[논문]Contrast 향상 필름 평가를 위한 실시간 검사장치 개발

이혁교; 전병혁; 이회윤; 이윤우

doi:10.3807/hkh.2008.19.4.310

Contrast 향상 필름 평가를 위한 실시간 검사장치 개발
Inspection System for Tracing Defects of Optical Film Using Contact Image Sensor 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.19 no.4, 2008년, pp.310 - 314

이혁교 (한국표준과학연구원 우주광학연구단) , 전병혁 (한국표준과학연구원 우주광학연구단) , 이회윤 (한국표준과학연구원 우주광학연구단) , 이윤우 (한국표준과학연구원 우주광학연구단)

초록
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PDP(plasma display panel)를 비롯한 대형 디스플레이는 외부의 광이 디스플레이 내부로 입사될 경우 화질 및 명암이 저하된다. 이 문제를 해결하기 위해서 최근 관련 산업체에서는 $1\;m^2$급의 대형 투명필름 위에 수십${\sim}$수백 ${\mu}m$ 수준의 미세 패턴을 새겨서 외부 광을 차단하는 contrast 향상 필름을 개발 중이다. 이 필름이 디스플레이에 적용되려면 가장 중요한 것이 패턴의 균일도 및 이물 여부이다. 하지만 기존의 검사장비로는 $1\;m^2$급의 대형 광학 필름을 $100\;{\mu}m$ 수준의 분해능으로 짧은 시간 내에 측정할 수 없다. 본 연구에 서는 이것이 가능한 검사장비를 제안, 구축하며 실험을 통해 평가한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The light from the exterior considerably deteriorates the performance of displays including PDP (plasma display panel). Thus semi-conductor industries have developed a special optical film that can block or absorb the exterior light. In this paper, we propose a new inspection system for tracing the defects of the film. Our system is able to inspect a $1.5\;m\;{\times}\;1\;m$ area for 10 sec with $127\;{\mu}m\;{\times}\;50{\mu}m$ spatial resolution.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 CIS를 이용해서 contrast 향상 필름을 평가할 수 있는 새로운 검사장치를 제안하고 직접 구축, 평가했다. 이 검사장치는 최대 1.

제안 방법

), 이 결과를 이용해서 필름의 양/불을 평가할 수 있다. 또한 이상의 운용 프로그램은 전체 생산 라인과 직렬통신(serial communication)을 통해서 정보를 주고받을 수 있도록 구축되었다.
일반적으로, 디스플레이에 사용되는 광학필름은 생산 라인에 설치된 롤러(roller)에 의해서 이송되며, 이송 도중에 패턴의 노광, 각종 화학적 처리, 검사 및 분석 등의 작업이 수행 된다. 본 연구에서 개발한 검사장치도 그림 5와 같이 현장 설치가 용이하도록 롤러 위에 장착하는 형태로 제작했다. 이 검사장치는 필름이 일정 속도로 이송되는 도중에 필름 표면의 영상을 실시간으로 측정한 다음, 이송을 멈추는 스톱시간 (다음 필름의 노광을 위해서 노광을 멈추는 시간) 동안 측정 결과를 분석해서 컴퓨터 화면에 표시하도록 구성했다.
한편 주기적인 패턴 위에서 이물을 효율적으로 검출하려면, 영상의 각 라인을 FFT(fast Fourier transform)^[9] 해서 주기적인 패턴을 제거한 다음 영상을 처리할 필요가 있다. 본 연구에서는 이러한 subpixel 검출 기법과 FFT 분석을 동시에 적용했다. 표 1은본 연구에서 사용한 CIS의 사양을 보여준다.
본 연구에서는 최대 1.5 m × 1 m 크기의 필름을 127 μm × 50 μm의 분해능(resolution)으로 10초 이내에 검사하는 장치를 제안하고 구축한다.
그림 6은 본 연구에서 개발한 검사장치의 사진이다. 사진에서 보듯이 CIS 양쪽에 롤러를 이용해서 측정대상인 필름을 팽팽하게 편 다음, 롤러를 이용해서 필름을 최대 200 mm/s의 속도로 이송하면서 측정할 수 있도록 장치가 구성되었다. 이 검사장치의 y방향 측정분해능은 센서의 픽셀 크기인 127 μm이며, x방향의 분해능은 최대 4 kHz까지 가능하다.
본 연구에서 개발한 검사장치도 그림 5와 같이 현장 설치가 용이하도록 롤러 위에 장착하는 형태로 제작했다. 이 검사장치는 필름이 일정 속도로 이송되는 도중에 필름 표면의 영상을 실시간으로 측정한 다음, 이송을 멈추는 스톱시간 (다음 필름의 노광을 위해서 노광을 멈추는 시간) 동안 측정 결과를 분석해서 컴퓨터 화면에 표시하도록 구성했다. 그림 5에서 contrast 향상 필름은 롤러를 타고 한 방향(x 방향)으로 이송되며, 그 중간에 CIS 센서 모듈이 필름의 미세 패턴 및 이물의 유무를 실시간으로 측정한다.
이러한 한계를 극복하기 위해서 본 연구에서는 그림 3(b)와 같이 CIS 반대편에 추가 광원열(additional array source)을 덧붙였다. 이 때 추가 광원열이 필름을 고르게 조명해야 하므로, 광원열 위에 확산판 (diffusion plate)를 두었으며, 충분한 광량을 확보하기 위해서 광원열을 2중으로 설치하였다. 추가 광원열에 사용된 LED의개수는 총 408개이다.

대상 데이터

이와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 연구에서는 가로 방향으로 1.5미터 길이에 127 μm 크기의 공간분해능을 가진 CMOS[4] 타입의 CIS(contact image sensor)[5]를 사용하였다.
이 때 추가 광원열이 필름을 고르게 조명해야 하므로, 광원열 위에 확산판 (diffusion plate)를 두었으며, 충분한 광량을 확보하기 위해서 광원열을 2중으로 설치하였다. 추가 광원열에 사용된 LED의개수는 총 408개이다. 이상과 같이 추가 광원열을 이용해서 투과식으로 측정할 경우, 검은색 패턴의 측정이 용이할 뿐더러, 어두운 이물의 검출에도 적합하다.

성능/효과

자체 제작한 운용 프로그램을 통해 contrast 향상 필름의 평가를 자동으로 수행할 수 있으며, 필름 생산 라인과 직렬통신으로 정보를 주고받을 수 있다. 실험 결과, 이 검사장치로 100 μm 수준의 결함이나 미세한 이물까지 잘 측정함을 알 수 있었다.
추가 광원열에 사용된 LED의개수는 총 408개이다. 이상과 같이 추가 광원열을 이용해서 투과식으로 측정할 경우, 검은색 패턴의 측정이 용이할 뿐더러, 어두운 이물의 검출에도 적합하다. 대신 투과식으로는 밝은 이물을 검출하기는 어렵다(표 2 참조).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대형 디스플레이에 외부의 광이 디스플레이 내부로 입사될 경우 어떠한 영향을 받는가?	PDP(plasma display panel)를 비롯한 대형 디스플레이는 외부의 광이 디스플레이 내부로 입사될 경우 화질 및 명암에 큰 영향을 받는다. 이 효과를 차단, 혹은 감소시키기 위해서 국내외 산업계에서는 현재 다양한 연구가 진행 중이며, 그가운데 하나로 contrast 향상 필름이 제안되었다.
	contrast 향상 필름을 성형하는 방법은?	이 효과를 차단, 혹은 감소시키기 위해서 국내외 산업계에서는 현재 다양한 연구가 진행 중이며, 그가운데 하나로 contrast 향상 필름이 제안되었다. 이 필름은 포토리소그라피(photolithography) [1,2] 에 기반을 둔 반도체 제조 공정을 응용해서, 금형을 쓰지 않고 UV(ultraviolet) 광에 반응하는 고분자 수지를 이용해서 성형한다. 이와 같은 방식으로 제작된 contrast 향상 필름은 수십~수백 μm 수준의 미세한 프리즘 구조를 이용해서 외부에서 입사하는 빛을 흡수, 혹은 차단하며, 그 결과 필름을 사용하지 않은 디스플레이에 비해서 contrast 비를 두 배 이상 향상시킬 수 있다.
	contrast 향상 필름을 제작할 때 가장 중요한 요소는 무엇인가?	위에서 언급한 contrast 향상 필름을 제작할 때 가장 중요한 요소 가운데 하나가 바로 패턴의 균일도(uniformity)이다. 균일도가 떨어지는 필름은 디스플레이에 사용될 수 없으므로, 필름의 생산 수율을 높이려면 필름의 미세구조가 얼마나 고르게 분포되어 있는지 여부를 빠르게 측정, 평가하는 검사 장치가 필요하다.

참고문헌 (10)

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J. Kim and B. H. Lee, “Murine Heart Wall Imaging with Optical Coherence Tomography,” J. Opt. Soc. Kor., 10, pp. 42-47, 2006

원문보기 상세보기
J. W. Goodman, Introduction to Fourier optics (McGraw-Hill, Singapore, 1996), Chap. 6, pp. 126-165
www.ni.com

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