KR20040061590A

KR20040061590A - 액정표시장치의 패턴 검사방법

Info

Publication number: KR20040061590A
Application number: KR1020020087868A
Authority: KR
Inventors: 유광종
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 2002-12-31
Filing date: 2002-12-31
Publication date: 2004-07-07

Abstract

외부환경이 변화해도 민감하게 반응하지 않고 정확한 불량 유/무를 판정할 수 있는 액정표시장치의 패턴 검사방법을 제공하기 위한 것으로, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 액정표시장치의 패턴 검사방법은 유리기판을 검사기의 스테이지에 로딩하는 단계; 유리기판을 얼라인 시키고, 측정하고자 하는 지정된 화소영역에 초점을 맞추는 단계; CCD 카메라를 이용하여 상기 지정된 화소영역에 대한 이미지(image)를 캡쳐하는 단계; 컨트롤러의 이미지 보드(image board)에서 상기 캡쳐된 이미지에 해당하는 이미지 파일을 생성하는 단계; 상기 이미지 파일을 이용하여 1프레임에서 각 지정된 화소영역별 R,G,B 그레이 스케일(Gray Scale) 값을 생성하는 단계; 상기 R,G,B 그레이 스케일 값을 H,S,I 값으로 변환하는 단계; 이전/이후 프레임에서 각 화소영역별 H,S,I 값을 비교하여 문턱값 이상인지 이하인지를 판별하여 불량 유무를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치의 패턴 검사방법{method for testing pattern of liquid crystal display device}

본 발명은 액정표시장치에 대한 것으로, 특히 램프 조도 변화에 민감하게 반응하지 않는 H,S,I 값을 이용한 액정표시장치의 패턴 검사방법에 관한 것이다.

21세기 정보전자 기술은 향후 초고속 정보통신기술과 컴퓨터에 의하여 보다 더 고속화되고 성장 발전될 것이며, 이를 뒷받침하여 주는 핵심요소 기술은 고 부가가치를 갖는 반도체와 디스플레이 기술이다.

지금까지의 디스플레이에 대한 개념은 CRT(cathode-ray tube) 일변도의 제한된 영역에 의미를 두어 왔으나, 정보화 사회의 발전과 함께 인간이 접할 수 있는 정보의 양이 방대해지고 종류도 다양해짐에 따라 정보매체의 통합개념으로서 멀티미디어 개념이 대두되고 있다.

이러한 멀티미디어 시대에 디스플레이가 중요시되는 것은 대부분의 정보전달이 인간의 시각적 기능을 통해서 이루어지며 기기의 사용환경이 다양화된다는데 있다.

예를 들면, 개인휴대용이나 자동차, 항공기 등 이동성이 강조되는 환경에서 사용되는 기기의 경우에는 경박단소, 저소비전력 등이 중요한 인자가 될 것이며, 대중을 위한 정보전달 매체로 사용되는 경우에는 시야각이 넓은 대화면의 디스플레이 특성이 요구되고 있다.

이러한 평판 디스플레이를 대표하는 품목으로는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display), FED(field emission display) 등을 들 수 있으며, 이러한 제품들은 소비자 기호의 고급화에 따라 점차적으로 표시 화소의 크기를 줄이고 있는 추세이다.

그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비전, 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게개발되고 있다.

이와 같이 액정표시장치가 여러 분야에서 화면 표시장치로서의 역할을 하기 위해 여러 가지 기술적인 발전이 이루어 졌음에도 불구하고 화면 표시장치로서 화상의 품질을 높이는 작업은 상기 장점과 배치되는 면이 많이 있다.

또한, 디스플레이 제조 공정상 상당한 정밀도를 요구하고 있으므로 제품의 불량 발생 확률이 높아지고 있다. 그런데, 디스플레이 장치에서 디스플레이 평판은 전체 가격의 대부분을 차지하고 있어 제품의 불량이 많을수록 제조자 측에서는 큰 손실을 입게 된다.

따라서, 상기와 같은 평판 디스플레이에 불량이 발생할 경우, 불량이 발생된 부분을 즉시 수정하거나 폐기하여 추가 손실을 줄일 필요가 있다.

상기와 같은 액정표시장치는, 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정 패널은 공간을 갖고 합착된 제 1, 제 2 유리 기판과, 상기 제 1, 제 2 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.

여기서, 상기 제 1 유리 기판(TFT 어레이 기판)에는, 일정 간격을 갖고 일 방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호를 상기 각 화소 전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터가 형성되어 있다.

그리고 제 2 유리 기판(컬러필터 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R,G,B 컬러 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성되어 있다. 물론, 횡전계 방식의 액정표시장치에서는 공통전극이 제 1 유리 기판에 형성되어 있다.

이와 같은 상기 제 1, 제 2 유리 기판은 셀 갭을 유지하기 위한 스페이서(spacer)에 의해 일정 공간을 갖고, 액정 주입구를 갖는 씨일재(sealant)에 의해 합착되고 상기 두 기판 사이에 액정이 주입된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 종래의 액정표시장치의 패턴 검사방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 TFT 어레이 기판 및 이의 패턴 검사를 위한 램프를 도시한 도면이다.

도 2는 종래 기술에 따른 액정표시장치의 패턴 검사방법을 나타낸 플로우챠트이고, 도 3은 종래 방법에 따른 패턴 검사시 문제점을 나타낸 테이블이다.

도 1에는 패턴 검사를 위한 복수개의 화소영역이 구비된 TFT 어레이 기판(10)이 있고, 광원으로부터 광을 상기 TFT 어레이 기판에 조사하는 램프(11)가 있다. 이때 램프(11)는 CCD 카메라를 사용할 수 있다.

이때 도면에는 도시되어 있지 않지만, TFT 어레이 기판(10)에는 화소영역(P)을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 라인이 배열되고, 상기 게이트 라인에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 라인이 배열되며, 상기 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 각 화소영역(P)에는 화소전극이 형성되고, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는부분에 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 있다.

그리고 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 TFT 어레이 기판에 대향되는 상부기판에는 상기 화소영역(P)을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R,G,B 컬러 필터층과, 화상을 구현하기 위한 공통전극이 형성되어 있다.

여기서, 상기 박막 트랜지스터(T)는 상기 게이트 라인으로부터 돌출된 게이트 전극과, 전면에 형성된 게이트 절연막(도면에는 도시되지 않음)과 상기 게이트 전극 상측의 게이트 절연막위에 형성된 액티브층과, 상기 데이터 라인으로부터 돌출된 소오스 전극과, 상기 소오스 전극에 대향되도록 드레인 전극을 구비하여 구성된다.

상기 화소전극은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명 도전성 금속을 사용한다.

상기 구성을 갖는 액정표시장치는 상기 화소전극상에 위치한 액정층이 상기 박막 트랜지스터(T)로부터 인가된 신호에 의해 배향되고, 상기 액정층의 배향 정도에 따라 액정층을 투과하는 빛의 양을 조절하는 방식으로 화상을 표현할 수 있다.

이하, 상기와 같은 구성을 갖는 액정표시장치에서 TFT 어레이 기판(이하, 유리기판)의 패턴을 검사하는 종래 방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 2에 도시한 바와 같이 먼저, 검사할 유리기판을 패턴 검사를 위한 스테이지(stage)에 로딩(loading)한다.(S20)

이후에, 유리기판을 얼라인 키를 이용해서 얼라인 시키고, 램프(이하, CCD카메라로 기술)로 측정하고자 하는 지정된 화소영역에 초점을 맞춘다.(S21)

이때 지정된 화소영역은 R,G,B의 단위 화소영역일 수도 있고, 복수개의 화소영역일 수도 있다.

다음에, CCD 카메라의 광원으로부터 광을 유리기판에 조사하여 광의 투과량과 반사량을 신호로 변환하여 그 신호에 따라 유리기판의 지정된 화소영역에 대한 패턴 정보(이미지(image))가 CCD 카메라의 CCD 셀(CCD 카메라의 픽셀)에 캡쳐된다.(S22)

이때 패턴정보는 CCD 카메라 셀에 의해 아날로그(Analog) 값이 형성되며, 이 아날로그 값은 이미지 보드(image board)로 보내어진다.

상기와 같이 패턴 정보(이미지)를 입수한 후, 컨트롤러의 디지털 이미지 프로세스 (Digital image Process: DIP) 보드(board)에서 이미지 파일을 생성(아날로그 값을 컨트롤러가 인식이 가능한 디지털 값으로 변환)한다.(S23)

이후에, 생성된 이미지 파일을 이용하여 1프레임에서 각 화소영역별 R,G,B 그레이 스케일(Gray Scale) 값을 생성한다.(S24)

이때 생성된 R,G,B 그레이 스케일(Gray Scale) 값은 다음 단계에서 비교할 기준이 되는 그레이 스케일 값이다.

이때 그레이 스케일 값은 생성된 이미지 파일을 디지털 이미지 프로세스(Digital Image Process:DIP) 보드를 이용해서 0 ~ 255의 숫자로 나타내는 것을 말한다.

다음에, 이전/이후 프레임에서 각 화소영역별 R,G,B 그레이 스케일 값을 상기 생성된 그레이 스케일 값과 비교한다.(S25)

이후에 그레이 스케일 값이 문턱값 이상인지 이하인지를 판별하여 이전/이후 프레임의 불량유무를 판단한다.(S26)

이때, 문턱값 이상의 그레이 스케일 값이 발생하면 불량으로 판단한다.

그리고 문턱값 이하는 동일하다고 판단하고 무시한다.

이때 문턱(Threshold)값은 엔지니어가 동일 패턴에 대한 그레이 스케일 값을 여러번 측정하여 오차의 정도를 파악하여, 최대 오차를 문턱값으로 지정하는 것이다.

즉, 상기와 같이 최대 오차를 문턱값으로 지정하고, 그 문턱값 이하는 패턴에 문제가 없다고 판단하고 무시하는 것이다.

그러나, 상기와 같이 R,G,B 그레이 스케일 값을 비교하여 불량 유,무를 판단할 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 CCD 카메라의 조도(lux)가 낮아지면 전체 R,G,B 그레이 스케일 값이 떨어지므로 이전/이후 프레임간의 그레이 스케일 값의 차이도 작아지게 된다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 조도가 10000[lux]일 경우에 각 화소영역(복수개의 R,G,B영역)별 그레이 스케일 값이 전체적으로 255일 때, 특정 화소영역(굵은 테두리선)의 그레이 스케일 값은 50이었다.

따라서 상기 특정 화소영역은 다른 화소영역(이전/이후 화소영역)과 그레이 스케일 값이 현저하게 차이가 나므로, 불량으로 판정된다.

그러나 CCD 카메라의 조도가 5000[lux]로 떨어지면 각 화소영역(복수개의R,G,B영역)별 그레이 스케일 값이 전체적으로 150일 때, 특정 화소영역(굵은 테두리선)의 그레이 스케일 값은 100으로 이전/이후 화소영역과 그레이 스케일 값에 그다지 차이가 나지 않는다.

따라서, 조도가 10000[lux]일 경우에는 불량으로 판정될 화소영역이 불량으로 판정되지 않는 문제가 발생할 수 있다.

다시말해서, R,G,B의 그레이 스케일 값으로 액정표시장치의(특히, TFT 어레이 기판)의 패턴을 검사하는 방법은 외부환경이 변화(CCD 카메라의 조도가 변화)하면 실제 문턱값 이하의 그레이 스케일 값이 발생하는 영역이 있어도 불량으로 판단 못하고 그대로 유출되는 문제가 발생될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 특히 외부환경이 변화해도 민감하게 반응하지 않고 정확한 불량 유/무를 판정할 수 있는 액정표시장치의 패턴 검사방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 TFT 어레이 기판 및 이의 패턴 검사를 위한 램프를 도시한 도면

도 2는 종래 기술에 따른 액정표시장치의 패턴 검사방법을 나타낸 플로우챠트

도 3은 종래 방법에 따른 패턴 검사시 문제점을 나타낸 데이터표

도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치의 패턴 검사방법을 나타낸 플로우챠트

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : TFT 어레이 기판 11 : 램프

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시장치의 패턴 검사방법은 유리기판을 검사기의 스테이지에 로딩하는 단계; 유리기판을 얼라인 시키고, 측정하고자 하는 지정된 화소영역에 초점을 맞추는 단계; CCD 카메라를 이용하여 상기 지정된 화소영역에 대한 이미지(image)를 캡쳐하는 단계; 컨트롤러의 이미지 보드(image board)에서 상기 캡쳐된 이미지에 해당하는 이미지 파일을 생성하는 단계; 상기 이미지 파일을 이용하여 1프레임에서 각 지정된 화소영역별 R,G,B 그레이스케일(Gray Scale) 값을 생성하는 단계; 상기 R,G,B 그레이 스케일 값을 H,S,I 값으로 변환하는 단계; 이전/이후 프레임에서 각 화소영역별 H,S,I 값을 비교하여 문턱값 이상인지 이하인지를 판별하여 불량 유무를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 그레이 스케일 값의 생성은 상기 이미지 파일을 디지털 이미지 프로세스(Digital Image Process:DIP) 보드를 이용해서 0 ~ 255의 숫자로 나타내는 것을 특징으로 한다.

상기 R,G,B 그레이 스케일 값을 H,S,I 값으로 변환하는 것은와 같은 식 1과,와 같은 식 2와,와 같은 식 3에 의해서 구할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치의 패턴 검사방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치의 패턴 검사방법을 나타낸 플로우챠트이다.

본 발명의 일실시예에 따른 액정표시장치의 패턴 검사는 도 1에 도시된 바와 같이 램프(11)를 이용해서 광을 복수개의 화소영역이 구비된 TFT 어레이 기판(10)에 조사하고, 이후에 R,G,B 그레이 스케일 값을 H,S,I값으로 변화시키고 이전/이후프레임의 H,S,I 값을 비교하여 하여 불량 유/무를 판단하는 것이다.

이때 도면에는 도시되어 있지 않지만, TFT 어레이 기판(10)에는 화소영역(P)을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일방향으로 복수개의 게이트 라인이 배열되고, 상기 게이트 라인에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 라인이 배열되며, 상기 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 각 화소영역(P)에는 화소전극이 형성되고, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 있다.

이하, 상기와 같은 구성을 갖는 액정표시장치에서 TFT 어레이 기판(이하, 유리기판)의 패턴을 검사하는 본 발명의 방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 4에 도시한 바와 같이 먼저, 검사할 유리기판을 패턴 검사를 위한 스테이지(stage)에 로딩(loading)한다.(S40)

이후에, 유리기판을 얼라인 시키고, 램프(이하, CCD 카메라로 기술)로 측정하고자 하는 지정된 화소영역에 초점을 맞춘다.(S41)

다음에, CCD 카메라의 광원으로부터 광을 유리기판에 조사하여 광의 투과량과 반사량을 신호로 변환하여 그 신호에 따라 유리기판의 지정된 화소영역에 대한 패턴 정보(이미지(image))가 CCD 카메라의 CCD 셀(CCD 카메라의 픽셀)에 캡쳐된다.(S42)

상기와 같이 패턴 정보(이미지)를 입수한 후, 컨트롤러의 디지털 이미지 프로세스 (Digital image Process: DIP) 보드(board)에서 이미지 파일을 생성(아날로그 값을 컨트롤러가 인식이 가능한 디지털 값으로 변환)한다.(S43)

이후에, 생성된 이미지 파일을 이용하여 1프레임에서 각 화소영역별 R,G,B 그레이 스케일(Gray Scale) 값을 생성한다.(S44)

다음에, R,G,B 그레이 스케일 값을 H,S,I 값으로 변환한다.(S45)

이후에, 이전/이후 프레임에서 각 화소영역별 H,S,I 값을 비교한다.(S46)

이후에 H,S,I 값이 문턱값 이상인지 이하인지를 판별하여 TFT 어레이기판 패턴의 불량유무를 판단한다.(S47)

이때, 문턱값 이상의 H,S,I 값이 발생하면 불량으로 판단한다.

그리고 문턱값 이하의 H, S, I값은 동일하다고 판단하고 무시한다.

이때 문턱(Threshold)값은 엔지니어가 동일 패턴에 대한 그레이 스케일 값을 H, S, I값으로 변환하여 여러번 측정하여 오차의 정도를 파악하여, 최대 오차를 문턱값으로 지정하는 것이다.

상기에서 R,G,B 그레이 스케일 값을 H,S,I 값으로 변환하는 것은 다음과 같은 식에 의해서 진행할 수 있다.

····· (식 1)

····· (식 2)

····· (식 3)

이때 H는 색상(Hue), S는 채도(Saturation), I는 명암(Intensity)이다.

R,G,B는 조도의 변화에 대하여 민감하게 반응하지만, H,S,I는 조도의 변화에 민감하지 않다는 장점이 있다.

다음에 상기와 같이 R,G,B 그레이 스케일을 H,S,I 값으로 변환하는 이유에 대하여 일예를 들어 설명하기로 한다.

일반적으로 불량 패턴은 부정형의 모양을 나타내는데, 예를 들어 하얀 백지 위에 펜으로 원을 그려넣고, 그 원안에 연한 회색을 칠한 1번 원이 있고, 그냥 하얀 백지위에 연한 회색의 물감으로 원을 칠한 2번 원이 있다고 가정하자.

사람들이 조금 떨어진 곳에서 상기 1번 원과 2번 원을 판별할 때, 1번 원은 분명히 원이 있다고 판단할 수 있으나, 2번원은 주위의 조명 및 각도등 외란(Disturbtion)에 의해 원의 존재에 대해 판단할 수도 있고, 없을 수도 있다.

즉, 상기에서 R,G,B 방식은 1번원에서 검은 펜으로 그린 원(경계면)에 대해서는 인지를 하지 못한다. 즉, 원 경계면에 대한 정보를 찾는 알고리즘은 없다.

다시 말하면, 주위의 색과 섞어서 판단한다. 2번원으로 판단한다는 뜻이다.

그러나, 상기 1번 원과 2번 원에 대한 정보를 본 발명에서와 같이 H,S,I 모드로 변환하면, 그 중 I(Intensity) 정보를 가지고 우리는 검은 펜으로 그린 원을 인지 할 수 있다.

즉, I정보는 경계면을 인지할 수 있는 요소로 사용하여 경계면에 대한 알고리즘을 추가하여, 상기에 기술된 원의 경계면을 인식하게 해준다.

실제 패턴 불량에서 대부분의 불량은 이런 경계면을 가지고 있다. 그런데 불량영역이 색깔(R,G,B) 주위와 확연히 다른 것도 있고, 주위의 색깔과 유사한 부분이 있다. 주위의 색깔이 유사하고, 사이즈가 작다면 기존의 R,G,B 그레이 스케일 방식으로는 불량으로 인지하기 어렵다.

이와 같은 현상을 방지하기 위해서 본 발명에서는 불량에 대한 경계면을 인지할 수 있는 I(Intensity) 알고리즘과 색상정보를 모두 이용하는 H,S,I 알고리즘을 이용한 것이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라, 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

상기와 같은 본 발명의 액정표시장치의 패턴 검사방법은 다음과 같은 효과가 있다.

외부환경(예를 들어, CCD 카메라의 조도)에 민감하게 반응하지 않는 H,S,I 값으로 TFT 어레이기판 패턴의 불량 유/무를 판별하므로, 보다 정확한 불량 검사가 가능하다.

Claims

유리기판을 검사기의 스테이지에 로딩하는 단계;

유리기판을 얼라인 시키고, 측정하고자 하는 지정된 화소영역에 초점을 맞추는 단계;

CCD 카메라를 이용하여 상기 지정된 화소영역에 대한 이미지(image)를 캡쳐하는 단계;

컨트롤러의 이미지 보드(image board)에서 상기 캡쳐된 이미지에 해당하는 이미지 파일을 생성하는 단계;

상기 이미지 파일을 이용하여 1프레임에서 각 지정된 화소영역별 R,G,B 그레이 스케일(Gray Scale) 값을 생성하는 단계;

상기 R,G,B 그레이 스케일 값을 H,S,I 값으로 변환하는 단계;

이전/이후 프레임에서 각 화소영역별 H,S,I 값을 비교하여 문턱값 이상인지 이하인지를 판별하여 불량 유무를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 패턴 검사방법.
제 1 항에 있어서,

상기 그레이 스케일 값의 생성은 상기 이미지 파일을 디지털 이미지 프로세스(Digital Image Process:DIP) 보드를 이용해서 0 ~ 255의 숫자로 나타내는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 패턴 검사방법.
제 1 항에 있어서,

상기 R,G,B 그레이 스케일 값을 H,S,I 값으로 변환하는 것은

와 같은 식 1과,

와 같은 식 2와,

와 같은 식 3에 의해서 구할 수 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 패턴 검사방법.