유리기판 변형ㆍ수축 막는
결정질TFT 제조의 핵심
AM OLED의 기술적 바탕
저온조건서 구현하는 공정
LTPS(저온폴리실리콘; Low Temperature Polycrystalline Silicon)기술은 저온 조건에서 다결정 실리콘(poly-Si) TFT를 유리기판 위에 형성하는 공정기술을 말합니다. 세계 최초 양산 소식과 제품 출시 소식 등으로 AM OLED가 차세대 디스플레이로 많은 관심을 받고 있는 가운데, 이 디스플레이의 기술적 바탕이 되는 LTPS에 대해서도 관심이 높습니다.
◇OLED 수동과 능동의 차이=OLED는 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diodes)의 줄임말로 전류를 가하면 스스로 빛을 내는 유기물질을 이용해 만들어진 디스플레이입니다.
OLED는 디스플레이 각각의 화소(pixel)를 구동하는 방식에 따라 수동(Passive Matrix)형 PM OLED와 능동(Active Matrix)형 AM OLED으로 구분됩니다.
PM OLED는 단순한 전극선 배열만으로 화소를 구동할 수 있어 능동형에 비해 구조가 간단하고 생산비가 저렴한 특징을 갖고 있으나 고해상도와 대면적 디스플레이를 구현하기가 어렵습니다. OLED의 밝기는 통하는 전류의 양에 비례하는데, 수동(Passive Matrix)방식은 화소를 구동하는데 각각의 화소 열(列)단위로 구동하므로 고해상도와 대면적으로 갈수록 높은 전압과 더 많은 전류가 들어 제품 수명이 짧아지고 소비전력이 늘어나게 되기 때문입니다.
이러한 수동구동 방식의 문제점을 해결해 고해상도와 대면적을 구현하기 위한 방식이 능동(Active Matrix)구동 방식입니다. 능동구동 방식은 각 화소마다 박막 트랜지스터(Thin Film Transistors; TFTs)를 장착합니다. 이를 통해 OLED의 화소 각각에 일정한 전류를 공급할 수 있고, 대면적 및 고해상도 구현이 가능해집니다.
◇결정질 TFT가 필수적=TFT는 비정질 실리콘(amorphous-Si/α-Si)이나 결정질 실리콘(poly-Si)으로 주로 만들어 지는데, AM OLED나 TFT LCD는 α-Si으로 TFT가 만들어 졌는지, poly-Si으로 만들어 졌는지 구분됩니다. 비정질(amorphous)이란 원자배열에서 매우 가까운 원자끼리는 원자의 수, 결합거리 등에 규칙성이 존재하지만, 거리가 떨어져 있는 3차원 범위에서는 규칙성이 존재하지 않는 물질을 말합니다. 반면, 결정질(Poly) 물질은 단거리는 물론 장거리 규칙성이 존재하는 물질입니다.
비정질 실리콘(a-Si)과 결정질 실리콘(Poly-Si)의 물질 특성 차이로 인해 TFT 내부에서 전하를 운반하는 운반체(Carrier/담체(擔體))의 이동도에도 차이가 발생합니다. 비정질 실리콘(a-Si) 방식으로 제작된 TFT는 결정질 실리콘(Poly-Si)TFT에 비해 운반체의 이동도가 매우 낮습니다. 따라서 TFT에 전류를 흘려줘 화면이 구동되는 AM OLED는 고해상도 및 대면적을 구현하기 위해서는 결정질 실리콘(Poly-Si) TFT가 필수적입니다.
뿐만 아니라 AM OLED의 경우 휘도가 TFT를 통해 OLED로 전달되는 전류량에 비례하기 때문에 비정질 실리콘 TFT를 이용해 AM OLED를 제작 할 경우는 구동 중에도 휘도가 감소해 패널 내에서 균일도를 유지하기 어려울 뿐 아니라, 디스플레이 패널의 수명도 극히 짧아 질 수 있습니다. 따라서 AM OLED가 뛰어난 특성을 통해 차세대 디스플레이로서 자리매김하기 위해서는 AM OLED를 구동하는 poly-Si TFT 패널의 제조기술이 뒷받침 해 줘야 합니다.
유리기판 상에 결정질 실리콘(Poly-Si) TFT를 제조하는 기술은 저온 결정질 실리콘(Poly-Si) LCD에 의해 1990년대 초반부터 시작됐습니다. 결정질 실리콘(Poly-Si) TFT의 제조에서 일어나는 대부분의 문제점은 취약한 유리기판의 내열성으로 인해 공정 온도를 높은 온도로 충분히 올릴 수 없는 것과 연관이 있습니다.
지금까지 개발된 내열성 유리의 경우, 670℃ 근처에서 왜곡점(strain point)이 있으며, 640℃ 이상의 온도에서 수분이상 열처리를 받을 경우 급격한 자체 변형이 일어나게 됩니다. 또한 450℃ 이상에서는 급격히 유리 수축(shrink)이 일어나게 됩니다. 이러한 유리기판의 변형 및 수축은 TFT 제조 공정의 허용온도를 600℃ 미만으로 제한합니다. 이런 이유로 저온에서 형성되는 LTPS 공정이 중요한 기술의 한 축으로 자리매김 하고 있습니다.
자료협조=삼성SDI
결정질TFT 제조의 핵심
AM OLED의 기술적 바탕
저온조건서 구현하는 공정
LTPS(저온폴리실리콘; Low Temperature Polycrystalline Silicon)기술은 저온 조건에서 다결정 실리콘(poly-Si) TFT를 유리기판 위에 형성하는 공정기술을 말합니다. 세계 최초 양산 소식과 제품 출시 소식 등으로 AM OLED가 차세대 디스플레이로 많은 관심을 받고 있는 가운데, 이 디스플레이의 기술적 바탕이 되는 LTPS에 대해서도 관심이 높습니다.
◇OLED 수동과 능동의 차이=OLED는 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diodes)의 줄임말로 전류를 가하면 스스로 빛을 내는 유기물질을 이용해 만들어진 디스플레이입니다.
OLED는 디스플레이 각각의 화소(pixel)를 구동하는 방식에 따라 수동(Passive Matrix)형 PM OLED와 능동(Active Matrix)형 AM OLED으로 구분됩니다.
PM OLED는 단순한 전극선 배열만으로 화소를 구동할 수 있어 능동형에 비해 구조가 간단하고 생산비가 저렴한 특징을 갖고 있으나 고해상도와 대면적 디스플레이를 구현하기가 어렵습니다. OLED의 밝기는 통하는 전류의 양에 비례하는데, 수동(Passive Matrix)방식은 화소를 구동하는데 각각의 화소 열(列)단위로 구동하므로 고해상도와 대면적으로 갈수록 높은 전압과 더 많은 전류가 들어 제품 수명이 짧아지고 소비전력이 늘어나게 되기 때문입니다.
이러한 수동구동 방식의 문제점을 해결해 고해상도와 대면적을 구현하기 위한 방식이 능동(Active Matrix)구동 방식입니다. 능동구동 방식은 각 화소마다 박막 트랜지스터(Thin Film Transistors; TFTs)를 장착합니다. 이를 통해 OLED의 화소 각각에 일정한 전류를 공급할 수 있고, 대면적 및 고해상도 구현이 가능해집니다.
◇결정질 TFT가 필수적=TFT는 비정질 실리콘(amorphous-Si/α-Si)이나 결정질 실리콘(poly-Si)으로 주로 만들어 지는데, AM OLED나 TFT LCD는 α-Si으로 TFT가 만들어 졌는지, poly-Si으로 만들어 졌는지 구분됩니다. 비정질(amorphous)이란 원자배열에서 매우 가까운 원자끼리는 원자의 수, 결합거리 등에 규칙성이 존재하지만, 거리가 떨어져 있는 3차원 범위에서는 규칙성이 존재하지 않는 물질을 말합니다. 반면, 결정질(Poly) 물질은 단거리는 물론 장거리 규칙성이 존재하는 물질입니다.
비정질 실리콘(a-Si)과 결정질 실리콘(Poly-Si)의 물질 특성 차이로 인해 TFT 내부에서 전하를 운반하는 운반체(Carrier/담체(擔體))의 이동도에도 차이가 발생합니다. 비정질 실리콘(a-Si) 방식으로 제작된 TFT는 결정질 실리콘(Poly-Si)TFT에 비해 운반체의 이동도가 매우 낮습니다. 따라서 TFT에 전류를 흘려줘 화면이 구동되는 AM OLED는 고해상도 및 대면적을 구현하기 위해서는 결정질 실리콘(Poly-Si) TFT가 필수적입니다.
뿐만 아니라 AM OLED의 경우 휘도가 TFT를 통해 OLED로 전달되는 전류량에 비례하기 때문에 비정질 실리콘 TFT를 이용해 AM OLED를 제작 할 경우는 구동 중에도 휘도가 감소해 패널 내에서 균일도를 유지하기 어려울 뿐 아니라, 디스플레이 패널의 수명도 극히 짧아 질 수 있습니다. 따라서 AM OLED가 뛰어난 특성을 통해 차세대 디스플레이로서 자리매김하기 위해서는 AM OLED를 구동하는 poly-Si TFT 패널의 제조기술이 뒷받침 해 줘야 합니다.
유리기판 상에 결정질 실리콘(Poly-Si) TFT를 제조하는 기술은 저온 결정질 실리콘(Poly-Si) LCD에 의해 1990년대 초반부터 시작됐습니다. 결정질 실리콘(Poly-Si) TFT의 제조에서 일어나는 대부분의 문제점은 취약한 유리기판의 내열성으로 인해 공정 온도를 높은 온도로 충분히 올릴 수 없는 것과 연관이 있습니다.
지금까지 개발된 내열성 유리의 경우, 670℃ 근처에서 왜곡점(strain point)이 있으며, 640℃ 이상의 온도에서 수분이상 열처리를 받을 경우 급격한 자체 변형이 일어나게 됩니다. 또한 450℃ 이상에서는 급격히 유리 수축(shrink)이 일어나게 됩니다. 이러한 유리기판의 변형 및 수축은 TFT 제조 공정의 허용온도를 600℃ 미만으로 제한합니다. 이런 이유로 저온에서 형성되는 LTPS 공정이 중요한 기술의 한 축으로 자리매김 하고 있습니다.
자료협조=삼성SDI
