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은우 손
5 years ago
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1 인간친화형디스플레이연구동향 - 반사형디스플레이를중심으로 김철암 (C.A. Kim) 반사형표시소자연구실책임연구원 류호준 (H.J. Ryu) 반사형표시소자연구실실장 미래부품소재기술특집 Ⅰ. 머리말 Ⅱ. 전자종이디스플레이응용 Ⅲ. 전자종이디스플레이기술및업체동향 Ⅳ. 맺음말 전자종이 (e-paper) 는일반종이와같이자체광원이필요없는반사형 (reflective, not emissive) 표시소자이면서, 기존 LCD에비해시야각및해상도가우수하며, 백라이트가필요없고, 어떤기판위에서도구현이가능하며, 공정이간단하여 Roll-to-Roll 공정을통하여적은비용으로대량생산을할수있다. 본보고서에서는상기의여러가지특징들을가지고있는개념을수용하여기술개발단계를설명하고자한다. 이를바탕으로현재실용화정도가가장진척된전기영동방식의전자종이의컬러화진행현황에대하여국내외적인연구현황을상술하고자한다 한국전자통신연구원 1

2 Ⅰ. 머리말서기 105 년경에중국에서발명되어전세계로전파된종이는이래지금까지인류문명발전의동반자로우리에게가장친숙한기록매체이다. 최근들어펄프나무의감소와같은환경문제로사회이슈가되고있지만아직까지많은양의정보를종이로부터얻고있다. 종이가정보보급의선도적인역할을할수있었던것은종이가가지고있는특징, 우수한명암비, 오랜시간동안보고있어도눈이덜피로하며, 시야각의제한이없으며누구나쉽게저렴한가격으로구입할수있는낮은가격등에기인한다고할수있다. 더욱이한번기록한정보를유지하는데추가적인전력이필요하지않다는점은기존의디스플레이와다른차별화된특징으로미래의정보표시매체가가져야할우수한특징으로볼수있다. 이러한종이의장점을첨단디지털기술에접목하여새로운진화단계로접어들어전자종이화되고있다. 일종의백라이트가필요없는반사형디스플레이로서전자종이는기존의잉크처럼높은해상도, 넓은시야각, 전원이꺼져도정보가유지되는쌍안정성 (Bistability), 일반종이와같은유연성 (Flexibility), 외광이강한야외에서읽기 ( 그림 1) 3세대아마존킨들은 E 잉크 (E Ink) 의펄 (Pearl) 전자종이디스플레이를사용함. 가편리한가독성 (readability) 등의장점을지닌다 [1]. 이러한전자종이는그응용분야는책, 신문, 스마트카드, 휴대전화기, 수퍼마켓의가격표, 광고간판등으로다양하게제시되고있으며, 이들응용분야의시장진입시도를하고있다. 2008년출시된아마존의킨들 (Kindle), 누크 (Nook) 와같은 e북리더 (e-book readers) 의상업적성공과지역적인 e-book reader 제품군들의연속적인출시로전자종이디스플레이기술에관한관심이전자책제작들을넘어서일반인으로급격히전이되고있다 (( 그림 1) 참조 ). 그외에도전자종이에통신기능을부가하는움직임이확장되고있으며, e-book 에한하지않고다양한응용분야에영향을미치고있다. 예를들어광고간판을들수있다. 종래의종이포스터광고나스택광고에서는콘텐츠를교체하는수고가걸리기때문에수일 ~ 수주간에걸쳐서같은광고를걸어놓곤했었다. 그러나전자종이를사용한광고간판에인터넷광고콘텐츠를배달전송할수있도록하면한개광고간판에시간을나누어여러고객의광고를표시할수있다. 광고고객의수를늘려수입증대를시도하는일도가능하게된다. 이는일본의 Hitachi 제작소나 Fujitsu Frontech, Toppan Printing 등의실증실험을통하여증명이된바가있다. 또한슈퍼마켓의상품진열대에설치하여가격등을표시하는가격표에도혁신이일어날수있다. 기존에는가격등을인쇄한가격표를사람이수작업으로진열대에붙여왔다. 그러나사람이작업하는한인쇄와붙이기를잘못하는점을완전히없게하기는어렵다. 특히가격표시를잘못하는일은성가신문제가되기쉽고클레임대책이슈퍼마켓의부담을늘려왔다. 이에반해전자종이를사용한전자가격표에가격정보를서버로부터송신하는시스템을도입하면잘못을없앨수있다. 게다가산지나재고등의상품정보를표시할수있도록함으로써상품관리가용이해진다. 이미가격표시만하는전자 2 전자통신동향분석제 28 권제 5 호 2013 년 10 월

3 종이가사용된전자가격표에관해서는일본의계량기메이커인 Ishida 가 2005년에제품화하였다. 이러한제품들은기존의제품들을대체하거나완전히새로운신규제품들로전자종이디스플레이의고유한특성들때문에각광을받을것으로판단된다. 전자종이디스플레이에적용할수있는기술들중에서현재전자종이시장에서선두를달리고있는기술은입자기반의전기영동디스플레이기술로서, 비록현재까지천연색색상구현에제약을받지만, 전자책단말기에탑재되어킨들로출시되어출시첫해인 2007년한달동안 50만대의매출을올리며성공적으로진출하여다양한제품군으로발전하고있다 [2]. 현재는이러한시장의초기진입시기로제품화에성공하면우선적으로시장점유율을확보하고그응용범위를확장할수있을것으로판단되며, 이에대한체계적이고전략적인비즈니스모델의수립이절실히요구된다. Ⅱ. 전자종이디스플레이응용전자종이디스플레이의응용분야를확대하기위해서는다음과같은두가지요소를해결해야한다고많은전문가들이언급하고있다 (Flexibility와 Full color 패널의구현 )[3]. 1. Flexibility 디스플레이의플렉서블화는생산공정과소비자만족도에서많은장점들을내포하고있다. 플렉서블디스플레이를이해할때기능적인특성을바탕으로다양한개념으로받아들여지고있다. 플렉서블디스플레이를정의할때, 어떤이는두루마리형태로말수있는 (rollable) 디스플레이로, 또어떤이는종이처럼접거나구부릴수있는 (curved, bendable) 외곽디자인이자유 로운디스플레이로, 또는기판이유연성 (flexibility) 을갖고있어서깨지지않는튼튼한디스플레이로, 또어떤이는플라스틱처럼얇고가벼운기판을사용하여가볍고얇은 (thin & light) 디스플레이로이해하기도한다. 휘어진 (bendable) 형태를지속적으로유지하고, 디스플레이외곽디자인을자유롭게하여 fashion 개념이가미된 2세대플렉서블디스플레이는기판만유리에서유연한소재로바꿔서기존제품의견고한외곽은그래로사용하지만제품의두께, 무게, 신뢰성을향상시켜얇고가볍고 (thin & light) 깨지지않고질긴초기형태의휘어지는디스플레이에비교해최소한백배이상의시장규모를확대시킬것으로예상하고있다. 또한 Roll-to- Roll 공정을기반으로한대면적, 저원가기술이실현되면실내외광고용간판및각종장식용용도로새로운수요를창출할수있을것이다. 2. 풀컬러, 응답속도 (Switching speed) 풀컬러전자종이디스플레이제품의개발역시플렉시블디스플레이제품개발과같이폭넓은낮시간대에서도충분한가독성을가질수있도록밝은컬러를구현하여소비자의만족도를한층충족시켜서현재의전자책단말기뿐만아니라모바일폰과 laptop 이나 palmtop과같은다양한제품을구현할수있도록해줄것이라고예상되고있다. 현재초기형태의컬러단말기기들은컬러필터를장착하여구현되고있는데이로인해매우낮은반사도를나타내고있는실정으로본격적인시장확장에제약이되고있다. 컬러화구현속도가지체되고있는전기영동방식의전자종이기술과비교하여 liquavista는전기습윤방식으로선명도가개선된컬러전자종이단말기를발표하여곧상품가치가있는컬러전자종이제품을출시할것이라고발표는하였는데현재까지상용제품을출시하지못하고있다. 2007년출시된아마존의오리지널킨들은즉시히트를쳤고관련기술발전에도큰기여를했다. 경쟁사들 김철암외 / 인간친화형디스플레이연구동향 3

은재빨리자사만의기기들을개발했고, 그뒤 2년동안시장의규모는놀랍도록커져, 가트너에따르면, 2009 년에는약 360만대의 e북리더가판매되었다. 아이패드나다른미디어태블릿들의견제상황에서도 e북리더가장악하고있는시장은여전히건재하여 2010년에 1,400만개가팔렸던것에비해 2011년에는 2,000만개가넘는 e북리더가판매된것으로조사되었다.

4 은재빨리자사만의기기들을개발했고, 그뒤 2년동안시장의규모는놀랍도록커져, 가트너에따르면, 2009 년에는약 360만대의 e북리더가판매되었다. 아이패드나다른미디어태블릿들의견제상황에서도 e북리더가장악하고있는시장은여전히건재하여 2010년에 1,400만개가팔렸던것에비해 2011년에는 2,000만개가넘는 e북리더가판매된것으로조사되었다. e북리더의급격한보급으로미국유럽을중심으로한선진국에서는전자책시장이전통적인인쇄본시장을압도하기시작하였다는조사도발표되었다. 이를바탕으로차츰영역을신문과잡지로넓혀가고있는상황이다. 신문이나잡지영역으로 e북리더가확장되기위해서는새로운 e-reader platform 이요구되고있다. 모든패널제조업체들이 E-ink사의전기영동디스플레이필름을표시부로채용한상황이고, 전자종이응용분야가매우다양하지만현재 e북리더제품이전체전자종이표시부필름의 85% 를소비하고있다고시장조사기관인 IDTechEx가발표하였다. 전자종이시장을확대하기위해서는전자종이표시부필름의공급확대가필수적인것으로판명되고있다. IDTechEx의예측에의하면조만간전자종이디스플레이시장에서현재의 e북리더을제치고전자종이시장에서제일큰영역을차지할것으로는대형정보디스플레이기기 ( 넓은공간에서의정보제공 가격정보를제공하는대형마트에서의포스터에서부터공공교통시설의 bill board 포스터 ) 라고한다. 전세계적으로약 33억불의매출액을지닌세계최대의옥외매체업체인 Clear Channel 사는고정형의광고매체를디지털디스플레이매체로전환하고있는데그매체는현재대부분이 LED 형태이다. 그러나 Clear Channel 을포함한 LED 매체업체들은 LED 기술이궁극적인옥외매체의정답이될수없다고단언하고있다. LED 매체는매우높은설치비용과과량의소비전력이요구된다. 이와같은단점들극복하기위해서옥외매체의디스플레이가 갖춰어야할조건은다음과같다 : - 비발광형 (Nonemissive) - 저소비전력 (Low power) - 저중량 Light weight) - 선명한천연색색상구현 (Print like image, coke red) - 적절한응답시간 (Full motion not needed) 상기의요구조건을부분적으로충족시킬수있는기술을보유하여옥외매체사업을개시한기업은 Magink라는회사로 ( 그림 2) 는이회사가설치한 billboard 예이다. Magink사가채용한반사형디스플레이모드는콜레스테릭액정디스플레이기기로서컬러구현이용이한타입이다. 너무화려한 LED 대형광고디스플레이 billboard는주거자의시선을산만하게하거나운전자의시선을너무집중시킬수있기때문에환경적제약이해결해야할숙제로인식되고있는데, 이와같은환경문제는전자종이디스플레이가훨씬유리한면이있기때문에 LED 디스플레이에비해약점인느린재생속도를개선하고컬러구현을진행한다면전자종이디스플레이가이시장에서가장큰잠재력을발휘할것으로예측되고있다. 전기영동전자종이를매체로활용한최초의옥외광고가 2009년일본에등장했다 [4]. 일본의마이니치신문 ( 그림 2) 런던에설치된반사형 billboard 디스플레이예. 4 전자통신동향분석제 28 권제 5 호 2013 년 10 월

e- packaging의대부분은소비제품의포장인 consumer packaged goods (CPG) 분야에집중될것이다. CPG의예를들면말하는피자상자, 점멸하는로고 (winking logos) 가붙여진과자나고급양주포장, 복용시점및복용량을알려주는복용량용기등매우다양하다. Ⅲ.

5 ( 그림 3) Bridgestone의 QR-LPD 전자종이디스플레이를이용한옥외광고판 사는브릿지스톤 (Bridgestone) 사와공동으로도쿄신주쿠역과신바치역에각각 1기씩의전자종이광고물을 2009년 8월에설치했다 (( 그림 3) 참조 ). Smart packaging 기기는전면인쇄전자공정또는부분적인쇄전자적용공정과결합하여새로운사업분야인 e-packaging 으로발전하고있다. 이분야에대한수요는전세계적으로 2010년 9천만불에서 2020년 77억불로급격하게증가할것이라고예측하고있다. e- packaging의대부분은소비제품의포장인 consumer packaged goods (CPG) 분야에집중될것이다. CPG의예를들면말하는피자상자, 점멸하는로고 (winking logos) 가붙여진과자나고급양주포장, 복용시점및복용량을알려주는복용량용기등매우다양하다. Ⅲ. 전자종이디스플레이기술및업체동향전기영동방식은 1960년대일본의마쓰시타전기사업이처음연구를시작하여 1970년대에이르러디스플레이로의응용연구가활발히진행되었으나실용화에는이르지못하였다 (( 그림 4) 참조 ). 이를 MIT Media Lab. 에서분사한 E-Ink사가 1997년마크로캡슐기술을이용하여 e-paper 디스플레이로응용하여개발하였다 [1]. 전기영동디스플레이의기본원리는전기영동현상을이용하는것으로전기영동 (electrophoresis) 은전기장의 ( 그림 4) 마쓰시타가개발한 1970년대의전기영동디스플레이모식도영향을받아하전된물질들이유동성매체내에서이동하는것을말한다. 색상을띠는디스프레이로응용하기위해서는하전된성분이미세입자로초기에는유색유전유체에지름 1 ~ 5 um 크기의백색 TiO 2 입자를분산시켜투명전극사이에주입한후양으로전압을인가할경우, 음의미립자가표면으로다가와미립자색을표시할수있으며, 반대전압을인가하는경우, 미립자가반대전극으로영동하여유체의색이표시될수있도록하였다. 입도가작은미립자에전기장을인가하여입자들사이의상호인력및반발력을변화시킴에따라초기아무리입자들사이의반발력을최대화시키기위해안정제를첨가해도사용빈도를늘림에따라입자들이뭉치는현상이발생하여디스플레이의대조비를급격히저하시켰다. 1997년에설립된 E-Ink사는현재유일하게상업적규모로전자종이디스플레이표시필름을판매하는회사로서, 2009년 1억5 천만불이상의매출을달성하였다. 2009년 6월대만의전기영동디스플레이패널업체인 PVI 사는 E-Ink의지적재산권을포함한자산을 2억1천 5백만불에획득하였고, 2010년에 PVI사는 E-Ink 홀딩스가되었다. 2010년현재 E-Ink는전세계적으로 60 김철암외 / 인간친화형디스플레이연구동향 5

um의크기의마이크로캡슐로감싸는구조를만들고이마이크로캡슐을바인더와혼합하여전극사이에위치시켜마이크로캡슐내부의잉크미립자를동작시키는캡슐형전기영동기술이다. E-Ink의마이크로캡슐전기영동디스플레이는종이질감에가까운특성과시인성이우수하며, 메모리기능이있어소비전력이극히작다는장점을지닌다. 또한 10:1 의흑백대조비와광반사효율이 40% 로신문보다시인성이좋다.

6 여개의전자책단말기제작사에전기영동디스플레이이미지필름을판매하여 1억불이상의매출을달성하였다. E-Ink의전기영동디스플레이기술은당시까지알려진전기영동디스플레이의고질적인문제인미립자의분산안정성을획기적으로향상시킨것으로, 특정한저하를가진백색의잉크미립자와반대전하를띤다른색의잉크미립자를유체형태의투명유전유체 (hydrocarbon oil) 에분산시킨후지름 50 ~ 100 um의크기의마이크로캡슐로감싸는구조를만들고이마이크로캡슐을바인더와혼합하여전극사이에위치시켜마이크로캡슐내부의잉크미립자를동작시키는캡슐형전기영동기술이다. E-Ink의마이크로캡슐전기영동디스플레이는종이질감에가까운특성과시인성이우수하며, 메모리기능이있어소비전력이극히작다는장점을지닌다. 또한 10:1 의흑백대조비와광반사효율이 40% 로신문보다시인성이좋다. 구동전압은약 +/- 15V 이며, 회색스케일또한구현가능하다. 또한마이크로캡슐은직경을 30 um 까지만들수있고, 밀착하여 packing이가능하여해상도가높은디스플레이모듈을구현할수있다. 초기의약 300 ms 정도의느린응답속도는현재많이개선되어 150 ms까지개선된것으로발표되고있다. E-Ink사는 2007년말부터아마존킨들에캡슐필름이장착되면서상용제품을출시하고있다. 전기영동디스플레이의컬러구현은컬러필터를이용하여구현하고있다. E-Ink는 2009년데대조비가 20:1 이넘는최고급이미지필름시제품을발표하였다. 이이미지필름을적용하여컬러제품을개발하였지만, LCD와는달리백라이트가없기때문에색재현율이낮고반사율이 15% 이하로저하되는문제를해결하기위해서노력하고있다. 한편, 1999년에설립된사이픽스이미징 (Sipix Imaging) 은 ' 마이크로컵 (Microcup)' 이라는독자기술을바탕으로전자종이시장에진입하였는데, 이기술은마 ( 그림 5) Sipix의 Mircocup 구조. 이크로컵 ( 작은구멍 ) 에흰색입자와착색한액체가충전되는구조이다. 입자를상하로움직여흰색입자와액체의색이변화하면서보이게되는원리다 (( 그림 5) 참조 ). 검정색액체를이용하면일반적인흑백표시도가능하다. 어떤색깔의액체를충전하느냐에따라여러구성의 2색표현도가능하다. 입자이동은마이크로컵에부착되어있는구동전극에의해제어된다 [2]. 사이픽스전자종이필름의가장큰특징은마이크로컵의제작과입자및액체의밀봉등일련의작업들이롤투롤공정으로처리될수있다는점이다 (( 그림 6) 참조 ). 이것이가격경쟁력을갖게하는원동력이다. 이와함께, 2012년 9월 SiPix 는 E-Ink 홀딩스에인수되어전자종이디스플레이시장구조에변혁을예고하고있다. 외신은 E-Ink가사실 2012년생산이수요량대비많아 Sipix의생산능력이필요한것으로보이지는않으나추후발생할수있는전자종이이미지필름의가격인하전쟁을막기위해서였다고한다. 한편 E-Ink 는올해컬러필터없이세가지색상을구현할수있는 ( 그림 6) Sipix Roll-to-Roll micro embossing process. 6 전자통신동향분석제 28 권제 5 호 2013 년 10 월

( 그림 7) 세종류의입자를이용한 E-Ink사의 Spectra 컬러이미지필름 (a) (b) ( 그림 9) (a) Philips사에서발표된아이디어가실린 Nature 표지 (b) SID2006에소개된동영상 Research Laboratory 의 Hayes and Feenstra 가제안한전기습윤

특이할만한사항은기존의전자종이는동영상, 즉빠른응답속도에중점을두기보다쌍안정성 (bistability) 과흑백의명암비를높이는방향으로 ( 그림 8) E-Ink사의 Spectra 이미지필름의내부구조새로운전자종이이미지필름을발표하였다. ( 그림 7) 의사진에서알수있듯이매우선명한컬러를구현하고있다.

양전하로하전시킨백색입자와각각전하량을달리하여음전하로하전시킨흑색입자와빨간색입자들을함께투명한유전유체에분산시킨후투명전극에음전압을인가하면양전하로인가된백색입자가유동하여백색이보이고, 투명전극에양전압을인가시키면흑색입자와빨간색입자를유동시킬수있는데,

한편, 2003년 9월 25일자 Nature의표지에 Philips 연구개발이이루어지고있었는데, Philips사의모델은동영상의구현에초점을두었다는것이다. 고전적인전기습윤의원리를디스플레이의 On/Off switch 로서제안한 Fancy 한아이디어였다.

7 ( 그림 7) 세종류의입자를이용한 E-Ink사의 Spectra 컬러이미지필름 (a) (b) ( 그림 9) (a) Philips사에서발표된아이디어가실린 Nature 표지 (b) SID2006에소개된동영상 Research Laboratory 의 Hayes and Feenstra 가제안한전기습윤 (electrowetting) 을이용한전자종이가 ( 그림 9(a)) 에소개되었다 [6]. 특이할만한사항은기존의전자종이는동영상, 즉빠른응답속도에중점을두기보다쌍안정성 (bistability) 과흑백의명암비를높이는방향으로 ( 그림 8) E-Ink사의 Spectra 이미지필름의내부구조새로운전자종이이미지필름을발표하였다. ( 그림 7) 의사진에서알수있듯이매우선명한컬러를구현하고있다. ( 그림 8) 은 E-Ink 사의 Spectra 이미지필름의단면도로흑 / 백입자와빨간색입자를투명한유전유체에분산시킨구조이다 [5]. 양전하로하전시킨백색입자와각각전하량을달리하여음전하로하전시킨흑색입자와빨간색입자들을함께투명한유전유체에분산시킨후투명전극에음전압을인가하면양전하로인가된백색입자가유동하여백색이보이고, 투명전극에양전압을인가시키면흑색입자와빨간색입자를유동시킬수있는데, 전압인가펄스를조절하여흑색입자와빨간색입자의유동속도를조절하여선별적으로흑색과빨간색이선별적으로표시되도록하였다. 이렇게안료에의한컬러구현은인쇄수준의컬러를구축하였다. 한편, 2003년 9월 25일자 Nature의표지에 Philips 연구개발이이루어지고있었는데, Philips사의모델은동영상의구현에초점을두었다는것이다. 고전적인전기습윤의원리를디스플레이의 On/Off switch 로서제안한 Fancy 한아이디어였다. SID2006에서 Philips 사에서분사한 Liquavista는 Nature에제안한아이디어를기반으로만화를동영상으로선보였다 ( 그림 9(b) 참조 ). 전기습윤을이용한방식과다른방식과의구동전력에대한비교가표2에도시되어있다. 전자종이의구동방 Technology Reflective LC < 표 1> 다른방식과의특성비교 B/W Reflectivity Color Conversion Contrast Viewing angle Swiching Speed (ms) Limited 15 CTLC Limited 50 Electronphoretic Good 150 MEMS Limited <10 Electrowet ting* Good <10 Paper Good - *optical properties: in-pixel 0.90(accounting for losses at walls) 김철암외 / 인간친화형디스플레이연구동향 7

식인 imod 와전기습윤을이용한방식은상대적으로 OLED와기존 LCD에비해서훨씬작은소모전력을나타내고있다. 또한, 전기습윤방식은구동전력면에서큰장점이있음을알수있다. < 표 1> 에서도보듯이반사율과대조비또한전기습윤방식이다른방식에비해상대적으로뛰어남을알수있다. 무엇보다 color conversion 이종이와같은수준까지되어색의구현에있어도큰장점이있다.

그러나경제적측면에서는, 전기습윤기술의전자종이생산은기존 LCD 제조공정을약간의수정만으로사용이가능하기에, 경쟁력이있다. 휴대폰칩을만드는퀄컴 (Qualcomm) 의 transflective color display 미라솔 (Mirasol) 은색간섭변조원리에기본을둔 MEMS 기술에바탕을둔디스플레이기술이다.

8 식인 imod 와전기습윤을이용한방식은상대적으로 OLED와기존 LCD에비해서훨씬작은소모전력을나타내고있다. 또한, 전기습윤방식은구동전력면에서큰장점이있음을알수있다. < 표 1> 에서도보듯이반사율과대조비또한전기습윤방식이다른방식에비해상대적으로뛰어남을알수있다. 무엇보다 color conversion 이종이와같은수준까지되어색의구현에있어도큰장점이있다. 2011년 1월삼성은 Liquavista를인수한다고발표하였다. 상부에하나의고분자층만을사용하는전기영동전자종이디스플레이와는달리전기습윤기술에서는상하부두개의유리층을사용하고그사이에디스플레이표현체를배치시킨다. 따라서전기습윤기술기반의전자종이디스플레이는더두꺼워질수밖에없다. 그러나경제적측면에서는, 전기습윤기술의전자종이생산은기존 LCD 제조공정을약간의수정만으로사용이가능하기에, 경쟁력이있다. 휴대폰칩을만드는퀄컴 (Qualcomm) 의 transflective color display 미라솔 (Mirasol) 은색간섭변조원리에기본을둔 MEMS 기술에바탕을둔디스플레이기술이다. 이기술은 Iridigm Display 사에서개발하던기술을개량발전시킨형태로, Iridigm Display 사는 MEMS (Micro Electro Mechanical System) 라는기술을활용한 imod라는반사형스크린기술을개발하고있었다. Inferometric Modulator (IMOD), 즉파동의보상과간섭을조절하는기술이미라솔디스플레이의핵심이다. 소자의구조를보면유리기판, 박막필름층, 공기층, 반사막층으로구성되어있다 (( 그림 10) 참조 ). 소자는 Open State와 Collapsed State 라고불리는두가지상태에따라화면표시가수행되는데전압이흐르지않을때에는박막층이분리되어있으며선택적인반사를통해색을나타낸다. 낮은전압이인가되면정전기력이발생하여반사막층이움직이면서빛을모두흡수하게된다. 픽셀내에들어온빛이반사되지않음으로서검은 ( 그림 10) 퀄컴사의미라솔디스플레이의기본구조색을표현하는방식이되는것이다. 미라솔디스플레이의장단점을살펴보면, 기존의 E- Ink의전자종이디스플레이와비교할때의장점은빠른응답속도와컬러구현일것이고 LCD나 OLED와비교했을때의장점은가독성과전력소모가크게작용할것이다. 단점은 MEMS 공정을채용해야하기때문에낮은수득율과높은원가일것이다. 상업적평가를위하여퀄컴은 2011년 11월교보문고와협력하여미라솔전자책단말기를세계최초로출시하면서전자책시장에진출한다고발표하였다 (( 그림 11) 참조 ). Tablet PC와같은스마트기기의도래로인해전자종이시장에서도컬러화를요구하는수요가폭발적으로늘어날것이자명해진다. 이를바탕으로 IDTechEx는 2019년까지컬러전자종이디스플레이시장은전체전자종이시장의 90% 까지높아질것이라고전망했다 (( 그림 12) 참조 ). E-Ink, Sipix와 Liquavista 와같은전자 ( 그림 11) 교보문고에서판매하는미라솔 e북리더단말기 8 전자통신동향분석제 28 권제 5 호 2013 년 10 월

여반사되기때문에반산율이흑백전자종이에비해 30% 이하로저하되어 15% 이내의낮은반사율을나타내고, 하나의픽셀을세개내지네개로분할하여색을구현하고, 나머지서브픽셀은검은색이되거나흑색으로처리해야하기때문에매우낮은색재현율 ( 최대 8%) 을나타내기때문에본격적인풀컬러전자종이디스플레이는좀더기다려야만할것으로예상되고있다.

현재다수의기관들의노력을바탕으로 2014년부터는 full color 전자종이디스플레이제품들이전자종이시장에서의미있는신장세를나타낼것이다.

이를위해서전기영동디스플레이분야에서는 ( 그림 7) 과 ( 그림 14) 과같이하나의격벽내에다수의컬러하전입자들을분산시킨후, 하전량에따라선택적인전기장을인가하여각컬러입자들이영동하여고유색상을구현될수있도록하는기술이제안되었다.

9 여반사되기때문에반산율이흑백전자종이에비해 30% 이하로저하되어 15% 이내의낮은반사율을나타내고, 하나의픽셀을세개내지네개로분할하여색을구현하고, 나머지서브픽셀은검은색이되거나흑색으로처리해야하기때문에매우낮은색재현율 ( 최대 8%) 을나타내기때문에본격적인풀컬러전자종이디스플레이는좀더기다려야만할것으로예상되고있다. < 자료 >: IDTechEX[4] ( 그림 12) Full color 전자종이디스플레이의시장점유율예측종이 front panel 제조업체및대만의 ITRI, 한국의 ETRI 와같은국책연구소들은컬러전자종이를개발하고자하는노력을기울이고있으며, Fujitsu 의 FLEPia 와같은제품이이미출시되고있는상황이다. 현재다수의기관들의노력을바탕으로 2014년부터는 full color 전자종이디스플레이제품들이전자종이시장에서의미있는신장세를나타낼것이다. 현재까지컬러전자종이제품은 ( 그림 13) 과같은전자책단말기형태의제품이유일한데, 이제품은흑백전자종이이미지필름위에컬러필터를장착시킨제품으로컬러필터로인해입사광이두개의필름을투과하 자체광원이없는전자종이의특성상선명한풀컬러디스플레이를구현하기위해서는하나의픽셀에서공간분할없이한가지색상이구현되어야한다. 이를위해서전기영동디스플레이분야에서는 ( 그림 7) 과 ( 그림 14) 과같이하나의격벽내에다수의컬러하전입자들을분산시킨후, 하전량에따라선택적인전기장을인가하여각컬러입자들이영동하여고유색상을구현될수있도록하는기술이제안되었다. ( 그림 14) 는 2012년 SID 2012에서 Fuji Xerox 에서발표한다수의독립하전입자분산시스템으로이루어진컬러전자종이무식도와시제품이다. ( 그림 14(a)) 에나타낸바와같이마젠타, 노란색, 시안및백색하전입자들은백색입자의경우양전하를띄게하고나머지세가지색상의하전입자들은각각하전량을달리응전하를부여하여인가되는양전압에따라고유의문턱전압을보유하도록하였다. 그래서고유문턱전압에따라이에대응되는컬러하전입자의영동속도에의해고유의색 < 자료 >: SID, 2012[7]. ( 그림 13) 컬러필터를장착한 E-Ink사이미지필름을채용한전자책단말기 ( 그림 14) (a) 독립컬러입자분산전자종이단면도및 (b) 시제품 김철암외 / 인간친화형디스플레이연구동향 9

10 상을표시할수있도록하였다. 이렇게구현된시제품이 ( 그림 14(b)) 와같다. 이제품은 30% 이상의반사율과 10:1 의대조비를나타낸것으로보고되었다. 이와같이단일픽셀에서고유색상을구현하기위해서각각의상이한전하량을보유한컬러하전입자들로이루어진전기영동분산계나광결정기술들이본격적으로개발되어전자종이에접목된다면컬러인쇄본과같은상업적가치가있는컬러전자종이가개발될것으로예상된다. VI. 맺음말앞에서다양한기술에바탕을둔전자종이기술과개발주도기관들의동향에대하여살펴보았다. 또한이들기술이앞으로전자책뿐만아니라인테리어, 소비가가전및광고분야등다양한응용제품으로확대될것이확실히된다. 또한현재전자책분야에머물러있는전자종이디스플레이적용상품을확대하기위해서나빠른성능개선을이루고있는다른디스플레이분야와의경쟁에서지위를유지하기위해서, 인쇄수준의컬러가구현되는컬러전자종이의개발이필수적이다. 그러나현재까지컬러필터장착된컬러전자종이가소규모로개발판매되고있는데소비자의시선을끌지못하고있는실정이다. 반사율도높고색재현율도높은컬러구현을위하여문턱전압을가지는컬러하전입자들을분산시킨신모드전기영동전자잉크또는광결정기술들새로운기술방식의전자종이를개발하고자하는노력이국내외적으로시도되고있는실정이다. 디스플레이강국인우리나라에서상대적으로지원이낮은전자종이분야에서기존의흑백전자종이디스플레이인 1세대전자종이는미 국, 대만등경쟁국에는뒤졌지만 2세대인플렉서블컬러전자종이디스플레이에서는경쟁국을따돌리고디스플레이강국의위치에걸맞는반사형디스플레이강국이되기위해서는발광형디스플레이에상응하는연구개발지원이이루어져야할것이다. 약어정리 CAMUS ECA GIS GPS 참고문헌 Context-Aware Middleware for URC Systems Event Condition-Action Geographical Information System Global Positioning System [1] B. Comiskey, J. D. Albert, H. yoshizawa, and J. Jacobson, An electrophoretic ink for all-printed reflective electronic displays, Nature, vol. 394, 1998, pp [2] 문희성, 전자종이가열어갈새로운디스플레이의길, LG Business Insight, vol. 4, 2011, pp [3] 김철암, 강승열, 서경수, 전자종이기술상용화의걸림돌과극복방안, SK TR., vol. 499, 2008, pp [4] H. Zervos and R. Das, E-Paper Displays: Markets, Forecasts, Technologies Bistable, nonemissive and flexible displays for e-books and beyond, IDTechEx Report, [5] [6] R. A. Hayes and B. J. Feenstra, Video-speed electronic paper based on electrowetting, Nature, vol. 425, 2003, pp [7] N. Hiji, Y. Machida, Y. Yamamoto, and Y. Satoh, Novel Color Electrophoretic E-Paper Using Independently Movable Colored Particles, SID 2012 Digest, 2012, pp 전자통신동향분석제 28 권제 5 호 2013 년 10 월

LG Business Insight 1142

LG Business Insight 1142 전자종이가 열어갈 새로운 디스플레이의 길 눈에 편하고 낮은 소비전력, 획기적 유연성으로 무장한 전자종이가 전자책 단말기를 넘어 새로운 응용 분야에 도전하고 있다. 전자종이가 LCD 등을 대신하여 집 거실의 TV까지 대체할 가능성은 현재로서는 거의 없지만 다른 디스플레이들이 갖지 못한 장점을 통해 차별적 가치를 만들어 갈 것으로 보인다. 문희성 책임연구원 hsmoon@lgeri.com