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종원 정
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기술특집 플렉서블액정디스플레이기술동향 - 상용화중인기술을중심으로 - 최윤석 ( 한밭대학교전기전자제어공학부 ) Ⅰ. 서론 지난 1월초에미국라스베이거스에서열린국제소비자가전박람회 CES2011에는전세계 2,700여업체가참여했으며, 관람객이 12만명을넘기는등성황을이뤘다.

스마트 TV 는초고속인터넷을기반으로 PC와전화기, 그리고다양한멀티미디어서비스를결합한미래형가전기기이다. 이러한스마트가전시장의급속한성장세는여러조사에서예측되고있다 [ 그림 1]. 한편, 이러한추세는휴대용, 고품질 고품위디스플레이의중요성을말해주고있다.

플렉서블디스플레이에대한연구가시작된것은길게잡아도 50년에불과하며본격적인연구가시작된것은불과 20여년에지나지않지만, 기존의디스플레이보다가볍고, 종이보다질기며, 깨지지않고휘거나다양한디자인의화면을제공할수있는등의많은장점으로다양한기업과기관, 학교에서저전력, 고성능플렉서블디스플레이개발에대한연구가활발히진행되고있다.

1 기술특집 플렉서블액정디스플레이기술동향 - 상용화중인기술을중심으로 - 최윤석 ( 한밭대학교전기전자제어공학부 ) Ⅰ. 서론 지난 1월초에미국라스베이거스에서열린국제소비자가전박람회 CES2011에는전세계 2,700여업체가참여했으며, 관람객이 12만명을넘기는등성황을이뤘다. 이박람회의규모는해마다커져가고있으며 [1], 각업체들은한해를선도할기술발표및신제품들을앞다투어선보이고있어올해혹은미래를이끌어나갈기술에대한단서를얻는행사가되고있다. 올해 CES 박람회의주요화두는스마트-3D-LTE 기술로요약된다. 주요전자업체들은스마트 TV를필두로하여다양한스마트패드 ( 혹은태블릿 PC) 를선보였다. 스마트 TV 는초고속인터넷을기반으로 PC와전화기, 그리고다양한멀티미디어서비스를결합한미래형가전기기이다. 이러한스마트가전시장의급속한성장세는여러조사에서예측되고있다 [ 그림 1]. 한편, 이러한추세는휴대용, 고품질 고품위디스플레이의중요성을말해주고있다. 유비쿼터스시대에인간의 정보습득매체로서디스플레이는이러한시대적흐름에맞추어기술적진화를해야할시점에놓이게되었으며, 플렉서블 (Flexible, 유연한 ) 디스플레이가바로미래의디스플레이가될것으로예측되고있다. 플렉서블디스플레이에대한연구가시작된것은길게잡아도 50년에불과하며본격적인연구가시작된것은불과 20여년에지나지않지만, 기존의디스플레이보다가볍고, 종이보다질기며, 깨지지않고휘거나다양한디자인의화면을제공할수있는등의많은장점으로다양한기업과기관, 학교에서저전력, 고성능플렉서블디스플레이개발에대한연구가활발히진행되고있다. 이글에서는다양한플렉서블디스플레이기술중액정을기반으로한기술에대해소개하고자한다. 2011년현재가장활발하게연구되고있는기술을중심으로, 과거의기술개발현황및미래의전망등에대해다룰것이다. Ⅱ. 플렉서블디스플레이개괄 [ 그림 1] 스마트가전시장의성장전망 현재우리는휴대폰, 모니터, TV등다양한종류의디스플레이들을사용하고있다. 이들의공통점은유리와같은단단한기판을사용하여 평판 형태로구현된다는점이다. 따라서현재의기술에서몇몇핵심기술들을플렉서블디스플레이에맞게개발하면 ( 예를들어, 유연하고투명한기판으로유리기판을대체하는등의 ) 바로플렉서블디스플레이가되는것이다. 플렉서블디스플레이의핵심요소기술들은다음과같다 : (1) 기판기술, (2) 구동 12 인포메이션디스플레이

이외에도최근전기장의인가여부에따라액체의 wetting 특성이달라지는효과를이용한 electrowetting 디스플레이 (Liquavista사), Qualcomm의자회사인 Mirasol Display의 MEMS 기술로미세 cavity를제어하는 imod(interferometric Modulator) 등이시제품을선보이는등다양한기술개발이이루어지고있다.

2 플렉서블액정디스플레이기술동향 소자기술, (3) 디스플레이모드 (mode) 기술, (4) 디스플레이용소재, 공정및장비기술. 플렉서블디스플레이를 모드 측면에서구분하면크게세가지로분류할수있다. 액정디스플레이 (LCD: Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diode) 그리고전기영동디스플레이 (EPD: Electrophoretic Display) 가그것이다. 이들은현재각각다른요소기술들의개발과결합하여상용화되고있으며, [ 그림 2] 에각방식의 장 단점을정리하여나타내었다. 이외에도최근전기장의인가여부에따라액체의 wetting 특성이달라지는효과를이용한 electrowetting 디스플레이 (Liquavista사), Qualcomm의자회사인 Mirasol Display의 MEMS 기술로미세 cavity를제어하는 imod(interferometric Modulator) 등이시제품을선보이는등다양한기술개발이이루어지고있다. 이러한활발한기술개발은 [ 그림 3] 에나타내었듯이미래의플렉서블디스플레이시장이급격히성장할것을예측한결과로 Display Bank의 2010년보고에따르면시장규모는 2010년약 3천4백만달러에서 2015년에는약 24억달러, 2020년에는약 300억달러규모로성장할것으로예상된다. 특히초기의전자책및광고판응용중심의소형디스플레이에서이후핸드폰을중심으로한중소형이동기기응용시장이크게확대될것으로기대되고있다. 플렉서블액정디스플레이 ( 이하 LCD) 는매우성숙된 LCD 산업인프라를이용할수있어초기시장진입이용이하다는측면과앞서 [ 그림 2] 에나타내었듯이 Dynamic [ 그림 2] 플렉서블디스플레이의모드별분류및특징 [ 그림 3] 플렉서블디스플레이의시장전망 [2] (Display Bank, 2010) 및 Memory 모드의동시구현이가능하다는장점으로매우활발하게연구되고있다. 다음장에서는플렉서블 LCD 기술의개발역사와현재의기술동향에대해살펴보고자한다. Ⅲ. 플렉서블 LCD 기술현황 LCD에서사용되는액정모드는매우다양하다. 빛의변조방식으로는산란모드와복굴절모드로나눌수있고, backlight를이용하는지주변광원을이용하는지에따라투과형 / 반사형모드로나누기도하며, 액정의안정상태에따라단안정성 (monostable) 모드와쌍안정성 (bistable) 모드로나눌수있다. 플렉서블 LCD의성능관점으로보면크게동영상구현이가능한지의여부에따라구분하는것이실질적인데, 이에따르면동영상구현이가능한 Dynamic 모드와전압이인가되지않아도정보표시가가능한 Memory 모드로구분할수있다. 이러한구분들은때로모호하기도한데이는 Dynamic/Memory 특성을동시에보이는모드들도존재하기때문이다. 이장에서는현재상용화되어있거나, 활발히연구되어상용화에근접한기술들을중심으로플렉서블 LCD의기술개발방향을분류하고자한다. 그첫번째는액정의쌍안정모드를기반으로반사형구조를사용하여전자종이 (E-paper) 를구현하고자하는시도들이다. 이들은 robust 한성질을가지면서도저전력, 풀컬러 (full color) 를표현할수있는디스플레이를목표로한다. 두번째로는기존의투과형또는반사형액정디스플레이를플라스틱등 2010 년제 11 권제 6 호 13

기술특집 유연한기판을사용하여대체하려는시도이다. 이러한연구들은현재개발되고있는플렉서블 OLED 기술들과경쟁중이며최근에는주로학교및연구소등에서신기술을개발중이다. 1. 액정기반전자종이 (Memory 모드 ) 개발현황 (1) 콜레스테릭 (Cholesteric) 액정디스플레이콜레스테릭액정이란 DNA와같이꼬임구조를가진네마틱 (nematic) 액정을말한다.

일반적으로콜레스테릭액정을만들기위해기존의네마틱액정에 chiral dopant 를섞어주는데이 dopant의양에따라주기가결정된다. 즉, 반사되는빛의파장을적절한 dopant 선택에따라결정할수있다. 이러한성질을통하여 Red/Green/Blue에해당하는빛을각각반사시킬수있고, 따라서컬러필터없이도풀컬러디스플레이의구현이가능하다.

3 기술특집 유연한기판을사용하여대체하려는시도이다. 이러한연구들은현재개발되고있는플렉서블 OLED 기술들과경쟁중이며최근에는주로학교및연구소등에서신기술을개발중이다. 1. 액정기반전자종이 (Memory 모드 ) 개발현황 (1) 콜레스테릭 (Cholesteric) 액정디스플레이콜레스테릭액정이란 DNA와같이꼬임구조를가진네마틱 (nematic) 액정을말한다. 콜레스테릭액정은고유한주기 (pitch) 를갖는데 [ 그림 4] 에나타낸바와같이 Planar 상태로정렬되어있을때 Bragg 반사에의해입사되는빛의특정파장이반사된다. 이때반사되는파장 (λ) 은콜레스테릭액정의주기 (p) 와액정의평균굴절률 (n) 의곱으로표현된다 ( ). 일반적으로콜레스테릭액정을만들기위해기존의네마틱액정에 chiral dopant 를섞어주는데이 dopant의양에따라주기가결정된다. 즉, 반사되는빛의파장을적절한 dopant 선택에따라결정할수있다. 이러한성질을통하여 Red/Green/Blue에해당하는빛을각각반사시킬수있고, 따라서컬러필터없이도풀컬러디스플레이의구현이가능하다. 콜레스테릭모드는 Planar 상태와 Focal Conic 상태의두가지안정한상태를갖는데, 광학적으로 Planar 상태는 Bragg 반사가일어나며, Focal Conic 상태에서는액정의 helix 구조가임의로배열되어있기때문에빛이투과되게된다. 일반적으로콜레스테릭모드를반사형으로사용 [ 그림 4] 콜레스테릭액정의쌍안정상태 [3] 할경우에는반대측 ( 그림에서아래측 ) 기판에빛을흡수하는층을두어 Focal Conic 상태에서는산란에의한 black 상태를, Planar 상태에서는 white 상태를얻도록고안한다. 두상태사이의상전이는고전압펄스및저전압펄스구동을통해이루어지며 passive matrix 구동이가능하다. 최근에는 dynamic driving scheme을도입하여보다빠른스위칭시간을가지며고해상도 addressing을가능하게하는구동방식이개발되고있으며구동전압을가능한낮추고있다 [4~6]. 현재콜레스테릭 LCD는가장상용화가활발히이루어지고있는부문이며여러연구소및산업체에서시제품을많이선보이고있다. [ 그림 5] 에콜레스테릭액정모드를이용한전자종이개발기술들을분류하여놓았다. 특히, 콜레스테릭기술은미국의 Kent State University와 Kent Displays 사에서 2000년대초부터 Dr. Doane 의주도아래상용화및신기술개발에앞장서고있다. 콜레스테릭모드를이용한전자종이는경쟁기술인전 [ 그림 5] 콜레스테릭 LCD 기술분류 [3] 14 인포메이션디스플레이

플렉서블액정디스플레이기술동향 기영동방식에비해컬러구현이유리하고색구현이우수하다는장점을갖는데, 이를위해서는 R, G, B 서로다른파장의빛을반사하는액정층이각각필요하다. 즉, 풀컬러디스플레이를구현하기위해다층 (multilayer) 구조를이용하거나단일층 (single layer) 에서 R, G, B 픽셀 (pixel) 을분리하는방법이가능하다.

그러나이회사에서는지속적인연구를통한콜레스테릭액정기반기술력에의해 [ 그림 6]-(b) 와같이 2006년 SID에서이를적용한풀컬러반사형플렉서블 LCD [7,10] 를선보이는등지속적인연구성과를발표하고있다. Prototype 디스플레이는 PEDOT-기반전도성고분자를 PET 기판에잉크젯방식으로제작되었으며 24 20 픽셀에 70 마이크로미터의두께를보였다.

4 플렉서블액정디스플레이기술동향 기영동방식에비해컬러구현이유리하고색구현이우수하다는장점을갖는데, 이를위해서는 R, G, B 서로다른파장의빛을반사하는액정층이각각필요하다. 즉, 풀컬러디스플레이를구현하기위해다층 (multilayer) 구조를이용하거나단일층 (single layer) 에서 R, G, B 픽셀 (pixel) 을분리하는방법이가능하다. [ 그림 5] 에나타낸분류는이러한분류기준을따른것이다. Kent Displays 사에서는 [ 그림 6]-(a) 와같이각각 R,G,B 색을가지는층을결합하여쌓는 (stacked) 방식으로풀컬러구현을하고있다. 이러한방식은화면의개구율이좋고색재현성이우수하다는 ( 각층의독립구동을통해 ) 등의장점이있으나두께가두껍고전극구조및공정이복잡해지는단점이있다. 그러나이회사에서는지속적인연구를통한콜레스테릭액정기반기술력에의해 [ 그림 6]-(b) 와같이 2006년 SID에서이를적용한풀컬러반사형플렉서블 LCD [7,10] 를선보이는등지속적인연구성과를발표하고있다. Prototype 디스플레이는 PEDOT-기반전도성고분자를 PET 기판에잉크젯방식으로제작되었으며 픽셀에 70 마이크로미터의두께를보였다. 특히최근에는 [ 그림 6]-(c) 와같이다층구조콜레스테릭기술을적용한 Reflex TM E-Skins 라는제품을선보여주목받기도하였다 [9]. E-Skins는 DuPont Teijin Films와공동개발한제품으로두께가 65 마이크로미터정도이며휴대폰과같은굴곡진 (rugged) 제품의표면에입혀원하는색으로변하게할수있다. 4 제곱인치이내의사이즈로주문제작이가능하다고하며플렉서블디스플레이상용화의좋은사례라할수있다. HP 또한개인중심소비자가전에이용하기위해액정기반의반사형디스플레이 를이용한전자 Skin 사업을시작할것을최근선언하였다. 대만의 ITRI(Industrial Technology Research Institute) 에서는레이저어드레싱기법, 잉크젯프린팅등을이용하여단일콜레스테릭액정층에 R, G, B 픽셀을구현한다. 2010년 SID에서 ITRI는 [ 그림 7] 에나타낸방법들을이용하여여러종류의반사형플렉서블 LCD를선보였다. [ 그림 7]-(c) 의예는공간적인 UV 조사량을조절하는방법에의해콜레스테릭액정픽셀을단일층구조로제작하는방법이다 [11]. 단일층을이용하면구동회로등이간단해지는등의장점을가질수있다. 삼성전자에서도이와같은방법을이용하여 10.2인치컬러 E-paper를구현한바있다. 한편, 지금까지언급한콜레스테릭모드는플렉서블 LCD를구현하기위한강도 (robustness) 측면에서는다소불안정한구조를갖고있다. 이를보완하기위해고분자 (polymer) 와섞어안정된네트워크를구축하는방법이제안된바있다. 그러나이방법또한안정적인구조를얻는데는미흡함이있었다. 우리나라의벤처기업인 NDIS에서는이를보완하기위해캡슐화 (encapsulation) 된콜레스테릭기술을제안하였다. 이구조에서는네마틱액정이주기가조절가능한 chiral dopant와섞여져표면에코팅된후마스크를통한 UV 조사량제어기술을통해서로다른주기를갖는 R,G,B 픽셀이하나의층으로형성되게 (a) (b) (c) [ 그림 6] Kent Displays 의콜레스테릭기술 [7~10] (a) (b) (c) [ 그림 7] ITRI 의콜레스테릭기술 [3,11] 2010 년제 11 권제 6 호 15

기술특집 된다. 또한이기술을통해콜레스테릭액정모드가고분자캡슐에의해지지되므로기계적강도가강해져플렉서블 LCD에적합한모드특성도보이게된다. 이회사에서는이 pitch tunable chiral dopant 기술을이용하여약 290 마이크로미터정도의두께를갖는플렉서블 LCD를 [ 그림 8] 과같이선보였다 [13].

이외에도이번 CES2011에서일본의 Fujitsu사에서다층구조의콜레스테릭액정모드를이용하여 175 ppi의컬러전자책을선보였으며 [ 그림 9]-(a), 앞서언급한 Kent (a) (b) [ 그림 9] CES2011에선보인콜레스테릭 LCD 제품들 [14] Displays 에서는다소다르지만재미있는아이디어를도입하여콜레스테릭액정의쌍안정성을이용한전자노트패드,

5 기술특집 된다. 또한이기술을통해콜레스테릭액정모드가고분자캡슐에의해지지되므로기계적강도가강해져플렉서블 LCD에적합한모드특성도보이게된다. 이회사에서는이 pitch tunable chiral dopant 기술을이용하여약 290 마이크로미터정도의두께를갖는플렉서블 LCD를 [ 그림 8] 과같이선보였다 [13]. 픽셀캡슐화방식은우수한강도특성을바탕으로앞서언급한 Kent Displays나 ITRI에서도 prototype을제작 하여발표하고있으며, Eastman Kodak에서도 모노 passive matrix 디스플레이를캡슐화된콜레스테릭액정모드를이용하여발표하였으나 ( 대비비 7:1, 구동전압 40V) 높은구동전압낮은대비비등의문제로현재는연구개발을중단한상태이다. 이외에도이번 CES2011에서일본의 Fujitsu사에서다층구조의콜레스테릭액정모드를이용하여 175 ppi의컬러전자책을선보였으며 [ 그림 9]-(a), 앞서언급한 Kent (a) (b) [ 그림 9] CES2011에선보인콜레스테릭 LCD 제품들 [14] Displays 에서는다소다르지만재미있는아이디어를도입하여콜레스테릭액정의쌍안정성을이용한전자노트패드, Boogie Board를선보였다 [ 그림 9]-(b). 이전자종이는비록휘거나말 (rollable) 수는없지만반사형디스플레이의장점을부각시키면서 Memory 모드의저전력특성을최대화하여터치펜을이용하여간단한메모를남기고쉽게지울수있도록설계되었다. 이제품은 $39.95 라는가격 ( 오리지널검은색버전 ) 에도불구하고인기를끌어다양한색상의버전이출시되는등상업화에성공하고있는모습이다. 이사례는플렉서블 LCD 뿐만아니라플렉서블디스플레이가창출해야할시장이무엇인지보여주는좋은모델이라고할수있을것이다. [ 그림 8] NDIS 의콜레스테릭기반플렉서블 LCD [12,13] (2) ZBD(Zenithal Bistable Display) 모드 Memory 특성을가지려면쌍안정상태가존재해야하는데 ZBD 모드역시표면고정 (anchoring) 효과를제어하여네마틱액정의쌍안정성을유도한것이다. 이모드는영국의 ZBD사가원천기술을보유하고있다. [ 그림 10] 에구동원리를나타내었다. 기판표면에격자 (grating) 구조를형성하고반대기판을수직 (homeotropic) 혹은수평 (homogeneous) 배향처리해주면격자표면에서액정이수직하게배열하려는 High tilt-c 상태와수평하게배열하려는 Low tilt-d 상태가쌍안정적이며일반적인 TN(Twisted Nematic) 구동방식과유사하게구동이가능하다. 문턱 (threshold) 전압이존재하여 passive matrix 구동이가능하며각각의상태가상대적으로외부의충격, 온도변화, 셀갭 (cell gap) 변화에대하여안정적이므로 16 인포메이션디스플레이

플렉서블액정디스플레이기술동향 (a) (b) [ 그림 10] ZBD 모드의구동원리 [4,15] [ 그림 12] BiNem 모드의구동원리 [4,16] [ 그림 13] Nemoptic 사의 Hybrid 디스플레이 [16] [ 그림 11] ZBD E-paper의응용사례 [15] 저전력플렉서블 LCD로적합하다고할수있다.

현재 ZBD의 E-paper 는간단한통신모듈을내장하여영국최대의유통회사인 TESCO 등에서상품전자태그 (tag) 로사용되고있다. 저전력구동으로인해오래사용할수있고충격에도강하다는장점으로점차사용범위를넓혀가고있다.

쌍안정상태간의스위칭 (switching) 은 [ 그림 12]-(b) 에나타낸것과같은펄스및액정의 flow 효과로유도하며, 전면편광자 (front polarizer) 하나와후면반사형편광자 (rear reflective polarizer) 에의해 U 상태에서는 black이, T 상태에서는 white가얻어진다.

6 플렉서블액정디스플레이기술동향 (a) (b) [ 그림 10] ZBD 모드의구동원리 [4,15] [ 그림 12] BiNem 모드의구동원리 [4,16] [ 그림 13] Nemoptic 사의 Hybrid 디스플레이 [16] [ 그림 11] ZBD E-paper의응용사례 [15] 저전력플렉서블 LCD로적합하다고할수있다. ZBD사는 200 ppi의해상도에 STN 드라이버를이용하여구동되는시제품을선보인바있는데 35V정도의구동전압과 25:1의대비비를보였다. ZBD 모드에서의계조 (gray scale) 구현은공간분할방식이사용되고있다 [15]. 현재 ZBD의 E-paper 는간단한통신모듈을내장하여영국최대의유통회사인 TESCO 등에서상품전자태그 (tag) 로사용되고있다. 저전력구동으로인해오래사용할수있고충격에도강하다는장점으로점차사용범위를넓혀가고있다. (3) BiNem 모드프랑스의 Nemoptic사에서개발한 BiNem(Bistable Nematic) 모드는양기판사이의표면고정효과를다르게주어 [ 그림 12]-(a) 와같이한방향으로정렬된상태 (U 상태 ) 와 180도꼬인 (twisted) 상태 (T 상태 ) 가각각외부인 가전압이없는상태에서안정적으로배열되도록설계한것이다. 쌍안정상태간의스위칭 (switching) 은 [ 그림 12]-(b) 에나타낸것과같은펄스및액정의 flow 효과로유도하며, 전면편광자 (front polarizer) 하나와후면반사형편광자 (rear reflective polarizer) 에의해 U 상태에서는 black이, T 상태에서는 white가얻어진다. Nemoptic사에서는 BiNem 모드를이용하여전자식간판, 광고판, 스마트카드용디스플레이등을선보여왔고, 특히최근 (2010년하반기 ) 에는 BiNem 모드의반사형저전력, Memory 특성과 OLED의투과형 Dynamic 특성을결합한 Hybrid 플렉서블디스플레이 [ 그림 13] 를선보이는등우수한연구성과를꾸준히보여왔으나, 2010년말경영난으로파산을선고하였다 [16]. 2. Dynamic 모드플렉서블 LCD 개발현황 (1) 고분자분산형액정모드 (PDLC) 액정과 UV 경화성고분자를섞으면액정의광학적특성과 UV 조사에의한고분자미세구조의형성으로흥미 2010 년제 11 권제 6 호 17

기술특집 로운현상이많이발생하며이를디스플레이에응용하고자하는연구가지속적으로이루어져왔다 [17]. 이중고분자분산 : PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal) 모드는고분자 matrix로이루어진기계적으로안정화된구조를얻을수있어 1980년대부터 Kent State University 를중심으로많은연구가진행되었다.

7 기술특집 로운현상이많이발생하며이를디스플레이에응용하고자하는연구가지속적으로이루어져왔다 [17]. 이중고분자분산 : PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal) 모드는고분자 matrix로이루어진기계적으로안정화된구조를얻을수있어 1980년대부터 Kent State University 를중심으로많은연구가진행되었다. PDLC는기존의 LCD 원리와달리액정의복굴절이아니라빛의산란효과를이용하여화소의 ON/OFF를제어하나, 고분자 matrix에분산된액정방울의제어문제, 높은구동전압, 느린응답속도등으로능동형디스플레이보다스위칭이가능한창문 ( 뿌옇다가전압을걸어주면투명해지는 ) 등의응용에많이쓰이고있다. 하지만최근에는 PDLC의우수한 robustness 특성에주목하여이를플렉서블 LCD에사용하고자하는연구가다시활발하게진행중이다. 삼성전자디스플레이랩에서는연구차원이기는하지만최근다양한 PDLC 구조를이용하여유리및플라스틱기판위에반사형컬러디스플레이를구현하여 SID 2010에서발표하였다 [18]. 시제품은우수한색순도와 256 계조를나타내었으며 dichroic dye를사용하는경우반사특성은개선되지만 black 특성이떨어지는것을확인하였다. 국내의벤처기업인 NDIS도 5~6V 까지구동전압을낮추면서도 17:1이상의대비비를갖는플렉서블반사형 PDLC 디스플레이를개발하여 USB 메모리등곡면을갖는 curved device에적용하여선보인바있다 [3]. (2) LCD 모드안정화기술플렉서블 LCD의큰장점중하나는기존의장비나생산기술을그대로사용할수있다는점이다. 그러나 LCD 는액정의복굴절효과를이용하기때문에분자들의배열상태가매우중요하며휘거나구부리는환경에서두기판사이의간극 ( 셀갭 ) 을일정하게유지하는안정화기술이중요한요소기술의하나라고할수있다. 한양대학교연구진에서개발한화소고립화액정 : PILC(Pixel Isolated Liquid Crystal) 모드는액정이화소 [ 그림 14] 화소고립화액정모드구조및 3인치샘플 [19] 단위로고분자벽에의해고립되고기판사이의간극은고분자벽에의해지지되어외부의충격에의한변형이인근의화소로전달되지않는안정적인구조를얻을수있는기술이다. 이를통해플라스틱 LCD의물리적내구성을크게향상시킬수있음이보고되었고, 이를적용하여 3인치플라스틱 LCD 시제품을개발한바있다 [ 그림 14]. PILC 구조는간단한마스크공정으로쉽게형성이가능하다는장점도가진다. 특히이그룹은국내의유수연구진과협력을통해 ( 부산대-동아대 : 구동기술개발, 전북대 : 고속액정모드연구, LMS사 : roll-to-roll 공정개발, 삼성전자 : 소재및공정기술 ) 플렉서블 LCD의핵심원천요소기술을공동으로확보하는데노력하고있다 [20]. 일본의 AIST에서도여러기관의공동연구로고분자네트워크 LCD를인쇄된 (printed) OTFT( 유기 TFT) 와플라스틱기판을이용하여개발하였다. 제작된시제품은 6 인치이며 200ppi의해상도로 polycarbonate 필름을사용하였다 [21]. (3) 플렉서블기판을채용한 LCD LCD 산업을선도하는대기업등에서는자유롭게변형이가능한상태보다는기존공정기술을유지하면서플라스틱등유연한기판으로대체하려는목적으로변형이제한적인플렉서블 LCD의개발이활발히진행되고있다. 본절에서는대기업을중심으로연구개발동향을살펴보며앞서언급하지못한다른연구진의동향에대해소개하도록하겠다. LG 디스플레이는 2007년 metal foil을이용한플렉서블 E-paper 개발기술을기반으로 12.1인치의 SVGA급 ( ) 플렉서블 TFT LCD를개발한바있다 ([ 그림 18 인포메이션디스플레이

플렉서블액정디스플레이기술동향 2] 참조 ). 최근에도 thin glass 기판 ( 두께 0.1 mm) 에플라스틱코팅 (0.05 mm) 을입히는방식으로매우견고하고얇은 10.1인치급 curved LCD를개발하여선보였다. 시제품은 33 cm의곡률반경 (curvature) 을보였고 2.8kgf 까지견디는견고함을보였다 [22].

반면에일본에서는 Toshiba 사가 2010년도 SID에서 8.4 인치와이드 SVGA 플렉서블 LCD 패널에디스플레이의휨정도와휨방향을입출력단자로인식하게만드는새로운아이디어의디스플레이를선보였다 [24]. [ 그림 15]-(a) (a) [ 그림 16] 3.

비록이에대한유사원천특허가 2006년 IBM에서출원된바있지만이번 Toshiba사의성과는플렉서블디스플레이에서도창의적인아이디어의개발이중요하다는것을시사하는것처럼보인다. 또한일본의 13개업체가모여만든컨소시엄 (Sharp, Hitachi, JSR Corp.

8 플렉서블액정디스플레이기술동향 2] 참조 ). 최근에도 thin glass 기판 ( 두께 0.1 mm) 에플라스틱코팅 (0.05 mm) 을입히는방식으로매우견고하고얇은 10.1인치급 curved LCD를개발하여선보였다. 시제품은 33 cm의곡률반경 (curvature) 을보였고 2.8kgf 까지견디는견고함을보였다 [22]. 삼성전자는점착 lamination 방법을이용하여 VGA급해상도의 7인치플라스틱 LCD 개발을완료하였고 [23], 모바일디스플레이용 2.2인치풀컬러투과형플라스틱 TFT-LCD 모듈도개발하였다. 하지만플렉서블디스플레이개발연구는주로 OLED 및 EPD를중심으로이루어지고있어플라스틱 LCD 개발은다른부문에비해아직미흡한실정이다. 반면에일본에서는 Toshiba 사가 2010년도 SID에서 8.4 인치와이드 SVGA 플렉서블 LCD 패널에디스플레이의휨정도와휨방향을입출력단자로인식하게만드는새로운아이디어의디스플레이를선보였다 [24]. [ 그림 15]-(a) (a) [ 그림 16] 3.5인치초경량초박형플렉서블 LCD [25] 는휨변형 (bending) 센서가부착된플렉서블 LCD의구조이고 [ 그림 15]-(b) 는 Google Earth를연결하여지도의 zoom in/out 기능을수행하도록동작하는모습이다. 비록이에대한유사원천특허가 2006년 IBM에서출원된바있지만이번 Toshiba사의성과는플렉서블디스플레이에서도창의적인아이디어의개발이중요하다는것을시사하는것처럼보인다. 또한일본의 13개업체가모여만든컨소시엄 (Sharp, Hitachi, JSR Corp., Sumitomo Chemical 등 ) 에서는초박형플렉서블 LCD를공동으로개발하고있는데 2010년 1 월에 0.49 mm의얇은두께와 7g의초경량의휠수있는 (bendabls) 3.5인치를선보였다 [ 그림 16]. 다음버전의업그레이드는 2012년에발표할예정으로있다. 이외에도 Hong Kong University of Science and Technology의 Prof. Chigrinov 그룹에서도 azo-dye를이용한반사형플렉서블 TN LCD를개발하였고, 부산대학교에서는플렉서블디스플레이를위한 BCSN 모드를, 동아대학교미디어디바이스연구소에서는플라스틱 LCD 스마트카드를, 일본의 Sharp, 대만의 AUO등에서도각각플라스틱 STN LCD, curved TFT-LCD를발표한바있다. Ⅳ. 결론 (b) [ 그림 15] Toshiba 의 Input-Output 집적플렉서블 LCD [24] 이글에서는플렉서블디스플레이의여러모드중액정을기반으로한기술에대해중점적으로살펴보았다. 아직플렉서블디스플레이의상용화실적은미미하지만, 2009년영화 Avatar 의성공이후 3차원디스플레이시장이급속히성장한것처럼 killer application의등장은플렉서블디스플레이시장의성장을가져올것으로기대된다. 플렉서블디스플레이의여러모드중액정디스플레이는 2010 년제 11 권제 6 호 19

기술특집 현재 OLED나 EPD에비해상대적으로개발이더디게진행되고있지만이글에서소개한것과같이능동형과메모리형을동시구현할수있고기구축되어있는공정기술이풍부하다는점등의장점을가지고있다. 플렉서블액정디스플레이가상업적경쟁력을갖추기위해서는소재의개발및롤투롤공정의사용이필수적이라여겨지며, 신플렉서블액정모드에대한연구개발도절실하다.

9 기술특집 현재 OLED나 EPD에비해상대적으로개발이더디게진행되고있지만이글에서소개한것과같이능동형과메모리형을동시구현할수있고기구축되어있는공정기술이풍부하다는점등의장점을가지고있다. 플렉서블액정디스플레이가상업적경쟁력을갖추기위해서는소재의개발및롤투롤공정의사용이필수적이라여겨지며, 신플렉서블액정모드에대한연구개발도절실하다. 이를위해서는국내에서도일본, 미국등과같이학계, 산업체, 연구소의공동연구개발이활발히진행되어야할것이며, 이를통해현재디스플레이강국으로서의우리의위치를고수하고차세대디스플레이에서도선도적인역할을하도록노력해야할것이다. [18] J. E. Jang et al., SID 2010 Digest, 575 (2010). [19] J.-W. Jung and J.-H. Kim et al., Jpn. J. Appl. Phys., 43, 4269 (2010). [20] 반병섭, 김재훈, 전자종이의기술개발동향, 인포메이션 디스플레이, 10권 1호, p.31 (2009). [21] K. Yase et al., Veritas et Visus, 4, 50 (2009). [22] J. H. Jo et al., SID 2010 Digest, 1671 (2010). [23] 김창동, 박용인, 백승한, 플렉서블액정디스플레이기술 현황, 한국정보디스플레이학회지, 9권 5호, p.10 (2008). [24] H. Yamaguchi et al., SID 2010 Digest, 818 (2010). [25] [26] 이신두, 김재훈, 유창재공역, 플렉시블평판디스플레이 ( 청범출판사, 2008). ( 원저 : G. P. Crawford, Flexible flat panel displays, John Wiley & Sons, 2005) 참고문헌 [ 1 ] 이기성, IT-동아, 2011년은스마트시대의원년 CES 2011 결산 (2011). [ 2 ] Display Bank, "Flexible Display 기술동향및시장전망 (2010). [ 3 ] 이지훈, "Flexible LCD Technology" 한국액정여름학교 자료집 (2010). [ 4 ] 진민영, 김재훈, "Flexible Liquid Crystal Display 기술동 향, 물리학과첨단기술 (2008). [ 5 ] B. Tang et al., SID 2010 Digest, 1697 (2010). [ 6 ] E. Montbach and J. W. Doane et al., SID 2010 Digest, 1087 (2010). [ 7 ] [ 8 ] A. Green and J. W. Doane et al., IDRC 2008 Digest, 55 (2010). [ 9 ] M. Fihn, Veritas et Visus, 4, 2 (2009). [10] E. Montbach and J. W. Doane et al., SID 2006 Digest, 1737 (2006). [11] H.-Y. Chen et al., SID 2010 Digest, 1650 (2010). [12] [13] B.-Y. Lee and S.-B. Kwon et al., SID 2010 Digest, 286 (2010). [14] [15] [16] [17] P. Drzaic, Liquid Crystal Dispersions (World Scientific, 1995). 저자약력 최윤석 1999 년 : 서울대학교전기공학부학사 2001 년 : 서울대학교전기 컴퓨터공학부석사 2006 년 : 서울대학교전기 컴퓨터공학부박사 2006 년 : 한양대학교디스플레이공학연구소전임연구원 2008 년 : Case Western Reserve University, Department of Physics, Post doctoral scholar 2010 년 ~ 현재 : 국립한밭대학교전기전자제어공학부교수 관심분야 : Liquid crystal devices & optics, Flexible electronics 20 인포메이션디스플레이

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