KOSEN
′The 16th International Display Workshop′(이하 IDW 2009라 약칭)은 미국에서 열리는 SID(Society of Information Display), 국내에서 개최되는 IMID(International Meeting on Information Display), 유럽에서 개최되는 Eurodisplay와 더불어 세계에서 가장 큰 규모로 개최되는 4대 디스플레이 학회 중 하나로써 1994년 첫 학회가 개최된 이래 매년 12월 일본의 각 도시를 순회하면서 개최되고 있다. 이번 IDW2009에서는 총 13개의 디스플레이 분야와 두 개의 topical sessions 등 모두 15개 디스플레이 분야에 관련된 워크숍이 개최되어 해당 분야의 최신 연구 성과 및 기술 개발 동향이 소개, 발표되었다.
자료제공: KOSEN(한민족과학기술자 네트워크)
www.kosen21.orgr
글: 고재현(한림대학교 전자물리학과)
학술대회 개요
개요
(1) 명칭: The 16th International Display Workshop (이하 IDW 2009 혹은 IDW'98로 약칭), (제 16 회 국제 디스플레이 워크숍)
(2) 일시: 2009/12/09 - 2009/12/11
(3) 장소 : World Convention Center Summit (Miyazaki, Japan)
(4) 역사 및 개최 배경: The 15th International Display Workshop (IDW 2009)은 미국에서 매년 5월 개최되는 SID(Society of Information Display), 국내에서 개최되는 IMID (International Meeting on Information Display), 유럽에서 개최되는 Eurodisplay와 더불어 세계에서 가장 큰 규모로 개최되는 4대 디스플레이 학회 중 하나로써 매년 12월 초 일본의 각 도시를 순회하면서 개최되고 있다. 이번 IDW2009에서는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), FED(Field Emission Display), Flexible display, 3D display, 차세대 디스플레이 등 총 13개의 디스플레이 분야와 두 개의 topical sessions 등 모두 15개 분과의 워크숍이 개최되어 해당 분야와 관련된 최신 연구 성과 및 기술 개발 동향이 소개, 발표되었다. 처음에는 1994년 일본 국내 디스플레이 학회로 출발하면서 정보디스플레이 아시아 심포지엄(Asian Symposium on Information Display, ASID)과 함께 개최되었으나 1996년에는 독립적인 학회로 발전하여 연례 디스플레이 행사로 자리 잡았다.
(5) 규모 및 참가자 수: 3일에 걸쳐서 열린 이번 워크숍 기간 동안 모두15개의 분과에 걸쳐 564편의 논문이 제출되어 발표되었다. 프로그램은 2 개의 keynote addresses, 2 개의 초청강연, 99편의 초청논문, 199편의 구두발표 및 262편의 포스터 발표로 이루어졌다. 심사를 거쳐 발표된 논문들은 "Proceedings of the 16th International Display Workshops" (Vol. 1~3, ISSN: 1883-2490)에 정식으로 게재되었다.(발표된 논문들의 상세 목록에 대해서는 첨부 프로그램 파일 "IDW2009_Final Program.pdf" 참조) 참가자들의 구성을 보게 되면 일본, 한국, 중국 및 대만 등 동아시아의 주요 디스플레이 수출국의 학자 및 연구자들이 대부분이었다. 그 외 유럽 및 미국, 기타 아시아 국가에서 소수의 연구자들이 참석하였다.
1.2. 발표 분야 및 분석 방향
본 학술회의에서 발표된 논문들은 다음과 같은 13개의 워크숍 및 2 개의 topical sessions 분야로 분류된다. 이 중 입력 기술(Topical Session on Input Technologies(INP))이라는 새로운 분야에 대한 topical session이 개최된 점이 이전과는 다른 특징이다. 이는 최근 터치 패널(touch panel) 기술의 중요성이 점점 커져가는 기술적 동향을 반영한 것으로 보인다.
(1) 액정 과학과 기술(Workshop on LC Science and Technologies (LCT))
(2) 능동 매트릭스 디스플레이(Workshop on Active Matrix Displays (AMD))
(3) 평판형 디스플레이 제조, 재료 및 부품(Workshop on FPD Manufacturing, Materials and Components (FMC))
(4) 플라스마 디스플레이 (Workshop on Plasma Displays (PDP))
(5) 전계발광 디스플레이 및 형광체(Workshop on EL Displays and Phosphors (PH))
(6) 전계방출 디스플레이(Workshop on Field Emission Display (FED))
(7) 유기발광 다이오드 디스플레이 (Workshop on Organic LED Displays (OLED))
(8) 3차원/초현실 디스플레이 및 시스템 (Workshop on 3D/Hyper-Realistic Displays and Systems (3D))
(9) 디스플레이에서의 응용 시각 및 인간적 요소(Workshop on Applied Vision and Human Factors (VHF))
(10) 투사형 디스플레이 및 대면적 디스플레이와 관련 부품들(Workshop on Projection and Large-Area Displays and Their Components (LAD))
(11) 전자종이(Workshop on Electronic Paper (EP))
(12) 미래형 디스플레이를 위한 MEMS 기술 및 관련 전자소자들(Workshop on MEMS for Future Displays and Related Electron Devices (MEMS))
(13) 디스플레이 전자 시스템(Workshop Session on Dis play Electronic Systems (DES))
(14) 플렉서블 디스플레이 (Topical Session on Flexible Displays (FLX))
(15) 입력 기술(Topical Session on Input Technologies (INP))
분야별 발표현황을 보게 되면 액정표시장치(LCD)→디스플레이부품재료(FMC)→능동행렬구동 디스플레이(AMD) 순으로 발표 건수가 가장 많았고 형광체(PH), 유기발광다이오드(OLED), 삼차원 디스플레이(3D), 플라즈마 디스플레이(PDP) 분야가 그 뒤를 이었다. 그 외 topical sessions으로 열린 플렉서블 디스플레이와 입력 기술 분야 워크숍에서도 각각 18편 및 13편의 논문이 발표되었다. 이러한 경향은 현재 디스플레이의 주류를 이루고 있는 LCD 등에 대한 발표가 가장 큰 비중을 차지하고 있음에도 불구하고 차세대의 새로운 기술에 대한 연구의 비중이 계속 증가하고 있는 추세를 반영하는 것이다.
포스터 세션을 포함해서 총 8개의 세션이 병렬 세션으로 진행되었던 관계로 모든 디스플레이 분야의 기술동향을 이 보고서에 담는 것은 불가능하였다.
따라서 본 분석자는 본인의 연구분야와 가장 밀접한 관련이 있는 LCD 및 백라이트 유닛(backlight unit) 기술 분야, 조명 기술 및 디스플레이 광학설계 분야, PDP 와 광원의 방전물리, 형광체와 관련된 세션 등에 집중적으로 참가하였다. 본 분석 보고서에서는 이들 디스플레이 분야들을 중심으로 최근의 연구 기술 동향과 전망, 연구를 주도하는 대표적인 연구그룹을 개괄하고자 한다. 이 외에도 OLED, 투사형 디스플레이, 차세대 디스플레이 분야 등 여타의 평판형 디스플레이 기술개발동향에 대해서도 분석자의 역량 범위 내에서 분석, 보고하고자 한다. 특히 발간된 proceeding에는 자세히 서술되어 있지 않으나 학회장에서 발표된 자료에 포함된 기술적 내용들은 분석자가 직접 찍은 사진자료들을 편집하여 제시함으로써 보다 생생한 분석보고서가 되도록 노력하였다.
기조강연 및 초청강연
기조강연 및 초청 강연은 일반적으로 해당 분야의 가장 중요하고 핵심적인 기술적, 학문적 흐름을 정리하면서 중장기적인 전망을 예측하는 데 초점을 맞추기 때문에 매우 중요한 의미를 가진다고 볼 수 있다. 따라서 각 디스플레이 분야의 기술동향을 개괄하기에 앞서 IDW'09에서 행해진 기조강연 및 초청강연을 다소 상세히 개괄하도록 하겠다.
기조강연(Keynote addresses)
본 학회에서 발표된 keynote address의 주제들 및 강연 내용은 다음과 같다.
(1) "Paradigm Shift in Books and Newspapers by Electronic Media " by TS. Furukawa(Keio Univ., Japan)
(2) "Towards 3D Display and Multisensory Interfaces Based on Human Perceptual and Cognitive Mechanisms" by H. Ando(NICT, Japan)
Keio대학의 Furukawa교수는 미디어와 서적 분야에서 전자 미디어에 의해 일어나고 있는 변화의 구체적인 모습 및 앞으로의 전망에 대해 기조강연을 하였다. 그는 아마존사의 킨들(Kindle), 소니사의 리더(Reader), B&N Nook, IREX 등 상용화되어 있는 전자책(e-books) 기술들의 특징을 비교하면서 이러한 신기술이 독서와 출판을 중심으로 한 문화 창조와 문화 수용의 양태에 현재 어떤 영향을 미치고 있는지를 개괄하였다. 아울러 이러한 기술 개발의 방향과 시장의 확대가 플렉서블(flexible) 전자종이 등 관련된 기술들의 개발을 가속화시키고 있다는 점 및 마이크로소프트, 애플사 등을 비롯한 여타의 주요 회사들의 시장 진입을 재촉하고 있는 상황에 대해서도 상세히 설명하였다.
NICT (National Institute of Information and Communi cations Technology)의 Ando 박사는 인간의 지각과 인지 메커니즘에 기반한 3차원 디스플레이와 멀티센서 인터페이스 기술의 개발 동향에 대해 발표하였다. 특히 초고해상도 디스플레이(UD display 혹은 super Hi-vision display)의 개발과 같은 새로운 디스플레이 환경의 도래가 가까워짐에 따라 인간의 삶의 질을 높이기 위해 인간에 최적화된 디스플레이를 구현하기 위한 NICT의 연구 내용 및 성과에 대해 소개하였다. 여기에는 (1)디스플레이와 관련된 인간의 다양한 지각을 평가하기 위한 지수의 개발, (2)인간의 멀티센서 집적 메커니즘에 대한 연구, 그리고 (3) 측정과 분석 기법의 개발 등이 포함된다. 연구의 성과물로서 4개의 감각에 기반한 다센서 상호작용 시스템(Multi-sensory interaction system)을 동영상으로 소개하였는데, 일본의 북 혹은 종, 그리고 고대 청동 거울을 실물과 흡사하게 3차원적으로 느낄 수 있는 다센서 시스템의 구현 방법이 매우 인상적이었다.
초청강연(Invited Addresses)
초청 강연으로는 삼성종합기술원 김종민 박사의 전자종이에 대한 강연 및 일본 Denso사 Kurikawa 박사의 자동차용 디스플레이 기술에 대한 발표가 있었다.
(1) "Trends and Future of e-Paper Technologies" by J. M. Kim(김종민), (SAIT, Korea) 삼성종합기술원의 김종민 박사는 전자 종이 기술의 경향과 전망에 대해 발표하였다. 이 초청강연에서는 인쇄 기법을 통해 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)에 기반한 플렉서블 투명 전극 기술과 대면적 그라핀(grapheme) 기술이 소개되었는데, 전자의 경우 비용이 낮고 진공 공정을 필요로 하지 않는 인쇄 기법이란 특징을 가진다.
투명전극 기술과 더불어 플렉서블 하고 인쇄 가능한 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)로써 인쇄 기법으로 제조하는 산화물 TFT(OTFT), 용액 공정에 기반한 무기 TFT(예: IZO 기반 TFT) 기술도 함께 소개되었다.
이 외에 차세대 디스플레이로써 풀컬러(full color) PDLC(Polymer dispersed liquid crystal) 디스플레이, 능동행렬 electrochromic 디스플레이, 무기 전계발광 디스플레이, 양자점 전계발광 디스플레이 기술 등에 대한 개괄적인 소개가 있었다. 특히 양자점 전계발광 디스플레이는 2009년 Nature Photonics의 표지 논문으로 소개될 정도로 주목 받는 기술이라는 점이 강조되었다.
(2) "Intelligent Display Systems for Future Automobiles" by S. Kurikawa(Denso, Japan) Denso사의 Kurikawa씨는 차세대 자동차용 지능형 디스플레이 기술에 대해 소개하였다. 그는 자동차형 디스플레이의 역사를 (1) 개별 디스플레이 세대 → (2) 2000년대 초에 시작된 네비게이션(navigation) 세대 → (3) 현재의 자동차 디스플레이 기술을 특징짓는 안정성(safety) 세대 → (4) 2015년 이후의 최적화(optimization) 세대로 구분하였다. 최적화 세대의 디스플레이는 운전 조건과 개인적 특성에 근거해서 안정적이고 편리하고 안락한 운전이 가능하도록 도와주는 역할을 담당한다. 이러한 차세대 기술에는 head-up 디스플레이, 야간 시야(Night view) 디스플레이, 서라운드 카메라 시스템 등의 하드웨어도 포함되지만 운전자의 개인적인 상태나 다양한 교통정보의 수신에 기반하여 최적화 기능까지 수행하는 종합적인 운전 시스템이 포함되어야 한다.
연구동향 상세 분석 및 관련 연구자 소개
지금부터는 각 디스플레이 분야별 연구 동향을 본 학회에서 발표된 내용들을 중심으로 개괄한다. 본문 내용 중 괄호 안에 파란색으로 표시된 영문/숫자들은 첨부된 IDW2009 프로그램 및 proceeding에 수록된 논문의 번호를 의미한다. 이 논문번호를 이용하면 별첨된 프로그램의 초록 및 proceeding 논문의 내용을 참조하는 데 도움이 될 것이다.
LCD
(1) 고성능 LCD
(1-1) 초고해상도 TV(LCT1-1)
일본 NHK사의 Kanazawa는 최근 초고해상도(Ultra High Definition, UHD) 방송과 관련된 기술 동향 및 표준화 동향에 대해 발표하였다. [표 1]은 기존의 SDTV, HDTV와 차세대 UHD(혹은 Super Hi-vision) 규격을 비교해 놓은 것이다. 이 발표에서는 최상의 화질을 구현하기 위한 화소수(7680×4320)와 시야각의 관계, UHD 해상도로 백만 대 일의 높은 동적 영역(dynamic range)을 구현할 수 있는 프로젝터 시스템 등이 소개되었다.
이러한 표준화 작업은 일본에서는 NHK가 주관하는 것으로 보이는데, 2015년 표준 제정 → 2020년 시험 방송 → 2025년 방송 개시를 목표로 현재 표준화작업을 주도하고 있는 상황이다.
(1-2) 초저소비전력 LCD (AMD1-2, DES2-5)
샤프(Sharp)사의 Matsuda는 초청강연(AMD1-2)에서 저 소비전력을 구현할 수 있는 기술 요소로써 반사형 디스플레이, 메모리형 디스플레이, 그리고 저프레임 율(low frame rate)형 디스플레이로써 화소-메모리형 디스플레이를 개괄한 뒤에 픽셀 메모리 회로와 고분자 네트워크형 액정으로 구성된 새로운 디스플레이를 제안하였다. 이 구조에서는 각 화소별로 디지털 데이터를 저장하는 SRAM(static random access memory)과 액정구동부가 포함되어 있다.
시스템의 모든 부분이 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 디지털 회로에 의해 설계되어 5 V로 구동되도록 디자인되었고 CG(Continuous-Grain) 실리콘을 기판으로 사용함으로써 매우 높은 전자 이동도를 얻을 수 있어 높은 해상도와 저전력 구동이 가능하다는 점이 강조되었다. 이번에 제안된 디스플레이는 고분자 네트워크형 액정을 적용한 반사형 디스플레이로 기능할 수 있으므로 별도의 편광필름은 필요하지 않으나 자외선을 차단하는 필름이 사용된다. 대만 WINTEK사의 Hsu는 적응 백라이트 조광 기술이 적용된 백라이트에 태양전지를 결합하여 주위의 조도를 감지하고 추가적인 전력을 공급함으로써 약 10% 정도의 추가적인 소비전력 감소를 구현한 백라이트 기술에 대해 소개하였다(DES2-5).
(1-3) 색분리 LCD 모듈(FMC7-1,2)
대만 공업기술연구소(ITRI)의 Lee 박사는 컬러 필터를 제거할 수 있는 색분리 LCD 모듈 기술에 대해 발표하였다. 이전에 보고된 기술에서는 백라이트 상에서 회절격자(diffraction grating) 등을 이용해 색분리를 한 후에 마이크로 광학계를 이용해 각 화소별로 분리된 색을 입사시키는 방법으로 색분리 모듈을 구성한다.
Lee는 연이은 구두발표(FMC7-1,2)를 통해 보이는 4 μm pitch의 경사진 마이크로 회절격자(blazed grating)와 비구면 렌티큘라 렌즈를 집적한 색분리 필름과 고도의 집광형 백라이트를 결합하여 효율적인 색분리 LCD 모듈을 구성할 수 있음을 보였다. 그는 특히 이러한 색분리 광학 필름을 R2R (Roll-to-Roll) 방식으로 구현할 수 있는 공정에 대해서도 상세히 발표하였다.
-국외 과학자
- M. Kanazawa : NHK, Japan, www.nhk.co.jp
발표논문(LCT7-1): "Development of Super Hi-Vision Displays with High Picture Quality and Ultra High Definition"- Noboru Matsuda, Isao Takahashi, Takahiro Yamaguchi, Yoshimizu Moriya, Shuji Nishi, Seijirou Gyouten, Yasushi Kubota: Mobile LCD Group, Sharp Corp., 1177-1, Gosana, Taki-cho, Taki-gun, Mie, 519-2192, Japan
발표논문(AMD1-2): Ultra-Low Power System-LCDs with Pixel-Memory Circuit
- Ching-Fu Hsu, Chih-Chang Lai, Ting-Yu Chang, and Shiao-Hui Liao: WINTEK Corporation, No. 10, Chien-Kuo Road, TEPZ Tantzu , Taichung , 427 Taiwan, R.O.C
발표논문(DES2-5): Ultra Low Power Display Module Using Solar Cell and Adaptive Backlight Dimming Technique
- Chi-Hung Lee, Hui-Hsiung Lin, and Chi-Hung Liao: Mechanical and System Research Laboratories, Industrial Technology Research Institute, Chutung, Hsinchu, Taiwan 310, Republic of China
발표논문(FMC7-1): Colour Separation Module Realized by Roll-to-roll Imprinting for Green TFT-LCD
발표논문(FMC7-2): Micro-blazed Grating Fabricated by Roll-to-roll Imprinting for Liquid Crystal Display Applications
(2) 환경친화기술
지구온난화 및 저탄소 성장, 녹색기술 등이 전세계적으로 강조되면서 디스플레이 분야에서도 환경친화성에 초점을 맞춘 연구가 강조되어 왔다. 이는 디스플레이 기술 자체로는 소비전력 저감, 유해물질의 제거 등과 같은 방향으로 진행되어 왔지만, 최근에는 사용이 끝난 디스플레이의 재활용과 관련된 연구가 본격적으로 이루어지기 시작하였다. University of Tokyo의 Fujita 교수는 폐기 LCD의 재활용과 관련된 연구 결과에 대해 발표하였고 [그림 2]의 폐기 LCD재활용의 흐름도를 제시하였다(FMC3-1). 이 흐름도에 따르면 사용이 끝난 LCD는 고전압 인가 과정을 거쳐 분리하고 유기 용매나 산 용액 등을 이용해 액정, 인듐, 주석 등을 회수하는 공정을 거치게 된다.
Dowa Holding사의 Namura는 자원 재활용 시스템과 관련된 비즈니스 모델에 대해 발표하였다(FMC3-2). 이 모델에서는 지속가능한 자원 재활용 네트워크의 구축에 초점을 맞추고 있는데, 이를 아시아 지역으로 확대하는 문제에까지 관심을 넓히고 있다.
-국외 과학자
- Toyohisa Fujita and Gjergj Dodbiba: The University of Tokyo, Graduate School of Engineering, Dept. of Systems Innovation,7-3-1 Hongo Bunkyo-ku, Tokyo 113-8656, Japan
발표논문(FMC3-1): Processing of Discarded Liquid Crystal Display for Recycling
- Masaru Namura, Masaki Kohno: DOWA HOLDINGS 14-1 Sotokanda 4-chome, Chiyodaku, Tokyo 101-0021, Japan
발표논문(FMC3-2): Business Model for Sustainable Society by Recycling Resources System
PDP
현재 PDP는 대형 디스플레이 시장에서 LCD에 주도권을 빼앗기면서 위기의 상황에 처해 있다. LCD TV가 소비전력, 제품 디자인 등 다양한 분야에서 PDP와의 격차를 벌려나가고 있는 상황에서 개최된 IDW'09에서는 주로 PDP의 효율 향상을 위한 고민을 반영하고 새로운 플라스마 디스플레이 소자를 개발하는 연구가 많이 발표되었다.
(1) PDP의 효율 향상
현재 PDP의 효율 향상의 한 축은 주로 새로운 이차전자방출물질의 적용이라는 관점에서 검토되고 연구되고 있다. 서울대의 황기웅 교수는 30분의 초청강연(PDP5-1)을 통해 SrO 와 MgO의 특성을 이차전자방출 및 PDP 효율의 관점에서 2차원 시뮬레이션을 통해 비교, 평가하였다.
그 결과 SrO 보호막이 저전압 구동에서 더 높은 효율을 보인다고 보고하였고 이러한 결과는 SrO 적용 PDP cell 내의 플라스마 체적 및 밀도, 그리고 벽전하 밀도가 MgO적용 cell에 비해 더 작은 데서 비롯되었다고 제안하였다. 특히 SrO는 Xe에 의한 이차전자방출효과가 탁월하므로 방전효율이 좋은 Xe고분압 cell의 경우에 더 높은 효율 상승 효과를 기대할 수 있다. 히로시마 대학의 Kajiyama 교수는 30분의 초청강연(PDP5-2)을 통해 기존에 발표된 이차전자방출물질과 관련된 연구들을 종합적으로 리뷰함과 동시에 높은 이차전자 방출효과를 구현하기 위한 에너지 밴드갭 디자인(energy bandgap engineering)과 관련된 이론적 접근에 대해 발표하였다.
이 외에 PDP2 세션에서는 현재 사용되고 있는 MgO 보호막에 대한 4 건의 구두발표(PDP2-1~4)가, PDP3 세션에서는 MgO/CaO 이중막, SrZrO 필름 등 새로운 이차전자방출물질에 대한 4 건의 구두발표(PDP3-1~4)가 진행되었으며 PDP4 세션에서도 이차전자방출 메커니즘에 대한 4 건의 구두발표(PDP4-1~4)가 이루어져, 전체적으로 이차전자방출과 관련된 개선을 통해 PDP의 소비전력을 줄이기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있음을 알 수 있었다.
(2) 새로운 플라스마 소자의 개척
PTA(Plasma Tube Array)의 기본적인 구동 원리는 PDP와 동일하지만 가느다란 유리관을 이용해 방전공간을 구성하고 이 유리관 배열을 두 장의 유연한 플라스틱 기판 사이에 배치함으로써 대형 플렉서블 디스플레이를 구현할 수 있다는 장점을 가지게 된다.
PTA는 PDP에 비해 두 전극 사이의 방전공간이 길고 유전상수, 버스(bus) 전극의 저항값을 낮출 수 있다는 장점을 가지고, 이에 따라 약 4 lm/W 정도의 높은 효율을 보인다. Shinoda Plasma사는 이번 발표에서 단위 PTA unit을 연결하는 어셈블리 기술을 개발하여 전체 디스플레이 크기를 3×2 m2까지 확장시킨 디스플레이에 대해 소개하였다.
-국외 과학자
- K. Shinohe, Guo Bingang, H. Hirakawa, M. Ishimoto, K. Awamoto, and T. Shinoda: Shinoda Plasma Co., Ltd., 4-6-7 Minatojima Minamimachi Chuo-ku Kobe, Hyogo 650-0047, Japan
발표논문(PDP1-1): Extra Large Area Film Display with Plasma Tube Array Technology
- H. Kajiyama: Advanced Display Laboratory, Department of Semiconductor Electronics & Integration Science, Graduate School of Advanced Sciences of Matter, Hiroshima University, Higashi-Hiroshima, 739-8530, Japan (E-mail : kajiya@hiroshima-u.ac.jp)
발표논문(PDP5-2): Progress of PDP Protective Layers
-국내 과학자
- Ki-Woong Whang(황기웅), Hae-Yoon Jung(정해윤) and Ohyung Kwon(권오영): Plasma laboratory, Display Technology Research Center, Department of Electrical Engineering and Computer Science, Seoul National University, Korea (E-mail : kwhang@snu.ac.kr)
발표논문(PDP5-1): PDP Gas Discharge Physics : Analysis on the discharge characteristics of high ? cathode material PDP
OLED
OLED의 응용은 크게 평판 디스플레이 분야와 조명 분야로 구분해 볼 수 있고 각 응용분야별로 OLED에 요구되는 특성이 달라질 수 있다. 본 분석에서는 이 두 가지 분야와 관련해서 이번 IDW2009에서 발표되었던 내용들을 요약해 보기로 한다.
(1) OLED 디스플레이 기술
(1-1) AMOLED 기술의 전망(OLED1-1)
삼성모바일 디스플레이의 이종혁 박사는 초청강연을 통해 능동행렬 유기발광다이오드의 기술 전망에 대해 발표하였다. 그는 OLED만의 고유한 디자인 요소로써 구부러지고 휘어질 수 있는 단일 시트(one sheet) 디스플레이, 양쪽으로 볼 수 있는 dual 디스플레이, 투명 디스플레이라는 특성을 강조하면서 이러한 장점이 전자 명함, 전자 여권, 윈도우 디스플레이 등 새로운 응용 분야의 기술을 창출할 가능성이 높음을 보여주었다.
아울러 대면적 OLED TV의 성공적인 상용화를 위한 요소 기술로써 백 플레인(back plane) 기술, 컬러 패턴화 기술, 봉지(encapsulation) 기술 등과 관련된 자사의 개발 동향 및 잠재력에 대해 상세히 소개하였다. 현재 AMOLED와 관련된 기술적 이슈와 해결방안을 정리해 놓은 발표 자료를 옮긴 것이다.
(1-2) 잉크젯 기술 (OLED2-1)
Seiko Epson사의 Sakai박사는 초청강연(OLED2-1)을 통해 자사의 잉크젯 기술에 대해 소개하였다. 저분자형 OLED는 보통 마스크를 활용하는 진공증착 기술을 이용하지만 이 경우 큰 사이즈로 확대하기가 쉽지 않다는 문제점이 있다.
반면에 고분자 계열의 경우 잉크젯 방법을 이용해 대면적 OLED를 구현할 수 있는 가능성이 높다고 알려져 있다. Sakai 박사는 특히 잉크젯 방법이 마스크를 사용하지 않는 패터닝 방법이고 유기물질을 효율적으로 사용할 수 있으므로 대면적 OLED의 제조를 위한 효율적인 방법이 될 가능성을 지닌다고 강조하였다.
그는 아울러 자사의 잉크젯 기술 중 잉크의 양을 오차 없이 정확히 측정하고 이를 이용해 균일하게 도포하는 기술에 대해 중점적으로 설명하였고 이를 통해 제조된 Full-HD급 13.6 인치 OLED 패널이 매우 높은 휘도균일도를 나타낸다는 실험 결과에 대해 보고하였다.
(1-3) 광 추출 기술(OLED2-2)
OLED 기술 중 전반사에 의해 내부에 갇히는 빛을 외부로 추출하는 광추출 기술은 OLED의 전체적인 효율 향상의 관점에서 볼 때 매우 중요한 기술이다.
Kanazawa Institute of Technology의 Mikami 박사는 초청강연(OLED2-2)을 통해 고굴절률 기판에 기반한 광추출 향상 기법에 대해 소개하였다. Mikami 박사가 발표한 OLED의 광추출 기술로써, 이 그룹은 광추출 효율을 향상시키기 위해 (1)상판 유리 기판에 마이크로 렌즈를 형성하여 전반사로 인해 기판 내에 갇힌 빛을 추출하였고, (2)기판의 굴절률을 높임으로써 ITO와 유기층에 갇힌 빛을 기판 모드(substrate mode)로 변환시켰으며, (3)광도파 모드(Wave-guided mode)를 줄이기 위해 약한 마이크로-공동(weak micro-cavity) 구조를 형성하였다. 시뮬레이션 결과, 최적화된 구조는 외부양자효율이 약 57%, 전력 효율이 200 lm/W에 달할 것으로 예상된다고 발표하였다.
(2) OLED 조명 기술(OLED5-1,2)
현재 고효율, 고연색성의 OLED 조명을 개발하기 위한 각 국가의 대형 프로젝트가 야심차게 진행 중인데, 일본의 경우에는 NEDO라는 이름하에 OLED 조명 개발 프로젝트가 2007년부터 진행되어 왔다.
이 프로젝트는 조명 소자의 개발에만 중점을 두지 않고 제조 공정도 동일한 비중으로 연구, 개발을 진행한다는 특징을 지닌다. 이 프로젝트를 주관하는 파나소닉 전기의 Komoda 박사가 초청강연(OLED5-1)을 통해 지난 2년 6개월의 성과에 대해 발표하였다.
이 프로젝트에서 목표로 하는 조명은 고효율 및 고연색성을 동시에 구현할 수 있는 OLED조명이다. 고연색성을 위한 OLED 조명은 짙은 파랑색을 발광하는 형광(fluorescent) 물질과 적녹을 구현하는 인광(phosphorescent) 물질 등 2 개의 단위를 적층하여 구현하였는데, 작년에 발표된 내용과 비교하면 청색 부분의 스펙트럼이 보강되고 넓어지면서 연색지수가 향상되었음을 알 수 있다
가장 좋은 성능을 보인 소자의 경우 1000cd/m2의 휘도에서 연색지수 95 (상관색온도 4590 K), 발광효율 37 lm/W 정도의 성능을 보여주었고 수명은 4만 시간 이상으로 추정하였다. 이 초청강연에 이어 같은 회사의 Tsuji는 NEDO를 통해 개발된 OLED 조명의 광학적 구조에 대해 발표하였다(OLED5-2). 그는 이 발표에서 광추출 효율을 높이는 기술을 적용한 경우 60 lm/W (연색지수 88)의 높은 효율과 62%의 외부양자효율을 얻을 수 있었다고 보고하였지만 추출효율 향상을 위해 적용된 광학적 구조에 대한 세부적 설명은 제시되지 않았다.
- 국외 과학자
- Shinri Sakai, Shuichi Takei, Atsushi Kitabayashi, Hidetaka Hanaoka, Kazuto Shinohara, Masashi Goto, Noritaka Mitsuo, Shunichi Seki, and Satoru Miyashita: Seiko Epson Corporation, Corporate R&D Div., 281 Fujimi, Fujimi-machi, Suwa-gun, Nagano 399-0293, Japan
발표논문(OLED2-1): Inkjet Technology Enables Uniform Light Emission for Large-Screen OLED TVs
- Takuya Komoda, Hiroya Tsuji, Taisuke Nishimori, Nobuhiro Ide: Panasonic Electric Works Co., Ltd., 1048 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka 571-8686, Japan
발표논문(OLED5-1): High-Performance and High-CRI OLEDs for Lighting and Their Fabrication Processes
- Sung Chul Kim(김성철), Chang Ho Lee(이창호) and Jong Hyuk Lee(이종혁): 경기도 용인시, 기흥구, 농서동, 삼성모바일 디스플레이
발표논문(OLED1-1): Future Trend of AMOLED Technology
기타 평판 디스플레이 기술
(1) 투사형 디스플레이
(1-1) 레이저 디스플레이
최근 투사형 디스플레이용 광원으로 가간섭(coherent) 광원인 레이저가 주목을 받고 있다. 과거에는 레이저 출력의 부족과 큰 부피로 인해 레이저 광원을 디스플레이에 응용하기는 매우 힘들었으나 현재는 기술의 발달로 인해 대형뿐 아니라 중소형 크기의 투사형 디스플레이에 적용할 정도의 적절한 출력을 갖고 부피가 작은 레이저의 생산 가능해 지고 있는 상황이다. 아울러 MEMS 기술의 발전으로 인해 레이저 광원에 가장 적합한 GLV, GEMS와 같은 1차원 라인 회절 소자들도 생산 가능한 수준에 이르고 있다.
또, 레이저 광원을 사용하는 디스플레이에 필수적인 스캐너 기술도 과거에 사용하던 부피가 크고 신뢰성이 떨어지는 갈바노 미러(galvano mirror)를 대신할 수 있는 MEMS 스캐너의 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 다만, 레이저 광원을 사용하는 디스플레이의 상품화를 가로 막는 장벽이 하나 남아있는데, 그것이 소위 레이저의 스펙클(speckle) 현상이다. 가간섭광인 레이저에 의해 필연적으로 형성되는 스펙클 패턴은 스크린에 밝고 어두운 얼룩들을 만들어 내면서 구현된 이미지의 화질을 크게 저하시킨다.
스펙클(Speckle) 패턴이란 레이저와 같은 coherent한 빔이 스크린과 같이 가시광선의 파장 정도의 길이 단위로 무작위적인(random) 거칠기를 가지고 있는 확산판에 입사했을 때 이로부터 반사되는 빛이 서로 간에 간섭을 일으켜서 만드는 무늬로서, 밝고 어두운 점들이 마구 흩뿌려져 있는 패턴으로 보여지게 된다.
즉, 빛의 파장 단위의 굴곡을 갖는 확산판에서 반사된 빛들은 어떤 부분에서는 보강 간섭을, 그리고 다른 부분에서는 상쇄 간섭을 일으키면서 흑백 점들이 무작위적으로 섞여 있는 스펙클 무늬를 형성하게 된다. 따라서 레이저 디스플레이의 고질적인 문제점인 스펙클의 제거를 위해서 활발한 연구가 이루어져 왔다.
미츠비시 전기의 Okagaki는 레이저에 의한 스페클 현상을 제거하기 위한 움직이는 스크린 시스템의 개발 성과에 대해 발표하였다(LAD4-1). 이 스크린은 일정한 각속력으로 회전함과 동시에 상하좌우로도 병진운동을 하면서 레이저 광의 가간섭성을 줄이도록 디자인되어 있는데 주로 기계적인 디자인 요소에 대한 발표가 주를 이루었다.
뒤이어 Tohoku 대학의 Kawakami는 스페클 제거에 사용되는 작은 움직이는 확산판의 최적 위치와 관련된 연구의 결과에 대해 발표하였다(LAD4-2). 움직이는 확산판은 레이저빔의 시간적, 공간적 가간섭성을 동시에 줄이는 데 사용되는 소자이다. Tohoku 연구팀은 이 확산판의 위치를 레이저 빔의 광경로를 따라 조절해 본 결과 스페클이 최소가 되는 최적의 위치 및 확산판과 스크린 사이의 최적 배율이 존재함을 보고하였다.
-국외 과학자
- Satoru Okagaki, Norihiro Watanabe, Daisuke Echizenya, Masaya Inoue, Toru Nomura, Atsushi Michimori, Tomohiro Sasagawa, and Hiroaki Sugiura: Advanced Technology R&D Center, Mitsubishi Electric Corporation 1 Zusho Baba, Nagaokakyo City, Kyoto, Japan
발표논문(LAD4-1): Development of Moving Screen System for Laser TV
- Tohru Kawakami, Kazuo Sekiya, Hiroaki Satoh, Yuhei Kuratomi, Baku Katagiri, Yoshito Suzuki, and Tatsuo Uchida: Tohoku Univ., Aramaki, Aoba-ku, Sendai, Miyagi, 980-8579, Japan
발표논문(LAD4-2): On the Optical Configurations of Speckle Killers for Laser Projection Displays
(1-2) 초소형 투사형 디스플레이
프로젝션 디스플레이의 또 다른 전개 방향은 초소형 프로젝터 분야와 관련된 기술이었다. Texas Instrum.사의 Dennis는 초청강연(LAD2-2)을 통해 자사의 DLP(Digital Light Processing) 기술이 휴대폰에 들어가는 초소형 프로젝터에 적용될 경우 가지게 될 장점에 대해 소개하였다. 그는 DLP chip set을 이용한 자사의 초소형 프로젝터 개발 역사를 개괄한 후에 이와 LED 광원을 결합할 경우 크기(혹은 form factor), 밝기, 소비전력, 해상도, 화질, 구동 온도(영하 20도에서 영상 70도) 등의 측면에서 다른 기술에 비해 장점을 가진다는 점을 상세히 설명하였다.
3M사는 초청강연(LAD2-3)에서 강유전체 LCoS 패널에 기반한 pocket 프로젝터에 대해 소개하였다. 그 개략도가 제시되어 있는데, 이 시스템은 광원으로 LED를 사용하였고 편광 재생을 위해 자사의 반사형 편광판과 편광분리 프리즘을 활용하고 있다. 현재의 성능은 1 W급 LED를 사용해 8~10 lm을 구현할 수 있는 수준이라고 보고하였다.
- 국외 과학자
- Jeff Dennis: Texas Instruments, 6650 Chase Oaks Blvd. Plano Texas 75023 USA
발표논문(LAD2-2): Challenges with Embedding a Pico Projector into a Mobile Phone
- Eitoku Shiba*, Philip E. Watson, Michelle Bellanca, Andrew J. Ouderkirk: 3M Projection Systems Department, Singapore R&D Center, Singapore / Kenneth A. LaRock, Zhisheng Yun, Steven G. Saxe, Doug Parker: 3M Projection Systems Department, St. Paul, MN, USA
발표논문(LAD2-3): 3M Mobile Projection Technologies
(2) 차세대 디스플레이/조명
(2-1) 양자점 LED 디스플레이/조명 (MEMS1-1,2)
양자점(Quantum dot)은 보통 수 nm의 직경을 가지는 반도체 나노 결정이 코어(core)를 구성하고 바깥에 안정성 및 디자인 자유도를 주기 위한 껍질(shell) 및 캡(cap)을 형성한 구조를 가지는데, 코어가 형성하는 양자우물의 크기에 의해 에너지 준위가 결정되기 때문에 이에 따라 발광색이 결정되고 좁은 발광 스펙트럼이 형성되므로 뛰어난 색 품질과 높은 전력 효율이 기대되는 차세대 소자이다. 미국의 QD Vision사의 Ritter박사는 초청강연(MEMS1-1)에서 양자점에 기반한 자사의 디스플레이와 조명기술을 소개하였다.
QD vision에서 최초로 사용화한 LED 조명의 개략도로써, 30 개의 LED가 배열된 백색 LED 램프 위에 적색을 발광하는 양자점 잉크로 구성된 필름을 배치함으로써 부분적으로 색 변환을 일으켜 적색이 보강된 백색광을 형성하도록 하였다. 이 제품의 상관색온도는 2700 K, 연색지수는 90, 발광효율은 65 lm/W로 보고되었다. QD Vision사는 양자점 소자를 형성하기 위한 인쇄 기법을 개발함으로써 저비용 패턴화에 성공하였고 이에 따라 양자점 기반의 디스플레이를 구현할 수 있게 되었음을 역설하였지만 아직 수명이나 밝기 등 여러 측면에서 개선이 필요할 것으로 보인다.
삼성종합기술원의 최병룡 박사는 모바일 소자에 적용하기 위한 양자점 디스플레이에 대해 초청강연(MEMS1-2)을 통해 발표하였다. 이 강연에서는 LCD 백라이트에 사용될 수 있는 백색 양자점-LED와 4인치 능동행렬 양자점 디스플레이(SVGA, 단색)에 대한 소개가 있었고 full-color 디스플레이 역시 개발이 끝났음을 시사하였다. 이 그룹의 연구 결과는 Nature Photonics 2009년도 6월호의 표지 논문으로 실린 바 있다. 이러한 기술에 근거해서 양자점이 포함된 나노섬유 등이 대중화될 경우에는 벽이나 커튼을 대신할 수 있는 디스플레이가 구현될 수 있게 될 것이다.
-국외 과학자
- John Ritter, Peter Kazlas, Zhaoqun Zhou, Matthew Stevenson, Craig Breen, Yuhua Niu, Inja Song, Jonathan S. Steckel, and Seth Coe-Sullivan: QD Vision, Inc., 313 Pleasant Street, Watertown, MA 02472 USA
발표논문(MEMS1-1): Quantum Dots in Lighting and Display: From R&D to Product Launch
-국내 과학자
- Byoung Lyong Choi(최병룡), Kyung-Sang Cho(조경상), Eun Kyung Lee(이은경), Won-Jae Joo(주원재), Eunjoo Jang(장은주), Tae-Ho Kim(김태호), Sang Jin Lee(이상진), Soon-Jae Kwon(권순재), and Jong Min Kim(김종민): 삼성종합기술원, 삼성전자, 용인, 한국
발표논문(MEMS1-2): Challenge to Quantum Dot Display for Mobile Devices
(2-2) 평판 조명 기술
영국 Brunel 대학의 Withnall교수는 교류전원으로 작동되는 전기발광(electroluminescent) 램프 (소위 ACEL 램프) 기술에 대해 소개하였다(PH4-3).
ACEL에 대한 연구는 1936년 ZnS 파우더 형광체에 교류 전기장이 인가될 경우 빛이 발생하는 현상을 확인하면서 시작되었고 2001년 Osram과 Durel이 상호 특허 협정을 맺으면서 상용화를 위한 연구가 지속되어 왔다. ACEL은 그 동안 휴대폰의 키패드, 자동차 계기판, 군사장비용 디스플레이, 야외 광고용 디스플레이 등에 부분적으로 응용되어 왔고 차후에는 플렉서블한 광원이라는 장점을 활용할 수 있는 새로운 응용 분야를 창출할 것으로 기대된다. Withnall교수는 절연파괴에 대한 내성이 강한 바인더 속에 형광체 파우더가 분포해 있는 새로운 ACEL 구조를 제안하였고 이 구조로 인해 두께가 더 얇아지고 휘어짐 특성이 개선된 새로운 디스플레이 소자가 개발될 수 있을 것으로 예상하였다.
-국외 과학자
- Robert Withnall, Jack Silver and Paul G. Harris: Centre for Phosphor and Display Materials, Wolfson Centre for Materials Processing, Brunel University, Uxbridge, Middlesex, UB8 3PH, UK
발표논문(PH4-3): High Flexibility Powder ACEL Displays
LCD 백라이트 및 관련 광원 기술
(1) CCFL 백라이트
CCFL과 관련된 백라이트 기술은 이미 충분히 성숙 단계에 도달한 기술로써 CCFL 백라이트와 관련된 발표 건수는 매년 줄어드는 추세이다. 본 IDW'09에서는 Sony의 Igarashi가 디밍 구동에 적용할 수 있는 새로운 개념의 CCFL 백라이트에 대해 발표하였다(FMC6-4).
기존의 CCFL을 이용해 디밍 구동을 할 때에 가장 커다란 문제점은 녹색 형광체(LaPO4:Tb)의 f-f 전이에 동반되는 긴 잔광(after glow) 시간이다.
본 연구에서는 4f-5d 전이를 일으키는 (Sr,Ba)2SiO4:Eu 형광체의 짧은 잔광시간을 활용할 수 있는 새로운 구조의 백라이트를 제안하고 있는데, 이 형광체가 수은을 잘 흡착하는 문제점을 피하기 위해 CCFL 내부에는 적색, 청색 형광체만 코팅하고 (Sr,Ba)2SiO4:Eu 형광체가 포함된 녹색 형광체 확산시트를 제작하여 전면에 배치한 구조를 제시하였다. 이 백라이트를 46인치 LCD TV에 적용한 결과 120 Hz 구동 패널에 대해 30%의 duty로 블링킹(blinking) 구동을 할 수 있다는 실험 결과 및 이로 인해 동영상의 화질이 개선될 수 있음을 보여주었다.
이 외에 일본 Tsuruoka National College of Technology의 Misono 교수는 Waymouth-Bitter의 모델과 Koedam의 실험 결과에 근거해 CCFL의 효율을 향상시킬 수 있는 계산 모델에 대해 발표하였고 이 결과 CCFL의 자외선 발생 효율이 30% 정도 추가적으로 상승할 수 있을 것이라고 제안하였다(FMCp-15).
-국외 과학자
- T. Igarashi and T. Kusunoki: Sony Corporation, Atsugi Tec. No. 2, 4-16-1 Okata, Atsugi-shi, Kanagawa 243-0021, Japan
발표논문(FMC6-4): A Novel CCFL Backlight Unit to achieve Short Afterglow for Dimming Operation
- Katsuhide Misono: Tsuruoka National College of Technology, 104 Aza Sawada, Inooka, Tsuruoka-shi, Yamagata 997-0031, Japan
발표논문(FMCp-15): Practical Model to Analyze the Characteristics of CCFL for Backlighting
(2) FEL (Field-Emission Lamp) backlight
국내에서 꾸준히 FEL에 기반한 백라이트 연구를 진행하고 있는 전자통신연구원(ETRI)의 송윤호 박사는 IDW'09에서 색순차(color-sequential) 구동이 가능한 전계방출 백라이트에 대해 발표하였다 (MEMS2-4L). 색순차 구동이 가능해 지면 컬러 필터가 필요 없기 때문에 광이용 효율이 향상되고 LCD의 소비전력이 떨어질 가능성이 높다. 본 발표에서는 72 블록으로 구성된 16인치 FEL 백라이트의 특성에 대한 보고가 이루어졌고 특히 새로운 전류 구동 방식을 적용함에 따라 전계 방출에 의한 발광의 소거 시간이 4 ms 이하가 될 수 있음을 강조하였다.
Brunel대학의 Withnall교수는 전계방출램프 백라이트 기술의 개발 역사를 리뷰하면서 이 기술의 가능성을 진단해 보는 구두발표(FMC6-1)를 하였다. 이 발표에서는 주로 전계방출램프용 형광체의 특성이 다루어졌고 형광체의 포화(saturation)에 따른 효율 저하를 막기 위해서는 LCD 패널의 구동주파수의 최소 두 배인 120Hz로 구동해야 한다고 제안하였다.
이 외에 삼극(triode) 전극 구조를 채택하게 되면 2차원 디밍에 유리하다는 점, 스캐닝 모드를 활용하면 동화상의 화질을 개선할 수 있다는 점 등을 강조하였다. 그렇지만 전계방출램프 자체의 효율이 아직 기존의 형광등에 비해 떨어지고 아울러 휘도향상필름의 효율이 기존의 백라이트 방식에 비해 크게 떨어질 수 있다는 점 등에 대해 충분한 고려가 이루어져야지만 전계방출램프 백라이트의 상용화에 일정한 진보가 이루어질 것으로 생각된다.
.-국외 과학자
- Daniel den Engelsen, Jack Silver, Robert Withnall, Terry G. Ireland and Paul G. Harris: Centre for Phosphor and Display Materials, Wolfson Centre for Materials Processing, Brunel University, Uxbridge, Middlesex, UB8 3PH, UK (e-mail: robert.withnall@ brunel.ac.uk)
발표논문(FMC6-1): Does a Field Emission Backlight make sense
-국내 과학자
- Yoon-Ho Song(송윤호), Dong-Il Kim(김동일), Jun-Tae Kang(강준태), Jae-Woo Kim(김재우), Jin-Woo Jeong(정진우) (MEMS2-4L): Electronics and Telecommunications Research Institute, 138 Gajeongno, Yuseong-Gu, Daejeon, 305-700, Korea
발표논문: Color-Sequential Field-Emission Lamp for Advanced Back Lighting in LCD
(3) LED 백라이트
지난해 소위 "LED TV"가 등장하면서 LED 백라이트에 대한 관심이 커져가고 있다. LED TV는 LED 백라이트를 적용한 LCD TV에 다름 아니다. 현재 LED 백라이트는 직하형, 엣지형 뿐 아니라 다양한 형태로 진화를 거듭하면서 LCD TV의 기술적 진보를 이끌고 있다. 본 학회에서도 LED 백라이트와 관련된 다양한 발표가 있었다.
소니의 Kasegawa는 형광체 세션 초청강연(PH3-1)에서 색변환필름인 형광체 쉬트를 기반으로 한 LED 백라이트 기술에 대해 발표하였다. 형광체가 보이는 특성 중에는 온도가 상승하면 형광체의 효율이 떨어지는 "thermal quenching"과, 여기광의 밀도가 높아지면 효율이 감소하는 "luminance saturation"이 존재하는데, 소니는 이러한 특성이 가지는 부정적인 효과를 극복하기 위한 방안으로 청색LED-여기와 형광체 쉬트를 조합한 새로운 구조의 백라이트를 제안하였다.
LED칩과 형광체가 결합되어 있는 기존 구조의 경우에는 칩의 온도가 올라가면 형광체의 온도도 동시에 상승할뿐더러 칩에서 발생하는 여기광의 밀도가 높은 곳에 자리잡고 있기 때문에 "thermal quenching"과 "luminance saturation" 효과가 심해져 효율이 떨어진다. 반면에 확산판 위에 형광체막을 형성하는 경우에는 온도 및 여기광 밀도에 의한 효과가 매우 크게 감소함으로써 형광체의 효율 감소를 막을 수 있다.
YAG(Y3Al5O12:Ce3) 형광체를 이용한 테스트 결과 YAG 형광체의 효율은 20% 정도, 백라이트 상의 전체 효율은 10% 정도 상승하였다는 실험 결과가 제시되었다. 그렇지만 형광체의 도포 면적 및 양이 증가함에 따른 비용 상승 및 시야각에 따른 색도 편차가 실질적인 상용화에 있어서 걸림돌이 될 가능성이 있을 것으로 판단된다.
최근 "LED TV"라는 명칭으로 주목 받은 LCD TV는 엣지형 LED 백라이트를 채택함으로써 초박형 디자인을 구현할 수 있었지만 2차원 디밍을 적용할 수 없는 태생적 한계를 가지고 있다. 2차원 디밍이 가능한 직하형 LED 백라이트는 LED에 의해 발생하는 휘점을 제거하기 위해 확산판까지의 거리를 일정 정도 띠울 수밖에 없어 박형의 백라이트를 구성하는 것이 쉽지 않다.
휘도균일도를 향상시키기 위해 LED의 개수를 늘여서 간격을 줄이게 되면 사용해야 하는 LED의 숫자가 크게 늘어나는 단점에 맞닥뜨린다. Philips의 Onac은 공기 동공(air cavity) 구조의 하부에 측면발광형 (side-emitting type) LED를 2차원으로 놓고 상부에 방향전환 필름을 배치함으로써 박형(<5 mm)의 디자인에 2차원 디밍이 가능한 백라이트에 대한 연구 결과를 발표하였다(FMC6-2). 하나의 LED가 놓이는 각 segment의 크기는 4×4 cm2으로써 47인치 LCD TV의 경우에는 390개의 LED가 사용된다.
LED에는 CPC(Compound Parabolic Concentrator)형의 collimator를 배치하고 수직 방향으로 거울을 설치하여 각 segment 사이의 간섭(crosstalk)을 적절히 제어하게 되고, 이러한 결과로 각 segment별로 균일한 조도가 얻어지도록 디자인 되어 있다. 이렇게 균일화가 이루어진 빛은 상부의 방향전환필름을 통해 집광된 빛으로 바뀌어 출사된다. 필립스는 이러한 디자인을 이용해서 5mm 두께의 초박형에 2차원 디밍이 가능한 백라이트를 개발하였다고 발표하였다.
Sharp사의 Masuda도 Philips사가 제시했던 동일한 문제의식에 기반해 직하형과 엣지형 LED 백라이트의 장점을 동시에 구현할 수 있는 초박형 탄뎀(tandem) LED 백라이트를 제안하였다(FMC6-3). 기본적인 개념은 소형 LED 엣지형 도광판을 타일 방식으로 결합하여 대화면 백라이트를 구현하는 것이다.
이 경우 심각한 문제로 부각되는 것은 도광판과 도광판 사이에 형성되는 암부 및 이에 따른 휘도균일도의 저하 문제였다. Sharp는 각 도광판의 측면에 확산산란이 가능한 거칠기를 부여하여 측면으로의 빛의 확산을 돕고 도광판 하면의 형태를 변경함으로써 이 문제를 해결할 수 있었다. 단, 타일방식으로 적층된 도광판의 기계적 안정성, 부품수 증가에 따른 비용 상승의 문제들이 명확히 해결되지 않으면 이런 복잡한 방식의 백라이트가 상용화될 가능성은 그리 높지 않을 것으로 판단된다.
- 국외 과학자
- Ryo Kasegawa, Yasushi Ito, Tsubasa Tsukahara, Yoshihiro Oshima, Akira Ono, Naoji Nada : Core Device Tech. Development Group, Sony Corp. 5-1-12 Kitashinagawa Shinagawa-Ku, Tokyo, Japan
발표논문(PH3-1): Advantages of Phosphor Sheet Structure in LED Backlight System
- Eugen Onac, Serge Bierhuizen*, Gregory Eng*: Philips Research Eindhoven, High Tech Campus 34, Eindhoven, 5656AE The Netherlands / * Philips Lumileds Lighting Company, 370 West Trimble Road, San Jose, 95131 USA
발표논문(FMC6-2): Optical Design for an Ultra-thin, LED based, 2D Dimmable Backlight
- Takeshi Masuda*, Yuhsaku Ajichi, Tomoki Kubo, Tomohiko Yamamoto, Tokihiko Shinomiya, Mayumi Nakamura, Takaharu Shimizu, Nobuhiro Kasai, Hirokazu Mouri, Xiao-fan Feng**, and Masatsugu Teragawa: Display Systems Laboratories and Audio-Visual Systems Group, Sharp Corporation, Japan / ** Sharp Laboratories of America, Inc., U.S.A.
발표논문(FMC6-3): Ultra Thin LED Backlight System Using Tandem Light Guides for Large-Size LCD-TV
(IDW′09 Proceeding p.1853)
(IDW′09 Proceeding p.1857)
(4) 백라이트용 광학부품
LCD 백라이트 내에서 반사, 유도, 확산, 집광, 휘도향상 등을 담당하는 다양한 광학부품은 낮은 비용에 높은 광학적 성능을 내도록 최적화되어야 한다. IDW에서는 매년 전통적으로 백라이트 내 다양한 광학 부품들에 대한 많은 발표가 있어 왔다.
엣지형 백라이트의 가장 중요한 부품은 도광판으로서 LED와 같은 점광원이나 CCFL 등의 선광원에서 만들어진 가시광선을 전반사 작용을 이용해2차원적으로 유도, 확산시키는 광학 부품이다. Sumitomo화학의 Kim은 반사형 편광판의 기능을 회절격자를 이용하여 도광판에 집적시킨 다 기능 도광판에 대한 연구 결과를 발표하였다(FMC7-5). Kim은 도광판의 상부에 Ta2O5나 고굴절률의 유전체로 회절격자를 형성한 후 회절격자의 폭과 pitch를 조절하여 최적의 extinction ratio를 보이는 구조를 제시하였다.
이 경우 기존의 도광판 기능 이외에 광추출, 확산, 집광 등 다양한 광학적 기능이 도광판 내로 집적되는 효과가 있으나 대형화의 문제, 다파장으로 구성된 백색광에 대한 회절격자의 최적화 문제 등이 해결해야 할 이슈로 제기되었다. 엣지형 LED 백라이트의 성능을 향상시키기 위한 연구 결과들도 다수 발표되었는데, 대만의 CPT(Chunghwa Picture Tubes)사의 Su는 도광판의 입광면과 LED 사이의 광결합 효율을 증가시킬 수 있는 광학적 디자인에 대해 발표(FMCp-9)하였고, 대만 ITRI의 Chang은 마이크로 피라미드의 음각구조가 하부에 배치되고 일차원 프리즘 구조가 상부에 형성되는 복합 도광판의 광학적 성질 및 제조 공정 기술에 대해 발표(FMCp-11)하였다. 후자의 경우 휘도향상필름을 사용하지 않더라도 도광판만으로 정면으로 집광된 빛을 만들어 낼 수 있음을 실험적으로 보였고 제시된 시야각 특성은 프리즘 필름 위의 그것과 상당히 유사하였다. 그렇지만 시야각에 따른 특성 편차, 즉 시야각 특성이 비대칭적인 문제가 남아 있어서 추가적인 개선이 요구된다. 백라이트용 광학필름과 관련해서는 영남대 권진혁 교수 연구팀에서 피라미드나 반구형 마이크로렌즈가 집적된 집광필름의 성능을 향상시킬 수 있는 방법에 대해 발표(FMCp-13)하였다. 이 연구에서는 마이크로렌즈가 형성된 필름의 후면에 렌즈의 위치에 부합되어 배열된 개구(aperture)를 형성한 후 나머지 표면을 반사처리하게 되면 집광되는 각도 범위 내로 모이는 빛만을 통과시켜 필름의 집광력이 현저히 올라갈 수 있음을 시뮬레이션을 통해 보였고 이러한 필름을 제조할 수 있는 공정 기술에 대해서도 발표하였다. 한림대학교 고재현 교수 연구팀은 엣지형 백라이트의 광학적 특성을 정성적으로 재현할 수 있는 간단한 시뮬레이션 모델의 구축 및 실험 결과와의 비교, 평가에 관한 연구 결과를 발표(FMCp-17)하였다. 시뮬레이션 결과는 실제 모니터형 백라이트로부터 얻어진 결과와 정성적으로 잘 일치하였다. 이러한 결과는 새로운 광학필름을 개발할 경우 실물을 직접 제작하기 전에 그 광학적 성능을 간단하게 조사해 볼 수 있는 유용한 툴을 제공해 주는 것이다.
국외 과학자
- K. Kim, M. Kubota, K. Nakatsuka: Sumitomo Chemical Co., Ltd., 6 Kitahara, Tsukuba, Ibaraki 300-3294, Japan
발표논문(FMC7-5): Design and fabrication of a multifunctional light guide plate for LCDs
- Chun-Wei Su, Tzung-Yang Li, and Chih-Chun Chang: Central Research Institute, Chunghwa Picture Tubes, Ltd., Taoyuan, Taiwan, 334, R.O.C
발표논문(FMCp-9): Design and Implementation High Coupling Apparatus between LED and Light Guide
- Y.-Y. Chang, W.-H. Yang, H.-C. Yeh, C.-J. Ting, H.-H. Lin, and J.-H. Tsai: Mechanical and System Research Laboratories, Industrial Technology Research Institute, Chutung, Hsinchu, Taiwan 310, Republic of China
발표논문(FMCp-11): Integrated Light-guided Plates (LGPs) with Optimized Pyramid-like Microstructures
-국내 과학자
- Sang Hoon Baek(백상훈), Sung Ki Hwang(황성기), Gyeungju Park(박경주), Jin Seog Gwag(곽진석), Jin Hyuk Kwon(권진혁), Won Taek Moon(문원택)*,Sung Hoon Kim(김성훈)*, Byoung Ku Kim(김병구)*, Shin-Ho Kang(강신호)*, and Yi Soon Park(박이순)**: Dept. of Physics, Yeungnam University, Gyeongsan, Korea / *LG Display, Gumi, Korea / **ADMRC, Kyungbook National University, Korea
발표논문(FMCp-13): Characteristics of Microlens Array Optical Sheets with Apertures
- J.-H. Lee(이정호), Y.-H. Ju(주영현), K.-B. Nahm(남기봉), J.-H. Ko(고재현), and J.-H. Kim(김중현)*: Dept. of Physics, Hallym University, Chuncheon, Gangwondo 200-702, Korea / * AMLCD Division, Samsung Electronics Co. Ltd., Asan, Chungnam, Korea
발표논문(FMCp-17): Simulation Study of the Edge-lit Backlight Unit for LCD Monitor Applications
(IDW ′09 Proceeding p.803)
결론
본 학회를 통해서 파악된 각 디스플레이 분야별 주요발표 내용과 기술개발 동향을 분석자의 관점에서 요약해 보면 다음과 같이 정리할 수 있다.
·LCD: LCD는 현재 휴대용 디스플레이뿐 아니라 중대형의 평판 디스플레이 시장에서 가장 높은 점유율을 차지하고 있는 디스플레이로써 기술적 성숙도가 매우 높은 단계에 진입한 기술이다. 특히 최근 소위 엣지형 LED 백라이트가 적용된 "LED TV"의 등장으로 LCD TV는 두께와 소비전력 측면에서 한 단계 질적인 혁신을 이루어 낼 수 있었다. 본 학회에서는 최근 LCD의 기술적 진보를 선도하고 있는 LED 백라이트 기술에 대한 발표가 다수 있었고 특히 2차원 디밍과 초박형의 form factor를 동시에 구현할 수 있는 LED 백라이트 기술에 대한 연구가 활발함을 알 수 있었다. 그 외에 초저소비전력, 초고해상도 LCD 기술과 같이 기존의 성능을 한 단계 높이기 위한 고성능 LCD기술들이 두 세션에 걸쳐서 발표되었고 이 외에 blue phase 액정기술, 비접촉 정렬(alignment) 기술을 포함한 정렬 기술 등과 관련된 발표들도 다수 있었다. 아울러 최근의 전지구적인 환경 위기 속에서 폐기되는 LCD의 재활용 및 이를 위한 네트워크의 구축과 관련된 연구 결과들이 다수 보고된 것도 이번 IDW의 또 다른 특징이라고 볼 수 있다.
·PDP: 최근 대형 디스플레이 시장에서의 열세를 만회하기 위한 PDP 기술의 가장 핵심적인 이슈는 소비전력의 향상이다. 이런 맥락에서 보면 IDW'09 PDP 세션들이 PDP의 효율 향상에 초점을 맞추어 진행된 것은 충분히 예견된 부분이었다. 특히 대부분의 PDP 세션이 MgO, SrO 등 이차전자방출물질과 관련된 것이어서 최근 PDP 효율 향상의 최대 이슈는 이차전자 방출효과의 개선과 관련된 것임을 알 수 있었다.
그 외에 Plasma Tube Array와 같이 PDP 기술에 기반한 새로운 플라스마 디스플레이 소자의 개발과 관련된 발표들도 진행되었다.
·OLED: 최근 AMOLED에 기반한 휴대폰이 출시되고 소형의 TV가 출시되면서 머지 않아 본격적인 OLED의 시대가 도래할 수도 있다는 기대감이 확산되고 있다. 그렇지만 아직도 OLED가 중대형 디스플레이에 적용되기 위해서는 대형화 및 수명, 그리고 효율의 문제를 극복해야 한다.IDW'09에서는 주로 효율 및 수명 개선을 위한 OLED 물질들에 대한 연구 및 대형 OLED를 신뢰성 있고 값싸게 제조할 수 있는 공정 기술에 대한 연구가 많았는데, 이러한 연구 동향은 위에서 개괄한 OLED의 대형화 이슈의 맥락에서 이해할 수 있다. 이 외에도 OLED를 디스플레이가 아니라 백색 조명으로 활용하기 위한 연구가 활발해 지면서 OLED조명 세션이 독자적으로 만들어져 다수의 발표가 진행되었는데, 연색성 및 발광 효율의 측면에서 상당한 진전이 있음을 알 수 있었다.
·기타 평판 디스플레이: 가장 넓은 색재현성을 구현할 수 있는 레이저 프로젝터의 경우 레이저 광원의 가간섭성에 기인하는 스페클을 제거하기 위한 연구 결과가 다수 보고되었고 소형 프로젝터의 경우에는 주로 LED 광원에 기반하여 고효율, 초소형의 모듈을 개발한 연구 결과들에 대한 보고가 다수 있었다. 새로운 디스플레이로써 양자점 디스플레이에 대한 발표가 삼성 및 미국의 QD Vision에 의해 진행되어 많은 관심을 끌었다.
·LCD 백라이트: 소위 "LED TV" 시장의 개화에 맞추어 그 핵심 기술인 LED 백라이트에 대한 발표가 다수 있었다. 특히 초박형의 장점을 유지하면서 동적 구동, 특히 2차원 디밍이 가능한 백라이트 기술에 대해 다수의 회사들이 연구를 진행하고 있다는 것을 알 수 있었고 예년과 마찬가지로 다양한 광학적 기능을 집적시킨 다기능 도광판에 대한 논문들도 다수 있었다. 반면에 CCFL, EEFL, FEL 등 전통적으로 많은 연구가 진행되어 왔던 백라이트 기술들에 대한 발표 건수는 매우 저조하여 백라이트 기술의 패러다임이 LED 쪽으로 확실히 이동하였음을 느낄 수 있었다. 이번 IDW'09는 초기에 발표 신청 건수가 부족하여 신청을 독려하는 메일이 공지되었으나 최종 발표 건수는 564건에 달해 예년의 수준을 유지할 수 있었다. CRT에서 FPD로 디스플레이 기술의 중심이 이동하고 평판 디스플레이들의 기술적 성숙도가 매우 높아진 지금은 디스플레이 분야 연구자들의 관심사 혹은 연구 방향은 기존의 디스플레이 분야를 탈피하면서 새로운 분야를 개척하려는 경향이 강하다. 이런 추세를 반영하듯이 IDW'09에서는 전자종이나 3차원 디스플레이와 같은 차세대 디스플레이에 대한 발표가 기조강연의 주를 이루었고 그 외에도 양자점 디스플레이 등의 새로운 디스플레이에 대한 발표가 다수 포함되면서 학회의 분위기를 일신하고자 하는 경향을 느낄 수 있었다. 내년의 IDW는 2010년 12월 1일~3일에 일본 Fukuoka의 Fukuoka International Congress Center에서 개최될 예정이다.
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