디스플레이 연구회

*박막회로가 그려지는 원판 청정도 ㆍ정밀성이 화질 좌우 *제조공법 퓨전ㆍ플로팅공법으로 나눠 2000년후 1.5년마다 크기 2배씩 증가 LCD 패널을 이용한 TV, 모니터, 노트북, 내비게이션 등 다양한 디지털 제품 사용이 광범위해지면서 그 안에 들어가는 핵심 부품 가운데 하나인 `TFT LCD 기판유리'에 대한 관심이 커지고 있습니다. 특히 7세대, 8세대 등 날이 갈수록 LCD TV 크기가 커지면서 도대체 LCD 패널의 원판이 되는 유리 크기는 얼마나 더 커질 수 있는지, 또 현재 나오는 유리의 두께는 얼마나 되는지, 이와 함께 TFT LCD 기판유리는 어떻게 만드는지 궁금증을 자아내고 있습니다. 우리가 자주 보는 LCD TV의 맨 앞에 있는 것, 즉 손으로 만질 수 있는 부품이 바로 편광판입니다. 편광판은 LCD 패널 뒤쪽에 있는 백라이트유닛(BLU)에서 나오는 빛이 액정(Liquid)을 통과하고 칼라필터의 RGB(적록청) 픽셀을 거쳐 나올 때 필요한 빛과 필요없는 빛을 걸러주는 역할을 하는 부품입니다. 우리가 LCD TV를 통해 최종적으로 선명한 영상을 볼 수 있는 것은 편광판이 검정색과 흰색, 기타 다양한 칼라를 볼 수 있도록 빛의 투과를 조절하기 때문입니다. 바로 이 편광판 뒤에 부착돼 있는 것이 칼라필터(CF)용 기판유리입니다. 보통 LCD TV에는 2장의 유리가 사용되는데 한 장은 칼라필터 기판, 또 한 장은 TFT 기판입니다. CF용 기판유리는 TV의 화질을 결정하는 RGB 픽셀이 증착되는 원판이고, TFT 기판유리는 액정에 신호를 전달할 수 있는 박막회로(Thin Film Transister)가 그려지는 원판으로 사용됩니다. 반도체의 웨이퍼같은 역할이죠. 액정은 이 2장의 기판 사이에 주입됩니다. 결국 LCD TV는 2장의 기판유리를 축으로 각종 부품 및 재료가 앞뒤 사이로 겹치는 과정을 거쳐 하나의 패널로 완성됩니다. ◇유리의 청정도와 정밀성이 핵심=TFT LCD 패널이 고화질과 고해상도를 유지하기 위해서는 기판유리 자체의 청정도와 정밀성이 요구됩니다. 유리 품질이 좋지 못하면 고화질 구현이 불가능하고 LCD 패널 제조과정에서부터 많은 장애가 발생합니다. LCD 기판유리의 대표적인 특성은 무(無)알칼리입니다. 만일 유리 내부에 알칼리 성분이 있으면 액정에 알칼리 이온이 녹아나와 액정의 특성을 변화시키거나, 색이 균일해지지 않아 LCD 패널 안정성에 큰 문제를 초래합니다. 따라서 LCD 기판유리로는 알칼리 성분이 전혀 포함되지 않는 무알칼리 유리가 사용됩니다. 또 LCD 기판유리는 섭씨 300도 이상의 고온이 필요한 패널 생산공정을 거쳐야 하기 때문에 여러 가지 화학물질에 대한 내구성이 강해야 합니다. 이와 함께 유리기판 표면의 얼룩, 긁힘, 균일도, 두께 편차 그리고 미세한 굴곡 등의 표면 품질도 매우 중요합니다. LCD 패널 제조를 위해서는 유리판 위에 여러 층의 얇은 막을 겹쳐야(증착) 하는데 표면에 결함이 있을 경우 박막과 유리판 사이의 부착력에 문제가 생기기 때문입니다. ◇유리 제조공법=현재 LCD 기판유리를 만드는 방법은 크게 퓨전(Fusion) 공법과 플로팅(Floating) 공법 등 2가지가 있습니다. 플로팅 공법은 용해로에서 끓인 유리물을 수평롤러(용융주석, Tin)에 흘려 이동시키면서(마치 철을 만드는 과정처럼) 기판유리를 만드는 것으로, 유리가 롤러에 닿기 때문에 후에 유리를 연마하는 공정을 추가로 거쳐야 합니다. 현재 아사히글라스, 일본전기초자, 쇼트 등 코닝을 제외한 대부분의 유리업체들이 이 기법을 사용중입니다. 최근 쇼트구라모토가 충북 오창에 세운 공장은 독일에서 가져온 유리 원판을 연마하는 후공정 공장입니다. 반면 미국 코닝과 한국 삼성코닝정밀유리가 쓰는 퓨전 공법은 용해로에서 흘러넘치는 유리물을 공기중에서 수직낙하하면서 냉각시키는 것으로, 표면에 닿지 않게 만드는 특성 때문에 표면 품질이 우수하다는 장점이 있습니다. 이 공법은 1960년대 미국 코닝사가 자동차용 유리 생산을 위해 수백만달러를 들여 개발한 것이었는데 경? 제조기술을 개발하는 바람에 1971년 이 프로젝트를 접었던 실패 기억이 있습니다. 그러다가 전세계에 LCD 산업이 커지면서 TFT LCD용 정밀 기판유리 생산기술로 진화, 현재 세계 시장의 60%를 점유하는 효자사업으로 거듭난 역사를 갖고 있습니다. ◇기판유리 크기와 두께=LCD 업계에서는 흔히 세대(Generation)라는 말을 많이 쓰는데 이는 엄밀히 말하면 기판유리 크기의 발전을 말하는 것입니다. `세대'를 정하는데는 여러 가지 설이 있지만 일반적으로 뒷세대의 `짧은 길이'가 앞세대의 `긴 길이' 이상이 될 때 한 세대를 뛰어넘었다고 말합니다. 현재 LCD 시장은 5세대를 넘어 7세대, 8세대로 치닫고 있습니다. 특기할 만한 점은 1세대에서 4세대까지는 10년이 걸렸지만 4세대에서 5세대까지는 3년여, 2000년 이후에는 1.5년마다 기판유리 크기가 약 2배정도씩 커지고 있습니다. 그렇다면 기판유리 크기는 어디까지 커질 수 있을까요. 현재 8세대 유리기판 크기가 2200×2500mm인데 이론적으로는 3×3m까지 가능하다는게 업계의 중평입니다. 그 이상 크기는 운송에 따르는 교량, 높이, 도로폭 등의 인프라 시설 문제로 한계가 있다고 합니다. 그리고 현재 LCD 기판유리 두께는 샤프 심 두께 정도인 0.5~0.7mm가 가장 일반적입니다. 박상현기자 psh21@