마치 사물을 눈앞에서 보는 듯 선명하고 생생한 화면! UHD의 등장으로 전자기기의 디스플레이는 해상도가 점점 높아지고 있다. 반도Chat 여덟 번째 에피소드에서는 디스플레이 구동의 필수 동력이자 성능 발전의 핵심인 반도체 칩, ‘DDI’에 대해 살펴보고자 한다.

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MAP 1. 넘치는 생동감을 경험하게 해 줄 DDI

DDI는 ‘Display Driver IC(Integrated Circuit)’의 약자로, 디스플레이를 구성하는 수많은 픽셀을 구동하는 데에 쓰이는 작은 반도체 칩이다. 다시 말해 OLED, LCD와 같은 다양한 유형의 디스플레이에서 화면이 송출되기 전 마지막 단계를 거치는 곳으로, 수많은 픽셀을 컨트롤하며 화면을 통해 보이는 모든 화소를 선명하게 구현해 내는 역할을 한다.

겉으로는 보이지 않지만, 위 그림처럼 얇은 몸으로 디스플레이의 가장자리에 쏙쏙 들어가 있다는 사실! 스마트폰의 전면을 보면 베젤(화면의 테두리)이 위치해 있는데, DDI는 이 베젤의 뒤쪽에 위치한다. 이 조그만 반도체 칩이 어떻게 일하냐에 따라 우리가 보는 화면의 해상도가 결정되는 만큼, 디스플레이에서 무척이나 중요한 존재다.

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MAP 2. DDI에겐 없어서는 안 되는 동료

디스플레이에 영상이 송출되는 과정을 살펴보자. 먼저 사용자가 터치 입력이나 리모컨 조작을 통해 기기를 컨트롤한다. 그럼, 이 명령을 받은 중앙처리장치(AP 또는 CPU)는 사용자가 명령한 내용을 신호로 처리해서 내보낸다. 이 신호는 PCB(회로기판)를 통해 DDI로 전달되고, DDI는 각각의 픽셀에 명령을 전송한다. 이때 DDI가 픽셀에 직접 명령을 내리는 것은 아니고, 디스플레이 패널 내에 ‘TFT(Thin Film Transistor)’라는 반도체 소자를 통한다.

‘TFT(Thin Film Transistor)’는 전류를 제어하며 전기 신호를 증폭하거나 스위치 역할을 하는 반도체 소자의 일종으로, ‘Thin Film Transistor’라는 이름처럼 매우 얇은 층(박막)으로 이루어져 있기에 전자가 더 빨리 이동하게 하며 전력 소비를 줄이고 높은 집적도를 제공한다. TFT는 DDI에 명령을 받아 빛의 삼원색인 RGB(Red, Green, Blue)를 표시하는 서브픽셀을 제어해 색을 표현한다. 비유하자면, DDI는 서브픽셀이 어떻게 움직여야 하는지 알려주는 ‘신호등’ 역할을 하고, TFT는 DDI의 신호를 바탕으로 서브픽셀이 수월하게 움직일 수 있도록 ‘교통 정리’ 역할을 한다고 볼 수 있다.

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MAP 3. DDI가 일하는 방법

DDI는 각 픽셀의 색상과 밝기를 조절하기 위해 TFT에 명령을 전달하는 과정에서 두 가지 방향으로 시그널을 보낸다. 가로 방향 시그널인 게이트 시그널(Gate Signal)을 통해 특정 라인을 ON 하면 해당 라인에 있는 픽셀들이 활성화되고, 세로 방향 시그널인 소스 시그널(Source Signal)을 통해 해당 라인의 서브 픽셀에 RGB 값을 제공한다. 이 과정이 반복되면서 전체 디스플레이에 이미지가 표시되는 것이다.

이때 디스플레이와 DDI 사이에는 ‘T-CON(Timing CONtroller)’이라는 중재자가 존재한다. T-CON은 디스플레이 패널과 DDI 간의 통신을 조절하고, 디스플레이 패널의 특성에 맞게 데이터양을 조절해 전송함으로써 화면의 정확성과 화질을 향상시킨다. 이러한 이유로 디스플레이 패널의 사이즈가 크거나 해상도가 높을수록 T-CON의 역할 역시 중요해진다.

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MAP 4. 디스플레이의 특성별 맞춤 DDI

DDI는 크게 2가지 유형으로 나뉜다. 작은 모바일 기기에 사용되는 ‘MDDI(Mobile Display Driver IC)’와 대형 디스플레이에 사용되는 ‘PDDI(PANEL Display Driver IC)’다. TV, 옥외 광고판 등의 대형 디스플레이에서는 여러 개의 DDI가 소스 IC, 게이트 IC, 파워 IC, 컨트롤 IC를 활용하여 구동된다. 반면에 스마트폰과 같은 작은 기기에서는 앞서 이야기한 모든 기능을 통합한 하나의 MDDI만을 활용한다. MDDI는 이러한 특성 덕분에 ‘모바일 원칩’이라 불리기도 한다.

더불어 터치 형식의 디스플레이에 활용되는 ‘TDDI(Touch Display Driver IC)’도 있다. 기존에 터치가 가능한 모바일 기기에는 터치 관련 칩과 디스플레이 관련 칩이 따로 존재했다. TDDI는 이 두 개의 칩을 하나로 통합한 것으로, 이를 활용하면 기기 내 여유 공간이 늘어나기 때문에 배터리 효율성이 높아지고, 모바일 기기의 두께도 더 얇아질 수 있다. 또한 인터페이스가 단순화되는 만큼, 터치 반응 속도도 빨라질 수 있다는 이점을 갖췄다.

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MAP 5. ‘이것’이 없다면 UHD도, 4K도 없다!

삼성전자 반도체는 저화소 영상도 깨끗한 화면으로 감상할 수 있도록 도와주는 특별한 기술을 지니고 있다. 바로 ‘업스케일링(Upscaling)’ 기술이다. 저화소 화면은 픽셀 수가 적기 때문에 인접한 픽셀 간의 색, 명도 차이가 커서 화면이 깨진 것처럼 보이게 된다. 이러한 저화소 화면을, 데이터양을 늘리는 알고리즘에 통과시켜 4k 화면과 비슷한 수준으로 만들어내는 것이 업스케일링 기술이다. 이를 활용하면 옛 모습이 담긴 오래된 영상도 선명하고 생생하게 확인할 수 있게 된다.

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MAP 6. 보다 생생하게, 더욱 얇고 가볍게! 끝없는 기술 개발의 여정

삼성전자 반도체는 실리콘 기판 위에 OLED와 DDI를 함께 집적하여 생산하는 기술인 OLEDoS(OLED on Silicon)도 개발 중이다. 해당 기술은 생산 과정의 간소화에 따라 생산 비용이 절감될뿐더러, 가벼우면서도 강성이 높은 실리콘을 활용하기 때문에 기존 유리 기판보다 가볍고 얇은 디스플레이를 구현할 수 있다. 또한, 좁은 면적에 더 세밀하고 많은 픽셀들을 구현하여 생동감 있는 증강현실(AR)·가상현실(VR) 기기용 디스플레이를 만들 수 있다.

수많은 픽셀을 진두지휘해서 화면을 송출하는 디스플레이의 핵심 반도체 ‘DDI’에 대해 보다 자세하게 알고 싶다면 인생맛칩 ‘DDI’ 편을 참고하길 바란다.

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현실과 차단된 가상의 공간을 만나다. 가상현실(VR)

가상현실(Virtual Reality, VR)은 디지털로 구현한 가상의 세계에서 실제 현실과 같은 경험을 할 수 있도록 만들어 주는 공간과 기술을 의미합니다. VR은 특수안경이나 기기 등으로 시야가 차단되기 때문에 현실과 분리된 상태에서의 가상의 세계를 보여주는데요. 가상의 공간만 보여지기 때문에 몰입도가 높다는 특징이 있습니다.

높은 몰입도를 자랑하는 VR은 1인칭 시점의 게임이나 영화 등의 엔터테인먼트에서 주로 적용됐지만, 최근에는 보다 더 다양한 분야로 확대되고 있습니다. 예를 들어, 자동차 업계에서는 VR을 통해 자동차의 다양한 기능부터 드라이브 테스트까지 경험할 수 있으며, 관광 업계에서는 관광지 및 숙박 시설을 미리 둘러 볼 수 있는 기회를 제공합니다. 이 밖에도 VR은 의료, 건축, 교육 분야 등에서 활용되고 있습니다.

현실 세계에서 가상의 이미지를 만나다. 증강현실(AR)

증강현실(Augmented Reality, AR)은 우리가 눈으로 보는 현실에 가상의 정보나 이미지를 합쳐서 보여주는 기술입니다. 현실 공간 위에 정보가 덧붙여 지는 방식이기 때문에 투명 글라스 혹은 스마트폰 카메라 등이 함께 사용되죠.

AR 기술이 적용된 대표적인 사례로는 전 세계적으로 인기를 끌었던 게임 ‘포켓몬 GO’와 삼성전자 갤럭시의 ‘AR두들’ 등이 있습니다. 갤럭시 노트10에 적용된 ‘AR두들’ 기능은 사진과 영상을 찍을 때 사용하는 공간 인식 기술을 이용해 피사체를 추적하고 이용자가 S펜으로 그린 이미지와 움직이는 피사체를 함께 보여주는 것으로, 현실의 이미지에 나만의 증강 현실 이미지를 생성 할 수 있습니다. 이 밖에도 AR 기술은 내비게이션 등에 적용돼 우리 현실에 필요한 정보를 제공해주고 있죠.

가상 현실과 증강 현실의 경계, 그리고 혼합 현실(MR)

가상현실(VR)과 증강현실(AR)의 개념을 살펴봤는데요. 비슷한 듯 다른 두 기술의 경계는 ‘현실과의 연속성’라는 것을 알아 차리셨나요?

VR은 현실과 완전히 단절된 상태에서 가상으로 만들어진 영상과 이미지를 경험하게 되며, 가상 세계의 몰입과 가상 객체와의 상호작용이 강조됩니다. 하지만 AR은 현실배경에 디지털 객체를 얹어 하나의 연결된 영상으로 표현되죠. 다시 말해 AR은 현실과 기술이 유기적으로 결합된 세계에서의 상호작용을 목표로 하는 기술이라고 할 수 있습니다.

VR은 몰입감, AR은 현실감이라는 장점을 가지고 있는데요. 이 두 장점을 결합해 사용자 경험을 극대화한 기술이 있습니다. 혼합현실(Mixed Reality, MR)이 그것이죠. MR은 현실 공간에 가상의 물체를 배치하거나 현실을 토대로 가상의 공간을 구성하는 기술입니다. 게임으로 예를 들면 일반 AR 게임은 가상 캐릭터의 영상이 실제 영상에 단순히 더해진 이미지일 뿐이지만, MR은 실제 영상에 보이는 사물의 깊이 및 형태를 측정해, 3D 형태로 가상 이미지가 더해져 보다 현실감 있게 가상 이미지를 볼 수 있게 되는 것이죠.

지금까지 다소 헷갈릴 수 있는 가상현실과 증강현실 기술에 대해 살펴봤습니다. 혼합현실을 넘어 더욱 발전할 리얼리티 기술은 미래에 우리에게 어떤 경험을 선사할지 기대됩니다.

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