Vieworks / Wide Dynamic Range를 지원하는 초고해상도 151MP 카메라

OLED 디스플레이 패널 생산의 핵심은 유기화합물을 균일하게 증착시키는 것이다. 특히 HD부터 4K와 8K UHD까지, 고해상도 OLED 디스플레이에서 균일하게 증착시키는 것은 매우 어려운 작업이다. 증착 중에 예상치 못한 얼룩 등의 결함이 발생할 수 있으며, 때문에 디스플레이 생산성 향상 면에서 얼룩 검출 및 보정은 핵심 작업 중 하나로 평가받는다.

일반적으로 얼룩성 결함은 검출하기 어렵다. 특히 저 조도에서 보이는 미세 얼룩은, 주위 배경과 차이가 거의 없어 자동화된 검사 장비에서조차 식별하기 까다롭다. 이를 검출하기 위해서는 조명 등 다른 구성 요소의 조합도 중요하지만, 무엇보다 카메라에서 출력되는 이미지의 품질이 중요하다. 뷰웍스에서는 시장 요구에 발맞춰 업계 최초로 BSI를 채택한 초고해상도 카메라 151MP를 출시했다.

뷰웍스 151MP 카메라의 특징

- BSI구조를 사용한 78㏈이상의 다이내믹 레인지(Dynamic range)실현과 뛰어난 감도 제공

- 최고의 이미지 품질을 위한 다양한 이미지 보정 기술 적용

- 151MP 12bit에서 초당 6.2프레임의 빠른 속도

- User 편의를 위한 Common CoaXPress programming library 제공

- 필드에서 검증된 이미지 품질

1. BSI 구조의 최고 품질의 다이내믹 레인지 지원

다이내믹 레인지는 이미지 센서가 감지할 수 있는 빛 세기의 범위를 나타낸 것이다. 주위 노이즈와 Defect object의 차이가 미미한 경우, 넓은 다이내믹 레인지는 차이를 검출할 수 있지만 좁은 다이내믹 레인지에서는 검출하기 어렵다.

넓은 다이내믹 레인지는 저 조도 환경에서의 Mura 검사에 필수적이다. 뷰웍스 VC-151M는 78dB 이상의 다이내믹 레인지 제공을 통해, 현존하는 고해상도 센서 중 가장 넓은 성능을 제공한다. 이는 BSI 구조로 이뤄진 VC-151M 카메라의 특징 중 하나이다. BSI 구조란, 이미지 센서가 빛을 더 많이 받아들일 수 있도록 칩을 뒤집어 놓아 Photo-diode를 상단에 위치시키는 것을 말한다(그림 1 참고).

같은 조도에서 FSI와 BSI 센서를 촬영하면, BSI센서에서 감도가 훨씬 좋은 것을 알 수 있다(그림 2 참고).

VC-151M 카메라는 이런 센서 특징을 100% 반영하도록 설계됐다. 29MP 센서와 비교하면 두드러지는 차이점을 확인할 수 있다.

그림 3은 Mura 검출을 위한 TEST 패턴 중 하나이다. 배경을 16레벨로 고정하고 패턴의 레벨을 1부터 60까지 1씩 증가시켰을 때, 어느 Level의 패턴까지 검출 가능한지를 비교했다.

29MP는 그림 4처럼 10DN 차이까지 검출할 수 있다. 반면 151MP는 전 영역에 가까운 Level pattern을 검출할 수 있다. 이는 VC-151M이 29MP 대비 4배 이상의 다이내믹 레인지를 갖는 특성 때문이다.

업계에서 사용하는 Mura 검사는 보통 16, 32, 64, 128, 164, 255 등 6단계별의 White/Blue/Red/Green 파장대의 조명으로 구성된다.

16Level의 저 조도는 일반적인 CCD 센서의 64dB 다이내믹 레인지로는 검출이 어렵다. 그러나 151MP의 78dB 성능을 활용하면 미세한 차이의 Mura를 검출할 수 있다.

이런 성능 차이는 노출 시간에 따른 Dark Noise 비교로 확실하게 구별할 수 있다. VC-151M 모델은 노출 시간이 증가돼도 Dark Noise가 0.55DN(12bit 기준)으로 유지되도록 설계됐다. 이는 저 조도에서 수행되는 검사 애플리케이션에 큰 장점이 될 수 있다.

같은 노출 시간에서 29MP 모델과 비교하면 감도는 약 4배 이상이다. 고객 검사 시스템의 카메라 노출 시간을 단축함으로써, 전체 검사 시간의 Tact time을 줄일 수 있다.

2. 최고의 이미지 품질을 위한 다양한 이미지 보정 기술 적용

VC-151M 제품은 센서의 성능 전부를 활용하기 위해 뷰웍스만의 다양한 이미지 보정 기술과 유저 편의 기능을 제공한다.

- Advanced DSNU 보정

Hot pixel은 높은 Gain 설정, 긴 노출 시간을 사용한 영상 획득, 온도가 높은 환경에서의 카메라 사용과 비례해 출력 영상에 발생한다.

특히 저 조도에서 충분한 감도를 얻기 위해 장 노출을 사용해야 하는 검사에서, 중요한 요소(Critical factor)가 될 수 있다.

VC-151M 카메라는 Hot Pixel을 제거할 수 있는 Advanced DSNU 보정 기능을 제공한다. 뷰웍스에서 자체 개발한 기능이며, 해당 Pixel이 실제 빛에 반응하도록 보정하는 방식이다. 인접 픽셀을 사용한 보간 방법이 아니라는 점에서 일반 Defective pixel correction과 차별화된다.

- Dynamic Defect Pixel 보정

일반 Defective Pixel Correction 기능 설정 후 영상을 획득해도 일부 픽셀이 주변보다 상당히 밝거나 어둡게 나타날 수 있다. 이는 긴 노출 시간 및 높은 Gain 설정과 높은 운용 온도 때문이다. VC-151M 카메라는 Defect Pixel을 실시간으로 판단해 보정할 수 있는 Dynamic Defective Pixel Correction 기능을 제공한다.

- 16개의 FFC 데이터 공간과 자동 변환 Sequencer 기능

검사 장비 셋업의 편의성을 위해 16개의 FFC 공간을 지원하며, 지연 없는 FFC 실시간 적용을 위해 Sequencer 기능이 추가됐다. 즉, 16개의 이미지에 서로 다른 FFC 데이터를 적용하고 싶은 경우, Sequencer 기능을 활용해서 추가 명령어 전송 없이 각 출력 이미지에 바로 적용할 수 있다.

- 센서 스티칭 라인(Stitching line) 없는 이미지

OLED Mura 검사 및 Demura 검사 장비에서 센서에 존재하는 스티칭 라인은, 검사 효율을 떨어뜨리는 비중이 큰 요소 중 하나이다. 많은 카메라 제조업체에서 스티칭 라인을 개선하기 위해 노력하지만, 모든 검사 조건에서 완벽하게 보정하는 것은 어렵다. VC-151M엔 스티칭 라인 보정 알고리즘이 적용돼 Mura 및 Demura 검사 장비에서의 검사 신뢰성을 향상할 수 있다.

- 조명 및 노출 시간에 따른 완벽한 선형성

또한, VC-151M 카메라는 위 그래프와 같이 전 구간에서(12bit 기준 0-4095) 선형적인 응답특성을 갖는다. 이는 고객 검사 장비의 노출 시간 및 조명 밝기의 선택 운용 폭을 넓혀 검사 수율을 증가시킬 수 있다.

- 장 노출에도 뛰어난 노이즈 특성

뷰웍스의 특화된 아날로그(Analog) 회로 설계 기술과 다양한 이미지 보정 기술은, 장 노출에도 변화가 거의 없는 노이즈 특성을 보인다.

3. CoaXPress programming 지원을 위한 Common VIS CoaXPress library 지원

뷰웍스는 최고 성능의 이미지 퀄리티를 제공한다. 그뿐만 아니라, 고객사 검사 장비 소프트웨어의 손쉬운 구축을 위해 Common CoaXpress libarary를 제공한다.

산업용 카메라 업계 표준(GenIcam)을 지원하는 모든 Frame grabber의 Library는 Vieworks Imaging Solution과 호환될 수 있으며, 하나의 Vieworks Library(VwCXP API)로 소프트웨어를 구 축할 수 있다. 검사 장비 소프트웨어의 개발 기간을 단축하고, 소프트웨어 유지에 소모되는 자원을 줄일 수 있다.

4. 필드에서 검증된 카메라 성능

평판 디스플레이(Flat panel display)를 제조하는 A업체는 약 한 달 동안 VC-151M 제품의 성능을 검증했다. 검증 항목은 아래와 같다.