[전자/디스플레이/반도체]디스플레이용 반도체의 기초!! (디스플레이도 반도체다?!)

안녕하세요. "기억하고자 하는 모든 것"을 담아내는 "리멤버미" 입니다.

 

흔히들 반도체라하면 삼성전자와 SK하이닉스를 떠올리곤 합니다.거의 모든 전자기기에는 반도체칩이 들어가고 그 중심에는 삼성전자와 SK하이닉스가 있기 때문이죠

 

그런데 디스플레이를 만들기 위해서도 반도체 공정이 필요하다는걸 알고계신가요?

 

오늘은 디스플레이용 반도체의 기초에 대해 말씀드리고자 합니다.

 

1. 디스플레이에 왜 반도체가 필요할까?

2. 전자기기에 들어가는 반도체칩과 디스플레이 반도체는 무엇이 다른가?

3. 디스플레이 반도체는 앞으로 어떻게 발전될 것인가?

 

 

반도체(semiconductor)란 전기가 흐르는 도체(conductor)와 전기가 흐르지 않는 부도체(insulator)의 중간 성질을 가지고 있어 전기가 흐르면 1, 전기가 흐르지 않으면 0 을 로직 게이트들로 연산을 하고 정보를 저장하면서 컴퓨터가 발명이되었죠

 

이렇게 전자기기에는 1과 0으로 정보를 표현하기 위해 스위치 역할을 하는 반도체가 필수적인데요.

그렇다면 디스플레이에는 반도체가 왜 필요할까요?

 

디스플레이는 해상도 FHD(1920×1080) 기준으로 약 200만개의 Pixel이 있고 빛의 삼원색인 Red, Green, Blue가 하나의 Pixel이 되어 색을 냅니다.

 

그런데 200만개의 Pixel에 특정 색을 표현하기위해 신호를 전달해야하는데 한번에 전달하기는 불가능합니다. 물리적으로 200만개의 픽셀에 각각 라인을 연결하고 신호를 한번에 넣어줄 칩도 업지요.

 

그래서 가로와 세로를 Matrix로 연결하고 가로방향으로 신호를 넣어주면 Transistor (스위칭 반도체)에 의해 전기가 흐르게되고 Data signal이 pixel 입력되면서 색을 표현할 수있게 됩니다.

 

한줄이 입력되고나면 gate 신호가 꺼지고 다음줄로 입력신호가 들어가게 됩니다. FHD는 가로줄이 1080개니까 1080번을 순차적으로 입력해주고 나면 1Frame의 영상이 출력되는 것이지요.

 

 

그래서 디스플레이에는 반도체가 필수적으로 필요하게 됩니다.

참고로 LCD에는 스위칭 반도체가 OLED나 마이크로LED에는 스위칭 Transistor(반도체)와 전류량을 조절하는 Driving Transistor(반도체)가 들어가게 됩니다.

 

그러면 삼성전자와 SK하이닉스에서 만드는 반도체와는 무엇이 다른걸까요?

 

흔히들 들어보셨을 3나노, 5나노, 7나노의 초미세 공정은 Silicon Wafer 기판에 제작합니다. 

Silicon 단결정을 만들기위해 1000도씨 이상의 온도에서 만든 ingot이 Wafer 기판이됩니다.

 

반면 디스플레이는 수십마이크로(1um = 1000nm) 단위의 TFT라는 Thin film Transistor로 제작하는데 Silicon을 Glass나 PI 재질의 기판에 증착하는데 1000도씨 이상의 온도에서 만들어지는 Silicon 단결정은 Glass나 PI 재질이 견디지못하기 때문에 제작이 불가능합니다.

 

그래서 저온공정이 가능한 비정질 실리콘 (a-Si) , Oxide (대표적으로 IGZO, Induim , Galium, Zinc, Oxide 산화물), LTPS (Low Temperature Poly-Si) 등의 반도체를 증착합니다.

 

단결정 Silicon에 비해 전자이동도가 많이 떨어집니다. 일장일단이 있지만 성능으로 따진다면 LTPS > Oxide > a-Si 순이지요.(다음에는 반도체 종류와 특성 비교하는 글을 써볼게요~!)

 

a-Si 은 스위칭 역할만 해도 되고 Transistor size가 커도 투과율에 큰 영향을 미치지 않는 대형 LCD에 사용됩니다. 성능은 떨어지지만 공정이 단순하고 싸거든요. LTPS나 Oxide는 대형 LCD에는 과유불급인 셈이죠.

반면 대형, 중소형 OLED에는 LTPS나 Oxide를 사용해야합니다. Driving TR이 미세 전류를 조절할 수 있어야하고 Pixel이 작아지기 때문에 Transistor 사이즈도 줄여야하기 때문입니다.

 

그렇다면 디스플레이 반도체는 앞으로 어떻게 발전될까요?

 

현재 각광받는 OLED나 차세대디스플레이인 마이크로LED에는 LTPS나 Oxide가 필수적이며 각각의 재료에 대한 연구는 지속되고 있습니다.

 

애플에서는 LTPO라는 기술을 특허를 내며 애플워치에 처음 적용시켰는데요.

LTPO란 LTPS와 Oxide의 합성어로 Emission Driver에 두 종류의 반도체를 모두 사용하면서 LTPS는 고신뢰성과 빠른 이동도의장점을 필요한 Transistor에 배치하고 Oxide는 누설전류(leakage current) 특성이 중요한 Transistor에 배치하면서 애플워치의 저소비전력과 고성능 고신뢰성 디스플레이를 제작하게 됐습니다.

 

디스플레이용 반도체는 앞으로 LTPS와 Oxide의 지속적인 연구 개발을 통해 발전해 나갈것으로 전망됩니다.