가. 기술 개요
(1) 디스플레이의 종류
디스플레이는 각종 전자기기로부터 출력되는 전기적 신호를 인간 의 시각을 통해 인식할 수 있는 패턴화된 정보로 표시하는 장치로서, 전자기기와 사람과의 인터페이스를 담당하는 핵심장치의 하나이다.
대표적인 디스플레이로는 CRT(Cathode Ray Tube)가 있으나, 최근 에는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 유 기EL(Organic Electro Luminescent Display), FED(Field Emission Display) 등과 같은 경량, 박형, 저소비전력, 고해상도 특징을 가진 평판 디스플레이 제품들이 크게 주목을 받고 있으며, 차세대 디스플 레이로서 종이와 디스플레이의 특성을 가진 전자종이(Electronic Paper)에 대한 기술개발도 활발히 진행되고 있다.
LCD는 2개의 얇은 유리판 사이에 액정을 주입하고, 상하 유리판 위 전압차를 이용해 액정분자의 배열을 변화시키고, 이때 발광하는 액정셀의 광학적 성질의 변화를 이용한 수광형 디스플레이 장치로서, TFT-LCD 패널의 기본 구조는 액정셀 기판과 그 주위에 설치되는 구
동회로, 광원이 되는 백라이트 유닛 등으로 구성된다.
PDP는 전면유리와 배면유리 및 그 사이의 칸막이에 의해 밀폐된 유리 사이에 불활성 가스를 넣고, 양극과 음극의 전극에 의해 수백 볼트의 강한 전압을 걸어주면 크세논 가스가 여기되면서 발생한 자 외선이 형광체에 부딪히면서 발광하는 원리를 이용한 발광형 디스플 레이 장치로서, 경량 및 박형화뿐 아니라 대화면 영상이 가능하다.
유기 EL은 전류를 흘려주면 스스로 빛을 내는 유기발광 재료를 이 용해 문자와 영상을 표시하는 디스플레이로서, OLED(Organic Light Emitting Diode)라는 명칭으로도 사용되고 있다. 유기 EL은 경량, 박 형화는 물론 영상 응답속도가 LCD에 비해 1,000배 이상 빠르고, 소 형 건전지를 전원으로 사용할 수 있어 이동통신기기의 디스플레이에 적합한 장점이 있으며, 현재 10인치 이하의 소형 디스플레이 등에 적 용되고 있으나, 향후 기술적 결함이 보완되면 10인치 이상의 디스플 레이로 확대될 전망이다.
또한, 최근에는 종이처럼 말아 휴대할 수 있는 전자종이와 플렉시 블 디스플레이에 대한 기술개발 경쟁이 치열해지면서 차세대 디스플 레이로서 관심이 고조되고 있으며, 이러한 디스플레이가 현실화되면 언제 어디서나 편리하게 필요한 정보를 볼 수 있는 시대가 도래할 것으로 전망하고 있다.
<표 3-1>에 각종 디스플레이의 장단점, 개발단계, 적용분야 등을 나타내었다.
<표 3-1> 각종 디스플레이의 특성
백라이트 전원이 없어 배터리 수명이 오래 유지되는 특성을 갖고 있 어, 상용화가 이루어질 것으로 예상되는 2010년경에는 다양한 분야에 적용될 것으로 전망되고 있다.
<그림 3-1> 전자종이의 개념
자료: 서경수, 전자종이 기술동향 세미나 자료, 한국전자통신연구원, 2004. 6. 10.
전자종이의 실현형태로는 크게 평판형, 두루마리형, 북형, 종이형이 있으며, 각각의 형태 및 문서교환방식과 장단점을 <표 3-2>에 나타 내었다.
<표 3-2> 전자종이의 실현형태
<그림 3-2> 전자종이의 응용분야
자료: 서경수, 전자종이 기술동향 세미나 자료, 한국전자통신연구원, 2004. 6. 10.
나. 전자종이 기술개발동향
(1) 해외동향
전자종이의 실용화를 목표로 연구개발이 진행되고 있는 기술은 크 게 액정과 같은 기존의 디스플레이 기술을 기반으로 한 전자 디스플 레이의 종이화 기술과, 종이 질감을 가진 새로운 기술을 토대로 한 종이의 디스플레이화 기술로 분류할 수 있으며, 현재 추진되고 있는 다양한 기술들을 <표 3-3>에 나타내었다.
<표 3-3> 전자종이 구현을 위한 기술적 접근 방식
회전하여 흑백의 이미지가 표시된다. 또한 이들 볼들과 오일은 비중 이 거의 같아서 인가전압에 의해 볼이 회전한 후 한번 위치가 정해 지면 인가전압을 제거한 이후에도 수일이상 이미지가 유지된다.
<그림 3-3> Gyricon사의 트위스트 볼 방식 전자종이
그리고, 2000년 Xerox사에서 분리․설립된 Gyricon Media사는 트 위스트볼 형태의 디스플레이를 주도적으로 개발하고 있다. 트위스트 볼 형태의 이 전자종이는 6:1 이상의 대비비와 20% 이상의 백색광 대비비를 가진다. 회전 볼은 대량 생산이 가능한 단순 공정인 스프 레이 몰튼법으로 제조한 wax-like 플라스틱이 사용되어 저가격 실현 에 이점이 있다.
또한, 3백만 사이클 이상의 동작에서도 특성의 저하가 없는 아주 안정적인 것으로 보고되고 있다. 약 50~100V의 동작전압과 80~
100ms의 응답속도를 가지며, 동작 전압과 응답속도를 낮추기 위해서 는 회전 볼의 크기를 줄여야 하나 이는 대비비의 저하를 동반하는 문제점이 있다. 현재는 단순한 수동 구동으로도 고해상도 구현이 가
능하게 문턱전압을 가지며 컬러화가 용이한 디스플레이의 연구가 진
기여할 수 있게 되었다(<그림 3-4> 참조).
마이크로캡슐 전기영동 디스플레이는 우선 종이 질감에 가장 가까 운 특성과 10:1의 대비비, 반사율이 40%이며, 구동전압은 약 90V이 다. 구동전압의 조절에 의해 그레이 스케일의 표현이 가능하며, 약 천만번의 사이클에도 안정적인 동작을 보이는 것으로 보고되어 있다.
그러나, 응답속도가 약 100ms으로 동영상 구현에는 많은 개선이 필 요하며, 컬러 필터를 이용하여 컬러표시가 가능한 소자의 제조에 대 한 연구가 진행되고 있다.
<그림 3-4> E-Ink사의 마이크로캡슐 전기영동방식 전자종이
그리고, 캐논사는 별도의 인플레인(In-plane) 방식을 채택한 전기영 동 전자종이를 제안하였다(<그림 3-5> 참조). 이는 상, 하부 기판 사 이에 투명유체를 채우고, 흑색의 영동입자를 분산시킨다. 이때 하부 기판은 전극과 백색 산란 절연층이 적층된 구조를 가지며, 하부 기 판에 패턴닝되어 형성된 전극 상에 전압을 인가하여 흑색 입자를 집 중시키면, 백색 산란층이 노출되어 백색 표시가 된다. 캐논사에 따르 면, 이 디스플레이는 보기가 용이하며, 하나의 픽셀로 컬러 표시가 가능하기 때문에 고해상도에 유리한 것으로 발표하고 있으나, 표시의 안정성 향상에 대한 문제점들을 해결해야 하는 것으로 알려져 있다.
<그림 3-5> Cannon사의 인플레인형 전자종이
그리고, 미국의 Kent Display사는 상이한 파장의 빛을 선택적으로 반사하여 컬러를 표현할 수 있는 콜레스테릭 액정을 이용하여 야외 에서도 볼 수 있는 액정 디스플레이를 선보였다. 콜레스테릭 액정을 함유하고 있는 두 전극 사이에 전압을 가하여 빛을 반사하지 않은 투명 상태와 빛을 반사하는 상태로 스위칭할 수 있다. 또한, 이들 상 태들은 안정하여 표시 유지를 위해서 에너지의 소모가 없으며, <그 림 3-6>에 나타낸 것과 같이 RGB 액정을 적층 형태로 한 구조에 있 어서 각각의 컬러를 선택적으로 반사시키거나, 투명하게 조합을 하는 것으로 컬러의 표현이 이루어진다.
<그림 3-6> Kent Display사의 콜레스테릭 액정을 이용한 반사형 디스플레이
Kent Display사는 대비비 20~30:1, 반사율 40%이고, 응답속도가 동 영상을 표시할 수 있는 수준(20ms)에 가까운 30~100ms의 값을 가지 는 디스플레이를 소개하였으며, 이의 상용화에 박차를 가하고 있다.
그리고, 미놀타사에서도 콜레스테릭 액정을 이용하여 26만 색 표시 를 실현하였으나, 이 경우 구조가 복잡하여 제조 원가가 높으며, 여 전히 종이 질감의 표시 소자로는 역부족인 단점이 있다.
이외에도 일본의 ASET(Assoc. of Super-Advanced Electronics Technologies)는 편광 필터와 컬러 필터를 사용하지 않고 RGB 3층 게스트․호스트 방식을 이용하여 각 층의 광을 합하는 것으로 밝기 를 향상시키는 방법과 폴리머 등의 액체 입자로 형성된 격자의 구조 를 전압이나 주파수로 바꿈으로써 특정 색의 빛을 반사시키는 선택 반사형의 홀로그래피 PDLC(polymer dispersion LC) 방식의 패널을 발표하였다. 이 경우에는 표시를 유지하는데 에너지를 필요로 하며, 특히 3층 게스트․호스트방식의 경우는 다층을 제어하는 구동전극
구조의 간략화와 PDLC 방식은 높은 구동전압과 좁은 시야각의 과제 가 여전히 남아 있어, 종이 질감의 표시소자로의 응용에 앞으로 많 은 개선이 요구된다.
그리고, 일본의 파이오니아사는 2000년 플렉시블 PM-OLED를 옷 에 부착하여 플렉시블 디스플레이의 새로운 응용 가능성을 제시하였 으며, 2003년에는 3인치 풀컬러 PM-OLED를 시연하였고, SID 2004 국제학회에서 세계 최초로 유리기판에 OTFT 구동 AM-OLED를 시 연한 바 있어 조만간 플렉시블 AM-OLED의 출현이 기대되고 있다(<
그림 3-7> 참조).
플렉시블 OLED는 플라스틱 기판상에 LTPS-TFT나 OTFT를 구현 하고, 기존의 발광부 기술을 접목하면 플렉시블 AM-OLED 상용화 가능성이 매우 크다. 이를 위해 기판기술, 스위칭 소자 제작기술, 봉 지기술 등 연구가 필요한 기술이 많지만 5년 이내에 상용화 가능성 이 매우 높은 것으로 보고 있다.
<그림 3-7> 파이오니아사가 발표한 플렉시블 PM-OLED
또한, 2003년 미국의 UDC사는 64x64 PM-OLED를 플라스틱 기판 상에 구현하였으며, 일본의 세이코엡손사는 기판 전이방식을 이용하
여 2인치급 플라스틱 AM-OLED를 구현하였다.
자료: 박이순, e-Paper 산업동향, 전자부품연구원, 2003. 6, p.3.
(2) 국내동향
우리나라에서는 한국전자통신연구원이 1999년부터 정보통신부의 지원하에 플렉시블 OLED의 핵심기반기술을 연구하여, 2000년에 1.8
우리나라에서는 한국전자통신연구원이 1999년부터 정보통신부의 지원하에 플렉시블 OLED의 핵심기반기술을 연구하여, 2000년에 1.8