Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society Vol. 15, No. 6 pp. 3429-3434, 2014 http://dx.doi.org/10.5762/kais.2014.15.6.3429 ISSN 1975-4701 / eissn 2288-4688 트리즈기법을활용한삼성전자의 TFT-LCD 기술혁신사례연구 반병섭 1* 1 한양대학교경영학과 Case study of SAMSUNG TFT-LCD Technology Innovation using TRIZ method Byeong-Seob Ban 1* 1 Department of Business Administration, Hanyang University 요약 TFT-LCD 패널제조산업에서삼성전자는후발기업으로써선발기업인일본의샤프를추월하여선도하고있다. 트리즈시스템분석을활용하여디스플레이산업은노트, 모니터, TV & 모바일제품시장으로변화를하였으며시장 ( 고객 ) 의요구속성도변화를함을제시하였다. 또한삼성의 TFT-LCD 기술중빠른응답기술혁신사례를제시하였다. 예를들면, 응답속도개선을위해기존사용하고있는액정혼합물에트리즈의모순성, 물질-장방법등을활용하여개발된고복굴절률액정물질을첨가하여광시야각, 빠른응답특성을갖는신규액정혼합물을개발하였다. 새로운액정혼합물의응답속도는 60% 정도로단축개선되었다 ( 기존액정사용시 16 ms, 새로운액정혼합물사용시 10ms). Abstract In the TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display) panel manufacturing industry, SAMSUNG, a late entry, can catch up to leading first mover, SHARP. The changes the note, monitor, TV, and mobile markets in the TFT-LCD industry were studied using a system analysis method. In addition, the fast response time technology in SAMSUNG TFT-LCD technology was developed using the TRIZ method. For example, a new liquid crystal mixture of a wide view angle and fast response time were developed by doping a new high birefringence liquid crystal material in a base mixture using the contradiction method and su-field method of TRIZ. The response time of a new liquid crystal mixture was improved to approximately 60%(16.2ms with base LC mixture, 9.8ms with a new LC mixture). Key Word : Contradiction, Substance-Field Method, TRIZ, TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display) 1. 서론 TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display) 패널제조산업에서후발기업인삼성전자는 90 년대진입하여, 선발기업인샤프 (SHARP) 를추격하여추월하는데 10년도걸리지않았고, 추월하여 10년이상을선도유지하고있다 [1]. 2013년제4회트리즈컨퍼런스기조연설에서삼성디 스플레이사장김기남은 개인이달성할수있는업적에는한계가있습니다. 집합적창의성을도모하는데가장효율적인게트리즈 (TRIZ) 예요. 삼성디스플레이전직원이트리즈를통해의사소통하고신제품개발에도활용한다. 고말했다. 황인극, 안영수, 정락채등은트리즈기법을이용한기업혁신전략에의하면 6시그마가일하는방식즉고객의요구사항을바탕으로문제를파악하는방법이라면트리 본연구는 2013 글로벌트리즈 (GTC2013) 학회에서발표된내용을수정보완한내용입니다. 발표과정에서한국산업기술대학의이경원교수, GEN3 partners SIMON S. LITVIN, ph.d 등의유익한조언에감사드립니다. * Corresponding Author : Byeong-Seob Ban(Hanyang Univ.) Tel: +82-10-4803-0537 email: jamesban09@naver.com Received May 9, 2014 Revised June 3, 2014 Accepted June 12, 2014 3429
한국산학기술학회논문지제 15 권제 6 호, 2014 즈는생각하는방식, 즉문제를해결하는사고의과정이라고하였다 [2]. 본연구에서는트리즈기법을활용한사례연구로 TFT-LCD 산업시장환경의변화를고찰하고, 삼성전자의 TFT-LCD 기술중고속응답기술혁신사례를연구하였다. 2. 트리즈의개념및선행연구 TRIZ( 트리즈 ) 란창조적문제해결이론 (Theory of Inventive Problem Solving : TIPS) 이란뜻의러시아말 (Teoriya Reshniya Izobretatelskikh Zadatch) 로, 발명과혁신을달성하기위한강력한구조적인접근법이다. 발명적모순 (Contradiction) 을가진문제를해결해주는이론으로써, 1946년겐리히알트슐러 (Genrich Altshuller) 에의해처음연구되고분석되었다. 세계각국의특허 200만건 ( 초기는 20만여건 ) 을조사하여, 그중에서창조적인특허 4만건을추출하고, 발명의원리를체계화하여모순, 이상성, 시스템접근의문제모형을제시하였다 [3,4]. [Fig. 1] Creative problem solution method 창의적문제해결방법은 3단계의창의성을발휘하여진행한다 [Fig. 1]. 1단계로는경계영역을도식화한다. 2 단계로모순 ( 기술적, 물리적 ) 을도출한다. 3단계로모순을분석한다. 모순은트리즈의가장중요한개념으로서, 기술적모순과물리적모순으로구분한다. 기술적모순은시스템의어느한특성을개선하고자할때그시스템의다른특성이악화되는상황을말한다. 물리적모순은시스템의어느한특성이높아야함과동시에낮아야하고, 존재해야함과동시에존재하지말아야하는상황이다. 기술적문제해결방법은 3단계로이루어져있다. 1단계 ) 39가지기술적속성중에서모순행렬의행 (y축) 에는개선하려는 ( 좋아지는 ) 기술적속성들을놓고, 열 (x축) 에는이로인하여악화되는 ( 나빠지는 ) 기술적속성을놓는다. 2단계 ) 행렬의내부에는발명원리 40가지번호들이놓이게된다. 3단계 ) 행렬의내부에있는 40가지발명의원리들중에서해결방안을순차적으로검토해본다. 39가지기술적속성은무게, 길이, 면적, 부피, 힘, 속도등과같은공학적변수들로이루어져있다 [Table 1]. 발명원리는 40가지이다 [Table 2]. [Table 1] 39 Engineering parameters 1 Weight of moving 21 Power 2 Weight of stationary 22 Loss of energy 3 Length of moving 23 Loss of substance 4 5 6 7 Length of stationary Area of moving Area of stationary Volume of moving 24 Loss of information 25 Loss of time 26 Quantity of substance 27 Reliability 8 Volume of stationary 28 Measurement accuracy 9 Speed 29 manufacturing precision 10 Force(or Intensity) 30 Object-affected harmful factors 11 Stress(or Pressure) 31 Object-generated harmful factors 12 Shape 32 Easy of manufacture 13 Stability of 's composition 33 Easy of operation 14 Strength 34 Easy of operation 15 16 Duration of action of moving Duration of action of stationary 35 17 Temperature 37 18 19 20 Illumination intensity(or Brightness) Use of energy by moving Use of energy by stationary Adaptability or Versatility 36 Device complexity Difficulty of detecting and measuring 38 Extent of automation 39 Productivity 3430
트리즈기법을활용한삼성전자의 TFT-LCD 기술혁신사례연구 [Table 2] 40 Invention principles 1 Segmentation 21 Skipping 2 Taking out 22 Blessing in disguise 3 Local quality 23 Feedback 4 Asymmetry 24 Intermediary 5 Merging 25 Self-service 6 Universality 26 Copying Cheap short-lived 7 Russian dolls 27 s 8 Anti-weight 28 Mechanics substitution 9 Preliminary anti-action 29 10 Preliminary action 30 Pneumatics and hydraulics Flexible shells and thin films 11 Beforehand cushioning 31 Porous materials 12 Equipotentiality 32 Colour changes 13 The other way round 33 Homogeneity 14 Sphericity 34 Discarding and recovering 15 Dynamicity 35 Parameter changes 16 Partial or excessive actions 36 Phase transitions 17 Another dimension 37 Thermal expansion 18 Mechanical vibration 38 Strong oxidants 19 Periodic action 39 Inert atmosphere 20 Continuity of useful action 40 Composite materials 물리적모순의문제는다음과같은 4가지분리의원리, 즉공간, 시간, 분분과전체, 조건에의해해결안을제시한다. 공간적분리의예로노인들이주로사용하는다초점안경등이있다. 시간적분리는출퇴근용초소형비행기는이착륙을할때에는날개를넓게펴지만, 차고보관시는날개를접는다. 부분과전체의분리는자전거의체인은마이크로수준에서는단단하지만, 매크로수준에서는유연하다. 조건에따른분리의예로가는체의틈새들은물을통과시키는구멍의역할을하지만, 곡물의경우는구멍의역할을하지않는다. 이상성에서의자원문제는물질-장 (Fig. 2), 기능, 공간, 시간의도구를이용해 76가지표준해로해결방안을찾는다. 효과문제는효과가이드를이용한다. *Field or action: Mechanical (Me), Thermal (Th), Chemical (Ch), Electrical (E), magnetic (M), Electro-magnetic (EM), Gravitational (G) [Fig. 2] Substance-Field Theory (Material: SAMSUNF TRIZ (2004) [Fig. 3] Multi Screen Window method 시스템문제는혁신의방향, 멀티스크린윈도우방법을이용한다. 멀티스크린윈도우방법은상위시스템-시스템-하위시스템으로나누고각각에대해과거, 현재, 미래의진화에대해발전과정을볼수있다 [Fig. 3]. 트리즈의기술적인문제해결사례는실무적으로많지만기업이공개를꺼리게되어선행연구로보고된연구논문은많지않다 [2,5,6]. 그리고경영에서의트리즈응용사례연구를볼수있다 [6-8]. 3. 방법론 트리즈기법의 DAGEV 방법론을활용하였다. D(Define): 문제를 OZ 와 OT로단순화한다. OZ는 Operating Zone( 모순발생위치 ) 을의미하며, OT는 Operating time( 모순발생시점 ) 을의미한다. 3431
한국산학기술학회논문지제 15 권제 6 호, 2014 A(Analyze): 모순의핵심을도식화하여단순화한다. 기술적모순과물리적모순을찾는다. G(Generate):IFR(Ideal Final Result: 이상적인상태 ) 의아이디어리스트를작성한다. E(Evaluate): 도출된아이디어리스트를실행하여비교평가한다. V(Verify): 해결된평가안에대해재현성을확인한다. 특허화한다. 관련기술을횡전계시도하여경영성과에기여한다. 4. 사례 연구사례 1) 시스템접근법에의한시장 ( 고객 ) 요구속성변화및제품속성변화분석디스플레이전문가인터뷰, 디스플레이학회및협회보고자료, 사보등을기반으로트리즈의시스템접근법에의해 LCD 시장 ( 고객 ) 의요구속성변화및기업의대응제품속성을분석하였다. 상위시스템은시장 ( 고객 ) 의요구속성으로시스템은제품으로하위시스템은고객의요구속성에부합하는제품의세부요구속성으로분류하였으며 LCD 산업발전과정을통해연도별시스템의변화상을고찰하였다 [Table 3]. [Table 3] LCD market analysis using TRIZ System approach [5]. Year 1990~ 2000~ 2005~ Super- System Customer requirement portable, fast speed wide viewing Moving Picture System Product LCD- Note LCD- Monitor LCD- TV & mobile Sub- System Product properties Thin, High speed Widw viewing& High speed. Widw viewing& High speed. 표에서보듯이 LCD 제품의마켓에서고속응답이슈는노트, 모니터, TV, 모바일제품에서지속적으로있어왔다. 이에삼성전자의트리즈기법을활용한 LCD 고속응답기술대응사례를고찰하였다. 연구사례 2) LCD 노트북제품에적용한사례로특허화한사례이다 [5,9]. LCD 노트북제품은경쟁사들과의차별화전략으로고속응답기술이요구되고있었으며트리즈기법을활용하여해결한사례이다. D. OZ: LCD셀구조에서액정유니트 D. OT: 구동시응답속도와생산수율사이모순이발생한다. A. 모순을도식화 Output 인자사이기술적모순발생. G. IFR: 응답속도개선은유지하면서생산수율감소를막을수있는방법은없을까? G. 39가지기술적모순매트릭스에서좋아지는특성의스피드 (9번) X 나빠지는특성의제조의용이 (32번) 로부터 40가지발명의원리중아이디어도출번호 : 1, 8, 13, 35(1번분리, 8균형추, 13번거꾸로함, 35 번물성치변화 ). E. 셀갭 4.5μm에서 4μm 이하로낮추어저셀갭에적합한액정물질을개발하여사용할경우셀갭감소에따른생산수율감소의유해한요소를발명의원리 35번을응용하여생산공정파라메타개선으로생산수율감소를차단하였으며응답속도도개선 (20% 이상단축 ) 되었다. V. 신규액정물질을저셀갭 (low cell gap) 에집어넣어서응답속도도개선되고수율감소가발생하지않는재현성을확인하였다. 도출된기술을특허 (US Pat. No. 7,045,176) 확보하고개념을노트제품에경쟁사대비선적용하였다. 연구사례 3) LCD 모니터제품및 TV 제품에적용한사례로특허화한사례이다 [5,10]. 노트북에적용하였던액정물질 ( 연구사례2) 은모니터제품에서는시장 ( 고객 ) 의새로운요구사항중광시야각특성에는적합하지않은모순성을나타냈다. 따라서모 3432
트리즈기법을활용한삼성전자의 TFT-LCD 기술혁신사례연구 니터제품용광시야각이가능한고속액정기술이필요하였다. 본사례는모순성으로해결이부족하여이상성의화학적효과및물질- 장이론방법을활용한사례이다. D. OZ: LCD셀구조에서액정유니트 D. OT: 구동시응답속도와시야각사이모순이발생한다. A. 모순도식화 Output 인자사이기술적모순발생. G. IFR: 응답속도개선은유지하면서시야각감소를막을수있는방법은없을까? G. [ 표 4] 에나타낸것처럼 39가지기술적모순매트릭스에서좋아지는특성의스피드 (9번) X 시야각관련나빠지는특성의번로 (7번, 18번, 31번 ) 로부터 40가지발명의원리중해결가능한방법 (7, 29, 34, 10, 13, 19, 2. 24. 21. 35) 을순차적으로시도해본다. E. 시야각감소원인은액정유닛에서매크로수준의모순으로는액정층두께이지만, 마이크로수준의모순은위상차 ( 복굴절 * 액정층두께 ) 였다. Table 4에서도출된해결가능한아이디어들중에서발명의원리 7번, 10번, 24번, 34번, 35번으로부터아이디어를얻어액정층두께감소만큼액정물질의복굴절률을증가시켜액정유닛에집어넣어위상차를유지하면될것이라는생각을도출하였다. 따라서기존액정보다고복굴절률액정혼합물을개발하여액정유닛안에넣어위상차보상으로시야각을보상하여시야각감소를막을수있었다. 그러나시야각감소도없고응답속도개선은되었지만셀갭감소에따른이론적기대치에는도달하지못하였다. 원인분석결과전기광학적인물리적인변수외에화합물구조에서생기는화학적인파라메타에서굴절률이증가할경우대체적으로회전점도가증가하는경향이있음을알아내었고이로인해응답속도가물리적인요인에의해개 선될것으로기대한응답속도에비해덜빨라지는것을알아내었다. 즉, 회전점도가상승한물질에전기장을가한후전기장을제거후액정의복원력이떨어져응답속도개선이기대치에미치지못함을알게되었다. [Table 4] Technical contradiction and matrix Technical contradiction Soluble number in 40 Useful function Harmful function Invention principles (Idea generate) 9:Speed 7:Volume of moving 18:Illumination intensity 31:Objectgener ated 7.Russian dolls, 29.Pneumatics and hydraulics, 34.Discarding and recovering 10.Preliminary action, 13.The other way round, 19.Periodic action 2. Taking out, 24. 'Intermediary, 35.Parameter changes,21.skipping 이를개선하기위해물질-장 (Substance-Field) 이론을도입하였다 [Fig. 3]. LCD셀에들어가는액정은다양한물성을맞추기위해 10가지이상의단일물질들이혼합되어있다. 따라서고복굴절저점성액정혼합물을만들기위해 Fig. 3에도식화한것처럼 S2물질 ( 액정혼합물 ) 안에새로운물질 S3( 고복굴절저점성을갖는단물질액정 ) 를첨가하여전체적으로고복굴절저점성특성을갖는새로운액정혼합물을개발하여 (Fig. 4) 액정유닛에집어넣어평가를한결과시야각이감소를하지않으면서동시에응답속도도개선 (60% 로단축 ) 이되었다 ( 기존액정사용시 16 ms, 새로운액정혼합물사용시 10ms). S1: Speed, S2:Liquid Crystal mixture, F: Field, S3: New Liquid Crystal single material [Fig. 3] Stand solution Substance-Field Method n LCP_TR RT Base mixture 0.075 80 16.2 Developed new material 0.19~0.30 136~190 - One of new LC mixture 0.101 98.3 9.8 Improve(%) 135 123 60 LC: Liquid crystal, n: Birefringence RT: Response time(ms), LCP_TR:Liquid crystal Phase Temperature Range [Fig. 4] One of new developed LC mixture 3433
한국산학기술학회논문지제 15 권제 6 호, 2014 V. 새롭게개발된고굴절저점성액정혼합물을액정유닛에넣어재현성확인을하니응답속도도개선되고시야각도나빠지지않음을확인하였다. 도출된기술을특허화 (US Pat. No. 7,220,368) 하고개념을확장하여모니터제품및 TV제품에적용하였다. 3. 결론및향후연구방향트리즈의시스템접근방법을활용하여 LCD 시장 ( 고객 ) 의요구속성은시간에따라변화를하며제품관점에서 LCD 노트에서모니터로, TV와모바일시장으로변화를거듭하였으며기업은고객의요구에적응하여새로운기술을개발하였다. 트리즈기법을활용하여혁신적인기술개발사례, LCD 노트용고속액정기술, LCD 모니터 & TV 제품용고속액정및광시야각기술을개발하였다. 이러한기술혁신사례는후발기업인삼성전자가선발기업인샤프를추월하는데기여를한것중일부의사례이다. 실무적시사점으로는다음과같다. 첫째, 고객의요구속성은시간과상황에따라변화를거듭하며기업도지속경영을위해서는지속적인기술혁신을해야한다. 둘째트리즈가도입되고확산되는양상은시간이지남에따라많이변하고있다. 초기에연구개발단계에서의문제를해결하기위한수단으로시작하여, 지금은제조전반에걸쳐원가절감, 품질혁신, 공정개선등다양한영역에서의활용방법을찾고있다. 한계점및향후연구방향으로는트리즈의기술적적용사례에만연구가되었다. 따라서향후연구방향으로는트리즈를사용한경영사례에대해서도연구가이루어지길기대한다. References [1] B. S. Ban, S. M. Lee, The effect of exploitation and exploration on catch-up, parallel, and leading of the late entry company in TFT-LCD panel industry: Sharp and Samsung mainly". The Korea Academic Association of Business Administration, Submitted, 2014. [2] I. K, HWang, Y. S. Ahn, L. C. Chung, "Company Innovation Strategy Using TRIZ Method", Journal of the Korea Academic Industrial Cooperation Society, Vol. 9, No. 5, pp. 1453-1459, 2008. [3] Samsung TRIZ basic(2004), TRIZ Application(2004), TRIZ Specialist(2004). [4] Altshuller, G., "The Innovative Algorithm TRIZ, Systematic innovation and Technical Creativity", Technical Innovation Center, INC. Worcester, MA., (1999) [5] B. S. Ban, "A creative convergence of the technology and business management using TRIZ method in display industry", Global TRIZ conference, 2013. [6] Y. K Lee, K. W. Lee, "Application of TRIZ to Creative Knowledge Management", Knowledge Management Research, Vol. 4, N0. 1, pp. 81-92, 2003. [7] C. Y. Song, D. S. Lee, S. W. Shin, " TOC and TRIZ exploration for paradox management", Journal of the society of Korea Industrial and Systems Engineering, Vol. 33, No. 2, pp. 72-80. 2010. [8] D. G. Kim, S. J, Park, Organization paradox solution method: Using TRIZ mainly, Journal of the Korea management Engineers Society, Vol. 15, No. 2, pp. 83-100, 2010. [9] US Pat. No. 7,045,176 [10] US Pat. No. 7,220,368 반병섭 (Byeong-Seob Ban) [ 정회원 ] 1999 년 8 월 : 건국대화학과이학박사 2011 년 2 월 : 한양대학교 GMBA 2014 년 8 월 : 한양대학교경영학박사 1992 년 1 월 ~1996 년 7 월 : 현대전자, LCD 1999 년 8 월 ~ 2007 년 10 월 : 삼성전자, 수석연구원 2008 년 3 월 ~ 2010 년 2 월 : 한국폴리텍 1 대학신소재응용과초빙교수 2010 년 4 월 ~ 2013 년 12 월 : 한국지식재산전략원, 전문위원 < 관심분야 > 경영전략 & 벤처, 지식경영, 패러독스경영, 트리즈, 반도체디스플레이 3434