KR101479970B1 - 터치스크린 패널의 ｉｔｏ 패턴 검사용 현미경 및 이를 이용한 터치 스크린 패널의 ｉｔｏ 패턴 검사 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 현미경을 이용한 터치스크린 패널의 ITO 패턴 검사방법에 관한 것으로서, 투광성 기판 상에 ITO 패턴이 형성된 시료를 준비하는 단계, 200 ~ 450 nm 대역의 광원을 상기 시료에 조사하는 단계, 상기 광원 파장대역의 촬상소자를 이용하여 상기 시료를 촬상하는 단계 및 상기 촬상소자의 출력 신호에 기초하여 상기 ITO 패턴 형상을 포함하는 영상 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 현미경 영상에서 투명 유리기판과 투명 ITO 패턴 간의 콘트라스트 차이가 극대화됨에 따라 투명 ITO 패턴의 형상이 선명하게 표출되므로 투명 ITO 패턴의 정상 형성 여부를 보다 용이하게 알아낼 수 있고 그에 따라 전극패턴 검사시간을 현저하게 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 현미경 영상에서 투명 유리기판과 투명 ITO 패턴 간의 콘트라스트 차이가 극대화됨에 따라 투명 ITO 패턴의 형상이 선명하게 표출되므로 투명 ITO 패턴의 정상 형성 여부를 보다 용이하게 알아낼 수 있고 그에 따라 전극패턴 검사시간을 현저하게 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 터치 스크린 패널의 유리기판 상에 형성되는 투명전극을 구성하는 ITO 패턴의 검사방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 450 nm 이하의 준 단색파장의 광을 이용하여 해당 대역에서의 유리기판과 ITO의 반사율 차이를 이용하여 미세한 두께의 ITO 패턴에 대해서도 선명한 패턴 영상을 얻을 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
터치스크린은 손가락이나 터치펜을 근접시키거나 접촉하는 경우 그 위치를 감지할 수 있는 장치로서, 영상 표시 장치의 화면에 설치되어 손쉽게 정보를 입력할 수 있도록 한다.
이러한 터치스크린은 투명전극을 이용하여 손이나 펜을 이용한 터치 입력을 감지한다. 투명전극은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전성 산화물 필름에 금속막을 배선하여 형성할 수 있다.
이러한 투명전극이 형성된 후에는 형성된 투명전극 패턴이 설계된 패턴대로 잘 형성되었는지를 검사하는 것이 요구된다.
종래에는 기존의 현미경이나 비전 검사장비를 이용하여 ITO 패턴을 검사하는 것이 일반적이며, ITO 패턴의 두께가 수십 nm 이상인 경우에는 종래의 현미경이나 비전 검사장비를 이용한 검사가 가능하였다.
그러나, 근래 들어 ITO 패턴의 두께가 점차 감소되고 있는 추세로서 최근에는 약 10 nm 두께의 ITO 패턴이 형성되고 있는데, 종래의 현미경이나 비전 검사장비로는 이러한 매우 얇고 투명한 ITO 패턴을 검사할 수 없는 문제점이 있다. 즉, ITO 패턴의 굴절율이 하부기층의 굴절율과 비슷한 값을 가지도록 Index Matching이 정교하게 이루어지며 ITO 패턴의 두께가 얇아질수록 하부의 유리기판과 ITO 패턴이 있는 유리기층의 유효굴절율이 유사하게 되므로 일반적인 현미경이나 비전 검사장비에서는 ITO 패턴의 형상을 거의 알아볼 수 없게 되는 것이다.
이러한 종래 현미경으로 유리기판 상에 형성된 ITO 패턴을 촬영한 영상이 도 1에 도시되어 있다. 도 1의 영상은 상용으로 판매되는 현미경 형태의 가시광대역 검사장비를 ITO 패턴 검사장비화하여 촬영한 영상으로서, 영상내에서 ITO 패턴을 거의 알아볼 수 없음을 알 수 있다.
종래 가시광선 대역이 아닌 자외선 파장대역의 광을 이용하여 ITO 패턴을 검사하는 기술이 한국공개특허 2003-0098751호, 한국공개특허 1992-0010301호, 일본공개특허 2010-175433호 등에 개시되어 있다.
그러나, 한국공개특허 2003-0098751호와 일본공개특허 2010-175433호는 자외선 영역의 광원을 이용하여 투과율을 측정하고, 측정된 투과율에 기초하여 투명 전극의 유무를 검사하는 기술로서, 이러한 투과율 방식의 검사방법은 가시광선 영역의 빛 만을 사용함으로써 두꺼운 ITO 패턴에서만 그나마 ITO의 유무만을 일부 검사할 뿐 ITO 패턴의 정확한 형상은 알 수 없어 설계 패턴과의 정밀한 비교가 불가능하며, 일반적으로 기판으로 사용되는 유리의 자외선 대역 불투과 특성을 고려하지 않고 있다.
또한, 한국공개특허 1992-0010301호는 자외선 광원을 비노광 상태의 포토레지스트에 노출시켜 자외선에 의한 포토레지스트의 형광을 육안 검사하여 포토레지스트의 잔존 유무로 투명도전막의 유무를 판단하는 기술로서, 투명전극인 ITO 패턴을 직접적으로 검사하는 방법이 아니라, 노광 불량을 비노광 포토레지스트의 자외선 광원에 의한 형광 현상을 이용하여 검사하는 방법으로 간접적이며 육안으로 검지하는 방법이므로 미세 패턴에 대한 검사가 불가능한 문제점이 있다.
즉, 종래에도 가시광선 외의 자외선 영역의 광원을 이용하여 투명전극을 검사하는 기술이 일부 제안된 바 있으나, 대부분 육안 검사 또는 두꺼운 ITO 전극의 유무만을 검사하는 기술로서, 최근의 추세인 매우 얇은 ITO 패턴의 정확한 형상 파악이 불가능하였다.
따라서, 이러한 종래 기술의 문제점을 극복하고, 매우 얇은 두께의 ITO 패턴의 정확한 형상을 검사할 수 있는 기술에 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유리 기판 등의 투광성 기판과 미세한 ITO 패턴 간의 콘트라스트 차이를 극대화한 영상을 생성함으로써 정확한 전극 패턴 검사가 가능하도록 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 측면에 따르면, 투광성 기판 상에 ITO 패턴이 형성된 시료를 준비하는 단계, 200 ~ 450 nm 대역의 광원을 상기 시료에 조사하는 단계, 상기 광원 파장대역의 촬상 소자를 이용하여 상기 시료를 촬상하는 단계 및 상기 촬상 소자의 출력 신호에 기초하여 상기 ITO 패턴 형상을 포함하는 영상 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 현미경을 이용한 터치스크린 패널의 ITO 패턴 검사방법이 제공된다.
여기서, 상기 광원은 대역폭이 10 ~ 15 nm인 것이 바람직하며, 이러한 광원은 상기 파장대역에서 설정된 대역폭을 갖는 LED가 사용되거나 LED, 할로겐 램프 또는 제논아크 램프에 상기 파장대역에서 설정된 대역폭의 광을 통과하는 광학필터가 결합된 형태일 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 일 측면에 따르면, 200 ~ 450 nm 대역의 광원을 시료에 조사하는 광원과, 상기 시료로부터 반사되는 빛을 촬상하는 촬상소자와, 상기 촬상소자의 출력신호에 기초하여 상기 ITO 패턴 형상을 포함하는 영상 데이터를 생성하는 영상처리모듈과, 상기 광원을 상기 시료 상에 조사하고, 상기 시료에서 반사되는 빛을 상기 촬상소자로 전달하는 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 ITO 패턴 검사용 현미경이 제공된다.
여기서, 상기 광원은 대역폭이 10 ~ 15 nm인 것이 바람직하고, 이를 위해 광학계는 상기 광원 또는 광 경로 상에 설치되어 상기 파장대역에서 설정된 대역폭의 광을 통과시키는 광학필터를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 광학계는 상기 광원에서 조사된 빛의 일부를 상기 시료로 전달하고, 상기 시료로부터 반사되는 빛의 일부를 상기 촬상소자측으로 전달하는 제 1 광분할기, 상기 제 1 광분할기와 상기 시료 간에 설치되는 대물렌즈, 접안렌즈, 상기 시료로부터 반사되는 빛을 접안렌즈측과 상기 촬상소자측으로 분리시키는 제 2 광분할기 및 상기 접안렌즈와 상기 제 2 광분할기 간에 설치되어 상기 반사광을 가시광선 대역의 빛으로 변환하는 형광필터를 포함하도록 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 현미경 영상에서 투명 유리기판과 투명 ITO 패턴 간의 콘트라스트 차이가 극대화됨에 따라 투명 ITO 패턴의 형상이 선명하게 표출되므로 투명 ITO 패턴의 정상 형성 여부를 보다 용이하게 알아낼 수 있고 그에 따라 전극패턴 검사시간을 현저하게 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 가시광선 대역의 현미경으로 촬영한 터치스크린 패널의 사진 영상이다.
도 2는 파장 대역에 따른 유리, PET, ITO의 굴절율을 나타낸 것이다.
도 3은 파장 대역에 따른 유리, PET, ITO의 소광계수를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 터치스크린 패널의 투명전극 패턴 검사장치의 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 검사장치로 촬영한 터치스크린 패널의 사진 영상이다.
도 2는 파장 대역에 따른 유리, PET, ITO의 굴절율을 나타낸 것이다.
도 3은 파장 대역에 따른 유리, PET, ITO의 소광계수를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 터치스크린 패널의 투명전극 패턴 검사장치의 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 검사장치로 촬영한 터치스크린 패널의 사진 영상이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 파장 대역에 따른 유리, PET, ITO의 굴절율을 나타낸 것이고, 도 3은 파장 대역에 따른 유리, PET, ITO의 소광계수를 나타낸 것이다.
복소굴절률은 흡수성(전도율 σ≠0)인 매질의 광학적 성질을 나타내는 상수로서, 일반적으로 nㅁik로 나타낸다.
여기서, n은 매질의 굴절률이고, k는 소광 계수로서, 빛이 매질을 전파함에 따라 감쇠되는 것을 나타낸다.
우선, 도 2를 살펴보면, 터치스크린 패널의 기판으로 가장 일반적으로 사용되는 유리의 경우 굴절률(Refractive Index)이 빛의 파장대역에 관계없이 대략 1.5 부근의 값으로서 거의 일정함을 알 수 있으며, 유리 외의 터치스크린 패널의 기판 소재인 PET 또한 전 파장대역에 대해서 굴절률이 약 1.7 정도의 일정한 값을 가짐을 알 수 있다.
그에 반해, ITO의 경우에는 가시광선이나 적외선 대역에서는 유리 또는 PET와 굴절률이 거의 비슷하게 나타나나, 가시광선 중 청색 영역 이하의 파장대역으로 갈수록 굴절률이 증가하여 유리 또는 PET와의 굴절률 차이가 증가됨을 알 수 있다.
그리고, 도 3을 살펴보면, 유리와 PET의 경우에는 소광계수가 거의 0으로서 빛이 해당 매질을 통과하는 동안 감쇠가 거의 발생하지 않으나, ITO의 경우에는 청색 계열, 적외선 계열, 자외선 계열에서 어느 정도의 소광계수가 존재하는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 기판 재질과 ITO 전극 간의 복소굴절률의 차이가 큰 파장대역 즉, 굴절률 차이가 크고 소광계수가 존재하는 파장대역의 빛을 이용하여 기판에서의 반사율과 ITO 전극에서의 반사율 대비를 극대화하여 측정 영상에서 유리 등의 기판과 ITO 전극 패턴의 구별이 뚜렷하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 특징이다.
그러나, 본 발명자들은 다수의 실험결과 유리 또는 PET 기판과 굴절률이 유사한 경우에는 상기와 같은 빛의 파장대역 선택만으로 유리 등의 기판과 ITO 전극 패턴의 구별이 뚜렷한 영상이 얻어지지 않고, 그외에 시료에 조사하는 빛의 대역폭의 설정이 매우 중요함을 알게 되었다.
시료에 조사되는 빛의 대역폭은 10 ~ 20 nm로서 대역폭이 매우 좁은 경우 유리 등의 기판과 ITO 전극 패턴 간의 대비가 최대화됨을 알 수 있었다.
시료에 조사되는 빛의 대역폭이 20 nm 이상인 경우에는 파장별로 반사계수가 변화하여 CCD 소자에서 얻어지는 상이 흐려지는 문제점이 있었으며, 시료에 조사되는 빛의 대역폭이 10 nm 이하인 경우에는 일반 광원으로는 그 구현이 매우 힘들고, 레이저로는 가능하나 제조 단가가 상승하는 문제점이 있었다.
도 4는 본 발명에 따른 터치스크린 패널의 투명전극 패턴 검사장치의 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 터치스크린 패널의 투명전극 패턴 검사장치는 광원(10)과, 집속렌즈(20)와, 제 1 및 제 2 광분할기(30, 60), 대물렌즈(40), 촬상소자(70) 및 접안렌즈(80)를 포함하여 구성된다.
광원(10)은 시료에 빛을 조사하기 위한 것으로서, 기판에서의 반사율과 ITO 전극에서의 반사율 대비를 극대화하기 위해 200 ~ 450 nm의 파장대역을 갖는 광원이 사용된다. 여기서, 200 nm 이하의 단파장대역의 빛이 사용되는 경우에는 단파장에 대응되는 광학계를 구비하기 곤란한 문제점이 있고, 450 nm 이하의 빛이 사용되는 경우에는 기판과 ITO 전극 간의 굴절률의 차이가 작아 이들 간의 대비가 뚜렷하지 않은 문제가 있다.
200 ~ 450 nm의 파장대역의 광원을 구현하는 방법은 ⅰ) 청색 LED 램프를 단독으로 사용하는 경우, ⅱ) 청색 LED 램프와 광학필터를 결합하여 대역폭을 10 ~ 15 nm가 되도록 구현하는 경우, ⅲ) 백색 LED 램프에 광학필터를 결합하는 경우, ⅳ) 할로겐 램프 또는 제논아크 램프와 광학필터를 결합하여 자외선 대역의 광을 구현하는 경우 등 다양한 방식이 있을 수 있다.
그리고, 광학필터는 광원 외에 광 경로 상의 어느 위치에 배치되어도 무방하다.
집속렌즈(20)는 광원에서 조사되는 빛을 집속하기 위한 것이고, 제 1 광분할기(30)는 광원(10)의 빛을 시료(50)로 조사하고, 시료(50)로부터 반사되는 반사광을 상부로 투과시키는 것이며, 제 2 광분할기(60)는 이 반사광의 일부는 촬상소자(70)측으로 나머지 성분은 접안렌즈(80) 측으로 전달하는 기능을 수행한다.
대물렌즈는 광원(10)의 빛을 시료(50) 상에 집속시키기 위한 것으로서, 각 렌즈 및 광분할기의 구성은 일반적인 현미경과 동일하나, 청색 내지 자외선 영역의 빛을 사용하는 광원의 특성상 해당 대역에서의 투과도가 높은 렌즈나 광분할기가 사용되는 것이 특징이다.
촬상소자(70)는 시료(50)에서 반사된 반사광을 촬상하여 시료에 대한 영상 데이터를 생성하는 것으로서, 상기 대역의 빛을 촬상할 수 있는 모노크롬 CCD가 사용되는 것이 바람직하다. 촬상소자의 출력 신호에 기초하여 ITO 패턴 형상을 포함하는 영상 데이터가 생성된다.
접안렌즈(80)는 육안으로 시료(50)를 관찰할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 자외선 대역의 광이 사용되는 경우 접안렌즈(80)와 제 2 광분할기(60) 간에는 자외선 빛을 가시광선 빛으로 변환하기 위한 형광필터(90)가 사용되는 것이 바람직하다.
도 4에는 도시되어 있지 않으나, 촬상소자의 후단에는 촬상소자의 출력신호에 기초하여 ITO 패턴 형상을 포함하는 영상 데이터를 생성하는 영상처리모듈이 설치되어 있다.
도 5는 본 발명에 따른 검사장치로 촬영한 터치스크린 패널의 사진 영상이다.
도 5의 사진 영상은 중심 파장대역이 400 nm이고 대역폭이 15 nm인 빛을 유리기판 상에 ITO 전극 패턴(P)이 형성된 시료(50)에 조사한 후, 촬상소자(70)가 반사광을 촬상하여 얻어진 영상으로서, 도 5를 통해 본 발명에 의할 경우에는 시료 영상 내에서 ITO 전극 패턴(P)이 배경인 유리기판과 뚜렷하게 구별될 수 있음을 알 수 있다.
10 : 광원 20 : 집속렌즈
30 : 제 1 광분할기 40 : 대물렌즈
50 : 시료 60 : 제 2 광분할기
70 : 촬상소자 80 : 접안렌즈
30 : 제 1 광분할기 40 : 대물렌즈
50 : 시료 60 : 제 2 광분할기
70 : 촬상소자 80 : 접안렌즈
Claims (7)
- 투광성 기판 상에 ITO 패턴이 형성된 시료를 준비하는 단계;
200 ~ 450 nm 대역의 광원을 상기 시료에 조사하는 단계;
상기 광원 파장대역의 촬상소자를 이용하여 상기 시료를 촬상하는 단계; 및
상기 촬상 소자의 출력 신호에 기초하여 상기 ITO 패턴 형상을 포함하는 영상 데이터를 생성하는 단계를 포함하되,
상기 광원의 파장대역은 상기 투광성 기판과 ITO 패턴 간의 굴절률의 차이 및 소광계수를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 현미경을 이용한 터치스크린 패널의 ITO 패턴 검사방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 광원은 대역폭이 10 ~ 15 nm인 것을 특징으로 하는 현미경을 이용한 터치스크린 패널의 ITO 패턴 검사방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 광원은 상기 파장대역에서 설정된 대역폭을 갖는 LED가 사용되거나 LED, 할로겐 램프 또는 제논아크 램프에 상기 파장대역에서 설정된 대역폭의 광을 통과하는 광학필터가 결합된 형태인 것을 특징으로 하는 현미경을 이용한 터치스크린 패널의 ITO 패턴 검사방법.
- 터치스크린 패널의 ITO 패턴 검사용 현미경에 있어서,
200 ~ 450 nm 대역의 광원을 투광성 기판 상에 ITO 패턴이 형성된 시료에 조사하는 광원과;
상기 시료로부터 반사되는 빛을 촬상하는 촬상소자와;
상기 촬상소자의 출력신호에 기초하여 상기 ITO 패턴 형상을 포함하는 영상 데이터를 생성하는 영상처리모듈과;
상기 광원을 상기 시료 상에 조사하고, 상기 시료에서 반사되는 빛을 상기 촬상 소자로 전달하는 광학계를 포함하되,
상기 광원의 파장대역은 상기 투광성 기판과 ITO 패턴 간의 굴절률의 차이 및 소광계수를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 ITO 패턴 검사용 현미경.
- 제 4 항에 있어서,
상기 광원은 대역폭이 10 ~ 15 nm인 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 ITO 패턴 검사용 현미경.
- 제 5 항에 있어서,
상기 광학계는 상기 광원 또는 광 경로 상에 설치되어 상기 광원의 파장대역에서 설정된 대역폭의 광을 통과시키는 광학필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 ITO 패턴 검사용 현미경.
- 제 5 항에 있어서,
상기 광학계는
상기 광원에서 조사된 빛의 일부를 상기 시료로 전달하고, 상기 시료로부터 반사되는 빛의 일부를 상기 촬상소자측으로 전달하는 제 1 광분할기;
상기 제 1 광분할기와 상기 시료 간에 설치되는 대물렌즈;
접안 렌즈;
상기 시료로부터 반사되는 빛을 접안렌즈측과 상기 촬상소자측으로 분리시키는 제 2 광분할기; 및
상기 접안렌즈와 상기 제 2 광분할기 간 또는 상기 촬상소자측에 설치되어 상기 시료로부터 반사되는 빛을 가시광선 대역의 빛으로 변환하는 형광필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 ITO 패턴 검사용 현미경.
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2012
- 2012-06-22 KR KR20120067165A patent/KR101479970B1/ko active IP Right Grant
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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|---|---|---|---|---|
| KR20190059411A (ko) | 2017-11-23 | 2019-05-31 | 주식회사 나노정밀코리아 | 다기능 광학 검사장치 |
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