[이달의 과학기술자상] 이기용 삼성SDI 책임연구원

유니EL '실리콘 결정화 기술' 개발

순차적 측면 고상화기술등 디스플레이 제작 적용

결정립 크기등 조절로 화상줄무늬 불균형 해결

이기용(앞줄 왼쪽 세번째) 박사와 삼성SDI 중앙연구소 유기EL 디스플레이용 기판기술 연구팀. 유기EL 디스플레이 핵심인 저온폴리 실리콘 결정화 기술에 있어 세계 최고의 수준에 도달했다.

SLS 기술을 적용한 2.2인치 능동형 유기EL 디스플레이 제품

[이달의 과학기술자상] 이기용 삼성SDI 중앙연구소 책임연구원

OLED 기판제작 핵심기술 개발

'실리콘 결정화'로 디스플레이 효율 향상시켜

화상 줄무늬 불균형·크기등 제한문제도 해결

이기용(앞줄 왼쪽 세번째) 박사와 삼성SDI 중앙연구소 유기EL 디스플레이용 기판기술 연구팀. 유기EL 디스플레이 핵심인 저온폴리 실리콘 결정화 기술에 있어 세계 최고의 수준에 도달했다.

SLS 기술을 적용한 2.2인치 능동형 유기EL 디스플레이 제품

• [인터뷰/이기용박사] "디스플레이 주도권 유지 기반 확보"

'이달의 과학기술자상' 3월 수상자로 선정된 이기용 삼성SDI 중앙연구소 책임연구원은 차세대 디스플레이로 평가되는 유기발광다이오드(OLEDㆍOrganic Light Emitting Diode, 유기EL) 디스플레이의 기판에 들어가는 핵심기술을 개발한 공로를 인정받았다.

OLED 디스플레이의 중요 소자인 박막트랜지스터(TFT)를 구성하는 실리콘(Si)을 결정화(고르지 못한 원자배열 상태를 균일화)함으로써 화면에 줄무늬가 생기는 문제를 해결했다.

이번에 개발된 결정화 기술은 휴대폰 등 소형 모바일 및 중대형 디스플레이 적용기술 등 2가지를 포함한다. 고화질과 함께 부품의 집적화가 요구되는 소형 모바일 OLED 디스플레이용 SLS(Sequential Lateral Solidificationㆍ순차적 측면 고상화) 기술과 함께 디스플레이 크기를 크게 하는 대신 생산가격을 낮출 필요가 있는 중대형용 SGS(Super Grain Siliconㆍ대형 실리콘 결정립 형성) 기술 등이다.

소형 모바일 기기부터 노트북 PC용 또는 HD TV까지 다양하게 사용되는 디스플레이 기술은 우리 산업 경쟁력에 필수적인 요소다. 기존 제품에 비해 두께와 무게ㆍ동작속도ㆍ소비전력량ㆍ시야각ㆍ색재현율 등에서 많은 장점을 가진 OLED 디스플레이가 현재 차세대 디스플레이로 기대를 모으고 있다.

OLED로 만든 화면은 스스로 빛을 내기 때문에 기존 LCD 화면처럼 뒷부분에서 빛을 비춰줄 필요가 없다. 때문에 훨씬 얇고 가벼울 뿐만 아니라 자연색에 가까운 색을 구현할 수 있고 휴대폰 등에서 반드시 필요한 소비전력도 대폭 낮출 수 있다. 옆에서 봐도 또렷하고 화면 전환속도가 빠른 동영상에도 안성맞춤이다. 기술 발전에 따라서는 두루마리 TV까지 만들 수 있을 정도로 첨단이다.

실리콘 결정화 기술이란 무질서하게 배열돼 있는 원자들을 규칙적으로 배열, 약 0.2~0.5㎛(마이크로미터ㆍ1㎛=100만분의1m) 크기의 결정립으로 이뤄진 결정질 실리콘 박막을 얻기 위한 기술. 일반적으로 이런 결정질 실리콘은 선형 레이저를 사용, 유리기판상에 증착돼 있는 약 50~80㎚(나노미터ㆍ1㎚=10억분의1m) 두께의 박막 비결정질 실리콘을 수십 나노초의 짧은 순간에 녹였다가 냉각시켜 만든다.

디스플레이에 화면을 띄우기 위해서는 실리콘으로 제작된 TFT에 전류를 흐르게 하는데 이때 전자가 무질서한 원자배열의 결정립간 경계에 부딪히면 이동이 방해를 받으면서 화질이 불량해진다. 고화질 화면을 만들기 위해서는 결정립 경계를 최소화할 필요가 있는 셈이다.

즉 SLS 결정화 기술은 디스플레이 제작을 위해 레이저를 쪼일 때 순차적인 측면이동 방식(SLS)을 사용, 결정립 크기를 수㎛ 이상으로까지 키울 수 있는 기술이다. 현재 사용되고 있는 ELA(엑시머 레이저 가열냉각) 기술은 1㎛ 이하의 작은 결정립으로 이뤄진 실리콘 박막밖에 만들지 못해 결정립간 경계 횟수가 늘어나고 디스플레이 효율이 낮아지는 것과 함께 화상에 줄무늬가 생기는 문제점이 있었다.

이 박사팀은 이 SLS기술을 OLED 디스플레이 만드는 데 최초로 성공적으로 적용한 셈이다. 또 결정립 크기ㆍ모양을 자유자재로 바꿈으로써 앞선 연구진들이 직면했던 난제인 레이저조사에 따른 밝고 어두운 부분이 규칙적으로 나타나는 화상 불균일성 문제를 근본적으로 해결했다.

이와 함께 시스템온패널(SOP) 회로기술을 사용, 부속부품을 집적함으로써 실제 시청할 수 있는 화면크기를 상대적으로 키웠다. 또 메모리ㆍCPU과 함께 지문인식ㆍ스캐너ㆍ디지털카메라 등의 기능성 센서를 디스플레이 자체에 삽입하는 것이 가능하게 됐다.

한편 중대형 디스플레이의 경우 레이저를 사용하지 않는 실리콘 결정화 기술인 SGS기술을 사용, 화상줄무늬 문제와 화면크기 한계를 해결했다. 중대형 디스플레이는 소형 모바일처럼 부품집적 문제가 필요 없는 대신 제작가격을 낮추고 화면을 키워도 화질이 훼손되지 않게 하는 기술이 필요하다.

SGS기술은 비결정질 실리콘 박막 위에 중간막 및 극소량의 금속 촉매를 씌운 후 고속으로 열처리함으로써 결정질 실리콘막을 만드는 기술이다. 역시 일반적으로 사용된 결정법으로 레이저로 기판을 스캔하는 방식인 ELA법은 줄무늬 형태가 화면에 나타나는 문제가 있었다. 특히 제작할 때 필요한 레이저 빔 길이의 한계(365㎜ 정도)로 인해 20인치급 이상의 디스플레이를 만들기는 불가능한 것으로 평가받아왔다.

/기흥=최수문기자 [e-mail]

입력시간 : 2005-03-02 16:36