LTPO TFT의 확산과 고도화: 산화물 구동 전환과 양산 과제

저전력 구동에서 산화물 구동 TFT를 통한 화질 안정화로

2025년 LTPO 스마트폰 패널 출하량은 3.85억 장, 한국 두 업체의 점유율은 70.2%다.
산화물 TFT의 역할은 저누설 스위칭에서 발광 전류 구동까지 확대되고 있다.
다음 과제는 저계조 화질과 구동 안정성을 대면적 양산, 제조비용과 함께 개선하는 것이다.

 

1.  시장 현황과 공급 구조

2025년 LTPO 스마트폰 패널 출하량은 폴더블을 포함해 384.96M이다. 삼성디스플레이가 206.59M으로 53.7%를 차지했고, LG디스플레이와 BOE가 각각 63.61M, 59.46M으로 뒤를 이었다.[1]

삼성디스플레이와 LG디스플레이의 합산 출하량은 270.20M으로 전체의 70.2%다. 중국 업체는 BOE를 중심으로 Visionox와 TCL CSOT, Tianma가 참여해 114.76M을 공급했다. 한국 중심의 공급 구조 안에서 중국 업체도 약 30%의 물량을 확보한 모습이다.

LG디스플레이와 BOE의 LTPO 스마트폰 패널 출하량은 비슷하지만 고객 구성에는 차이가 있다. iPhone 17 시리즈의 경우 2025년 10월까지 삼성디스플레이와 LG디스플레이가 전체 패널의 약 99%를 공급했다.[2] 앞으로는 각 업체가 공급 제품과 고객을 얼마나 확대하는지, 산화물 구동 TFT 등 차세대 기술을 언제 양산에 적용하는지가 공급 구도의 변화에 영향을 줄 것으로 보인다.

 

2.  적용 히스토리와 확산 배경

LTPO는 저온 다결정 실리콘(LTPS, Low-Temperature Polycrystalline Silicon)과 산화물 TFT를 같은 기판에 구성하는 기술이다. LTPS의 전류 구동 능력과 산화물의 낮은 누설전류를 결합해, 화면 내용에 따라 주사율을 바꾸는 기반을 마련했다.

초기 적용처는 배터리 용량이 작은 스마트 워치였다. Apple 연구진은 2019년 SID 논문에서 Apple Watch Series 4의 LTPO 적용을 소개했다. 2019년 출시된 Series 5에서는 상시표시(AOD, Always-On Display)를 위해 LTPO와 저전력 구동회로를 함께 활용했다.[3,4]

시기	대표 제품과 사건	적용의 초점
2018	Apple Watch Series 4	웨어러블 저전력 백플레인
2019	Apple Watch Series 5	AOD와 전력 관리
2020	Galaxy Note20 Ultra	콘텐츠별 10~120Hz 가변 주사율
2021	iPhone 13 Pro	10~120Hz ProMotion
2022	iPhone 14 Pro	1Hz 기반 AOD
2024	Apple Watch Series 10 OLED iPad Pro	LTPO3 적용 LTPO + 탠덤 OLED의 태블릿 채용
2025	iPhone 17 일반형	1~120Hz 가변 주사율과 AOD
2026	BOE 8.6세대 AMOLED 양산	LTPO와 탠덤 OLED의 IT 확대

스마트폰에서는 움직이는 화면의 고주사율과 정지 화면의 절전을 결합하는 방향으로 발전했다. 콘텐츠에 따라 주사율을 조절하고, AOD에서 갱신 빈도를 더 낮추는 방식으로 적용 범위를 넓혔다.[5~7] 2024년에는 Apple Watch Series 10에 LTPO3가 적용됐고, OLED iPad Pro에는 LTPO와 탠덤 OLED가 채용됐다.[8,9]

최근에는 LTPO가 적용되는 제품의 범위가 넓어지고 있다. 2025년에는 iPhone 17 일반형도 1~120Hz 가변 주사율과 AOD를 지원하면서, 기존 Pro 모델 중심의 저전력 디스플레이 기능이 일반형으로 확대됐다. 화면 움직임이 많은 콘텐츠에서는 높은 주사율을 사용하고, 정지 화면에서는 갱신 빈도를 낮추는 방식이 보다 넓은 제품군에 적용되기 시작한 것이다.[10]

스마트폰에서 축적된 LTPO 기술은 태블릿과 노트북 등 IT용 OLED로도 이어지고 있다. BOE는 2026년 6월 8.6세대 AMOLED 양산을 발표하며, 해당 라인에 LTPO와 탠덤 OLED를 적용했다고 설명했다.[11] IT 제품은 문서나 웹페이지처럼 화면 변화가 적은 콘텐츠를 장시간 표시하는 경우가 많아, 주사율 조절을 통한 소비전력 절감이 유용하다. 다만 화면과 기판이 커질수록 균일도 확보와 제조비용 관리가 더 중요해진다.

 

3. 개선되어 온 화질과 제조 공정

■ 저누설 스위칭과 구동 보상

주사율을 낮추면 다음 데이터가 기록될 때까지 픽셀의 전압을 더 오래 유지해야 한다. 기존 LTPS 회로에서는 누설전류가 저장 전압을 바꾸는 문제가 있었다. 주요 누설 경로에 산화물 TFT를 넣은 LTPO는 데이터 유지 성능을 높여 저주사율 구동을 가능하게 했다.

이후에는 데이터를 새로 기록하는 구간과 유지하는 구간의 밝기 차이를 줄이는 작업이 이어졌다. 초기화 전압과 보상 시간, 구동 TFT의 바이어스 조건을 조절하는 방식이다. 2025년 LG디스플레이와 연세대 연구진은 산화물 TFT의 느린 전하 방출과 구동 TFT의 히스테리시스가 함께 플리커를 유발함을 분석하고, 유지 구간의 초기화 전압을 조절해 이를 완화했다.[12]

개선 대상	주요 접근	효과
저장 전압	산화물 스위칭 TFT 적용	저주사율 데이터 유지
밝기 변동	초기화와 바이어스 조건 조절	플리커와 전환 화질 개선
수소 유입	차단층과 절연막 공정 최적화	산화물 소자의 특성 안정화
하부층 형상	식각 선택비와 균일도 개선	문턱전압 산포 축소
공정 부담	층 공유와 적층 구조 단순화	마스크와 공정 저감 가능성

 

■ 서로 다른 공정을 안정적으로 결합

LTPS의 결함을 줄이는 수소화 공정은 산화물 채널에 과도한 수소를 유입시킬 수 있다. 이 경우 문턱전압과 누설전류가 달라진다. 수소 차단층과 보호막, 절연막 증착 및 열처리 조건의 최적화는 두 소자를 함께 제조하기 위한 주요 개선 항목이었다. 산화물의 수소 내성을 높인 연구도 보고됐다.[13]

공정 형상도 화질에 영향을 준다. LG디스플레이와 연세대의 2026년 연구에서는 LTPS 공정에서 생긴 하부층 돌출이 산화물 채널에 전달되는 문제를 확인했다. 식각 공정을 개선해 돌출 높이를 5.1nm에서 1.6nm로 낮췄고, 신뢰성 시험 후 패널 내 문턱전압 편차는 0.92V에서 0.15V로 줄었다. 회로 보상과 함께 하부층의 균일도 관리가 유효함을 보여준 사례다.[14]

공정 단순화는 제조 원가를 줄이기 위한 개선 방향이다. 2020년 연구는 코플래너 구조와 절연막 설계를 이용해 6개 포토마스크로 LTPO 소자와 CMOS 인버터를 구현했다. 이는 TFT 소자 제작 공정수를 줄인 사례이다.[15]

 

4.  구동 TFT의 산화물 전환

산화물의 낮은 누설전류는 저장 전압을 유지하는 데 유리하다. 그러나 저장 전압이 같아도 LTPS 구동 TFT의 이전 인가 전압과 전하 포획 상태에 따라 발광 전류가 달라질 수 있다. 이러한 히스테리시스는 저주사율 밝기 변화와 계조 전환 직후의 응답 지연에 영향을 준다.[16]

■ 스위칭에서 전류 구동으로 역할 확대

구동 TFT까지 산화물로 전환하는 접근은 이력에 따른 전류 변동을 줄이는 데 초점을 둔다. LTPO1의 n형 LTPS 구동, LTPO2의 p형 LTPS 구동을 거쳐 LTPO3/LTPO+에서 산화물 구동 TFT를 사용한다. 일부 발광 제어와 스위칭 소자에는 여전히 LTPS를 사용한다. 실제 제품의 구성은 다를 수 있다. 예를 들어 iPhone 17 시리즈는 일부 스위칭 TFT에만 산화물을 적용하고, 구동 TFT는 LTPS를 유지한 것으로 보도됐다.[17]

대표 구분	LTPO1	LTPO2	LTPO3 / LTPO+
구동 TFT	n형 LTPS	p형 LTPS	n형 산화물
산화물 역할	스위칭	스위칭과 보상 경로	스위칭과 전류 구동

SEL의 2025년 연구에서는 높은 이동도를 갖는 결정성 InOₓ TFT를 구현하고, 측정 조건에서 히스테리시스가 관찰되지 않았다고 보고했다. 이 소자로 OLED 시제품도 제작했다. 산화물 구동의 가능성을 보여주는 한 예이다.[18]

2024년 Apple Watch Series 10에 LTPO3가 적용됐다.[8] 스마트폰에서는 2026년 9월 출시된 iPhone 18 Pro에 구동 TFT까지 산화물을 쓰는 LTPO+가 적용됐다.[19]

iPhone 18 Pro용 패널은 삼성디스플레이와 LG디스플레이가 주로 공급하며, BOE는 품질과 수율 요건을 충족하기 어려울 것으로 전해졌다.[20] LG디스플레이와 BOE의 출하 규모는 비슷하지만, 차세대 구동 구조에 대한 대응 속도는 공급 구도를 바꾸는 요인이 될 수 있다.

■ 구동 소자에 맞춘 회로 설계

n형 산화물 구동 TFT의 소스가 OLED 측에 연결되는 구조에서는 OLED의 동작 전압 변화가 소스 전위에 반영될 수 있다. 게이트 전압이 고정되어 있다면 게이트와 소스 사이 전압(Vgs)이 달라져 발광 전류에 영향을 준다. 이 때문에 저장 커패시터의 연결과 OLED 전압 변화를 고려한 보상 설계가 함께 중요해진다.

LTPS가 정밀한 발광 전류 구동을 맡지 않게 되면 역할에 맞춘 공정 최적화의 여지도 생긴다. 다만 비용 효과는 남는 LTPS 공정과 산화물 구동 TFT에 필요한 추가 구조를 함께 평가해야 한다.

 

5.  남은 과제와 양산 조건

■ 저계조를 안정적으로 표현하는 산화물 소자

구동용 산화물 TFT는 작은 전류 차이를 안정적으로 만들어야 한다. 게이트 전압에 대한 전류 변화가 지나치게 급격하면 어두운 계조를 표현할 전압 범위가 좁아진다. 서브스레숄드 스윙(SS, Subthreshold Swing)은 이 구간의 전류 변화 특성을 나타내며, 구동용에서는 계조 제어에 적합한 값과 균일성이 필요하다.

2026년 Full-Oxide AMOLED 연구는 비대칭 이중 게이트로 구동 TFT에는 완만한 특성을, 스위칭 TFT에는 급격한 특성을 부여하는 방식을 제안했다. 이동도 향상과 함께 소자의 역할에 맞는 전류 특성을 구현하는 것이 핵심이다.[21]

과제	주요 관리 항목	제품에 미치는 영향
전류 안정성	바이어스, 온도, 광 스트레스	장시간 밝기와 계조 유지
저계조 제어	SS와 문턱전압 편차	어두운 화면의 균일도
회로 보상	TFT 및 OLED 전압 변화	전환 응답과 발광 전류
구동 범위	유지 시간과 기록 시간	저주사율과 고주사율 양립
대면적 공정	결정화, 증착, 식각 균일도	무라와 양산 수율
제조 경제성	마스크, 공정 시간, 설비 부하	원가와 생산능력

■ 픽셀 밖에서 남는 소비전력

주사율을 낮춰도 주변 회로의 동작이 모두 멈추는 것은 아니다. 삼성디스플레이와 건국대의 SID 2025 연구는 일부 게이트 구동회로에서 유지 구간에도 클록 충방전이 발생함을 지적하고, 이 동작을 줄이는 회로를 제시했다. 픽셀의 데이터 유지와 함께 게이트 구동회로(GIP, Gate-in-Panel)의 전력을 낮추는 접근이다.[22]

Tianma는 같은 해 화면 영역별로 다른 주사율을 적용하는 구동 방식을 발표했다. 정지 영역의 갱신을 줄일 수 있지만, 서로 다른 주사율 영역 사이의 밝기 차이를 보상해야 한다. 영역별 절전의 확대는 구동 제어와 경계 화질을 함께 다루는 과제다.[23]

■ 8.6세대에서의 균일도와 공정 부담

대면적 LTPO에서는 넓은 기판에 걸쳐 LTPS와 산화물 TFT의 특성을 균일하게 구현하는 것이 중요하다. 엑시머 레이저 어닐링(ELA, Excimer Laser Annealing)을 이용한 LTPS 결정화에서는 레이저 조사 조건에 따라 결정립과 전기적 특성이 달라질 수 있다. 산화물 TFT 역시 채널과 절연막의 두께, 조성, 식각 상태에 영향을 받는다. 이러한 편차는 화면의 밝기 불균일로 이어질 수 있어, 대면적화 과정에서는 두 소자의 공정 균일도를 함께 확보하는 것이 주요 과제가 된다.

구동 TFT의 산화물 전환은 제조 공정에도 영향을 준다. 기존 산화물층을 공유하면 추가 공정을 줄일 여지가 있지만, 별도의 산화물층이나 전극, 절연막을 도입하는 구조에서는 공정 단계가 늘어날 수 있다. 업계에 따르면 구동 TFT까지 산화물을 적용하려면 패널사가 TFT 공정 장비를 추가로 들여와야 하며, 보완 투자 규모도 이에 따라 달라진다.[17] 따라서 제조비용과 생산성에 미치는 영향은 산화물 TFT의 개수보다 실제 추가되는 공정, 설비 처리능력과 양산 수율에 따라 달라질 것으로 보인다.

6.  향후 전망과 경쟁 구도

■ 스마트폰 채용 확대와 IT 생산 기반

스마트폰에서는 LTPO가 적용되는 모델의 범위와 산화물 TFT의 역할이 함께 확대되고 있다. 구동 TFT의 산화물 전환은 스마트 워치에서 시작해 프리미엄 스마트폰으로 넘어가는 단계로 보인다. 일반형 모델까지 확대되는 속도는 고객의 화질 요구와 양산 조건에 따라 달라질 것이다.

IT용 OLED에서는 8.6세대 생산 기반이 구축되고 있다. BOE는 8.6세대 라인에 LTPO와 탠덤 OLED를 적용했고,[9] 삼성디스플레이는 8.6세대 1단계 투자를 산화물 방식으로 진행했다.[24] IT 제품에서 LTPO와 산화물 백플레인 중 어느 쪽을 쓸지는 제품별 화질 요구와 원가에 따라 나뉠 가능성이 있다.

8.6세대 기판은 패널 생산 효율을 높여 제조비용을 낮출 여지가 있다. 다만 이를 실제 원가 절감으로 연결하려면 5장에서 다룬 대면적 균일도와 양산 수율 확보가 전제돼야 한다.

기술 경로	핵심 경쟁 요소	대표 공개 사례와 현황
LTPS 구동 LTPO	기존 양산 기반과 구동 보상	삼성디스플레이, LG디스플레이, BOE 등 스마트폰 공급 기반
산화물 구동 LTPO	히스테리시스와 저계조 전류 제어	Apple Watch Series 10의 LTPO3, iPhone 18 Pro의 LTPO+(보도)
전(全) 산화물	공정 단순화와 소자 안정성	LG디스플레이 대형 OLED의 산화물 백플레인, SEL의 시제품

■ 전(全) 산화물과의 경쟁은 제품별로 전개

전(全) 산화물 백플레인은 이미 대형 OLED에 사용되고 있다.[25] 스마트폰 등 고해상도 제품으로 확대하려면 작은 TFT로 충분한 전류를 공급하면서 저계조 밝기를 안정적으로 제어할 수 있어야 한다. SEL의 고이동도 소자와 Full-Oxide 연구는 이러한 성능 확보에 초점을 두고 있다.[18,21]

LTPO는 LTPS의 높은 이동도와 산화물의 낮은 누설전류를 함께 활용한다. 전(全) 산화물은 LTPS 결정화 공정을 없애 제조 공정을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 향후 중소형 OLED에서 전(全) 산화물의 채택 범위는 구동 성능과 신뢰성을 확보하고, 공정 절감 효과를 양산 원가로 연결하는 정도에 따라 달라질 것으로 보인다.

■ 장비와 소재에 대한 요구 변화

LTPS를 사용하는 LTPO에서는 ELA의 결정화 균일도가 계속 중요하다. 구동 TFT까지 산화물로 전환하면 산화물의 조성과 절연막과의 계면, 수소 유입을 제어해 발광 전류를 안정적으로 유지하는 공정의 중요성이 커진다.

전(全) 산화물로 전환하는 라인은 LTPS 결정화를 위한 ELA가 필요하지 않다. 따라서 장비와 소재에 미치는 영향은 기술 경로에 따라 다르다. LTPO 고도화에서는 두 소자의 공정 최적화가 이어지고, 전(全) 산화물에서는 산화물 증착과 열처리, 절연막 공정이 중심이 된다.

결론

LTPO 경쟁의 초점은 저주사율 구현에서 발광 전류의 안정적 제어로 옮겨가고 있다. 산화물 구동 TFT의 특성을 양산 수율과 제조비용으로 연결하는 역량이 향후 제품별 공급 구도에 영향을 줄 것으로 보인다.

참고문헌

[1] UBI Research, 2025 LTPO Smartphone Panel Shipments. 폴더블 포함
[2] OLED-Info, UBI: Samsung and LG Display shipped almost 99% of Apple’s iPhone 17 AMOLED panels, 2025.10.
[3] Chang et al., LTPO TFT Technology for AMOLEDs, SID 2019.
[4] Apple, Apple Watch Series 5 발표, 2019.
[5] Samsung Display, Variable Refresh Rate Technology, 2020.
[6] Apple, iPhone 13 Pro 발표, 2021.
[7] Apple, iPhone 14 Pro 발표, 2022.
[8] Apple, Watch Series 10 기술 사양, 2024.
[9] Apple, 탠덤 OLED iPad Pro 발표, 2024.
[10] Apple, iPhone 17 발표, 2025.
[11] BOE, 8.6세대 AMOLED 양산 및 LTPO와 탠덤 기술 소개, 2026.
[12] Sim et al., Improvement of flicker phenomenon at low frequencies in AMOLED displays by applying compensation scheme of variable reset voltage, Scientific Reports, 2025.
[13] Compact Integration of Hydrogen–Resistant a–InGaZnO and Poly–Si Thin–Film Transistors, 2022.
[14] Jun et al., Reliability Enhancement of Oxide Thin-Film Transistors via Suppression of a-IGZO Protrusions for Improved Image Quality in LTPO AMOLED Displays, 2026.
[15] Jeong et al., Low-Temperature Polysilicon Oxide Thin-Film Transistors with Coplanar Structure Using Six Photomask Steps, Advanced Engineering Materials, 2020.
[16] Sim et al., Enhancing luminance response during gray-level transitions at low frequencies in AMOLED displays, Journal of Information Display, 2026.
[17] 9to5Mac, The iPhone Air may get a new battery-saving display, but not this year (TheElec 인용), 2025.06.18.
[18] Shima et al., Normally-off top-gate self-aligned field-effect transistor using crystal InOₓ with field-effect mobility of around 100 cm²/Vs, JSID, 2025.
[19] 9to5Mac, iPhone 18 Pro and Pro Max: Two new display upgrades (TheElec 인용), 2026.09.03.
[20] iClarified, BOE to miss out on iPhone 18 Pro OLED orders due to LTPO challenges (TheElec 인용), 2026.05.
[21] Yang et al., Full Oxide TFT Technology for AMOLED Displays, ICDT 2026 / SID Digest.
[22] Oh et al., Low-Power Gate Driver Circuit with Variable Pulse Width for LTPO-Based AMOLED Displays, SID 2025.
[23] Zhang et al., A New Design of AMOLED Screen with Multi-Frequency-Display and Compensation Methods, SID 2025.
[24] 전자신문, 삼성D 8.6세대 OLED로 스마트폰까지 노린다 LTPO 장비 주문, 2026.05.07. 장비 투자 관련 보도.
[25] LG Display, 2025 Form 20-F, 2026 제출. 대형 OLED 산화물 백플레인 설명.