Introduction to Electronic DISPLAY

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1 Introduction to Electronic DISPLAY
Nov 23, 2008

2 Pixel (pix + element) : 화소(畵素), 화상의 최소 요소

3 대표적인 전자 디스플레이 장치 전자디스플레이 장치 발광형, Active 수광형, Passive
CRT (cathode ray tube) 브라운관 디스플레이 LCD (liquid crystal display) 액정 디스플레이 PDP (plasma display panel) 플라스마 디스플레이 ECD (electrochemical display) 일렉트로케미컬 디스플레이 ELD (electroluminescent display) 일렉트로루미네선트 디스플레이) EPID (electrophoretic image display) 전기영동 디스플레이 VFD (vacuum fluorescent display) 형광 표시판 디스플레이) TBD (twisting ball display) 착색입자회전형 디스플레이 LED (light emitting diode) 발광 다이오드 디스플레이) SPD (suspended particle display) 분산입자배향형 디스플레이

4 LCD: Liquid Crystal Display

5 Liquid Crystal Display의 종류

6 Liquid Crystal (액정, LC) 이란?
액체와 같은 흐르는 성질과, 고체와 같은 광학적 특성을 보유 ex) Cholesteril benzoate (1888, F.Reinitzer) solid  white liquid  transparent liquid 145C C m.p transition temp. 융해열 크다 전이열 작다

7 m.p에서 위치의 질서만 깨짐 중심위치 : X 분자배향 : O  solid 결정처럼 복굴절성 (double refraction) 유지 Thermotropic LC : 결정을 가열하거나 냉각하면 액정이됨 lyotropic LC 한분자에 친수성기(hydrophilic)과 친유성기(hydrophobic, lipophilic)이 있고, 적당한 용매에 녹아서 액정특성을 나타냄 대부분의 LC는 유기화합물이다 온도변화에 민감한 색의 변화를 보인다 전기장, 자기장, 온도, 응력(stress) 등의 외부 영향으로 분자구조 가 쉽게 재배열하여 광학적특성의 변화를 가져옴 Display, 광전자소자, sensor등에 응용

8 Liquid Crystal의 기본구조 Benzene고리와 육각형고리 등의 고리형태의 구조 포함. 강직성을 갖는 가늘고 긴 분자 포함. 단순히 원통형 막대모양으로 가정할 수 있음. 분자내에 dipole과 이중결합을 포함.

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10 Example ) 비틀림 네마틱 (twist nematic, TN)형
- 배향제 사용하여 비틀림 배열 셀 제작 (장축이 90’꼬이게) 평행 또는 직교하는 편광자를 배치 전압인가시 평행 또는 직교여부에 따라 빛이 투과 또는 차단됨 인가전압에 따른 투과율

11 그림 2.24 일반적 LCD 구조

12 능동방식과 수동방식의 비교 능동방식(Active) 수동방식(Passive)

13 Active Matrix LCD 구조 해상도 1600X1200이 되려면 TFT 576만개 필요

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17 LCD의 제조공정 Color filter 제조 TFT array 제조 Cell 제조 Module 제조

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20 완제품 패널을 만들기 위한 마지막 공정으로 Cell 공정으로 만들어진 패널에 편광판과 PCB, 백라이트유닛등을 부착하는 최종 단계이다.

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22 장점 단점

23 PDP (Plasma Display Panel)
Xe, Ne등의 불활성 가스의 플라즈마 방전에 의한 형광체의 발광을 이용.

24 R (red), G (green), B (blue)이 각 pixel에 포함됨.
Cost down이 가장 큰 문제 중의 하나.

25 (thin film electroluminescent)
가장 일반적인 ELD 구조 exited state  ground state + hv blue color의 문제점 구동전압이 높음 (>200V) 가격이 높음.

26 Electron transfer layer Light-emitting layer + dopant
Organic Light Emitting Diodes Light Emission Cathode Electron transfer layer Light-emitting layer + dopant Hole transfer layer Buffer layer Anode Substrate LCD보다 응답속도가 빠르다. 발광형태이므로 휘도가 높다. 청색발광이 용이. 발광효율이 높음 (박막기술의 발달 ). 기계적 강도가 낮음. 열에 약함.

27 대표적인 발광재료 B G Y Or R Alq-family Host Dopant TDK Red shift DPVBi
Idemitsu Alq3 Red shift modifided Gaq3 Perylene distyrylbiphenyl Idmitsu Pioneer quinacridone DPT rubrene BTX ABTX DCJTB Kodak B G Y Or R Host Dopant Alq-family Mitsubishi

28 Organic Light Emitting Diodes
1995-7 1998 1999 2000 CDT-Seiko Epson 2.5” AM-PLED Pioneer 5.2” PM-OLED Sanyo-Kodak 2.4” AM-OLED 5.7”PM-OELD IK-97 Pioneer -95 IK-96 May, SK 5.5” AM-OLED CDT-Seiko Epson 2” AM-PLED Pioneer, PM, 4 Area Color LG, 1.8” Full color LG, 3.8”, PM LG, 8”-Full color ETRI, 2” Flexible OELD Source : Universal Display Corporation

29 Organic Light Emitting Diodes
2001 2002 2003 15”, Oct. 02, SK 3.6” Nov. 02 LITI, SDI 13”, Feb. 01, Sony 3”, 521 x 218 AM-OLED, SK 2.2”, Kodak 15”, Oct. 01, SDI Feb.03, SNMD 3”, Sanyo 17” April. 02 PLED,Toshiba 2.1” Nov. 02, IJP, Epson F505i, DOCOMO

30 High stability (air stability) Processing compatibility
What we need for commercial applications Improved performance mh, me, Ion/Ioff High stability (air stability) Processing compatibility High thermal conductivity Solution process : 대형화의 걸림돌 Green manufacturing

31 (Field emission display)
원리상 CRT와 비슷. 각 pixel에 전자총이 3개 (R-G-B). PDP, LCD와 각축 예상. CVD CNT를 이용한 electron emission : 대면적화 용이

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33 주요 DISPLAY별 특징비교 구분 CRT (브라운관) FPD (평판디스플레이) TFT-LCD PDP 유기 EL 장점 ㅇ고화질
ㅇ저가격 ㅇ경량/박형 ㅇ저소비전력 ㅇ고해상도 ㅇ박형 ㅇ대형 크기 ㅇ고선명․고속 단점 ㅇ넓은 공간 차지 ㅇ전자파 多 ㅇ고가격 ㅇ고소비전력 ㅇ저효율 ㅇ소형 크기 ㅇ저수명 크기 ㅇ10～40“ ㅇ55“이하 ㅇ32～70“ ㅇ20“이하 개발 단계 ㅇ성숙 ㅇ양산/성장 ㅇ양산초기/  개발 ㅇ시장진입/  연구․개발 적용 분야 ㅇ모니터, TV 등 ㅇ노트북PC, 모니터, TV 등 대형 ㅇ휴대폰, PDA, Palm PC 등   소형 ㅇ벽걸이 TV 등 초대형 연구기술 ㅇ평면화 ㅇ화면의 대형화 ㅇ저가격화 ㅇ고효율 ㅇ양산화

34 DISPLAY 산업의 특징 자본집약적이며 규모의 경제가 작용하는 산업. 적기 투자가 중요.
구 분 CRT TFT-LCD PDP 유기EL(능동형) 투자비용 3천 5백억원 1조 4천억원 3천억원 1조원 생산량 월 70만대 (15“ 기준) 월 90만대 월 2만대 (42“ 기준) (14~15“ 기준) 유리기판 대형화에 따라 투자비용이 급격히 증대. 구 분 4세대 5세대 유리 크기 680×880㎜ 1100×1250㎜ 유리 1장당 생산량 (15인치 기준) 6대 15대 라인당 투자비 6천억원 1조 4천억원

35 2-3년을 주기로 호황과 불황이 반복되는 산업 다양한 디스플레이의 존재로 신규시장 창출 가능성이 큰 산업 다양한 응용제품의 출현과 함께 복합경쟁구조를 가지면서 시장을 확대해나가는 산업

36 전-후방산업 연관효과가 높은 산업 부품 –소재를 공급받아 가공-조립하는 시스템산업이며, 디지털가전-컴퓨터-정보통신기기 등의 핵심부품으로 전-후방 효과가 큰 산업.

37 우리나라 디스플레이 산업의 문제점 LCD 관련 증착장비는 미국과 일본이 대부분 독점.
기초기술분야에 대한 저변 취약. EL, PDP 와 같은 새로운 시장 개척에서 뒤쳐진다.

38 SWOT 분석 강 점 (Strength) 약 점 (Weakness) 기 회 (Opportunity) 위 협 (Threat)
약 점 (Weakness) ○ 세계 최고수준의 양산기술을 바탕으로 세계 시장 선도 ○ 과감한 설비 및 R&D로 시장요구에 적기 대응 ○ CRT, TFT-LCD의 성공경험 및 노하우 보유 ○ 기초기술 및 차세대 제품기술 부족 ○ 장비, 부품․소재 등 연관산업의 기반 취약 ○ 전문 기술인력의 공급 부족 ○ 브랜드 인지도, 유통력 취약 기 회 (Opportunity) 위 협 (Threat) ○ 디지털가전 등 전방산업의 질적, 양적 성장 ○ 짧은 제품 수명주기로 신규 수요 및 대체수요 창출 활발 ○ 제품의 고부가가치화 진전 ○ 중국의 정보통신기기 시장의 급성장 ○ IT산업의 발전으로 다양한 응용업체 성장 가능 ○ 대만, 중국 등 후발국의 급성장 및 일본의 견제 ○ 국가별․업체별 전략적 제휴 등 경쟁 심화 ○ 국내․외 환경규제 강화 ○ 국내기업의 중국진출로 공동화 우려 ○ 국내 수요기반이 취약

39 각종 전자 디스플레이 장치 표시원리와 기본구조, 구성재료 (a)  LCD (Liquid Crystal Display) : LCD는 액정의 특정한 분자배령에 전압을 가아혀 다른 분자배열로 변환시키고, 이러한 분자 재배 열에 의해 발과하는 액정셀(cell)의 복굴절성, 선광성, 2색성, 광 산란특성 등의 광학적 성질의 변화를 시각변화로 변환하는 장치 b)   ECD (Electrochemical Display) : 고체 혹은 액체 물질의 전기화학적 산화환원 반응에 의해 나타나는 가역적인 색변화를 이용한 수광 형 표시 장치 c)   EPID (전기영동 디스플레이) : 액체에 미립자가 분산된 콜로이드 용 액중에는 전기적 2중층이 형성되어 분산입자는 + 혹은 –로 대전 하게 된다. 이러한 콜로이드 용액에 직류전압을 가하면 분산입 자는 쿨룸력에 의해 용액속에서 영동하게 된다. 이와 같은 전기 영동현상을 이용하는 장치

40 (d)   SPD (분산입자 배향형 디스플레이) 유전체 박막층을 도포한 2장의 투명 전극 기판 사이에, 투명한 액체중에 침상 내지는 판상의 착생 입자가 분산된 콜로이드 용액을 약 50 um 두께로 충진한 셀을 사용함. 전압이 인가되지 않을 땐느 분산입자는 브라운 운동으로 임의의 방향으로 배향하기 때문에 입사광은 흡수 혹은 산란되어 셀을 투과할 수 없게 된다. 그러나 전압이 인가된 경우는 분산입자를 긴 축방향으로 유기분극하여 전계 방향으로 일정한 배향을 유지하므로 입사광은 셀을 투과하는 원리를 이용 (e)   PDP (Plasma Display Panel) : PDP는 불활성 가스의 플라즈마 방전에 동반하는 가로세로로 배열된 매트릭스 전극 교점에서의 발광을 이용한 표시 장치 (f)    ELD (Electroluminescent Display) : 황화 아연 (ZnS)등의 모체 재료에 발광중심으로 작요하는 Mn (황색), Cu (적색), TbF3 (녹색) 등의 활성제를 첨가한 형광체의 발광층에 전압을 인사하면 활성제에 따라 결정되는 색으로 발광하게 되는 원리를 이용한 장치. 유기EL이 개발되면서 단점 극복.

41 (g) VFD (Vacuum Fluorescent Display) VFD는 저속 전자선에 의해 형광체의 여기발광현상을 이용하는 표시 장치임. 음극선 luminescent 현상을 이용하는 점에서는 CRT와 같으나, CRT는 전자빔의 주사로서 표시되는 것에 비해 VFD는 그리드부과 양극부에 선택저으로 전압인가를 조작하여 표시하는 점에서 CRT와 큰 차이가 있음 (h) LED (Light Emitting Diode) LED는 다수 캐리어가 전자인 n-형 반도체 결정과 정공인 p-형 반도체 결정이 서로 접합된 구조를 가지는 광전 변환 반도체 소자이다. 순방향 전압을 인가하여 전자와 정공의 재결합에 의한 발광을 이용하는 소자 (i) CRT (Cathode Ray Tube) 고속 전자선에 의해 형광체를 여기 발광 (음극선 luminescence)시키는 현상을 이용한 표시 장치

42 각종 수광전자 디스플레이의 표시원리, 주요재료

43 각종 수광전자 디스플레이의 표시원리, 주요재료

44 표시 성능과 특징 비교 (1)   동작전압과 소비 전류 : 표시장치의 구동에 필요한 인가 전압을 동작전압 (V), 구동시에 흐르는 전류를 소비전류 (A), 이들의 곱을 소비전력 (W)이라 함. 낮을수록 좋음 (LCD, SPD) (2)   표시 콘트라스트 (contrast)와 계조성 (tone) : 표시부의 휘도와 비표시부의 휘도의 비율로 나타냄. 수광형(10-18)에 비해 발광형(30-100)이 높음. Tone은 CRT-PDP-LCD순임. (3)   응답시간: 일반적으로 전압인가로부터 표시가 나타날 때까지 필요한 시간을 rise 시간, 전압을 끊은 후부터 표시가 소멸할 때 까지의 시간을 감쇠 (decay) 시간으로 나타냄. 수광형(20-500ms)가 발광형(1-50us)보다 느림.

45 (4)  휘도와 밝기 : 일반적으로 휘도 (luminance)는 발광형 표시장치의 발광강도의 평가에 이용되고 있으며, 그 단위는 fL (foot Lambert) 또는 cd/m2로 나타낸다. (1fL = 3.426cd/m2) 밝기(brightness)의 표현은 일반적으로 비발광 수광형 표시장치에 주로 이용된다. (5)  표시색: 발광형 표시장치가 발광하는 빛의 색상 및 수광형 표시장치가 투과 또는 반사하는 빛의 색을 표시색이라 함. CRT의 경우 흑백, 단색, 다색, 풀칼러를 임의로 쉽게 표현함. (6)  메모리 기능: 인가 전압을 끊은 후에도 표시상태가 보존되는 기능을 메모리 기능이라 부름. 소비전력 감소에 도움. (7)  동작수명: 표시장치의 동작수명이 짧고, 긴 것은 근본적으로 표시원리에 의한 경우와 사용 재료의 상태 및 화학적 안정도, 내습성, 내광성 등의 내 환경성, 부수적인 반응이나 불순물의 생성 등 이외의 여러 조건에 의해 좌우됨. 현재 실용화된 것은 1-10만 연속동작수명을 가짐.

46 각종 디스플레이 디바이스 표시 성능

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48 각종 전자 디스플레이 장치의 특징 비교