뉴스 속 낯선 반도체 용어들, 꼭 어려운 사전에서만 확인해야 할까?
반도Chat과 함께라면 잠깐의 출퇴근 시간 동안에도 손쉽게 반도체를 이해할 수 있다. 지금 바로 13개의 ‘반도Chat’ 에피소드를 돌아보며, 다시 한번 반도체 세계 속으로 떠나보자!

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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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‘저화질 영상이요? 있었는데요. 없었습니다.’

언제 어디서나 끊김 없이 고화질 영상을 편안하게 즐기는 사람들. 무슨 특별한 비결이 있는 걸까요? 오늘의 인생맛칩 목적지는 생동감 가득한 화면을 구현하는 DDI 맛집입니다.

DDI는 디스플레이 드라이버 IC(Display Driver IC)를 뜻하는 용어입니다. 스마트폰, TV, 태블릿 등의 화면을 통해 보이는 모든 화소를 선명하게 표현하는 것이 특징이죠. 삼성전자 반도체 DDI는 데이터양을 늘리는 알고리즘으로 저화소의 화면도 더 선명하게 변경해주는 업스케일링 기술을 통해 저화질 영상도 깨끗한 화면으로 감상할 수 있도록 도와줍니다.

이대로라면 추억 속에만 남겨두었던 옛날 영상들까지 생생한 화질로 감상할 수 있지 않을까요? 꿈꿔왔던 DDI 기술의 모든 것, 지금 바로 영상을 통해 확인해보세요!

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■ 휴대전화, PC, TV 등 디스플레이의 핵심 반도체 DDI

먼저 DDI를 간단히 알아볼까요? 겉으로 드러나진 않지만 DDI는 우리가 갖고 다니는 휴대전화에도, PC와 TV 속에도 있습니다. 정확히는 화면(디스플레이) 가장자리, 케이스로 덮인 곳에 살짝 숨어 있죠.

DDI는 디스플레이를 구성하는 화소를 조절해 색상을 나타내도록 해주는 부품입니다. 즉 전달받은 디지털 신호를 RGB 아날로그 값으로 전환해 디스플레이에 전달해 주는 회로라고 할 수 있죠. 나날이 해상도가 높아지는 전자제품의 디스플레이. DDI가 없다면 지금과 같은 디스플레이도 없다는 사실!

삼성전자 DDI는 2002년부터 세계 시장에서 품질을 인정받으며 부동의 1위를 차지하고 있는데요. 1등의 비결은 간단합니다. 빠르게 변하는 고객의 요구에 신속하게 대응하면서, 누구보다 먼저 좋은 기술을 개발한 덕입니다. 삼성전자 개발한 고속 인터페이스 기술, 저전력·박막 기술 등은 세계 시장을 제패하는 원동력이라 할 수 있습니다.

황규철 상무(팀장) / S.LSI사업부

“DDI 시장은 최근 몇 년간 스마트폰, UHD TV가 보급되면서 급격히 성장했습니다. 매년 더 좋은 해상도, 크기, 기능을 갖춘 디스플레이가 출시되는 만큼 DDI 역시 진화를 거듭해왔는데요. 특히 올해는 커브드 TV와 웨어러블 제품이 출시되면서 ‘플렉서블(휘어지는) 디스플레이’라는 도전을 받았습니다. 이에 맞춰 DDI도 다양한 기술 진화를 이뤄 냈습니다.”

■ 이들이 없으면 UHD TV도 없다, Panel DDI, T-CON

DDI 주력 제품은 크게 세 가지입니다. 스마트폰에 들어가는 Mobile DDI(MDDI), 태블릿이나 스마트 TV 등 중대형 전자제품에 들어가는 Panel DDI(PDDI), 그리고 DDI와 디스플레이 사이에서 중재 역할을 하는 T-CON(Timing CONtroller)입니다. 먼저 PDDI 개발 담당자들을 찾아 실험실을 찾았는데요. IC 특성 평가를 하고 있는 엔지니어들 사이에서 강상구 선임을 만났습니다.

강상구 선임 / S.LSI 사업부

“지금 보시는 패널이 65인치 TV 디스플레이 패널입니다. DDI는 가장자리에 붙어 있어요. 저희가 생산하는 제품은 소스 드라이버 IC, 게이트 드라이버 IC로 나뉩니다. 가로 방향으로 데이터를 전송하는 게이트 IC, 세로 방향의 소스 IC가 여러 개 설치돼 있죠. 이 두 가지가 다 있어야 LCD 패널이 구동됩니다.”

PCB(인쇄 회로 기판) 중간에 얇고 편평한 부품이 하나 보이는데요. 이것은 입력된 화상 정보를 DDI에서 필요로 하는 신호로 변환시키는 T-CON입니다. 즉 입력 데이터 정보로부터 DDI의 게이트, 소스 신호를 조정하는 역할을 하죠. 과거에는 해상도 낮은 T-CON 여러 개가 모여 큰 해상도를 지원했는데요. 이젠 삼성전자 기술로 제작한 UHD T-CON 하나로 높은 해상도를 지원한다고 하네요.

김종선 상무 / S.LSI 사업부

“UHD TV에 들어가는 T-CON을 개발하면서 우여곡절이 많았습니다. TV사업의 사활을 건다는 생각으로 팀원들과 밤낮 없이 개발했는데, 양산 직전에 내부 테스트 환경에서는 없던 문제가 발견된 거죠. 팀원들과 혼연일체가 되어 문제를 해결했습니다. 덕분에 UHD 이상 고해상도 T-CON 제품의 완성도를 높이는 계기가 됐죠.”

치열했던 개발 과정 덕분일까요? 전세계 축구 축제가 진행되는 요즘, 김종선 상무와 팀원들은 TV에서 UHD TV 광고를 볼 때마다 감회가 새롭다고 합니다.

■ 멀티 플레이어, Mobile DDI

Mobile DDI는 스마트폰 등 소형 전자제품에 들어가는 DDI입니다. Panel DDI와는 달리 한 개가 부착돼 있는데요. 여러 샘플 중에서 하나를 골라 든 김병하 수석이 설명을 시작합니다.

김병하 수석 / S.LSI사업부

“TV는 패널이 크니까 소스 IC, 게이트 IC가 여러 개 있고, 그걸 구동시켜주는 파워 IC, 제어하는 컨트롤 IC가 따로 있습니다. 모바일 DDI에는 지금 말씀 드린 기능이 모두 들어갑니다. 여기 길고 얇은 DDI가 보이시나요? 모바일 원 칩이라고도 한답니다.”

그러고 보니 DDI를 부착한 방식이 조금 다른데요. 유리 기판에 바로 붙인 DDI는 COG(Chip On Glass), 유연하게 구부러지는 화면에 필름을 덧대 붙이는 DDI는 COF(Chip On Film) 라고 합니다. 이는 Mobile DDI뿐 아니라 Panel DDI에도 공통적으로 적용되는 패키지 기술입니다.

이렇게 설명하니 조금 헷갈리시죠? 딱 하나만 알아두면 됩니다. 바로 플렉서블 디스플레이 기술에 맞춰 진화한 방식이 COF, 즉 필름을 이용한 겁니다. 화면이 구부러져도 DDI가 안정적으로 탑재되도록 고안해낸 방식입니다.

DDI는 사업 초기부터 시장 선도자의 위치를 굳건히 지켜 온 제품입니다. 그만큼 1등으로서의 자존심이 느껴지는데요. 마라톤에서 선두를 유지하는 주자가 기록 단축을 위해 스퍼트를 올리듯, 세계 최고 제품을 더 진화시키기 위해 내일을 준비하는 철저함 덕분에 DDI의 오늘이 있습니다.

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DDI
[Display Driver IC, 디스플레이 구동칩]

TFT LCD(초박막 액정표시 장치), PDP(플라즈마 디스플레이 패널) 등 디스플레이를 구동하는 IC 칩.

디스플레이 하나의 화소에는 빛의 삼원색인 적녹청(RGB)를 표시하는 부화소가 3개씩 있다. 이 부화소마다 하나의 트랜지스터가 설계되어 있는데 DDI는 바로 이 트랜지스터를 조종하는 역할을 한다.

DDI는 온오프(On&Off) 기능을 갖고 부화소(RGB)의 게이트를 제어하는 게이트IC와 부화소(RGB)의 영상신호를 조절하여 색상의 차이를 만드는 소스IC로 구성되어 있다. 

이러한 DDI는 크기와 용도에 따라 Panel DDI와 Mobile DDI로 나눌 수 있다.

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