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1. 개요
전자종이(電子종이, electronic paper)는 일반적인 종이 인쇄물과 유사한 특성을 가진 디스플레이이다. 빛을 내지 않아 화면을 볼 때 눈이 덜 피로하고, 전원을 끊어도 화면이 그대로 유지되는 등의 장점이 있다. 전자책 단말기나 전자가격표시기 등에 사용된다.2. 특징
대표적인 전자종이 기술인 전기영동 디스플레이(EPD, ElectroPhoretic Display)는 전기로 빛을 비추는 소자 대신 이산화 타이타늄(TiO2) 같은 빛을 반사하는 흰색 나노 입자와 카본 블랙 같은 빛을 흡수하는 검은색 나노 입자, 탄화수소 성분의 투명한 오일, 분산제, 전하 제어제 등이 들어있는 약 1μm(10-6m) 크기의 작은 캡슐을 화소로 사용한다. 그리고 각각의 화소를 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor)로 제어해 내부 색상 입자들의 배열을 변화시켜 화상을 표현하는 방식이다. 회사 E Ink가 특허를 가지고 있었으며# 창업 멤버의 일부가 전기영동 디스플레이 특허를 개발한 당사자들이다. 1999년에 특허를 출원했으나 2016년에 만료되었다. 현재는 대만의 YFY 그룹의 소유이며, 2009년 아마존 킨들을 납품했던 대만 기업인 프라임뷰(Prime View International)에서 인수 합병했다. 비즈플렉스, 펄, 카르타로 이어지는 세대교체가 진행됐다. 주요 개선 사항은 명암비와 응답 속도다.일반적으로 전기영동 디스플레이가 전자종이로 지칭되지만, 광의의 전자종이는 별도의 신호 입력 없이 화상을 표시하는 것을 의미하기 때문에 이러한 특성(최소한의 전력 소비량으로 화면 유지)을 지닌 또다른 기술의 디스플레이도 전자종이로 지칭된다. 이 경우 전기 영동 디스플레이 채택 제품과 혼동되기 쉽다.
주로 전자책 단말기에 탑재된다. 전자책 단말기/제품 목록 참조.[1]
3. 전기영동 디스플레이
3.1. 장점
- 가볍고 얇다.
백라이트가 필요없기 때문에 OLED처럼 얇게 만들 수 있고, 반사 캡슐이 필름으로 공급되다 보니 접거나 휘어지는 화면도 비교적 쉽게 구현할 수 있다.
- 대기 상태에서 전력 소비량이 매우 적다.
화소가 발광하는 형식이 아니며 픽셀의 내용이 변화할 때만 전기를 이용하기 때문에 정지 화면을 계속 띄워놓을 때는 전기가 필요없다. 다른 디스플레이가 사용 가능 정도를 시간으로 표기하는 데 비해 전자종이는 페이지 넘김 수로 표기한다. 보통 전자책의 경우엔 한 번 충전하면 거의 한 달이나 사용할 수 있을 정도다.
- 수명이 길다.
백라이트나 유기물질의 수명에 비하면 거의 반영구적이라고 할 수 있다. 단 캡슐의 화학적 열화를 고려하여 E Ink가 제시하는 수명은 5년 정도.
- 시야각과 밝은 곳에서의 시인성이 좋다.
LCD가 정면 시야가 아닐 경우 명암비와 휘도가 급강하하는 것과 달리 전기 영동 디스플레이는 종이와 같이 '시야각'이라는 개념이 없다. 또한 화면 밑의 회로가 반사 캡슐에 완전히 가려지므로 미라솔 등 다른 반사성 디스플레이에 비해서도 자연스럽다. 또 LCD와 반대로 주변의 빛이 밝고 강할 수록 명암비가 좋아져 시인성이 좋아지는 특성도 있다.
- OLED 증착기로 생산이 가능하다.
패널 계층 구조가 빛을 비추지 않고 반사시키는 것을 제외하면 OLED와 가장 비슷하기 때문에 이론상 현행 OLED 증착기로 대량생산이 가능하다.
3.2. 단점
- 어둡다.
캡슐 안에 흑백 입자가 같이 들어 있기 때문에 밝고 깨끗한 흰색과 선명한 검은색의 표현이 어렵다. 흰색으로 출력해도 실제로는 옅은 회색 정도로 보이기 때문에 실제 책에 비해 답답한 느낌을 주며, 반대로 검은색 또한 그다지 어둡지 않다.[2] 조명이 없는 환경에서는 종이와 같이 시인성이 떨어지는 취약점을 보인다. 전자종이 단말기에서는 종이책의 독서등과 같이 프론트 라이트를 탑재하여 대응한다.
- 다양한 색상 표현이 힘들다.
이런 이유로 시중에 판매되는 제품은 흑백 전자종이가 주를 이루고 있다. 컬러 전자종이는 빛을 흡수하는 검은색 입자를 색깔이 있는 입자로 대체하거나 컬러 필터를 씌우는 방식이기 때문에 색상이 선명하지 않기 때문. 광원이 있는 디스플레이는 각기 RGB의 밝기를 조절할 수 있는데 반해 전자종이는 on/off로 표현할 수 밖에 없는 점도 표현 가능한 색의 갯수를 줄이는 주요한 원인이 된다.
컬러 필터 방식은 E ink의 Kaleido 브랜드가 보통 사용하는 방식이며, ONYX를 비롯한 대부분의 현행 [3] 컬러 전자책 단말기에 사용되는 방식이지만, 상기한 컬러 필터가 각각 캡슐을 차지하기 때문에 컬러 기준 집적도가 150ppi인데 흑백일때는 300ppi인 신기한 현상이 일어나기도 한다. E ink는 이를 해결하기 위해 한 캡슐 안에 4가지 색[4]을 넣고 전압으로 배열을 조절하는 Gallery 브랜드를 출시했지만, 가뜩이나 느린 응답속도가 더 느려지고 고스팅이 심해지는 등 개선해야할 부분이 많다.
- 응답 속도가 느리고 화면 변화에 드는 전력 소비량이 많다.
현재 대부분의 전자종이 기기들은 사양상으로 사용 시간이 무시무시하게 길다. 하지만 액정의 상(phase)이 변하는 LCD나, 전압-전류 제어로 소자의 광량을 조절할 수 있는 OLED와 달리, 전자종이는 화면 변화에 많은 에너지가 필요하다. 전자종이는 픽셀 내에 흑백 입자가 같이 들어있고, 전기 신호에 따라 입자들이 물리적으로 위아래로 옮겨다니는 방식이기 때문이다. 많이 움직일수록, 응답 속도를 빠르게 만들수록, 해상도가 높아져 많은 입자를 조종해야 할수록 더 많은 에너지가 필요하다. 즉, LCD는 화면 변화와 관계없이 계속 전력을 소비하지만, 전자종이는 화면을 유지하는 동안은 전력 소비량이 거의 없지만, 변경할 때는 전력을 많이 소비한다.
따라서 LCD와 동일한 목적으로 사용하게 된다면 전력 소비량의 장점이 없어진다. 현재의 전자종이 기기에서도 화면의 많은 부분을 사용하는 만화나 그림책 등의 경우 화면을 빠르게 넘기면 기기의 배터리 소모도 빨라진다. 또한 응답 속도도 느려서 화면 변화 시 잔상이 심하다. 화면이 쉴새없이 바뀌어야 하는 동영상과 대부분의 게임에도 부적합하다. #
- 화면 리프레시, 잔상
아직 픽셀을 정밀하게 제어하기 힘들어서 미세하게 잔상이 남는데, 이를 해결하고자 일정한 화면 변화마다 화면 전체가 한 번 깜빡인다. 이것이 전기 영동 디스플레이 제품을 사용할 때 가장 거슬리는 점이다.
이것은 화소의 제어가 완벽히 독립적이지 않기 때문인데, 처음에는 전체 화면을 검은색으로 반전시켰다가 (반대로 글자 부분은 흰색으로 바뀐다) 다시 내용을 표시하는 풀 리프레시 방식을 이용해 잔상을 제거했다. 이후 제어기술의 발전에 따라 5~10페이지 간격으로도 충분한 정도가 되었다. 글자를 표시한 부분만 리프레시를 실행하는 '리갈 웨이브폼 (Regal Waveform)' 방식이 개발되었는데, 기존보다는 덜한 빈도이지만 역시 잔상이 남으므로 풀 리프레시를 병행한다. 최근에는 제조사별 차이는 있으나 30~100페이지마다 풀 리프레시를 하는 정도이다.
일부 패기 넘치는 소니나 아마존 같은 업체들은 풀 리프레시 디폴트 값을 0으로 해두기도 한다. 전기 영동 디스플레이 기술이 발달하기도 하였고, 줄글만을 읽을 때에는 일정한 위치에만 완전 흑 OR 완전 백 전환이 필요하므로 이렇게 해도 잔상이 거의 남지 않는 것. 그래도 생길 수 있는 잔상에 대해서는, 메뉴를 호출할 때나 메인화면으로 나갈 때 풀 리프레시가 같이 이루어지도록 하여 독서를 주로 하는 사용자에게 거슬리지 않는 타이밍에 제거하는 식으로 대응하고 있다. 다만 그림이 삽입되거나, 화면 레이아웃이 매번 심하게 바뀌는 때(ex. PDF 파일 등)에는 리프레시가 이루어질 수밖에 없다.
4. 기타 방식
전기 영동 디스플레이 방식 이외에도 전력 소비량이 적고 광원 없이 반사광으로만 화면을 표시할 수 있다.- ClearInk : 2017년 Display Week 박람회에서 주목받은 동명의 신생 기업에서 출시 예정인 디스플레이. 기존의 전기 영동 디스플레이는 흑백의 2가지 티타늄 입자를 이용했는데, 이와 달리 검은색의 잉크 입자와 TFT를 이용한다. LCD가 사용하는 전력의 1/10으로 30프레임의 컬러 동영상까지 재생할 수 있다고 한다. 또한 기술의 특성상 기존 LCD의 제조 공정을 상당 부분 이용할 수 있어 빠른 시일 내로 양산할 수 있다고 한다.[5]
- 전기습윤 디스플레이 (Electrowetting Display: EWD) : 전기 영동 디스플레이와 같이 입자가 움직이나, 안의 입자가 이산화 타이타늄이 아닌 물과 기름이라고 한다. 이 기술을 가진 벤처회사 Liquavista를 삼성, 아마존에서 차례로 인수하였고 제품 시연 영상을 공개하기도 했으나 상용화 소식은 아직 없다. 2018년, 아마존은 이 자회사의 연구활동을 중단하고 해체시킨 것으로 알려져있다.
- Memory LCD : 샤프의 기술로 액정을 구동하여 화면을 표시한다. 일반적인 LCD와 다른 점은 액정을 고분자로 구성하여 비구동 - 산란/반사, 구동 - 투과로 바꾼 것으로, 픽셀 하나하나마다 그 상태를 기억하는 메모리 비트가 있다. 흰색 위주로 약간의 화면 변화(1Hz 정도)가 있는 경우 전기 영동 디스플레이보다 전력 소비량이 적다고 주장 중. 특히 동영상과 컬러 표현이 전기 영동 디스플레이보다 나아서 페블의 스마트워치 제품에 채택되어 있다. 관심 있는 분들은 샤프의 기술 자료(일본어)를 참조.
- 간섭 모듈 디스플레이 (Interferometric Modulator Display, IMOD) : 퀄컴의 Mirasol™을 대표로 하는 방식으로 각 픽셀에서 박막을 직접 구동하여 빛 간섭을 일으킴으로써 컬러를 구현한다. 교보 e리더가 이 방식을 채택했다. (실제 Mirasol의 레퍼런스 기기 수준에 가깝다) 전기 영동 디스플레이 대비 컬러 표현과 화면 변화 성능은 좋으나 화면이 어둡고 금속성 질감이 있는 게 단점이다. 미라솔은 상업적으로 실패했고, 패널은 단종됐다. 이후 2015년에 애플이 퀄컴의 시설을 통째로 인수하였고, 신제품 소식은 아직 없다. 같은 방식으로 나온 패널로 샤프의 Reflective LCD, 픽셀 치(Pixel Qi) 등도 있으나 모두 시장에서 실패하고 단종되었다.
5. 전자종이와 눈의 피로
- 이 게시물에서 인용한 여러 논문에 따르자면, 주관적으로는 전자종이 쪽이 여타 태블릿보다 눈의 피로가 덜하다는 결론이 나왔다. 16년도 당시 국내 사범대에서 나온 결론에선 모니터보다 종이책의 피로가 덜하다고 하였다. 전자종이는 그 원리상 종이책과 큰 차이가 없으므로 눈의 피로 또한 덜하다는 것이 자명하다.
- 전자종이를 백라이트 없이 사용하는 경우는 책을 보는것과 동일하다[6]. 이 경우 내 방 주변을 비추는 빛의 밝기와 이 밝기로부터 유추 가능한 빛 만이 전자종이에서 반사되게 된다. 일반적인 LCD 의 경우 백라이트 없이 색을 구성하는게 불가능하므로(백라이트 낮추고 아무리 밝은 햇빛에 가져가도 핸드폰 화면은 보이지 않는다) 항상 주변 밝기보다 밝은 빛을 내야 한다. 전자종이는 반사에 의하므로 주변 광량에 따라가게 된다. 그리고 눈의 피로도는 주변 환경과 밝기 차이가 적을수록 좋은데 위와 같은 이유에 따라 전자종이가 훨씬 유리하다. 또한 깜빡임 문제와 청색광에 대한 염려도 덜하기 때문에 피로가 덜하게 된다.
- 밤에 핸드폰을 밝게 보면, 주변은 모두 어둡기 때문에 우리 눈의 홍채는 스크린을 포함한 평균 광량을 인식하는 방향으로 홍채를 조절한다. 그러나 스크린 부분은 매우 밝다. 스크린 부분에 해당하는 시신경에만 평균 이상의 빛이 조사되고 이쪽 시신경이 쉽게 피로해진다. 전체적으로 밝기가 균일한 공간과 그렇지 않은 공간은 차이가 있다. 그러므로 어두운 곳에서 다른 디스플레이와 비교하는 것 자체가 큰 의미가 없다.
- 안구 건조증 카페 등지에선 전자종이에 대한 호평이 매우 많다. 실제로 사용해본 사람들은 하나 같이 눈의 피로가 덜하다고 입을 모으는 것이다. 이는 단순히 디자인 혹은 감상적인 만족이 아니다. 수백만원에 달하는 모니터도 발매될 정도이며 용도는 물론 눈의 피로가 그 원인이다.
- LCD와 E ink를 비교한 논문[7]을 보면 LCD와 E ink의 눈의 피로도와 객관적 주관적 차이는 없다고 나와 있다. 그러나 본 논문은 2012년에 나온 것으로 E ink의 잔상 및 화질이 크게 개선된 현 시점에선 설득력이 떨어진다. 애당초 논문에서도 중요한 것은 이미지의 화질이라고 결론을 내렸으니 더욱 그러하다. 이에 더해 해당 논문 작성의 기반이 된 실험의 참가인원은 총 10명(남성 5명, 여성 5명)이다. 이는 해당 논문의 'Methods'에 정확하게 기록되어있다. 또한 해당 논문에서 사용된 e-ink 기기와 LCD 기기의 화면 크기는 각각 7인치와 9.7인치로, 매우 큰 차이를 보인다. 이에 2021년에 나온 최신 연구에 비하면 신뢰성에서 우위를 점하기 어렵다 보인다.
- 2021년 수행된 연구[8]에선 다양한 테스트를 통해 OLED 및 E ink 등의 디스플레이 사용과 OSD(안구 표면 장애) 사이의 연관성을 조사했다. 참고로 OSD는 각막과 결막의 손상을 말하며 안구건조증, 안검염 과 같은 질병을 유발할 수 있다. 그리고 결과는 E ink 스마트폰 화면이 OLED 화면보다 OSD를 유발할 가능성이 적다는 것을 시사했다. OLED는 안구 표면 장애와 불쾌감을 유발하는 반면, E ink 화면에선 안구 표면 장애를 최소화 할 수 있다는 것.[9] 이는 120명의 지원자를 통한 연구로써 10명의 피험자가 참가한 2012년 논문에 비해 설득력이 높다.
6. 제품군
6.1. 전자책
펄프 100%의 상질지(주로 백상지/모조지)와 고급 도공지(주로 아트지/스노우지)가 출판 시장의 주류인 한국의 소비자에게 전자종이의 가독성은 종이책보다 못하다. 하지만 북미 시장에서는 말 그대로 읽을수 있는 최저한의 품질로 제작되고 사이즈도 작은 페이퍼백 책들이 주류라 전자종이의 가독성이 페이퍼백과 큰 차이가 없다.[10] 따라서 킨들같은 소형 전자책 단말기가 빠르게 보급되었다.자세한 것은 전자책 단말기/제품 목록 참조
6.2. 모니터
현재 모니터를 장시간 사용하는 전문직 종사자 및 일반 사용자들 중에서도 눈의 피로를 완화시킬 수 있으리라 생각하고 전자종이 모니터를 원하는 사람들이 있다. 이에 맞춰 중국의 다성에서 페이퍼라이크라는 이름의 전자종이 모니터를 내놓았다. 페이퍼라이크 시리즈는 패널 해상도가 1600×1200, 2200×1650 등이며[11] 최대 16단계의 그레이스케일을 통해 화면을 표시한다. 버전에 따라 USB 연결+전용 드라이버로 윈도우상에서 작동하거나 USB 보조 전원+HDMI 연결로 범용적으로 동작한다. 응답 속도는 꽤 봐줄만 한 정도. 물론 문서 작성용이나 간단한 웹 서핑 용으로 봐줄 만한 것이긴 하다. #이외에도 여러 업체들이 컬러 전자종이 모니터를 생산 중이다.
6.3. 휴대전화
러시아에서 만든 요타폰 시리즈[12]에 보조 디스플레이 장치로 채용했다. 전자종이 특유의 잔상과 응답 속도, 해상도 문제로 전면은 AMOLED 디스플레이를 쓰고 뒷면에 전자종이를 채용했다.크라우드펀드로 만든 미니멀리스트 핸드폰 'Light Phone 2'는 전자종이를 유일한 화면으로 채택하고 있다. 핸드폰에서 불필요하고 집중력을 저해하는 요소들을 배제한다는 콘셉트이므로, 목적에 부합하는 디스플레이를 채택한 것.
중국의 하이센스에서 전자종이로만 이루어진 A5가 출시되었으며 A6, A6L등 다양한 전자종이 스마트폰 제품을 내놓았다.
6.4. 노트북
Computex 2018에서 인텔이 'Tiger Rapids'라는 코드네임의 프로토타입을 출품했다. 7.9인치의 LCD와 같은 크기의 전기 영동 디스플레이를 장착한 360도 경첩 랩탑으로, 이 디스플레이 장치는 항상 켜져있다. 전기 영동 디스플레이에서 필기를 하거나, 키보드로 사용하는 기능 등을 채용했다. 2018년 말 즈음 제조사들이 이 콘셉트의 양산 제품을 내놓을 수 있다고 한다.IFA 2018에서 레노버가 10.8인치 QHD 터치스크린 LCD와 전자종이 패널을 동시 장착한 Yoga Book C930을 선보였다. 전기 영동 디스플레이의 해상도는 FULL HD로, 평소엔 터치스크린의 보조 키보드로 쓰이다가 필요시 메모장, 그림용 태블릿, 전자책 단말기 등으로 활용할 수 있다. 기본형 제품의 미국 출시 가격은 $999. #
CES 2020에서 레노버가 ThinkBook 라인업으로 ThinkBook Plus를 선보였다. 13.3인치 FHD LCD에 노트북 겉면에는 10.8인치 터치스크린 전자종이를 탑재하였고 스타일러스펜이 동봉된다. 미국 출시 가격은 1299달러. #
6.5. 스마트 워치
참고 링크MATRIX에서 나온 PowerWatch는 사용자의 체온으로 전력을 생산하여 충전이 필요없는 스마트 워치라는 점을 내세우고 있고, 전력 사용량을 줄이기 위해 전자종이 방식을 채용하고 있다.
6.6. 기타
호주의 스타트업 Sonder는 소형 전자종이 패널을 키마다 박아넣은 블루투스 키보드를 개발하여 2018년 하반기 출시할 예정이다. 키캡 대신 전자종이 스크린이 어플리케이션마다의 전용 입력 장치를 표시하는 동적 키스킨 역할을 하는 것이다. 이 제품이 애플의 새로운 맥북에 들어간다는 루머가 돌기도 했다.[13]이마트, 홈플러스, GS 수퍼마켓, LG 등의 일부 대형마트에서 가격표로 사용했다. 전자종이 가격표를 구현한 유튜브 영상 2023년 현재는 전자종이 가격표가 사실상 업계 표준이 되다시피 매우 흔히 쓰인다. 이후 올리브영같은 가게들도 사용하기 시작했다.
카드형 OTP에 디스플레이로 사용되고 있다.
가끔 시내버스 정류장의 버스 출도착안내기로 사용되고 있다.
BMW iX의 도장색 변경 기술로 전기영동 디스플레이를 사용한다.
공유 PM업체의 공유 자전거인 쏘카일레클의 자전거[14] 디스플레이에 사용된다. 햇빛 아래에서 잘 안보이는 일반 디스플레이와 달리, 일반 종이처럼 햇빛 등의 강한 빛이 쬐일수록 더 잘 보인다.
[1] 전자종이를 사용하지 않는 전자책 단말기도 일부 있다.[2] E Ink의 자료에 의하면 흑백 패널 Carta의 명암비는 15:1이다. 이는 반사형 LCD에 비해서도 낮은 수준.[3] 2024년 9월 기준[4] 색의 삼원색인 시안, 마젠타 옐로우 CMY에 빛반사를 위한 W로 구성[5] #[6] 종이와 전자잉크라는 반사되는 물체 자체의 차이는 있지만, 일반적으로 반사되는 색상의 경우 특정 공진 주파수를 제외하면 원래 광원의 성질을 따른다. 특히 흰색의 경우.[7] "Reading on LCD vs e‐Ink displays: effects on fatigue and visual strain" Eva Siegenthaler, Yves Bochud, Pascal Wurtz, 2012[8] Effects on the Ocular Surface from Reading on Different Smartphone Screens: A Prospective Randomized Controlled Study. Clin Transl Sci[9] In conclusion, continuous reading on OLED smartphone screens can cause ocular surface disorder and obvious subjective discomfort. Although, compared with OLED screens, eINK screens can reduce the adverse effects of using a smartphone on the health of the ocular surface and can minimize the ocular discomfort in both dark and light environments. Our study suggests that optimizing the smartphone screen may be beneficial for ocular surface protection. Although OLED technology has some advantages on smartphones that eINK screens cannot replicate, eINK screens appear to be friendlier to patients with dry eye disease, people who use smartphones for long periods of time, and adolescents with smartphone needs. Further research is warranted to explore the effects of these devices on dry eye.[10] 냉정히 말하면 페이퍼백 보다는 가독성이 떨어진다. 페이퍼백도 종류가 많아서 하드커버와 같은 종이에 표지만 바뀐 형태도 있기 때문. 그러나 매스 마켓 페이퍼백이라고 하는 갱지급 종이에 활자도 뭉개지는 종류에 비하면 가독성이 아득히 높다.[11] 단 이후 드라이버가 해상도를 낮추는 대신 응답 속도를 올리는 옵션을 제공하기도 한다.[12] 일명 푸틴폰[13] #[14] NEO 기종 제외