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[디스플레이 상식 사전] (1) TFT-LCD 공정 중 TFT

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입력 : 2017-06-29 10:00:00 수정 : 2023-11-12 21:24:10

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LG디스플레이는 디스플레이 상식에 대해 알고 싶으신 분들을 위해 ‘디스플레이 상식 사전’ 시리즈를 진행하고 있습니다. 디스플레이에 대한 아주 기본적인 지식부터 심도 있는 분야까지 이해하기 쉽게 풀어드립니다.

 

요즘 잘나가는 아이돌 그룹을 보면 리드보컬과 댄스, 랩 등 각자 맡은 부분들이 있죠. LCD(액정표시장치) 역시 각각의 역할과 맡고 있는 파트가 합쳐져 구동되는 원리인데요. 한 멤버씩 소개해보겠습니다. 액정의 움직임을 총괄하는 사령탑인 TFT(Thin Film Transistor·초박막 트랜지스터), TFT의 명령에 맞춰 빛의 투과량을 조절해주는 액정(Liquid Crystal), 빛을 다양한 색으로 바꿔주는 CF(Color Filter) 그리고 빛을 생성하는 백라이트 유닛(Backlight Unit)이 속해 있는 모듈(Module)! 이렇게 ‘4총사’가 모여 우리가 보는 LCD 화면이 만들어지게 됩니다.

그러면 이 멤버들은 어떤 ‘트레이닝’ 과정을 거쳐 완성되는 걸까요? TFT 공정부터 CF, 셀(Cell), 모듈 공정 등을 통해 LCD의 제조 과정을 차근차근 소개해드립니다. 이번 편에서는 TFT 공정부터 살펴보도록 하겠습니다.

◆LCD의 브레인, TFT 패턴 공정

 

위 그래픽이 TFT 판입니다. 이것을 확대하면 마치 바둑판 같이 수많은 작은 사각형으로 나뉘어 있는데요. 이 하나, 하나를 화소라고 하며, 각 화소에는 이를 조절할 수 있는 트랜지스터가 있습니다. TFT 공정은 결국 유리기판 위에 이 트랜지스터 층을 만드는 과정이라고 할 수 있습니다.

 

위는 TFT 패턴의 공정 과정을 도식화한 모습인데요. 한 장의 TFT LCD 패널을 만들기 위해선 적어도 위의 공정 단계를 몇 번 반복해야 합니다. 위 과정을 포토리소그래피(Photolithography)라고도 부르는데요. 아래에서 천천히 그 과정을 따라가 보도록 하겠습니다.

1)세정(Cleaning), 증착(Deposition), 포토 레지스트 도포(PR Coating) 과정: 모양 만들기 준비!

 

먼저 TFT를 증착할 유리 기판을 준비합니다. 깨끗한 기판을 위해 세정은 필수! 깨끗이 씻은 유리기판 위에 TFT를 구성하는 재료를 증착하게 되는데요. 여기서 증착은 유리 기판 위에 재료를 안정적으로 올려주는 공정을 뜻합니다.

여기서 잠깐, 재료마다 증착하는 방법이 다릅니다.

금속 재료이면 스퍼터링(Sputtering) 기법을, 반도체나 절연막은 플라스마 화학 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor De position·PECVD) 기법을 각각 이용합니다.

 

 

스퍼터링 기법은 진공상태의 용기 안에서 증착하고자 하는 물질을 무거운 이온으로 때려 튀어나온 원자를 유리에 증착시키는 기술입니다.

플라스마 화학 증착 기법은 플라스마를 이용해 증착하고자 하는 물질을 이온 물질로 만들어 이온의 극성(+극, -극)을 이용해 잡아당겨 증착시키는 기술입니다.

그러나 아무리 증착이 잘 됐다고 해도 우리가 원하는 모양으로 증착이 되지 않는다는 점! 그래서 이어지는 과정에서는 본격 ‘모양 만들기 프로젝트’가 진행됩니다.

 

 

 

증착을 마친 유리 기판 위의 이물질을 제거하기 위해 다시 한번 세정해줍니다. 그리고 그 위에 포토 레지스트(Photo Resist·PR)를 코팅해줍니다. 이 과정이 ‘모양 만들기 프로젝트’의 핵심인데요. ‘빛에 반응하는 감광성 고분자 물질’을 뜻하는 PR를 활용하면 빛을 받는 부분과 그렇지 않은 부분을 선택적으로 제거할 수 있습니다.

2)노광(Exposure), 현상(Develop) 과정: 본격 모양 만들기

 

이번엔 원하는 패턴 모양의 마스크를 씌운 뒤 에너지가 높은 자외선(UV)을 7~8초간 쬐어줍니다. 이때 마스크가 빛을 통과하지 못하게 막는 가림막의 역할을 하게 되는데요. 그러면 패턴 부분을 통해 빛을 받는 부분과 받지 않는 부분이 나눠지겠죠? 이 과정을 노광이라 부릅니다.

자외선을 쬔 유리 기판은 이제 특수 용액에 들어가 현상 과정을 거칩니다. 마스크에 가려져 자외선을 받지 못한 부분은 이 과정에서 완전히 녹아 없어지게 됩니다.

3)식각(Etching), PR 박리(Strip), 검사(Inspection) 과정: 마무리

 

이어지는 과정은 기판 위 증착막을 PR 모양에 맞게 깎아내는 식각 공정입니다. 증착된 물질의 높이 차, 즉 입체감을 주기 위한 과정인데요. 이를 통해 볼록한 부분, 오목한 부분, 평평한 부분을 만들어가게 됩니다. 그 후 PR 박리 과정을 통해 벗기면 TFT 기판이 만들어집니다!

 

마지막으로 이상 유무를 판단하기 위해 검사까지 완료하면 1회의 TFT 패턴 공정이 완료되는 것이죠. 과거에는 트랜지스터를 만들기 위해 이 전체 과정을 8번이나 반복했다고 합니다. 그러나 지금은 기술 개발을 통해 2~3층을 한번에 만들 수 있게 되어 4번의 과정만으로도 충분히 만들 수 있지요.

지금까지 보신 과정이 다소 복잡해 보이고, 두텁게 쌓이는 것처럼 보여도 TFT는 사실상 머리카락 두께의 1000분의 1 정도로 매우 얇답니다. 우리가 흔히 생각하는 알록달록한 TFT판은 CF 공정 후의 모습이라고 생각하시면 되죠.

LG디스플레이 홍보팀


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