디스플레이 TFT 원리와 종류, LTPO란?

 

 

 

  TFT는 서브픽셀에 들어가는 전류의 양을 조절하며, 전달해주는 역할을 한다.

 

 이를 통해 각 서브픽셀의 밝기를 조절하며 좀 더 명확한 화면을 볼 수 있게끔 하는 역할이다.

 

 그중에서도 'LTPO(Low-Temperature-Polycrystalline Oxide)'라는 소재를 사용하는데, 이는 비정질 실리콘의 단점을 커버하고, LTPS와 Oxide의 장점을 합친 소재다.

 

 디스플레이는 여러 픽셀로 구성되어있다. 우리가 디스플레이를 통해 보이는 화면들은 이 픽셀. 즉, 조그마한 점들이 모여서 만들어낸 것이다.

 

 그러기 위해선 빛나는 점. 즉, 서브픽셀들 하나하나마다 신호를 개별적으로 보낼 수 있게 선들이 연결되어야 한다. 어떤 시점에서 신호를 받을지 결정하는 스위치들이 필요한데, 이를 TFT라고 하며, '스위치 TFT'와 '구동 TFT'로 나뉜다.

 

---

 

 

 TFT가 구동하는 원리는?

 

 픽셀 하나 당 아래 이미지처럼 스위치 TFT와 구동 TFT 커패시터 및 배선이 함께 있다.

 

 '스위치 TFT'는 서브픽셀을 켜고 끄는 역할을 하며, '구동 TFT'는 전류를 서브픽셀에 전달하는 역할을 수행한다. 데이터 배선과 전원 배선에서 각 전압이 흐르고, 전압의 차이가 커패시터에 저장된다.

 

 그리고 배선에서 나온 전압이 구동 TFT로 흐르고, 전류가 흐르게 되면서 서브픽셀에서 빛이 나게 된다. 스위치가 OFF가 되어도 커패시터에 저장돼있던 전압 덕분에 한동안은 빛을 낼 수가 있다.

 

source : LG디스플레이

 

 

 설명이 다소 복잡해 보이지만, 아래 그림을 보면 이해가 좀 더 수월할 것이다.

 

 

---

 

 조금 더 말하자면, TFT는 스위치 역할을 하기 위해 전자가 이동할 수 있는 채널을 형성할 수 있어야 한다. 그러기 위해서 PI(Glass or Flexible) 기판 위에 전류가 흐를 수 있도록 Si을 형성하고, 거기에 게이트, 소스, 드레인을 형성한다.

 

 

 

 게이트에 전압을 가해주면 소스와 드레인 전극 사이에 정공들이 모이게 되면서 전자가 이동하여 전류가 흐를 수 있는 채널을 형성하게 된다. 채널로 인해 흐를 수 있는 전류는 각 서브픽셀에 전달이 되고, 전류량에 따라 서브 픽셀이 각각의 밝기로 구동하게 되는 것이다.

 

---

 

 

 TFT 소재로는 크게 비정질 실리콘(a-SI)과 LTPS로 나뉜다. + Oxide(산화물)

 

 비정질 실리콘은 실리콘이 무질서하게 배열돼있기 때문에 전자의 이동이 쉽지 않다. Oxide 역시 비정질 실리콘보단 낫지만, LTPS에 비해 낮은 편이다. LTPS는 전자의 이동도가 가장 빠른데, 비정질 실리콘을 레이저로 순간적으로 녹이고, 이를 재결정화하여 다결정 실리콘으로 만들어 버린다.

 

 'LTPS'에는 일반적인 1000도 정도에서 이루어지는 'HTPS(High-Temperature Polycrystalline Silicon)'라는 공정이 아닌 유리 기판(Glass) 변형이 일어나지 않는 450도 공정에서 이루어지기 때문에 상대적으로 저온이라고 부른다. HTPS는 성능은 좋지만, 저렴한 유리가 아닌, 값비싼 석영(Quartz)을 사용해야 한다는 단점이 있다.

 

 

 

---

 

 전자의 이동이 빠르면 고속 동작회로 구현 가능, 단시간 내 원하는 전류랑 주는 것이 가능하여 트랜지스터 크기 자체를 줄일 수 있다. LCD의 경우에는 화면의 개구율을 높여 화질을 개선할 수 도 있다.

 

 LTPS는 전자의 이동도가 빠르지만, 누설전류가 있다는 단점이 있었다. 비정질 실리콘에 비해서 누설전류를 적기 때문에 보통의 수치지만, Oxide에 비하면 누설 전류가 높다.

 

 이를 개선하고자 LTPS 트랜지스터 중 하나를 Oxide로 바꿔, 전자의 이동도는 높이고 누설전류는 최소 수준으로 만든 것이 LTPO다. 여기서 Oxide는 보통 'IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)'를 사용한다. 이렇게 되면 전체 소비전력을 줄일 수 있다. 즉, 효율이 올라가는 것이다.

 

 

---

 

 

 LTPO가 일반적으로 이루어지는 공정이 아닌 이유는 비싸기도 하고, 없던 공정도 추가돼서 비용도 많이 들기 때문이다. 어쨌거나 LTPO는 화질이 좋아지는 건 아니고 소비전력을 낮춰주는 것이다.

 

 현재 애플워치가 LTPO를 채택하고 있는데, 스마트폰에 채택을 잘 안 하는 이유는 TFT 크기가 늘어나면서 방출되는 빛이 줄어 일부 해상도가 낮아질 수 있다는 점이 있기 때문이다.

 

 하지만 작년 삼성에 노트 20이 세계 최초로 스마트폰에 LTPO를 채용했으니, 올해 스마트폰에선 저전력으로 배터리 효율과 화면 명암비를 높일 수 있는 LTPO-OLED 채택을 많이 하지 않을까 싶다.

 

 

• 미니 LED와 QNED 그리고 마이크로 LED의 원리
• 퀀텀닷(Quantum dot:양자점), QLED의 원리와 정의 간단 리뷰
• OLED의 원리와 정의 간단 리뷰
•  lCD? ISP패널? 많이 쓰였던 디스플레이의 원리

미니 LED와 QNED 그리고 마이크로 LED의 원리

퀀텀닷(Quantum dot:양자점), QLED의 원리와 정의 간단 리뷰

OLED의 원리와 정의 간단 리뷰

lCD? ISP패널? 많이 쓰였던 디스플레이의 원리