[해외기술동향] 일본, 차세대 디스플레이 FED 개발 현황

액정디스플레이(LCD)를 대체할 수 있는 강력한 차세대 디스플레이로 부상하고 있는 필드 에미션 디스플레이(FED)의 개발이 일본에서 활발히 전개되고 있다.

FED는 2차원 메트릭스상태로 배치된 전자 발생원에서 방출된 전자를 양극에 덮어 씌운 형광체에 부딪히게해 발광시키는 평판 패널 디스플레이. 이 디스플레이는 응답속도가 빠르고 시야각도 1백60도로 넓다. 한마디로 LCD의 약점을 해결한 첨단 디스플레이로 평가되고 있다.

이 때문에 구미 각국의 제조업체들이 다투어 연구개발에 나서고 있다. 일본에서도 주요 전자 업체들이 FED를 차세대 디스플레이로 개발하고 있다. 최근 개최된 IDW96(International Display Workshops 96)에서는 이같은 상황을 반영하듯 일본업체들이 FED 패널시제품및 요소기술을 잇따라 발표해 관심을 끌었다.

FED를 발표한 일본 업체는 후다바전자공업과 후지쯔,캐논등 3사. 외국업체로는 한국의 삼성종합기술연구소(SAIT)가 발표했다.

후다바전자공업이 시제품으로 내놓은 FED는 5인치급 컬러 패널. 화소수가 3백20*2백40이며 표시색수는 6만5천5백36가지,휘도는 1평방미터당 80cd이다. 전자발생원으로는 스핀트(spindt)형의 冷陰極을 채용했다. 이번에 발표된 것의 특징은 구동방법을 개선해 색의 순도를 높이면서 휘도는 떨어트리지 않았다는 점이다.

스핀트를 이용한 전자 발생원은 전자빔의 각도가 25∼30도로 넓다는 문제가 있다. 이 때문에 대응하는 화소의 형광체 외에 인접한 형광체에도 전자가 쏘여져 색의 순도를 저하시킨다. 이전에는 이것을 피하기 위해 R과 G,B의 형광체를 도포한 양극을 차례로 선택해 발광을 시켰다. 또 전자빔의 넓은 각을 13도로 줄이기도 했다.

그러나 주사선수가 2백40인 때에는 휘도가 낮아진다. 따라서 후다바는 각 화소에 대응하는 양극을 패널의 횡방향으로 2개로 나누었다. 이것으로 인접한 양극의 발광을 억제하고 게이트 전극에 데이터를 입력했다. 전자빔의 넓은 각도를 22도로 줄였기 때문에 휘도도 일정 수준을 유지할수 있게됐다.

후지쯔는 화소수 1백60*1백20의 2인치급 모노크로 FED를 발표했다. 이 제품의 특징은 형광표시관으로 상부의 유리기판에 평면의 전자발생원을 설치하고 하부의 유리기판에 형광체를 도포한 것이다. 이 회사에서는 이같은 형태를 반사형 FED로 부르고 있다.

이 구조를 채택한 이유는 2가지이다. 하나는 형광체의 발광을 직접 볼수 있어 휘도가 높다는 점이다. 종래의 FED는 발생된 빛을 형광체를 통해 볼수 있었기 때문에 절반 정도의 빛이 차단됐다.

두번째는 수명을 늘릴수 있다는 점이다. 진공상태에서 잔류기체분자를 부착시켜 진공도를 유지하는 게터를 사용했다. 시트 형태의 게터를 패널 전면에 깔은 것이다. 게터는 지르코늄과 티타늄등의 합금으로 만든 박막이다. 이것을 이용해 FED의 작동시에 발생하는 기체분자를 넓게 분산 부착시키는 것으로 진공도를 10의 마이너스8승 Torr정도까지 낮추지 않고도 작동이 가능하게 됐다.

수명은 3만시간으로 이전보다 2자리수 늘어났다. 종래에는 진공도가 떨어질수록 휘도가 낮아지는 것을 막는 것이 과제였다.

후지쯔의 이번 시제품의 평면 전자발생원에는 니켈을 사용한 스핀트형 냉음극이 채택됐다. 작동전압도 30V로 낮다. 이 회사는 앞으로 풀 컬러화와 대형화된 제품을 개발할 계획이다. 이들 양사외에도 일본업체로는 캐논이 3.1인치 풀 컬러패널로 FED패널을 발표했다.

또 외국업체 가운데서는 삼성전자가 4인치 컬러FED를 발표했으며 미국 마이크론 디스플레이 테크놀로지가 현재 14인치 크기에 8백*6백화소의 컬러FED를 개발하고 있다고 밝혔다.

패널 이외의 부분 기술로는 평면전자발생원 기술이 잇따라 발표됐다.

이 가운데 주목을 끌었던 것은 히타치제작소가 발표한 MIM(Metal Insulator Metal)구조의 평면전자 발생원이다. 구조를 간단하게해 면내 화질의 균일성이 높아졌고 제조원가를 낮출 수 있다는 것이 특징이다.

FED실용화를 위한 과제의 하나로 면내 화질의 균일성이 지적돼 왔다. 특히 스핀트형 냉음극은 막 두께및 전자를 내보내는 원추의 경사각,막의 質등 제어하지않으면 안되는 요소가 많다. 이 때문에 면내의 균일성을 확보하는 것이 어려운 문제였다.

히타치가 채택한 것은 알루미늄층위에 AL2O3의 절연막과 Au층을 설치한 단순한 구조의 냉음극이다. Al층과 Au층 사이에 8V 정도의 전압을 흐르게 하고 이 때에 대응전극으로 5백V의 가속전압을 가하면 전류의 일부가 Au층의 표면을 뛰쳐나와 대응전극에 도달한다.

그러나 현시점에서는 목표한 만큼의 성능을 얻을수 없다. 여러개의 전자발생원을 만들면 각각의 전자발생원에서 방출하는 전자량이 일정치 않기 때문이다. 앞으로 AL2O3막의 質과 이 막과 Au층 경계면의 균일성을 높일 필요가 있다.

한편 이같은 평면전자 발생원에 대해서는 미쓰비시전기등에서도 상당한 기술을 확보하고 있다.

<박주용 기자>