KR20120055185A - 영상 스케일 및 다중영상 저장방식을 적용한 lcd 판넬 검사장치의 방식 및 구현 방법 - Google Patents

영상 스케일 및 다중영상 저장방식을 적용한 lcd 판넬 검사장치의 방식 및 구현 방법 Download PDF

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Abstract

LCD (Liquid Crystal Display) 생산 라인에서는 다양한 종류와 다양한 형태의 해상도를 가지는 LCD 판넬이 대량 생산되고 있다. 일반적으로 Full HD (1920x1080), HD (1650x1020, 1368x1020, 1368x768, 1280x1024, 그외 다수), 그리고 60Hz, 120Hz, 240Hz 와 같이 다양한 판넬이 존재하며 3DTV 의 등장으로 480Hz 용 LCD 판넬도 생산되는 다품종 대량 생산 제체로 라인이 구성되고 있다. 이들을 검사하기 위해서는 각각의 모델별, 종류별,해상도별로 검사용 패턴이나 영상이 별도 관리되고 있다. 따라서 검사현장에서 검사될 판넬이 바뀌게 되면 검사 작업자는 다시 각각에 해당하는 영상 패턴을 별도로 준비하여야 하는 번거로움이 존재한다.
하지만 각 영상의 해상도나 규격에 따라서 적응적으로 변환 가능한 하드웨어적인 스케일러를 내장하고, 검사기 제어장치의 메모리를 이용하여 다양한 종류의 검사용 영상이나 패턴의 저장이 가능하다면 이런 검사상의 불편한 문제점을 상당부분 해결할 수 있다. 본 발명은 LCD 검사의 최종단계에 해당하는 시각 검사에서 검사의 편리성 및 검사 시간을 최소화시킬 수 있도록 크기 변환이 가능한 스케일러를 포함하며 다양한 검사 영상을 초기화 과정에서 수신하여 저장하고, 저장된 영상을 호스트와의 통신 및 검사용 영상의 전송과 같은 연동없이 검사기 제어장치에서 직접 검사용 영상이나 패턴을 출력하는 LCD 검사 방법 및 구현 방식을 제시하고자 한다.

Description

영상 스케일 및 다중영상 저장방식을 적용한 LCD 판넬 검사장치의 방식 및 구현 방법{The method and implementation of the LCD pannel inspection and testing device with image scaling and multi-image saving function}
LCD (Liquid Crystal Device) 기술을 기반으로 하는 디스플레이 장치가 장착된 디지털 TV 가 대세로 자리 잡고 대량으로 다양한 규격의 LCD 판넬 제품이 생산되고 있다. 이런 LCD 판넬의 불량 유무를 선별하는 검사 단계에서 최종단계에 해당하는 시각 검사을 수행하는 검사장치의 효율적인 검사장치의 구현을 위한 것이다
디지털 TV, 특히 디스플레이 방식으로 LCD 판넬을 이용한 디지털 TV 는 현재 다른 방식의 디스플레이 방식을 모두 제치고 대세로 자리 잡았다. 기존의 브라운관 방식은 이제는 거의 찾아볼 수 없으며, PDP 와 같은 플라즈마 방식의 디스플레이 방식도 경쟁력에서 밀려 그 비율이 점차 감소하면서 향후 모든 디스플레이 방식은 LCD로 바뀔 것이다. 최근에는 백라이트를 형광체에서 LED 로 대체한 LED 라는 형태의 개선된 기술이 있지만 근본적으로 LCD (Liquid Crystal Device)을 적용하여 구현하는 것이 같기 때문에 LCD 방식의 한 종류로 분류된다. 이와 같이 LCD 기술을 기반으로 하는 디지털 TV 가 대세로 자리 잡고 대량으로 다양한 규격의 제품이 생산되면서 생산 라인에서는 다양한 형태의 해상도를 가지는 LCD 판넬이 생산되고 있고, 이의 불량 유무를 선별하여야 하는 검사라인이 따로 있다. LCD 판넬은 부분적으로는 자동으로 검사가 이루어지는 부분도 있지만 디스플레이 장치이기 때문에 최종적으로 시각 검사가 반드시 있어야 하며 이를 어떻게 효율적으로 빠르게 검사할 수 있는지가 중요한 이슈가 되고 있다. 물론 에이징 검사나 신뢰성 검사에도 같은 LCD 검사장비가 사용이 될 수 있고, 사용되고 있지만 시간적으로 병목현상은 최종 시각검사에서 발생하고 있다. 즉 한 사람의 숙련된 검사자가 라인에서 들어오는 LCD 판넬의 시각검사를 수행하는 시간이 통상 10 ? 15개 정도의 검사 영상을 이용해서 10초 정도의 시간 안에 판넬의 불량 유무를 검사하여야 한다. 이를 위해서는 매우 신속한 검사 영상의 로딩 및 제어가 필요하다
상기에서 언급한 것과 같이 LCD 을 기반으로 하는 디지털 TV 가 대세로 자리 잡고 대량으로 다양한 규격의 제품이 요구되면서 생산 라인에서는 다양한 종류와 다양한 형태의 해상도를 가지는 LCD 판넬이 생산되고 있다.
즉 시간적으로 생산 스케줄이나 또는 생산품목에 따라서 생산해야될 LCD 판넬의 해상도 및 관련 규격등이 모두 다르다. 생산하여야 할 판넬의 해상도가 다르면 각각의 해상도에 따라서 검사 영상을 준비하여야 하지만 스케일이 가능한 영상 변환부를 가지게 되면 최대 크기의 검사 영상 하나만으로 다른 모든 해상도의 판넬에 대해서 검사가 가능하다. 즉 준비하여야 할 검사 영상의 종류를 많이 줄일 수가 있으며 이것은 검사 영상을 관리하는 호스트 장치의 부담을 많이 줄여줄 수 있다.
본 발명에서는 생산성을 증가시키고 작업성의 편리성을 도모하기 위하여 생산라인에 생산제품이 변경될 때마다 해상도에 따른 최적의 적응형 스케일러를 적용함으로서 제품 검사에서 작업자의 불편함이나 오류 또는 조작 실수를 최소화시키고자 한다.
또한 검사용 제어장치에 장착된 DDR(Double Data Rate) 메모리를 활용하여 호스트로부터 매번 검사용 영상을 받지 않고 초기화 과정에서 한꺼번에 검사에 필요한 영상을 모두 전송받아서 호스트에게 검사용 영상의 요청이 필요없이, 검사자의 조작에 따라서 바로 바로 검사가 가능하다면 호스트의 부담을 줄여주고 또한 불필요한 조작, 전송 시간등이 필요 없어서 작업자의 검사속도가 빨라져 생산속도 역시 증가하게 된다.
결과적으로 최종단계의 시각검사는 자동화가 어려운 분야로 생산에 있어서 가장 병목현상을 발생시키는 검사단계로 대량, 다품종 생산되는 LCD 판넬의 검사를 최대한의 생산 효율성을 위해서 생산시간을 단축시키면서 검사자의 조작의 편의성을 증대시키고자 하는 요구가 많아지게 되었다.
도면 1 은 일반적인 LCD 검사장비의 개념적인 구조로 본 발명자의 이전 기술 등록번호 10-0768780, "액정모듈용 에이징 테스트 구동장치" 도 이와 같은 개념적인 방식을 따르고 있다. 호스트(100) 와 중간의 검사기 제어 장치부(101) 그리고 검사를 수행할 LCD 모듈(102) 이 연결된 상태에서 검사자(103)는 검사기 제어 장치를 통해서 검사를 수행할 검사용 영상을 호스트에 요청하고 호스트는 요청받은 검사용 영상을 검사용 제어 장치(101)에 전달한다. 그리고 제어 장치는 검사를 수행할 LCD 모듈에 검사용 영상이나 패턴을 전송하고 검사자는 LCD 패널에 나타난 특성을 판단하여 불량 유무를 판단하게 된다. 물론 제어용 장치의 구현 방법이나 구조적인 차이점이 있기는 하지만 대부분의 관련 특허들이 이와 같은 기본 방식을 따르고 있다. 하지만 디지탈 TV의 활성화에 따라서 다양한 종류의 LCD 판넬 종류와 다양한 크기의 LCD 판넬이 생산됨에 따라서 검사 시간의 단축이 필요하고 보다 빠르고 다양한 LCD 판넬의 검사에 대응할 수 있는 방법이 필요하게 되었으며 본 발명에서는 도면 2의 다중영상 관리 및 처리부(211) 와 영상 스케일부(213)를 추가함으로써 이와 같은 요구에 만족할 수 있도록 하였다.
상기와 같은 본 발명에 따르면,
다양한 형태의 해상도 및 프레임 레이트를 가지는 LCD 판넬이 생산되고 있다. 이와 같이 생산 스케줄 또는 생산 품목에 따라서 생산해야될 LCD 판넬의 해상도 및 관련 규격이 모두 다르기 때문에 이의 불량 유무를 판별하는 검사자들은 테스트하기 위한 영상 및 테스트 과정에서 다른 해상도의 검사 영상을 모두 별도로 준비하여야 하고, 검사 현장에서 검사할 판넬이 바뀌게 되면 작업자는 다시 각각에 해당하는 영상패턴을 별도로 로딩하여 준비하여야 하는 번거로움이 존재한다. 하지만 스케일이 가능한 영상 변환부를 가지게 되면 최대 크기의 검사 영상 하나만으로 다른 모든 해상도의 판넬에 대해서 검사가 가능하기 때문에 호스트의 관리 프로그램이 단순화되어서 번거로움과 혼란을 최소화 할 수 있다.
또한 초기화 과정에서 검사할 영상이나 패턴을 모두 전송받고 이를 메모리에 저장하여 가지고 있기 때문에 검사 영상을 호스트와의 통신과정이 없이 바로 출력이 가능하기 때문에 검사를 위한 제어프로그램이 단순화되며, 지연시간이 없기 때문에 검사속도를 높이는 효과를 낼 수 있다.
결과적으로 본 발명에서는 생산성을 증가시키고 작업성의 편리성을 도모하기 위함이며 호스트와 검사용 제어장치의 검사용 프로그램 단순화를 통해서 프로그램 개발이 쉽도록 하였다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시 예와 관련하여 설명되어 졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다.
따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
- 도면 1 은 일반적인 LCD 검사과정의 흐름도
- 도면 2 는 본 발명의 주요 내용을 포함하는 LCD 검사 제어 장치의 구성도
호스트 (201) : PC 또는 검사영상을 가지고 있는 서버
DVI/HDMI (202) : 영상신호 전송에 사용되는 TMDS 신호를 주고받는 전송규격
동작제어부 (215) : 검사용 제어칩(220) 내의 모든 기능동작을 제어하기 위한 제어부로
V-by-One (205) : 영상신호 전송규격중의 하나로 기존의 LVDS, DVI/HDMI 전송규격보다 2 배이상 빠른 규격으로 향후 차세대 전송규격으로 표준화 예정
검사용 제어칩 (220) : 외부의 메모리 및 전송수단(202,204,205,206) 을 제외한 전체기능을 하나로 포함하는 FPGA 또는 ASIC 을 활용한 수단
검사용 제어장치 (230) : 전체 구현 장치을 모두 포함하는 제어장치
검사용 판넬 (207) : 검사를 해야하는 LCD 판넬
*그외 항목은 발명의 구체적인 내용에 설명 되어있음.
- 도면 3 은 본 발명에 포함되는 영상 저장용 메모리의 메모리 맵 구성 예
도면 2 는 상기의 필요성에 따라서 본 발명에서 제시한 스케일기능 및 다중영상 저장기능을 가지는 LCD 검사 장치의 개념도를 보여주고 있다.
기본적으로 LCD 검사용 제어 장치(230)는 다양한 LCD 판넬 및 종류에 대해서 모든 검사용 영상을 저장하고 있는 서버와 같은 호스트(201)로 부터 DVI/HDMI 인터페이스를 통해서 검사용 영상 또는 패턴을 수신하게 된다. 입력된 영상신호는 DVI/HDMI 통신에 적합한 인터페이스에 맞도록 TMDS (Transition Minimized Differential Signaling) 신호로 된 신호이기 때문에 저장 및 신호처리가 가능한 RGB 신호로 변환하기 위해서 DVI/HDMI 수신부(202)을 거쳐서 RGB 신호로 변환하게 된다. 변환된 신호는 영상신호의 처리가 가능한 영상신호 처리 칩 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 와 같은 기능 변경이 가능한 칩을 이용한 제어용 칩(220)을 통해서 DDR 과 같은 메모리(203)에 저장하게 된다. 메모리는 검사용 판넬이 초고해상도 및 고속이기 때문에 영상 데이타의 처리를 위해서 통상 4개를 사용하며 필요에 따라서 개수를 증가시킬 수 있다. 메모리에 저장된 데이타는 포멧 변환부(212)을 통해서 검사용 판넬에 맞는 신호 규격으로 변환한 후 LCD 판넬에 전송하게 된다. 이때 전송하는 규격은 판넬의 특성에 맞도록 LVDS (204) 또는 V-by-One (205) 또는 DVI/HDMI 송신부(206) 과 같은 트랜스미터 통신 규격 형태로 변환을 거쳐서 전송하게 된다. 포멧 변환부(212) 란 검사용 판넬이 해상도뿐만 아니고 영상신호를 전달하는 방식과 프레임 레이트(Frame Rate, 초당 전달하는 화면의 개수) 등이 판넬의 모델마다 다르기 때문에 이에 대한 규격을 맞추어 주는 수단이다. 예로 판넬의 해상도가 커서 전송할 때 병렬로 전송하는 방식에 따라서 1 채널 (Single), 2 채널(Dual), 4 채널(Quad) 방식으로 구분된다.
본 발명은 상기 설명과 같은 통상적인 신호처리 과정을 가지는 일반적인 형태의 LCD 검사장비는 이전 특허를 통해서 등록을 완료하였으며 실제 판넬 생산업체의 요구에 따라서 검사 시간의 단축을 포함한 보다 간편한 검사방법 적용하였다.
그 내용으로는,
해상도가 다른 판넬을 검사하게 될 때 새로운 영상을 전송받지 않고 바로 판넬의 규격에 맞도록 크기를 변환하는 영상 스케일 수단(213)을 추가하여 바로 크기 변환 후 검사 영상을 출력함으로써 판넬 교체에 따른 불필요한 재전송의 요구나 전송시간을 단축함과 동시에 미리 초기화 과정에서 테스트에 필요한 다양한 영상을 LCD 검사용 제어장치의 다중영상 관리 및 처리부(211)를 통해서 메모리(203)에 저장하여 둠으로써 검사할 때 필요에 따라서 검사용 영상을 호스트에 요구하는 과정을 생략하여 검사장비의 구현이나 구현 소프트웨어의 간편성 및 검사시간을 단축하였다. 이와 같은 다중 영상의 관리 및 처리부(211)는 메모리의 제어를 포함하며, 도면 3의 검사 영상 메모리 맵에 따라서 초기화 과정에서 호스트로 부터 수신한 영상을 임시적으로 저장하는 역활을 수행한다.
검사 영상은 도면 3 과 같이 DDR 메모리의 사용되지 않는 영역을 활용하여 영상구성 맵을 설정하여 필요로 하는 테스트 영상을 호스트가 아닌 DDR 메모리 내에서 바로 판넬을 검사하기 위한 영상을 가져오게 된다. DDR 메모리는 휴발성 메모리로 전원을 넣은 후에 동작의 초기화 과정에서 호스트에서 모두 일괄적으로 전송을 하여 저장하여야 하고 제어부는 이에 대한 메모리 맵을 알고 있어야 한다.
제어부는 사용자 인터페이스부(217) 을 통해서 Intel 통신 규격 또는 I2C 통신 규격을 가지고 있어서 호스트로부터 명령을 받거나 검사자의 검사과정에서의 명령을 받아서 제어 보드를 조종하게 된다.
통상적으로 LCD 판넬의 종류는 아래 테이블과 같이 20여 종류가 있으며
Figure pat00001
많이 사용되는 검사용 영상의 크기는 Full-HD, HD 급이며, 영상의 데이타 크기는, Full-HD 의 경우 1920x1080 = 2M 픽셀로 R,G,B 각각 1 바이트를 사용함으로 1 픽셀 당 3 바이트로 총 6M 바이트에 해당하며 HD 급인 1366x768 은 1M 픽셀 로 3M 바이트에 해당한다.
적용 가능한 DDR 메모리는 64M 바이트(512M 비트) 가 통상적으로 사용되고 있으며 기본으로 4개를 장착하면 256M 바이트(2G 비트) 에 해당한다.
따라서 도면 3 의 메모리 맵에서 입 력영상 버퍼용, 출력 영상 버퍼용, 영상 스케일 버퍼용으로 각각 3장씩, 총 9장의 용량인 54M 바이트가 기본동작에 필요하며, Full-HD 의 경우 54M 바이트 을 제외한 나머지의 모든 용량을 검사용 영상저장부로 활용할 수가 있다. 이를 영상 수로 환산하면 33장 ((256M-54M)/6M)의 영상이 저장 가능하며 HD 급의 경우에는 2배인 66장까지 저장이 가능하다. 이 정도의 용량이면 필요로 하는 대부분의 검사용 영상을 포함하기 때문에 단 한번의 초기화과정을 통해서 전송한 후에는 전원이 꺼지기 전까지는 호스트와 통신 과정 없이 바로 검사자가 영상을 선택하여 검사를 진행할 수 있다. 또한 선택된 영상에 대해서 크기 변환을 할 수 있는 스케일이 가능하기 때문에 다양한 판넬의 조건에 대해서도 부가적인 조작 없이 검사가 가능하다.
경우에 따라서 영상 테스트를 위한 스케일링이 최대 3840x2400 영상크기에서 LCD 판넬 크기에 맞도록 1280x1024 와 같은 작은 해상도를 가지는 영상크기로 다운사이징 (downsizing) 을 할 필요가 있다. 이때 스케일의 비율이 3?4 배 이상 되면 불완전하게 변환될 우려가 있다.
즉 하나의 선을 생각해보면 이것의 선폭이 4 픽셀 이라고 가정하면 이 선은 1?2 픽셀로 표현이 되어야 됨으로 불완전한 선으로 보일 수 있다. 그리고 더욱 중요한 사항은 영상의 크기를 작은 크기로 변화시킬 때 보통 공간적으로 보다 작은 수의 픽셀을 사용하기 때문에 이런 픽셀을 가지고 영상을 구성할 때 시각적으로 계단효과 (stair-stepping) 나 또는 선이 지그제그 형태로 이어지는 재그효과 (gaggies)와 같은 결점등이 보이는 에리어싱(aliasing) 문제가 발생하게 된다. 물론 이를 없애기 위해서 공간필터를 사용하게 되지만 이것은 결과적으로 영상의 화질을 손상시키면서 이루어지게 된다. LCD 검사에서는 특정 형태의 패턴이나 정해진 테스트 영상를 실제 작업자가 눈으로 보면서 화소에 결점이나 오류를 검출하기 위해서 마지막에 시각 테스트를 수행하게 되는데 작게나마 영상의 손실이 존재하면 불량의 유무 판단에 있어서 어려움이 있을 수 있기 때문에 이와 같은 문제점이 없도록 변환시켜주어야 한다. 이를 위해서 통상적인 영상 처리분야의 관련자라면 이해할 수 있는 바이리니어 (Bilinear), 트라이리니어 (Trilinear), 비등방성 필터링(anisotropic filtering) 모드를 기본 지원하여 스케일링으로 발생하는 위의 문제점을 최소화하도록 하였다.
이와 같은 모든 부분은 중앙의 동작제어부(215) 에 의해서 관리되며, 타이밍 발생부(218)은 전체적으로 클럭이나 동기신호등의 발생 및 검출을 수행한다.

Claims (4)

  1. 영상크기 변환이 가능한 스케일 수단을 내장하여 검사용 영상을 임의의 판넬 크기에 맞도록 영상 크기를 변환하는 스케일 방식을 특징으로 하는 LCD 검사 구동 장치 및 구성 방식,
  2. 검사용 제어장치의 보드에 저장용 메모리를 내장하여 많은 검사용 영상을 저장한 후 호스트에 검사용 영상을 요청하지 않고 검사자의 요청에 따라서 검사용 제어장치 보드에서 직접 저장된 검사용 영상을 출력할 수 있도록,
    다중 영상 관리 및 처리 수단 , 메모리 장치 수단을 이용하는 것을 특징으로 하는 검사용 LCD 검사 구동장치 및 의 구성방식,
  3. 제 2 항에 있어서,
    검사용 영상을 저장하는 저장용 메모리를 검사장비에서 필요한 영상의 수에 따라서 가변적으로 메모리의 개수를 설정하도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 영상 관리 및 처리 방식,
  4. 제 2 항에 있어서,
    도면 3 과 같이 메모리의 구성에 있어서 영상 입력 버퍼용, 영상 출력 버퍼용, 영상 스케일용 버퍼용으로 구분하고, 그외의 모든 영역을 순차적으로 검사용 영상을 저장할 수 있도록 하는것을 특징으로 하는 메모리 구성에 대한 메모리 관리 방식 및 수단,
KR1020100116763A 2010-11-23 2010-11-23 영상 스케일 및 다중영상 저장방식을 적용한 lcd 판넬 검사장치의 방식 및 구현 방법 KR20120055185A (ko)

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