[디스플레이 상식사전 #15] LTPS (Low-Temperature Polycrystalline Silicon)

Theme 1. 디스플레이의 기본 요소

열 다섯 번째 개념: LTPS (Low-Temperature Polycrystalline Silicon)

앞서 디스플레이 상식사전 #13에서 다룬 디스플레이 밝기 조절의 핵심, TFT를 기억하시나요? TFT는 전류가 통과할 수 있는 층의 구성 물질에 따라 크게 a-Si, LTPS, Oxide 세 가지로 구분되는데요. 각 픽셀의 밝기를 조절할 때 전기적 스위치 역할을 하는 만큼, TFT는 빠른 반응 속도가 중요합니다. 그 중에서 가장 빠른 전자 이동 속도를 자랑하는 것이 바로 LTPS (Low-Temperature Polycrystalline Silicon), 저온 폴리 실리콘입니다.

LTPS는 a-Si의 특성을 변화시켜 전자의 이동 성능을 높인 TFT입니다. 초기 LCD에 사용되던 TFT는 비정질 실리콘으로 만들어진 a-Si으로, 공정은 간단하지만 전자 이동 속도가 낮았죠. 이동 속도가 느리니 정보 처리가 오래 걸려 선명한 화면을 구현하지 못했습니다. 이러한 단점을 개선하고자 LTPS가 개발되었습니다.

LTPS는 왜 전자 이동 속도가 더 빠를까?

LTPS는 a-Si에 별도 공정을 가해 생성됩니다. a-Si는 분자 배열 구조가 무질서한 실리콘으로 전자 이동 속도가 느립니다. 이에 전자 이동에 가장 이상적인 형태인 단결정 실리콘(Single Crystal Silicon)과 유사한 형태로 만들기 위해 a-Si에 레이저(Excimer Laser)를 가해 실리콘 분자들을 재결정화한 것이 LTPS입니다. 이 공정은 열에 취약한 유리기판으로 인해 공정 온도가 450도 정도의 상대적으로 저온에서 이루어지는 공정입니다. 결과적으로 LTPS는 무질서로 배열되어 있던 실리콘들이 결정질을 형성해 일정한 배열로 생성되어 a-Si보다 100배 빠른 전자 이동 속도를 가질 수 있죠. 하지만 이 과정이 쉽지만은 않은데요. LTPS는 기존 공정보다 더 미세한 작업을 요하고 그에 따르는 비용과 시간 문제가 있다는 단점도 있습니다.

LTPS는 더 높은 해상도, 더 큰 화면, 더 높은 반응속도를 모두 가능하게 하는 TFT입니다. 높은 전자이동도를 기반으로 고속의 동작 회로를 구현할 수 있는데요. 단시간에 원하는 만큼의 전류량을 줄 수 있어 트랜지스터 크기를 최소화하고 화질을 개선시키며, 고해상도 디스플레이에 유리하다는 특징을 가집니다.