오는 8월 5일 삼성전자 스마트폰 플래그십 제품군이 소개되는 '갤럭시 언팩 2020'을 앞두고, 차세대 저전력 디스플레이 '저온다결정산화물(LTPO)-박막 트랜지스터(TFT)'가 상용화될지 관심을 끌고 있다.

27일 유명 IT 트위터리안과 업계에서는 갤럭시 언팩 2020에서 공개되는 갤럭시노트20 울트라 모델에 스마트폰 최초로 LTPO-TFT 탑재가 유력하다고 전망하고 있다.

TFT는 디스플레이 기본 단위인 '픽셀'을 제어하는 전원 스위치 역할을 하는 얇은 반도체 소자이다. TFT에서 전자가 이동하는 활성층이 어떤 물질로 이루어졌느냐에 따라 TFT의 종류가 나뉜다. LTPO는 전자이동도가 빠르지만 누설 전류가 많은 LTPS(저온다결정실리콘)-TFT와 전자이동도는 LTPS보다 느리지만 누설 전류가 적은 Oxide(산화물)-TFT를 하나의 기판 위에 올려 서로의 장점을 취한 트랜지스터다. 다시 말해 LTPO-TFT는 전자이동도도 빠르고 누설 전류도 적다.

LTPO는 공정이 복잡하고 단가가 높아 스마트워치에 처음 사용됐다. 애플이 LTPO 기술 특허를 따내 애플워치4부터 LTPO 디스플레이를 사용했고 그 후 삼성도 자사 스마트워치에 LTPO를 적용했다. 스마트워치에서 LTPO 디스플레이는 상황에 맞게 주사율을 60㎐에서 1㎐로 낮출 수 있어 효율적인 전력관리가 가능하다.

삼성 LTPO 디스플레이를 발광 전력보다 구동전력이 높은 스마트워치에 적용하면 전력을 기존보다 30% 아낄 수 있다. 게임, 영상 시청 등 발광 전력 수요가 높은 스마트폰에 경우 전력을 5~15% 정도 절약할 수 있다. 시장조사업체 IHS마킷은 LTPO 기술을 적용하면 같은 화면 크기 스마트폰에서 사용시간이 기존 90시간에서 100시간으로 늘어날 수 있다고 분석했다.

스마트폰 LTPO 디스플레이가 스마트워치보다 절약할 수 있는 전력이 낮음에도 불구하고 차세대 디스플레이로 주목 받는 이유는 모바일 사용량 급증에 있다. 유튜브, 넷플릭스 등 고화질 모바일 영상에 대한 수요가 늘고 고성능과 고화질이 필요한 모바일 게임이 출시되면서 한정된 배터리 용량안에서 얼마나 오래 스마트폰을 사용할 수 있느냐가 핵심으로 떠올랐다. 배터리 용량을 무작정 늘리기에는 디자인에 영향을 줘 글로벌 폼팩터(경쟁)에도 부정적 영향을 끼칠 가능성이 크다.

◆삼성전자, 갤노트7 실패 이후 전력 관련 기술 확보 노력

삼성전자는 갤럭시노트 7 배터리 불량으로 대량 리콜, 생산 중단 등 '거대한 실패'를 겪으면서 스마트폰 전력과 효율에 관련한 기술 확보에 총력을 다하고 있다. 갤럭시노트8은 교차 탑재되는 모바일 프로세서(AP)를 전작 대비 전력 소모를 25% 감소시킨 퀄컴의 스냅드래곤 835칩, 전작 대비 전력 효율을 40% 향상 한 엑시노스 8895칩을 탑재하면서 전력 효율에 신경 썼다. 또 고속·무선 충전 편의성 확보를 위해 퀵차지 충전 기술도 선보였다.

갤럭시노트9은 3300mAh 였던 노트8의 배터리 용량을 4000mAh로 업그레이드 하고 쿨링시스템을 대폭 강화해 노트8 대비 3배 더 우수해진 열 흡수 능력을 선보여 발열 가능성을 억제했다.

노트10 역시 기본형 3500mAh, 플러스형에 4300mAh 배터리를 탑재하고 45W 고속 충전 기술을 도입해 전력 관련 이슈를 해결하려 했다.

이번 갤럭시노트20 울트라 모델은 차세대 LTPO 디스플레이를 사용해 다른 전력 효율성 확보 수단과 시너지 효과를 노린다.

◆ "LTPO가 스마트폰 디스플레이 주류 될 것"

LTPO에 마냥 좋은 점만 있는 것은 아니다. 복잡한 두 개의 TFT를 하나의 유리 기판 위에 올리기 때문에 공정이 대폭 늘어날 수 밖에 없다. 학계에서는 기존 공정보다 30% 이상 복잡하다고 보고 있다. 그로 인한 추가 설비 투자, 초기 수율 하락과 공정 시간 증가에 다른 비용 상승이 일어날 가능성이 있다.

김현재 연세대학교 전기전자공학부 교수는 "앞으로 스마트폰에는 LTPO 기술이 주요하게 적용이 될 것이다. 문제는 LTPO가 잠깐 거쳐가는 단계인지, 지속될 건지는 옥사이드 TFT의 성능에 달려있다"고 말했다.

이어 "LTPO는 두 개의 트랜지스터를 하나의 기판 위에 같이 올리기 때문에 제조공정이 길어지고, 단가가 높아진다. 하지만 스마트폰에 LTPO 디스플레이를 쓴다는 것은 스마트워치와 차원이 다른 이야기다. 스마트폰은 시장 규모도 크고 제품 교체 간격도 빠르기 때문에 스마트폰 디스플레이 시장에서 LTPO가 주류가 되리라 생각한다"고 말했다.