주목 받는 디스플레이 기술 ③ : 전자종이

 

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2011.03.28 17:17

Robert L. Mitchell

‘올 해 주목 받는 디스플레이 기술’ 목록의 세 번째는 전자종이(E-Paper)가 차지했다. 전자종이는 오늘날 가장 인기 있는 e북리더(e-book readers)에 채용된 기술이다. 2010년 4월 애플이 출시한 아이패드 성공에 전자책 제작자들은 위기의식을 느꼈다. 하지만 시장이 양분화 된 상태에서도, 전체적 수요가 증가했기에 두 분야 모두 성장을 계속할 수 있었다.

e북리더 판매자들은 그 어느 때보다 더 세련된 전자종이 기반의 기기를 선보이고 있다. 개중에는 컬러 스크린을 가진 기기도 있다. 그리고 머지 않아 비디오가 재생될 만큼 빠른 전자종이 디스플레이를 보게 될 지도 모른다.

전자종이의 킬러 앱

LCD나 다른 디지털 스크린과 달리, 전자종이 디스플레이는 실제 종이에 잉크로 쓴 것 같은 모습으로 배경 조명이 필요가 없다. 현재 가장 인기 있는 전자종이는 E 잉크(E-ink)의 일렉트로포레틱(electrophoretic) 기술로, 투명한 액체 위에 떠 있는 흰 색과 검정 색의 입자들을 움직여 이미지를 만들어낸다. 최근의 버전은 E 잉크 펄(E-Ink Pearl)이라는 이름인데 새로 고침 속도가 빠르고 기존의 디스플레이보다 명암이 뚜렷한데다 아마존닷컴의 킨들 3(Kindle 3)과 같은 대중적인 e북리더에 사용되고 있다.

사실, e북리더는 전자종이 디스플레이 기술의 전형이 됐다고 할 수 있다. 뛰어난 빛 반사와 저전력, 훌륭한 명암을 갖춘 디스플레이 미디어는 눈의 피로를 최소화 하면서 한 페이지 한 페이지를 넘기며 읽을 수 있는 최적의 조건을 갖추었다고 하기에 손색이 없다.

책을 많이 읽는 독자들일수록 전자종이 디스플레이 기술을 높이 평가하는데, 전자종이가 얇고, 한 손에 들 만큼 가벼우며, LCD스크린 보다 눈이 덜 피로하고 햇볕이 밝을 때에도 잘 보이기 때문이다. E 잉크의 부회장 스리람 페루벰바는 “LCD 기술은 장편 소설을 읽을 때 보다는 게임이나 비디오를 볼 때 더 적합하다”고 말했다.

전자종이 기반의 e북리더는 한 번 충전에 몇 주 동안 사용할 수 있다. 이토록 놀라운 배터리 지속 기간은 단말기의 디스플레이 미디어가 쌍안정 상태(bistable)이기 때문인데, 전원이 꺼진 상태에서도 이미지가 그대로 남아 있으며 스크린에 배경 조명이 필요 없다는 말이다. (종이로 된 책에서도 그러하듯, 전자종이 스크린을 읽을 때에도 외부 조명이 필요하다.)

3세대 아마존 킨들은 E 잉크(E Ink)의 펄(Pearl) 전자종이 디스플레이를 사용한다.

2000년대 중반에 상업적 전자종이 기반 e북리더가 몇 번 실패로 돌아간 후, 2007년 출시된 아마존의 오리지널 킨들은 즉시 히트를 쳤고 관련 기술 발전에도 큰 기여를 했다. 경쟁사들은 재빨리 자사만의 기기들을 개발했고, 그 뒤 2년 동안 시장의 규모는 놀랍도록 커져, 가트너에 따르면, 2009년에는 약 360만 대의 e북리더가 판매되었다.

마켓 리서치 기업인 아이 서플라이(iSuppli)의 분석가 비니타 재칸월은 “그리고는 아이패드가 나왔다”라고 표현했다. 높은 해상도와 고성능 액티브-매트릭스 LCD를 갖춘 애플의 태블릿이 나오자 사용자들은 두 부류로 갈렸다. 전자책 읽기에 최적화 된 기기를 원하는 사람들과, 전자책 기능도 이용하지만 비디오와 웹서핑이 가능한 고성능 컬러 디스플레이를 동시에 원하는 사람들이었다.

애플의 뒤를 이어 다른 태블릿 판매자들도 자신들의 태블릿에 전자책 기능을 도입하기 시작했다. e북리더를 판매하고 있는 반즈 앤 노블(Barnes & Noble)은 전자종이 대신 LCD를 선택했다. 반즈 앤 노블의 눅컬러(NookColor) 는 LCD 기반의 안드로이드 기기로 e북리더와 태블릿의 경계를 허무는 기기라고 할 수 있다.

아이패드나 다른 미디어 태블릿들이 치고 올라오는 상황에서도 e북리더가 장악하고 있는 시장은 여전히 건재했다. 사실, 그 반대였다. 마켓 리서치 어베인 디스플레이서치는 두 종류의 기기 모두 급속도로 성장할 것이라 예측했다. 그들에 따르면, 2010년에 1,400만 개가 팔렸던 것에 비해 올 해에는 2,000만 개가 넘는 e북리더가 판매될 전망이다. 한편 터치 스크린 태블릿과 넷북 역시 지난 2010년 1,900만개가 팔렸던 반면 올해는 그 수가 5,000만 대에 이를 것으로 추정된다.

아이서플라이의 경우 e북리더 시장은 아이패드의 방해로 인해 성장이 느려질 것이라 예측했지만, 재칸월은 여전히 성장세가 계속 될 것이라고 말했다.

물론, 전자종이가 e북리더에만 쓰이는 것은 아니다. E 잉크가 판매한 3,000만 대의 디스플레이는 손목 시계에서부터 스마트폰과 스마트 카드에까지 사용되었다. 전자종이는 전자 신호(electronic signage)와 가격 표기에 이르기까지 다양한 곳에 활용될 수 있다.

하지만 무엇보다 다량으로 판매되고 있는 e북리더가 시장을 주도하고 있는 것은 맞다. 전자종이가 적용된 상품 중 대량으로 생산되고 있는 것은 e북리더가 유일하다. 그리고 있다고 디스플레이 서치의 분석가 제니퍼 콜그로브에 따르면, E 잉크가 그 시장의 90% 이상을 점유하고 있다.

전자종이의 한계를 극복하다

오늘날 e북리더에는 두 가지 취약점이 있다. 첫째는 화면반응속도를 꼽을 수 있다. 약 200ms의(페이지 전환시간이 1초가량 소요되는) 반응속도로 비디오를 보는 것은 실용성이 떨어진다. 둘째로 전자종이 기반의 e북리더는 흑백의 디스플레이만을 보여준다는 약점이 있다. 이러한 문제점을 해결한 것이 E 잉크 였다.

E 잉크의 페루벰바는 “한 세대(약 18개월)마다 E 잉크의 전자종이의 디스플레이와 다이나믹 레인지(dynamic range) 반사율(LCD와 같은 방출형 디스플레이의 명암을 나타내는) 성능은 2배씩 향상되어왔다”라며, “당분간 이러한 경향이 지속될 것으로 보인다”라고 말한다. 화면반응속도는 곧 1/2초로 단축될 것으로 보이지만, 아직 풀 모션(full motion)으로 영상을 재생하기에는 충분하지 못하다.

지난 11월 E 잉크 사는 최초의 컬러 디스플레이 트리톤(Triton)을 발표하였고, 중국의 한본 테크놀로지(Hanvon Technology)는 트리톤 기술을 채택한 최초의 컬러 전자 책 리더를 2011년 2분기 내 중국시장에, 다음해에는 미국시장에 출시할 계획이라고 발표하였다.

한본(Hanvon)의 컬러 e북리더는 E 잉크(E Ink)의 트리톤 컬러 전자종이 디스플레이를 이용한 최초의 상품이다.

E 잉크의 트리톤 디스플레이에는 컬러필터 오버레이(overlay)가 적용되어 다소 어두운 화면을 보여줄 우려가 있지만, E 잉크는 더 높은 반사율의 배경을 사용하여 이 문제를 해결할 수 있다고 자신한다. 와이드뷰 앵글(wide viewing angle)에 컬러 디스플레이를 추가한 트리톤은 전자종이 기반 e북리더시장을 진일보 시킬 것으로 기대된다.

그러나, 아이서플라이(iSuppli)의 재칸월은 “(트리톤 디스플레이의) 색상 표현력은 기존 LCD나 (최근 스마트 폰 시장에서 영향력이 확대되고 있는) 유기발광다이오드(OLED, Organic light-emitting diode)와는 비교가 되지 않는다”라며 부정적인 견해를 보였다.

또 다른 중국기업 징케 한린(Jinke Hanlin)은 지난 2011 CES(Consumer Electronics Show)에서 트리톤기반 e북리더의 프로토타입을 발표했지만, 아직까지 추가적인 제품을 선보이지 않고 있다.

마켓 리서치 업체인 인사이트 미디어(Insight Media)의 애널리스트 스티브 세크리스트는 트리톤의 스크린을 ‘만화책이나 볼 수준’이라고 혹평하며 트리톤이 아이패드의 열풍 속에 설 자리가 없을 것이라고 말했다. “너무 수준 낮고, 시대에 뒤쳐진다”라면서, “대신 흑백 전자책 리더는 훨씬 더 밝고 선명한 아이패드와 같은 컬러 LCD 태블릿과는 다른, 독자적인 영역으로 뿌리내릴 것”이라고 전망했다.

LCD 기술은 전자종이 디스플레이의 또 다른 장점에 대해서도 경쟁력을 갖춰나가고 있다. 픽셀 키(Pixel Qi)는 야외에서는 반사모드로, 실내에서는 배경을 투과하여 화면을 보여주는 반투과성 LCD 기술을 개발했다. 이 기술을 사용한 최초의 태블릿 PC인 베이징 기업 ZTE의 ZTE 라이트2(ZTE Light 2)는 현재 유럽과 아시아 시장에서 첫 선을 보였고, 미국시장엔 아직 출시되지 않은 상태이다.

인사이트 미디어의 애널리스트 노버트 힐드브랜드는 “아직 흑백화면으로 전자책을 볼 때의 명암과 가독성 면에서 픽셀 키의 반사모드는 E 잉크의 전자종이 기술을 따라가지 못한다. 그러나 밤에는 별 차이가 없는 것 같다”라고 말한다.

전자종이는 계속 발전하고 있다. 반응속도는 점차 개선되고, 화면 해상도와 대비율 또한 향상되고 있다. 페루벰바는 “E 잉크는 전기광학 기기를 종이에 가깝게 하기 위에 발전하는 중이다”라며, 이미 자사 최신 전자종이가 낮은 품질의 신문이나 페이퍼백(paperback) 서적을 가독성 면에서 추월했다고 주장한다.

이에 대해 인사이트 미디어의 힐드브랜드는 “맞는 말이다, 싸구려 신문에서나 쓰는 누렇거나 푸른빛의 종이는 형편없는 대비를 보이게 마련이니까. E 잉크의 디스플레이는 ‘고작 거기까지’다. 하지만 모든 페이퍼백 보다? 난 노코멘트로 일관하겠다”라고 대답했다.

새로운 기술의 징조

물론 E 잉크는 전자종이 시장의 독보적인 최강자도, 전자종이 디스플레이 개발을 위한 전기 영동기술의 유일한 선택도 아니다. 지금도 수 많은 기업들이 경쟁기술 개발에 한창이다.

그 중 흥미로운 두 기업을 꼽자면 퀄컴(Qualcomm)의 자회사 퀄컴 MEMS 테크놀로지스(Qualcomm MEMS Technologies)와 지난 1월 삼성 일렉트로닉스(Samsung Electronics)에 인수된 후발주자 리쿼비스타(Liquavista)가 있을것이다.

퀄컴은 향상된 컬러와 속도로 e북리더 시장을 뒤흔들어 놓을 대체 디스플레이 기술을 개발하고 있다. 퀄컴의 미라솔 디스플레이(Mirasol display)는 MEMS(Microelectromechanical System)을 사용하며, 두 개의 전도판을 이용해 빛의 반사와 흡수작용을 함으로써 일련의 화면 서브픽셀(Subpixel)을 작동한다.

퀄컴은 두 전도판 사이의 간격과 전압을 변화시킴으로써 방출되는 광파장의 변화를 유도해 다양한 색을 표현해낸다. 하나의 픽셀 안에 빨강, 초록, 파랑의 서브픽셀을 모아 보다 많은 색상을 보여주는 것이다. MEMS를 미세하고 빠른 수 많은 셔터에 비유한다면 적합할 것이다. 이는 풀모션 영상 재생이 가능할 정도로 빠르다.

미라솔은 미량의 전압으로 디스플레이를 유지하는 일종의 쌍안정 형태이다. 사용하는 앱에 따라 이는 보통 LCD의 1/10 에서 1/100 정도의 전력으로 작동된다. 또한 반사성 스크린에서도 백라이트가 필요없다. 미라솔은 또한 컬러필터나 편광프리즘 층을 거치지 않고 색상을 바로 표현하기 때문에 매우 밝은 화면을 보여준다. 퀄컴 MEMS 테크놀로지의 부사장 짐 케이티는 “우린 e북리더/태블릿 시장의 ‘중심’이다”라고 자신감을 표했다.

애널리스트 힐드브랜드에 따르면, E 잉크의 경쟁사 중 E 잉크에 가장 가까운 생산량을 기록한 것은 미라솔이다. 퀄컴은 5.7인치 디스플레이의 샘플 개발을 끝마쳤고, 2011년 초 이 디스플레이가 적용된 e북리더/태블릿이 출시될 예정이라고 발표하였다. 스마트폰이라는 더욱 큰 시장을 겨냥한 보다 작은 크기의 버전 또한 2013년 내에 출시될 것이라고 예고했다.

케이티는 미라솔 기술을 단순히 소형 스마트폰을 위한 경제적인 LCD가 아닌, ‘일반적인’ OLED 디스플레이 보다 경제적인 기술이라고 소개한다.

인사이트 미디어의 켄 워너 또한 반사성 디스플레이인 미라솔이 많은 앱 사용에 있어서 OLED보다 적은 에너지를 소모한다는 사실에는 동의한다. 그러나, 초당 30~60 프레임을 재생하는 동영상에 있어서는 OLED가 더욱 효과적일 수 있다는 사실 또한 지적한다.

여기에서 나아가, 현재는 삼성에 인수된 리쿼비스타가 개발한 새로운 전자종이 디스플레이 기술은 동영상 재생에 있어서도 잠재력을 지니고 있다. 리쿼비스타의 전기습윤 기술은 액체기반의 기술이란 점에서 전기 영동 기술과 유사하지만, 이는 유체와 물을 전해액으로 사용하고, 폴리머층이 액체를 끌어당기거나 밀어내는 방식으로 흰색과 검은색, 그리고 회색을 표현해낸다.

리쿼비스타의 컬러 전자종이 디스플레이(왼쪽)은 풀 모션 동영상을 지원할 정도로 빠르며, 아이패드 LCD(오른쪽)보다 밝은 태양아래에서 가독성이 좋다.

전압을 한번 가하면 유체는 구석으로 밀려나고, 다시 한번 가해진 전압은 이를 되돌려 놓는다. E 잉크의 트리톤과 마찬가지로, 리쿼비스타의 디스플레이 또한 컬러필터를 사용해 색상을 표현한다.

그러나 유체가 수면을 통과하는 대신 그 주변에 배치됨으로써, 리쿼비스타의 방식은 E 잉크의 액체 영동 기술보다 빠른 속도를 구현한다. 인사이트 미디어의 힐드브랜드는 “물리적으로도, 표면의 압력을 이동 시키는 것이 분자를 액체 사이에서 이동 시키는 것보다 빠르다”고 말한다.

삼성에 인수된 직후 회사를 떠난 리쿼비스타의 전 CEO 가이 드뮈닉은 리쿼비스타의 기술은 디스플레이의 리프레싱 빈도(Refresh Rate Frequency)를 줄임으로써 ‘이미지를 바꾸거나 비디오를 재생할 때’, 그리고 전자 책을 읽을 때 LCD보다 에너지 효율이 7~8배 더 높다고 말한다. 그러나 이 기술은 쌍안정이 아니기 때문에, 전자 책의 특정 페이지를 읽을 때와 같이 고정된 텍스트나 이미지를 보여줄 때에는 일렉트로포레틱 디스플레이보다 에너지 효율이 더 낮다.

상부에 하나의 폴리머 층만을 사용하는 일렉트로포레틱과는 달리 전기습윤기술에서는 상하부 두 개의 유리층을 사용하고 그 사이에 디스플레이 표현체를 배치시킨다. 따라서 전기습윤 기술 기반의 전자종이 디스플레이는 더 두꺼워질 수밖에 없다. 그러나 경제적 측면에서는, 전기습윤 기술의 전자종이 생산은 기존 LCD 제조공정을 약간의 수정만으로 사용이 가능하기에, 경쟁력이 있다.

물론 전기 일렉트로포레틱 기술과 마찬가지로, 리쿼비스타 기술을 이용한 전자종이 디스플레이 또한 굴절 플라스틱 기질을 이용하여 보다 얇고 가볍게 생산할 수 있다. 실제로 드뮈닉에 따르면, 반품된 리쿼비스타 e북리더 제품의 대부분은 디스플레이에 사용한 유리의 파손에 그 원인이 있었다. 때문에 리쿼비스타는 유기 플라스틱 판에 TFT 배열을 삽입하여 디스플레이 기질을 개발한 플라스틱 로직(Plastic Logic)과의 파트너십(Partenership)을 체결하였다. 그러나 플라스틱 로직에 따르면, 이 기술이 상용화되려면 아직 3~4년의 기간이 소요될 것으로 예상된다.

삼성의 인수로 리쿼비스타는 새로운 전환점을 맞이했다. 창립자이자 전 최고기술책임자(CTO , Chief Technology Officer)인 요한 필스트라가 새 CEO로 임명되었고, 또한 생산에 필요한 자산을 리쿼비스타는 보유하고 있다. 힐드브랜드는 “만약 (삼성이) 1~2년 내에 기술을 개발하기로 마음먹는다면, 그들은 전기습윤기술에 엄청난 힘이 될 것이다. 만약 그들이 그 가능성을 발견하지 못한다면, 시장은 사라질 것이다. 새로운 기술의 멋진 실험장이 탄생한 것이다”라고 말했다.

휘어라, 말아라, 접어라.

다음단계의 혁신은 휘어지는 전자종이 디스플레이가 될 것이다. 단단한 유리 기질 위에 하나씩 따로따로 생산되는 LCD와 달리, 전자종이 디스플레이는 훨씬 저렴한 비용으로(아직 검증되진 않았지만,) 연속적 제작방식으로 유리, 플라스틱, 천, 금속 호일, 심지어는 종이에 이르기까지, 어디든 말 그대로 ‘쓰여질’ 수 있다. 플라스틱이나 기타 딱딱하지 않은 재질의 기질로 제작되는 생산방식을 통해 기업들은 휘어지는 디스플레이의 개발을 할 수 있을 것이다.

LG 디스플레이는 최근 행사에서 19인치의 휘어지는 전자종이 디스플레이 프로토타입을 선보였다.

물론 현재의 e북리더들도 이미 플라스틱을 이용하긴 하지만, 이는 단단한 외장 속에 들어가 있으며, 그 용도는 유리보다 튼튼하고 얇으며 가벼운 플라스틱의 다른 특성에서 기인한 것이다. 콜그로브는 “12개월 내에 소비자들은 휘어지는 엑티브 메트릭스(Active-Matrix) 전자종이 디스플레이를 만나볼 수 있을 것이다”라며 이러한 경향이 변화할 것이라 예상한다.

특히나 스크린의 경우 완전한 의미로 휘어지는, 즉 돌돌 말 수 있는 제품이 개발될 것이다. 그러나 초기의 시도는 디스플레이의 표면을 곡선화 하는데 초점이 맞춰져 있었다. LG 디스플레이의 경우, 최근 이미지의 왜곡 없이 부드럽게 휘어지는 19인치 전자종이 디스플레이의 프로토타입을 공개한 바 있다.

E 잉크는 이미 손목시계와 같은 소형, 저해상도 제품 군에서 휘어지는 디스플레이제품을 출시하였다. 다음단계는 이 기술을 전자 책 리더용 대형, 고해상도 제품군에 적용하는 일이다.

페루벰바에 따르면 E 잉크는 이미 십 여 개의 e북리더 및 기타 제품 생산업체가 휘어지는 판을 이용해 디스플레이를 개발하도록 지원하고 있다. 그는 “우리는 수 개월 안에 소비자들이 휘어지는 고해상도 디스플레이를 시장에서 만날 수 있을 것이라고 예상하고 있다”라고 말한다.

아트 테크놀로지(Art Echonology)에서 나온 포스포(Phosphor) 브랜드 시계는 저해상도의 휘어지는 E 잉크(E Ink) 전자종이 디스플레이를 사용했다.

다른 한편으로는

기존의 단단한 디스플레이를 이용한 e북리더는 꾸준히 자신들의 영역을 확립해 나갈 것이다. 힐드브랜드는 2012년이나 2013년이 되어서야 휘어지는 디스플레이를 만나볼 수 있을 것이라고 예측하면서, “대신 올해 몇몇 컬러기기, 그리고 태블릿과 전자 책의 경계를 넘나드는 여러 제품들을 만나볼 수 있을 것이다”라고 말했다.

또한 그는 올 연말시즌 중국발 저가형 e북리더들이 대거 출시될 것이라고 전하며 “월마트에 가면 매우 저렴한, 60달러대의 모델까지 만나볼 수 있을 것”이라고 덧붙였다. rmitchell@computerworld.com

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