‘전자 종이(Electronic paper, E-paper)’란 어휘는 단지 하나의 확립된 기술을 칭하는 것이 아니라, 특정 범주의 디스플레이 기술들로 이루어지는 응용 분야를 의미하며, 아직까지는 표준 및 규격이 정립되지 않고 있습니다. 그러나, 전자 매체와 종이 매체의 특징을 바탕으로 기술적인 응용 영역을 정의하여 보는 것은 가능하죠. 전자 종이의 기능적인 특징은 정보의 쓰기와 지우기, 소비 전력이 거의 제로인 상태에서의 정보 기억, 반사형 정보 표시, 그리고 유연성으로 특징지을 수 있습니다. 그리고 대부분, 직시형, 반사형이고, 스스로 빛을 낼 수 없는 비자발광형 디스플레이에 해당합니다. 종이는 빛을 내지 않으니까요.
최초의 전자 종이 모델은 자이리콘(Gyricon)으로 불리는 회전볼(twist ball) 방식의 디스플레이로서, 1974년에 제록스 팔로 알토 연구소에서 고안되었습니다. '자이리콘'이란 용어는 그리스 어원으로 '회전하는 볼'이라는 뜻이랍니다. 이 모델은 탄성 중합체(Elastomer) 시트 사이에 투명 실리콘 오일을 채운 뒤, 100 마이크론 크기의 입자들이 분산된 구조이며, 입자는 서로 다른 색과 서로 반대되는 극성으로 하전된 두 개의 부분으로 나뉘어져 있습니다. 입자들은 외부로부터의 전기장에 의해 자유로이 회전 및 이동을 하여 투명한 표면 전극 쪽으로 배열을 하고, 반사광의 파장을 변화시켜 영상을 표시할 수 있습니다. 이 개념을 통하여 종래의 종이 매체와 인쇄 기구를 대체할 수 있는 전자 종이가 시작되었죠.
더욱 획기적인 변화는 1996년 MIT에서 시작된 전기 영동 디스플레이(ElectroPhoretic Display, EPD)를 통하여 일어났으며, 이를 토대로 1997년에 E-Ink사가 설립되었고, 현재에 이르기까지 명맥을 유지하고 있습니다. 그래서 이 메뉴에서는 전자 종이의 대표로서, EPD를 설명하고자 합니다. 전기영동(electrophoresis)은 유동성 매체 내에서 하전된 물질들이 전기장의 영향을 받아 이동하는 현상을 말합니다. 전기 영동 방식을 적용한 EPD는 두 장의 플라스틱 기판 사이에 투명한 유체와 캡슐들이 샌드위치 형태를 이루고 있으며, 캡슐 내부에는 크기 1 마이크론 정도의 색깔을 띈 입자들이 하전된 상태로 용액 안에서 분산이 되어 있습니다. 캡슐을 전극과 연결한 뒤, 전극을 통하여 전압을 인가하게 되면, 전기 영동에 의해 캡슐 내부의 흰색과 검은색 입자들이 각각 반대 방향으로 이동하게 되고, 따라서 전압의 극성과 크기에 의존하여 색과 밝기를 표시하게 됩니다. 이는 인쇄된 종이와 같은 화질을 가지고, 광반사 효율이 신문과 비슷하며, 인가 전압으로 이동하는 입자들의 수를 조절하여 계조 표현이 가능합니다.
E-ink 이외에도 Bridgestone,Delta, Sipix 등이 전기 영동을 이용한 전자 종이를 개발하여 왔으나, 시장 확보와 LCD 기반 전자 종이와의 경쟁에서 밀려 사업에서 물러난 바 있습니다. 다만, E-ink는 2012년에 유일하게 남아있던 SiPix(마이크로 컵 방식)를 인수하여, 현재에는 유일한 전기 영동 기반의 전자 종이 업체로 남아 고군분투 중입니다. E-ink는 2017년 CES(Consumer Electronics Show)에서 42인치 E-ink 디스플레이를 발표한 바 있죠. 그 외의 기술로 유체의 대전 상태에 따라 다른 젖음성(wettability)을 이용한 전기 습윤 디스플레이(Electro Wetting Display, EWD) , MEMS 공정 기반으로 빛의 위상차 간섭을 이용한 iMod(interferometric Modulator)와 몇몇 LCD 기반 전자 종이들이 종이같은 디스플레이, 디스플레이 같은 종이를 만들어가며 경쟁을 하고 있습니다.
즉, 기술의 특징으로 정리해 보면 회전볼 방식의 전자종이가 발표된 이래로, 전자 종이와 관련된 다양한 기술들이 개발되어 왔으며, 이러한 기술들은 디스플레이 매체에 따라 3 개의 기술 부류로 분류할 수 있습니다. ‘가역적인 색상 전환 반응을 이용하는 부류,’ ‘액정 물질의 머무름(Retention) 현상을 이용한 부류,' 그리고 EPD와 같이 ‘칼라를 갖는 하전 입자들의 물리적인 배열 이용하는 부류'이죠. 이러한 기술들을 바탕으로 하여, 전자 종이의 종이 대체 노력은 꾸준히 진행형이며, 고화질, 고성능으로 무장한 무장한 LCD와 OLED 태블릿과의 경쟁 또한, 전자 종이 입장에서는 계속입니다. 특히, 도로 표지판, 반사형 사이니지, 그리고 IoT와 접목된 스마트 태그 등에서 답을 찾으려 노력하고 있겠죠. 우리는 메이저 리그 디스플레이들의 게임도 즐겁지만, 마이너로써의 고군분투에도 종종 감동을 받습니다.
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#더! 생각해보기
a. 종이만이 가질 수 있는 특징은 무엇일까 (디스플레이와 비교할 때)
b. 전자 종이, 전자책은 꼭 필요할까. 필요하다면 어떤 특징을 살려야 할까
c. 전자책을 구현할 때, '디스플레이로부터의 접근법'과 '종이로터의 접근법'은 어떻게 구별될까. 어떤 일례들이 있을까
# 수식과 이론, 퀴즈
blog.daum.net/jbkist/5337?category=855181
전자종이, 사실일까?
E Ink, 세계 최대 크기 전자종이 양저우(扬州)에서 대량생산한다 중화액정망: 2020/8/24 http://www.fpdisplay.com/news/2020-08/info-194294-009.htm 세계 전자종이 시장을 선도하고 있는 E Ink(E Ink元太科技: w..
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