플렉시블디스플레이 - contents.kocw.netcontents.kocw.net/KOCW/document/2015/sungkyunkwan/leejunsin/9.pdf · PET PEN PEEK PC Polyarylate PES PAR PI ( ) ... Polyimide Polythiophene

디스플레이공학

1

6장.

플렉시블디스플레이


2

플렉시블 디스플레이

플렉시블 디스플레이 모식도


3


플렉시블 디스플레이의 분류


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1) Durable : 얇고 가벼우면서(thin & light) 깨지지 않는 디스플레이, 플렉시블 디스플레이의 가장 초기형태로서 기판만 유리에서 유연한 소재로 바뀐 형태로기존 휴대용 제품의 견고한 외곽은 그대로 사용하나 제품의 두께, 무게, 신뢰성을 혁신적으로 향상시킨 형태의 디스플레이를 말한다.

2) Bendable & Conformal : 휘어지고, 일정부분 디자인이 자유로운 디스플레이, 디자인을 자유롭게 구현할 수 있다는 것이 핵심으로서 휘어진 형태를 지속적으로 유지할 수 있고 디스플레이 외곽 디자인을 자유롭게 하여 패션개념이 가미된 새로운 형태의 모바일 제품을 비롯해 평면이 아닌 공간이나 자투리 공간을 최대한 활용한 새로운 개념의 제품을 만들어 낼 수 있다.

3) Flexible : 플렉시블 디스플레이가 추구하는 궁극적인 형태로서 두루마리형태처럼 자유롭게 말 수 있는 디스플레이, 자유롭게 접고 말 수 있는 디스플레이로 최소한의 공간을 활용하면서도 대화면을 구현할 수 있는 공간절약형 신개념의 제품을 만들어 낼 수 있다.

4) Disposable : 종이를 대체할 수 있는 초저가 디스플레이, 프린팅 프로세서를 기본으로 하여 롤투롤(roll-to-roll) 공정기술로 연속적인 제품을 생산함으로서초저가 구현이 가능해지고 일반종이 인쇄물을 대체하는 신규제품을 만들어내고 일회성 제품으로 쉽게 사고 임의로 폐기할 수 있는 디스플레이 구현이 가능하다.



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1) 기판기술(Substrate) : plastic film, metal foil, thin glass2) 구동소자 기술(TFT Array) : a-Si TFT, poly-Si TFT, Organic TFT3) 디스플레이 모드 기술(Display Mode) : LCD, OLED, Electrophoretic



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Flexible display 응용분야별 발전 전망


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플렉시블 디스플레이의 제조공정 발전방향

플렉시블 디스플레이의 재료 및 요구특성

플라스틱 기판


8

0

50

100

150

200

250

300

350

400

PET PEN PEEK PC Polyarylate PES PAR PI

Tg

(℃

)플라스틱 기판의 분류

플라스틱 기판의 분류


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플라스틱 기판의 종류

플라스틱 종류 색상 제조업체

Polyethyleneterephtalate

TransparentGeneral Atomics (USA)Mitsubishi Chem.(Japan)

Polyethylenenaphtalate

Transparent DuPont Teijin Film(Japan)

Polycarbonate TransparentTeijin Film(Japan)GE(USA)Mitsubishi Eng.(Japan)

Polyethylenesulfonate

TransparentSumitomo Bakelite(Japan)i-Component(Korea)

Arylite Transparent Ferrania Image System(Italy)

Polyimide Yellow/TransparentDuPont(USA)Mitsubishi Gas(Japan)

Polynorbonene Transparent JSR(Japan)

플라스틱 기판의 종류 및 제조업체


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플라스틱 기판

플라스틱 기판별 물성치 비교표


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Barrier

layer

Barrier

layer

플라스틱 기판구조

Vitex사에서 개발한 flash evaporation 기술


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플라스틱 기판의 요구특성

PEN 기판의 치수 안정성 변화


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낮은 열팽창계수(CTE)

열팽창 계수 차이로 인해 생긴 박막의 균열 및 박리 현상


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높은 베리어특성

MOCON사의 투습도 평가 장비 개념도


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강직성

Plastic lift-off 공정


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내구성(Durability)

플라스틱 기판의 기계적 시험방법


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내구성(Durability)

100nm ITO가 코팅된 플라스틱 기판에서의 crack 진행과정( :100nm, :50nm)


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Multi

Layer

Barriers

Multi

Layer

Barriers

응용분야별 베리어 막요구특성치

용도별 요구특성


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프린팅 공정 기술

Printingmethod

Viscosity(Pas)

Layer thickness

(μm)

Feature size(μm)

Registration(μm)

Throughput(m2/s)

Gravure 0.01∼0.2 <0.1∼8 75 >20 3∼60

Flexography 0.05∼0.5 0.04∼2.5 80 >200 3∼30

Offset 5∼100 0.5∼2 10∼50 >10 3∼30

Screen 0.5∼50 0.015∼100 20∼100 >25 2∼3

Ink-jet 0.001∼0.04 0.05∼20 20∼50 5∼20 0.01∼0.5


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잉크젯 프린팅에 의한 OTFT printed array of 300 μm polythiophene(Xerox/PARC)


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Laser transfer patterning 공정개략도


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기존의 전통적인 제조공정과 미래 프린팅 제조공정


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스크린 프린팅 공정개략도 및 스크린 프린팅 장비

스크린 프린팅 (Screen printing)


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그라비어 프린팅(Gravure printing)

플렉소그래피 프린팅 공정개략도 및 플렉소그래피 프린팅된 기판

그라비어 프린팅 공정개략도


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옵셋 리소그래피 프린팅

옵셋 리소그래피 프린팅 공정개략도


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잉크젯 프린팅(Ink-jet printing)

Drop-on-Demand piezo ink-jet 및 thermal ink-jet 원리

연속 잉크젯 프린팅 모식도


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Roll-to-roll 공정의 단순화된 schematic diagram [1. Treatment & coating process 2. Pattern print (organic/metallic, etc.) 3. Inspection & monitoring]. (a) Discrete process : 각각의 공정이

보조 roll에 의해 전체적으로 연결, (b) Integrated process：개별 process가

연속적으로 전체 공정 내에 존재함


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a) Applied Film사의 롤투롤 진공증착 시스템,(b) Hewrett-Packard사의 롤투롤 임프린트 리소그래피 설비


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Mass printing 연속공정에의한 유기트랜지스터 소자제작 공정도

선 간격 20 μm 및 전자회로의기능성 선폭 75 μm를구현한 그라비어인쇄 패턴 (VTT)


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(a) Eastman Kodak사에서 발표한 cholesteric liquid crystal display의롤투롤 제조공정, (b) SiPix사의 전기영동필름의 롤투롤제조 공정


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구동소자 기술


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프로토타입 플렉시블 디스플레이

2.5-inch prototype display [16.8 million colors at a 120 x 160 pixel resolution

(80 ppi, 318-mm pixel pitch), is 0.3 mm thick and weighs 1.5 grams without the driver]


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전도성 유기물(공액성 분자)의 전도원리

전도성 고분자와 재료별 전도성


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전도성 유기물(공액성 분자)의 전도원리

Bond dimerization

Energy band gap by Peierls


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유기박막트랜지스터(OTFT)의 동작원리

OTFT 구조 및 동작 메커니즘


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유기박막트랜지스터 성능평가 인자

OTFT소자의 ID-VG output 특성 그래프


37

유기반도체 재료 연구방향

유기박막트랜지스터 구조 및 관련 유기물 재료


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P3HT의 배향 차이에 대한WAXS(Wide Angle X-ray Scattering) 이미지 및 실리콘 옥사이드게이트 절연막을사용하였을 때의 P3HTregioregularity와 전하이동도 사이의 관계


39


유기반도체 분자구조 및 기술발전 추이


40

유기반도체 재료기술 개발 동향

p형 진공증착용 재료


41


p형 용액공정용 재료


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MaterialMobility (cm2/Vs)

On/Off ratio

0.6 107

1.83 104

0.6 -

0.11 105

n형 진공증착용 재료 BBL 분자구조


43

유기절연체의 분극현상

<OTFT소자의 계면분극 모형> <분극현상의 종류>


44

유기 절연체 재료 기술 개발 동향

유기절연체 반도체 이동도 (cm2/Vs) 기판

Polyimide 펜타센 0.27～0.71 PES

Polyimide 펜타센 0.27～0.71 Polyimide

Polyimide 펜타센 0.3 PEN

Cross-linked PVP 펜타센 0.06 PEN

Cross-linked PVP 펜타센 1.2 PES

Crosslinked PVP 펜타센 1.3 PES

PS 펜타센 0.16 Glass

PS Tetracene 0.2 Si wafer

PVP 펜타센 0.2 Paper

PVP NTCDA 0.02 Si wafer

PMMA 펜타센 0.01 Si wafer

Poly(chloro-p-xylene) 펜타센 10-4～5 Glass

Polyimide/SiO2 펜타센 0.75 Si wafer

polyacrylate/Al2O3 펜타센 0.01 PEN

유기절연체 특성 (진공증착용 유기반도체 적용)


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유기 절연체 재료 기술 개발 동향

유기절연체 반도체 이동도 (cm2/Vs) 기판

Polyimide Polythiophene 10-5 Glass

PHEMA P3HT 0.1 Glass

PVCN, Epoxy/PMMA

PEDOT,PPy

NA PET, PP

PMMA, cross-linkedPVP, PHEMA, PS

P3HT 10-3 Glass

CYPEL, PVP,PVOH

P3BT 0.04 Polyimide

PMMA P3HT 0.001 PET

PMMA blend P3HT 0.02 PET

BCBPolyfluorene copolymer

10-4 Glass

Poly(4-methylstyrene)PTPTP, F15-

NTCDI0.02 Glass

Polymer photoresist P3HT 0.003 Polyimide

Cross-linked PVP F8T2 0.1 Glass

유기절연체 특성 (용액공정용 유기반도체 적용)


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플렉시블 기판을 이용한 유기박막트랜지스터

플렉시블 기판 및 박막트랜지스터를 이용한 OLED 시연


47

전자종이 디스플레이의 구조 및 동작 원리

전자종이 구현을 위한기술개발 동향


48

전자종이의 특징

전자종이의 다양한 형태


49

전자종이의 구현기술

전기영동 디스플레이의구동원리


50

Encapsulated EPD

Encapsulated 전기영동디스플레이 구동원리


51

Encapsulated EPD

컬러 전기영동 디스플레이


52

마이크로컵(microcup) EPD

SiPix imaging이 선보인 신용카드 적용 예


53


Microcup 전기영동 디스플레이 구동원리


54


Microcup 전기영동디스플레이 제조공정

마이크로 엠보싱 공정을통한 마이크로컵 제작


55

마이크로컵 전기영동디스플레이 컬러구현 원리

SiPix사의 수동, 능동구동형전기영동 디스플레이 모식도



56


마이크로컵 vs 마이크로 캡슐형 전기영동 디스플레이 비교


57

In-plain EPD

In-plain EPD 구동원리


58

In-plain EPD

In-plain EPD 컬러 구현원리


59

Bridgestone`s QR-LPD

Quick-response liquid powder display(QR-LPD)


60


QR-LPD의 구동원리

Response of reflectivity


61


QR-LPD`s Detector angule LG전자의 QR-LPD


62


컬러 QR-LPD


63

Gyricon display

Gyricon 디스플레이 구조 및 재료


64

Gyricon 디스플레이 구동원리

Gyricon display


65

Gyricon display

Gyricon 디스플레이의 다양한 구현형태


66

전기습윤 방식으로구현한 이미지(SID2006)

전기습윤 디스플레이 구동원리


67

전기습윤 디스플레이 구동원리


68

(a) (b)

반사형 전기습윤 방식의 구동원리(a) 및 4개 픽셀에 구현된 이미지(b)

Electrowetting display (EWD)


69

발광형 전기습윤 방식의 구동원리



70

다양한 디스플레이방식과의 전력비교

발광형 전기습윤을이용한 전자종이



71

전기습윤 디스플레이 구동 scheme



72

전기습윤 컬러 디스플레이 구조 및 색범위

컬러필터를 이용한 컬러 구현방법



73

콜레스테릭 LCD의 구동원리

(Planar state) (Focal conic state)

콜레스테릭 액정의 상태변화

Cholesteric LC Display


74

액정모드를 이용한 전자종이

모드 기술 관련사

일반액정모드 TN, FSTN, VA, IPS

Softpixel, Samsung

Sharp/Seiko-Epson/Matsushita

단일액정 혹은 액정적층방식

BTN (Bistable Twisted Nematic)

Nemoptic

ZBD (Zenithal Bistable Display)

ZBD

SSFLC (Surface Stabilized FLC)

Ch-LC (Cholesteric LC)Kent/Nanox/Matsushita/Fujitsu

액정분산방식PDLC (Polymer Dispersed LC)

ASET



75

항목 News paper Ch-LC PDLC BTN

Reflectivity > 60% 30∼40% 15∼25% 30∼40%

Color Mono/Full 4,096 Yes C/F필요

ResponseTime

- 30∼100ms < 100ms 30∼100ms

Contrast 10:1 20∼30:1 10:1 18:1

Driving - Passive passive Passive

Voltage - > 40V > 10V 15V

Flexibility Yes Yes Yes -

액정모드에 따른 전자종이 구현성능 비교



76

콜레스테릭 컬러 LCD 구조 및 디스플레이 이미지



77

백, 흑 구현 시(반투과형 타입)



78

컬러필터를 이용한 컬러 구현 시(반투과형 타입)



79


콜레스테릭액정 소자구현원리 및 굴절률 이방성에따른 선택반사파장


80

콜레스테릭 LCD를 이용한 다양한 시제품


81

다양한 방식의 전자종이 성능비교


82

플렉시블 디스플레이의 연구 동향 및 전망

플렉시블 디스플레이 진화개념도


83

플렉시블 디스플레이 기술로드맵

출처 : 차세대정보디스플레이기술로드맵 (2006)


84

전자종이(E-paper) 세계시장 규모


85

전자종이 시장 연평균 성장률 및 단가

시장조사업체 연평균성장률 (%)단가 (달러/대)

2004년 2010년

iSupply 124.8 7 0.7

STEMI 86.9 - 0.16

Fuji Chimera 64.5 100 40

<출처: 전자종이, KISTI R&D 전략과제사전타당성분석, 2005>


86

E-ink 응용기술 개발 동향

World‘s First Mobile Phone

with EPDs "MOTOFONE"

Polymer Vision‘s“Cellular-Book"

with rollable display


87

E-ink 응용기술 개발 동향

미래의 전자종이 신문

Sony사의 전자책 Librie

Seiko사의 손목시계


88

국내의 연구 개발 동향

삼성전자가 SID2007에서발표한 전자종이

(좌: 40인치 E-paper, 우: 14.3인치 컬러 E-paper)

LG Philips LCD와 E-ink사가공동 개발한 컬러 전자종이


89

소프트 픽셀사의 플렉시블 디스플레이 제품

국내의 연구 개발 동향


90

해외의 연구 개발 동향

E-ink사의전자잉크공급 체인 (supply chain)


91

Hitachi사가 개발한 컬러 전자종이

Toppan 프린팅사가구현한 전자종이 신문

해외의 연구 개발 동향


92

전자종이 제품개발 이력


93

전자종이 제품개발 이력

<출처: Nikkei Electronics Asia, 전자종이시장이커진다, 2006>

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