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" Electronics Paper " <-- 각 파트별 개요


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 전화문의

HP : 011)9491-7906

Tel :   02)908-0540

  담당자 : 강완신

 

  

 

 

서 경 수

 

한국전자통신연구원 응용소자연구부
책임연구원
042-860-5779, kssuh@etri.re.kr

 

이 용 의

 

한국전자통신연구원 응용소자연구부
선임연구원
042-8602-5586, yonglee@etri.re.kr

 

종이는 AD 105년 중국 후한의 채륜이 발명한 이후 정보 저장 및 전달 매체 역할을 2000년 동안 훌륭히 수행해오고 있다. 특히, 8세기 경 아라비아를 거쳐 유럽에 전파된 제지술과 1450년 경 구텐베르크의 활자 인쇄술의 융합으로 정보의 대량 복사가 가능해 짐으로써 상류 계층에 국한되어 진행된 기록의 공유는 대중화라는 획기적인 전환기를 마련하였다. 이후 “종이로 만든 책”은 일반인들의 일상 생활에 깊숙히 파고들어 오늘날 커뮤니케이션의 매개체로 중심적인 위치를 점하고 있다.
최근 컴퓨터와 인터넷을 중심으로 한 정보 과학 기술의 급속한 발전은 새로운 정보 지식 사회의 변화를 선도하며, 새로운 차원으로의 정보 전달 매체의 변모를 요구하고 있다. 이는 우선적으로 기존과는 상이하게 제공되는 정보의 양적, 질적 변화에 기인한다. 이에 상응하는 표시 매체는 인터넷을 통해 전달되는 엄청난 양의 정보를 표시할 수 있어야 하며, 이들 정보들을 빠른 시간 내에 수정 가능해야 한다. 또한 기존의 정지 화상과는 달리 동영상과 같은 고급화된 정보들을 표시할 수 있어야 한다. 현재까지는 전자 디스플레이가 종이가 가지지 못한 이러한 요구 사항들을 만족시키면서 그 역할을 수행해오고 있다. 그러나, 기존의 디스플레이들은 우선 시인성(visibility)이 종이에 비해 떨어지며, 부피가 크고, 전원 공급을 필요로 하는 단점을 가지고 있다.
급속도로 진행되는 이동 통신 환경의 일상 생활화는 일반 대중들이 언제 어디서나, 쉽게 대용량의 고급 정보를 빠르게 사용할 수 있는 표시 매체를 필요로 하고 있다. 종이와 기존 디스플레이 각각의 장점을 극대화한, 즉, 우수한 대비비와 시인성, 동영상을 표시할 수 있는 빠른 응답속도, 천연색의 표시, 저가, 휴대 간편성, 소비전력을 최소화할 수 있는 종이 질감의 꿈의 디스플레이(이후 전자종이)의 구현은 다가올 지식 정보 사회의 인프라구조를 혁명적으로 진화시키는 역할을 할 것이다.
최근 2~3년 전부터 매스미디어를 통해서 상용화의 길에 한층 다가선 전자 종이의 기술 개발에 대한 기사들이 자주 발표되고 있다. 세계적으로 저명한 Nature지와 같은 학술지뿐만 아니라 IEEE Spectrum, The Seybold Report, Nikkei Electronics등의 정기 간행물에서 한층 더 실용화에 다가선 전자 종이의 새로운 기술들을 소개하고 있다. 더욱이 2000, 2001년 Society for Information Display와 International Display Workshop등의 학회에서는 새로 개발된 전자 종이의 소개와 관련자들의 열띤 토의가 학회장을 뜨겁게 달구었다고 한다. 국내에서도 최근 1년 동안 신문, 잡지, 방송을 통하여 새롭게 전개되는 이들 전자 종이의 기술을 소개하며 다가올 새로운 정보 사회의 변화된 모습들을 예견하고 있다.
단순히 과거의 연장선상이 아닌 새로운 패러다임이 요구되는 정보 사회에 상응하는 정보 전달 및 공유 방식으로의 대 변환의 필요성에 부응하는 전자 종이는 우선적으로 읽기가 편해야 하며, 표시와 소거가 용이, 동영상 정보를 표시할 수 있는 빠른 응답속도, 표시 유지를 위한 에너지가 적을 것 등이 요구된다. [표 1]은 전자 종이로의 응용을 목표로 현재 진행되고 있는 다양한 기술을 분류한 것이다.

형 태

명 칭

연구기관

액정

니마틱 액정

샤프, 세이코엡슨, 마쓰시타 전기산업

3층 게스트/호스트 액정

도시바, ASET

홀로그래픽 PDLC

ASET

지향성 반사형

ASET

코레스테릭액정

Kdnt State 대, 미놀타

ZBD

영국 ZBD사

BTN

세이코엡슨

 

동해대학, 대일본인쇄

유기EL

 

파이오니아, 대일본인쇄,
미 Universal Display 사

가동필름

 

도시바

반사필름 반사형 표시

 

캐나다 British Columbia 대

전기영동

마이크로캡슐형

-Eink사, TDK

-플레인형

캐논,IBM

트위스트볼

 

Gyricon사

미케니컬 반사형 표시

 

Iridigm Display사

Themal Rewritable

 

리코, 도시바, 오키정보 시스템,
미쓰비시 제지

[표 1]전자 종이 구현을 위한 기술적 접근 방식


이 중에서도 실용화에 한층 다가선 기술로는 Kent Display사의 Cholesteric 액정을 사용한 전자 종이, Gyricon Media사의 Twist Ball 방식의 전자 종이, 그리고 E-Ink사의 마이크로캡슐형 전기 영동 전자 종이로 꼽을 수 있다.
기존의 액정 디스플레이의 최대 난점은 태양광에서도 볼 수 있을 만큼 밝기가 충분치 않다는 것이다. 이는 주로 사용되는 편광판과 컬러 필터에 의한 광의 흡수에 기인한다(백색의 경우 편광필터에서 약 1/2, 컬러필터에서 약 2/3의 빛이 흡수됨). 더욱이 반사 모드로 응용할 경우에는 광흡수율은 2배로 증가하므로 반사형 전자 종이로의 응용을 더욱 어렵게 한다. 따라서 편광판과 컬러필터가 없는 액정 전자 종이의 개발이 필수적이다.
Kent Display사에서는 상이한 파장의 빛을 선택적으로 반사하여 컬러를 표현할 수 있는 Cholesteric 액정을 이용하여 야외에서도 볼 수 있는 액정 디스플레이를 선보였다. Cholesteric LC를 함유하고 있는 두 전극 사이에 전압을 가하여 빛을 반사하지 않은 투명 상태와 빛을 반사하는 상태로 스위칭할 수 있다. 또한 이들 상태들은 안정하여 표시 유지를 위해서 에너지의 소모가 없다. 또한 [그림 1]에서 보는 바와 같이 R, G, B 액정을 적층 형태로 한 구조에 있어서 각각의 컬러를 선택적으로 반사시키거나, 투명하게 조합을 하는 것으로 컬러의 표현이 이루어진다.

[그림1] Cholesteric 액정을 이용하여 제조한 Kent Display사의
반사형 액정 디스플레이 구조와 시제품

미국의 Kent Display사에서는 대비비 20~30:1, 반사율 40%, 응답속도가 동영상 표시가 가능한 20ms에 가까운 30~100ms의 값을 가지는 디스플레이를 소개하였으며, 이의 상용화에 박차를 가하고 있다. 또한 미놀타사에서도 Cholesteric LC를 이용하여 26만 색 표시를 실현하였다. 그러나, 이 경우 구조가 비교적 복잡하여 제조 원가가 높으며, 여전히 종이 질감의 표시 소자로는 역부족인 단점이 있다.
이외에도 일본의 ASET(Association of Super-Advanced Electronics Technologies)에서는 편광 필터와 컬러 필터를 사용하지 않고 시안, 마젠더, 옐로우의 3층 게스트·호스트 방식을 이용하여 각 층의 광을 합하는 것으로 밝기를 향상시키는 방법과 폴리머 등의 액체 입자로 형성된 격자의 구조를 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 구동 전극 구조의 간략화와 PDLC 방식은 높은 구동 전압과 좁은 시야각의 과제가 여전히 남아 있어, 종이 질감의 표시소자로의 응용을 위해서 앞으로 많은 개선이 요구된다.
종이 질감을 가지는 새로운 방식의 기술을 토대로 한 전자 종이 응용 연구에 있어서는 트위스트 볼(Twist Ball) 디스플레이, 마이크로 캡슐형 혹은 인플레인형 전기영동디스플레이(Electrophoretic Display) 등과 같은 다양한 기술의 후보들이 있다. 이중 현재 가장 주목받고 있는 기술은 트위스트 볼 디스플레이와 마이크로 캡슐형 전기영동 디스플레이이다.
트위스트 볼 형태의 디스플레이는 1975년 미국의 Xerox Palo Alto Research Center(PARC)의 Sheridon 박사에 의해 개발되었으며, [그림 2]와 같이 투명한 두개의 플라스틱 시트 사이에 오일과 함께 반은 백색, 나머지 반은 흑색이 칠해져 있는 수백만 개의 작은 볼로 구성되어 있다. 작은 볼의 백색과 흑색으로 칠해져 있는 영역에 반대의 전하를 띠게 하여 외부에서 가하는 전기장의 극성에 의해서 볼이 회전하여 흑/백의 이미지가 표시된다. 또한 이들 볼들과 오일은 비중이 거의 같아서 인가 전압에 의해서 볼이 회전한 후 한번 위치가 정해지면 인가전압을 제거한 이후에도 수일이상 이미지가 유지된다.

[그림2] Gyricon사의 트위스트 볼 방식의 두루마리 전자 종이와 그 작동 원리

2000년 Xerox 사에서 분리, 설립된 Gyricon Media Inc. 에서는 트위스트 볼 형태의 디스플레이를 주도적으로 연구, 개발하고 있다. 트위스트 볼 형태의 이 전자 종이는 6:1 이상의 대비비와 20% 이상의 백색광 대비비를 가진다. 또한 회전 볼은 대량 생산이 가능한 단순 공정인 스프레이 몰튼법으로 제조한 wax-like plastic이 사용되어 저가격 실현에 이점이 있다. 또한 3백만 사이클 이상의 동작에서도 특성의 저하가 없는 아주 안정적인 것으로 보고되어 있다. 약 50~100V의 동작 전압과 80~ 100ms의 응답 속도를 가지며, 동작 전압과 응답속도를 낮추기 위해서는 회전 볼의 크기를 줄여야 하나 이는 대비비의 저하를 동반하는 문제점이 있다. 현재에는 단순한 수동 구동으로도 고해상도 구현이 가능하게 문턱전압을 가지며 컬러화가 용이한 디스플레이의 연구가 진행되고 있다.

[그림3] E-Ink사의 마이크로캡슐 전기영동 방식의
전자 종이 작동 원리와 PDA 패털 시제품

전기 영동법을 이용한 디스플레이는 오래 전부터 제안되어왔지만 시간이 경과할수록 유체(dyed colloidal suspension) 속에 잉크 미립자들의 응집과 같은 불안정성으로 인해 그 개발이 상당 기간 동안 지연되어 왔다. 1996년 미국 MIT Media Lab.에서 분리되어 설립된 E-Ink사에서는 마이크로캡슐을 사용하여 이러한 문제점들을 해결하였다. 잉크미립자와 색을 띤 유전유체를 함유한 지름 200~ 300μm의 투명한 마이크로캡슐을 제조하여 바인더와 혼합하여 상, 하부 투명전극 사이에 위치시키고 양의 전압을 인가하면 음으로 대전된 잉크 미립자들이 표면으로 이동하여 미립자의 색을 표시할 수 있다. 또한 음의 전압을 인가하면 잉크 미립자들이 아래쪽으로 이동하여 유체의 색을 볼 수 있게 된다. 이러한 방식에 의해서 문자나 이미지를 표시하게 된다. E-Ink사의 초기 디스플레이는 백색 반사율이 우수한 TiO2 미립자에 청색 유체를 사용하여 청색 배경에 흰색 이미지를 구현하였으며, 현재에는 투명 유체에 양 전하를 띤 백색 미립자와 음 전하를 가진 흑색 미립자를 분산시킨 마이크로캡슐을 제조하여 흑/백 표시가 가능하다. 2000년에 E-Ink사의 마이크로캡슐 전기영동 디스플레이와 Lucent Technology사의 Soft-lithography 방법으로 제작한 유기 트랜지스터를 결합하여 능동구동형의 전자 종이가 발표되어 가볍고, 얇고, 구부림이 가능한 전자 종이 제조의 획기적인 전환점을 마련하였다. 특히, 제조에 있어서 상판(마이크로캡슐)과 하판(트랜지스터) 모두 대량 생산이 용이한 프린팅 기술을 이용함으로써 저가의 디스플레이 제조에 크게 기여할 수 있다. 마이크로캡슐 전기영동 디스플레이는 우선 종이 질감에 가장 가까운 특성과 10:1의 대비비, 반사율이 40% 이며, 구동전압은 약 90V이다. 또한 구동전압의 조절에 의해서 그레이스케일의 표현이 가능하다. 또한 약 천만번의 사이클에도 안정적인 동작을 보이는 것으로 보고되어 있다. 그러나 응답속도가 약 100ms으로 동영상 구현에는 많은 개선이 필요하다. 또한 컬러 필터를 이용하여 컬러표시가 가능한 소자의 제조가 연구 중이다.
캐논사에서는 별도의 인플레인 방식을 채용한 전기영동 전자 종이를 제안하였다. 이는 상, 하부 기판 사이에 투명유체를 채우고, 흑색의 영동입자를 분산시킨다. 이때 하부 기판은 전극과 백색 산란 절연층이 적층된 구조를 가진다. 이때 하부 기판에 패턴닝 되어 형성된 전극 상에 전압을 인가하여 흑색 입자를 집중시키면, 백색 산란층이 노출되어 백색 표시가 된다. 캐논사에 의하면 이 디스플레이는 보기가 용이하며, 시안, 마젠다, 엘로를 적층 함으로써 하나의 픽셀로 컬러 표시가 가능하기 때문에 고해상도에 유리하다는 것이다. 그러나 표시의 안정성 향상에 대한 문제점들을 해결해야 하는 것으로 알려져 있다. 이외에도 [표 1]에 열거한 바와 같이 많은 방법들이 전자 종이의 실용화를 목표로 진행되고 있다.
요약하면 액정을 이용한 전자 종이 개발에 있어서는 표시/소거의 용이성, 컬러 구현 및 빠른 응답속도의 장점이 있는 반면, 종이 질감의 보기 용이성, 소비 전력 최소화 등의 해결해야 할 과제가 남아 있다. 새로운 기술을 이용하여 전자 종이로의 실현화에 있어서는 종이 질감의 보기 용이성, 휴대성, 쌍안정성에 의한 소비전력의 최소화에는 액정 기술을 이용한 전자 종이에 비교하여 우수한 특성을 가지나, 컬러 구현 및 응답속도에서는 여전히 개선의 과제를 남기고 있다. [표 2]에 대표적인 이들 전자 종이의 특징을 간략하게 요약하였다.

 

종이

Cholesteric
LCD

Gyricon

전기영동
표시소자

반사형
HN-LCD

대조비

20:1 프린트물
7~10:1 신문

20~30:1

10:1

10~30:1

< 5:1

반사율

80%프린트물
50%신문

40%

20%

40%

<5%

시야각

모든각도

모든각도

모든각도

모든각도

모든각도

유연성

천연색


반사형태

Lambertian

Near
Lambertian

Lambertian

Lambertian

Highly
specular

반응 시간

-

30~100ms

80ms

100ms

20ms

최대전압

-

40V

90V

90V

5V

기판

-

플라스틱
or 유리

플라스틱
or 유리

플라스틱
or 유리

유리

구동방법

-

수동형

능동형

능동형

능동형

[표 2] 다양한 전자 종이의 특성 비교


전자 종이는 현재 옥외 간판이나 대형 유통 마켓에서 POP(Point-of-Purchase)의 용도로 시범적으로 테스트되고 있다. Economist지(2000년 12월호)의 분석을 보면 전자 종이가 옥, 내외 전광판으로 사용되고 있지만 다양한 형태의 인터넷 기기 및 전자책의 정보 표시 매체 등으로 이용될 것이 확실하다고 전망하고 있다. 또한 미국의 Gartner Group에서는 2003년 말경 전자 종이의 상용화 제품이 PDA(Personal Digital Assistants)를 비롯한 이동 통신기기에 이용되고 2004년 e-book이 나올 수 있을 것으로 전망하고 있다.
전세계적으로 인터넷 사용자는 2000년 3억 7천490만명, 국내 인터넷 이용자는 약 1천480만 명으로 추정되며, 2005년경에는 약 6억명 이상으로 예상되며, 이동통신기기인 Mobile PC, Mobile Phone, PDA, Webpad 등의 사용자도 급속한 증가 성장세를 보여 2005년에는 약 5억명 이상이 될 것으로 추정하고 있다. 전자 종이의 개당 가격은 8.5 x 11 인치 크기를 기준으로 약 10불 정도로 예상하고 있으며(IBM Journal Vol. 36), 인터넷과 이동 통신기기 사용자의 약 10%가 전자 종이를 사용하게 된다고 가정하더라도, 상용화될 2005년에는 약 11억 불 이상의 시장이 형성될 전망이다. 또한 Nikkei Electronics (2001, 9월) 에 의하면 2005년에는 전자 종이의 잠재 시장이 약 3조엔 이상이 될 것으로 추정하고 있다.
이러한 거대 잠재 시장을 가지고 있는 전자 종이는 현재 초기 단계의 신기술로서, 미국, 일본을 중심으로 급속히 연구·개발이 진행되고 있다. 따라서 종이와 기존 디스플레이의 장점을 극대화시킨 꿈의 신개념 정보 표시 매체인 전자 종이의 핵심 원천 및 기반 기술의 조기 확보에 의한 차세대 디스플레이의 국가 경쟁력 제고가 시급히 요구된다.
사무실에서 종이가 없어진다면 책상 위에 엄청나게 쌓여있는 서류들이 없어지고, 몇 개의 전자종이 묶음과 저장매체 만이 존재한다면, 또, 종이책이 없어지고 단 한권의 전자책과 요구되는 초소형의 이동저장 장치만이 필요하다면, 그리하여 그 많은 책이 도서관에서 없어지고, 분류되어 있는 것이 종이책이 아니라 그 내용이 저장되어 있는 디스크로 네트워크를 이용하여 전자종이 책에서 볼 수 있다면, 아이들의 가방이 가벼워지고 교과서와 참고서가 전자종이 책 한 권으로 해결된다면... PDA와 e-book이 배터리로 수년동안 동작 가능한 두루마리 식 전자종이와 결합되어 있어서 어디서나 펼치면 대형화면으로 볼 수 있다면... 이러한 가정이 현실로 다가올 날에는 우리가 살고 있는 세상이 또 다시 어떤 모습으로 변화할지는 그 누구도 예측하기 힘들 것이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

접히는 LCD모니터 속출

TFT LCD모니터의 장점인 공간 효율성을 극대화시킨 접히는 LCD모니터가 속속 등장하고 있다. 접히는 LCD모니터는 노트북PC 처럼 접어 쓸 수 있는 구조를 채택해 이동성이 뛰어나고 바로 벽에 걸어 쓸 수 있도록 디자인한 제품으로, 회의실 프리젠테이션용이나 가정용 벽걸이 모니터로 쓸 수 있는 장점이 있다. 그동안 접히는 LCD모니터는 에이텍시스템과 이레전자 등이 공간효율성이 강조되는 금융권 창구 시장을 겨냥해 선보인 13.3인치 소형 제품 정도였으나, 삼성전자와 LG전자 등이 잇달아 관련 제품을 선보이면서 일반 소비자 시장을 겨냥한 접히는 모니터 경쟁이 벌어지고 있다. 삼성전자(www.sec.co.kr 대표 윤종용)는 지난 4월 모니터의 폭을 20.3㎜로 줄이고 이중경첩(Dual-Hinge) 구조의 스탠드를 채택한 초박형 15인치 LCD모니터 ‘싱크마스터 매직 CX 155T’를 선보였다. 이 제품은 이 기능외에 LCD모니터의 최대 약점인 시야각을 160도로 개선해 폭넓은 각도에서 모니터를 볼 수 있으며, 아날로그 신호와 함께 디지털신호를 수신할 수 있는 디지털비디오인터페이스(DVI)단자가 탑재돼 있다. 이에 맞서 LG전자(www.lge.com 대표 구자홍)도 지난달 말 이중접힘 구조를 갖춘 15인치 LCD모니터 ‘플래트론 LCD L1510B’를 출시했는데, 경쟁사의 비슷한 제품과 차별화를 꾀하기 위해 화면부를 90도로 회전시킬 수 있는 피봇(Pivot) 기능과 범용직렬버스(USB) 기능 등을 포함시켰다. 샤프전자(www.sharp-korea.co.kr 대표 이기철)도 이달 초부터 접이식 스탠드 방식을 채택해 좁은 공간에서도 보관이 용이하고 효율적으로 사용할 수 있는 15인치 LCD모니터 ‘LL-T15G1’을 선보인다. 또 LCD모니터 전문업체인 엠베스텍(www.mbestek.com 대표 이승문)은 자사 전 제품군의 기본 디자인에 경첩 구조를 채택하고 있어 접어 쓸 수 있는 장점을 갖추고 있다. 한 모니터 업체 관계자는 “접히는 모니터는 좁은 공간에서 효율적으로 쓸 수 있고 이동성이 뛰어나는 장점이 있지만, 실제 쓰임새 보다는 경쟁사와의 디자인 차별화가 주 목적으로 볼 수 있다”고 말했다.

접히는 LCD 모니터 등장
플라스틱이용 美 개발 비디오 시청도 가능

둘둘 말아 갖고 다닐 수 있는 얇고 가벼운 LCD모니터가 개발됐다.

미국 새노프사에서 지난 주 선보인이 모니터는 지금까지 개발된 접거나 말 수 있는 유연한 모니터(flexible display) 중 비디오 화면까지 보여줄 수 있는 최초의 제품이다.

LCD모니터를 만들 때 쓰이는 유리대신, 얇은 플라스틱 재료를 이용해 유연성을 높인 것이 특징. 모니터 작동에 쓰이는 트랜지스터도 일반 실리콘이 아닌 플라스틱으로 특별 제조했다.

펜 주립대와 켄트 주립대에서부터 이제품을 연구해온 새노프의 엔지니어 마이클 케인 박사는 “현재는 비디오를 볼 때 흑백으로만 나타나지만 곧 다양한 색상 소화가 가능하게 될 것”이라며“유연성뿐 아니라 어느 제품보다 얇고 가볍기 때문에 바디라인에 맞춘 입는 컴퓨터에 응용하면 제격”이라고 말했다.

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                               

최종편집일 2003년 2월 19일 강완신