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민 동
7 years ago
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1 투명 LCD 패널 기술 개발과 시장 전망 1/20

2 What is Transparent? 투명 디스플레이 : 투명 전자소자를 이용한 시각적으로 투명한 형태의 디스플레이 (투명도 : 5% ~ 80%) 2/20

3 Trend for Technology FPD LED TV 3D CRT PDP LCD Smart TV 성능 경쟁 형태 경쟁 Flexible Transparent Flexible Transparent 형태 경쟁 Real 3D 3 oratory 3/20

4 Why do we need TPD? Performance & Cost In the past In the Future - 4 Mask Process - One Drop Filling Manufacturer Centric Consumer Centric - 120Hz - LED BLU, Local Dimming BLU Interactive & Convenience Reality Larger Size - LCD Fab. (5G~10G) Design & Green - Ultra Slim - Energy Saving Larser Size Performance & Cost Design & Green Reality - 3D, UD - Big Screen Interactive & Convenience - Smart Touch Screen, Sensor - Extreme Portable -Flexible 차세대 디스플레이: 디자인, 친환경, 실감, 인터렉티브, 편의성 + 인간의 기본적 욕구 : 투명 Transparent 4/20

LED BLU, Local Dimming BLU Interactive & Convenience Reality Larger Size - LCD Fab.

5 TPD Applications Transportation Avionics Car Mobile Sign board Keypad Notebook Tablet PC Medical & Military Interior Design Phase 1 Replace current applications Window Phase 2 Open new applications 5/20

6 투명디스플레이 시장 현황 2012년 시장 형성 시작 기존 디스플레이 시장 대체 및 신시장 창출 2028년 이후 일반 평판 디스플레이 보다 시장 점유율이 높아질 것으로 전망 출처 : Source: bank, Transparent Technology and Market Forecast (2011) 6 6/20

7 국가 6대 미래산업 기술 선정 지식 경제부 : 투명플렉시블 디스플레이 과제 선정 지원 기간 : 5~7년 지원 금액 : 1조 5000억원 7/20

8 국내 투명 디스플레이 특허현황 투명 디스플레이 관련 특허 출원 건수 업체별 특허 출원 건수 - 국내 투명 디스플레이 관련 특허 출원 가속화 LGD 삼성 전자 SMD 삼성 SDI 삼성 전기 ETRI Ref : 특허청 8/20

40 20 60 50 40 30 20 10 2006 2007 2007 2009

9 투명 디스플레이의 종류 AM-OLED Emissive type AC-TFEL See Trough type LED LCD TPD Passive type Electrochromic Electrowetting Projection type HUD HMD 9/20

10 Emissive vs Passive under bright environment Passive Perfect light shutter Sun light (10,000~25,000 lux) Emissive Difficult distinguishimage to Emissive TPD : hard to realize black state Transparent state LCD 1,500~3,750 lux (eff : 15%) OLED 300 lux Block state 1~2.5 lux (CR 10,000:1) 700 ~ 1,700 lux 10/20

Emissive TPD : hard to realize black state Transparent state LCD 1,500~3,750

11 Emissive vs Passive under dark environment Passive Difficult to see image Edge BLU After sunset (0.01 lux) Passive TPD : hard to show images without light source Emissive Perfect display LCD OLED Transparent state 750 lux (eff : 15%, 5000 lux BLU) 300 lux Block state (CR 10,000:1) 0.15 lux 11/20

01 lux) Passive TPD : hard to show images without light source Emissive

12 투명 OLED (Emissive type) Conventional OLED vs Transparent OLED 장점 기존 공정 그대로 이용 단점 Low transparency Black 구현 안됨 : Poor C/R 투명 전극 & TFT 적용 Emitting Light Light Leakage 장점 High transparency (어두운 환경) 단점 Black 구현 안됨 : Poor C/R 밝은환경에서 시인성 저하 재료및공정개발필요 [White state] [Black state] 12/20

Emitting Light Light Leakage 장점 High transparency (어두운 환경) 단점 Black

13 투명 OLED (Emissive type) 19 Monitor (Samsung) 15 monitor (LG display) Notebook (Samsung) MP3 (Ice touch, Samsung) 13/20 Flexible OLED (Ice touch, Samsung)

14 투명 LCD (passive type) LCD: 투명전극 사용 (투과형) 투명 LCD: 기존의 LCD를 그대로 적용 가능 장점 기존 공정 그대로 이용 High transparency (밝은 환경) Good black state: High C/R 단점 Low light efficiency ( < 7%) Backlight 등의 광원 필요 협시야각!!? Color Cell 상 Pol LGP Diffuser BEF DBEF-D 하 Pol Reflector 14/20

High C/R 단점 Low light efficiency ( < 7%) Backlight 등의 광원 필요 협시야각!

15 투명 LCD (passive type) 46 T-LCD (Samsung) 47 T-LCD (LG display) 22 T-LCD monitor : World first mass production -Clock 15/20 Cell phone : Xperia pureness (Somy-erickson)

16 Electrowetting (passive type) Electro-wetting display 전압 제어에 따른 절연막 성질 변화 이용 (친수성 소수성) <Field off state> Colored oil Hydrophobic dielectric Electrode 장점 - Bistability - 적은 소비전력 - 높은 투과율 - 반사형과 투과형 모드 선택적으로 구현 가능 단점 - 각각 다른 Color oil 필요 - 느린 응답속도 <Field on state> Water 16/20 Proto type

Bistability - 적은 소비전력 - 높은 투과율 - 반사형과 투과형 모드 선택적으로 구현 가능 단점 - 각각 다른 Color oil

17 HUD (Projection Type) HUD : Head Up - Projection to large glass like window - Application : Navigation in car, airplane - HUD in F15 Backlight Unit - HUD in BMW 17/20 - Operating principle

18 Comparison LCD vs OLED 시인성 T-LCD (SID 2010) T-OLED (CES 2010) 제조사 SEC SMD 크기 46 inch (22 inch) 15 inch Transparency 6 % (15%) 40% 밝은 환경 Good Bad 어두운 환경 Bad Good 대비비 Good Bad (Black 구현 불가) 응용제품군 TV, PIP, Window Mobile 제조단가 Low High 제품 18/20

6 % (15%) 40% 밝은 환경 Good Bad 어두운 환경 Bad Good 대비비 Good Bad

19 Issues in Transparent Requirement T-LCD status 비고 Visible Transmittance > 70% 15% (color) 20% (B/W) SEC (22 ) Full color capability O O - Real size panel > 100 inch 47 LGD Dark Room C/R > 1000:1 500:1 SEC (22 ) Bright Room C/R > 10:1 > 10:1 SEC (22 ) Interactive O O - Bezel width < 10mm Not yet - 19/20

panel > 100 inch 47 LGD Dark Room C/R > 1000:1 500:1 SEC (22 ) Bright Room

20 투명 LCD 핵심 기술 1. High Light Efficiency (High Transmittance) Pixel/전극/패널 구조 개선 고효율 편광판/광학필름 Polarizer Free Color Filter Free 2. 광원 기술 C/F & Pol. free Color panel 투명 광원 Edge형 투명 BLU 20/20

21 기존 LCD 광효율 투과도 저하 LCD pixel 투과율 = 개구율 * 모드 투과율 50% 100% Only 7%!! 13% 40% Polarizer Analyzer Color Filter Liquid Crystal & electrode Solution Pixel optimize i - 개구율 확대 투명 TFT/투명전극 -신규Pixel 구조 21/20 Polarizer LC mode free - Normally white mode- 대비비 향상 - 고투과율 - 저전압 구동 - 광시야각 -신규모드

22 LCD 모드 개발현황 편광판 필요 Transmittance < 7% TN Normally White Narrow viewing angle Birefringent Mode LCD Mode Scattering Mode Scattering Mode VA (SVA, UV2A) IPS (FFS) PDLC Wide viewing angle Normally Black Rugged structure Low contrast High voltage 편광판 불필요 Transmittance > 50% Ch-LC High transmittance Hard to realize full color High voltage 22/20

23 기존 LCD Mode 성능비교 TN SVA UV 2 A IPS FFS(PLS) Transmittance > 8% (100%) ~ 6% (75%) ~ 6% (75%) ~ 6% (75%) ~ 7% (87%) Contrast ratio 1000:1 5000:1 5000:1 3000:1 3000:1 Response time < 16ms ~ 4 ms < 4 ms < 8 ms ~ 5 ms Viewing angle X 구동모드 Normally white Normally black TPD 적용시 문제점 Narrow viewing angle - Normally black mode - Low transmittance 23/20

24 기존 LCD Mode를 통한 접근방법 (TN) TN mode : Normally White & 투과율 ~ 8% White state Without E-field Black state With E-field SEC 22인치 양산발표 - B/W : 투과율 20% Color : 투과율 15% - TN + 신규 Pixel 구조 (RGBW) Analyzer V Polarizer - Most region remains with transparent state : Increase the transmittance - Normally white LC mode : Reduce power consumption - Asymmetric viewing angle 24/20

25 기존 LCD Mode를 통한 접근방법 (4DTN) 4DTN mode : Normally White & 투과율 ~ 7% & 광시야각 Transmittance (V) DTN 4DTN 2.8wt%_10V RM curing 3wt%_0V RM curing 3wt%_10V RM curing Applied voltage (v) - Wide viewing angle & No gray inversion - Normally white LC mode - Less transmittance & Cumbersome fabrication process 25/20

26 기존 LCD Mode를 통한 접근방법 (VA) VA mode : Normally Black & 투과율 ~ 6% Black state Without E-field White state With E-field SEC 46인치 전시 (투과율 6%) Analyzer V Polarizer VA Mode - Wide viewing angle & High contrast - Well established technology (Size, Price, Mass production) - Normally black mode & Low transmittance 26/20

27 기존 LCD Mode를 통한 접근방법 (VA) VA mode with Parallel Polarizers White state Without E-field Black state With E-field 기존 Cross Pol. Parallel Pol. Analyzer V Transmitta ance (V) 투과율 2배이상 상승 Crossed polarizer Parallel polarizer Polarizer VA Mode Applied Voltage (V) - Easy fabrication from normal VA_LCD - Normally white & Wide viewing angle & High transmittance (12%) - High black level & Low contrast 27/20

28 기존 LCD Mode를 통한 접근방법 (IPS) IPS mode : Normally Black & 투과율 ~ 6.2% Off Light On LGD 47인치 전시 (투과율 6.2%) Substrate Light Light - Wide viewing angle & High contrast - Well established technology (Size, Price, Mass production) - Normally black mode & Low transmittance 28/20

29 편광판 제거 모드를 이용한 투과도 개선 1 1. PDLC : LC Droplet을 형성한 후 scattering을 이용한 투명 디스플레이 Scattering Field off PDLC V Transparent Field on 장점 - 높은 투명도 (75%) (No polarizer) - 대형화, 필름화 가능 (유리창) - Roll-to-roll process 가능 단점 - High operating voltage - Low contrast ratio - Slow response 29/20

30 Transparent PDLC TLC : Smart window Pro display : Switchable PDLC film for privacy Ref : /20

31 편광판 제거 모드를 이용한 투과도 개선 2 2. Cholesteric LC Mode : Ch-LC의 scattering/bistability를 이용한 투명 Dynamic driving 디스플레이 구현 Static driving 장점 - Dual mode 가능 - 높은 투과도 (>50%) - 낮은 소비전력 (Bistability) 단점 - 높은 구동전압 -낮은CR Homeotropic state Focal conic state Planar state Focal conic state - 느린 응답속도 31/20

32 Transparent Ch LCD Proto type sample (LG ) Proto type sample (Kent optronics) 4.3 WV active TBL LG (SID 2011) Bistable Scattering Ref : D.-K. Yang, Appl. Phys. Exp 3, , SPIE / (2010) 32/20

33 POL + CF 제거 가능?? Multilayer Structure (stacked RGB layers) 투과도 감소 원인 CF array LC TFT array Backlight Incident light Light absorbing layer - Full color - Parallax problems - Low flexibility - High cost - Low reflectance - Low transparency Single Layer Structure - 외부 제어 인자 (UV세기, 온도, 전압) 조절을 통한 Pitch 변화 단일 기판에서 full color 구현 UV 세기 변화 온도 변화 전압 변화 RGB 개별주입 33/20

34 편광판 제거 모드를 이용한 투과도 개선 3 3. Guest-Host LCD : Dye 의 정렬도 제어를 통한 투명 디스플레이 구현 V Transm mittance (a.u.) Field off Applied Voltage Absor rption (a.u.) Field on Wavelength 장점 - 높은 투명도 (70%) - 투과/반사 모드 구현가능 - 편광판/CF free 단점 - 분산특성에 따른 투과율/균일성 저하 - 낮은 색재현율 - 높은 구동 voltage -낮은CR 34/20

35 Pixel 구조 변화를 통한 투과율 향상 1 1. RGBW Pixel 구현 - Light loss at CF layer : ~ 70 % [RGB C/F] [RGBW C/F] = * 6 = = (03+1)*3=39 ( Transmittance : ~ 200% 향상 - 22 투명 LCD (SID 2011) 적용 (투과율: 15% 달성) - 색 재현성이 떨어짐 35/20

36 Pixel 구조 변화를 통한 투과율 향상 2 Transparent TFT LCD pixel 투과율 = 개구율 * 모드 투과율 a-si LTPS OTFT Oxide TFT Type Mobility (cm 2 /V s ) N <1 N & P 50~150 P (N) <5 N (P) 1~100 Leakage Stability Uniformity Long term reliability ⅹ ⅹ Cost Medium High Low Low Yield Temperature ~ 250 > 250 R.T ~ 200 R.T~250 Plastic compatibility ⅹ Transparent display ⅹ ⅹ Substrate Glass, Metal, Plastic Glass, Metal Glass, Metal, Plastic Glass, Metal, Plastic Application LCD, e-paper LCD, OLED E-paper, OLED LCD, OLED, E-paper 36/20

37 Pixel 구조 변화를 통한 투과율 향상 3 Transparent Electrode ITO Conducting Polymer Carbon Nano Tube Graphene ITO (Sputtered) ITO (Dispersed) Conductive Polymer Nano metal dispersions CNT Graphene Transparency Conductivity ⅹ Price ⅹ Color ⅹ (Pale Yellow) (Yellow, Brown) (Pale Blue) (No color) (No color) (No color) Printable ⅹ ⅹ Flexibility ⅹ ⅹ Stability ⅹ 37/20 : excellent, : good, ⅹ: poor

38 BLU 관련 서로 다른 두생각 [LGD, 47 LCD, SID 2010] SEC : BLU 제거 Backlight OFF [SEC, 46 LCD, SID 2010] Backlight ON LGD : BLU 유지 투명 Edge BLU 개발 편광 + 투명 Edge BLU를 통한 편광판 제거 Backlight OFF Backlight ON 38/20

39 Polarized Edge BLU 편광판 편광판 편광 Edge BLU LCD Panel LCD Panel 편광판 Polarizer Reflector 편광판 Polarizer 제거 시 LGP Pattern에 의한 산란으로 편광 특성 상실되어 시인성 불량 편광원 설계 및 LGP 구조 개선으로 polarized edge BLU 개발 Light Guide Plate Reflective sheet 기존 BLU 93% (PMMA계) 3 % (Silver) 투명 Edge BLU 패턴 형성을 통하여 광효율 증가 및 prism sheet & diffuser 제거 고굴절율/저굴절율 투명 고분자 다층박막을 이용한 투명 반사판 : > 95% Prism sheet 92~94% (PMMA계) 제거 Diffuser 96 % (PC) 제거 39/20

40 Polarized Transparent BLU 편광판 LCD Panel Polarized light 편광판 투명 White OLED BLU Randomly polarized light 발광층 배향막 (러빙) 기판 Organic Electronics 12 (2011) Linkoping University Sweden, Biorgel reserach group 40/20

41 Summary Transparent LCD Transparent OLED High transparency Black state Transparent BLU Transparent electrode/tft Wide viewing angle Stability 41/20

42 Conclusion 응용분야에 따른 시장형성 1. TP LCD - 진열대 정보창, 건물 유리벽 등 주위가 밝은 환경에서의 TPD (40인치 이상) - 내부의 보임을 조절할 필요가 있는 특정 장소에서의 TPD - 초저가 소형 mobile TPD 2. TP OLED - 실내와 같이 주위가 어두운 환경에서의 TPD - Mobile & OA용 고화질 TPD (40인치 이하) - Flexible TPD Ultimate TPD = Hybrid TPD (Emissive + Passive TPD) 42/20

Microsoft PowerPoint - OLED_vs_LCD.ppt [호환 모드]

Microsoft PowerPoint - OLED_vs_LCD.ppt [호환 모드] 디스플레이기술비교 : OLED 와 LCD 구조및동작원리, 특징비교 박기찬 명암비 (Contrast Ratio) 응답속도 (Response Time) 시야각 (Viewing Angle) Black Image OLED 는매우낮고균일한 black level 구현이가능하고, 시야각에따른빛샘도없음. AMOLED Black 휘도 구분 CR (Static) F.W.