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MOSFET의 게이트와 소스 사이에는 Ciss 라 불리우는 기생 캐패시턴스가 존재합니다. 이로 인해 게이트와 소스 사이에 전압을 인가하면 돌입 전류가 발생합니다. 이를 방지하기 위해 게이트 직렬 저항을 연결하지만, 그에 따른 RC 지연 회로가 구성되어 FET의 온오프에 시간 지연이 발생합니다.
시간 지연을 줄이려면 저항 값을 낮추어야 하니, 역시 트레이드오프 관계가 발생하는데요. 이번 영상에서는 스위칭 주파수에 따라 발생하는 시간 지연을 측정해보고 회로 설계 시 어떤 부분에 주의를 해야하는지 다루었습니다.
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[디스플레이 톺아보기] ㉓ 디스플레이 드라이버 IC (DDI)
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- Author: 루드비크 전원회로 설계 연구소
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- Date Published: 2021. 4. 17.
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[디스플레이 톺아보기] ㉓ 디스플레이 드라이버 IC (DDI)
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Ⅰ. Display Driver IC란 무엇인가?
최근 디스플레이의 발전이 가속화 되면서 그에 따라 Driver IC와 같은 구동에 관련된 비메모리 반도체 산업도 동반 성장을 지속하고 있다. 한때 세계 디스플레이 구동 분야에서는 소수의 외국계 기업이 시장을 장악하고 있었다. 하지만 현재는 우리나라 기업들이 밤낮 없이 피땀 흘려 노력한 결과 오히려 토종 기업들의 디스플레이 구동용 비메모리 반도체를 해외의 패널기업이나 모듈기업에서 수입해 가는 역수출 현상까지 나오고 있다. 심지어 해외의 원천기술이 아닌 국내의 독자적인 기술을 이용해 뛰어난 성능의 구동 분야의 비메모리 반도체를 개발하는 수준에까지 이르렀다. 이처럼 디스플레이 구동이 디스플레이 산업의 ‘Cash Cow’ 역할을 충실히 해내고 있는 가운데 Display Driver IC에 대해 알아본다. Display Driver IC 개요 Display Driver IC(이하 DDI)는 디스플레이 패널의 구동에 필수적인 핵심 구성요소로 화면에 문자나 영상 이미지 등이 표시되도록 구동신호 및 데이터를 디스플레이 패널에 전기신호(Multi High Voltage Level 신호)로 제공하는 반도체(IC)로서, LCD·PDP·OLED 등 다양한 방식의 디스플레이 구동에 필요한 핵심 부품이다. 각종 전자 부품들과 함께 인쇄 회로 기판(PCB)상에 장착되어 디스플레이를 작동시키는데 패널의 크기나 표현하고자 하는 색상의 수에 따라 그만큼 분담하는 구동 칩의 숫자도 늘어나 보통 1개에서 수십 개까지 부착되며, 제조 공정은 크게 웨이퍼 설계 → 제조 → 범핑 → 패키징 → 출하 등의 과정으로 진행된다. DDI 중 디스플레이 시장에서 가장 많은 비중을 차지하고 있는 LCD에 사용되는 LCD Driver IC(이하 LDI)는 현재 휴대폰, PMP 같은 모바일 기기에 주로 채용되는 중소형 LDI와 데스크톱 모니터, 노트북 모니터, 디지털 TV 등에 채용되는 대형 LDI 등으로 나눠 볼 수 있다. 또 LCD 패널의 종류에 따라 TN(Twisted Nematic)-LCD, STN(Super Twisted Nematic)-LCD, TFT(Thin Film Transistor)-LCD용 등으로 다르며, QQVGA(160×120), QCIF(176×144), QCIF+(176×200), QVGA(320×240), CIF(352×288), VGA(640×480), XGA(1,024×768) 등 해상도에 따라 크기와 회로 구성이 다르다. 이 밖에도 DDI를 패키징 기술에 따라 TAB(Tape Automated Bonding), CoF(Chip on Film), CoG(Chip on Glass) 등으로 나눌 수 있다.
한편 최근 새롭게 부상하고 있는 OLED에 사용되는 OLED Driver IC는 PM(Passive Matrix)OLED와 AM(Active Matrix)OLED용 패널에 따라 구동방식에 차이가 있다. PMOLED Driver IC는 OLED 패널의 Scan(Row) Driver와 Data(Column) Driver의 양단에 전류를 흘려 해당 화소가 발광하도록 하는 것으로 이때 흐르는 전류량을 조절하여 빛의 밝기를 결정한다. AMOLED Driver IC는 패널이 각 화소마다 박막트랜지스터와 데이터를 저장할 수 있는 커패시터가 있어 화소의 그레이별 필요전류를 지속적으로 흘려줄 수 있어서 PMOLED Driver IC에 비해 낮은 소비전력과 패널의 장수명화 등에 장점이 있다. Display Driver IC의 구성 DDI는 Source Driver IC, Gate Driver IC, Graphic RAM, Power Generation Circuits 등으로 구성되고, 이들은 QQVGA, QCIF, QCIF+, QVGA, CIF, VGA, XGA 등의 해상도를 가진다. Source Driver IC는 TFT의 Source 전극을 구동하는 역할을 한다. 그리고 Data 신호배선을 구동하기 때문에 Data Driver IC라고도 한다. Gate Driver IC에 의해 TFT가 on 상태가 되면 Source Driver IC는 Digital화 된 화상 Data를 화소전압으로 변경하여 액정에 신호전압을 인가하는 역할을 한다.
Gate Driver IC는 TFT의 Gate 전극을 구동한다. TFT-Array의 Gate 신호배선을 선택하여 Scan 주사신호를 발생하는 역할을 한다. Gate Driver IC가 주사선을 선택하여 Scan Pulse를 인가하여 TFT를 on 상태가 되면 Source Driver IC는 Data 각각의 신호배선을 통하여 액정 Cell에 신호전압을 인가하는 역할을 한다.
Graphic RAM은 Source Drive에 입력되는 Display Pattern Data를 저장하는 RAM으로서 GRAM이라고도 한다. READ, WRITE 동작 외에 Source Driver로 data를 보내는 Line READ기능을 가진다. 26만 Color를 표현하는 QVGA인 경우 240×3 (RGB)×320×18 bit의 Data를 저장하는 크기를 갖는다.
Power Generating Circuits은 크게 DC/DC Charge Pump와 주변회로로 나누어진다. DC/DC Charge Pump는 Liquid Crystal을 구동하기 위한 전압을 생성하여 Source Drive IC와 Gate Driver IC에 전압을 공급한다. 그리고 Oscillator, 분주회로, Reference Voltage 생성회로 등이 주변회로를 구성한다. System Interface와 Timing Controller System Interface는 구동 시스템으로부터 입력되는 디스플레이 데이터와 동기 신호를 전송 매체를 통해 Timing Controller로 전달시키는 방식이다. Timing Controller는 System Interface를 통해 입력되는 영상신호를 Source Driver IC 및 Gate Driver IC가 패널을 구동 할 수 있도록 각종 제어 신호 및 데이터를 생성하는 역할을 하는 디스플레이 패널의 최초 이미지 구동용 칩이다. 한 예로 System Interface의 한 종류인 LVDS 방식을 이용하면 리시버 및 EMI 필터가 전송 매체에 해당하며 TTL/CMOS Interface인 경우 EMI 필터만으로 구성된다. LVDS 및 Timing Controller를 일체화하여 사용할 때도 있다. 즉 System Interface는 전송 매체를 이용하여 구동 시스템과 디스플레이 간의 신호 및 전원 등을 각각의 방식에 따라 전달하는 역할을 하는 것으로 종류에는 대형 LCD에 주로 사용되는 LVDS, RSDS, mini-LVDS, PPDS, TLDS와 주로 모바일용 LCD에 사용되는 MDDI, MIPI, CDP 등의 여러 가지 방식이 있다.
LVDS(Low Voltage Differential Signaling)는 고속 데이터 전송을 위한 일반적인 Interface이다. 저전압 신호를 이용한 LVDS 기술은 빠른 비트율과 낮은 전력소모, 그리고 우수한 노이즈 특성 등으로 최근 고해상 디스플레이 분야에서 빠르게 시장을 확대해 나가고 있다.
RSDS(Reduced Swing Differential Signaling)는 전력 소모를 줄일 수 있고 EMI를 최소화한다. 따라서 TFT-LCD 패널 생산 공정을 간단히 할 수 있고, 생산 비용을 낮출 수 있다
LVDS나 RSDS가 기존의 TTL 방식에서 단지 신호의 스윙크기만 줄였기 때문에 EMI 측면과 약간의 전송 속도만 개선되었다. 하지만 mini-LVDS는 전압 스윙 크기를 더욱 줄였으며, 새로운 구조의 데이터 변조를 통해 전송 선의 개수를 줄여 전체 칩의 전류 소모량 및 EMI 특성을 크게 향상시킨 획기적인 방식이다. PPDS(Point-to-Point Differential Signaling)는 드랍 방식의 전류 구동 기술로 소스 드라이버 IC의 신호를 대폭 줄일 수 있으며, 내부 패널의 연결과 PCB 설계를 간소화, 소형화 할 수 있다. National Semiconductor가 원천기술을 가지고 있으며, 최근 국내외 몇몇 기업에서 IP 계약을 맺고 연구 중에 있다.
TLDS(Ternary Lines Differential Signaling)는 국내 기업인 TLI에서 새롭게 개발한 직렬 데이터 전송 기술로 기존 LCD 패널에서의 데이터 처리속도를 약 30% 향상시킬 수 있다. 기존의 LCD 패널 신호처리 방식을 2선 1채널 방식이 아닌 3선 1채널 형태로 구성해 다른 신호전송 방식에 비해 높은 데이터 전송률을 제공하는 것이 특징이다.
MDDI(Mobile Display Digital Interface)는 퀄컴의 대표 기술로 휴대폰 모뎀과 LCD 간의 데이터 전송방식을 병렬에서 직렬로 전환하는 기술이다. 주로 모바일용 LCD 및 고화질 카메라폰의 대용량 데이터를 고속으로 전송할 수 있게 한다. 특히 Host와 Client 간의 연결수를 대폭 감소시키고 신호가 차동 방식이어서 EMI 노이즈 등의 문제를 해결할 수 있다. Display Driver IC
Packaging Technology DDI Packaging 기술은 DDI를 기판에 본딩(Bonding)하는 것으로 일반적으로 접착기술은 Wireless공법을 중심으로 TAB, CoF, CoG 등으로 통용되어 발전하고 있다. TAB기술은 한 장의 기판상에 복수의 집적회로 소자를 고밀도로 탑재, 소자 상호 간의 배선길이를 최대한 짧게 하기 위해 Multi Chip Packaging에서 많이 활용되는 기술이다. TAB Package는 보다 경박단소를 추구하기 위해 기존의 반도체 조립기술보다 더욱 정교한 기술을 요하는 첨단형 제품으로 벽걸이형 TV, 노트북PC 및 카내비게이션 등 각종 OA 및 민생용 기기의 액정화면을 구동시켜주는 초박형 반도체 소자로 그 응용분야를 넓혀가고 있다.
CoF는 통신기기 분야에서의 경박단소화를 위한 급격한 추세와 함께 LDI에서도 이에 대응하기 위해 CoF와 같은 새로운 형태의 패키지가 등장하기 시작하여 앞으로 시장규모에 있어서 더욱 확대될 것으로 예상하고 있다. 기존형태의 TAB를 CoF로 대체 전환함에 따라 경박단소화를 통한 휴대의 용이성 및 Fine Pitch에 의한 Chip Pad Pitch의 감소와 이에 따른 IC 비용절감으로 경쟁력 우위의 제품개발이 가능하고, Tape Carrier의 제작기간 단축 및 주변부품을 탑재함으로써 실장업체의 작업공정 단순화를 꾀할 수 있다.
한편 최근 삼성전자에서는 고해상도이면서 대형 LCD TV용 DDI를 위한 ‘방열 패키지인 TECoF(Thermally Enhanced Chip on Film)를 세계 최초로 개발했다. 최근 고해상도·고기능성 제품이 많아짐에 따라 LCD TV는 대형화·고해상도화·고속동영상을 위한 동장 주파수 증가(60 Hz → 120 Hz), DDI의 멀티채널화 등의 이유로 DDI의 온도가 상승하면서 수명이 저하되는 문제점을 드러냈다. 이번 방열 패키지는 발열 문제를 해결하기 위해 기존 CoF에 열전도도가 높은 박막 메탈테이프를 부착하는 방식을 사용 CoF 대비 20% 이상의 방열 효과가 있다.
CoG는 평판디스플레이 제조시 TAB방식으로 LCD패널 및 패키징 된 DDI 등 반도체를 실장해 온 기존 방식과 달리 웨이퍼에서 절단한 플립칩을 유리기판 위에 직접 실장하는 기술을 말한다. 다시 말해 LCD 전극에 DDI를 직접 부착하는 작업으로 LCD 전극에 ACF(이방성도전접착제, Anisotrofic Conductive Film)부착하고 가압하여 IC의 범프(Bump)와 LCD의 전극이 맞닿게 하는 방식이다.
드라이버 IC 공급 부족, TV 대형화에도 영향
‘수급 빡빡’ 드라이버 IC, TV·모니터 패널에 혼용
“패널 업체, 모니터 및 대형 TV 패널 선호” 풀이
LG전자 ‘LG 나노셀 TV'(65NANO87)
디스플레이 구동에 필요한 칩인 ‘드라이버 IC’ 공급 부족이 TV 패널 대형화에도 영향을 미쳤다는 분석이 나왔다. TV용 드라이버 IC는 모니터에도 사용할 수 있는데, 패널 업체가 수익성 제고 차원에서 모니터 패널을 택하는 경우가 많았다.
18일 업계에 따르면 지난해 하반기 주요 패널 업체 사이에서 TV 패널보다 모니터 패널, TV 패널 중에선 대형 제품을 선호하는 경향이 두드러졌다.
TV 패널과 모니터 패널은 같은 세대 라인에서 생산하는 경우가 많다. 지난해 하반기 모니터 패널 수요가 큰 폭으로 증가하자 패널 업체는 TV 패널보다 모니터 패널을 우선 생산했다. 모니터 패널 수익성이 TV 패널보다 높다.
드라이버 IC 공급 부족도 이러한 결정에 영향을 미쳤다. TV용 드라이버 IC는 모니터 제품에도 사용할 수 있다. 드라이버 IC 공급 부족이 이어지자 패널 업체는 드라이버 IC를 모니터에 먼저 사용하고 TV 패널은 대형 제품 위주로 생산했다.
시장조사업체 트렌드포스에 따르면 지난해 하반기 65인치 이상 TV 출하량은 23.4%, 70인치 이상 TV 출하량은 47.8% 급성장했다. 하지만 지난체 전체 TV 출하량은 2억1700만대로 전년비 0.3% 줄었다. 모니터 등 다른 IT 제품 패널은 생산량이 전년비 큰 폭으로 증가했지만 TV 패널 출하량은 대형 제품 위주로 늘어나는 데 그쳤다. 드라이버 IC 공급 부족으로 지난해 4분기 예정했던 TV 출하 일정이 뒤로 밀렸다고 트렌드포스는 풀이했다.
지난해 하반기 코로나19 지속으로 ‘집콕’ 문화가 확산하며 전자제품 수요가 늘었지만 TV 패널 수익성이 여전히 낮았기 때문에 패널 업체가 LCD TV 패널은 대형화로 대응했다.
올해 상반기도 LCD 패널 수급 상황은 여의치 않다. 여전히 드라이버 IC 공급 부족이 이어져 LCD 패널 수급이 빡빡할 전망이다. 지난달 10일 발생한 일본전기초자(日本電気硝子·NEG)의 일본 타카쓰키 사업장 정전 등으로 LCD 패널 생산에 필요한 유리기판 공급도 차질을 빚을 가능성이 크다. 이곳 생산시설을 복구하고 공장을 재가동하려면 1분기는 지나야 할 전망이다.
지난해 하반기 빡빡했던 LCD TV 패널 수급 상황은 패널 공급량이 줄고 수요가 예상을 웃돈 결과였다. 지난해 상반기 전망과 달리 LCD TV 패널 확보가 차질을 빚을 것으로 예상되자 삼성전자와 LG전자는 각각 삼성디스플레이와 LG디스플레이에 LCD TV 패널 생산 연장을 요청했다. 현재 중국 패널 업체는 8.5세대 TV 패널 생산라인을 IT 패널용으로 전환 중이고, 앞으로 10.5세대 라인에서 LCD TV 패널 생산량을 늘릴 예정이다. TV 패널 생산량이 늘면 패널 가격은 하락할 수 있다.
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드라이버 및 컨트롤러 IC
드라이버/컨트롤러IC는 전기 회로 또는 다른 전자 구성 요소 와 같은 고전력 같은 다른 회로 또는 부품, 제어하는 데 사용되는 트랜지스터 , 액정 디스플레이 (LCD)를, 수많은 다른. 이들은 일반적으로 회로를 통해 흐르는 전류를 조절하거나 다른 구성 요소, 회로의 일부 소자와 같은 다른 요소를 제어하는 데 사용됩니다. 이 용어는 예를 들어 스위치 모드 전력 변환기의 고전력 스위치 를 제어 하는 특수 집적 회로에 자주 사용됩니다 . 증폭기는 또한 용 드라이버로 간주 될 수 확성기 또는 전압 조정기 의 입력을 넓은 범위에서 동작하는 연결 요소 유지 전압 . 일반적으로 회로의 드라이버 스테이지는 다른 회로 스테이지와 다른 특성을 필요로합니다. 예를 들어, 트랜지스터 전력 증폭기 회로에서, 통상적으로 구동기 회로는 왜곡을 피하거나 최소화하기 위해 전류 이득, 종종 다음의 트랜지스터베이스를 신속하게 방전하는 능력 및 낮은 출력 임피던스를 필요로한다.
드라이버 및 컨트롤러 IC 종류 및 성명
[디스플레이] “Display Driver IC, DDI에 대해서 설명해보세요
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오늘은 디스플레이 드라이버 IC (DDI)에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
디스플레이 패널은 이미지와 영상을 통해 우리에게 다양한 정보를 전달해줍니다. DDI는 디스플레이 패널에 화면을 구현하기 위한 필수 부품입니다.
[질문 1]. Display Driver IC, DDI에 대해서 설명해보세요.Display Driver IC, DDI는 디스플레이 구동칩으로서 LCD, OLED 등의 디스플레이를 구성하고 있는 수많은 픽셀들을 구동하는데 필요한 반도체 칩입니다. 터치나 리모컨을 통해 기기에 명령 신호가 들어오면 AP 또는 CPU와 같은 중앙처리장치에서 사용자가 명령한 내용을 신호로 처리해서 PCB 기판을 거쳐 DDI를 통해 패널에 전달됩니다. 이때 DDI는 디스플레이 패널 안에 있는 Thin Film Transistor, TFT 박막트랜지스터를 통해 픽셀을 제어합니다.
출처 : 삼성디스플레이 뉴스룸 Display의 pixel은 빛의 삼원색인 R,G,B를 표시하는 Sub-pixel로 구성되어 있습니다. 위의 그림과 같이 이러한 서브픽셀들을 직접적으로 제어하는 것이 TFT 입니다. 그리고 TFT에 직접적으로 신호를 전달해서 최종적으로 서브픽셀들을 제어하는 것이 바로 Display Driver IC, DDI입니다. DDI는 중앙처리장치, AP와 디스플레이 패널 사이의 신호를 전달해주는 중간다리 역할을 하며 다채로운 영상정보를 제공하는데 있어 중요한 기능을 합니다.
*Source DDI : 3~5V의 저전압의 입력신호를 받아 액정 구동전압 Level(8-17V)의 출력신호를 만들어냅니다.
*Gate DDI : 3~5V의 디지털 입력신호를 받아 고전압(30-50V)의 on/off 구동 신호를 만들어냅니다.
[꼬리 1-1]. Display Driver IC, DDI의 구성과 동작원리에 대해서 설명하세요.DDI는 Gate IC와 Source IC로 구성되어 있습니다. Gate IC는 TFT의 Gate 전극을 구동하며, TFT에 신호를 전달하여 서브픽셀들의 on/off 스위치 역할을 담당합니다. Source IC는 TFT의 Source 전극을 구동하며, 서브픽셀들이 표현할 색상의 차이를 만들어냅니다. Source IC / Gate IC에서 전압차를 이용해 전류를 TFT에 흘려줌으로써 각각의 서브픽셀들을 구동시킬 수 있습니다.
출처 : 삼성디스플레이 뉴스룸
[꼬리 1-2]. Display Driver IC, DDI의 종류에 대해서 설명하세요.Display Driver IC, DDI의 종류는 크게 모바일 DDI인 MDDI(Mobile DDI)와 태브릿이나 스마트 TV 등 중형 가전에 들어가는 패널 DDI, PDDI(Panel DDI)로 구분됩니다. MDDI는 모바일용으로 스마트폰에 통합된 1개의 DDI가 탑재됩니다. MDDI는 Gate, Source, Power/Memory 기능이 모두 들어간 1chip SoC가 12인치 공정을 통해 만들어집니다. PDDI는 중대형 DDI로 여러개의 DDI가 상단, 측면의 베젤에 위치하게 됩니다. 그리고 PDDI는 PDDI와 디스플레이 사이에서 중재 역할을 하는 T-CON (Timing Controller)가 필요합니다. DDI를 부착하는 방식에 따라 Chip on Glass, COG와 Chip on Film, COF 기술이 있으며, COG는 Glass 기판에 바로 붙이는 방식이고, COF는 Flexible 화면에 필름을 덧대 붙이는 방식입니다.
[세부설명]디스플레이는 위와 같이 구성되어 있습니다. 패널을 기준으로 각 픽셀을 선택해주는 Display Driver IC, DDI가 있습니다. DDI는 X축 방향의 Source DDI와 Y축 방향의 Gate DDI가 있습니다. Gate DDI는 서브픽셀의 on/off 스위치 신호를 전달합니다. Source DDI는 서브픽셀들이 표현할 색상의 차이를 만들어내는 신호를 전달합니다. T-CON은 Timing Controller로 이들을 순차적으로 on/off 시켜주는 신호를 보내주는 역할을 합니다. 그리고 각각의 IC에 전원을 공급하는 Power Management IC, PMIC인 DC-DC Converter가 위치합니다.
Gate DDI는 40-50V, Source DDI는 ~18V, T-CON은 순수 로직공정이기에 ~5V가 요구됩니다. 그리고 2가지의 DDI와 T-CON에 전압을 제공하는 PMIC는 ~50V 미만의 High voltage를 제공하기에 높은 전압에서도 device performance의 신뢰성을 가지도록 설계해야 합니다.
Mobile DDI, MDDI는 Pannel DDI, PDDI와 달리 작은 디스플레이를 구동해야 하기 때문에, Gate DDI, Source DDI 그리고 T-CON이 1개의 DDI로 통합된 DDI를 사용합니다. 즉, MDDI는 로직공정부터 ~40V까지 1개의 공정에서 모두 지원이 되는 공정을 사용해야 합니다. Mobile DDI는 DDI와 T-CON이 결홥된 SoC이기 때문에 T-CON 기준의 로직 공정을 사용합니다. TV와 IT용 DDI들은 8인치 레거시 공정에서 생산하고 T-CON은 별도로 12인치 로직공정을 사용합니다. MDDI는 T-CON이 포함된 통합 DDI이기 때문에 무조건 12인치 공정에서 생산합니다. PMIC 또한 8인치 공정을 이용하며, SoC 형태일 때만 12인치 공정을 사용합니다.
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