TFT 디스플레이의 역사

TFT는 누가, 언제 발명했습니까?

1962년 반도체 및 마이크로일렉트로닉스 분야의 일련의 발전 끝에 TFT가 등장했습니다. RCA(Radio Corporation of America)는 트랜지스터 사용 가능성을 확대하기 위해 트랜지스터를 실험하고 개발하는 데 수년을 보냈습니다. John Wallmark(RCA 회원)의 첫 번째 박막 특허는 1957년에 있었지만 TFT를 개발한 사람은 역시 RCA의 Paul K. Weimer였습니다.

TFT의 진화

TFT가 등장하기 전에는 FET(Field Effect Transistor)가 있었습니다. FET는 반도체 소자의 일종으로 트랜지스터가 전기적 신호를 증폭, 제어, 생성하는 성질을 갖게 한다. 이 트랜지스터는 장치 내에서 전류의 움직임과 흐름을 제어하기 위해 만들어졌습니다. FET에는 표준 빌드가 있습니다., 소스, 드레인 및 게이트와 반도체와의 접촉 및 전도를 허용하는 개별 전극으로 구성됩니다. 이 소자는 전자나 정공과 같은 전하 캐리어의 움직임을 증가 또는 감소시켜 게이트를 통해 인가된 전압을 제어할 수 있습니다. (전계 효과를 일으키는 전자의 부재) 캐리어 이동성이라고 하는 방식으로, 또는 FET에 더 특정한 전계 효과 이동도. 이동도가 높은 반도체를 사용하면 전하가 더 쉽게 증폭, 제어 또는 생성됩니다. 그런 다음 FET는 신호를 강도와 함께 변경할 수 있습니다. (소스에서) 목적지(드레인 및 지정된 신호 수신자)로 전송됩니다.

FET는 1945년 아이디어가 처음으로 특허를 받은 지 몇 년 후인 1925년에 처음으로 성공적으로 제작되었습니다. 그러나 FET가 훨씬 더 유용하게 된 것은 여러 해 후 금속 산화물 반도체 필드 에너지 트랜지스터(MOSFET)를 만든 실험이 될 때까지였습니다. . 과학자들은 장치를 위한 게이트 절연체를 만들 수 있다는 것을 발견했으며 그렇게 함으로써 일반적으로 실리콘으로 만들어진 반도체 조각의 제어된 산화(산화층을 다른 표면으로 강제 확산)를 허용했습니다. 이 새로운 층은 MOSFET의 유전체 층 또는 게이트 유전체로 알려져 있습니다. 이 개발로 FET를 다양한 용도로 통합할 수 있었지만 가장 주목할만한 것은 디스플레이 기술이었습니다.

MOSFET에서 TFT가 탄생했습니다. TFT는 이름에서 알 수 있듯이 박막을 사용하기 때문에 표준 MOSFET 또는 벌크 MOSFET과 다릅니다. TFT는 전자의 새로운 시대를 열었습니다. 첫 번째 TFT가 개발된 지 불과 1968년 후인 1973년, RCA의 Bernard J. Lechner는 현대에 인기를 끌 TFT LCD(Liquid Crystal Display)에 대한 아이디어를 공유했습니다. TFT LCD는 XNUMX년 Westinghouse Research Laboratories에서 처음 만들어졌습니다. 이 LCD는 트랜지스터로 제어되는 픽셀로 구성되었습니다. FET에서 기판은 반도체 재료에 불과했지만 TFT LCD 제조에서는 픽셀을 표시하기 위해 유리 기판을 사용했습니다.

그러나 그것이 TFT 개발의 끝이 아니었습니다. 얼마 지나지 않아 1974년에 TFT LCD의 개발자 중 한 명인 T. Peter Brody와 Fang-Chen Luo가 최초의 능동 매트릭스 LCD(AM LCD)를 만들었습니다. 능동 매트릭스는 각 픽셀을 개별적으로 제어합니다. 즉, 각 픽셀의 각 TFT는 신호를 능동적으로 보존했습니다. 이것은 디스플레이가 더 복잡해짐에 따라 더 나은 성능과 속도의 문을 열었습니다.

위, 능동 매트릭스(왼쪽)와 수동 매트릭스(오른쪽)의 신호 구조 비교.

TFT는 반도체 층에 다양한 재료를 사용할 수 있지만 실리콘이 가장 널리 사용되어 Si TFT로 약칭되는 실리콘 기반 TFT를 생성합니다. 반도체 장치로서 TFT와 모든 FET는 고체 전자 장치를 사용합니다. 즉, 진공관이 아닌 반도체 층의 구조를 통해 전기가 흐릅니다.

실리콘의 가능한 구조가 다양하기 때문에 Si TFT의 특성도 다양할 수 있습니다. 가장 일반적인 형태는 반도체 제조 공정의 첫 번째 단계에서 낮은 온도에서 기판에 증착되는 비정질 실리콘(A-Si)입니다. A-Si:H 형태로 수소화될 때 가장 유용합니다. 그러면 A-Si의 특성이 크게 변경됩니다. 수소가 없으면 물질이 도핑(전하의 이동성을 증가시키기 위한 불순물의 도입)으로 어려움을 겪습니다. 그러나 A-Si:H 형태에서는 반도체 층이 훨씬 더 광전도성이 있고 도핑될 수 있습니다. A-Si:H TFT는 1979년에 처음 개발되었으며 실온에서 안정적이며 AM LCD에 가장 적합한 옵션이 되었으며 결과적으로 이 획기적인 이후 인기가 상승하기 시작했습니다.

실리콘의 두 번째 잠재적 형태는 미정질 실리콘입니다. A-Si와 유사한 형태를 유지하지만 이러한 유형의 실리콘에는 결정 구조로 알려진 입자도 있습니다. 비정질 구조는 네트워크와 같은 구조에 대해 더 무작위적이고 덜 기하학적인 모양을 갖지만, 반면에 결정질은 더 구조화되고 조직화됩니다. 올바르게 성장하면 미세결정질 실리콘은 구조 내에 수소가 적기 때문에 A-Si:H보다 전자 이동도가 더 좋고 안정성도 더 높습니다. A-Si의 증착과 유사한 방식으로 증착됩니다.

마지막으로 폴리실리콘 및 폴리실리콘이라고도 하는 다결정실리콘이 있습니다. 폴리실리콘의 구조는 많은 결정자로 구성되어 있기 때문에 미세결정질 실리콘은 A-Si와 폴리실리콘의 중간이다. 이 특정 형태는 구조의 특성을 변경하기 위해 열을 추가하는 것을 의미하는 실리콘 재료를 어닐링하여 만들어집니다. poly-Si를 사용하면 결정 격자의 원자가 가열되면 이동 및 이동하고 냉각되면 구조가 재결정화됩니다.

이러한 형태, 특히 A-Si와 폴리-Si의 가장 큰 차이점은 A-Si보다 폴리-Si를 사용할 때 전하 캐리어가 훨씬 더 이동성이 좋고 재료가 훨씬 더 안정적이라는 것입니다. 복잡한 고속 TFT 기반 디스플레이 제작 시, poly-Si의 특성이 이를 가능하게 합니다. 그러나 A-Si는 낮은 누설 특성으로 인해 여전히 매우 중요합니다. 즉, 유전체 절연체가 완전히 비전도적이지 않을 때 누설 전류가 크게 손실되지 않습니다.

1986년 Hitachi는 최초의 저온 폴리실리콘(LTPS)을 시연했습니다. LTPS는 유리 기판이 고온에 강하지 않기 때문에 소자 제조에 큰 역할을 하므로 poly-Si를 어닐링하기 위해 더 낮은 온도가 사용됩니다.

몇 년 후, 2012년에 IGZO(인듐 갈륨 아연 산화물)의 형태로 또 다른 개발이 이루어졌으며, 이는 재생률 측면에서 보다 강력한 디스플레이를 허용하고 전력 소비 측면에서 보다 효율적입니다. 이 반도체 물질은 이름에서 알 수 있듯 인듐, 갈륨, 아연, 산소를 사용합니다. 아연 산화물(ZnO)의 한 형태이지만 인듐과 갈륨을 첨가하면 이 물질이 균일한 비정질 상태로 증착될 수 있지만 산화물의 높은 캐리어 이동도를 유지할 수 있습니다.

TFT가 디스플레이 기술에서 그들의 존재를 증가시키기 시작하면서 투명 반도체와 전극은 제조업체들에게 더 매력적이게 되었습니다. ITO(인듐 주석 산화물)는 외관, 우수한 전도성 및 증착 용이성으로 인해 널리 사용되는 투명 산화물의 예입니다.

R서로 다른 재료를 사용하는 TFT에 대한 연구는 임계 전압의 적용, 즉 장치를 켜는 데 필요한 전압의 양으로 이어졌습니다. 이 값은 산화물의 두께와 선택에 크게 의존합니다. 산화물의 경우 이는 누설 전류의 개념과 관련이 있습니다. 더 얇은 층과 특정 유형의 산화물을 사용하면 누설 전류가 더 커질 수 있지만 장치로의 누설도 증가하므로 임계 전압이 낮아질 수 있습니다. 낮은 전력 소비에 대한 TFT의 잠재력을 활용하기 위해 임계 전압이 낮을수록 장치의 매력이 더 좋아집니다.

TFT에서 비롯된 또 다른 개발 분야는 유기 TFT(OTFT)입니다. 1986년에 처음 생성된 OTFT는 일반적으로 고분자 또는 거대분자의 용액 주조를 사용합니다. 이 장치는 느린 응답 시간을 의미하는 느린 캐리어 이동성을 갖는 경향이 있기 때문에 사람들을 주저하게 만들었습니다. 그러나 연구자들은 OTFT에 적용할 가능성이 있기 때문에 OTFT를 실험했습니다. 기존 TFT와 다른 디스플레이 유연한 플라스틱 디스플레이와 같은 용도로 사용됩니다. 이 연구는 오늘날에도 계속되고 있습니다. OTFT는 기존 실리콘 기술보다 처리가 간단하여 현대 및 미래 기술에 대한 많은 잠재력을 보유하고 있습니다.

TFT 현재: 개요

전술한 바와 같이 TFT는 기술 발전의 요구를 다양하게 충족할 수 있도록 진화했습니다. 뛰어난 이미징 특성과 저렴하고 저렴한 제조로 인해, TFT 장치 및 기술이 크게 향상되었습니다. TFT 창설 이후의 수와 목적.

예를 들어, 다양한 디스플레이로 잘 알려져 있고 인기 있는 브랜드인 Apple은 TFT LCD iPhone, Macbook 및 iPad와 같은 기기의 경우. Apple이 유기발광다이오드(OLED)라고 하는 개발에 착수했습니다. OLED는 더 얇고 유연한 디스플레이를 만들 수 있습니다. 여기에는 오늘날에도 여전히 많은 단점이 있습니다. OLED는 훨씬 더 비싸고 물과 접촉하기 더 약하기 때문에 TFT LCD는 여전히 우리 시대에 가장 눈에 띄는 디스플레이 기술입니다. AMOLED(Active Matrix OLED)라는 것도 있다. OLED 층 및 TFT 층. 이것이 Apple이 iPhone X 및 Apple Watches와 같은 장치에 구현하기 시작한 것입니다. 이 디스플레이는 Apple이 시장에서 많은 부분에 집중하는 더 깊고 풍부한 색상을 허용합니다.

그러나 TFT 기술과 장치는 Apple과 같은 디스플레이에만 국한되지 않습니다. TFT의 고해상도, 고성능 장점으로 자동차 첨단화 및 의료 분야에 진출했습니다. 자동차 대시보드와 화면은 종종 TFT LCD 디스플레이를 사용합니다.. 의학에서 TFT는 방사선 이미지에 대한 이미지 수용체 역할을 할 수 있습니다.

우리 세계가 이제 이러한 종류의 기술에 크게 의존함에 따라 엔지니어, 기술자 및 기타 전문가 또는 야심 찬 사람들을 통합하기 위해 "기술 사회"가 등장했습니다. IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)는 그 중 하나이며 기술로 인류를 개선하는 데 전념하고 있습니다. 이 더 큰 그룹의 특정 하위 집합은 전자 또는 이온 기반 장치에 중점을 둔 전자 장치 협회(EDS)입니다. 이 하위 학회는 전자 장치의 이론과 설계에 관한 논문을 과학 저널에 게재합니다.

TFT의 미래

기존 TFT의 성장 가능성은 여전히 ​​있지만 개발자는 TFT의 응용성을 확대하는 데 관심을 갖고 있습니다. OTFT가 1986년 개발된 이후로 플렉서블 디스플레이를 만드는 아이디어는 개발자들에게 인정된 경로였지만 평면 패널 디스플레이보다 이것을 선택한 사람은 거의 없었습니다. 이러한 유연한 종류의 장치를 LAE(대면적 전자 장치)라고 합니다. 기존 TFT 디스플레이보다 환경 독성이 적은 재료 사용, LAE 또는 보다 구체적으로 유기 LAE(OLAE)는 TFT 개념에 대한 새로운 확장입니다.

그러나 이러한 유기 디스플레이에는 일반적으로 해상도 및 응답률 측면에서 소비자가 원하는 만큼의 바람직한 특성이 없기 때문에 문제가 여전히 존재합니다. 이것 때문에, 전통적인 TFT LCD가 계속해서 시장을 지배하고 있습니다., 그러나 이러한 유기적 기술에 대한 연구와 실험이 계속됨에 따라 아직 제한이 없습니다. TFT 기반 디스플레이, 그리고 디스플레이 기술은 속도, 품질 및 다양성 면에서 계속해서 향상될 것입니다.