KR102433027B1 - Colloidal film surface evaluation method and apparatus - Google Patents

Colloidal film surface evaluation method and apparatus Download PDF

Info

Publication number
KR102433027B1
KR102433027B1 KR1020200154831A KR20200154831A KR102433027B1 KR 102433027 B1 KR102433027 B1 KR 102433027B1 KR 1020200154831 A KR1020200154831 A KR 1020200154831A KR 20200154831 A KR20200154831 A KR 20200154831A KR 102433027 B1 KR102433027 B1 KR 102433027B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
colloidal
particles
optical microscope
film
colloidal film
Prior art date
Application number
KR1020200154831A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220067983A (en
Inventor
정현욱
전병진
이관영
이기욱
박진석
윤진성
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Priority to KR1020200154831A priority Critical patent/KR102433027B1/en
Publication of KR20220067983A publication Critical patent/KR20220067983A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102433027B1 publication Critical patent/KR102433027B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/0002Inspection of images, e.g. flaw detection
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • G01N2021/8854Grading and classifying of flaws
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • G01N2021/8887Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges based on image processing techniques
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/12Circuits of general importance; Signal processing
    • G01N2201/126Microprocessor processing
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10Image acquisition modality
    • G06T2207/10056Microscopic image
    • G06T2207/10061Microscopic image from scanning electron microscope

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Abstract

본 발명은 콜로이드 필름 표면의 평가 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명에 따르면, 프로세서 및 상기 프로세서에 연결되는 메모리를 포함하되, 상기 메모리는, 콜로이드 입자가 기재 상에 코팅된 콜로이드 필름 표면에 대한 광학 현미경 이미지를 입력받고, 상기 광학 현미경 이미지로부터 상기 콜로이드 입자의 총 입자수 N개를 카운팅하고, 상기 카운팅된 N개의 콜로이드 입자들의 평면 좌표에 대한 위치 행렬을 생성하고, 상기 위치 행렬을 이용하여 상기 N개의 콜로이드 입자에 대해 각 입자의 평면 좌표를 기준점으로 하는 N개의 보로노이 다각형을 생성하고, 상기 N개의 보로노이 다각형 각각의 면적 및 상기 콜로이드 입자의 단면적을 이용하여 평면충진율을 계산하고, 상기 계산된 평면충진율을 이용하여 상기 콜로이드 필름 표면의 결함 수준을 정량화하도록, 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들을 저장하는 콜로이드 필름 표면의 평가 장치가 제공된다. The present invention discloses a method and apparatus for evaluating the surface of a colloidal film. According to the present invention, it comprises a processor and a memory connected to the processor, wherein the memory receives an optical microscope image of a surface of a colloidal film coated with colloidal particles on a substrate, and from the optical microscope image of the colloidal particles Counting the total number of particles N, generating a position matrix for the plane coordinates of the counted N colloidal particles, and using the position matrix N using the plane coordinates of each particle as a reference point for the N colloidal particles To generate four Voronoi polygons, calculate the planar filling ratio using the area of each of the N Voronoi polygons and the cross-sectional area of the colloidal particle, and quantify the defect level of the colloidal film surface using the calculated planar filling ratio , an apparatus for evaluating the surface of a colloidal film for storing program instructions executable by the processor is provided.

Description

콜로이드 필름 표면의 평가 방법 및 장치{Colloidal film surface evaluation method and apparatus}Colloidal film surface evaluation method and apparatus

본 발명은 콜로이드 필름 표면의 평가 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 콜로이드 분산액을 기재 위에 도포하여 제조되는 콜로이드 필름의 표면 치밀도 및 균일성을 평가하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for evaluating the surface of a colloidal film, and more particularly, to a method and apparatus for evaluating the surface density and uniformity of a colloidal film produced by applying a colloidal dispersion on a substrate.

최근 소재 산업의 발전과 더불어 제품의 소형화 및 고도화의 움직임에 따라 소재에 요구되는 정밀도 및 특정 기능을 가지는 필름의 요구 수준이 크게 높아지고 있다. With the recent development of the materials industry and the movement of miniaturization and advancement of products, the level of demand for films having specific functions and precision required for materials is increasing significantly.

이에 따라, 특히 기능성 입자를 포함하는 대면적 코팅의 경우 표면에서 입자의 균일 코팅 특성에 대한 관리가 매우 중요하다. Accordingly, it is very important to manage the uniform coating properties of the particles on the surface, especially in the case of a large-area coating including functional particles.

가령, 콜로이드 결정화를 이용하는 photonic crystal, 자동차용 촉매 필터, antireflection film의 경우, 필름 중간 중간에 존재하는 결함(defect)을 최대한 줄이는 것이 제품의 품질 및 생산성에 직결된다.For example, in the case of a photonic crystal using colloidal crystallization, a catalyst filter for automobiles, and an antireflection film, minimizing defects in the middle of the film is directly related to product quality and productivity.

이러한 결함을 관리하기 위해서는 결함 검출 및 통계학적 평균, 정량화된 데이터 누적을 통한 데이터베이스 구축이 필요하다. In order to manage these defects, it is necessary to establish a database through defect detection, statistical average, and quantified data accumulation.

구형의 콜로이드 입자로 구성된 슬러리의 균일성 평가는 보통 슬러리 단계에서 점도측정기로부터 얻어지는 특정 전단속도에서 점도비를 확인하거나, 건조막을 만들어서 아르키메데스법을 이용한 건조막 밀도 측정을 하여 간접적으로 부피 공극율을 계산하는 방식으로 이루어진다. The uniformity evaluation of a slurry composed of spherical colloidal particles is usually performed by checking the viscosity ratio at a specific shear rate obtained from a viscometer in the slurry stage, or indirectly calculating the volumetric porosity by making a dry film and measuring the dry film density using the Archimedes method. done in a way

그러나, 종래의 방법들은 제품 상태로서의 콜로이드 필름에 대한 평가라기 보다, 원재료인 슬러리에 대한 재료적 특성만이 반영된 평가로서, 실제 필름이 형성되는 실제 도포 공정의 강한 흐름 속에서 발생하는 입자분포의 불균일이나 건조과정 중에 발생하는 불균일에 대한 정확한 정보를 제공해주지 못하는 문제점이 있다.However, the conventional methods do not evaluate the colloidal film as a product, but rather reflect only the material properties of the slurry, which is the raw material. However, there is a problem in that it does not provide accurate information about the non-uniformity that occurs during the drying process.

대한민국특허등록공보 제10-2150209호Korean Patent Registration Publication No. 10-2150209

상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 콜로이드 필름의 결함을 정량화할 수 있는 콜로이드 필름 표면의 평가 방법 및 장치를 제안하고자 한다.In order to solve the problems of the prior art, the present invention is to propose a method and apparatus for evaluating the surface of a colloidal film capable of quantifying the defects of the colloidal film.

상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 콜로이드 필름 표면의 평가 장치로서, 프로세서; 및 상기 프로세서에 연결되는 메모리를 포함하되, 상기 메모리는, 콜로이드 입자가 기재 상에 코팅된 콜로이드 필름 표면에 대한 광학 현미경 이미지를 입력받고, 상기 광학 현미경 이미지로부터 상기 콜로이드 입자의 총 입자수 N개를 카운팅하고, 상기 카운팅된 N개의 콜로이드 입자들의 평면 좌표에 대한 위치 행렬을 생성하고, 상기 위치 행렬을 이용하여 상기 N개의 콜로이드 입자에 대해 각 입자의 평면 좌표를 기준점으로 하는 N개의 보로노이 다각형을 생성하고, 상기 N개의 보로노이 다각형 각각의 면적 및 상기 콜로이드 입자의 단면적을 이용하여 평면충진율을 계산하고, 상기 계산된 평면충진율을 이용하여 상기 콜로이드 필름 표면의 결함 수준을 정량화하도록, 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들을 저장하는 콜로이드 필름 표면의 평가 장치가 제공된다. According to a preferred embodiment of the present invention in order to solve the problems of the prior art, as an apparatus for evaluating the surface of a colloidal film, a processor; and a memory connected to the processor, wherein the memory receives an optical microscope image of a surface of a colloidal film coated with colloidal particles on a substrate, and the total number of colloidal particles N from the optical microscope image Counting, generating a position matrix for the plane coordinates of the counted N colloidal particles, and using the position matrix to generate N Voronoi polygons using the plane coordinates of each particle as a reference point for the N colloidal particles and calculating the planar filling factor using the area of each of the N Voronoi polygons and the cross-sectional area of the colloidal particles, and quantifying the defect level on the surface of the colloidal film using the calculated planar filling ratio, executed by the processor A device for evaluating the surface of a colloidal film that stores possible program instructions is provided.

상기 광학 현미경 이미지는 상기 콜로이드 필름의 서로 다른 위치에서 복수개로 획득되고, 상기 프로그램 명령어들은, 복수의 광학 현미경 이미지에 대해 독립적으로 평면충진율을 계산할 수 있다.A plurality of the optical microscope images may be acquired at different positions of the colloidal film, and the program instructions may independently calculate a planar filling factor for the plurality of optical microscope images.

상기 프로그램 명령어들은, 상기 복수의 광학 현미경 이미지 각각으로부터 얻어진 평면충진율의 평균값과 산포값을 계산하고, 상기 계산된 평균값과 산포값을 미리 저장된 레퍼런스 샘플과 비교하여 상기 콜로이드 필름 표면의 결함 수준을 평가할 수 있다. The program instructions calculate the average value and the dispersion value of the plane fill factor obtained from each of the plurality of optical microscope images, and compare the calculated average value and the dispersion value with a reference sample stored in advance to evaluate the defect level of the surface of the colloidal film. have.

상기 평균값은 상기 복수의 광학 현미경 이미지에 포함된 콜로이드 입자 각각의 평면충진율의 앙상블 평균일 수 있다. The average value may be an ensemble average of plane filling rates of each of the colloidal particles included in the plurality of optical microscope images.

상기 산포값은 아래의 수학식으로 결정될 수 있다.The dispersion value may be determined by the following equation.

[수학식][Equation]

Figure 112020123917324-pat00001
Figure 112020123917324-pat00001

여기서,

Figure 112020123917324-pat00002
는 평면충진율이고, < >는 앙상블 평균임here,
Figure 112020123917324-pat00002
is the flat fill factor, and <> is the ensemble average

상기 콜로이드 필름 표면의 결함 수준을 정량화는 상기 콜로이드 필름 표면에서 콜로이드 입장의 치밀도 및 균일성을 정량화할 수 있다.Quantifying the level of defects on the surface of the colloidal film can quantify the density and uniformity of colloidal positions on the surface of the colloidal film.

상기 콜로이드 입자의 단면적은 미리 입력된 콜로이드 입자의 평균 반경으로부터 계산될 수 있다.The cross-sectional area of the colloidal particles may be calculated from an average radius of the colloidal particles input in advance.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 프로세서 및 메모리를 포함하는 장치에서 콜로이드 필름 표면을 평가하는 방법으로서, 콜로이드 입자가 기재 상에 코팅된 콜로이드 필름 표면에 대한 광학 현미경 이미지를 입력받는 단계; 상기 광학 현미경 이미지로부터 상기 콜로이드 입자의 총 입자수 N개를 카운팅하는 단계; 상기 카운팅된 N개의 콜로이드 입자들의 평면 좌표에 대한 위치 행렬을 생성하는 단계; 상기 위치 행렬을 이용하여 상기 N개의 콜로이드 입자에 대해 각 입자의 평면 좌표를 기준점으로 하는 N개의 보로노이 다각형을 생성하는 단계; 상기 N개의 보로노이 다각형 각각의 면적 및 상기 콜로이드 입자의 단면적을 이용하여 평면충진율을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 평면충진율을 이용하여 상기 콜로이드 필름 표면의 결함 수준을 정량화하는 단계를 포함하는 콜로이드 필름 표면의 평가 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for evaluating a colloidal film surface in a device including a processor and a memory, the method comprising: receiving an optical microscope image of a colloidal film surface coated with colloidal particles on a substrate; counting the total number of particles N of the colloidal particles from the optical microscope image; generating a position matrix for the plane coordinates of the counted N colloidal particles; generating N Voronoi polygons using the plane coordinates of each particle as a reference point for the N colloidal particles using the position matrix; calculating a planar filling factor using the area of each of the N Voronoi polygons and the cross-sectional area of the colloidal particle; and quantifying the level of defects on the surface of the colloidal film by using the calculated planar filling factor is provided.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기한 방법을 수행하는 컴퓨터 판독 가능한 프로그램이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a computer readable program for performing the above method.

본 발명에 따르면, 광학 현미경을 이용하여 상대적으로 관찰하기 쉬운, 건조 후의 콜로이드 입자로 구성된 필름의 표면(최상층)에서의 입자 분포로부터 필름의 치밀도 및 균일성을 평가할 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, there is an advantage in that the density and uniformity of the film can be evaluated from the particle distribution on the surface (top layer) of the film composed of colloidal particles after drying, which is relatively easy to observe using an optical microscope.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광학 현미경 이미지를 이용하여 콜로이드 필름을 평가하는 과정을 도시한 도면이다.
도 2는 1 μm직경의 구형의 폴리스티렌 입자의 건조 과정에서 얻은 광학 이미지를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 광학 현미경 이미지를 컴퓨터를 통해 가시화하여 얻어진 입자의 분포가 서로 다른 필름 표면을 나타낸 것이다.
도 4는 도 3의 콜로이드 입자 분포로부터 생성된 보로노이 다각형을 나타낸 것이다.
도 5는 각 조건에서의 (a) Sf의 평균값 (b) Sf의 산포값을 나타낸 것이다.
1 is a diagram illustrating a process for evaluating a colloidal film using an optical microscope image according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating an optical image obtained in the drying process of spherical polystyrene particles having a diameter of 1 μm.
3 is a view showing a film surface having different distributions of particles obtained by visualizing the optical microscope image according to the present embodiment through a computer.
4 shows a Voronoi polygon generated from the colloidal particle distribution of FIG. 3 .
5 shows (a) the average value of Sf and (b) the dispersion value of Sf in each condition.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood that all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention are included.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, it will be described in detail with reference to embodiments according to the present invention.

본 발명은 광학 현미경을 이용하여 상대적으로 관찰하기 쉬운, 건조 후의 콜로이드 입자로 구성된 필름의 표면에서의 입자 분포로부터 콜로이드 필름의 치밀도 및 균일성을 평가할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. The present invention is to suggest a method for evaluating the density and uniformity of a colloidal film from the particle distribution on the surface of the film composed of colloidal particles after drying, which is relatively easy to observe using an optical microscope.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광학 현미경 이미지를 이용하여 콜로이드 필름의 평가 과정을 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating an evaluation process of a colloidal film using an optical microscope image according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1의 과정은 프로세서 및 메모리를 포함하는 콜로이드 필름 표면 평가 장치에서 수행된다. The process of FIG. 1 is performed in a colloidal film surface evaluation apparatus including a processor and a memory.

여기서, 프로세서는 컴퓨터 프로그램을 실행할 수 있는 CPU(central processing unit)나 그밖에 가상 머신 등을 포함할 수 있다. Here, the processor may include a central processing unit (CPU) capable of executing a computer program or other virtual machines.

메모리는 고정식 하드 드라이브나 착탈식 저장 장치와 같은 불휘발성 저장 장치를 포함할 수 있다. 착탈식 저장 장치는 컴팩트 플래시 유닛, USB 메모리 스틱 등을 포함할 수 있다. 메모리는 각종 랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리도 포함할 수 있다.The memory may include a non-volatile storage device such as a fixed hard drive or a removable storage device. The removable storage device may include a compact flash unit, a USB memory stick, and the like. The memory may also include volatile memory, such as various random access memories.

이와 같은 메모리에는 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들이 저장된다. Such memory stores program instructions executable by the processor.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로그램 명령어들은 도 1에 도시된 과정을 수행하여 건조된 이후의 콜로이드 필름의 표면을 평가한다. The program instructions according to an embodiment of the present invention evaluate the surface of the colloidal film after drying by performing the process shown in FIG. 1 .

이하에서는 본 실시예에 따른 콜로이드 필름 표면 평가 장치의 수행 과정을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the process of performing the colloidal film surface evaluation apparatus according to the present embodiment will be described in detail.

도 1을 참조하면, 콜로이드 필름 표면 평가 장치는 콜로이드 필름의 표면에 대한 광학 현미경 이미지를 입력 받는다(단계 100).Referring to FIG. 1 , the colloidal film surface evaluation apparatus receives an optical microscope image of the surface of the colloidal film (step 100 ).

단계 100의 콜로이드 필름은 콜로이드 분산액을 기재 상에 도포하여 건조까지 완료된 필름이다. The colloidal film of step 100 is a film completed until drying by applying a colloidal dispersion on a substrate.

도 2는 1 μm직경의 구형의 폴리스티렌 입자의 건조 과정에서 얻은 광학 이미지를 예시적으로 나타낸 도면이다. 여기에서 스케일바는 10μm이다. 2 is a view illustrating an optical image obtained in a drying process of spherical polystyrene particles having a diameter of 1 μm. Here, the scale bar is 10 μm.

또한 콜로이드 필름 표면 평가 장치에는 콜로이드 입자의 평균 반경이 미리 입력된다(단계 102).In addition, the average radius of the colloidal particles is input in advance to the colloidal film surface evaluation device (step 102).

일반적인 입도 측정장비를 이용하여 콜로이드 분산액에 포함된 입자의 평균 입경을 미리 얻을 수 있고, 평균 입경의 1/2을 평균 반경(a)으로 한다. The average particle diameter of the particles included in the colloidal dispersion can be obtained in advance using a general particle size measuring device, and 1/2 of the average particle diameter is taken as the average radius (a).

다음으로 단계 100에서 얻어진 광학 현미경 이미지로부터 콜로이드 입자의 총 입자수(N)를 카운팅하고(단계 104), 표면 상의 모든 콜로이드 입자의 평면 좌표(2차원 평면 위치 정보)에 대한 위치 행렬을 생성한다(단계 106).Next, the total number of colloidal particles (N) is counted from the optical microscope image obtained in step 100 (step 104), and a position matrix is generated for the plane coordinates (two-dimensional plane position information) of all colloidal particles on the surface ( step 106).

도 2를 참조하면, 광학 현미경 이미지에서 상대적으로 밝게 보이는 지점이 입자의 중심점 위치이며, 이를 카운팅하여 일정한 면적 내에 존재하는 입자의 평면 좌표를 얻을 수 있다. Referring to FIG. 2 , a point that appears relatively bright in the optical microscope image is the position of the central point of the particle, and by counting it, it is possible to obtain the plane coordinates of the particle existing within a certain area.

단계 104에서 하나의 광학 현미경 이미지는 복수의 세트(set)로 구분될 수 있고, 총 입자수(N)는 각 세트에 포함되는 입자의 수이고, 본 실시예에 따른 콜로이드 필름 평가 장치는 모든 세트에 대해 이하에서의 과정을 반복 수행한다. In step 104, one optical microscope image may be divided into a plurality of sets, the total number of particles (N) is the number of particles included in each set, and the colloidal film evaluation apparatus according to this embodiment is Repeat the process below for

즉, 콜로이드 필름의 서로 다른 지점에 대해 복수의 광학 현미경 이미지를 얻을 수 있고, 각 광학 현미경 이미지가 하나의 세트를 구성하며, 복수의 세트에 대해 이하에서 설명하는 평면충진율, 평균값 및 산포값의 계산 과정이 수행될 수 있다. That is, a plurality of optical microscope images can be obtained for different points of the colloidal film, each optical microscope image constitutes one set, and the calculation of planar filling factor, average value and dispersion value described below for the plurality of sets The process may be performed.

또한, N개의 입자에 대한 좌표는 N×N의 2차 행렬로 생성되어 저장될 수 있다. In addition, coordinates for N particles may be generated and stored as a quadratic matrix of N×N.

도 3은 본 실시예에 따른 광학 현미경 이미지를 컴퓨터를 통해 가시화하여 얻어진 입자의 분포가 서로 다른 필름 표면을 나타낸 것이다. 3 is a view showing a film surface having different distributions of particles obtained by visualizing the optical microscope image according to the present embodiment through a computer.

도 3은 16μm x 16μm의 정방형 크기에 얻은 1 μm입자의 이미지이고, 도 3a는 조건 I, 도 3b는 조건 II (10% defect), 도 3c는 조건 III (20% defect)으로 표현한다. 3 is an image of 1 μm particles obtained in a square size of 16 μm x 16 μm, FIG. 3a is condition I, FIG. 3b is condition II (10% defect), and FIG. 3c is condition III (20% defect).

여기에서 평면상에서 x는 가로축, z는 세로축에 해당한다. 여기서 보이지 않은 y축은 높이 방향에 해당한다. Here, x corresponds to the horizontal axis and z corresponds to the vertical axis on the plane. The y-axis not shown here corresponds to the height direction.

본 실시예에 따른 장치는 위치 행렬을 이용하여 각 입자의 평면 좌표를 기준점으로 하는 복수의 보로노이 다각형(polygon)을 생성한다(단계 108).The apparatus according to the present embodiment generates a plurality of Voronoi polygons using the plane coordinates of each particle as a reference point by using the position matrix (step 108).

보로노이 다이어그램은 여러 개의 점들이 평면에 분포할 때, 각 점들에서 가장 가까운 점들을 판단하여, 그 점들간의 중간지점을 공간적으로 가르는 선들을 생성한 것을 의미하며 이를 통해 생성된 개별 다각형을 보로노이 다각형이라 한다. Voronoi diagram means that when several points are distributed on a plane, the closest points are judged from each point, and lines are created that spatially divide the midpoints between the points. are called polygons.

도 4는 도 3의 콜로이드 입자 분포로부터 생성된 서로 다른 보로노이 다각형을 나타낸 것이다. 4 shows different Voronoi polygons generated from the colloidal particle distribution of FIG. 3 .

단계 108에서 생성된 보로노이 다각형을 이용하면 임의의 콜로이드 입자가 차지하고 있는 공간을 알 수 있다. Using the Voronoi polygon generated in step 108, it is possible to know the space occupied by arbitrary colloidal particles.

다음으로, 본 실시예에 따른 장치는 개별 콜로이드 입자를 둘러싸고 있는 다각형의 면적을 계산한다(단계 110).Next, the device according to the present embodiment calculates the area of the polygon surrounding the individual colloidal particles (step 110).

단계 110에서 N개의 입자 각각에 대한 보로노이 다각형 면적이 계산될 수 있다. In operation 110, Voronoi polygonal areas for each of the N particles may be calculated.

보로노이 다각형 면적이 계산된 이후, 본 실시예에 따른 장치는 개별 다각형 면적과 콜로이드 입자의 단면적과의 비율을 이용하여 평면충진율을 계산한다(단계 112).After the Voronoi polygonal area is calculated, the device according to the present embodiment calculates the planar filling factor by using the ratio of the individual polygonal area to the cross-sectional area of the colloidal particle (step 112).

층을 이루는 구형 입자의 단면적은 원의 면적으로 단순화할 수 있다. 구형 입자의 반지름을 a라 할 때, 구형 입자의 단면적은 πa2가 된다. The cross-sectional area of the layered spherical particles can be simplified to the area of a circle. When the radius of the spherical particle is a, the cross-sectional area of the spherical particle is πa 2 .

하나의 입자를 둘러싸고 있는 다각형 면적을 Apolygon이라 할 때, 평면충진율은 아래의 수학식 1로부터 얻어진다.When the polygonal area surrounding one particle is A polygon , the planar filling factor is obtained from Equation 1 below.

Figure 112020123917324-pat00003
Figure 112020123917324-pat00003

상기한 단계 104 내지 112는 샘플링된 세트 내의 모든 입자에 대해 반복 계산된다(단계 114). Steps 104-112 described above are iteratively calculated for all particles in the sampled set (step 114).

모든 세트에서 각 입자의 평면충진율이 계산된 이후, 본 실시예에 따른 장치는 모든 세트에 포함된 입자들의 평면충진율의 평균값(

Figure 112020123917324-pat00004
)과 산포값(
Figure 112020123917324-pat00005
)을 계산한다(단계 116).After the planar filling factor of each particle in all sets is calculated, the device according to this embodiment calculates the average value (
Figure 112020123917324-pat00004
) and the variance (
Figure 112020123917324-pat00005
) is calculated (step 116).

여기서, < >는 ensemble average를 의미한다. Here, < > means ensemble average.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 단계 116에서 계산된 평균값과 산포값을 이용하는 경우 defect(결함)의 발생 수준, 콜로이드 필름의 균일성 및 치밀도를 평가할 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, when the average value and the dispersion value calculated in step 116 are used, the level of occurrence of defects and the uniformity and density of the colloidal film can be evaluated.

결함 발생 수준의 평가는 현재 얻어진 콜로이드 필름과 레퍼런스 샘플을 비교하는 과정을 통해 수행될 수 있다. The evaluation of the level of defect occurrence can be performed through the process of comparing the colloidal film currently obtained with a reference sample.

이하에서는 평균 입경이 1μm인 폴리스티렌 콜로이드 구형 입자가 코팅된 콜로이드 필름을 평가하는 과정을 실험 과정을 통해 상세하게 설명한다. Hereinafter, a process of evaluating a colloidal film coated with polystyrene colloidal spherical particles having an average particle diameter of 1 μm will be described in detail through an experimental process.

실시예Example

평균 입경이 1μm인 폴리스티렌 콜로이드 구형 입자 (a=0.5μm)가 분산된 용액에 대해서 평가를 진행하였다. Evaluation was carried out on a solution in which polystyrene colloidal spherical particles (a=0.5 μm) having an average particle diameter of 1 μm were dispersed.

콜로이드 분산액을 슬라이드 글래스에 수 방울 떨어뜨린 후 일정 높이에 블레이드가 달린 코터를 이용하여 액의 높이를 균일하게 만든 후, 건조를 진행한다.After dropping a few drops of the colloidal dispersion on a slide glass, use a coater with a blade at a certain height to make the liquid level uniform, and then dry it.

건조 속도는 실험장치 내부의 습도를 변화시켜 조절한다. 실험에서의 필름 두께 및 건조 속도는 다음과 같다. Wet film상태에서의 초기 높이는 동일하게 60 μm 로 제작하고, 건조 속도는 필름 높이의 감소 속도가 2.2 μm/sec가 되도록 조절하였다. The drying speed is controlled by changing the humidity inside the experimental device. The film thickness and drying rate in the experiment were as follows. The initial height in the wet film state was made to be the same as 60 μm, and the drying rate was adjusted so that the decrease rate of the film height was 2.2 μm/sec.

광학 현미경 이미지는 micros MC500모델로 측정하였다. 임의의 16μm x 16μm의 면적내에 존재하는 입자를 하나의 세트로 하는 10개의 샘플 세트를 얻을 수 있으며, 그 중에 하나는 도 3(a)에 예시하였다. The optical microscope image was measured with a micros MC500 model. A set of 10 samples including particles existing within an arbitrary area of 16 μm×16 μm as one set can be obtained, one of which is illustrated in FIG. 3( a ).

표면 치밀도 영향을 예시로 정량화하기 위해서, 상대적으로 균일하게 만들어진 시료인 도 3a대비, 표면 defect를 각각 10%, 20%를 발생시킨 데이터를 발생시켰고, 그 이미지 중에 하나씩을 10% defect (도 3b)와 20% defect(도 3c)에 도시하였다.In order to quantify the effect of surface density by way of example, data were generated that generated 10% and 20% of surface defects, respectively, compared to Fig. 3a, which is a sample made relatively uniformly, and one of the images was assigned a 10% defect (Fig. 3b). ) and 20% defect (Fig. 3c).

여기에서 defect가 생긴 데이터는 원본 데이터에서 무작위적으로 임의의 입자를 소거하여 발생시켰다. 즉, 하나의 원본 이미지 세트에서의 입자의 총 수가 262개라고 하면, 10% defect은 원본에서 26개가 소거된, 236개의 입자가, 20% defect은 52개가 소거된 210개의 입자를 가진 세트에 해당한다. 각 조건에서 얻어진 결과는 도 5와 표 1에 나타내었다. Here, the data with defects was generated by randomly removing random particles from the original data. That is, assuming that the total number of particles in one original image set is 262, a 10% defect corresponds to a set with 210 particles with 26 erased from the original, 236 particles with a 20% defect, and 210 particles with 52 erased from the original image set. do. The results obtained under each condition are shown in FIG. 5 and Table 1.

도 5는 각 조건에서의 (a) Sf의 평균값 (b) Sf의 산포값을 나타낸 것이다. 5 shows (a) the average value of Sf and (b) the dispersion value of Sf in each condition.

여기서, 에러바의 크기는 10개의 샘플링된 세트 사이에 존재하는 표준편차값을 나타낸다.Here, the size of the error bar represents a standard deviation value existing between 10 sampled sets.

조건Condition II IIII IIIIII Relative defect (%)Relative defect (%) 00 1010 2020 평면충진율 평균값Average value of flat fill factor 0.800.80 0.740.74 0.670.67 평면충진율 산포값Planar filling factor dispersion value 0.00420.0042 0.0140.014 0.0230.023

최종적으로, 얻어진 평면충진율의 평균값과 산포값은 선형으로 증가시킨 defect를 잘 반영하고 있음이 확인되고 있다. 레퍼런스 조건인 조건 I대비, defect의 증가에 대해, 충진율 평균값은 선형적으로 감소하고 있으며, 충진율 산포값은 선형적으로 증가하고 있어서, 보로노이 다이어그램을 이용한 평가법이 defect수준을 충분히 정량화하고 있음이 확인된다. Finally, it is confirmed that the average value and dispersion value of the obtained planar filling factor well reflect the linearly increased defect. Compared to condition I, which is the reference condition, with respect to the increase in defect, the average value of the fill rate is linearly decreasing and the dispersion value of the fill rate is increasing linearly, so it is confirmed that the evaluation method using the Voronoi diagram is sufficient to quantify the defect level do.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The above-described embodiments of the present invention have been disclosed for the purpose of illustration, and various modifications, changes, and additions will be possible within the spirit and scope of the present invention by those skilled in the art having ordinary knowledge of the present invention, and such modifications, changes and additions should be regarded as belonging to the following claims.

Claims (10)

콜로이드 필름 표면의 평가 장치로서,
프로세서; 및
상기 프로세서에 연결되는 메모리를 포함하되,
상기 메모리는,
콜로이드 입자가 기재 상에 코팅된 콜로이드 필름 표면에 대한 광학 현미경 이미지를 입력받고,
상기 광학 현미경 이미지로부터 상기 콜로이드 입자의 총 입자수 N개를 카운팅하고,
상기 카운팅된 N개의 콜로이드 입자들의 평면 좌표에 대한 위치 행렬을 생성하고,
상기 위치 행렬을 이용하여 상기 N개의 콜로이드 입자에 대해 각 입자의 평면 좌표를 기준점으로 하는 N개의 보로노이 다각형을 생성하고,
상기 N개의 보로노이 다각형 각각의 면적 및 상기 콜로이드 입자의 단면적을 이용하여 평면충진율을 계산하고,
상기 계산된 평면충진율을 이용하여 상기 콜로이드 필름 표면의 결함 수준을 정량화하도록,
상기 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들을 저장하는 콜로이드 필름 표면의 평가 장치.
A colloidal film surface evaluation device, comprising:
processor; and
a memory coupled to the processor;
The memory is
Colloidal particles receive an optical microscope image of the surface of the colloidal film coated on the substrate,
Counting the total number of particles N of the colloidal particles from the optical microscope image,
generating a position matrix for the plane coordinates of the counted N colloidal particles,
Generate N Voronoi polygons using the plane coordinates of each particle as a reference point for the N colloidal particles using the position matrix,
Calculate the planar filling factor using the area of each of the N Voronoi polygons and the cross-sectional area of the colloidal particle,
To quantify the level of defects on the surface of the colloidal film using the calculated planar filling factor,
A colloidal film surface evaluation device storing program instructions executable by the processor.
제1항에 있어서,
상기 광학 현미경 이미지는 상기 콜로이드 필름의 서로 다른 위치에서 복수개로 획득되고,
상기 프로그램 명령어들은,
복수의 광학 현미경 이미지에 대해 독립적으로 평면충진율을 계산하는 콜로이드 필름 표면의 평가 장치.
According to claim 1,
The optical microscope image is acquired in plurality at different positions of the colloidal film,
The program instructions are
An evaluation device for the surface of a colloidal film that independently calculates the planar filling factor for a plurality of optical microscope images.
제2항에 있어서,
상기 프로그램 명령어들은,
상기 복수의 광학 현미경 이미지 각각으로부터 얻어진 평면충진율의 평균값과 산포값을 계산하고,
상기 계산된 평균값과 산포값을 미리 저장된 레퍼런스 샘플과 비교하여 상기 콜로이드 필름 표면의 결함 수준을 평가하는 콜로이드 필름 표면의 평가 장치.
3. The method of claim 2,
The program instructions are
Calculate the average value and the dispersion value of the plane filling factor obtained from each of the plurality of optical microscope images,
A colloidal film surface evaluation apparatus for evaluating the defect level of the colloidal film surface by comparing the calculated average value and the dispersion value with a reference sample stored in advance.
제3항에 있어서,
상기 평균값은 상기 복수의 광학 현미경 이미지에 포함된 콜로이드 입자 각각의 평면충진율의 앙상블 평균인 콜로이드 필름 표면의 평가 장치.
4. The method of claim 3,
The average value is a colloidal film surface evaluation device that is an ensemble average of planar filling rates of each colloidal particle included in the plurality of optical microscope images.
제4항에 있어서,
상기 산포값은 아래의 수학식으로 결정되는 콜로이드 필름 표면의 평가 장치.
[수학식]
Figure 112020123917324-pat00006

여기서,
Figure 112020123917324-pat00007
는 평면충진율이고, < >는 앙상블 평균임
5. The method of claim 4,
The dispersion value is a colloidal film surface evaluation device determined by the following equation.
[Equation]
Figure 112020123917324-pat00006

here,
Figure 112020123917324-pat00007
is the flat fill factor, and <> is the ensemble average
제1항에 있어서,
상기 콜로이드 필름 표면의 결함 수준을 정량화는 상기 콜로이드 필름 표면에서 콜로이드 입장의 치밀도 및 균일성을 정량화하는 것으로 정의되는 콜로이드 필름 표면의 평가 장치.
According to claim 1,
Quantifying the level of defects on the surface of the colloidal film is an evaluation device for the surface of a colloidal film, defined as quantifying the density and uniformity of colloidal positions on the surface of the colloidal film.
제1항에 있어서,
상기 콜로이드 입자의 단면적은 미리 입력된 콜로이드 입자의 평균 반경으로부터 계산되는 콜로이드 필름 표면의 평가 장치.
According to claim 1,
The cross-sectional area of the colloidal particles is a colloidal film surface evaluation device that is calculated from the average radius of the colloidal particles input in advance.
프로세서 및 메모리를 포함하는 장치에서 콜로이드 필름 표면을 평가하는 방법으로서,
콜로이드 입자가 기재 상에 코팅된 콜로이드 필름 표면에 대한 광학 현미경 이미지를 입력받는 단계;
상기 광학 현미경 이미지로부터 상기 콜로이드 입자의 총 입자수 N개를 카운팅하는 단계;
상기 카운팅된 N개의 콜로이드 입자들의 평면 좌표에 대한 위치 행렬을 생성하는 단계;
상기 위치 행렬을 이용하여 상기 N개의 콜로이드 입자에 대해 각 입자의 평면 좌표를 기준점으로 하는 N개의 보로노이 다각형을 생성하는 단계;
상기 N개의 보로노이 다각형 각각의 면적 및 상기 콜로이드 입자의 단면적을 이용하여 평면충진율을 계산하는 단계; 및
상기 계산된 평면충진율을 이용하여 상기 콜로이드 필름 표면의 결함 수준을 정량화하는 단계를 포함하는 콜로이드 필름 표면의 평가 방법.
A method for evaluating a colloidal film surface in a device comprising a processor and a memory, the method comprising:
receiving an optical microscope image of a colloidal film surface coated with colloidal particles on a substrate;
counting the total number of particles N of the colloidal particles from the optical microscope image;
generating a position matrix for the plane coordinates of the counted N colloidal particles;
generating N Voronoi polygons using the plane coordinates of each particle as a reference point for the N colloidal particles by using the position matrix;
calculating a planar filling factor using the area of each of the N Voronoi polygons and the cross-sectional area of the colloidal particle; and
A method for evaluating the surface of a colloidal film comprising the step of quantifying the level of defects on the surface of the colloidal film using the calculated planar filling rate.
제8항에 있어서,
상기 광학 현미경 이미지는 상기 콜로이드 필름의 서로 다른 위치에서 복수개로 획득되고,
상기 평면충진율 계산 단계는, 복수의 광학 현미경 이미지에 대해 독립적으로 평면충진율을 계산하며,
상기 평면충진율 계산 단계 이후,
상기 복수의 광학 현미경 이미지 각각으로부터 얻어진 평면충진율의 평균값과 산포값을 계산하는 단계; 및
상기 계산된 평균값과 산포값을 미리 저장된 레퍼런스 샘플과 비교하는 단계를 더 포함하는 콜로이드 필름 표면의 평가 방법.


9. The method of claim 8,
The optical microscope image is acquired in plurality at different positions of the colloidal film,
The plane filling factor calculation step independently calculates the plane filling factor for a plurality of optical microscope images,
After the plane filling factor calculation step,
calculating an average value and a dispersion value of the planar filling factor obtained from each of the plurality of optical microscope images; and
The evaluation method of the colloidal film surface further comprising the step of comparing the calculated average value and the dispersion value with a reference sample stored in advance.


삭제delete
KR1020200154831A 2020-11-18 2020-11-18 Colloidal film surface evaluation method and apparatus KR102433027B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200154831A KR102433027B1 (en) 2020-11-18 2020-11-18 Colloidal film surface evaluation method and apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200154831A KR102433027B1 (en) 2020-11-18 2020-11-18 Colloidal film surface evaluation method and apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220067983A KR20220067983A (en) 2022-05-25
KR102433027B1 true KR102433027B1 (en) 2022-08-16

Family

ID=81797438

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200154831A KR102433027B1 (en) 2020-11-18 2020-11-18 Colloidal film surface evaluation method and apparatus

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102433027B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009149152A1 (en) 2008-06-03 2009-12-10 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Surface enhanced raman detection on metallized nanostructured polymer films
KR102150209B1 (en) 2019-08-26 2020-08-31 고려대학교 산학협력단 Device and method for evaluating dry crack of colloid film

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5975100B2 (en) * 2012-06-06 2016-08-23 株式会社島津製作所 Fine particle classification measurement device, sample preparation device with uniform particle concentration distribution, and nanoparticle film formation device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009149152A1 (en) 2008-06-03 2009-12-10 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Surface enhanced raman detection on metallized nanostructured polymer films
KR102150209B1 (en) 2019-08-26 2020-08-31 고려대학교 산학협력단 Device and method for evaluating dry crack of colloid film

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220067983A (en) 2022-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101226369B1 (en) Microfabrication method, microfabrication apparatus and recording medium having microfabrication program recorded therein
JP4769025B2 (en) Imaging recipe creation apparatus and method for scanning electron microscope, and semiconductor pattern shape evaluation apparatus
CN108956384B (en) Optical method for synchronously measuring surface tension coefficient and contact angle of liquid
DE112010001894T5 (en) Method of measuring surface microstructure, method of data analysis of surface microstructure measurement and X-ray diffraction measuring device
CN111812105B (en) Defect detection method, device, equipment and computer storage medium
DE112018002123B4 (en) METHOD OF DETERMINING A UNIFORMITY AND UNIFORMITY OF AN EFFECTIVE DOSE OF A LITHOGRAPHY TOOL AND SYSTEM FOR DETERMINING AN EFFECTIVE DOSE OF A LITHOGRAPHY TOOL
Yao et al. Quantification of the surface roughness of quartz sand using optical interferometry
KR102433027B1 (en) Colloidal film surface evaluation method and apparatus
EP3341679A1 (en) Method and device for contactless assessment of the surface quality of a wafer
CN112818991B (en) Image processing method, image processing apparatus, electronic device, and readable storage medium
KR102150209B1 (en) Device and method for evaluating dry crack of colloid film
WO2006052589A2 (en) Pan coating simulation for determining tablet coating uniformity
JP2020027072A (en) Macro inspection apparatus and method for inspecting variation in volume of ink droplets
KR102263564B1 (en) Method for calibrating nano measurement scale and standard material used therein
DE102013103466A1 (en) Structure measuring method and structural measuring device
CN109406106B (en) Method for evaluating uniformity of refractive index of optical material
JP7442009B1 (en) Surface roughness evaluation method and device, surface roughness evaluation program, and storage medium storing the surface roughness evaluation program
KR100250212B1 (en) Mean particle size decision method applying an atomic force microscope and fractal theory
Kim et al. Precise Measurement of Dynamic Ink Spreadability Using High-Speed Camera and Nonlinear Regression
RU2287805C2 (en) Method of express analysis of dispersed content of aerosol
EP3149703B1 (en) Determining quantitative three-dimensional surface topography from two-dimensional microscopy images
Ramakrishnan et al. Probability Density Function of Bead-Pack Test Planes and Resolution Limits of Tomography
Andriienko et al. Controlling wettability modes of the probes of the atomic-force microscope
TWI822126B (en) Sample observation device, sample observation method and computer system
JP2005351808A (en) Inspection device of grindstone particle dispersed state

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant