능동 구동형 디스플레이에서는 각각의 부화소에 트랜지스터와 커패시터가 들어갑니다. 트랜지스터는 특정 화소를 지정하고 그 화소에만 전기적 신호가 들어갈 수 있도록 on/off를 선택하고, on 상태에서는 신호를 전달해주는 역할을 하죠. 따라서, 누설 전류가 작아서 신호의 손실이 없어야 하고, 또한 캐리어 이동도가 커서 신호의 전달 속도가 빨라야 합니다. 그런데, 디스플레이의 기판인 유리 위에 만들어지는 실리콘은 비정질층(amorphous layer)이어서 특히 이동도가 매우 작은데, 이 값을 증가시키기 위하여 레이저 열처리 등으로 실리콘 층의 결정성을 향상시키며, 이러한 과정을 결정화(crystallization)라고 합니다. 결정화 공정을 거친 실리콘 층은 단결정 실리콘 결정립(crystal grain)들이 모여서 이루어진 다결정층(poly-crystal layer)이 되어 이동도가 향상되는데, 그 정도는 결정립의 크기에 의존합니다. 결정립의 크기는 당연히 레이저 열처리 온도가 높고 시간이 길수록 증가하겠지요.
이때, 결정화 온도는 유리 기판이 손상을 입지 않는 한도 내에서 정해지며, 만일 이동도를 더 높이기 위하여 섭씨 1,000도 이상의 결정화 온도가 요구된다면, 열 내구성이 강한 석영 기판을 사용합니다. 이와 같이 이동도를 증가시키기 위하여 높은 온도에서 결정화 공정을 수행하여 결정립이 큰 다결정 실리콘 층을 형성하고, 여기에 만들어진 트랜지스터를 고온 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(High-Temperature Poly-Silicon Thin Film Transistor, HTPS TFT)라 하며, 이를 스위칭 소자로 내장한 LCD를 HTPS TFT LCD, 혹은 HTPS LCD라고 합니다.
석영 기판은 크기를 증가시키는 데에 한계가 있고, 가격 또한 높아서 HTPS TFT LCD는 대면적 디스플레이보다는 주로 화면 크기가 작고 해상도가 높은 마이크로 디스플레이용으로 만들어지며, 투사형이나 가상형 디스플레이 기기, 혹은 2 ~ 3인치급 이하의 뷰 파인더와 같은 특정 용도의 직시형 디스플레이로 사용됩니다. LCD 계열 내에서의 경쟁 기술로는 ‘실리콘 위의 액정’, 즉, LCoS가 있는데, 이는 이동도가 다결정 실리콘보다도 큰 단결정 실리콘 웨이퍼 자체를 스위칭 소자로 사용하는 것입니다. 두 경우 모두, 높은 이동도를 갖는 트랜지스터의 제작를 이용한다는 점과 더불어서, 드라이브 회로와 같은 주변 회로들을 디스플레이 기판 위에 함께 집적화할 수 있어서 SoD(System on Display)가 가능하다는 장점도 있습니다.
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# 더! 생각해보기
a. 고온 다결정 실리콘 TFT-LCD에서 고온, 즉 높은 온도의 범위는 어디까지일까
b. 실리콘층, 채널층의 전자 이동도가 증가한다면 어떤 점들이 좋아질까
# 수식과 이론, 퀴즈
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