[논문]전자종이(E-paper)의 기술개발동향 - 액정기반 디스플레이를 중심으로 -

반병섭; 김재훈

전자종이(E-paper)의 기술개발동향 - 액정기반 디스플레이를 중심으로 - 원문보기

인포메이션 디스플레이 = Information display, v.10 no.1, 2009년, pp.31 - 44

반병섭 (한양대학교 전자통신컴퓨터공학부) , 김재훈 (한양대학교 전자통신컴퓨터공학부)

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문제 정의

본 보고서에서는 액정기술에 기반을 한 플렉시블 전자종이용 액정디스플레이 모드들의 후보 선으로 연구되고 있는 메모리성 액정모드들의 구성, 구동원리 및 연구개발동향에 대해 소개하고자 한다.
액정기반 전자종이디스플레이의 모드 및 개발동향에 대해 소개를 하였다.
Cholesteric LC mode는 주변광을 광원으로 사용하는 반사형 LCD 모드 중 하나이기 때문에 flexible한 전자종이 디스플레이 제작에 있어 설계적 제한을 감소시킬 수 있는 장점 외에 우수한 광학적 특성과 메모리 특성을 보이고, 기판 선택의 폭이 넓기 때문에 Cholesteric LC 모드를 이용한 전자종이 디스플레이 연구가 활발히 이루어지고 있다. 하기에는 메모리특성을 보이는 주요 액정모드, 주요 기관, 기술 및 현황에 대해 소개한다.

가설 설정

플렉서블 e-paper 구현을 위한 요소 기술은 [그림 1]에 나타낸 것처럼 1)기판기술, 2) 구동소자기술, 3) 디스플레이 모드 기술, 4) 플렉서블 디스플레이용 소재, 공정 및 장비 기술 등으로 분류할 수 있을 것이다. 그리고 이들 요소기술 중 플렉시블 전자종이디스플레이의 구현을 위한 디스플레이 모드는 [표 1]에 나타낸 것처럼 다양한 디스플레이 모드, 예를 들면 액정기반의 액정디스플레이, particle 기반을 둔 전기영동부류의 디스플레이, 유기발광다이오드(OLED), 와 전기습윤(electrowetting) 등이 연구개발 되고 있다.
유비쿼터스 시대에 인간과 정보간 거리를 더욱 가깝게 해주고 있는 디스플레이는 새로운 기술적 진화를 해야 할 시점에 놓이게 되었다. 그렇다면 향후의 소비자들이 더욱 요구하는 key words는 무엇일까? 더 가볍고 얇게, 저소비전력, 동영상, sunlight viewable, No polarizer, No CF, No back light, flexible, wearable 등을 부인 할 수 없을 것이다. 액정디스플레이는 이러한 시대적 요구사항에 부응하기위해 글라스기판에서 플라스틱 기판, wearable 기판으로 이동하고 있으며 이에 맞게 액정디스플레이모드도 연구개발 영역이 변화 하고 있다.

제안 방법

[그림 11] 구동속도 개선을 통해 한 화면의 구현시간을 기존의 3~4초에서 1초 이내로 3배 이상 단축하였고, 구동전압을 30V 이하로 낮춰 이미 STN-LCD에서 사용 중인 구동회로를 그대로 사용할 수 있다고 보고 하였다. 새로운 액정 혼합물과 배향 막의 러빙 파라메터 최적화를 통해 콜레스테릭 액정표시장치의 구동전압을 기존의 30 V에서 25 V까지 감소시키고 반사율을 향상시켜 명암 비를 증가시켰으며, 최대 단색 16계조를 구현한다. 콜레스테릭 액정의 구동 방법 변화를 통한 gray-scale 개선을 위한 연구가 진행되고 있으며, 최대 32 계조를 구현한다.
또한 전체 디스플레이의 두께도 증가하게 되는 단점을 가지고 있다. 이를 해결하기 위해 stack 구조가 아닌 Coatable multicolor layer만을 stack 하는 개념의 디스플레이를 구현하였다. 이는 기존의 stacking display에서 요구되었던 6개의 electrode를 4개로 감소시키고, 기판의 수도 1개로 감소하여 reflectivity를 향상시켰고, 매우 얇고 flexibility한 color display를 구현할 수 있게 되었다.

대상 데이터

b) SPIE 2007은 laser edge sealed 한 24x20 pixel 3판넬 방식의 ultra-thin (~70μm) display를 선보였다. Ink jeting CP-PET사용하였다. c) SID 2007은 mono type 으로 125μm PET 기판에 LCD driver를 부착한 샘플이다.

성능/효과

디스플레이 뱅크 자료에 의한 플렉서블 디스플레이 전체 시장전망을 [그림 16], [표 6]에 나타냈다. 표에서 보다시피 플렉서블 디스플레이 전체 시장 중 e-paper부분에서 2009년 8.6 천만 불에서 2013년 약 19억불 2015년 약40억불 2020년에는 약 53억불로 획기적인 시장성장을 할 것으로 예상된다. 플렉서블 디스플레이의 중심 어플리케이션은 2011년까지는 신규 어플리케이션인 e-paper 기술 기반의 e-Book 및 광고판 등이 될 것 이며, 그 이후로는 모바일 폰을 중심으로 한 중소형 대체 어플리케이션이 시장을 리드할 것으로 전망 된다.

후속연구

특히 전자 종이 및 플렉서블 디스플레이 전용 장비에 대한 기술개발은 디스플레이 제조 경쟁력을 높일 뿐 아니라 장비 수출 효과를 기대할 수 있다. 고성능 전자 종이와 같은 미래형 디스플레이 구현을 위한 기술 개발을 통하여 국내 기업이 디스플레이 및 반도체 산업에서의 세계 시장에 대한 지배력을 강화하고, 향후 경쟁이 치열할 차세대 전자소자 시장에서도 독자적 기술을 바탕으로 경쟁력을 확보하는데 기여할 것으로 전망된다.
그리고 부산대학교는 구동 기반기술보유, 동아대학교는 플라스틱 기반기술, 구동기술 보유, 전북대학교는 액정모드 기술 보유, LMS사는 필름제조기술 보유, 삼성전자는 LCD제조기술 보유하고 있어 산학공동연구를 통해 액정기반 전자종이에 대한 원천기술 및 실용화 기술들이 연구 및 개발이 될 것으로 기대된다.
기술적 효과로는“고해상도, 고속응답 칼라 전자종이 기술 개발” 을 위한 연구는 국가 17개 신 성장 동력 사업 중 첨단 융합 산업으로(플렉서블 디스플레이) 국가 차세대 성장을 견인할 핵심 전략 기술이라 할 수 있다. 기술 선도국과의 격차를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 그 우위에 설 수 있는 것으로써, 전자 종이에 국한되지 않고 플렉서블 디스플레이 전반에 대한 새로운 분야를 개척하는데 유용할 것이다. 산학연 연구개발을 통해 원천 기술 확보와 기술 확산을 통한 국가의 경쟁력 강화를 얻어낼 수 있을 것으로 전망된다.
한양대학교 연구진은 플렉서블 전자종이를 개발하기 위한 연구를 수년에 걸쳐 현재까지 진행해 오고 있으며, 플라스틱 디스플레이 안정화 모드 기술 (PILC) 을 연구하고 있으며 [그림 12], 기존 액정모드를 이용한 3“ 플라스틱 시제품 [그림 13] 개발하였다. 또한 콜레스테릭액정을 이용한 1-panel 풀 칼라 구현을 위한 연구를 하고 있으며 RGB 구현의 feasibility [그림 14]를 확인하였고, 연구개발을 진행하고 있다.
“디스플레이 뱅크 2008 보고서”에 의하면 플렉서블 전자 종이 디스플레이의 신규 어플리케이션 시장은 2008년, e-paper 기술을 기반으로 7인치 이하의 e-Book과 Smart card로부터 시작될 것으로 예상된다. 또한, 2009년부터는 e-paper의 대형화와 칼라화가 진척되어 A4사이즈의 칼라 e-Book과 같은 어플리케이션도 출현할 것으로 기대된다.
원천기술의 개발 및 산업 인프라의 구축은 향후 시장을 선도하기위한 필수불가결한 요소라 할 수 있다. 산업체와의 공동연구 및 기술 이전을 통하여 국가의 성장 동력인 디스플레이 및 반도체 사업의 세계 정상을 유지하기 위한 차세대 디스플레이 사업으로 활용/발전될 것으로 전망한다.
액정기반 전자종이 기술은 기존 LCD 기반기술 활용 및 산학공동연구를 통해 전자종이에 대한 원천기술 및 실용화 기술들이 빠르게 연구 및 개발이 될 것으로 기대된다.
콜레스테릭 액정형 모드전자종이 전망으로는 콜레스 테릭 액정형 모드에 대하여 신 물질의 개발, 새로운 모드의 구현, 구동 mechanism의 개발 및 공정 기술 개발을 통하여 그 특성을 극대화 하고, 융합한 신개념의 dynamic/memory 및 active/passive 구동이 가능한 hybrid display 개발도 제기될 것으로 본다.
플렉서블 컬러 전자종이는 기술 개발 초기 단계이므로 국내의 관점에서 본다면 국내의 산학연을 통해 원천 특허 확보 및 기술 선점이 요구되며, 관련 소재 및 공정의 개발을 통해 차세대 전자종이 시장의 선점이 가능하게 할 수 있을 것으로 기대한다. 하기 [표 5]에 액정기반 전자종이 디스플레이 현 수준 및 3~5년 후의 기대치를 나타냈다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	플렉서블 e-paper 구현을 위한 요소 기술은 어떻게 분류할 수 있는가?	플렉서블 e-paper 구현을 위한 요소 기술은 [그림 1] 에 나타낸 것처럼 1)기판기술, 2) 구동소자기술, 3) 디스플레이 모드 기술, 4) 플렉서블 디스플레이용 소재, 공정 및 장비 기술 등으로 분류할 수 있을 것이다. 그리고 이들 요소기술 중 플렉시블 전자종이디스플레이의 구현을 위한 디스플레이 모드는 [표 1]에 나타낸 것처럼 다양한 디스플레이 모드, 예를 들면 액정기반의 액정디스플레이, particle 기반을 둔 전기영동부류의 디스플레이, 유기발광다이오드(OLED), 와 전기습윤 (electrowetting) 등이 연구개발 되고 있다.
	플렉서블 디스플레이란 어떠한 특징을 가지는 디스플레인가?	플렉서블 디스플레이는 이와 같은 관점에서 기술 개발이 시작된 디스플레이로 보다 가볍고, 종이보다 질 기며, 깨지지 않고 휠 수 있는 저 전력 소모의 차세대 디스플레이라고 말할 수 있다. 디스플레이 전문가들은 조만간 플렉서블 디스플레이 시장이 새로운 시장 창출의 원동력이 될 것으로 예상하고 있으며, 세계적으로 많은 기술 개발이 진행되고 있다.
	전자종이의 본격적인 상업화를 위해 어떠한 해결과제들이 남아있는가?	그러나 독자적인 전자종이 mode 기반의 국내 원천기술이 없으며, E-Ink와 같이 외국에서 선행 개발된 전자 종이 기술을 적용한 Flexible Display Module 개발에 치중되어 있고, 콜레스테릭 액정기반 역시 Kent displays사가 가장 앞서있다. 그러나 본격적인 상업화를 위해서는 완벽한 컬러 구현, 동영상 구현을 위한 응답속도 개선과 같은 기술적 해결과제들이 여전히 남아 있다.

참고문헌 (21)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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