디스플레이의 생산 효율 및 수율 증가를 위한 이미징 색도계 사용 방법 ②
발광 디스플레이를 수정하여 수율 향상
디스플레이 크기가 확장됨에 따라 수율이 급격히 감소하고 각 구성 요소의 비용이 훨씬 높아진다. 특정 시점에서 제조업체는 디스플레이 이미지 품질을 개선하기 위해 보정(전자 보상 또는 보정)을 수행할 수 있다. 개념은 간단하다. 이미시브 디스플레이의 개별 서브픽셀에 대한 입력을 수정함으로써 이전에 식별된 희미한 서브픽셀을 균일한 밝기 수준으로 조정하여 디스플레이 전체에서 휘도 균일성과 정확한 색상을 개선할 수 있다.
디스플레이 픽셀 균일성 보정을 위해서는 첫째, 개별 서브픽셀의 밝기를 제어하고 각 서브픽셀에 대해 계산된 보정 계수를 기반으로 이를 조정할 수 있는 디스플레이 내 전자 장치가 필요하다. 둘째, 개별 서브픽셀 밝기와 색상을 정확하게 정량화하고 각각에 대한 특정 보정 계수를 계산하는 측정 시스템이 필요하다.
이 방 법은 개별 LED로 구성된 LED 디스플레이 화면에 널리 사용되었으며 ‘demura’라는 보정 기술을 사용하여 OLED 및 microLED와 같은 발광형 디스플레이에 적용되었다.
Demura 방법은 세 가지 단계를 사용한다.
1. 고해상도 이미징 색도계를 사용하여 각 픽셀 위치에서 휘도 값을 계산하기 위한 디스플레이의 각 서브픽셀 측정(동일한 색상의 각 서브픽셀 시리즈를 측정하기 위해 서로 다른 테스트 이미지에서 수행)
2. 테스트 분석 소프트웨어를 사용하여 디스플레이의 서브 픽셀 간 휘도 불일치를 정규화하는 데 필요한 보정 계수 계산
3. 외부 제어 IC(집적 회로) 시스템을 사용하여 디스플레이 신호에 보정 계수 적용
<그림1> 방사형 디스플레이 보정에 적용된 Demura 방법의 결과를 보여주는 병렬 측정 이미지. Demura 전(왼쪽)과 후(오른쪽).
디스플레이가 완전히 조립되면 특정 출력 색상 값을 대상으로 테스트 이미지를 화면에 표시할 수 있다. 이러한 이미지를 통해 각 값에 대해 측정 및 보정을 계산할 수 있다. 예를 들어 모든 녹색 서브 픽셀이 켜져 있는 ‘녹색 화면’을 샘플 이미지로 사용할 수 있으며 이미징 색도계는 각 개별 녹색 서브 픽셀의 밝기를 측정하고 기록할 수 있다.
이것은 모든 기본 색상과 일반적으로 흰색에 대해 반복된다. 이 데이터는 이미시브 디스플레이의 일반 품질 테스트 과정에서 수집할 수 있다.
그러나 극도로 픽셀 밀도가 높은 OLED 및 microLED 디스플레이에서 각각의 모든 서브픽셀의 휘도 값을 계산하는 것은 어려울 수 있다. Full High Definition(FHD, 1920 x 1080 픽셀) 및 저해 상도 디스플레이의 경우 단일 29메가픽셀 이미징 시스템이 테스트에 충분한 해상도를 제공한다.
그러나 고해상도 디스플레이(예: Quad High Definition 또는 QHD, 4K 및 현재 8K)의 경우 초고해상도 이미징 시스템조차도 완전한 분석을 위해 단일 이미지의 모든 픽셀을 캡처하지 못할 수 있다.
이 문제를 극복하고 임의의 크기 또는 해상도 디스플레이에 대한 측정 방법을 적용하기 위해 Demura 방법은 특허받은 방법(Radiant Vision 시스템의 미국 특허 9135851)인 간격 픽셀 테스트 패턴 분석의 데이터를 결합하는 측정 프로세스를 사용할 수 있다. 이는 단일 측광 또는 비색 이미징 시스템으로 측정을 가능하게 한다.
<그림2> 초고해상도 디스플레이를 위한 픽셀 수준 휘도 측정의 간격 픽셀 테스트 패 턴 방법에 사용된 처음 두 패턴의 예.
간격 픽셀 테스트 패턴을 사용하면 픽셀의 도트 매트릭스 패턴이 일정한 간격으로 조명되고 이미징 시스템에서 여러 패스로 측정된다. 각 디스플레이 픽셀이 조명 상태에서 분석될 때까지 모든 도트 매트릭스 패턴에 대해 측정이 반복된다.
센서 해상도가 디스 플레이 자체보다 높은 이미징 시스템을 사용하는 경우 각 디스플 레이 픽셀을 여러 센서 픽셀에 대해 테스트할 수 있으므로 관련 디스플레이 픽셀의 측정된 휘도 값의 최고 정확도를 보장할 수 있다.
<그림3> Space-Pixel 테스트 패턴 방법 중에 각 조명 디스플레이 픽셀은 분석 소프 트웨어에 의해 자동으로 등록되고 관심 영역(ROI) 내에서 정의된다.
이미징 시스템 해상도가 디스플레이 해상도보다 훨씬 높기 때문에 각 디스플레이 픽셀은 여러 센서 픽셀에 의해 캡처된 ROI에서 측정될 수 있다.
이 경우 단일 디스플레이 픽셀에 대해 약 10x10 센서 픽셀이다.
분석 소프트웨어는 모든 측정 이미지를 측정된 디스플레이와 동일한 해상도(모든 디스플레이 픽셀에 하나의 센서 픽셀)로 단일 ‘합성 이미지’로 결합한다. 이 이미지는 행과 열의 모든 디스플레이 픽셀을 나타내며 각 픽셀에 대한 정확한 x,y 좌표와 관련 광도 값을 제공한다. Demura 프로세스의 이 단계에서는 균일하지 않은 픽셀과 휘도 보정 계수가 적용될 수 있는 정확한 좌표를 정확하게 감지할 수 있다.
<그림4> ROI는 OLED 서브픽셀 레이아웃이나 모양에 관계없이 동적으로 정의된다.
즉 임의의 픽셀 패턴을 측정하여 모든 디스플레이 디자인에 demura를 적용할 수 있다.
<그림5> 소프트웨어는 이미징 시스템에서 촬영한 디스플레이의 여러 고해상도 측 정 이미지 데이터를 결합하는 합성 이미지를 사용하여 디스플레이에서 결함 픽셀을 찾는다.
각 픽셀의 휘도 값이 알려지면 보정 계수를 계산하여 각 개별 서브픽셀의 전기 입력에 적용하여 전체 디스플레이(모든 그레이 레벨 포함)에서 밝기와 색상이 정확하고 균일하도록 보정할 수 있다. 완성된 OLED 또는 microLED 디스플레이에 이러한 demura 보정 프로세스를 적용하면 디스플레이 시각적 품질이 크게 향상된다.
Demura의 최종 효과는 전자 보상이 없었다면 품질 검사에 불합격했을 디스플레이가 이제 통과할 수 있게 되어 제조시 낭비를 줄이고 비용 효율성을 개선하며 생산 수율을 높일 수 있다는 것이다.
<그림6> Demura 보정 전후 OLED 디스플레이의 파란색 테스트 화면 측정 이미지 (휘도 수준을 설명하기 위해 가색상 눈금으로 표시됨)
Radiant Vision Systems 솔루션
발광 기술은 평면에서 곡면에 이르기까지 차세대 디스플레이를 도입하고 있지만 이미지 품질 및 생산 수율과 관련된 기술적 문제는 특히 대형 포맷에서 OLED 및 microLED와 같은 디스플레 이 유형이 상업적으로 실행 가능한 것으로 간주되기 전에 해결되어야 한다. 제조업체가 직면한 문제는 방출형 디스플레이 유형에 고유하지만 기존 LCD 생산 및 LED 스크린에서 Radiant Vision Systems로 이미 해결된 기술적 문제와 유사하다.
• ProMetric 이미징 색도계
Radiant Vision Systems ProMetric Imaging Colorimeter는 밝기와 색상의 공간 및 각도 분포에 대한 인간의 시각적 인식과 일치하도록 보정된 매우 민감하고 매우 정확한 과학등급 이미징 시스템이다. Radiant Vision Systems는 업계의 경쟁 솔루션 제공 업체보다 2배 이상 많은 이미징 색도계 모델을 제공하며 해상도와 감도에 대한 다양한 옵션을 제공한다. 특정 디스플레이 테스트 시나리오에 적합한 시스템은 원하는 측정 정확도 및 해상도 요구 사항에 따라 달라진다.
• TrueTest 소프트웨어
방출형 디스플레이 성능의 정확한 측정도 중요하지만 측정 데이터의 분석도 마찬가지로 중요한 구성 요소이다. Radiant Vision Systems TrueTest AVI(Automated Visual Inspection) 소프트웨어는 디스플레이 테스트 솔루션을 완성하고 사용자 정의 합격/불합격 기준에 대한 테스트 시퀀스를 구현하여 데이터를 실행 가능하게 만든다.
TrueTest는 디스플레이 균일성 테스트, 라인 결함 감지, 픽셀 결함 감지, 대비 측정, mura 분석 등에 사용할 수 있는 테스트가 내장된 소프트웨어 테스트 스위트 및 시퀀서이다. TrueTest를 통해 사용자는 테스트 라이브러리에서 선택하고 여러 특성을 빠르게 분석하기 위해 임의의 순서로 테스트를 주문할 수 있다. 사용자는 테스트 매개변수와 통과/실패 기준을 지정할 수도 있다.
TrueMURA는 15개 이상의 mura 유형을 평가하기 위한 JND(just noticeable difference) mura 및 얼룩 분석 기술을 추가하는 TrueTest용 선택적 라이선스이다. TrueTest는 소프트웨어 정렬, 디스플레이 등록 및 모아레 패턴 제거 기능을 통합하여 테스트 설정을 단순화한다.
생산 라인에서 소프트웨어는 테스트 매개변수에 대한 액세스가 잠겨 변경을 방지하는 작업자 모드에서 실행된다. TrueTest는 또한 여러 디스플레이 모델에 대한 구성 정보, 테스트 매개변수 및 통과/실패 기준을 저장한다. 올바른 데이터 파일은 생산 중에 즉석에서 적용하거나 변경할 수 있다.
통합 및 지원
Radiant Vision Systems 디스플레이 테스트 솔루션을 실제로 구현하려면 생산라인에서 하드웨어와 소프트웨어 통합이 모두 필요하다. Radiant Vision Systems는 고객이 선택한 고정물 제공업체와 협력하거나 고정물을 포함하는 전체 턴키 솔루션을 제공한 경험이 있다. TrueTest 소프트웨어는 독립 실행형 모드에서 작동할 수 있지만 일반적으로 제조업체 라인의 생산 제어 시스템(PCS)과 통합된다.
이 통합은 Radiant의 소프트웨어가 PCS에 의해 트리거되는 완전히 자동화된 테스트를 제공하거나 단순히 합격/불합격 결과(및 테스트 데이터)에 대한 보고 인터페이스를 제공할 수 있다. TrueTest는 비디오 패턴 생성기 및 바코드 판독기(또는 이와 동등한 것)와 함께 작동하도록 설정할 수도 있다.
Radiant Vision Systems는 모든 ProMetric 및 TrueTest 솔루션에 대한 글로벌 지원을 제공한다. 지원에는 엔지니어링, 설치, 교육, 유지 관리 및 교정 서비스가 포함된다. Radiant Vision Systems 지원 인력은 미국, 중국, 대만, 일본, 한국, 아시아 태평 양 및 유럽 전역에 배치되어 현재 전 세계 수백 개의 생산 라인에 배치된 수천 개의 이미징 색도계를 지원한다.
자료제공: RadiantVisionSystems(www.radiantvisionsystems.com)
