LG디스플레이가 경북 구미 E5 라인을 6세대 저온폴리실리콘(LTPS) 라인으로 확정하면서, 이 회사 능동형 유기발광다이오드(AM OLED) 전략 방향이 뚜렷해졌다. 

TV용 대형 패널은 옥사이드(산화물) 박막트랜지스터(TFT)에 WRGB(백적녹청) 컬러필터를, 중소형 패널은 LTPS TFT에 RGB(적녹청) 유기 발광층을 적용하는 것으로 양분화했다.

이는 ▲대면적 패널은 양산성과 생산원가를 ▲중소형 패널은 품질을 필수 조건으로 삼겠다는 뜻이다. 반대로 말하면 향후 대면적 TV 패널은 품질, 중소형 패널은 양산성 부문에서 개선할 여지가 크다는 뜻이기도 하다.

 ▲ LG 디스플레이 경북 구미 공장 / LG전자 제공

중소형 패널 양산성, 어닐링⋅LLO에 달렸다

이번에 LG디스플레이가 E5 라인 스펙을 8세대(2200mmX2500mm)가 아닌 6세대(1500mmX1850mm)로 확정한 것은 LTPS 수율 때문이다. LTPS는 전자 이동속도가 최고 200cm²/Vs에 달해 고화질 구현에 유리하다. 문제는 낮은 수율이다. 

LTPS는 기판 면적이 커질수록 균질성(Uniformity) 떨어지는 탓에 현재로서는 6세대가 한계다. 

이 때문에 LTPS의 수율을 좌우하는 어닐링(annealing) 공정에 대한 연구⋅개발(R&D)이 활발하게 진행되고 있다. 어닐링은 결정 없이 흩어져 있는 실리콘을 엑시머 레이저로 녹인 후 일정한 모양으로 다시 굳히는 공정이다. 

 ▲ LTPS 어닐링 공정 

마치 얼음 알갱이를 완전히 녹였다가 다시 얼리면, 표면이 매끄러워 지는 것과 유사하다. 전자 이동속도는 결정화된 폴리실리콘 위에서 100배 이상 빨리진다. 

그러나 수율을 높이기 위해 어닐링 공정을 반복할수록 생산 원가가 높아진다. 무작정 어닐링에 의존할 수도 없는 실정이다. 최근에는 값비싼 엑시머 레이저 장비 대신 녹색 레이저를 이용한 GLA(Green laser annealing) 방식에 대한 연구도 진행되고 있다.

이와 함께 플렉서블 AM OLED 수율을 높이기 위해서는 레이저탈착(LLO) 공정 역시 중요하다. LLO는 플렉서블 기판인 폴리이미드(PI)를 경화시킨 뒤 유리기판을 떼어내는 데 사용된다. 이 때 증착해놓은 형광⋅인광 물질에 충격이 가해져 불량률을 높일 수 있기 때문에 LLO 장비의 수율은 AM OLED 전체 수율에 결정적이다. 

▲플렉서블 AM OLED를 만드는 공정도. 제일 왼쪽이 PI 경화, 가운데가 LLO 공정이다. 오른쪽은 유리기판을 떼어 내고 플렉서블 AM OLED를 취한 모습. / 메리츠종금증권 제공

옥사이드 TFT, 전자 이동도 높이기가 관건

옥사이드 TFT는 비정질실리콘(a-Si)을 증착한다는 점에서 고른 대면적 생산에 유리하다. 기존 LCD 생산 라인에 추가 투자 없이 활용할 수 있어 생산 원가도 낮다. 공정에 소모되는 마스크 수도 4~5매로, LTPS(7~10매) 보다 적다.

그러나 옥사이드 TFT는 아직 전자 이동속도 측면에서 LTPS에 한참 못미친다. 초고화질 구현이 어렵다는 뜻이다.

이 때문에 전자 이동속도를 높이는 방법에 대한 연구개발(R&D)에 집중해야 할 것으로 보인다. 여상덕 LG디스플레이 OLED사업부장(사장)은 19일 대구 엑스코에서 열린 ‘국제정보디스플레이학술대회(IMID)’ 기조연설에서 “현재 30cm²/Vs 정도인 옥사이드 TFT의 전자 이동속도를 50cm²/Vs 수준으로 끌어올리는 연구를 진행하고 있다”고 말했다.