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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.

아몰퍼스실리콘(Amorphous Silicon, a-Si)은 디스플레이 TFT(박막트랜지스터) 기술 중 하나입니다. TFT는 재료 특성에 따라 아몰퍼스실리콘(a-Si), LTPS, Oxide 등으로 나뉩니다. ‘아몰퍼스(Amorphous)’는 비결정화된 고체를 뜻하는 말입니다. 고체는 일반적으로 원자 배열이 규칙적인 결정 상태이지만, 아몰퍼스는 원자배열이 무질서한 상태입니다. 아몰퍼스실리콘은 정해진 형태가 없는 실리콘이라는 의미에서 ‘비정질 실리콘’이라고 불립니다. 초기 LCD에는 주로 아몰퍼스실리콘 TFT를 사용하였습니다. 아몰퍼스 실리콘을 이용해 TFT를 제조하는 것이 공정 프로세스가 단순하고, 수율이 높았기 때문입니다. 또한 화면의 균일성 확보에도 유리해 대형 구현도 가능했습니다. 한마디로 제조 비용을 줄이고, 안정적인 생산을 위해 적절한 기술이었습니다. TFT는 전류의 흐름을 조절해 디스플레이 화면을 구성하는 각 픽셀의 밝기를 조절하는 역할을 합니다. 그런데 아몰퍼스 실리콘을 활용하면 무질서하게 배열된 실리콘 때문에 전자가 빠르게 이동할 수가 없다는 단점이 있습니다. 전자 이동도가 낮으면 신호 전송속도가 떨어지게 되면서 초기 저해상도 LCD는 문제없지만, 복잡한 고해상도 디스플레이에서는 효율이 떨어지는 한계가 발생합니다. LTPS(Low Temperature Poly Silicon) TFT는 이런 단점을 극복하기 위해 무질서한 형태의 아몰퍼스 실리콘을 레이저로 재결정화해, 어느정도 질서 있는 다결정 실리콘으로 만들어 전자 이동속도를 수백배 빠르게 높여준 기술입니다. LTPS 방식은 제조 프로세스가 복잡하지만, 고해상도 디스플레이 패널이 가능해 최근 중소형 디스플레이에 주로 사용되는 방식입니다.

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…

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…

자체발광으로 최고의 스마트폰 화질을 구현하는 디스플레이 OLED. 이 OLED 제조 기술의 핵심은 바로 자체 발광하는 유기물질을 얼마나 효율적으로 활용하는가에 달려 있습니다. 이번 시간에는 OLED(Organic Light-Emitting Diode)의 핵심 제조공정 중 ‘봉지(Encapsulation)’의 세부 공정에 대해 톺아보겠습니다. 지난 ‘봉지 Part.1’에서 다루었듯이, ‘봉지’ 공정이란 OLED 패널이 외부의 영향을 받지 않고 오랫동안 사용될 수 있도록 마감을 하는 단계입니다. – 봉지(封止, Encapsulation) : OLED에서 빛을 내는 유기물질과 전극은 산소와 수분에 매우 민감하게 반응해 발광 특성을 잃기 때문에 이를 차단하기 위한 공정. OLED 패널의 수명을 보존 또는 향상시킴. 봉지 공정을 위해서는 크게 세 가지 재료가 필요합니다. 인캡 Glass(Encap Glass : 봉지용 유리판)와 접착제 그리고 레이저입니다. 이때 상당수의 작업은 진공챔버(금속으로 만든 진공 구조물)에서 이루어집니다. OLED 공정의 앞선 단계를 다시 떠올려 보겠습니다. 스위치 역할을 하는 LTPS가 만들어졌고, 그 위에 유기물 증착(evaporation)이 완료됐습니다. 하지만 이렇게 만들어진 유기물 증착부는 아직 공기와 수분으로부터 보호받지 못하는 환경입니다. 물론, 아직 원장 Glass(필요한 디스플레이 크기로 자르기 전의 대형 원판 패널 유리판)의 상태이고 스마트폰 등에 사용하기 위한 크기인 셀(Cell) 단위로 자르기 전입니다. 셀 단위는 쉽게 말하면 5인치 스마트폰을 제작하는 공정일 경우, 5인치 사이즈로 잘라낸 패널 하나를 의미합니다. 봉지 공정은 셀 단위에서도 필요하고, 커다란 원장 상태에서도 진행합니다. 봉지…

자체발광으로 최고의 스마트폰 화질을 구현하는 디스플레이 OLED. 이 OLED 제조 기술의 핵심은 바로 자체 발광하는 유기물질을 얼마나 효율적으로 활용하는가에 달려 있습니다. 이번 시간에는 OLED(Organic Light-Emitting Diode)의 핵심 제조공정 중 ‘증착(Evaporation)’의 다음 단계인 ‘봉지(Encapsulation)’에 대해 톺아보겠습니다. 지난 시간까지 LTPS와 증착에 대한 이야기를 이어왔는데요. ‘봉지’ 공정이란 앞서 진행된 이 과정을 거쳐 만들어진 OLED 패널이, 외부의 영향을 받지 않고 오랫동안 사용될 수 있도록 마감을 하는 단계입니다. 먼저 ‘봉지’라고 하면 어떤 이미지가 떠오르나요? 과자 봉지 또는 비닐 봉지가 생각날 것 같습니다. 첨단 디스플레이 제품과 봉지. 어쩌면 서로 어울리지 않을 듯한 이 개념을 제대로 잡기 위해 ‘봉지’의 용어부터 짚고 넘어가겠습니다. – 봉지(封止, Encapsulation) : OLED에서 빛을 내는 유기물질과 전극은 산소와 수분에 매우 민감하게 반응해 발광 특성을 잃기 때문에, 이를 차단하기 위한 공정으로 ‘봉지’가 필요하며, 이를 통해 OLED 패널의 수명을 보존 또는 향상시킴.   위의 설명대로 유기물질을 통해 자체발광하는 OLED은 산소와 수분에 무척 취약합니다. 그래서 제조 과정에서 산소와 수분이 유기물에 침투하지 못하도록 밀봉하는 공정이 필요합니다. 과자도 신선도 유지를 위해 밀봉을 하고, 봉지를 뜯은 후에 오래 두면 눅눅해지고 맛이 없어지듯이, OLED 패널도 밀봉을 통한 유기물의 보존이 무척 중요합니다. 만약 산소(O2)가 패널의 틈 사이로 침투하게 되면, EML 최상단의…

오늘은 지난시간에 이어 OLED(Organic Light-Emitting Diode)의 핵심 제조공정 중 하나인 ‘증착’에 대한 이야기를 이어가겠습니다. 지난 시간 ‘증착 Part.1’ 에서는 증착의 개념과 원리를 다루었고, 이번에는 증착 공정 프로세스(순서)에 대한 이야기를 나누어 보겠습니다. OLED 증착 공정은 우선 LTPS(저온폴리실리콘)를 기초로 둔 상태에서 그 위에 유기물 층을 형성합니다. LTPS가 디스플레이의 픽셀을 컨트롤 하는 스위치 역할을 한다는 것 기억하시나요? OLED에서 픽셀은 유기물 재료로 이루어져 있고, 이 유기물이 전기적 신호에 의해 빛과 색을 내게 됩니다. 그리고 이러한 전기적 신호는 LTPS가 담당하게 되기 때문에, 당연히 LTPS와 접점을 가지고 OLED 층을 형성해야 합니다. 그리고 형성 방법은 바로 ‘증착’법을 사용합니다. 이해를 돕기 위해 공정이 마무리 된 LTPS의 모습을 다시 한번 떠올려 보겠습니다. ※ 참고 : [디스플레이 톺아보기] ⑧ LTPS(저온폴리실리콘) 제조 공정 Part.2 위 그림처럼 LTPS의 Anode(양극) 위에 EML(Emissive Layer, 발광층)이 존재합니다. 그림에서는 Red 색을 내는 서브픽셀(Sub-Pixel, 부화소)만 예를 들어 표현했습니다. 이 구조를 자세히 들여다 보면 EML의 발광 효율을 높이기 위해 보조층들이 EML 위 아래로 존재하는 것을 알 수 있습니다. Cathode(음극)에서 EIL(전자주입층)에 전자가 주입되고 ETL(전자수송층)을 거쳐 EML에 도달합니다. 마찬가지로 반대편에 있는 Anode(양극)에서 정공이 HIL(정공주입층)에 주입되고, HTL(정공수송층)을 거쳐 EML에 도달합니다. EML에서 전자와 정공이 만나면 빛이 나게 되고 이 원리는 앞선 ‘OLED의…

OLED가 빼어난 색과 화질을 보여주는 이유는 디스플레이가 자체발광하는 까닭이 가장 큽니다. 디스플레이 화면이 자체발광한다는 뜻은 빛과 색을 표현하는 픽셀(Pixel)들이 스스로 빛을 낸다는 의미입니다. LCD와 같이 백라이트(Backlight)를 사용해 외부의 광원으로부터 빛을 받아 컬러필터(Color Filter)를 거쳐 색을 내는 수광형 방식과 대조적인 개념입니다. 디스플레이에서는 픽셀을 형성하는 방법을 컬러 패터닝(Color Pattering)이라고 부릅니다. 색의 3원색인 빨강(Red), 초록(Green), 파랑(Blue)의 서브픽셀(Sub Pixel, 보통 3개의 서브픽셀이 모여 1개의 픽셀을 구성)들을 한 치의 오차 없이 패터닝해야 원하는 화면을 디스플레이에서 정확하게 보여줄 수 있습니다. 그렇다면 자체발광 OLED 픽셀을 만드는 방법은 무엇일까요? 업계에서는 여러가지 방법이 시도되고 있지만, 현재까지 양산을 위해 가장 보편적으로 사용되는 방법은 바로 ‘증착’입니다. 마이크로 단위의 OLED 미세공정에서 정밀하고 불순물이 없이 대량으로 컬러 패터닝을 할 수 있는 방법은 현재로서는 증착이 유일하기 때문입니다. 증착(Evaporation)은 OLED의 핵심공정 가운데 하나로, OLED 제조 과정을 크게 5단계로 나누어 봤을 때 두 번째 단계에 해당합니다. [LTPS] → [증착(Evaporation)] → [봉지(Encapsulation)] → [셀(Cell)] → [모듈(Module)] LTPS(저온폴리실리콘)가 빛을 내는 각각의 픽셀들을 컨트롤 하는 역할을 한다면, 증착 공정은 빛과 색을 내는 자체발광 픽셀 그 자체를 만드는 작업입니다. 일단 복습을 한번 해 볼까요? OLED는 기판이 되는 유리판(Glass) 위에 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)색을 내는 유기 발광층이 있고, 이 유기 발광층을 보호하기…

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…