IDW 보고서
"The 17th International Display Workshop"(이하 IDW 2010라 약칭)은 미국에서 열리는 SID(Society of Information Display), 국내에서 개최되는 IMID(International Meeting on Information Display), 유럽에서 개최되는 유로디스플레이와 더불어 세계에서 가장 큰 규모로 개최되는 4대 디스플레이 학회 중 하나로서 1994년 첫 학회가 개최된 이래 매년 12월 일본의 각 도시를 순회하면서 개최되어 왔다.
이번 IDW2010은 일본 서부의 대표적인 도시인 후쿠오카의 후쿠오카 인터네셔널 콩그레스센터에서 12월1일부터 3일 동안 개최되었다. IDW2010에서는 총 14개의 디스플레이 워크숍과 두 개의 토피컬 세션 등 모두 16개 디스플레이 분야와 관련된 워크숍이 개최되어 해당 분야의 최신 연구 성과 및 기술 개발 동향이 소개, 발표되었다.
글 : 고재현/한림대학교 전자물리학과
http://www.idw.ne.jp
개요
본 학회에서는 LCD와 같은 전통적인 디스플레이 분야에서도 새로운 요소 기술에 대한 발표가 증가되었고, 3차원 디스플레이, 터치 패널, 플렉서블 디스플레이, AM-OLED와 같이 현재 부각되고 있거나 향후 잠재성을 가지고 있는 분야에 대한 발표가 지속적으로 늘어나고 있음을 알 수 있었다. 아울러 특별 세션으로 라이팅 광학, 디바이스 엔드 시스템(LIT)이 새로이 선을 보였다.
참가자들의 구성을 보게 되면 일본(39%), 한국(25%), 대만(19%) 및 중국(5.4%) 등 동아시아의 주요 디스플레이 수출국의 학자 및 연구자들이 다수였지만, 그 외 유럽 및 미국(4.6%)과 캐나다, 기타 인도와 이란 등 아시아 국가에서도 여러 연구자들이 참석하였다.
학술대회 개요
개요
명칭
제 17회 국제 디스플레이 워크숍(이하 IDW 2010 혹은 IDW'10로 약칭)
역사 및 개최 배경
제 17회 국제 디스플레이 워크숍(IDW 2010)은 미국에서 매년 5월 개최되는 SID(Society of Information Display), 국내에서 개최되는 IMID(International Meeting on Information Display), 유럽에서 개최되는 유로디스플레이와 더불어 세계에서 가장 큰 규모로 개최되는 4대 디스플레이 학회 중 하나로서 매년 12월 초 일본의 각 도시를 순회하면서 개최되고 있는데, 올해의 경우 일본 서부의 대표적인 도시인 후쿠오카의 후쿠오카 인터네셔널 콩그레스 센터에서 12월1일부터 3일 동안 개최되었다.
이번 IDW2010에서는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), FED(Field Emission Display), 플렉서블 디스플레이, 3D 디스플레이 등 총 14개의 디스플레이 분야와 라이팅 광학, 디바이스 엔드 시스템(LIT) 및 터치 패널 엔드 인풋 테크놀로지스(INP) 등 두 개의 토피컬 세션을 포함해 모두 16개 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 자리잡았다.
규모 및 참가자 수
3일에 걸쳐서 열린 이번 워크숍 기간 동안 모두 16개의 분과에 걸쳐 599편의 논문이 제출되어 발표되었다. 프로그램은 1개의 기조연설, 1개의 초청강연, 99편의 초청논문, 220편의 구두발표 및 278편의 포스터 발표로 이루어졌다.
심사를 거쳐 발표된 논문들은 "Proceedings of the 17th International Display Workshops"(Vol. 1~3, ISSN: 1883-2490)에 정식으로 게재되었다.(발표된 논문들의 상세 목록에 대해서는 첨부 프로그램 파일 "IDW2010_ Final Program.pdf" 참조) 참가자들의 구성을 보면 일본(39%), 한국(25%), 대만(19%) 및 중국(5.4%) 등 동아시아의 주요 디스플레이 수출국의 학자 및 연구자들이 다수였지만, 그 외 유럽 및 미국(4.6%)과 캐나다, 기타 인도와 이란 등 아시아 국가에서도 여러 연구자들이 참석하였다.
발표 분야 및 분석 방향
본 학술회의에서 발표된 논문들은 다음과 같이 14개의 워크숍 및 2개의 토피컬 세션 분야로 분류된다. 이 중 입력 기술(Topical Session on Input Technologies(INP)) 세션은 작년에 이어 올해에도 구성되었고, 최근 LED를 비롯한 신조명기술에 대한 관심이 커지면서 라이팅 광학, 디바이스 엔드 시스템(LIT)이라는 세션이 새로 조직되었다.
워크숍 제목
(1) 액정 과학과 기술(Workshop on LC Science and Technologies(LCT))
(2) 능동 매트릭스 디스플레이(Workshop on Active Matrix Displays(AMD))
(3) 평판 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 Display Electronic Systems(DES))
(14) 플렉서블 디스플레이(Topical Session on Flexible Displays(FLX))
토피컬 세션 제목
(15) 입력 기술(Topical Session on Input Technologies(INP))
(16) 조명광학, 소자 및 시스템(Lighting Optics, Devices and Systems(LIT))
본 학회에서는 LCD, PDP와 같은 전통적인 분야의 발표도 활발하게 이루어졌지만, 3차원 디스플레이, 플렉서블 디스플레이, 전자 종이, 터치 패널 등 최신 기술로 주목 받고 있거나 차세대 디스플레이로 연구되고 있는 분야의 발표가 꾸준히 증가하고 있음을 알 수 있었다. LCD 분야에서도 기존 기술에 대한 개선과 관련된 연구뿐 아니라 블루 상(blue-phase) LCD, 광배향(photo-alignment) 기술, 산화물 및 유기 박막트랜지스터 등 새로운 기술과 관련된 연구들이 주목을 받았다.
포스터 세션을 포함해서 총 8개의 세션이 병렬 세션으로 진행되었던 관계로 모든 디스플레이 분야의 기술동향을 이 보고서에 담는 것이 불가능하였다. 따라서 본 분석자는 차세대 디스플레이 기술과 관련된 세션에 집중적으로 참석하였고 양자점 디스플레이, MEMS 기반 디스플레이 기술 등 차세대 디스플레이 기술을 우선적으로 상세히 소개함과 동시에, 최근 중요성을 더해가고 있는 차세대 조명기술에 대해서도 소개하고자 하였다.
아울러 각 분야별 연구 기술 동향과 전망, 연구를 주도하는 대표적인 연구그룹을 분석자의 역량 범위 내에서 발표자료 및 논문집 논문을 참조하여 분석, 보고하고자 한다. 특히 발간된 논문집에는 자세히 서술되어 있지 않으나 학회장에서 발표된 자료에 포함된 기술적 내용들은 분석자가 직접 찍은 사진자료들을 편집하여 제시함으로써 보다 생생한 분석보고서가 되도록 노력하였다.
기조강연 및 초청강연
IDW2010의 기조강연 및 초청강연은 이전과는 다르게 한 명의 기조강연자와 한 명의 초청강연자에 의해 이루어졌다. IDW2010의 기조강연은 Univ. of Tokyo의 가와구치 교수에 의해 "The Artistic & Scientific World in 8K Super Hi-Vision"란 제목으로 이루어졌다.
가와구치 교수는 자신의 컴퓨터 그래픽 작품들의 변화를 연도별로 설명하면서 8K급 해상도를 갖는 고성능 디스플레이의 등장이 컴퓨터 그래픽 예술 분야에 어떠한 혁신적인 변화를 불러일으키고 있는지를 생생히 보여주었다. 특히 8K급 해상도를 갖는 LCD를 직접 들고 나와 다양한 예술 작품을 시연한 것이 인상적이었다. 초청강연으로는 Tokyo Inst. of Tech.의 Prof. H. Hosono에 의해 "TAOS-TFTs: History and Perspective"란 제목의 강연이 이루어졌다.
그는 투명 비정질 산화물반도체(transparent amorphous oxide semiconductor, TAOS) 분야의 선구적인 연구자로써, IGZO로 대표되는 TAOS 기반 기술이 향후 디스플레이를 포함한 다양한 전자정보소자의 혁신을 가져올 것이라고 주장하였다. TAOS 기반 기술의 대표적인 특징으로는 높은 전자이동도(10~20cm2/Vs), 저온 스퍼터링을 통한 제조의 용이성, 낟알(grain) 경계가 없는 균질성 등이 거론되었고 이런 장점들과 관련된 세부적인 연구 동향 및 제품 개발 동향이 자세히 소개되었다.
연구동향 상세 분석 및 관련 연구자 소개
본 3장에서는 우선 IDW2010에서 발표되었던 차세대 디스플레이 기술에 대해 상세히 요약한 후 각 디스플레이 분야별 연구 동향을 본 학회에서 발표된 내용 및 학술대회 논문들을 중심으로 간략히 개괄하고자 한다. 본문 내용 중 괄호 안에 파란색으로 표시된 영문/숫자들은 첨부된 IDW2010 프로그램 및 논문집에 수록된 세션 및 논문의 번호를 의미한다. 이 논문번호를 이용하면 별첨한 프로그램의 초록 및 논문집 논문의 내용을 참조하는 데 도움이 될 것이다.
차세대 디스플레이 기술
양자점 디스플레이(Quantum-dot display)
양자점이란 나노미터 크기를 가진 반도체 나노결정을 뜻한다. 일반적인 벌크 반도체 내에서는 전자의 에너지준위가 준연속적(quasi-continuous)인 상태가 되면서 에너지띠(energy band) 및 띠간격(bandgap) 구조를 나타내는 데 반해 결정의 크기가 줄어들게 되면 에너지 간격이 불연속적으로 변하게 된다. 이 경우 외부에서 에너지가 공급되면 양자화된 에너지 준위 사이에서 일어나는 전자의 천이로 인해 특정 파장의 빛이 방출된다.
그림 2는 양자점의 일반적인 구조를 보여주고 있다. 양자점 나노결정 가운데에 나노미터 크기의 반도체 결정 핵(core)이 있고 그 주위를 넓은 띠간격을 가진 반도체 껍질(shell)이 둘러싸고 있다. 불연속적인 에너지 준위 사이의 간격은 나노결정의 크기에 의존하는데, 나노결정의 크기가 작아질수록 에너지준위 사이의 간격이 커지며, 이에 따라 방출되는 빛의 파장이 짧아진다.
양자점 기술을 디스플레이에 적용하고자 하는 연구는 크게 두 가지 방향으로 전개되고 있다. 첫째는 양자점 발광 자체를 풀 컬러 디스플레이로 활용하고자 하는 것이고, 둘째는 양자점을 이용한 백색발광을 LCD 백라이트에 활용하고자 하는 것이다. 각 분야별 기술동향은 아래에 요약되어 있다.
삼성종합기술원/삼성전자의 B. L. Choi는 초청강연(PH3-1)을 통해 풀 컬러 양자점 디스플레이 기술에 대해 발표하였다. 양자점 디스플레이는 빛의 삼원색을 구현할 수 있는 세 종류의 양자점을 이용하여 화소를 구성한다. 이 디스플레이의 효율은 엑시톤 생성효율(EG), PL(photoluminescence)과 관련된 효율, 추출효율 등에 의해서 결정되는데 이론적으로는 OLED 발광효율의 두 배 정도를 기대할 수 있다고 한다.
그 외에 NTSC 기준 대비 130% 이상의 높은 색재현성, all-soluble process에 기반한 낮은 제조비용, 무기 물질로 이루어진 구조에 기인한 높은 신뢰성 등이 장점으로 제시되었다. 삼성에서는 졸-겔(sol-gel)법을 사용하여 형성한 TiO2 박막을 전자수송층(electron transfer layer, ETL)으로, 유기-무기 혼합층인 TFP와 PEDOT:PSS를 각각 정공수송층(hole transfer layer, HTL)과 정공주입층(hole injection layer, HIL)으로 활용하여 전자와 정공에 대한 높은 주입효율과 이동도를 띠게 디자인한 구조를 개발하였다.
본 발표에서는 특히 전체 공정이 all-solution process로 이루어질 수 있도록 양자점 층을 1,7-diaminoheptane을 이용해 교차결합(crosslink)시키는 기술에 대해 중점적으로 소개하였는데, 이러한 교차결합은 정공의 효율적인 주입을 가능케 함으로써 양자점 디스플레이의 효율 향상에도 기여한다고 보고하였다.
삼성은 2009년에 QVGA급의 단색광 디스플레이를 선보인 바 있는데, IDW2010에서는 풀 컬러 디스플레이에 대해서 발표하였다. 삼성이 보고한 풀 컬러 양자점 디스플레이의 효율은 200cd/m2의 휘도 수준에서 약 2.4 lm/W 정도의 효율을 기록하고 있으나 만족스러운 수명 특성을 보여주고 있지 못하여(50.5hr@1000cd/m2) 실질적인 상용화가 이루어지기까지는 상당한 시간이 걸릴 것으로 판단된다.
QD비전사는 자사의 양자점 LED 기술 및 이에 기반한 풀 컬러 능동행렬 디스플레이 기술을 발표하였다(MEET5-2). 이 발표에서는 특히 저전압 구동이 가능하거나 카드뮴이 제거되는 친환경성의, 그리고 수명신뢰성이 늘어난 양자점 LED 기술이 개발되고 있음이 강조되었다.
양자점 백라이트
QD비전사는 초청강연(MEET3-1)을 통해 양자점 백라이트 기술에 대해 소개하였다. 양자점은 형광체의 발광스펙트럼에 비해 훨씬 폭이 좁은 스펙트럼을 방출하기 때문에 삼원색 빛의 색순도가 높아지고 이에 따라 넓은 색재현성을 구현하는 데 있어서 매우 유리한 백라이트 기술이라 할 수 있다.
양자점을 이용해 백색을 구현하는데 있어서 양자점에 대한 여기광은 백색 LED와 동일하게 청색 LED를 사용할 수 있다. 여기에 노랑색을 방출하는 양자점 혹은 녹색 적색을 방출하는 두 종류의 양자점을 조합하게 되면 청색과 노랑 혹은 청색과 녹색 적색의 혼합색으로서 백색이 구현된다. 그림 3은 양자점을 활용한 엣지형 백라이트 구조의 단면도이다.
도광판의 측면에 청색 LED를 배치하고 여기에서 방출되는 청색 광자들이 도광판에 입사되기 전에 노랑색 양자점을 거치도록 디자인되어 있다. 노랑색 양자점 대신 녹색 적색 양자점이 사용될 경우에는 그림 4에서 볼 수 있는 것처럼 NTSC 대비 100%를 초과하는 높은 색재현성을 얻는 것이 가능해진다. 양자점 백라이트는 QD비전 뿐 아니라 삼성전자, 엘지이노텍 등에서도 개발되고 있고 엘지이노텍은 모바일용 백라이트의 상용화를 선언한 상태이다.
-국내 과학자
- B. L. Choi, T.-H. Kim, K.-S. Cho, E. K. Lee, S. J. Lee, J. W. Kim, D. H. Kim, S. Y. Lee, J. M. Kim: Frontier Research Lab., SAIT, Samsung Electronics Co. LTD, Yongin, 449-712, Korea
발표논문(PH3-1): Challenges to Full-Color Quantum Dot Display
-국외 과학자
- S. Sadasivan, P. Kazlas: QD Vision, Inc. 313 Pleasant Street, Watertown, MA 02472 USA.(http://www.
qdvision.com)
발표논문(MEET3-1): LED Backlighting with Quantum Dot Downconversion
(MEET5-2): Quantum Dot Light Emitting Diodes for Full-color Active-matrix Displays
TMOS(Time Multiplexed Optical Shutter)
풀 컬러 디스플레이
미국의 Uni-Pixel 디스플레이사는 초청강연(MEET4-2)에서 TMOS(Time Multiplexed Optical Shutter) 기술을 활용한 풀 컬러 디스플레이 기술을 발표하였다. 그림 5는 TMOS 디스플레이의 개략도 및 실물 사진을 보여준다. RGB LED를 광원으로 사용하는 도광판 위에 TFT backplane이 형성되어 있고 그 위에 소위 active layer 및 상층 유리가 놓여진다.
Active layer는 MEMS 기술을 기반으로 매우 빠른 응답속도를 가진 변형 가능한 막 필름(membrane thin film)을 형성한 것이다. 화소별 전압 인가에 의해 active layer가 도광판에 접촉되면 도광판을 따라 유도되는 빛 중 전면에 부딪히는 빛의 전반사(total internal reflection) 조건이 깨지면서 해당 화소를 통해 빛이 방출되는 원리로 영상 정보가 구현된다. 이런 구동 원리는 이 기술이 기본적으로 엣지형 백라이트의 도광판 기술을 기반으로 개발된 기술이라는 것을 보여준다. 풀 컬러로 구현되기 위해서는 적색, 녹색, 청색 영상이 1/180 초만에 한 번씩 교대로 구현되는 color sequential 구동이 이루어져야 한다.
LCD가 편광판 및 컬러 필터로 인해 발생하는 빛의 손실이 매우 큰 데 비해서(광효율 ~ 5%) TMOS 디스플레이는 active layer 및 도광판, TFT 등에서의 손실 이 외에는 별 다른 손실 메커니즘이 없으므로 이론적으로 60% 이상의 높은 광효율을 보일 수 있다고 한다. 이에 따라 TMOS 디스플레이는 소비전력을 큰 폭으로 낮추거나 밝은 한낮에도 선명한 화질을 구현할 수 있는 디스플레이로서의 잠재력을 가지게 되는데, 현재 직접 구동 및 TFT 능동 구동 방식의 프로토타입이 개발되고 있으며 일부 프로토타입에서는 38% 정도의 높은 광효율이 얻어질 수 있다고 보고되고 있다.
-국외 과학자
- Daniel K. Van Ostrand, Ram Ramakrishnan: Uni-Pixel Displays, Inc. 8708 Technology Forest Place, Suite 100, The Woodlands, TX 77381 USA
발표논문(MEET4-2): MEMS Based Time Multiplexed Optical Shutter(TMOS) Full Color Display
차세대 조명 기술
IDW2010에서는 LIT(Lighting Optics, Devices and Systems)라는 특별 세션을 조직하여 디스플레이용 조명 기술에 대한 최신 연구 동향을 소개하는 장이 마련되었다. 나고야 대학의 H. Amano는 초청강연(LIT1-1)에서 차세대 LED 기술에 대해 (1) 벌크 GaN 기판 기술, (2) 효율 저하(efficiency droop) 개선, (3) UV, deep UV LED 기술 동향 등의 분야로 나누어 발표하였다.
그는 GaN 성장법으로서 HVPE(Hydride vapor phase epitaxy)에 대해 구체적으로 설명하였고 다른 성장법과의 비교를 통해 HVPE 법의 장단점을 소개하였다([표 1 참조]). 이 발표에 따르면 HVPE 법으로 성장시킬 수 있는 GaN 웨이퍼의 직경은 2007년도에는 4인치였으나 2009년에 6인치로 확대되었다.
자외선 LED는 화학분석, 살균기, photolithography 등 매우 다양한 분야에 적용 가능한 광원으로서 주목 받고 있으나 현재 외부양자효율은 수 %에 불과할 정도로 낮은 상태이다. Amano 박사는 자외선 LED의 효율을 개선하기 위해서는 광추출효율과 전류주입효율을 향상시켜야 한다고 강조하였다.
외부양자효율은 360nm 정도의 파장을 기점으로 해서 이 보다 낮은 파장 영역에서 급격히 줄어드는데, 이는 p형 AlGaN cladding층에서 정공의 농도가 급격히 줄어들기 때문이다. 그는 마지막으로 nitride 기반의 LED가 가지는 외부양자효율을 각 파장별로 요약한 후에 격자불일치, 내부 전기장의 존재, 상 분리, 불순물의 잔재 등을 낮은 양자효율의 원인으로 거론하였다. 그는 특히 상분리에 대한 공정상의 해결책으로 디지털 MOVPE(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) 기법을 제안하였다. LIT 세션에서는 LED 기술 이외에 LED 용 형광체, LED 백라이트, 프로젝션용 광원 기술에 대한 발표가 진행되었다.
-국외 과학자
- Hiroshi Amano: Graduate School of Engineering, Akasaki Research Center, Nagoya University, C3-1(631) Furo-cho, Chikusaku, Nagoya 464-8603, Japan
발표논문(LIT1-1): Recent Development and Future Prospect of Group III Nitride-Based Light Emitting Diode for Displays and General Lighting
디스플레이 분야별 기술 동향
LCD
LCD(Liquid Crystal Display) 세션은 광배향(photo alignment) 기술, 고성능 액정 기술, 새로운 기능성 LCD, 고성능 LCD, 차세대 액정 기술, 나노구조 액정, 새로운 LCD 디자인 등으로 나뉘어 진행되었다. 새로운 기능성 LCD 기술로는 풀 컬러 콜레스테릭 LCD에 대한 발표가 대만의 ITRI에 의해 이루어졌고(LTC3-2, LTC3-3), 고성능 LCD 세션, 차세대 액정 기술 세션 등에서는 매우 짧은 피치의 액정물질을 이용하여 응답시간을 단축시킨 TN(Twisted Nematic) LCD 기술(LCT4-1, 도쿄 공대), OCB-III 모드를 이용한 무안경식 3차원 LCD 디스플레이 기술에 대한 발표(LCT5-1, 도시바 모바일 디스플레이) 등이 있었다.
기타 최근 주목 받고 있는 blue phase에 대해서는, blue phase의 전기광학 반응에 대한 발표(LCT6-2, Kyushu Univ., Japan) 및 blue phase LCD에 대한 새로운 구동방법에 대한 발표(LCT5-4L, Raman Res. Inst., India) 등이 포함되었다. LCD 세션에 포함된 발표들은 전체적으로 기존의 LCD 기술들을 개선하기 위한 연구가 주를 이루었지만 나노입자 등 나노기술을 활용한 새로운 기술이나 blue phase와 같이 LCD의 기술을 혁신할 가능성이 있는 기술들에 대한 연구도 꾸준히 늘어나고 있는 추세임을 알 수 있었다.
LCD의 진화에 커다란 역할을 한 또 하나의 기술은 바로 LED 백라이트 기술이다. LED 백라이트의 등장은 초박형 LCD의 개발을 가능케 했을 뿐 아니라 소비전력의 저감, 화질 개선 등 새로운 가치를 LCD에 부여해 왔다. LCD TV 중 LED 백라이트가 채택되는 비율은 올해는 약 30%, 내년이면 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)를 추월하여 절반을 넘어설 것으로 예상되고 있다.
IDW2010에서는 LED 백라이트의 전반적인 기술에 대한 리뷰가 AMD 세션에서 초청강연의 형태로 이루어졌다(AMD1-1). 발표자인 샤프사의 Otoi 박사는 엣지형 및 직하형 LED 백라이트를 유형별로 구분한 후에 각 유형별 장단점 및 개발현황에 대해 개괄하였다. 아래 표 2는 발표자료의 일부분으로 LED 백라이트의 유형별 특징을 정리한 것이다. 왼쪽은 직하형 백라이트, 오른쪽은 엣지형 백라이트의 장단점을 요약한 것이다.
현재 LED 백라이트의 주류는 백색 LED가 포함된 엣지형 백라이트로서 가격 및 박형화의 측면에서 장점을 가지나 국소 디밍(local dimming)과 같은 동적인 구동의 적용과 관련해서 한계를 갖는다는 점이 강조되었다. 아울러 화질 상의 장점을 살릴 수 있는 RGB LED 백라이트의 구조, 특징 및 동적인 구동과 관련된 LED TCON(timing controller)와 디밍 컨트롤러 기술의 세부 내용들이 소개되었다.
-국외 과학자
- Katsuya Otoi, Tokihiko Shinomiya, Takeshi Masuda, Hirofumi Murakami, Hideki Ichioka, Kohji Fujiwara, Katsuteru Hashimoto, Takayuki Murai: Sharp Corporation, 2613-1 Ichinomoto-cho, Tenri, 632-8567 Nara, Japan
발표논문(AMD1-1): Characteristics, Their Applications and Trends of LED Backlights
PDP
플라스마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 분야는 총 다섯 개의 세션 중 세 개가 PDP의 방전효율과 관련되어 있을 정도로 PDP의 효율 향상 및 소비전력 저감과 관련된 연구가 집중적으로 이루어지고 있음을 알 수 있었다. 이러한 경향은 최근 LED 백라이트 기술을 통해 소비전력이 급격히 낮아진 LCD TV와의 격차를 줄이기 위한 PDP 진영의 노력의 일환으로 이해된다.
카이스트의 최경철(K. C. Choi) 교수는 초청강연(PDP3-5L)에서 형광체 입자와 혼합된 금속(Ag, Si) 나노입자들이 표면 플라스몬 공명 현상을 통해 국소적인 전기장 증가를 유도하고 이에 따라 MgO의 이차전자 방출 및 형광체의 발광효율에 긍정적인 영향을 줄 수 있다는 결과를 발표하였다. 삼성SDI의 박형빈(H. B. Park)박사는 초청강연(PDP4-1)을 통해 PDP의 효율에 직접적인 영향을 주는 패널의 디자인 요소들에 대해 설명하였다. 특히 격벽(barrier rib)의 구조, 혼합가스의 종류와 비, 유전체 층이 발광에 기여하지 않는 무효전력(reactive power)에 미치는 영향에 대해 체계적으로 설명하였고 이와 관련한 삼성SDI의 기술개발동향에 대해 발표하였다.
이 외에 SrCaO, CaMgO 및 SrO-MgO 이중막 등 다양한 보호층에 대한 연구결과들이 두 개의 세션에 걸쳐 발표되었고, 이를 통해 PDP 효율 향상을 위한 주된 연구 방향 중 하나는 보호층의 개선을 통해 이루어지고 있음을 알 수 있었다. 이러한 연구들은 주로 기존의 MgO 막에 비해 새로운 보호층이 나타내는 이차전자방출효과, 방전특성, 구동전압 특성 등에 초점을 맞추어 이루어지고 있었다.
-국내 과학자
- Kyung Cheol Choi, Seong Min Lee, and Woo Hyun Kim: Department of Electrical Engineering, KAIST, Daejeon, Korea, Phone: +82-42-350-5482, E-mail: kyungcc@ee.kaist.ac.kr
발표논문(PDP3-5L):Application of Localized Surface Plasmon Phenomena to an AC Plasma Display Panel
- Hyoung-Bin Park, Joon-Hyeong Kim, Won-Seok Yoon, Young-Soo Seo, Su-Bin Song, Woo-Joon Chung, Eun-Gi Heo, Yung-Jun Park, Chong-In Chung: PDP Development Team, Samsung SDI Co., Ltd., Cheonan-si, Chungcheongnam-do 330-300, Korea
발표논문(PDP4-1): Investigation of Panel Design Parameters for Low Power Consumption PDPs
FED
전계 방출 디스플레이(Field Emission Display, FED) 분야는 크게 전계 방출원(Field Emitters)과 관련된 세션이 3개, 전계방출 백라이트 기술에 관한 세션이 하나 조직되었으나 참가자들의 관심의 전반적인 무게중심은 전계방출 백라이트 기술에 맞추어져 있었다. 이는 FED가 디스플레이로서 시장 진입에 실패하면서 그에 대한 대안으로 떠오른 LCD 용 백라이트 기술이라는 응용분야에 대한 연구자들의 관심이 매우 크다는 것을 의미한다.
삼성종합기술원/삼성전자의 김용철(Y. C. Kim)박사는 초청강연(FED1-1)을 통해 삼성이 2012년 초 상용화를 목표로 개발 중이라고 발표했던 소위 "나노 TV" 용 전계방출 백라이트 기술에 대해 발표하였다. 삼성전자는 잘 분산된 CNT(Carbon NanoTube) 페이스트를 전자방출원으로 사용하고 있는데, 연구의 한 축은 이 전자방출원의 제조공정을 더 효율적이고 값싸게 바꾸고 전자방출원의 신뢰성을 높이는 것과 관련되어 있었다.
개발된 백라이트의 수명 수준은 약 3만 시간 정도로 발표되었는데, 예정대로 2012년 초에 성공적인 상용화를 달성할 수 있을지에 대해 많은 연구자들이 관심을 표명하였다. ETRI의 정진우(J. W. Jeong) 박사는 전계방출 백라이트를 고속으로 구동할 수 있는 전류구동 방법에 대해 발표하였다(FED1-2).
-국내 과학자
- Yong C. Kim, I. H. Kim, J. N. Hur, J. W. Bae, S. H. Park, H. J. Kim, I. T. Han, J. M. Kim and Y. H. Kim: Samsung Advanced Inst. of Tech., Samsung Electronics Co., Ltd., San 14-1 Nongseo-dong, Giheung-gu, Yongin-si, Gyeonggi-do, Korea 446-712
발표논문(FED1-1): Development of Carbon Nanotube Backlight for LC Television; Reliability of Printed Carbon Nanotube Field Emitters
- Jin-Woo Jeong, Jae-Woo Kim, Jun-Tae Kang, Yoon-Ho Song: Convergence Components & Materials Research Laboratory, ETRI, Daejeon, 305-700, Korea
발표논문(FED1-2): High Speed Lightening of CNT Field Emission Backlight for LCD by Enhanced Turn-off Current Driving Method
OLED
유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)형 디스플레이 분야는 OLED용 재료, 제조공정 기술, 디스플레이 응용 기술, 능동행렬 OLED(AMOLED) 기술 등으로 나뉘어 발표가 이루어졌다. 특히 제조공정 기술과 관련된 발표들(OLED2)은 솔루션 프로세스에 초점이 맞추어져 진행되었고, 플렉서블 OLED 세션(FLX4/OLED4)이 별도로 조직되어 이와 관련된 봉지기술, 그래핀(graphene) 시트를 활용한 플렉서블 투명 전극, 잉크젯 프린팅 기술, 솔루션 프로세스 등의 다양한 요소기술에 대한 발표가 진행되었다.
OLED 소자 기술과 관련된 세션에서는 OLED를 마이크로 디스플레이로 활용하는 기술에 대한 발표가 삼성 모바일 디스플레이(OLED3-2) 및 독일의 COMEDD(OLED3-5L)에 의해 이루어진 것이 특징적이었다. 그 외 엘지 디스플레이의 C. -W. Han 박사는 초청강연(OLED3-1)을 통해 백색 OLED를 활용한 15인치급 RGBW 패널 기술에 대해 발표하였다.
이 기술은 그림 6에서 보이는 것처럼 두 층(청색 발광층/빨강 +녹색 발광층)으로 구성된 백색 OLED에 컬러 필터를 적용하여 풀 컬러를 구현하는 기법으로서 제조 공정 상의 장점이 크고 유기물질의 활용률이 높다는 장점을 가진다고 한다. 표 3은 FMM(Fine Metal Mask) 기술을 사용해 만들어진 RGB OLED와 RGBW OLED(백색 OLED + 컬러 필터) 디스플레이의 특성표이다.
이 그림을 통해 두 디스플레이는 거의 동일한 성능을 보여주고 있음을 알 수 있지만 휘도의 시야각 특성은 RGBW OLED 쪽이, 색좌표의 시야각 특성은 RGB OLED 쪽이 다소 더 우수하다는 실험 결과가 제시되었다. 많은 이들이 RGBW OLED의 상용화시점에 대해 궁금해 하였으나 발표자는 상용화와 관련되어 회사 내부적으로 결정된 것은 아직 없다고 답변하였다.
-국내 과학자
- C.-W. Han, S.-H. Pieh, H.-S. Pang, J.-M. Lee, H.-S. Choi, S.-J. Bae, H.-W. Kim, W.-S. Ha, Y.-H. Tak, B.-C. Ahn: LG Display, Korea
발표논문(OLED3-1): 15-in. RGBW Panel Using Two-Stacked White OLED and Color Filter for TV Applications
3차원 디스플레이
3차원 디스플레이 분야에서는 이전의 학회들과 마찬가지로 안경식, 무안경식 3차원 디스플레이 및 홀로그래피 기술에 대한 발표들(3D1, 3D2, 3D6)이 다수 포함되어 있었지만 그 외에 3차원 콘텐츠(3D3/DES3), 3차원 구현 알고리즘, 3차원 인간 요인(VHF8/3D4), 3차원 화질(3D5) 등이 별도의 세션으로 조직되어 3차원 영상의 구현 및 평가와 관련된 다양한 측면들에 대한 연구가 발표되고 토론되었다.
전자종이 및 플렉서블 디스플레이
전자종이(e-paper) 분야는 무려 7개의 세션이 조직되어 플렉서블 전자종이 기술(FLX3/EP1), electrophoretic 디스플레이 기술(EP2, EP3), 일렉트로크로믹 디스플레이 기술(EP5), 콜레스테릭 LCD 기술(EP6), Electrowetting 기술(EP7) 등과 관련한 다양한 발표가 진행되었다. 전체적으로 색상을 구현할 수 있는 컬러 전자종이 기술과 관련된 발표가 증가되고 있는 추세이고, 이에 따라 전자종이 기술의 무게중심이 현재 상용화되어 있는 흑백 전자종이 디스플레이에서 풀 컬러 전자종이 쪽으로 옮겨갈 것임을 알 수 있었다.
플렉서블 디스플레이 분야는 인쇄 공정, 재료 및 부품 등과 관련된 요소 기술(FLX2, FLX7/FMC6), 플렉서블 전자종이(FLX3/EP1), 플렉서블 OLED(FLX4/OLED4), 플렉서블 능동행렬 소자(FLX5/AMD4), 플렉서블 유기TFT(FLX6) 등의 세션으로 구분되어 발표가 진행되었다. 이 분야는 주로 다른 디스플레이 분야와 연동되어 개최되면서 해당 디스플레이를 플렉서블화할 수 있는 요소 기술 위주로 발표가 진행되었다.
기타
AMD 워크숍에서는 산화물 박막 트랜지스터(옥시드 TFT) 세션이 3개 조직되어 이와 관련된 연구 동향이 활발하게 교류되었고 물성, 제조공정, 소자 특성 등과 관련된 다양한 발표가 있었다.
토피컬 세션 중 하나인 INT(Touch Panels and Input Technologies) 워크숍에서는 터치 패널과 관련된 두 개의 세션이 조직되었다. 특히 in-cell 방식의 터치 패널 기술에 대한 발표가 다수 포함되어 이에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있음을 알 수 있었고 아울러 저비용화를 위한 기술 개발 동향도 다수 보고되었다.
토피컬 세션 중 하나인 LIT(Lighting Optics, Devices and Systems)에서는 LED 광원, 백라이트, 조명용 형광등 기술, 프로젝션을 위한 고체 광원 등과 관련된 다양한 발표가 이루어졌다. 그렇지만 다수의 발표가 예고 없이 취소되어 세션 조직상의 허술함이 드러나기도 하였다.
결론
본 학회를 통해서 파악된 각 디스플레이 분야별 주요발표 내용과 기술개발 동향을 분석자의 관점에서 요약해 보면 다음과 같이 정리할 수 있다. 21세기의 처음 10년을 거치면서 브라운관 기반의 디스플레이 시대가 평판형 디스플레이 시대로 교체되었고 LCD를 비롯한 평판형 디스플레이 기술은 성숙 단계에 도달하였다고 판단된다.
현재 평판형 디스플레이 시장이 LCD에 의해 주도되면서 LCD의 성능 및 제조공정을 개선하기 위한 다양한 발표들이 진행되었지만 이와 더불어 블루 상(blue-phase) LCD, 광배향(photo-alignment) 기술, 산화물 및 유기 박막트랜지스터 등 새로운 요소기술, 공정기술과 관련된 연구들도 증가하고 있는 추세였다.
LED 백라이트에 의한 박형화, 저소비전력화 기술이 강조되면서 PDP의 경우에는 효율 개선 및 소비전력 저감과 관련된 연구가 주를 이루었고 특히 새로운 보호층의 개선을 통해 이를 달성하려는 경향이 뚜렷하였다. FED의 경우는 디스플레이로서의 시장 진입에 실패하면서 새로운 응용분야를 창출하기 위한 연구가 지속되고 있는데, 삼성이 "나노 TV"의 상용화 발표로 두각을 나타낸 전계방출 백라이트 기술이 큰 주목을 받았다. 아울러 3차원 디스플레이, OLED 등 상용화의 첫 발을 내디딘 차세대 디스플레이 기술들과 관련된 발표들도 꾸준히 늘어나고 있는 추세임을 알 수 있었다.
이외에 LED가 백라이트 및 프로젝션 디스플레이의 새로운 광원으로 주목 받으면서 이와 관련된 광원 기술 특별 세션이 조직되었고 스마트폰 등을 통해 터치 기술의 중요성이 강조되면서 정보 기술 입력과 관련된 특별 세션도 조직되었다.
본 학회에서는 작년에 이어 기존의 디스플레이 기술 이외에 새로운 디스플레이 기술들과 관련된 발표들도 선을 보였다. 이 중 반도체 나노결정으로 구성된 양자점 디스플레이 및 양자점 백라이트 기술이 주목을 받았고 프로토타입으로 제작된 디스플레이의 성능들이 발표되었다. 아울러 MEMS 기술에 기반한 TMOS 풀 컬러 디스플레이도 관심을 끌었는데, 특히 컬러필터나 편광판과 같은 광흡수형 부품이 존재하지 않아 높은 광효율을 보일 수 있다는 가능성에 많은 사람들이 주목하였다.
본 학회는 17년간 이어져 온 학회의 기본 틀을 계속 고수함으로써 안정적인 운영이 돋보임과 동시에 특별 세션을 별도로 조직하여 새로운 기술 트렌드를 담아내려는 노력도 함께 이루어지고 있다. 그렇지만 평판형 디스플레이 시장과 기술이 성숙 단계에 접어들면서 이와 관련된 연구 동향도 새로운 부분들이 줄어들어 전체적인 학회의 분위기가 참신함을 띠지 못하고 다소 상투적인 진행으로 고착된다는 느낌을 주었고 다수의 구두/포스터 발표가 예고 없이 취소되는 문제점을 노정하였다.
하지만 현재의 주도적인 디스플레이의 지위를 넘보는 차세대 기술들이 이후 어떤 식의 기술적 진화를 보일지에 대해서 어느 정도 감을 잡을 수 있는 의미 있는 학회였다고 생각된다. 올해의 IDW2011은 2011년 12월 7일~9일에 일본 나고야의 나고야 콩그레스 센터에서 개최될 예정이다.
그림 1. 일본 후쿠오카 인터네셔널 콩그레스 센터에서 개최된 IDW2010 개막식
그림 2. 양자점의 일반적인 구조(PH3-1 발표자료 중에서(IDW2010)).
그림 3. 청색 LED와 노랑색 양자점을 활용한 엣지형 백라이트의 단면도(IDW2010 Proceeding p.1590).
그림 4. 청색 LED와 녹색 적색 양자점을 활용한 엣지형 백라이트의 발광스펙트럼(왼쪽) 및 백색 LED를 활용한 백라이트의 특성과 색재현성(오른쪽)을 비교한 그림(IDW2010 Proceeding p.1590).
그림 5. TMOS 디스플레이의 개략도(왼쪽) 및 실물 사진 (오른쪽)(IDW2010 Proceeding p.1610).
그림 6. 엘지가 발표한 백색 OLED의 구조(OLED3-1 발표자료 중에서(IDW2010)).
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