투명lcd 패널기술개발과...

투명투명 LCD LCD 패널패널 기술기술 개발과개발과투명투명 LCDLCD 패널패널 기술기술 개발과개발과

시장시장 전망전망시장시장 전망전망

DDisplay isplay DDevice evice LLababDDisplay isplay DDevice evice LLabab DONG-A UNIVERSITY1/20

What is Transparent Display?What is Transparent Display?

투명 디스플레이 : 투명 전자소자를 이용한 시각적으로 투명한 형태의디스플레이 (투명도 5% 80%)디스플레이 (투명도 : 5% ~ 80%)


Trend for Display TechnologyTrend for Display Technology

FPDLED

CRT LCDPDP

3DLEDTV

C

SmartTV 성능 경쟁

형태 경쟁

FlexibleDisplay

형태 경쟁Transparent

DisplayFlexible

TransparentDispla

Real 3DDisplay

Display


3 DisplayDisplay DeviceDevice LaboratoryLaboratory

Why do we need TPD ?Why do we need TPD ?• Performance & Cost- 4 Mask Process- One Drop FillingIn the past In the Future p g- 120Hz- LED BLU, Local Dimming BLU

• Larger Size- LCD Fab. (5G~10G)Interactive &

C i

In the past“Manufacturer Centric”

In the Future“Consumer Centric”

• Design & Green- Ultra Slim- Energy Saving Device

D i &

Reality

Convenience

• Reality

- 3D, UD

- Big Screen

• Interactive & Convenience

Performance& Cost

Design &Green

차세대 디스플레이 디자인 친환경 실감 인터렉티브 편의성

• Interactive & Convenience- Smart Touch Screen, Sensor- Extreme Portable- Flexible

Larser Size

차세대 디스플레이: 디자인, 친환경, 실감, 인터렉티브, 편의성

TransparentDi l

인간의 기본적 욕구 : 투명

+


Display인간의 기본적 욕구 : 투명

TPD ApplicationsTPD Applications

Avionics Car

Transportation Display

Avionics Car

Mobile

Si b d Keypad

Notebook

Sign board Keypad

Medical & Military Interior Design

Tablet PC

Phase 1

Replace current applications

Window Phase 2

Open


new applications

투명디스플레이투명디스플레이시장시장현황현황

•• 20122012년년 시장시장 형성형성 시작시작

•• 기존기존 디스플레이디스플레이 시장시장 대체대체 및및 신시장신시장 창출창출기존기존 디스플레이디스플레이 시장시장 대체대체 및및 신시장신시장 창출창출

•• 20282028년년 이후이후 일반일반 평판평판 디스플레이디스플레이 보다보다 시장시장 점유율이점유율이 높아질높아질 것으로것으로 전망전망


6

출처 : Source: Displaybank, “Transparent Display Technology and Market Forecast” (2011)

국가국가 66대대미래산업미래산업기술기술선정선정

지식 경제부 투명플렉시블 디스플레이 과제 선정• 지식 경제부 : 투명플렉시블 디스플레이 과제 선정

• 지원 기간 : 5~7년

• 지원 금액 : 1조 5000억원


국내국내 투명투명 디스플레이디스플레이 특허현황특허현황

투명 디스플레이 관련 특허 출원 건수 업체별 특허 출원 건수

- 국내 투명 디스플레이 관련 특허 출원 가속화

120

14060

50100

80

60

50

40

30

20

40

60

10

20

LGD삼성전자

SMD삼성SDI

삼성전기

ETRI2006 2007 2007 2009 2010


Ref : 특허청

투명투명 디스플레이의디스플레이의 종류종류

AMAM--OLEDOLEDAMAM OLEDOLED

ACAC--TFELTFELEmissive typeEmissive type

LCDLCD

LEDLEDSee Trough typeSee Trough type

LCDLCD

ElectrochromicElectrochromicTPDTPD

Passive typePassive type

ElectrowettingElectrowetting

TPDTPD

HUDHUD

HMDHMDProjection typeProjection type


HMHM

Emissive vs Passive under bright environmentEmissive vs Passive under bright environment

Passive

Perfectlightshutter

Emissive

shutter

Sun light (10,000~25,000 lux)Emissive

Difficult todistinguishimage

Emissive TPD : hard to realize black state

LCD OLED

Transparent state1,500~3,750 lux

(eff : 15%)300 lux


Block state 1~2.5 lux (CR 10,000:1) 700 ~ 1,700 lux

Emissive vs Passive under dark environmentEmissive vs Passive under dark environment

PassiveDifficult to seeiimage

Emissive

Edge BLU

After sunset (0.01 lux)Emissive

Perfectdisplay

Passive TPD : hard to show imageswithout light source

LCD OLED

Transparent state750 lux

(eff : 15%, 5000 lux BLU)300 lux


(eff 15%, 5000 lux BLU)

Block state 0.5-0.7 (CR 10,000:1) 0.15 lux

투명투명 OLED OLED (Emissive type)(Emissive type)

• Conventional OLED vs Transparent OLED

장점

– 기존 공정 그대로 이용기존 공정 대 이용

단점

– Low transparency

– Black 구현 안됨 : Poor C/RBlack 구현 안됨 Poor C/R

→ 투명 전극 & TFT 적용Emitting Light Light Leakage→ 투명 전극 & TFT 적용

장점

– High transparency (어두운 환경)g p y 어두운 환경

단점

– Black 구현 안됨 : Poor C/R

– 밝은환경에서 시인성 저하


밝은환경에서 시인성 저하

– 재료 및 공정 개발 필요[White state] [Black state]

투명투명 OLED OLED (Emissive type)(Emissive type)

15” monitor (LG display)19”Monitor (Samsung)


MP3 (Ice touch, Samsung) Flexible OLED (Ice touch, Samsung)Notebook (Samsung)

투명투명 LCD LCD (passive type)(passive type)

• LCD: 투명전극 사용 (투과형)

→ 투명 LCD: 기존의 LCD를 그대로 적용 가능

LGP

Reflector

장점

– 기존 공정 그대로 이용

High transparenc (밝은 환경)

상 Pol

Color Cell하 Pol

DBEF-DBEF

Diffuser– High transparency (밝은 환경)

– Good black state: High C/R

단점

!!?

단점

– Low light efficiency ( < 7%)

– Backlight 등의 광원 필요

– 협시야각


투명투명 LCD LCD (passive type)(passive type)

46”T-LCD (Samsung) 47”T-LCD (LG display)

Cell phone : Xperia pureness

22”T LCD i W ld


- ClockXperia pureness (Somy-erickson)

22”T-LCD monitor : World first mass production

Electrowetting Display Electrowetting Display (passive type)(passive type)

• Electro-wetting display

전압 제어에 따른 절연막 성질 변화 이용 친수성 소수성→ 전압 제어에 따른 절연막 성질 변화 이용 (친수성 ↔소수성)

장점- Bistability

Colored oil

Bistability- 적은 소비전력- 높은 투과율- 반사형과 투과형 모드 선택적으로 구현

가능

Electrode

Hydrophobic dielectric

Colored oil

<Field off state>

가능단점- 각각 다른 Color oil 필요- 느린 응답속도Electrode<Field off state> 느린 응답속도

Water

+ + + + + + +

- - - - - -


<Field on state> Proto type

HUD HUD (Projection Type)(Projection Type)

• HUD : Head Up Display

- Projection to large glass like window

- Application : Navigation in car, airplane

Backlight Unit

- HUD in F15


- Operating principle- HUD in BMW

Comparison LCD vs OLEDComparison LCD vs OLED

T-LCD (SID 2010) T-OLED (CES 2010)

제조사 SEC SMD

크기 46 inch (22 inch) 15 inch

Transparency 6 % (15%) 40%Transparency 6 % (15%) 40%

시인성밝은 환경 Good Bad

어두운 환경 Bad Good

대비비 G d B d (Bl k 구현 불가)대비비 Good Bad (Black 구현 불가)

응용제품군 TV, PIP, Window Mobile

제조단가 Low High

제품


Issues in Transparent DisplayIssues in Transparent Display

Requirement T-LCD status 비고

Visible Transmittance > 70%15% (color)20% (B/W)

SEC (22”)20% (B/W)

Full color capability O O -

Real size panel > 100 inch 47” LGDReal size panel > 100 inch 47 LGD

Dark Room C/R > 1000:1 500:1 SEC (22”)

Bright Room C/R > 10:1 > 10:1 SEC (22”)Bright Room C/R > 10:1 > 10:1 SEC (22 )

Interactive Display O O -

B l id h 10 NBezel width < 10mm Not yet -


투명투명 LCD LCD 핵심핵심 기술기술

1. High Light Efficiency (High Transmittance)

Pixel/전극/패널 구조 개선

고효율 편광판/광학필름

Polarizer Free 투명 광원

C/F & Pol freeColor Filter Free

2. 광원 기술

C/F & Pol. free

Color panel

Edge형 투명 BLU


기존기존 LCD LCD 광효율광효율

투과도 저하

LCD pixel 투과율 = 개구율 * 모드 투과율

100%

투과도 저하

Polarizer

100%

40%13%Only 7% !!

50%

Polarizer

Liquid Crystal & electrode

Color FilterAnalyzer

electrode

PolarizerLC dSolution Pi l ti i

Polarizer free

LC mode Solution Pixel optimize

- 개구율 확대

투명 TFT/투명전극

- Normally white mode

- 고투과율

- 대비비 향상

- 저전압 구동


투명 TFT/투명전극

- 신규 Pixel 구조

고투과율

- 광시야각

저전압 구동

- 신규 모드

LCD LCD 모드모드 개발현황개발현황

편광판 필요Transmittance < 7%

Normally WhiteTransmittance 7%

Normally WhiteNarrow viewing angle

TN

BirefringentMode

Wide viewing angleNormally Black

VA (SVA, UV2A)

IPS (FFS)

Rugged structure

LCDMode

Rugged structureLow contrastHigh voltage

PDLC

ScatteringModeScattering

Mode

편광판 불필요

High transmittanceHard to realize full colorHigh voltage

Ch-LC

ModeMode


편광판 불필요Transmittance > 50%

High voltage

기존기존 LCD ModeLCD Mode 성능비교성능비교

TN SVA UV2A IPS FFS(PLS)TN SVA UV A IPS FFS(PLS)

Transmittance> 8%

(100%)~ 6%(75%)

~ 6%(75%)

~ 6%(75%)

~ 7%(87%)

Contrast ratio 1000:1 5000:1 5000:1 3000:1 3000:1

Response time < 16ms ~ 4 ms < 4 ms < 8 ms ~ 5 ms

Viewing angle X △ △ ⊙ ⊙Viewing angle X △ △ ⊙ ⊙

구동모드Normally

whiteNormally

black

TPD 적용시문제점

Narrow viewing angle

- Normally black mode- Low transmittance


기존기존 LCD ModeLCD Mode를를 통한통한 접근방법접근방법 (TN)(TN)

TN mode : Normally White & 투과율 ~ 8%

White state

Without E-field

Black state

With E-field

SEC 22인치 양산발표- B/W : 투과율 20% Color : 투과율15%- TN + 신규 Pixel 구조 (RGBW)

Analyzer

TN + 신규 Pixel 구조 (RGBW)

V

Polarizer

- Most region remains with transparent state : Increase the

transmittance


- Normally white LC mode : Reduce power consumption

- Asymmetric viewing angle

기존기존 LCD ModeLCD Mode를를 통한통한 접근방법접근방법 (4DTN)(4DTN)

4DTN mode : Normally White & 투과율 ~ 7% & 광시야각

(V)

0 8

1.0

1.21DTN 4DTN 2.8wt%_10V RM curing3wt%_0V RM curing3wt%_10V RM curing

Tra

nsm

ittan

ce (

0.2

0.4

0.6

0.8

Applied voltage (v)0 2 4 6 8 10

0.0

- Wide viewing angle & No gray inversion

- Normally white LC mode


- Less transmittance & Cumbersome fabrication process

기존기존 LCD ModeLCD Mode를를 통한통한 접근방법접근방법 (VA)(VA)

VA mode : Normally Black & 투과율 ~ 6%

Black state

Without E-field

White state

With E-field

Analyzer

SEC 46인치 전시 (투과율 6%)

V

Polarizer

VA Mode

- Wide viewing angle & High contrast

- Well established technology (Size, Price, Mass production)


- Normally black mode & Low transmittance

기존기존 LCD ModeLCD Mode를를 통한통한 접근방법접근방법 (VA)(VA)

VA mode with Parallel Polarizers

White state

Without E-field

Black state

With E-field

1 0

기존 Cross Pol. Parallel Pol.

Analyzer

ance

(V)

0.6

0.8

1.0Crossed polarizerParallel polarizer

투과율 2배이상 상승

V

Tran

smitt

a

0.2

0.4

Polarizer

Applied Voltage (V)0 2 4 6 8 10

T

0.0

VA Mode

- Easy fabrication from normal VA_LCD

- Normally white & Wide viewing angle & High transmittance (12%)


- High black level & Low contrast

기존기존 LCD ModeLCD Mode를를 통한통한 접근방법접근방법 (IPS)(IPS)

IPS mode : Normally Black & 투과율 ~ 6.2%

LGD 47인치 전시 (투과율 6.2%)Off OnLight

SubstrateSubstrate

Light Light

- Wide viewing angle & High contrast

- Well established technology (Size, Price, Mass production)


- Normally black mode & Low transmittance

편광판편광판 제거제거 모드를모드를 이용한이용한 투과도투과도 개선개선 11

1 PDLC LC Droplet을 형성한 후 scattering을 이용한 투명 디스플레이

Scattering Transparent

1. PDLC : LC Droplet을 형성한 후 scattering을 이용한 투명 디스플레이

Scattering Transparent장점

- 높은 투명도 (75%) (No polarizer)

대형화 필름화 가능 (유리창)- 대형화, 필름화 가능 (유리창)

- Roll-to-roll process 가능

단점

V

단점

- High operating voltage

- Low contrast ratio

Field off Field on

PDLC- Slow response


TransparentTransparent PDLCPDLC

TLC : Smart window

Pro display : Switchable PDLC film for privacy


Ref : http://tlc.howstuffworks.com/home/smart-window3.htm, http://www.prodisplay.com/intelligent-glass-technologies.html


2. Cholesteric LC Mode : Ch-LC의 scattering/bistability를 이용한2. Cholesteric LC Mode : Ch LC의 scattering/bistability를 이용한

투명

디스플레이 구현

Dynamic driving Static driving

디스플레이 구현장점

- Dual mode 가능

높은 투과도 (>50%)- 높은 투과도 (>50%)

- 낮은 소비전력 (Bistability)

단점

- 높은 구동전압

Homeotropic state Focal conic state Planar state Focal conic state

- 낮은 CR

- 느린 응답속도


Homeotropic state Focal conic state Planar state Focal conic state

TransparentTransparent Ch LCDCh LCD

Proto type sample (Kent optronics)Proto type sample (LG Display)

Bistable4.3”WV active TBL

LG Display (SID 2011)

Scattering


Ref : D.-K. Yang, Appl. Phys. Exp 3, 021702 , SPIE 10.1117/2.1200803.1102 (2010)

POL + CFPOL + CF 제거제거 가능가능 ????

Multilayer Structure (stacked RGB layers)Multilayer Structure (stacked RGB layers)

투과도 감소 원인

- Full color

- Parallax problems

L fl ibiliCF array

투과도 감소 원인 Incidentlight

Backlight

- Low flexibility

- High cost

- Low reflectance

- Low transparency

TFT array

LC

CF array

Backlight

Single Layer StructureSingle Layer Structure

p yLight absorbing layer

- 외부 제어 인자 (UV세기, 온도, 전압) 조절을 통한 Pitch 변화

⇒ 단일 기판에서 full color 구현


UV 세기 변화 온도 변화 전압 변화 RGB 개별주입


3. Guest-Host LCD : Dye 의 정렬도 제어를 통한 투명 디스플레이 구현

V

Field off Field on

장점

- 높은 투명도 (70%)

- 투과/반사 모드 구현가능투과/반사 모드 구현가능

- 편광판/CF free

단점

mitta

nce (a.u

.)

rption (a.u

.)

- 분산특성에 따른 투과율/균일성 저하

- 낮은 색재현율

- 높은 구동 voltageApplied Voltage

Transm

Wavelength

Absor


- 낮은 CRApplied Voltage Wavelength

Pixel Pixel 구조구조 변화를변화를 통한통한 투과율투과율 향상향상 11

1. RGBW Pixel 구현

- Light loss at CF layer : ~ 70 %

[RGB C/F] [RGBW C/F]

0.3 0.3 0.3

0.3 0.3 0.3

1 1 11 1 1

= 0 3 * 6 = 1 8 = (0 3 + 1) * 3 = 3 9= 0.3 * 6 = 1.8 = (0.3 + 1) * 3 = 3.9

- Transmittance : ~ 200% 향상

- 22”투명 LCD (SID 2011) 적용 (투과율: 15% 달성)


- 색 재현성이 떨어짐


LCD pixel 투과율 = 개구율 * 모드 투과율Transparent TFT

a-Si LTPS OTFT Oxide TFT

TypeMobility (cm2/Vs)

N<1

N & P50~150

P (N)<5

N (P)1~100

Leakage ◎ ○ ○ ◎

Stability △ ◎ △ ○Uniformity ◎ △ △ ○U o y ◎ ○

Long term reliability △ ◎ ⅹ ⅹ

Cost Medium High Low Low

Yi ld ◎ △ △ ○Yield ◎ △ △ ○

Temperature ~ 250 ℃ > 250 ℃ R.T ~ 200 ℃ R.T~250 ℃

Pl ti tibilit ◎ ◎Plastic compatibility △ ⅹ ◎ ◎

Transparent display ⅹ ⅹ △ ○Substrate Glass, Metal, Plastic Glass, Metal Glass, Metal, Plastic Glass, Metal, Plastic


Application LCD, e-paper LCD, OLED E-paper, OLED LCD, OLED, E-paper


Transparent Electrode

ITO Conducting Polymer Carbon Nano Tube Graphene

ITO(Sputtered) ITO (Dispersed) Conductive

PolymerNano metal dispersions CNT Graphene

Transparency ○ △ ○ △ ○ ○

Conductivity ○ ⅹ △ ○ △ ○Conductivity ○ ⅹ △ ○ △ ○

Price △ ○ △ ⅹ ○ ○

Color △(Pale Yellow)

ⅹ(Yellow, Brown)

△(Pale Blue)

○(No color)

○(No color)

○(No color)(Pale Yellow) (Yellow, Brown) (Pale Blue) (No color) (No color) (No color)

Printable ⅹ △ ○ ⅹ ○ ○

Flexibility ⅹ ⅹ ○ ○ ○ ○

St bilit ○ ○ ○ ○ ○


○ : excellent, △ : good, ⅹ: poor

Stability ○ ○ ⅹ ○ ○ ○

BLU BLU 관련관련 서로서로 다른다른 두두 생각생각

[LGD, 47”LCD, SID 2010]

Backlight OFF Backlight ON

SEC : BLU 제거Backlight OFF Backlight ON

[SEC, 46”LCD, SID 2010]

LGD : BLU 유지

투명 Edge BLU 개발

편광 + 투명 Edge BLU를 통한 편광판 제거 Backlight OFF Backlight ON


Polarized Edge BLUPolarized Edge BLU

편광판편광 Edge BLU

편광판

LCD PanelLCD Panel

편광판편광판

Polarizer Reflector

편광판

Polarizer 제거 시 LGP Pattern에 의한 산란으로편광 특성 상실되어 Display 시인성 불량

편광원 설계 및 LGP 구조 개선으로polarized edge BLU 개발

기존 BLU 투명 Edge BLU

Light Guide Plate 93% (PMMA계)패턴 형성을 통하여 광효율 증가및 prism sheet & diffuser 제거

Reflective sheet 3 % (Silver)고굴절율/저굴절율 투명 고분자

다층박막을 이용한 투명 반사판 : > 95%

Prism sheet 92~94% (PMMA계) 제거


Diffuser 96 % (PC) 제거

PolarizedPolarized Transparent BLUTransparent BLU

LCD Panel

편광판

발광층Polarized light

편광판

투명 White OLED BLU

Randomly polarized light 기판배향막 (러빙)발광층

Linkoping University Sweden, Biorgel reserach group


Organic Electronics 12 (2011) 15–21

SummarySummary

TransparentTransparent TransparentOLED

TransparentLCD

　 High transparency 　 Black stateT l d /TFTTransparent BLU

　 Wide viewing angleTransparent electrode/TFT

　 Stability


ConclusionConclusion

응용분야에 따른 시장형성

1. TP LCD

- 진열대 정보창, 건물 유리벽 등 주위가 밝은 환경에서의 TPD (40인치 이상)

내부의 보임을 조절할 필요가 있는 특정 장소에서의 TPD- 내부의 보임을 조절할 필요가 있는 특정 장소에서의 TPD

- 초저가 소형 mobile TPD

2. TP OLED

- 실내와 같이 주위가 어두운 환경에서의 TPD

- Mobile & OA용 고화질 TPD (40인치 이하)

- Flexible TPD

Ultimate TPD = Hybrid TPD (Emissive + Passive TPD)


투명lcd 패널기술개발과...

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