디스플레이 제품을 더욱 완벽히 만들어 주는 시뮬레이션

모든 제품은 기획단계부터 다양한 시행착오를 거치며 완성됩니다. 그 중 실제 상황에서 발생할 결과를 예상하고 잠재적인 문제점을 사전에 분석하기 위해 사용하는 방법이 시뮬레이션입니다. 궁극의 디스플레이로 불리는 OLED TV도 이러한 시뮬레이션 과정을 통해 개발되었는데요. 오늘은 디스플레이 산업에서 광범위하게 사용되는 시뮬레이션에 대해 자세히 알아보겠습니다.


시뮬레이션은 무엇?

시뮬레이션(Simulation)은 어떠한 현상이나 사건을 컴퓨터로 모형화해 가상으로 수행시켜 봄으로써 실제 상황에서의 결과를 예측하는 것입니다. 이러한 시뮬레이션을 통하면, 비용과 시간이 절감되는 것은 물론 실제 상황에서는 할 수 없는 가상적인 시험도 가능해져 문제점을 사전에 발견, 예방할 수 있습니다.

기업에서 시뮬레이션을 활용하는 이유는 결국 인력, 비용 등을 절감하고 개발 효율을 증가시키기 위함입니다.

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시뮬레이션의 기본 프로세스

시뮬레이션은 일반적으로 6단계의 프로세스를 거치며 진행됩니다. 시뮬레이션 프로세스는 크게 기초 데이터 확보, modeling, boundary condition, meshing, solving, post processing 등으로 구분 됩니다.

시뮬레이션 프로세스

 

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① 기초 데이터 확보

기초 데이터 확보 과정에서는 측정 장치 구성을 통해, 시뮬레이션에 필요한 input/output 데이터를 확보합니다.

 

②Modeling

모델링 과정에서는 실제 제품을 컴퓨터 상의 이미지로 그리는 작업이 진행됩니다.

시뮬레이션 프로세스 - 모델링

 

③Meshing

Meshing 과정에서는 모델링 단계에서 그려진 제품을 시뮬레이션 계산을 위한 노드(node)로 분할하는 과정이 진행됩니다. 이 때, 노드를 많이 생성할수록 정확한 값을 얻을 수 있지만, 계산하는데 시간이 오래 소요되는 단점이 있습니다.

시뮬레이션 프로세스 - Meshing

 

④Solving

Solving 과정에서는 이론적으로 구성된 내용이 실제로 적용될 때 어떤 과정으로 나타날 지를 예측해 보고, 이를 다시 이론에 반영하는 과정을 반복하게 됩니다.

 

⑤Post Processing

시뮬레이션의 맨 마지막 단계에서는 계산된 값을 그래프나 도면으로 볼 수 있도록 구성해, 실제 측정 값과 비교하는 작업을 진행합니다.

시뮬레이션 프로세스 - Post Processing
<실제(좌)와 시뮬레이션(우) 비교>

 

LCD에 사용되는 시뮬레이션

앞서 살펴본 시뮬레이션은 디스플레이 산업에서 광범위하게 사용되고 있습니다. 가상의 패널 제작, 가상의 회로 제작, 가상의 기구 제작, 가상의 구조 해석, 가상의 광학 해석 등이 대표적입니다.

 

①패널(Panel) 시뮬레이션

시뮬레이션 과정은 RGB 서브 픽셀 디자인, 액정 거동(rubbing, 속성) 등에 사용되고 있습니다.

패널 시뮬레이션(Panel Simulation)

참고 사이트: http://www.sanayisystem.com/product/3d.asp

 

Optics 시뮬레이션으로 화면 색감, 시야각 및 휘도 등을 사전에 확인할 수 있습니다.

Optics Simulation

<시야각 색감차(왼), 시야각 투과율(가운데), 색좌표(우)>

참고 사이트: http://www.sanayisystem.com/product/3d.asp

 

뿐만 아니라 Backplane (TFT) 시뮬레이션으로 저항, Cap, 전류 등 전기적 특성을 사전에 이해할 수 있습니다.

Backplane Simulation

참고 사이트: http://www.silvaco.com/products/vwf/atlas/2D/tft/tft_br.html

 

②프로세스 시뮬레이션

시뮬레이션은 한편, 증착 공정에 사용돼 가스의 이동이나 입자의 움직임 등을 파악하게 도와줍니다. 증착 공정 시뮬레이션을 통해, 열역학과 동역학 상황을 예측해 볼 수 있습니다.

증착 공정 Simulation

참고 사이트: http://www.ansys.com/

 

③프로세스(Process) 시뮬레이션

프로세스 시뮬레이션 중 클린 룸(Clean Room) 시뮬레이션을 활용하면, 클린 룸 내에서 사람의 움직임에 따른 공기의 움직임을 파악할 수 있어, 이물을 효과적으로 제거 가능합니다.

 

④Mechanical 시뮬레이션

시뮬레이션을 낙하 테스트에 적용하면, 제품 낙하시 깨짐이나 변형 등에 대하여 사전에 파악할 수 있습니다.

 

⑤보드(Board) 시뮬레이션

PCB 보드(Board) 시뮬레이션을 진행하면, PCB 보드의 전기적, 자기적 특성에 대한 파악이 가능합니다.

보드 시뮬레이션

참고 사이트: http://www.ansys.com/

 

⑥광학(Optics) 시뮬레이션

백라이트(Backlight) 시뮬레이션을 진행하면, 백라이트의 균일도, 휘도, 효율, sheet 구성 등을 한 눈에 파악할 수 있습니다.

Backlight Simulation

참고 사이트: http://www.okmodern.com/sub2b2c3.php

 

OLED에 사용되는 시뮬레이션

OLED Simulation

시뮬레이션이 OLED에 적용되면, OLED의 구조, 물질에 따른 전기적 및 광학적 특성을 이해하는데 도움이 됩니다. 뿐만 아니라 모듈 단계에서 각층의 광흡수를 통한 전하 발생률을 계산(태양전지, 박막코팅)하고, 유기 소자의 내부 전기적 특성을 계산(OLED, 태양전지)하고, 박막의 내부에서 발생하는 빛에 대한 광학적 특성을 계산(OLED) 할 수 있습니다.


지금까지 시뮬레이션의 정의와 디스플레이 산업에 적용되고 있는 사례 등을 자세히 살펴 보았습니다. 물론, 시뮬레이션은 디스플레이 외 자동차, 항공, 모바일 등 다양한 산업에서 광범위하게 사용되고 있습니다. 분명한 점은 시뮬레이션 활용하면, 비용과 시간을 절감하면서 실제 상황에서의 결과를 정확히 예측할 수 있다는 사실입니다. 앞으로도 더욱 세밀한 시뮬레이션 과정을 통해 탄생할 LG디스플레이의 다양한 제품과 기술에 대해서도 많은 관심 부탁 드립니다.

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