KR101068356B1 - 화상처리를 이용한 디스플레이 패널의 픽셀 불량 검사 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 디스플레이 패널 내의 각 1개 픽셀을 A×B개의 스캔픽셀로 촬영 가능한 라인스캔 카메라를 이용하여 디스플레이 패널의 화상정보를 취득하는 단계와, 화상정보 중의 각 스캔픽셀들의 밝기값을 분석하여, 문턱치 이상의 스캔픽셀들로 형성된 픽셀영역과 문턱치 미만의 스캔픽셀들로 형성된 배경영역으로 경계를 구분하는 단계와, 픽셀영역 내에 위치한 스캔픽셀들의 각 행방향마다 최대 밝기값을 갖는 중심점들을 탐색하여, 중심점들이 가장 많이 배치된 특정 열방향을 픽셀의 X방향 중심위치로 결정하고 특정 열방향에 대한 중앙위치를 Y방향 중심위치로 결정하여, 각 픽셀의 중심좌표 x,y를 결정하는 단계와, 중심좌표를 중앙으로 하여 A×B개 스캔픽셀을 갖는 직사각형 영역을 픽셀 부분으로 최종 결정하는 단계, 및 디스플레이 패널 내에서 결정된 각 픽셀들의 개별 밝기 특성값을 연산하고, 개별 밝기 특성값을 전체 픽셀에 대해 연산된 평균 밝기 특성값과 비교하여 각 픽셀의 불량 여부를 판단하는 단계를 포함하는 화상처리를 이용한 디스플레이 패널의 픽셀 불량 검사 방법을 제공한다.

개시된 화상처리를 이용한 디스플레이 패널의 픽셀 불량 검사 방법은, 라인스캔 카메라의 화상처리를 이용하여 디스플레이 패널의 개별 픽셀의 결함 여부를 효과적이고 신속하게 판단 가능하여 제조 공정상의 손실을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

Description

화상처리를 이용한 디스플레이 패널의 픽셀 불량 검사 방법{Method for inspecting defect of the Pixels in display panel device by image}

본 발명은 화상처리를 이용한 디스플레이 패널의 픽셀 불량 검사 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화상처리를 이용하여 OLED(Organic Light Emitting Diode), LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display) 등의 디스플레이 패널 내의 픽셀 불량을 검사하는 방법에 관한 것이다.

화상처리를 이용한 검사시스템은 다양한 분야에서 활용되고 있다. 그 중 디스플레이 검사분야 역시 화상처리가 매우 중요한 도구로 사용된다. 일반적으로, 디스플레이 화면 내의 큰 결함은 금방 눈에 띄어서 쉽게 가려낼 수 있지만, 높은 품질과 관련된 미세 결함의 경우 크기가 매우 작아 쉽게 판별하기가 곤란하다.

종래의 디스플레이 검사에 관한 연구는 그 대상이 주로 양산이 진행 중인 LCD나 PDP 등을 위주로 이루어지고 있다. 그런데, 현재 OLED 디스플레이가 차세대 디스플레이로 떠오르면서 대기업을 중심으로 양산화를 진행 중에 있으므로 이에 대비한 검사 시스템 또는 방법의 연구가 필요한 실정이다.

OLED형 디스플레이는 상기 LCD나 PDP와는 다른 원리를 가진 디스플레이 장치이다. 이러한 OLED는 별도의 외부 광원을 필요로 하지 않고 R-G-B 색상별로 자체적으로 발광하므로 백그라운드 광원이 필요치 않는 장점이 있다. 반면, OLED는 과전류로 인해 발광소자가 타버리거나 부분적으로 흑점(Dark Spot)이 형성되어 디스플레이에 결함을 유발할 수 있다.

본 발명은, 라인스캔 카메라의 화상처리를 이용하여 디스플레이 패널 내의 개별 R-G-B 픽셀의 결함 여부를 용이하게 판단 가능한 화상처리를 이용한 디스플레이 패널의 픽셀 불량 검사 방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 디스플레이 패널 내의 각 1개 픽셀을 A×B개의 스캔픽셀로 촬영 가능한 라인스캔 카메라를 이용하여 디스플레이 패널의 화상정보를 취득하는 단계와, 화상정보 중의 각 스캔픽셀들의 밝기값을 분석하여, 문턱치 이상의 스캔픽셀들로 형성된 픽셀영역과 문턱치 미만의 스캔픽셀들로 형성된 배경영역으로 경계를 구분하는 단계와, 픽셀영역 내에 위치한 스캔픽셀들의 각 행방향마다 최대 밝기값을 갖는 중심점들을 탐색하여, 중심점들이 가장 많이 배치된 특정 열방향을 상기 픽셀의 X방향 중심위치로 결정하고 특정 열방향에 대한 중앙위치를 Y방향 중심위치로 결정하여, 각 픽셀의 중심좌표 x,y를 결정하는 단계와, 중심좌표를 중앙으로 하여 A×B개 스캔픽셀을 갖는 직사각형 영역을 픽셀 부분으로 최종 결정하는 단계, 및 디스플레이 패널 내에서 결정된 각 픽셀들의 개별 밝기 특성값을 연산하고, 개별 밝기 특성값을 전체 픽셀에 대해 연산된 평균 밝기 특성값과 비교하여 각 픽셀의 불량 여부를 판단하는 단계를 포함하는 화상처리를 이용한 디스플레이 패널의 픽셀 불량 검사 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 화상처리를 이용한 디스플레이 패널의 픽셀 불량 검사 방법에 따르면, 라인스캔 카메라의 화상처리를 이용하여 디스플레이 패널의 개별 픽셀의 결함 여부를 효과적이고 신속하게 판단 가능하여 제조 공정상의 손실을 최소화할 수 있는 이점이 있다. 또한, 디스플레이 패널 내의 픽셀 중 밝기에 결함이 있는 픽셀뿐만 아니라 미세 검반점 손상이 있는 픽셀의 경우도 탐색이 가능하므로 간단히 라인스캔 카메라만으로도 효과적인 픽셀 불량 검출이 가능한 이점이 있다.

본 발명은 화상처리를 이용한 디스플레이 패널의 픽셀 불량 검사 방법에 관한 것으로서, 즉 OLED(Organic Light Emitting Diode), LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display) 등의 디스플레이 패널 내의 픽셀 불량 검사에 적용 가능한 것이다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 상기 다양한 디스플레이 패널 종류 중, 상기 OLED 디스플레이를 대상으로 하여 상기 픽셀 불량 검사를 설명하기로 한다. 물론, 본 발명은 상기 OLED 디스플레이에만 적용되는 것으로 반드시 한정되는 것이 아님은 자명하다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, OLED 디스플레이의 픽셀 상태에 관하여 고찰해보기로 한다. 도 1 및 도 2는 정상 및 비정상 OLED디스플레이의 픽셀 촬영 사진이다.

유기 EL(Organic Electro Luminescence) 또는 OLED의 제조 과정은 크게 패턴 형성 공정, 박막 증착 공정, 봉지 공정, 모듈 조립 공정으로 나뉜다. 그 중에서 새도우 마스크(Shadow Metal Mask)를 사용하는 상기 박막 증착 공정은 픽셀(Pixel) 정렬 불량 등이 나타날 수 있고, 산소나 수분에 민감한 유기재료를 사용하는 상기 봉지 공정은 검반점 불량(Dark Spot), 픽셀 크기 확장/수축 등의 불량이 발생할 가능성이 매우 높다.

이때, 상기 봉지 공정 완료 후에 별도의 검사 장치를 활용하여 불량 여부를 즉시 검사하여 모듈 조립 공정 이전에서 불량을 필터링하는 것은 매우 중요하다. 이는 상술한 검사 과정을 통해 불량이 어느 정도 걸러지는 경우, 불량 모듈의 완성에 따른 제조 공정상의 손실 문제를 최소화함으로써 원가 절감의 효과를 실현할 수 있기 때문이다.

도 1은 정상적인 OLED디스플레이 내의 각 R-G-B 픽셀을 광학 현미경으로 100배 정도 확대하여 촬영한 사진이고, 도 2는 비정상 픽셀을 촬영한 것이다. 도 1 및 도 2를 비교해 보면, 도 2의 비정상 적색 픽셀은 도 1의 적색 픽셀에 비해 밝기가 매우 낮아서 거의 갈색에 가까운 색을 보이고 있다. 도 2의 녹색 픽셀은 도 1의 정상 녹색 픽셀에 비해 밝기가 다소 감소한 것을 알 수 있다. 도 2의 청색 픽셀은 부분적으로 흑점 또는 검반점(Dark Spot)이 픽셀 내에 분포한 것을 보여준다.

이러한 불량 픽셀의 검사를 품질검사 인력을 통해 전수 검사한다면 불량을 정확히 판별해 낼 수는 있을 것이나, 생산 효율적 측면에서는 매우 떨어지는 결과를 가져오게 된다. 또한, 검사장비 측면에서도 광학현미경과 같은 고배율 장비를 이용한다면, 불량 검사의 정확도는 크게 높아질 수는 있으나, 수많은 픽셀에 대해 검사를 해야하므로 화상처리 시간이 상당히 장시간 걸리는 문제점이 있다.

이때, 기존의 라인 스캔 방식의 흑백 카메라를 그대로 이용한다면, 고속의 정밀한 검사를 할 수 있다. 즉, 본 발명의 화상처리를 이용한 디스플레이 패널의 픽셀 불량 검사 방법은 상기 라인 스캔 방식의 흑백 카메라를 이용한 검사 방법에 관한 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화상처리를 이용한 디스플레이 패널의 픽셀 불량 검사 방법의 흐름도이고, 도 4는 도 3에 이용되는 시스템 구성도이다. 도 5는 취득된 화상정보 내의 OLED픽셀과 스캔픽셀의 구성도이고, 도 6은 OLED픽셀의 위치결정을 위한 중심점의 구성도이며, 도 7은 도 4의 실제 셋업 사진이다.

상기 OLED의 픽셀 불량 검사에는 도 4의 시스템이 이용 가능하다. 도 4의 시스템은 실제로 도 7의 셋업을 통해 구축 가능하다. 도 4를 참조하면, 상기 OLED 불량 검사 시스템은, 라인스캔 카메라(110), X축 서보모터(120), Y축 서보모터(130), 서보 드라이브(140), 모션컨트롤 보드(150), 영상획득 보드(160), PC(170), ON/OFF컨트롤러(180), 그리고 각 구성요소의 전원을 공급하는 전원공급장치(190)를 포함한다.

OLED디스플레이 패널은 별도의 이송대 위에 설치 가능하다. 상기 X축 서보모터(120), Y축 서보모터(130)는 상기 OLED디스플레이 패널이 놓여진 이송대를 X,Y 방향으로 구동 가능하다. 상기 라인스캔 카메라(110)는 고배율의 렌즈를 구비하여 OLED디스플레이 패널의 화상정보를 취득하고, 상기 영상획득 보드(160)는 취득된 화상정보를 이미지 처리한다.

상기 모션컨트롤 보드(150)는, 다음 라인을 스캔할 수 있도록 명령을 내리고, 서보 드라이브(140)는 모션컨트롤 보드(150)의 명령을 X축 서보모터(120) 또는 Y축 서보모터(130) 측에 구동 지시한다. 제어부(170)는 상기 영상획득 보드(160)의 정보를 수신하여 본 검사 방법을 위한 다양한 각종 처리를 수행하는 부분이다. 이러한 제어부(170)는 상기 ON/OFF컨트롤러(180)의 제어 또한 가능하다. 상기 ON/OFF컨트롤러(180)는 OLED디스플레이 패널 내의 R-G-B 픽셀을 On/Off 조절한다.

물론, 상기 화상처리를 이용한 디스플레이 패널의 픽셀 불량 검사 방법은, 상술한 검사 시스템(100)의 구성을 통해 실현되는 것으로 반드시 한정되는 것은 아니며, 본 기술범주 내에서 보다 다양한 구성의 시스템이 적용 가능함은 자명하다.

이하에서는, 도 3 내지 도 6을 참조로 하여, 상기 화상처리를 이용한 디스플레이 패널의 픽셀 불량 검사 방법에 관하여 보다 상세히 설명하고자 한다.

먼저, 라인스캔 카메라(110)를 이용하여 상기 OLED디스플레이를 촬영하여 상기 OLED디스플레이의 화상정보를 취득한다(S110). 상기 라인스캔 카메라(110)는 상기 OLED디스플레이 내의 각 1개 OLED픽셀을 A×B개(도 5의 경우 8×14개)의 스캔픽셀로 촬영 가능하다. 상기 각 1개 OLED픽셀이란, R,G,B 개개의 1개 픽셀을 의미한다.

상기 화상정보는 영상획득보드(160)에서 취득되어 제어부(170)에서 화상처리가 가능하다. 즉, 제어부(170)는 상기 OLED 픽셀 불량 검사의 전반적인 처리를 위한 수행주체로 볼 수 있다.

보통의 취득된 화상 데이터 형태는 컬러포맷을 기본으로 하고 있으나, 상기 라인스캔 카메라(110)로 읽혀진 화상 데이터가 흑백인 경우, R-G-B 데이터가 모두 동일하므로, 한가지 색상 데이터만 사용하면 된다. 실제로 상기 픽셀 불량 검사에 는 흑백 데이터로 스캔하는 라인스캔 카메라 사용 가능하다.

이후, 상기 취득된 화상정보로부터 배경영역과 픽셀영역을 구분하여, 배경으로부터 OLED픽셀을 구별해 내야 한다. 더 상세하게는, 상기 화상취득 단계(S110) 이후에는, 상기 제어부(170)는 상기 화상정보 중의 각 스캔픽셀들의 밝기값을 분석하여(S120), 문턱치 이상의 스캔픽셀들로 형성된 '픽셀영역'과 문턱치 미만의 스캔픽셀들로 형성된 '배경영역'으로 경계를 구분한다(S130).

종래에는 배경과 픽셀 간의 에지를 검출하기 위하여 편미분 연산자 계산자를 이용하고, 상기 검출된 에지를 연결하여 윤곽선을 만들고 대상체의 형태를 결정한다. 이러한 방식은 특정 형태와 관계없이 적용 가능한 장점이 있으나, 본 발명의 OLED 픽셀 불량 검사에 적용하기에는 시간이 많이 소요되고 오류가 발생한 픽셀에 대한 정보 처리 과정이 다소 어려운 단점이 있다. 특히, 픽셀수가 많은 경우에는 화상처리에 장시간이 소요된다. 예를 들어, 휴대폰용으로 사용되는 3×4cm 크기의 화면 내의 픽셀 수는 대략 수 만개 정도가 되는데, 이러한 수 만개의 픽셀마다 상술한 형태 분석방법을 적용하기에는 상당한 어려움이 있다.

따라서, 제안한 방법의 경우는 픽셀의 형태가 4각형 형태임에 착안하여 각 스캔 라인별 스캔픽셀 분석을 수행하여 배경과 OLED픽셀 부분을 구분한다. 픽셀의 범위 인지를 위한 처리 순서와 방법은 도 5를 참조한다. 여기서, 크기가 큰 직사각형은 OLED디스플레이 내의 각 픽셀로서 OLED픽셀(10)을 나타내고, 크기가 작은 모눈 사각형은 라인스캔 카메라(110)가 스캔한 각각의 스캔픽셀을 나타낸다. 작은 모눈 사각형에 해당되는 상기 스캔픽셀은 OLED픽셀(10)의 내부뿐만 아니라 그 외부의 배경영역 중에도 존재 하는데, 주변의 하얗게 표현된 배경영역 상의 한 개 스캔픽셀의 예는 20번과 같다. 도 5의 경우는, X축 방향의 8개 스캔픽셀과 Y축 방향의 14개 스캔픽셀로 구성된 8×14개의 카메라 스캔픽셀은 실제로 1개의 OLED픽셀(10)에 대응하는 것이다. 그렇지만, 이러한 스캔픽셀과 OLED픽셀(10) 간의 비율은 라인스캔 카메라(110)의 줌렌즈 배율에 의해 달라진다. 도 5에서 1, 2, n은 각 라인별로 데이터 처리를 수행함을 나타내는 것이다. 또한, X_S와 X_E는 X축 방향으로 스캔픽셀의 시작과 끝의 위치를 표시한 것이고, Y_S와 Y_E는 Y축 방향으로 스캔픽셀의 시작과 끝의 위치를 표시한 것이다.

상기 X_S, X_E, Y_S, Y_E 등의 좌표를 결정하기 위해서는, 일단 '배경영역'과 '픽셀영역'을 구별하는 문턱치(Threshhold Value)를 결정해야 한다. 상기 문턱치는 아래의 수학식 1을 사용하고, 수학식 1의 결정을 위해서는 수학식 2와 수학식 3의 전제 조건을 만족하는 경우로 제한한다.

[수학식 1]

[수학식 2]

[수학식 3]

수학식 1 내지 수학식 3에서 B는 밝기값을 나타낸다. 상기 밝기값은 D1과 D2 (D1<D2)사이의 값으로서, 예를 들면 8비트 데이터인 0~255 사이의 값을 가질 수 있다.

그리고, 상기 S120단계시 적용되는 문턱치(B _Th ) 값은, 스캔되는 라인별 밝기값 분포에서 하위 C% 범위(0<C≤45)의 평균 밝기값으로서, 수학식 1의 경우는 하위 40% 범위의 평균 밝기값(B _L40,avg )을 나타낸다. 즉, 픽셀영역과 배경영역의 경계 설정을 위해서, 각 라인별 밝기 분포에서 하위 40%가 되는 밝기값들을 평균하여 임계 기준으로 설정함을 의미한다.

또한, 상기 문턱치의 적용시 첫째 전제조건으로서, 상기 라인별 밝기값 분포에서 하위 E% 범위(0<E≤15)의 평균 밝기값이 F 이상이어야 하는데, 수학식 2의 경우는 하위 10% 범위의 평균 밝기값이 5 이상인 조건을 만족해야 하는 경우이다. 이는 라인별 밝기 분포에서 어두운 쪽에 속하는 10%의 밝기값 데이터를 선택하였을 때, 그 평균값이 5 이상이어야 하는 조건을 나타낸 것이다.

상기 문턱치의 적용시 둘째 전제조건으로서, 상위 G% 범위(0<G≤15)의 평균 밝기값이 상기 하위 E% 범위의 평균 밝기값의 H배(3≤H≤7) 이상이어야 하는데, 수학식 3의 경우는 상위 10% 범위의 평균 밝기값이 상기 하위 10% 범위의 평균 밝기값의 5배 이상이 조건을 만족해야 하는 경우이며, 이는 각 셀의 전체적인 밝기가 어느 정도 범위에 들어야 함을 의미하는 것이다.

이상과 같은 수학식 1 내지 수학식 3의 조건 설정의 이유는 아래와 같다. 도 5를 참조하면, OLED픽셀(10)과 그 외부의 배경영역이 차지하는 길이의 비율은 X축으로 볼 때, 거의 6:4(36㎛:24㎛) 정도이다. 따라서, 밝기가 어두운 쪽의 10% 범위의 픽셀은 거의 확실히 배경영역의 밝기 부분에 해당되는 것으로 볼 수 있을 것이다. 그런데, 상기 하위 10% 범위의 평균 밝기값의 크기가 너무나 작은 경우(5 미만인 경우)에는 카메라의 스캔 자체에 문제가 있는 것으로 간주하겠다는 것을 의미한다. 이는 문턱치 결정을 위한 데이터 영역 내부에, 정상 픽셀 없이 배경만 있는 경우나, 셀 자체에 불량 영역이 많은 경우 등은 문턱치 결정 과정에서 제외하기 위함이다.

이상과 같이, 문턱치를 기준을 하여 픽셀영역과 배경영역을 구분(S130)한 이후에는, 상기 구분된 픽셀영역에서 실제 OLED픽셀(10)의 정확한 위치를 결정해야 한다(S140). 이를 위해, 도 6을 참조하면, 상기 제어부(170)는, 상기 픽셀영역 내에 위치한 스캔픽셀들의 각 행방향마다 최대 밝기값을 갖는 중심점들(30)을 탐색한다. 도 6의 경우, 14개의 행마다 최대 밝기값을 갖는 중심점들이 음영상태로 표시되어 있다. 이후, 상기 중심점들이 가장 많이 배치된 특정 열방향을 OLED픽셀(10)의 X방향 중심위치(x center of cell)로 결정하고, 상기 특정 열방향에 대한 중앙위치를 Y방향 중심위치(y center of cell)로 결정함으로써, 각 OLED픽셀(10)의 중심좌표 x,y를 결정한다. 그리고, 상기 중심좌표(x,y)를 중앙으로 하여 A×B개(도 5의 경우 8×14개)의 스캔픽셀을 갖는 직사각형 영역을 상기 OLED픽셀(10) 부분으로 최종 결정한다(S140).

상기 S140단계의 원리는 다음과 같다. 모든 OLED픽셀(10)은 2차원의 형태를 가지므로, 각 OLED픽셀(10)의 위치는 그 중심을 x,y 위치좌표로 나타내는 것이 타당할 것이다. 즉, S120~S130 단계를 이용한 문턱치 비교를 통해, 각 라인별로 셀의 x방향 점유영역을 결정해 보면 완전한 사각형이 되지는 않는다. 즉, 도 6에서 볼 수 있듯이 X_S, X_E의 중간 위치인 최대 밝기 중심점의 좌표가 Y축 상에서 모두 동일하게 나타나지 않는다. 따라서, X축 방향에 대해 각 행별로 가장 밝은 중심점들을 미리 찾아서 배열에 저장해 놓은 다음, 상기 중심점들이 가장 높은 빈도를 보이고 있는 특정 열방향의 위치를 최종적으로 OLED픽셀(10)의 x 중심좌표로 결정한다. OLED픽셀(10)의 Y방향 중심좌표는 앞서 찾은 각 행별 밝기 중심점들의 Y축 중간값으로 간단히 결정 가능하다.

즉, 상기와 같은 S140 단계는, OLED픽셀(10)의 형태가 4각형 형태임에 착안하여 각 라인별 픽셀 분석을 통해, X축 방향으로 픽셀 영역을 먼저 추출해 내고 다시 Y축으로 중첩하여 개별 OLED픽셀(10)의 4각형 범위를 인지하도록 알고리즘을 구성한 것이다.

이렇게 OLED픽셀(10)의 위치가 정확하게 결정된 이후에는, 결정된 OLED픽셀(10) 별로 각 셀들이 정상인지 비정상인지를 판단하도록 불량 픽셀의 여부를 검사한다(150). 이를 위해 상기 제어부(170)는, 상기 OLED디스플레이 내에서 상기 결정된 각 OLED픽셀(10)들의 개별 밝기 특성값을 연산하고, 상기 개별 밝기 특성값을 전체 OLED픽셀(10)에 대해 연산된 평균 밝기 특성값과 비교하여 각 OLED픽셀의 불량 여부를 판단한다.

즉, 상기 S150단계를 위해서는, 상기 OLED픽셀(10)의 특성값을 먼저 계산해야 한다. 제안한 방법에서는 각 OLED픽셀(10)에 대한 특성값으로서 밝기 적분값과 밝기 변동값을 선정하였다.

더 상세하게는, 상기 개별 밝기 특성값은, 각 OLED픽셀(10)의 개별 밝기 적분값(M _k )과 개별 밝기 변동값(S _k )을 포함한다. 상기 평균 밝기 특성값은, 상기 전체 OLED픽셀들에 대해 연산된 평균 밝기 적분값(M _k,N )과 평균 밝기 변동값(S _k,N )을 포함한다.

먼저, 개별 밝기 적분값(M _k )은, 수학식 4로 정의되는 것으로서, 상기 OLED픽셀(10)에 대한 직사각형 영역 내의 스캔픽셀들의 밝기값(B)을 적분하여 평균한 값에 해당된다.

[수학식 4]

상기 평균 밝기 적분값(M _k,N )은, 수학식 5로 정의되는 것으로서, 상기 각 OLED픽셀(10)별로 연산된 상기 개별 밝기 적분값의 합을 상기 전체 OLED픽셀(10)들의 개수 N으로 나눈 평균값이다.

[수학식 5]

또한, 개별 밝기 변동값(S _k )은, 수학식 6으로 정의되는 것으로서, 해당 OLED픽셀(10)에 대한 직사각형 영역 내의 각 스캔픽셀의 밝기값(B)에 상기 해당 OLED픽셀의 개별 밝기 적분값(M _k )을 가산한 후 절대치를 부가하여 적분한 값에 해당된다.

[수학식 6]

상기 평균 밝기 변동값(S _k,N )은, 수학식 7로 정의되는 것으로서, 상기 각 OLED픽셀(10)별로 연산된 상기 개별 밝기 변동값(S _k )의 합을 상기 전체 OLED픽셀들의 개수 N으로 나눈 평균값이다. 즉, 수학식 6은 1개의 OLED픽셀(10)에 대해서 밝기 변동치의 절대값을 적분하는 것이다. OLED픽셀(10) 내에 검반점 불량이 있는 경우, 수학식 6의 값은 수학식 7의 평균값보다 크게 나타날 것이므로, 이를 통해 불량 픽셀을 판단할 수 있게 된다.

[수학식 7]

한편, 흑백 카메라로 스캔하면 R-G-B는 각 색상별로 밝기가 다르게 나타난다. 따라서, 단순 픽셀 밝기로만 비정상 여부를 판단하게 되면, 상기 OLED픽셀(10) 중 밝기가 낮은 적색 픽셀은 항상 불량픽셀로 되므로 이는 바람직하지 않다. 그러나, 동일 색상이 Y축 방향으로 항상 반복되고, X축 방향으로 매 3번째마다 반복된다는 사실을 이용하면, R-G-B 배열을 쉽게 찾아낼 수 있다.

다음으로, R-G-B 색상별로 OLED픽셀(10)의 밝기 평균값과 변동값 비교를 통해 불량 픽셀을 구별하는 조건은 수학식 8 및 수학식 9로 표현 가능하다.

[수학식 8]

[수학식 9]

즉, 상기 개별 밝기 적분값(M _k )이 상기 평균 밝기 적분값(M _{k ,N} ) 이하인 경우, 또는 상기 개별 밝기 변동값(S _k )이 상기 평균 밝기 변동값(S _{k ,N} ) 이상인 경우, 해당 OLED픽셀을 불량픽셀로 판단한다.

여기서, 각 OLED픽셀(10)의 해당 R-G-B 색상별로 밝기 적분값과 밝기 변동값을 비교함으로써 해당 OLED픽셀(10)의 불량픽셀을 구별해 낸다. 수학식 8 및 9를 참조하면, 상기 평균 밝기 적분값(M _{k ,N} ) 및 상기 평균 밝기 변동값(S _{k ,N} )에 각각 R-G-B 색상별 가중치 계수(W _{s , color} )를 적용하여 불량 픽셀을 판단한다. 이러한 W _{s , color} 값은 불량을 판단하는 각 색상별 가중치 계수이다. 정상적인 셀에 대해 불량이 발생한 셀은 밝기가 다소 어둡게 나타난다. 따라서, 어느 특정 OLED픽셀의 밝기 평균값이 동일한 색상을 가진 OLED픽셀 전체의 평균값 M _{k ,N, color} 에 가중치 계수(W _{s , color} )를 부가한 정도보다 낮은 경우, 해당 OLED픽셀은 불량픽셀로 판단할 수 있다는 것이다. 또한, 개별 밝기 변동값(S _k )이 크게 나타나는 픽셀들은 흑점을 포함하고 있을 확률이 높아지므로 불량으로 볼 수 있다.

이하에서는, 상기 화상처리를 이용한 디스플레이 패널의 픽셀 불량 검사 방법의 성능을 고찰하기 위해 사용된 검사 장치의 구성과, 그 성능 결과를 분석해 보고자 한다. 도 4의 검사 장치의 구성 중에서, 상기 라인스캔 카메라(110)는 DALSA사의 Piranha HS-80-08k를 사용하였다. 카메라(110)의 픽셀사이즈는 7㎛×7㎛이고, 검사 대상 OLED픽셀(10)의 크기는 약 40㎛ 정도이므로 픽셀 측정 비율이 약 6:1 정도가 되는데, 이는 측정에 다소 낮은 해상도이다. 그런데, 본 검사 장치에 사용된 카메라 앞의 줌렌즈의 배율이 2배이므로, 관찰픽셀과 대상 픽셀의 비율이 10:1 이상의 비율을 가질 수 있었다. 도 7은 실제 실험 장치의 검사대를 보여주고 있다. 상단에 줌렌즈를 장착한 카메라가 설치되어 있고, 검사대상체인 OLED디스플레이는 X-Y 이송대 위에 놓여져 있다.

도 8은 OLED디스플레이에서 결함이 발생한 부위의 실제 촬영 사진이다. 여기서, 적색 사각형 영역으로 표시한 부분이 관심 대상인 부분이다. 이 부분은 제조공정상에서 발생한 결함은 아니고, 디스플레이 조작 과정에서 고전압이나 쇼트 등으로 인해 과전류가 흐르게 되면서 일부 OLED픽셀들이 열화로 완전 파손이 되거나 부분적으로 손상을 입은 것이다.

그 성능 결과는 다음과 같다. 도 9 내지 도 12는 도 8의 일부분을 확대하여 상기 화상처리를 수행하는 과정의 촬영 사진이다. 도 9는 불량 OLED픽셀 부근의 스캔이미지 원본을 보여준다. 도 9의 영상에서 X방향으로 규칙적으로 세 번째 OLED픽셀들이 보이지 않고 있는데, 이는 적색의 OLED픽셀들이 완전 소실되었기 때문인 것이다. 나머지 두 색상의 OLED픽셀들도 부분적으로 손상을 입어, 흑점이 다량 보이고 있다.

도 10은 상기 S140단계에서 수행한 중심점 탐색 과정으로서, X방향으로 한 줄씩 분석을 통해, OLED픽셀(10)의 각 행별로 최대 밝기값을 갖는 중심점을 탐색하여, 이를 밝은 점으로 표시해 놓은 것이다. 이러한 과정을 통해 본 알고리즘이 제대로 잘 적용이 되는지를 파악해 볼 수 있다.

도 11은 상기 불량 픽셀 검출 단계(S150)를 수행하여, 불량이 생긴 OLED픽셀(10)들 부분을 작은 적색 사각형 박스로 표시한 것이다. OLED픽셀이 있어야 할 위치에 존재하지 않고 빠진 OLED픽셀 부분, 밝기가 평균보다 어두운 OLED픽셀 부분, 부분적으로 손상을 입은 OLED픽셀 부분들이 대부분 표시되고 있다. 이러한 결 과를 참고하여 볼 때, 본 연구에서 제시한 알고리즘이 불량 픽셀 검출에 상당히 유효하다는 것을 알 수 있다.

도 11의 불량 픽셀 판정을 수행(S150)한 이후에는, 도 11의 흑백으로 스캔된 화상정보를, 평균 밝기값 분석을 통해 원래의 색상대로 환원 가능하다(S160). 도 12는 그 환원된 영상으로서 실제 컬러 이미지와 상당히 유사하게 나타나고 있음을 알 수 있다. 이러한 특성은 고가의 컬러 스캔 카메라를 굳이 쓰지 않더라도 흑백의 라인스캔 카메라(110)로도 그에 상당하는 효과를 거둘 수 있음을 알 수 있는 것이다.

이상과 같이, 본 연구는 OLED형 디스플레이의 픽셀 검사 방법에 관한 것으로서, OLED픽셀(10)의 밝기에 결함이 있거나, OLED픽셀(10)에 부분적인 미세 검반점 손상이 있는 경우에도 이를 정확히 탐색하는 알고리즘을 제시한 것이다. 이를 실제 경우에 적용해 본 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

첫째, 양산라인에서의 고속 검사를 위해 사용되는 기존의 에지검출 방식과는 달리, 본 발명은 OLED픽셀(10)의 형태가 4각형 형태임에 착안하여, 일단 X축 방향으로 픽셀 영역을 추출해 내고, 다시 Y축으로 중첩하여 픽셀의 범위를 인지하도록 알고리즘을 구성한 것이다. 둘째, 본 발명은, 정상 픽셀인 경우에 배경과 픽셀의 길이비가 6:4로 일정한 사실에 기초하여, 픽셀영역과 배경영역을 구별하는 에지의 문턱치를 밝기 분포의 40%에 해당하는 값을 설정하였고, 그에 따라 경계영역을 비교적 빠르게 계산하는 우수한 결과를 얻을 수 있었다. 셋째, 실제 불량픽셀이 발생한 OLED디스플레이 패널을 이용한 실험을 통해, 본 발명에서 제시한 픽셀의 밝기 평균값과 변동값을 비교하는 조건이, 실제 불량 검출에 효과적으로 적용 가능함을 검증할 수 있었는데, 단순 밝기가 아니라 원래의 색상의 밝기까지도 고려하여 불량픽셀을 구별해 낼 수 있었다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능한 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1 및 도 2는 정상 및 비정상 OLED디스플레이의 픽셀 촬영 사진,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화상처리를 이용한 디스플레이 패널의 픽셀 불량 검사 방법의 흐름도,

도 4는 도 3에 이용되는 시스템 구성도,

도 5는 취득된 화상정보 내의 OLED픽셀과 스캔픽셀의 구성도,

도 6은 OLED픽셀의 위치결정을 위한 중심점의 구성도,

도 7은 도 4의 실제 셋업 사진,

도 8은 OLED디스플레이에서 결함이 발생한 부위의 촬영 사진,

도 9 내지 도 12는 도 8의 일부분을 확대하여 상기 화상처리를 수행하는 과정의 촬영 사진이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >

10: OLED픽셀 20: 배경

30: 중심점 100: 검사 장치

110: 라인스캔 카메라 120: X축 서보모터

130: 축 서보모터 140: 서보 드라이브

150: 모션컨트롤 보드 160: 영상획득 보드

170: 제어부 180: ON/OFF컨트롤러

190: 전원공급장치

Claims (4)

1. 디스플레이 패널 내의 각 1개 픽셀을 A×B개의 스캔픽셀로 촬영 가능한 라인스캔 카메라를 이용하여 상기 디스플레이 패널의 화상정보를 취득하는 단계;

   상기 화상정보 중의 각 스캔픽셀들의 밝기값을 분석하여, 문턱치 이상의 스캔픽셀들로 형성된 픽셀영역과 문턱치 미만의 스캔픽셀들로 형성된 배경영역으로 경계를 구분하는 단계;

   상기 픽셀영역 내에 위치한 스캔픽셀들의 각 행방향마다 최대 밝기값을 갖는 중심점들을 탐색하여, 상기 중심점들이 가장 많이 배치된 특정 열방향을 상기 픽셀의 X방향 중심위치로 결정하고 상기 특정 열방향에 대한 중앙위치를 Y방향 중심위치로 결정하여, 각 픽셀의 중심좌표 x,y를 결정하는 단계;

   상기 중심좌표를 중앙으로 하여 A×B개 스캔픽셀을 갖는 직사각형 영역을 상기 픽셀 부분으로 최종 결정하는 단계; 및

   상기 디스플레이 패널 내에서 상기 결정된 각 픽셀들의 개별 밝기 특성값을 연산하고, 상기 개별 밝기 특성값을 전체 픽셀에 대해 연산된 평균 밝기 특성값과 비교하여 각 픽셀의 불량 여부를 판단하는 단계를 포함하는 화상처리를 이용한 디스플레이 패널의 픽셀 불량 검사 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 문턱치는,

   스캔되는 라인별 밝기값 분포에서 하위 C% 범위(0<C≤45)의 평균 밝기값을 나타내고,

   상기 밝기값은 밝기 정도를 n비트 데이트로 나타낸 D1(=0)과 D2(=2ⁿ) 사이의 값이고,

   상기 문턱치의 적용시, 상기 라인별 밝기값 분포에서 하위 E% 범위(0<E≤15)의 평균 밝기값이 F(상기 D1 < F < 상기 D2) 이상이어야 하고, 상위 G% 범위(0<G≤15)의 평균 밝기값이 상기 하위 E% 범위의 평균 밝기값의 H배(3≤H≤7) 이상이어야 하는, 화상처리를 이용한 디스플레이 패널의 픽셀 불량 검사 방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 픽셀의 불량 여부 판단 단계에서,

   상기 개별 밝기 특성값은, 각 픽셀의 개별 밝기 적분값과 개별 밝기 변동값을 포함하되, 상기 개별 밝기 적분값은, 상기 픽셀에 대한 직사각형 영역 내의 스캔픽셀들의 밝기값을 적분하여 평균한 값이고, 상기 개별 밝기 변동값은, 상기 픽셀에 대한 직사각형 영역 내의 각 스캔픽셀의 밝기값에 상기 픽셀의 개별 밝기 적분값을 가산한 후 절대치를 부가하여 적분한 값이며,

   상기 평균 밝기 특성값은, 상기 전체 픽셀들에 대해 연산된 평균 밝기 적분값과 평균 밝기 변동값을 포함하되, 상기 평균 밝기 적분값은, 상기 각 픽셀별로 연산된 상기 개별 밝기 적분값의 합을 상기 전체 픽셀들의 개수로 나눈 값이고, 상기 평균 밝기 변동값은, 상기 각 픽셀별로 연산된 상기 개별 밝기 변동값의 합을 상기 전체 픽셀들의 개수로 나눈 값이고,

   상기 개별 밝기 적분값이 상기 평균 밝기 적분값 이하인 경우, 또는 상기 개별 밝기 변동값이 상기 평균 밝기 변동값 이상인 경우, 해당 픽셀을 불량픽셀로 판 단하는 화상처리를 이용한 디스플레이 패널의 픽셀 불량 검사 방법.
4. 청구항 3에 있어서,

   각 픽셀의 해당 R-G-B 색상별로 밝기 적분값과 밝기 변동값을 비교하여 해당 픽셀의 불량픽셀을 구별해 내도록, 상기 평균 밝기 적분값 및 상기 평균 밝기 변동값에 각각 R-G-B 색상별 가중치 계수를 적용하여 상기 불량 픽셀을 판단하되,

   특정 픽셀의 개별 밝기 적분값이, 그와 동일한 색상을 가진 픽셀 전체의 평균 밝기 적분값에 상기 색상별 가중치 계수를 곱한 값보다 작으면, 해당 픽셀은 불량픽셀로 판단하고,

   특정 픽셀의 개별 밝기 변동값이, 그와 동일한 색상을 가진 픽셀 전체의 평균 밝기 변동값에 상기 색상별 가중치 계수를 곱한 값보다 크면, 해당 픽셀은 불량픽셀로 판단하는, 화상처리를 이용한 디스플레이 패널의 픽셀 불량 검사 방법.

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