과하면 불량으로 판단하게 된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 이 실시예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
100 : LED모듈 101 : LED칩
102 : 렌즈모듈 110 : 조명부
111 : 청색조명부 112 : 백색조명부
111a,111b : 청색LED 112a,112b : 백색LED
120 : UV카메라 130 : 프레임그래버
140 : 영상처리장치 150 : 모니터

Claims (9)

  1. LED칩과 LED렌즈로 구성된 LED모듈에 청색 및 백색조명을 조사하여 UV카메라로 획득된 이미지에서 상기 LED칩과 LED렌즈의 중심점 및 각 중심점의 편심정도를 검사하는 동심원방식을 이용한 LED모듈의 렌즈편심 검사방법에 있어서,
    상기 LED모듈의 상부에서 백색조명 및 청색조명을 조사하는 제1과정;
    상기 제1과정에서 조사된 상기 LED모듈의 이미지를 획득하는 제2과정;
    상기 LED모듈 이미지에서 LED칩의 원형외곽 및 중심점과 렌즈모듈의 원형외곽 및 중심점을 각각 산출하는 제3과정;
    상기 LED칩의 중심점과 렌즈모듈의 중심점 사이의 거리를 산출하는 제4과정; 및
    상기 중심점 사이의 거리와 기 설정된 기준값과 비교하여 양품 또는 불량을 판단하는 제5과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 동심원방식을 이용한 LED모듈의 렌즈편심 검사방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1과정에서 청색 및 백색조명은 상기 LED모듈에 동시에 조사하는 것을 특징으로 하는 동심원방식을 이용한 LED모듈의 렌즈편심 검사방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1과정에서 청색 및 백색조명은 각각 청색조명부 및 백색조명부가 하나의 원형 조명모듈로 구성하되,
    상기 각 청색조명부 및 백색조명부는 다수의 청색LED 및 다수의 백색LED가 원형의 방사형을 이루고, 상기 백색조명부는 청색조명부의 외부에 위치한 것을 특징으로 하는 동심원방식을 이용한 LED모듈의 렌즈편심 검사방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2과정에서 LED칩의 영상획득은 상기 청색조명의 조사에 의해 상기 LED칩의 형광부에서 반사되는 빛을 자외선카메라를 이용하여 촬영하는 것을 특징으로 하는 동심원방식을 이용한 LED모듈의 렌즈편심 검사방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2과정에서 렌즈모듈의 영상획득은 상기 백색조명의 조사에 의해 상기 렌즈모듈의 곡면부위에서 반사되는 빛을 촬영하는 것을 특징으로 하는 동심원방식을 이용한 LED모듈의 렌즈편심 검사방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3과정에서 상기 LED칩의 원형외곽 및 중심점 획득은 상기 획득된 LED모듈 이미지에서 상기 LED칩의 반사된 형광체의 원 가장자리를 인식하는 1단계;
    상기 원 가장자리와 일치하는 원을 산출하는 2단계; 및
    상기 산출된 원의 중심점을 산출하여 상기 LED칩의 중심점으로 설정하는 3단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 동심원방식을 이용한 LED모듈의 렌즈편심 검사방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3과정에서 상기 렌즈모듈의 원형외곽 및 중심점 획득은 상기 획득된 LED모듈 이미지에서 상기 LED렌즈 내부의 렌즈형상에 따른 원형을 인식하는 1단계;
    상기 인식된 원형의 가장자리와 일치하는 원을 산출하는 2단계; 및
    상기 산출된 원의 중심점을 산출하여 상기 렌즈모듈의 중심점으로 설정하는 3단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 동심원방식을 이용한 LED모듈의 렌즈편심 검사방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제4과정은 상기 산출된 각 중심점으로부터 화면상의 각 중심점 픽셀(pixel)좌표값을 산출하는 1단계;
    상기 각 중심점 픽셀 좌표값의 사이 거리의 중심점간 픽셀수로 산출하는 2단계; 및
    상기 중심점간 픽셀수와 기 설정된 1픽셀당 실제거리를 승산하여 상기 중심점간의 실제거리로 환산 및 편심량을 산출하는 3단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 동심원방식을 이용한 LED모듈의 렌즈편심 검사방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 3단계의 1픽셀당 실제거리는 자외선카메라의 1픽셀의 크기를 실제 렌즈모듈의 이동거리로 환산하기 위한 보정계수를 산출하되,
    상기 LED모듈에서 분리된 렌즈모듈을 서로 다른 방향으로 일정 거리씩 편심을 이동시키면서 픽셀값의 변화를 측정하고,
    상기 변화된 픽셀값으로부터 보정계수로 설정하는 것을 특징으로 하는 동심원방식을 이용한 LED모듈의 렌즈편심 검사방법.
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