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옥사이드(Oxide)는 디스플레이 TFT(박막트랜지스터) 기술 중 하나입니다. TFT는 반도체 재료와 물성에 따라 아몰퍼스실리콘(a-Si), LTPS, 옥사이드 등으로 나뉘며, 옥사이드 TFT 역시 스위치 및 픽셀의 밝기를 조절하는 용도로 사용됩니다. ‘인듐-갈륨-아연(In-Ga-Zn)’을 재료로 공정 과정에서 반도체 특성을 갖는 산화물(In-Ga-Zn-Oxygen)’로 만들기 때문에 ‘산화물’을 뜻하는 옥사이드(Oxide) TFT라고 부릅니다. 옥사이드는 아몰퍼스실리콘(a-Si)과 마찬가지로 비정질 형태의 TFT입니다. 하지만 아몰퍼스실리콘(a-Si) TFT에 비해 전자의 이동속도가 10배 가량 빠르기 때문에, 상대적으로 고해상도 디스플레이 구현에 유리합니다. 이동속도가 빠르기 때문에 TFT 회로의 집적화에도 유리해, 공간 활용도가 높아지고 베젤을 더 얇게 만들 수 있습니다. LTPS(Low Temperature Poly-Silicon, 저온다결정실리콘)에 비해 전자이동도는 느리지만, 기존 a-Si의 공정 설비를 상당부분 그대로 사용할 수 있어, 생산 비용 측면에서 상대적 우위를 갖습니다. 또 LTPS와 달리 레이저 결정화(ELA) 공정을 사용하지 않아, 결정화 공정에 따른 크기 제약이 없고, 비정질이기에 균일성이 우수해 TV와 같은 대형 사이즈 디스플레이에 적합합니다.

LTPS(저온 다결정 실리콘)는 디스플레이의 픽셀의 밝기를 조절하는 TFT의 한 종류로 a-Si(비정질 실리콘)의 특성을 변화시켜 전자의 이동 성능을 높인 TFT입니다. 현재 디스플레이용 TFT는 소자 특성에 따라 크게 a-Si과 LTPS이 사용됩니다. a-Si은 ‘Amorphous Silicon’의 약자로 ‘정해진 형태가 없는 (비정질)실리콘’이며, LTPS 는 ‘Low-Temperature Polycrystalline Silicon’의 약자로 ‘저온 다결정 실리콘’이라는 뜻입니다. 레이저를 이용해 a-Si에 열처리를 하면 a-Si 실리콘이 재결정화 돼 다결정 실리콘으로 변하며, 이때 만들어진 다결정 실리콘을 LTPS라고 부릅니다. TFT는 전류가 잘 흐를수록, 즉, 전자의 이동성이 높을수록 성능이 우수합니다. 따라서 전자 이동에 가장 이상적인 형태인 단결정 실리콘(Single Crystal Silicon)과 유사한 형태로 만들기 위해 무질서한 형태의 a-Si을 재결정화 해 질서정연한 단결정 실리콘 형태의 영역들이 생기도록 함으로써 성능과 효율을 높입니다. 따라서 전자가 각 영역의 경계선을 넘을 때는 속도가 느려지지만, 단결정 영역 안으로 들어오면 단결정 실리콘과 유사한 빠른 이동 성능을 발휘합니다. 전자의 이동이 빠르면 TFT 회로의 동작을 빠르게 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 고속도로가 일반도로보다 차량을 빨리 보낼 수 있듯이, 단시간에 원하는 전류량을 충분히 보내줄수 있어 촘촘한 회로 구성이 필요한 고해상도 디스플레이 패널에 유리합니다. 따라서 현재 고해상도 스마트폰 디스플레이에는 LTPS가 대표적인 TFT로 사용되고 있습니다.

TFT(박막트랜지스터)는 Thin Film Transistor 의 약자입니다. 트렌지스터는 반도체로 이루어진 전자회로 구성요소로 전류의 흐름을 조절하는 밸브 역할을 합니다. 박막트랜지스터는 얇은 필름 형태인 박막을 이용하여 만든 트랜지스터입니다. 디스플레이에서 TFT는 디스플레이의 화면을 구성하는 각각의 픽셀의 밝기를 조절 하는 역할을 합니다. 1개의 픽셀은 R, G, B를 구성하는 서브픽셀로 이루어져 있고, 디스플레이가 색을 구현하려면 각각의 서브픽셀에전류가 필요합니다.  TFT는 각 서브 픽셀에 위치하며, 특정 전압이 가해 졌을때, 해당 전류량을 가지고 픽셀을 구동 하게 됩니다. TFT는 기판 위에 전류가 흐를 수 있는 액티브 층을 형성한 후, 게이트 전압을 조절 하여 액티브층을 통해 소스에서 드레인으로 전자(홀)를 이동시킵니다. 게이트는 액티브 층을 통해 흐르는 전류를 조절하는 밸브 역할을 하며, 소스와 드레인은 전자를 주고 받는 역할을 합니다. TFT를 통해 흐른 전류는 OLED의 경우, R,G,B 각각의 유기물층을 통과 하면서 빛을 발광하고(자발발광), LCD는 액정을 회전시켜 뒷면의 빛이  R,G,B 필터를 통과하도록 합니다. 이를 통해 RGB 색을 조절하여 다양한 색이 구현되는 것입니다. 디스플레이에 사용하는 TFT는 재료에 따라 구분되는데 크게 a-si와 LTPS가 있습니다. a-si(Amorphous Silicon)은 ‘비정질 실리콘’을 의미하며, LTPS(Low-Temperature Polycrystalline Silicon)은 저온 다결정 실리콘’이라는 뜻입니다. LTPS는 a-si보다 전자의 이동속도가 빨라 고속 동작 회로 구현이 가능하고, 단시간 내 원하는 전류량을 줄 수 있어 트랜지스터 크기를 작게 만들 수 있습니다. 덕분에 고해상도 패널 제작이 가능하고 화면 개구율을 높여 화질을 개선할 수 있습니다. 현재 고해상도 스마트폰 디스플레이는 대부분…

디스플레이에 꼭 필요한 존재들~! 이들과 디스플레이는 한마디로 떼려야 뗄 수 없는 찰떡 궁합! 성능 업그레이드부터 화면 구동까지 모두 책임진다! 디스플레이에 꼭 필요한 ‘부품’들을 알아보자~! 최원호 프로, 장예인 아나운서와 함께 디스플레이 퀴즈로 알아보는 디·톡·쇼~! 지금 바로 함께 하시죠!

디스플레이 화면에 이미지가 나오기까지는 여러 단계를 거쳐야 합니다. 디스플레이 드라이버 IC (DDI)는 디스플레이의 각 픽셀을 구동하기 위해 꼭 필요한 반도체칩입니다. 기기의 중앙처리장치로부터 어떤 화면을 구동할지 신호를 입력받아서 패널을 동작시키기 위한 출력신호를 생성하고 제어하는 역할을 합니다. 쉽게 설명하면, 드라이버 IC는 패널의 각 픽셀에게 어떻게 행동해야 할지 명령을 내립니다. 드라이버IC는 Gate IC와 Source IC 등으로 이루어져 있습니다. 이들은 각각 서브픽셀을 켜고 끄거나, 픽셀들이 표현할 색차이를 만들어냅니다. Gate IC와 Source IC의 전압차를 이용해 전류를 TFT에 전달하면, TFT는 해당 명령에 따라 각 서브픽셀을 직접 켜거나 끄는 스위치 역할을 합니다.  그렇게해서 원하는 이미지가 패널에 생성됩니다.

SF 영화에 자주 등장하는 투명 디스플레이. 대표적 기술인 투명 OLED는 화면의 뒷면도 투명하게 보이는 첨단 디스플레이 기술입니다. 투명한 재료를 사용해 제작하고, 픽셀에 빛이 통과할 수 있는 투과 공간을 마련해 구현합니다. 향후 차량 유리의 HUD를 대체하는 등 화면 건너편을 봐야 하는 환경에서의 활용이 기대되는 기술입니다.

오늘은 LCD 제조 공정의 마지막 단계인 모듈(Module) 공정에 대해 알아보겠습니다. LCD 패널을 만드는 과정은 그림과 같이 TFT(박막트랜지스터)와 컬러필터(color filter) 제작 그리고 TFT와 컬러필터를 하나로 합치는 ‘합착’ 과정으로 이어집니다. 그리고 합착된 패널을 TV 또는 모바일 기기의 스크린에 맞게끔 자르는 ‘절단(scribe)’ 공정을 진행하고 액정을 주입 후, 마지막 단계인 ‘모듈’ 공정까지 마치면 하나의 완성된 LCD 패널이 탄생하게 됩니다. 모듈 공정은 크게 3가지 과정으로 이루어집니다. TFT와 CF 그리고 액정주입까지 마친 패널 이후에 진행되는 모듈 공정은 먼저 패널을 깨끗하게 세척하는 것부터 시작합니다. 두 번째 단계는 패널의 위 아래에 편광판을 붙이는 과정이며, 세 번째는 드라이버IC, PCB를 붙이는 OLB 공정입니다. 그리고 마지막 단계는 패널 검사 공정으로 패널이 제대로 작동하는지를 확인합니다. 추가적인 단계로 LCD에 빛을 쏘아주는 BLU(백라이트유닛)를 모듈공정에 넣는 경우도 있는데 제품에 따라 이 과정을 디스플레이 제조사에서 하거나 완성 제품을 조립하는 세트사에서 직접 진행하기도 합니다. 그럼 첫 번째 단계부터 하나씩 살펴보겠습니다. ※ 제조사에 따라 백라이트유닛 등의 공정이 포함되기도 함   세정/편광판 부착 공정 모듈공정 역시 다른 공정들과 마찬가지로 세정 단계부터 시작합니다. CF와 TFT가 합착된 셀패널(cell)의 표면이 깨끗하게 세정돼야 편광판을 붙일 때 이물질로 인한 품질 저하를 막을 수 있습니다. 셀패널의 세정이 모두 끝나면 편광판(POL)을 부착합니다. LCD 구동의 핵심 원리가…

오늘은 지난 시간에 톺아본 LCD 컬러필터(color filter) 제조 과정 이후의 단계인 ‘액정(liquid crystal)’ 공정과 ‘셀(cell)’ 공정을 소개해 드리는 시간을 갖겠습니다. LCD 패널을 만드는 과정은 그림과 같이 TFT(박막트랜지스터)와 컬러필터(color filter) 제작 그리고 TFT와 컬러필터를 하나로 합치는 ‘합착’ 과정으로 이어집니다. 그리고 합착된 패널을 TV 또는 모바일 기기의 스크린에 맞게끔 자르는 ‘절단(scribe)’ 공정을 진행하고 액정을 주입 후, 마지막 단계인 ‘모듈’ 공정까지 마치면 하나의 완성된 LCD 패널이 탄생하게 됩니다.   액정(LC) 공정 우선 제작이 완료된 TFT와 컬러필터 기판을 각각 준비합니다. TFT와 컬러필터를 세정해 기판 위의 이물질을 제거합니다. 이어서 PI공정을 거치는데 PI(Polyimide)는 액정이 기판 표면에서 특정 방향으로 배열될 수 있도록 도포하는 물질로, LCD에서는 PI가 도포된 층을 배향막(背向膜)이라고 부릅니다. 배향막이란 ‘방향을 배열하는 막’이라는 뜻으로, 나중에 액정을 주입할 때 액정을 원하는 위치와 방향으로 정렬되도록 홈을 형성하는 층입니다. TFT와 컬러필터 기판 양쪽 모두에 배향막을 인쇄한 후 러빙(rubbing)포로 배향막에 액정이 들어갈 홈을 만들어주는 패터닝 작업을 합니다. 나중에 이 홈 사이로 액정들이 설계한 방향대로 자리잡게 됩니다. 이어서 TFT에는 접착제의 일종인 실런트(sealant)를 도포합니다. 실런트는 TFT와의 접착제 역할을 할 뿐만 아니라 추후에 액정이 각각의 셀 패널 안에 머물도록 하는 격벽의 기능도 함께 합니다. 컬러필터에는 액정을 주입합니다. 입자를 고르게 뿌려주는 장비인 디스펜서(dispencer)를 이용해…

오늘은 지난 시간에 소개한 액정에 따른 LCD 패널 분류에 이어, LCD 제조공정을 다루는 첫 번째 시간입니다. LCD 패널을 만드는 과정은 1) TFT(박막트랜지스터) 제작, 2) 컬러필터(color filter) 제작, 3) 합착/셀/액정주입, 4) 모듈 공정으로 크게 4 단계로 나눌 수 있습니다. TFT와 컬러필터는 각각의 공정에서 따로 진행을 합니다. 각각의 패널이 완성되면 두 패널을 위아래로 붙이는 작업을 하는데 이것을 합착이라고 부릅니다. LCD는 TFT가 액정을 조절하고 액정을 통과한 빛이 컬러필터를 통과하며 색을 내는 방식이기 때문에, 두 패널 사이에 액정이 있어야 합니다. 따라서 두 패널을 합착할 때 완전히 밀착시키면 중간에 액정을 넣을 수 없으므로 두 패널 사이에 스페이서라는 공간 확보용 아주 작은 기둥들을 세웁니다. 그 후에 액정을 주입한 다음 모듈화 단계로 이동해 PCB와 같은 구동에 필요한 장치들을 붙이면 LCD 패널 모듈이 완성됩니다. LCD 제조 과정에서 TFT는 이미 톺아보기 7편과 8편의 LTPS 제조공정에서 자세히 소개했으므로, 오늘은 해당 내용을 스킵하겠습니다. 이 시간에는 TFT가 액정의 움직임을 조절해 컬러필터로 가는 빛의 양을 조절하는 역할을 함으로써, 결과적으로 디스플레이의 밝기와 색을 조절하는 역할을 한다는 점만 기억하시면 되겠습니다. 오늘은 LCD 제조공정에서 색을 만들어내는 역할을 하는 컬러필터(color filter)에 대해 살펴보겠습니다.   컬러필터(color filter) 란? 컬러필터(color filter)는 빛을 통과시키면 해당 필터의 특성에 따라 색이 나타나도록…

LTPS 공정의 기초 개념을 소개해 드렸던 Part.1에 이어 오늘 Part.2에서는 이 개념을 사용해 구체적인 LTPS TFT를 제작하는 과정을 순서대로 알아보겠습니다. LTPS는 TFT의 한 종류라는 것은 앞서 포스팅 한 [디스플레이 톺아보기] ⑥ 디스플레이의 보이지 않는 손 ‘TFT’에서 먼저 살펴보았습니다. LTPS를 만들기 위해서는 우선 위와 같이 a-Si 기반 TFT를 레이저 등을 이용해 가공하는 과정이 필요합니다. 이 과정을 통해 전자 이동도가 낮았던 비정질의 실리콘(a-Si)이 Poly-Si이 되면서 전자 이동도가 크게 높아집니다. 위 그림과 같이 ELA(Excimer Laser Annealing) 과정을 거치면 아래 그림에서 엉성한 배열의 실리콘들이 오른쪽과 같이 결정화 되면서 단결정 형태의 실리콘 군집을 형성하기 때문입니다. 그럼 지금부터 LTPS 제조 과정을 그림과 함께 순서대로 보겠습니다. 먼저 LTPS의 기반으로 쓸 Glass(유리기판)를 깨끗하게 세정합니다. 디스플레이는 미세공정을 거쳐 만들기 때문에 파티클이라고 불리는 아주 작은 먼지라도 치명적이기 때문에 공정 과정에서 청정도가 무척 중요합니다. 세정이 끝나면 Glass내의 불순물들이 후속 열처리 공정 과정에서 Active층(Poly-Si 부분) 내부로 이동하는 것을 막기 위해 Buffer 층을 깔아줍니다. 그리고 화학적 증착 방법인 CVD를 이용해 a-Si을 증착한 후, 레이저를 이용한 결정화 과정(ELA)을 거쳐 a-Si을 Poly-Si로 변화시킵니다. 이렇게 변화된 Poly-Si층은 톺아보기 LTPS Part.1에서 배웠던 포토리소그래피공정(이하 포토공정)을 거쳐 원하는 배선의 모양으로 만들어지며 Active층(활성층)이라고 부릅니다. Active층이 완성되면, 그 위에 만들 Gate층과의…