KR20200107404A - 디스플레이 패널 검사장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디스플레이 패널 검사장치에 관한 것이다. 모니터는 주기적인 기준 패턴을 생성해서 검사대상인 디스플레이 패널의 표면에 대해 전반사 임계각보다 큰 입사각으로 비춘다. 카메라는 디스플레이 패널의 표면에 기준 패턴이 비춰진 상태에서 디스플레이 패널의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득한다. 컨트롤러는 모니터에 의해 기준 패턴을 1주기 내에서 일정 각도만큼씩 위상 이동시켜가면서 카메라에 의해 이미지를 순차적으로 획득한 후, 획득된 이미지들을 기반으로 디스플레이 패널의 표면에 대한 위상과 기울기를 산출함에 따라 디스플레이 패널의 표면에 대한 불량 여부를 판별한다.

Description

디스플레이 패널 검사장치{Apparatus for inspecting display panel}
본 발명은 디스플레이 패널 검사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디스플레이 패널의 외관 불량을 검사하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 스마트폰, 노트북 컴퓨터, 텔레비전, 컴퓨터 모니터 등에 디스플레이 패널이 널리 이용되고 있다. 이러한 디스플레이 패널로는 LCD(Liquid Crystal Display) 패널, OLED(Organic Light Emitting Diode) 패널 등이 있다.
한편, 디스플레이 패널의 생산 과정에서 디스플레이 패널의 표면에 스크래치(scratch), 크랙(crack), 치핑(chipping) 등과 같은 외관 불량이 발생할 수 있다. 특히, OLED 패널은 표면이 플렉시블한 기판으로 구성되어 경도가 낮으므로 표면이 눌려져 덴트(dent) 등과 같은 외관 불량이 발생할 수도 있다. 따라서, 디스플레이 패널의 생산 현장에서는 디스플레이 패널의 외관 불량을 검사하기 위한 공정이 실시된다.
그런데, 종래에 작업자가 육안으로 검사하는 경우, 작업자의 숙련도 등의 개인차로 인하여 불량 검출의 신뢰성이 떨어지고, 작업자들이 불량 검출을 위하여 장시간 집중하여 작업을 하는 경우 눈이 피로하게 되어 생산성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 과제는 디스플레이 패널의 외관 불량 검출을 자동화하여 생산성을 향상시킬 수 있고 불량 검출의 신뢰도를 높일 수 있는 디스플레이 패널 검사장치를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 디스플레이 패널 검사장치는 모니터와, 카메라, 및 컨트롤러를 포함한다. 모니터는 주기적인 기준 패턴을 생성해서 검사대상인 디스플레이 패널의 표면에 대해 전반사 임계각보다 큰 입사각으로 비춘다. 카메라는 디스플레이 패널의 표면에 기준 패턴이 비춰진 상태에서 디스플레이 패널의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득한다. 컨트롤러는 모니터에 의해 기준 패턴을 1주기 내에서 일정 각도만큼씩 위상 이동(phase shifting)시켜가면서 카메라에 의해 이미지를 순차적으로 획득한 후, 획득된 이미지들을 기반으로 디스플레이 패널의 표면에 대한 위상과 기울기를 산출함에 따라 디스플레이 패널의 표면에 대한 불량 여부를 판별한다.
여기서, 컨트롤러는 모니터에 의해 기준 패턴을 90°만큼씩 위상 이동시켜가면서 카메라에 의해 4개의 이미지들을 순차적으로 획득할 수 있다.
그리고, 디스플레이 패널 검사장치는 디스플레이 패널의 표면으로부터 반사되는 빛을 받아서 반사시키는 미러를 포함하며, 카메라는 미러에 의해 반사되는 빛을 받도록 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 디스플레이 패널의 외관 불량 검출을 자동화하여 생산성을 향상시킬 수 있고 불량 검출의 신뢰도를 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 패널 검사장치에 대한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 디스플레이 패널 검사장치를 일부 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 2에 대한 사시도이다.
도 4는 기준 패턴을 90°만큼씩 위상 이동시켜가면서 순차적으로 획득한 이미지들의 예를 나타낸 사진이다.
도 5는 도 4에 도시된 이미지들을 기반으로 구해진 위상 이미지 및 기울기 이미지를 나타낸 사진이다.
본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 패널 검사장치에 대한 구성도이다. 도 2는 도 1에 도시된 디스플레이 패널 검사장치를 일부 나타낸 구성도이다. 도 3은 도 2에 대한 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 패널 검사장치(100)는 모니터(110)와, 카메라(120), 및 컨트롤러(130)를 포함한다.
모니터(110)는 주기적인 기준 패턴(111)을 생성해서 검사대상인 디스플레이 패널(10)의 표면을 비춘다. 여기서, 디스플레이 패널(10)은 OLED 패널에 해당할 수 있으나, LCD 패널 등에 해당할 수도 있다. 디스플레이 패널(10)은 검사될 표면이 상방을 향한 상태로 검사 스테이지(101)의 XY 수평면에 안착된 경우, 모니터(110)는 디스플레이 패널(10)의 상측에서 설정 입사각으로 기준 패턴(111)을 비추도록 배치될 수 있다. 검사 스테이지(101)는 검사 프레임(102)에 고정되어 지지될 수 있으며, 모니터(110)는 검사 프레임(102)에 고정되어 지지될 수 있다.
기준 패턴(111)은 상대적으로 밝은 띠와 상대적으로 어두운 띠가 교번해서 배열된 형태로 이루어질 수 있다. 밝은 띠와 어두운 띠는 각각 일정 주기를 갖는다. 모니터(110)는 LCD 장치 또는 OLED 장치 등과 같은 평면 디스플레이 장치로 이루어짐으로써, 면광원 형태로 디스플레이 패널(10)의 표면 전체에 걸쳐 기준 패턴(111)을 비출 수 있다. 모니터(110)는 디스플레이 패널(10)의 표면에 대한 외관 검사시 기준 패턴(111)을 1주기 내에서 일정 각도만큼씩 위상 이동시키도록 컨트롤러(130)에 의해 제어된다.
디스플레이 패널(10)은 표면을 통해 빛을 투과시키도록 구성되어 있으므로, 모니터(110)로부터 디스플레이 패널(10)의 표면으로 입사되는 기준 패턴(111)은 전반사되어 카메라(120)로 제공될 필요가 있다. 이를 위해, 모니터(110)는 기준 패턴(111)을 디스플레이 패널(10)의 표면에 대해 전반사 임계각보다 큰 입사각(α)으로 비춘다. 기준 패턴(111)의 입사각(α)은 커질수록 기준 패턴(111)의 전반사가 잘 이루어질 수 있으나, 디스플레이 패널 검사장치(100)의 풋프린트(Footprint)가 증가하게 된다. 디스플레이 패널(10)이 OLED 패널인 경우, 기준 패턴(111)의 입사각(α)은 55 ~ 57°로 설정될 수 있다.
카메라(120)는 디스플레이 패널(10)의 표면에 기준 패턴(111)이 비춰진 상태에서 디스플레이 패널(10)의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득한다. 기준 패턴(111)은 디스플레이 패널(10)의 표면에 비춰지면 디스플레이 패널(10)의 표면 형상에 따라 영향을 받아 변형될 수 있다. 카메라(120)는 변형된 기준 패턴에 대한 이미지를 획득함으로써, 디스플레이 패널(10)의 표면 형상을 역으로 구할 수 있게 한다.
카메라(120)는 CCD 카메라(charge-coupled device camera) 등으로 각각 이루어질 수 있다. CCD 카메라는 전하 결합 소자(CCD)를 사용하여 이미지를 전기 신호로 변환하는 장치이다. 카메라(120)는 디스플레이 패널(10)의 표면으로부터 반사되는 빛을 렌즈를 거쳐 전달받을 수 있다.
카메라(120)는 디스플레이 패널 검사장치(100)의 풋프린트를 최소화할 수 있게 모니터(110)와 함께 디스플레이 패널(10)의 한쪽에 배치될 수 있다. 예를 들어, 모니터(110)가 디스플레이 패널(10)의 왼쪽에 배치되는 경우, 카메라(120)는 디스플레이 패널(10)의 왼쪽에서 모니터(100)보다 높게 배치될 수 있다. 이 경우, 미러(140)는 디스플레이 패널(10)의 표면으로부터 반사되는 빛을 받아서 카메라(120)로 반사시킬 수 있다.
미러(140)는 디스플레이 패널(10)을 사이에 두고 모니터(110)의 반대쪽에 배치된다. 미러(140)는 반사면이 모니터(110) 쪽을 향한 상태로 수직으로 세워져 배치될 수 있다. 미러(140)는 검사 프레임(102)에 고정되어 지지될 수 있다. 카메라(120)는 미러(140)에 의해 반사되는 빛을 받도록 배치될 수 있다. 카메라(120)는 수광축이 수평면에 대해 설정 각도(β)로 경사진 상태로 브래킷 등을 매개로 검사 프레임(102)에 고정될 수 있다. 기준 패턴(111)의 입사각(α)이 56°인 경우, 카메라(120)의 수광축 각도(β)는 34°를 이룰 수 있다.
컨트롤러(130)는 모니터(110)에 의해 기준 패턴(111)을 1주기 내에서 일정 각도만큼씩 위상 이동(phase shifting)시켜가면서 카메라(120)에 의해 이미지를 순차적으로 획득한 후, 획득된 이미지들을 기반으로 디스플레이 패널(10)의 표면에 대한 위상과 기울기를 산출함에 따라 디스플레이 패널(10)의 표면에 대한 불량 여부를 판별한다.
디스플레이 패널(10)의 표면에 스크래치, 크랙, 치핑, 덴트 등과 같은 외관 불량이 있는 경우, 컨트롤러(130)에 의해 산출되어 구현된 위상 이미지와 기울기 이미지에 외관 불량 영역이 나타나게 된다. 컨트롤러(130)는 위상 이미지와 기울기 이미지를 처리해서 디스플레이 패널(10)의 표면에 대한 불량 여부를 판별하게 된다.
예를 들어, 컨트롤러(130)는 위상 이미지와 기울기 이미지에 대해 레이블링(labeling) 기법을 이용하여 외관 불량 영역을 검출할 수 있다. 레이블링은 이미지의 모든 화소를 탐색하여 4-연결성(4-connected)이나 8-연결성(8-connected) 등으로 연결 관계를 이용함으로써, 번호를 매기는 방법으로 각 객체를 구분하는 방법이다.
컨트롤러(130)는 레이블링을 거친 위상 이미지 데이터 및 기울기 이미지 데이터를 기반으로 배경 영역과 외관 불량 영역을 구분하는 과정을 통해 외관 불량 영역을 검출할 수 있다. 컨트롤러(130)는 외관 불량 영역이 검출되면 디스플레이 패널(10)의 표면에 대한 불량이 존재하는 것으로 판단한다. 이때, 컨트롤러(130)는 AND 연산을 통해 위상 이미지 데이터와 기울기 이미지 데이터 모두로부터 외관 불량 영역이 검출되면 디스플레이 패널(10)의 표면에 대한 불량이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 컨트롤러(130)는 제어프로그램을 수행할 수 있는 적어도 하나의 프로세서로 구성될 수 있다.
한편, 컨트롤러(130)는 모니터(110)에 의해 기준 패턴(111)을 90°만큼씩 위상 이동시켜가면서 카메라(120)에 의해 4개의 이미지들을 순차적으로 획득할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(130)는 모니터(110)에 의해 기준 패턴(111)을 90°만큼씩 위상 이동시켜가면서 카메라(120)에 의해 4개의 이미지들을 순차적으로 획득하는 경우, 4개의 이미지의 밝기 값은 하기 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure pat00001
여기서, x, y는 공간 변수(spatial variables)이다.
Figure pat00002
는 기준 패턴의 평균 밝기 값이다.
Figure pat00003
는 기준 패턴의 가시도(visibility)이다.
Figure pat00004
는 측정하고자 하는 위상 값이다.
Figure pat00005
는 기준 패턴을 δ만큼, 즉 90°씩 이동시킨 것을 의미한다.
상기 수학식 1에 표현된 4개의 이미지의 밝기 값들인,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
을 삼각함수 동치값의 계산에 의해 변환한 후, 연립 방정식을 풀면, 하기 수학식 2와 같이 디스플레이 패널 표면의 각 지점에 대한 위상
Figure pat00010
을 구할 수 있다.
Figure pat00011
이렇게 구해진 위상
Figure pat00012
을 위상과 기울기의 관계를 나타내는 하기 수학식 3에 대입하면, 기울기를 구할 수 있다.
Figure pat00013
여기서,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
는 각각 국소 위치(
Figure pat00016
)의 x축 및 y축 기울기이고, h는 데이터 간격, N는 데이터 개수이다.
예를 들어, 디스플레이 패널(10)의 표면에 외관 불량이 있는 경우, 컨트롤러(130)가 모니터(110)에 의해 기준 패턴(111)을 90°만큼씩 위상 이동시켜가면서 카메라(120)에 의해 4개의 이미지들을 순차적으로 획득하면, 획득된 이미지들은 도 4의 (a), (b), (c), (d)에 도시된 바와 같이 나타날 수 있다.
컨트롤러(130)는 획득된 이미지들을 기반으로 디스플레이 패널(10)의 표면에 대한 위상과 기울기를 산출하면, 위상 이미지는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 구해지고, 기울기 이미지는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 구해질 수 있다. 도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 바에 따르면, 위상 이미지와 기울기 이미지 상에 불량 영역(DZ)이 나타나 있음을 확인할 수 있다. 컨트롤러(130)는 위상 이미지와 기울기 이미지를 전술한 예와 같이, 처리해서 디스플레이 패널(10)의 표면에 대한 불량 여부를 판별하게 된다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 디스플레이 패널 검사장치(100)에 의하면, 디스플레이 패널(10)의 외관 불량 검출을 자동화하여 생산성을 향상시킬 수 있고 불량 검출의 신뢰도를 높일 수 있게 된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10..디스플레이 패널
110..모니터
111..기준 패턴
120..카메라
140..미러
130..컨트롤러

Claims (3)

  1. 주기적인 기준 패턴을 생성해서 검사대상인 디스플레이 패널의 표면에 대해 전반사 임계각보다 큰 입사각으로 비추는 모니터;
    상기 디스플레이 패널의 표면에 기준 패턴이 비춰진 상태에서 상기 디스플레이 패널의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득하는 카메라; 및
    상기 모니터에 의해 기준 패턴을 1주기 내에서 일정 각도만큼씩 위상 이동(phase shifting)시켜가면서 상기 카메라에 의해 이미지를 순차적으로 획득한 후, 획득된 이미지들을 기반으로 상기 디스플레이 패널의 표면에 대한 위상과 기울기를 산출함에 따라 상기 디스플레이 패널의 표면에 대한 불량 여부를 판별하는 컨트롤러;
    를 포함하는 디스플레이 패널 검사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 모니터에 의해 기준 패턴을 90°만큼씩 위상 이동시켜가면서 상기 카메라에 의해 4개의 이미지들을 순차적으로 획득하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널 검사장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널의 표면으로부터 반사되는 빛을 받아서 상기 카메라로 반사시키는 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널 검사장치.
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