[TSP] 디스플레이 장치에 Direct bonding을 적용할 경우 광학적 개선효과 분석

디스플레이 장치에 Direct bonding을 적용할 경우 광학적 개선효과 분석

  필자는 2012년도에 국내 디스플레이 대기업인 S사와 함께 13.3”, 15.6”, 21.5”, 23.6”, 24.0” 등 다양한 개발모델을 가지고 대면적 다이렉트 본딩 기술을 개발한 경험을 가지고 있습니다. 그때의 기술은 OCA를 적용한 대면적 다이렉트 본딩기술로써 방법 자체로만 보았을 때 부착공정이 단순하고 공정속도 또한 빨라 대면적 디스플레이 장치에 최적화된 부착 방식이였습니다. 하지만 신뢰성 문제를 극복하지 못하고 상용화 되지 못하였습니다.

  최근에 다이렉트 본딩기술을 적용한 제품을 양산화 하는 프로젝트가 시작됨에 따라 다시 한번 기술을 분석하고 연구해 보려고 합니다.

◆ Direct Bonding 이란?

  터치스크린과 액정디스플레이가 하나로 결합된 장치를 제조하기 위한 접합기술의 명칭을 Direct bonding(다이렉트 본딩) 이라고 칭합니다. 동일한 의미로 Optical Bonding (옵티컬 본딩) / Full Lamination (풀 라미네이션) / Screen Fit (스크린 핏) 이라는 용어를 사용합니다.
  이 기술은 n개의 광학장치를 투명한 인덱스 매팅된 접착제로 상호 접합하는 기술로 1980년대에 CRT와 LCD 디스플레이 장치에 처음 사용된 기술입니다.  주로 고성능 제품을 요구하는 군사목적의 항공/우주 장치에 사용되었습니다. 최근에는 상업 및 공업용 장치에 적용되었고 아이폰, 겔럭시와 같은 스마트폰에도 사용되며 실생활에 다양한 용도로 사용되어 지고 있습니다.

◆ Direct Bonding 제품의 구조

  좌측 그림은 종래의 구조로 Touch Sensor와 Display Device 사이에 Air gap이 존재 하는 구조입니다. 최근에는 저가형 제품에 이러한 구조가 적용되고 있습니다.

  우측 그림은 Direct bonding된 종래의 구조에서 개선된 구조 입니다. 종래의 구조에서 Air gap 없이 OCA 또는 OCR로 Display Device와 밀착된 구조를 갖고 있습니다.

  

 ◆ Direct Bonding의 이점

- 야외 명암비 향상에 따른 시인성 향상

- 투과율 향상에 따른 소비전력 감소
- 디스플레이 장치의 강도 향상
- 터치센서와 디스플레이 장치 사이에 먼지 유입 방지
 

◆ Direct Bonding의 광학적 개선효과 분석

  Direct Bonding을 적용한 디스플레이 장치는 종래의 디스플레이 장치보다 광학적 특성이 개선되는 효과가 있습니다. 이는 명함비가 향상되고 투과율이 향상되는 이점 때문에 디스플레이 장치로써 매우 큰 효과라고 할 수 있습니다. 그렇다면 어떻게 광학적 특성이 개선되는지 이론적으로 설명하고 증명해 보고자 합니다.
  디스플레이 장치는 빛을 이용하여 사용자에게 정보를 전달해 주는 역활을 하는 장치 입니다. 따라서 그 장치를 이루는 여러 광학층들은 입사,반사,흡수,통과 등으로 그 특성을 나타낼 수 있습니다.

우리가 알 고 있는 매질 경계면에서 보존 법칙은 아래와 같습니다.

 ∴ ρ(Refectivity) + α(Absorptivity)+τ(Transmittivity) = 1 

  어느 투명한 Substrate에 입사된 광원은 투과되거나 반사 또는 열로 흡수되는 등 그 총양은 같다는 공식입니다. 디스플레이 장치를 가장 밝고 선명하게 만들기 위하여 투과율을 높여야 하는데 물질의 흡수율이 고정되어 있다 가정한다면 반사율을 낮출 수록 투과되는 양을 높일 수 있습니다. 반사율을 낮추는 방법으로는 Anti-reflection coat을 경계면에 형성하면 가능한데 이러한 방법은 Index matching 방법으로 정반사율을 결정하는 두 굴절율을 같게 만들면 정반사율을 0로 만들 수 있게 됩니다.

아래와 같이 Direct Bonding을 적용한 경우 광학적 개선효과에 대한 결과를 비교 계산하였다.

◆ 광학적 개선효과 분석 결과

  계산 결과를 보면 Air gap 보다 Direct Bonding이 광학적 특성이 우수하다는 것을 확인 할 수 있었다. 특히 전체 반사율 및 C/R(Contrast ratio)가 개선되는 것을 확인할 수 있다.
  여기서 또한가지 확인가능한 부분은 C/R이 화면 시인성을 가늠하는 절대적인 지표가 아니다. Air gap 상태일 때 태양광 아래에서 반사율은 1355nits이고 Direct Bonding 상태에서는 467.1nits이다. 그 차이가 분명하므로 C/R 만 보면 큰 차이가 없다. 따라서 C/R은 시인성을 판단하는 절대적 도구로 사용하면 안된다.

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