이 글에서는 조명 및 디스플레이 산업의 성장으로 인해 종래의 '색채'와 구분되는 '디지털 컬러'라는 새로운 개념이 대두됨에 따라, 빛을 매개로 디스플레이 되는 컬러와 이에 대한 사용자의 감성정보 및 색온도, 휘도, 전력소모량 등 특성적 정보의 정량화, 표준화 기반에 대한 필요성과 방향에 대해 소개하고자 한다.
OLED(Organic Light Emitting Device)는 LCD(Liquid Crystal Display)의 뒤를 잇는 차세대 디스플레이의 선두주자로서 자체발광형이기 때문에 백라이트 등의 보조광원이 불필요하며, 구동전압이 낮고 넓은 시야각과 빠른 응답속도 등의 특징을 가지고 있다. 또한 플렉서블 기판을 사용할 수 있어 차세대 디스플레이인 플렉서블 디스플레이에 적합하다. 플렉서블한 디스플레이를 만들기 위해서 플라스틱 기판에 OLED 물질을 사용하여 기존에 무겁고, 깨지기 쉬우며, 변형이 불가능한 유리로 만든 소자 보다 더 가볍고 깨지지 않고 변형이 가능한 플렉서블 디스플레이를 제작 할 수 있다. 그러나 플라스틱 기판은 매우 큰 투습율을 가지고 있어 OLED소자에 적용시키면 공기 중의 수분이나 산소와 접촉이 많아져 쉽게 산화되어 소자의 효율 및 수명이 짧아진다. 또한 OLED에 사용되는 유기물도 산소나 수분에 의해 특성이 급격히 저하되기 때문에 산소 및 수분의 차단은 필수적이다. 이러한 단점을 최소화하기 위해서 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)로 만든 SiON(Silicon Oxynitride) 박막을 차단막(Passivation layer)으로 사용하였다. PECVD를 이용하여 SiON 박막을 증착시킬 때 RF Power, 공정압력, Distance의 변화에 따른 박막의 결정화도, 수분투습도, 광투과도 등의 특성을 FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy), Ellipsometer, UV-visible Spectrophotometer, MOCON를 이용하여 SiON 박막의 특성을 고찰하였다.
본 논문은 모든 항전장비 가운데서도 조종사의 신속한 상황인식과 수많은 정보의 처리를 위하여 지속적으로 발전이 이루어지고 있는 조종석 디스플레이 시스템의 개량형 설계를 제안한다. 현재 항공기 조종석 시스템은 아날로그식 계기판과 함께 다수의 2-D 컬러 디스플레이를 배열한 모델을 사용하고 있다. 본 논문에서 차세대 조종석을 위해 제안하는 시스템은 미공군에서 개발 중인 방식을 도입하여 3-D와 2-D를 흔용한 소수의 대형 디스플레이로 디지털 신호만을 사용한 시스템에 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 소자를 적용한 것이다. 이 시스템은 상용칩을 수용한 고성능의 컴퓨터 시스템을 이용하여 초당 50,000개의 3-D triangle을 최신화하여 밝은 지형과 어두운 지형 투명도, 지형특성, 비가시적 지형을 시현한다. 본 설계의 구현을 통하여 고성능의 신호 집약적 시스템 설계의 우수성과 차세대 소자로 각광받는 OLED 디스플레이 채택을 통한 디스플레이 시스템 상의 가시도 향상 및 중량감소 등의 효과가 있어 조종석 디스플레이 시스템의 실용도가 개선들 수 있음을 제안하였다.
본 논문은 PDP TV에서 주위 환경을 고려한 색 재현 방법을 제안한다. 관찰자의 시공간적인 위치에 따라 주변 환경이 변하기 때문에, 디스플레이의 색 재현 과정에서 주위 조명은 반드시 고려되어야 한다. 주변 환경을 고려하기 위한 기존의 방법은 각 채널에서 전압의 이득을 조절함으로써 계조와 포화도를 향상시키기 때문에 인간의 순응 현상을 구현하는데 한계가 있으며, 이에 따라 다양한 주위 조건하에서 정확한 색을 재현하는데 어려움이 있었다. 따라서 이를 해결하기 위해, 본 논문은 먼저 PDP의 물리적 특성인 플레어 현상을 고려하였으며, 디스플레이의 밝기 변화에 따른 특성화 과정을 수행하였다. 또한, 센서로 획득된 주위 조명의 색온도 및 밝기값의 정보를 이용하여 색 순응현상을 적용하였다. 마지막으로 이를 토대로 순응모델을 적용함으로써 가변하는 주변 환경에서도 정차한 색을 재현할 수 있었다. 실험을 통해 제안한 방법이 기존의 방법에 비해 시각적 평가에서 더 우수함을 확인하였다.
정보통신의 발달로 날로 소형화되고 있는 정보기기들의 디스플레이는 평판화를 통해 부피가 작고 가벼우며, 현장감과 몰입감의 증진을 위해 고감도의 그래픽을 제공하고 있다. 하지만 실험기기에 대해서는 아직 인터페이스나 디스플레이 GUI 디자인에 대한 관심이 약하고, 전체적인 제품의 외관 디자인에 관심을 보이고 있는 정도다. 이에 본 연구에서는 실험기기와 이의 주사용자인 과학자들의 특성을 고려하여 실험기기 컨트롤러 디스플레이 GUI 디자인에 대한 선호도를 분석해 보았다. 그래픽 기반의 디스플레이 GUI와 텍스트 기반의 디스플레이 GUI에 대하여 동일한 태스크를 수행한 후 태스크 수행시간 및 오류 횟수 등을 비교 분석해 봄으로써 과학자들이 어떤 디스플레이 GUI 디자인을 더 선호하는지 알아보았다. 실험 결과 과학자들은 텍스트 기반의 디스플레이 GUI에서 더 높은 수행도를 보여주고 있음을 알 수 있었다. 하지만 선호도 비교에서는 그래픽 기반의 디스플레이 GUI 디자인을 약간 더 선호하는 것으로 나타났다.
최근에 능동 영역 액정 표시 소자(Active Matrix Liquid Crystal Display, AMLCD)에서 고해상도와 빠른 응답속도를 요구하게 되면서부터 다결정 실리콘(poly-Si) 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)가 쓰이게 되었다. 그리고 일반적으로 디스플레이의 기판을 상대적으로 저가의 유리를 사용하기 때문에 저온 공정이 필수적이다. 따라서 새로운 저온 결정화 방법과 부가적으로 최근 디스플레이 개발 동향 중 하나인 대화면에 적용 가능한 공정인 금속유도 결정화 (Silicide Mediated Crystallization, SMC)가 연구되고 있다. 이 소자는 top-gated coplanar구조로 설계되었다. (그림 1)(100) 실리콘 웨이퍼위에 3000$\AA$의 열산화막을 올리고, LPCVD로 55$0^{\circ}C$에서 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막을 550$\AA$ 증착 시켰다. 그리고 시편은 SMC 방법으로 결정화 시켜 TEM(Transmission Electron Microscopy)으로 SMC 다결정 실리콘을 분석하였다. 그 위에 TFT의 게이트 산화막을 열산화막 만큼 우수한 TEOS(Tetraethoxysilane)소스로 사용하여 실리콘 산화막을 1000$\AA$ 형성하였고 게이트는 3000$\AA$ 두께로 몰리브덴을 스퍼터링을 통하여 형성하였다. 이 다결정 실리콘은 3$\times$10^15 cm^-2의 보론(B)을 도핑시켰다. 채널, 소스, 드래인을 정의하기 위해 플라즈마 식각이 이루어 졌으며, 실리콘 산화막과 실리콘 질화막으로 passivation하고, 알루미늄으로 전극을 형성하였다 그리고 마지막에 TFT의 출력특성과 전이특성을 측정함으로써 threshold voltage, the subthreshold slope 와 the field effect mobility를 계산하였다.
현재 디스플레이 기술의 급격한 발전과 종류의 다양성으로 인해 디스플레이 화질평가에 대한 중요성이 대두되고 있다. 기존 디스플레이 화질평가는 물리측정에 의한 정량적 평가법이 사용되어 왔지만, 이러한 방법은 최종 평가자인 인간의 인지평가와 일치하지 않는다. 따라서 이와 같은 모순점을 해결함과 동시에 디스플레이의 물리적 특성과 인간의 인지화질 사이의 정량적 상관관계를 정립할 필요가 있다. 이에 본 논문은 디스플레이들의 상대적 인지화질을 평가할 수 있는 체계화된 방법을 제안하며, 이 방법을 통해 디스플레이들의 상대적 인지화질을 정량화한다. 디스플레이들에 대한 상대적 인지화질평가는 개개인의 주관적 의사를 평가하는 것과 같으며, 이 점에 착안하여 디스플레이 인지화질평가에 의사결정방법들 중 하나인 Analytic Network Process(ANP)를 도입하였다. 또한, 본 논문은 인간의 시각정보처리 체계를 표현하기 위해서 색, 모양, 깊이에 해당하는 3가지 평가기준을 채택하였으며, 그 3가지 평가기준들에 대한 하위 평가항목들로 디스플레이의 대표적 특성 8가지를 사전 설문조사를 통해 선정하였다. 제안된 방법과 주관적 평가의 유사성을 입증하기 위해 대표적인 모바일 디스플레이인 TFT-LCD와 OLED 디스플레이에 대해 상대적 인지화질을 실험 평가하였다. 그 결과, 제안된 방법에 의해 정량화된 값들 사이의 대소관계와 주관적 평가를 통해 얻은 디스플레이 선호도 간의 관계가 유사하다는 것을 입증하였다.
최근 디스플레이산업이 발달하면서 투명전도성 물질에 대한 산업의 요구도가 높아지고 있다. ITO투명전도성 박막은 낮은 비저항과 우수한 식각특성을 가지고 있어 평면표시소자, 광소자, 터치패널 그리고 가스 센서 등 다양한 분야에 응용되고 있으며 디스플레이 소자가 소형화 되어감에 따라 박막의 다기능화가 요구되고 있다. 본 실험에서는 전기적 특성과 친, 발수특성을 동시에 가지는 다기능성 ITO 박막을 연구하였다. RIE방식으로 식각을 통하여 Poly Si-wafer 표면에 미세구조를 만든 기판과 Slide Glass기판에 RF-magnetron sputtering 방법을 이용해 ITO박막을 증착하여 비교분석 하였다. ITO박막 증착시 $100{\sim}400^{\circ}C$ 열처리와 산소를 사용하지 않고 Ar 가스만을 사용하여 실험한 후 열처리온도에 따른 전기적 특성 및 접촉각에 대하여 조사하였다. 3 uL의 Di-water를 사용하여 접촉각을 측정한 결과 $400^{\circ}C$ 열처리가 된 Poly si-wafer 위에 증착된 ITO 박막에서 초-친수 특성을 나타냈으며, 그 위에 PTFE을 증착하였을 경우 12 uL의 Di-water를 사용하여 약 $150^{\circ}$ 이상의 초-발수 특성을 나타내었다. 전기적 특성은 $5.8{\times}10^{-4}$의 비 저항을 나타내었다. 이러한 전기적 특성과 친 발수 특성을 동시에 가지는 ITO 박막은 Anti-Fogging, self-Cleaning, Solar cell 및 디스플레이소자 등 다양한 산업에 이용 가능할 것으로 생각된다.
스터퍼링 기술이 1852년 Grove에 의해서 최초 발견되어 1979년 Chapin에 의해서 planar magnetron cathode 개발로 진공코팅기술의 새로운 영역을 열게 되어 현재까지 디스플레이, 반도체, 태양전지, 광학산업 및 전자부품 등 나노 산업에 필수적으로 적용되고 있다. 스퍼터링 입자는 운동량 전달에 의한 것으로 운동량을 갖는 나노 스퍼터링 입자는 기판에 대한 박막의 부착력이 우수하고 대면적에 균일하고 재현성 있게 성막되는 특징을 갖고 있다. 마그네트론 스퍼터링 기술이 산업에 응용되면서 주로 4분야에서 많은 연구, 개발이 되어져 왔다. 첫째는 타겟의 고순도 및 고밀도화와 더불어 가격이 고가로 됨에 따라 타겟 사용효율의 향상이다. 플라즈마를 발생시키는 캐소드의 자기회로를 1차원, 2차원 및 회전운동을 통해서 사용효율을 향상시키고 있다. 둘째는 기판에 대해서 박막특성이 균일하도록 코팅하는 것이다. 디스플레이에서는 글래스 기판이 대면적으로 됨에 따라서 핸들링이 어려워져 여러 개의 캐소드 자기회로를 선형적으로 이동시켜 박막두께분포를 최적화하며 반응성 가스를 사용해서 균일한 특성의 박막을 제작하는 경우에는 가스분사관과 배기펌프계의 기하학적 위치 및 가스 유동학적 해석이 필요하다. 셋째는 스퍼터링 입자의 이온화로 의한 박막의 특성향상과 반도체 trench의 높은 aspect ratio hole을 채우는 것이다. 이온화 방법으로는 inductively coupled plasma (ICP), microwave amplified (MA), high power impulse (HIPI), hollow cathode magnetron (HCM), self-sustained sputtering 등이 사용되어져 왔으며 최근에는(neutral beam-assisted sputtering (NBAS)에 의한 박막특성향상 방법이 발표되고 있다. 넷째는 플라즈마 및 박막두께 시뮬레이션에 대해서 많은 발표가 되고 있다. 본 발표에서는 상기의 4 분야를 포함한 향후 개발방향에 대해서 소개할 예정이다.
무기EL 디스플레이는 고체재료에 전계를 가했을 때 발광하는 현상을 이용한소자로서, 급속도로 발전을 거듭하고 있으나, 유전체층에 강한전계를 가하여 발광하여야 하므로 낮은 Breakdown voltage와 효율의 한계로 인하여 휘도가 낮고 풀 컬러화 디스플레이 등 의 응용에는 적용되고 있지 못하는 실정이다. 본 연구에서는 강유전체 Perovskite 구조를 가지는 ABO3 물질 중 PMN(Lead Magnesium niobate) 과 PZT (Lead Zirconate titanate) 후막을 제조하여 Inorganic EL(Electro Luminance)에 적용하고 소자의 광전특성을 평가하였다. 소자에 사용된 기판은 고온소성에 알맞은 알루미나(Al2O3)기판을 채택 하였으며, 그 위 하부전극으로는 고온소성에 따른 화학적 안정성이 우수한 Au전극을 Screen Printing 하였다. 제조 되어진 PMN후막 페이스트는 PMN(Pb(Mg1/2 Nb2/3)O3) + Glass Frit(Pb-Zn-B) + BaTiO3(99.99%) 로 합성되었으며 하부전극위에 인쇄하였다. 그 다음 PZT sol-gel을 Spin coating으로 도포 하였다. 형광체로 ZnS:Cu.Cl 을 Screen Printing을로 형성하였으며, 평탄화를 위하여 유기물 충을 Screen Printing 공정으로 성막 하였다. 상부전극으로는 DC sputter로 ITO를 증착하여 EL소자 완성 후 Spectro - Chroma meter로 소자특성을 측정하였다. 평탄화를 통한 유기물층에 변화되는 Capacitance를 Oscilloscope로 전압 전류 pulse의 변화에 따른 opto-electronic 특성을 평가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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