[디스플레이 이론 정리 IV] DDI, TSP, 디스플레이 커버 윈도우

모든 내용의 출처 : 디스플레이 톺아보기 by SDC

DDI(Display Driver IC)

DDI는 OLED, LCD 등의 디스플레이를 구성하는 수많은 픽셀을 구동하는 데에 쓰이는 작은 반도체 칩이다. 중앙처리장치 (AP 또는 CPU)는 사용자가 명령한 내용을 신호로 처리해서 내보낸다. 이 신호는 PCB라는 회로기판을 거쳐 DDI를 통해 패널에 전달된다.

TFT는 RGB 서브픽셀을 구동하는 '스위치' 역할을 하고, DDI는 스위치가 어떻게 움직일지 알려주는 '신호등' 역할을 수행하는 셈이다.

스마트폰에 들어가는 모바일용 DDI, 태블릿이나 스마트 TV 등 중대형 전자제품이 들어가는 중대형용 DDI, 두 종류가 들어간다. TV와 같은 대평 패널에는 여러 개의 DDI가 측면/상단에 부착되고 스마트폰을 비롯한 모바일 제품에는 1개의 통합 DDI를 부착한다.

DDI는 크게 Gate IC와 Source IC로 이루어져 있다.

Gate IC : 서브픽셀들을 켜고 끄는 역할을 담당

Source IC : 서브픽셀들이 표현할 색상의 차이를 만들어낸다. 일부 제조사 또는 제품에 따라서는 Gate IC가 TFT에 내장되기도 한다.

DDI가 올바르게 작동하기 위해서는 DDI패키지 부품들도 함께 필요하다.

스마트폰과 같은 모바일용은 DDI 칩 안에 모두 집적해 일체화 하는 경우가 많고, TV와 같이 공간이 조금 넉넉한 대형 패널용으로는 DDI 주변에 별도의 칩 형태로 구성된다. DDI 패키지는 DDI칩, 타이밍 컨트롤러 (T-Controller), 그래픽 RAM (GRAM), 전력 구동부를 중심으로 구성된다. T-CON은 기기 본체 즉, AP로부터 입력된 데이터 신호를 DDI에서 필요로 하는 신호로 변환시키는 기능을 한다.

GRAM은 IC로 입력한 데이터를 일시적으로 저장하는 메모리 역할을 하며, Power Generating Circuits는 디스플레이 패널을 구동하기 위한 전압을 생성해 Source IC와 Gate IC에 필요한 전압을 공급한다.

 

DDI 패키지에서 최근 관심을 받는 분야는 '부착 형태'이다. DDI 방식

• GOC(Chip On Glass) : 디스플레이 패털에 사용된 딱딱한 유리 기판에 직접 붙이는 방식
• COF(Chip On Film) : 디스플레이 패널에 유연한 필름을 덧대 붙이는 방식
• COP(Chip On Plastic) : 디스플레이 패널 자체를 유연한 PI를 사용하면서 동시에 PI의 연장된 부분에 DDI를 붙이는 방식

특히 COF와 COP 기술은 풀스크린, 플렉시블 디스플레이와 잘 어울리는 방식이다. 패키지가 유연하기 때문에 COG에 비해 베젤을 더욱 줄여 화면 영역을 더 넓힐 수 있어 공간 활용성이 우수하다.

FPCB(Flexible Printed Circuit Board) : 디스플레이 패털을 구동하기 위해 기기의 AP에서 명령한 신호를 DDI에 전달해주는 중간 연결자 역할을 하는 것을 PCB라 부른다. 전기적 신호를 전달할 수 있는 회로를 도체(보통, 구리)를 이용해 형성한 부품이다.

TSP(Touch Screen Panel)

터치 스크린 패널 기술

TSP 초기에는 디스플레이 패널 외부에 필름 형태의 TSP를 부착하는 외장형 방식을 많이 사용했지만 최근에는 내장형을 주로 사용한다. 내장형 방식은 기존의 외장형에 비해 패널을 더 얇게 만들 수 있을 뿐만 아니라, 터치패널 표면의 광반사가 줄어 패널의 밝기를 낮추더라도 시인성 확보가 되기 때문에, 패널에 투입되는 전력소모량도 감소한다는 장점이 있다.

내장형 가운데 On Cell Type은 디스플레이 상부 유리기판에 터치센서를 내장시키는 방식, 주로 OLED 패널에 사용되며 기존 부착형 (Add On Type) 방식에 비해 두께나 빛 투과율 측면에서 유리하다. In Cell Type은 컬러피터와 액정 및 TFT로 구성된 LCD 셀 내부에 터치 인식 기능을 구현한 것인데 디스플레이 위에 별도의 TSP을 부착할 필요가 없어져 두께와 무게를 줄일 수 있는 장점이 있다.

저항막 방식(감압식) : 저항막 터치 스크린 필름이 외부의 압력에 의해 접촉되면 x, y 좌표를 감지하는 방식이다. 터치 인식률이 낮은 단점이 있다.

정전용량(Capacitive) 방식 : 터치스크린에 형성되어 있는 정전용량 변화에 의해 터치 유무를 인식한다. 터치 감도도 좋고 중소형 모델에 적용하기도 적합하기 때문에 현재 대부분의 모바일 기기에서는 정전용량 방식의 TSP가 이용되고 있다. 그러나 반대로 정전용량 방식의 경우 RC delay(저항과 콘덴서로 구성된 회로에서 콘덴서를 충방전 시키는데 걸리는 시간에 의한 지연)가 커지는 대형패널에서의 적용이 어렵다.

 

정전용량의 정의는 두 도체 또는 전극 간의 전기장에 의해 전하를 저장할 수 있는 용량을 의미한다. 쉽게 말해서 전기가 통하는 2개의 물체 사이에는 전기장이라는 공간이 생기는데, 이 공간에 마치 배터리처럼 전기를 저장해둘 수 있고, 저장할 수 있는 양을 정전용량이라 부른다.

디스플레이 커버 윈도우

디스플레이 커버 윈도우는 디스플레이 패널의 화면부를 외부의 영향으로부터 보호하는 역할을 한다. 때문에 투명해야 하고 창문과 유사하여 윈도우라고 부른다.

글라스(Glass)가 갖는 심미적 고급감은 기존의 윈도우 시장을 장악하고 있던 플라스틱 윈도우를 순식간에 몰아내고 대화면 스마트폰 윈도우의 대표주자로 급부상하게 된다. 플라스틱보다 쉽게 깨질 수 있고 무겁다는 단점에도 불구하고, 터치가 보편화된 세상에서 스크래치에 강한 글라스의 강점이 이런 단점을 극복하는 가장 큰 이유이기도 하다.

글라스 윈도우는 먼저 글라스 생산 업체로부터 '원단'이라고 불리는 커다란 유리판을 공급받는 것부터 시작된다. 1mm보다 얇은 두께로 만드며, 원단도 가공 이전이기는 하지만 매우 얇은 두께로 공급된다.

원단을 만드는 방식

• Fusion 방식 : 용융된 유리를 수직 방향으로 흐르게 하여 글라스의 두께를 최소화하여 제작
• Floating 방식 : 녹인 유리물을 얕은 두께의 판 사이로 밀어내며 얇고 넓은 유리판을 만드는 원리

유리 원단이 도착하면 생산할 스마트폰 디스플레이에 맞는 크기로 잘게 재단을 한다. 그리고 휴대폰 사이즈에 맞는 외곽 크기, 수화부 및 홈버튼 등의 형상 가공을 CNC 장비로 진행한다. 이후 위아래 표면을 고르게 만들어주는 연마 작업 후 글라스를 충격이나 스크래치부터 보호해주는 '화학적 강화' 공정을 진행한다.

강화 공정 이후 비 스크린 영역으로 Decoration 목적으로 검은색 또는 흰색 등으로 인쇄를 합니다. 그리고 지문이 잘 남지 않도록 하는 AF(Anti-Fingerprint) 공정을 거친 후 품질 검사를 거쳐 출하로 이어진다. 3D 글라스 윈도우의 경우 공정 중간에 엣지 부분을 휘어주는 열성형 가공 공정이 추가된다.

 

하지만 Glass의 경우 플렉시블 구현에 어려움이 있어, 플라스틱이 다시 윈도우의 소재로 각광받고 있다. 삼성디스플레이에서는 스마트폰용 Un-breakable을 공개했다. 최근 투명폴리이미드(CPI, Colorless Polyimide)를 활용한 방법도 연구중이다.

플렉시블용 윈도우가 보급되면 스마트폰 뿐만 아니라 차량용 디스플레이 등 디자인적 유연성이 필요한 산업에도 효과적으로 사용할 수 있을 것으로 예상된다.