반도체 내에서 화면이상 발생 원리

반도체/화면이상/구동원리

10년 전부터 반도체 공부를 하였지만, 쉽게 설명하는 영역은 아직 어렵다. '20년 4월에 노트북 화면에 화면이 상 발생하는 불량이 발생하였다. 설계 인원들과, 공장 내부에서 말하는 언어로는 도저히 이해가 가지 않았다. 그럼에도 불구하고 그대로 복사하여 위 상사에게 보고하니, 강한 Challenge를 당했다. 본인이 완벽하게 이해하지 못하고 설명하는 것 같다는 피드백과 함께 다시 공부하라고 하였다. 이슈를 접하면 그 순간만 피하고 싶지만, 앞으로 기록을 하여 머릿속에 남기고자 한다.

1.반도체 내에서 전류가 흐르는 원리

반도체는 바이폴라, MOSFET 등 다양한 존류가 있다. 디스플레이에서는 MOSFET을 일반적으로 많이 사용을 한다. 반도체 내에 전류의 흐름은 Source 층에서 Drain 층으로 이동을 보내서 전압을 만드는 것이다. 주의해야 할 점은 Source 층과 Drin 층은 금속으로 되어 있기 때문에 같이 붙어 있을 경우 전기적인 Short가 발생한다. 그래서 비금속 재질인(실리콘) passiviation이라는 절은 막을 넣어서 전류 흐름을 원활하게 해준다. 더불어 Gate은 역할은 스위치의 역할인데, 전기가 들어왔을 때 On 해주는 역할을 한다.

설계분들의 설명은 이렇지만, 전공자들도 이해하기 힘들다. 흔히 저수지 물에 빗대어서 설명을 많이 한다.

ⓘ Source은 제일 위쪽에 있는 물이라고 보면 된다.

② Gate은 물이 흐를 수 있도록 열어주는 스위치 장치라고 보면 된다.

③ Drain은 제일 아래쪽 양댕이에서 받아야 할 물이라고 보면 된다.

④ 전압은 ①의 양대이와 ②의 양대이의 위치 차이라고 보면 된다. 일반적으로 위치가 높을수록 물이 잘 빠져나간다. 그래서 전압 차가 크면 물의 흐름이 원활하다고 생각할 수 있다.

⑤ 전류는 물의 흐름이라고 보면 된다.

이런 식으로 쉽게 비유를 하여 설명을 하면 일반인도 쉽게 이해하기 쉽다. 그런데 반도체 원리를 명확하게 알아야 불량 메커니즘을 알 수 있다.

2. 디스플레이 화면에 Horizental로 화면 이상 발생하는 불량

반도체 원리를 알았다면 Horizental로 화면 이상이 발생하는 원인에 대해 확인을 해 보도록 하자. 먼저 설계에서는 문턱전압(Vth)가 이상한지에 대해 I-V Curve를 통해 확인을 하였다.

① 문턱 전압 : 게이트 전압을 인가하였을 때, Source와 Drin 사이에 전류가 흐리기

시작하는 게이트 전압이다.

② Ion : Pannel TR을 움직이기 위한 전류이다.

I-V 커브 확인 결과 Vth가 Postive Shift가 되었다. 쉽게 말을 하면 Vth 값이 올라가게 된 것이다.

Vth라는 문턱전압이 올라가면서 Ion 값이 낮아지게 된 것이다. Gate를 활성화시킬 수 있는 전압이 높아지니 Panel TR에 On 할 수 있는 전류가 낮아지는 것이다. 그럼 이런 현상이 문제가 되는 것이 무엇인가?

Vth 가 상승되었다는 것은 Panel을 구동시킬 수 있는 전류가 모자라서, 당길 수 있는 전류가 상승하게 된다. 그러 인해 전압도 같이 상승하게 된 것이다. 쉽게 말을 해야 V=IR 공식에 의해 저항은 변동이 없고 전류가 커지기 때문에 전압도 커진다. 그래서 순간적으로 높아진 전류의 영향으로 인해 화면 이상이 발생하는 것이다.

메커니즘은 이렇지만 고객들이 쉽게 이해하지 못한 부분이 하나 있었다. Ion의 개념과 당겨주는 전류에 대해 혼동이 생기는 것이다. 고객의 머릿속에는 V=IR로 인해 전류가 높아지면 전압도 높아지는 것이 맞지만, Ion이 떨어진다고 하니까 이해가 되지 않는다는 것이다. 나도 이 부분에서 이해가 되지 않아서 설계 엔지니어에게 5~6번 정도 설명을 듣고 난 후에 명확하게 이해를 할 수 있었다. 설계 엔지니어는 자신이 알고 있으니 상대방도 알고 있다고 착각을 하는 것이었다. 그러다 보니 두 가지 개념에 대해 구별하지 않고 설명이 진행이 되었다. 자 Horizeotal 불량 원인에 대해 쉽게 설명을 하면

① 열처리하는 온도가 낮아서 Vth 가 상승하게 된다.

② Vth 가 상승하게 되면 디스플레이할 수 있는 전류가 모 잘려서, 당겨주는 전류가 급격하게 상승하게 된다.

③ V=IR 공식에 의해 전류가 상승하게 되면 전압도 상승하게 된다.

④ 디스플레이는 화면 이 출력하는 현상이 발생하게 되고 Horizeltal 화면 이상이 발생한다.

이런 모든 원리에 대해 명확하게 이해를 해야 상대방을 쉽게 설득할 수 있다. 그럼에도 불구하고 아직 부족한 실력인지라 더욱 자세하게 공부를 진행을 통해 특성을 설명하도록 하겠다

참고 문헌 : 반도체 물성과 소자 (김광호, 최혁환 저자)