디스플레이가 접히는 게 말이 되니, 라던 시절이 엊그제 같은데 처음 출시된 폴더블폰의 이물질, 방진, 내구성

이슈가 점차 잦아들면서 이제는 한국, 중국은 물론 애플도 폴더블 아이폰을 검토 중이라는 소문이 돌고 있습니다.

오늘은 그냥 접으면 빠삭하고 소리 나며 깨질 기존 디스플레이에서 접을 수 있는 플렉서블 디스플레이를 가능하게

한 기술적인 이유가 무엇인지, 디스플레이에 있는 거슬리는 주름이 생길 수밖에 없는 이유는 무엇인지

알아보고, 중국도 폴더블 스마트폰을 내놓는 지금 아직도 기술력으로는 앞서 있다고 평가받는 갤럭시 폴드의 기가

막힌 힌지 기술부터 새로운 소재 도입을 통한 기술 혁신까지 후려쳐서 알아봅니다. 렛츠기베르시아!

[음악] 화면이 잡혀야 합니다. 디스플레이를 접거나 구부리더라도 부러질 염려가 없어야 한다는 말이죠.

기존의 스마트폰 화면은 물론 모니터나 TV, 계산기 액정까지 일단 냅다 접게 되면 빠삭하고 소리 내며 저 세상으로 가게 되는데요.

그 중에서도 그나마 접을 수 있는 디스플레이로서의 가능성을 보여준 최근 대부분의 스마트폰에 탑재되고 있는 AMOLED 디스플레이입니다.

디스플레이 전체에 조명을 쫙 쏘아주고 액정의 배열에 따라 변강판을 통과하는 빛의 양을 조절한 뒤 컬러 필터로 빛을 거르는 방식을 사용하는 LCD는

백라이트, 편광판, 액정, 컬러 필터까지 딱딱한 판때기가 다닥다닥 붙어 있어서 뭐하다 구부리려고 하면 내부 소재가

죄다 바꾸기가 어려웠지만, 엄청 얇게 만든 유기물에 전기를 흘려보내면 빛을 내게 되는 OLED는 픽셀마다의

유기물층 전류량을 달리 해줌으로써 자체 발광합니다. 따라서 LCD처럼 백라이트로 일단 냅다 조명을 쏘아준

뒤, 빛이 통과되는 방향을 결정하는 액정과 비조절을 위한 편광판 두 개가 없어도 되는데요. 이렇게 물리적으로

딱딱한 층의 일부가 사라진다는 구조적 특징 때문에 LCD보다 디스플레이를 접을 수 있을 가능성이 있다는 것이죠. 안대공학

오리지널 영상. LCD보다 OLED를 선택하는 이유에서 OLED의 전반적인 구동 방식을 설명드렸지만, 이제

OLED로부터 블랙 서브 디스플레이를 만들기 위해 조금 더 깊게 파봅시다. 블랙 서브 OLED와 구분하기 위해 기존

올레드 방식을 리지드 올레드라고 부르기도 하는데요. 이름부터 딱딱한 이 올레드 디스플레이를 냅다 접어버렸을

때, 마찰음이 나는 세 곳을 살펴보면 모두 유리로 되어 있다는 걸 알 수 있습니다. 원래 특징에

유기물을 보호하는 유리, 픽셀마다의 스위치 기판을 보호하는 유리, 그리고 디스플레이 맨 바깥에 씌워진 커버

윈도우 유리가 바로 그것인데, 바로 이 세 부분을 말랑말랑 쫄깃한 소재로 바꾸는 게 가능하다면 플렉서블

디스플레이, 즉 폴더블로 만들 수 있는 것이죠. 하나씩 바꿔봅시다. 누가 마찰 소리를 냈느냐? 첫 번째 유리,

유기물은 내가 꽁꽁 싸매서 지킨다. 유리 봉투처럼 배치하는 올레드층의 유기물은 물이나 산소에 매우

취약한데요. 먹다 남은 족발을 랩으로 꽁꽁 싸매든, 유리판 떼기로 밀봉하는

것을 봉지하는 과정이라고 부르며, 이를 기존 OLED에서는 ‘요리’로 밀봉한다고 하여 ‘라스인 캡슐레이션’이라고 불리는

요리 봉지라고 부르는 것이죠. 그럼 이를 대신 OLED 유기물 층 밀봉이 완벽히 대체하면 됩니다. 배달의 민족으로

주문한 김치찌개가 배달 중 국물이 흘러나오지 않게 하기 위해 비닐로 한 번 싸고, 두 번 싸고, 세 번 싸듯이,

OLED 층에 산소나 물이 침투하지 않기 위해 비닐과 같은 무기물 필름을 여러 번 쌓게 되는데요. 이렇게

현재 foldable 디스플레이의 유리 봉지층은 필름 여러 개를 쌓아 올리는 방식을 사용하면, 무기 필름의 표면은

상대적으로 거칠거칠한 필름을 사이사이에 끼워 넣어서 틈을 메우는 형태로 만들어지죠. 이렇게

필름을 쌓아 올림에 따라서 딱딱한 유리를 대신해 유연성과 쫄깃함을 얻긴 했지만, 바로 이것 때문에 우리가

폴더블폰에서 주름을 볼 수밖에 없는 이유로 이어지는데요. 필름의 성질과 척추 형태 설계 방식 등을 고려해

움푹 들어간 주름 정도를 완화하는 기술들이 점차 상용화되며 개선되어 가고 있습니다. 또 다른 단점은 바로

가격인데, 일찍이 삼성디스플레이에서는 유기무기 방식으로 필름을 적층할 때, 라면을 끓일 때 냄비 안쪽

뚜껑에 물방울이 송송 맺히는 것과 같은 공정, 이른바 ‘정착’이라는 방식으로 만들어 사용하다가 이제는 브랜딩하는

형태로 바꾸어 효율성을 높였는데요. 그럼에도 불구하고, 그냥 유리만 붙이면 되는 공정에서 유기필름 보기

필름을 번갈아 쌓아 올리는 복잡한 공정 때문에 비싼 설비를 사용하여 만들게 되고, 제조 단가가 올라가게

되었습니다. 이에 따라 LG디스플레이를 비롯한 다른 기업들은 물과 산소 차단에 강한 다른 대안으로서, 퀀텀닷

디스플레이에서도 필수 소재로 각광받는 배리어 필름으로 대체할 가능성에 대해 연구개발 중이죠. 디스플레이를 접는데

또 누가 아빠가 소리를 내었느냐. 두 번째 유리는 바로 픽셀별로 전류를 조절하는 TFT 기판을 보호하는

유리인데요. 마찰 소리를 내지 않으면서도 기판 보호가 가능한 새로운 다크호스 물질은 바로 폴리이미드

BI라고 하는 플라스틱 소재입니다. 유리 기판 대신 폴리이미드(PI)를 사용할 수 있는 것이죠. 누가 마지막까지 잡음을 냈느냐 세...

번째 유리는 바로 디스플레이 맨 바깥에 착 달라붙어 있는 커버 윈도우입니다. 대부분의 스마트폰의

탑재되어 있는 커버 윈도우는 강화유리로 구성되어 있어 그 두께가 500~1000 마이크로미터로, 딱딱한 경도와 강도로 디스플레이를

보호하는데요. 이 누리끼리함을 화학적으로 쏙 빼어 투명함과 신뢰성을 높인 칼라리스 폴리이미드(CPI)를 적용하게

되는데요. 갤럭시 폴드 1이나 화웨이 메이트 X, 모토로라 레이저 등 수많은 폴더블 스마트폰 제품들의 CPI가

적용되긴 했지만 기존 스마트폰 대비 뭔가 모르게 그 느낌이 떨어진다는 평가가 주를 이루었던 것은 CPI의

하드코팅과 같은 추가 공정을 하더라도 강화유리처럼 매끈하게 잘 빠진 느낌이 아닌

말랑말랑한 플라스틱 느낌을 주기 때문이었죠. 단지 느낌뿐만 아니라 커버 윈도우 표면 경도의 한계가 있기에

스크래치에 취약하기도 하며, 기존 스마트폰 사용자들이 유리에 터치하는 느낌에 더 익숙한 반면, CPI는

카툭튀 플라스틱의 터치하는 느낌이 만족감을 주지 못하기도 했습니다. 예, 갤럭시 S2 시리즈부터는

CPI를 적용하지 않고,  얇은 유리,  '오토드로스트' 인가요?  그리고 그 이름도 유명한 Schott(쇼트)를 사용하게 됩니다. 삼성에서 라떼 시절, 아이러브스쿨,

다모임, 버디버디에 쓰던 TM까지 붙여가며 독자 브랜딩 중인  Schott(쇼트)는 강화유리 두께가 500에서 1000

마이크로미터인 것 대비 100마이크로미터라는 얇은 유리를 만들어 접을 수 있도록 하면서도 기존 스마트폰 강화유리처럼 매끈하고 쫀쫀한

느낌의 커버를 선사하죠. 블랙서블 디스플레이가 여전히 해결해야 할 문제 중 하나는 바로 최대한 얇게

만들면서도 접었을 때 디스플레이에 가해지는 힘에 의해 파손되지 않게 하기 위한 소재를 찾고 기술을

발굴하는 것입니다. 두꺼운 택배 박스를 접는 게 더 어렵듯이, 폴더블 디스플레이에서 접는 부위에

스트레스가 작용하게 됐는데, 여기서 곡률 반경이라는 스펙이 등장하게 되죠. 접을 수밖에 없는 폴더블

디스플레이에서 두께는 여러모로 내구성의 영향을 미칠 수밖에 없는 가운데, 접히는 부분을 동그라미 원으로

보았을 때 반지름이 어느 정도가 되느냐는 것인데요. 이 반지름이 작으면 작을수록 습자지처럼 착 접히는 것이며

커지면 커질수록 택배 상자처럼 어정쩡하게 접힐 수 있다는 걸 의미하죠. 삼성의 갤럭시 폴드의 경우는

디스플레이를 안으로 접는 이른바 인폴딩 방식이며, 화웨이의 메이트 X 시리즈는 디스플레이를 바깥으로 접는

아웃폴딩 방식인데요. 아웃폴딩보다 인폴딩 방식이 더 어렵다고 하는 것은, 다가트로 접으면 이 곡률 방향이 더

크기 때문에 디스플레이를 덜 접어도 되지만, 인폴딩의 경우 그야말로 안으로 딱 접혀야 하기에 이 곡률 반경, 반지름을

더 작게 만들 수 있도록 두께도 얇게 하는 동시에 내구성을 견디도록 만들어야 한다는 겁니다. 난이도가 쉬운

아웃폴딩 방식이지만 스마트폰을 매일 바깥으로 접고 다닌다는 게 실용적이지 못하다는 평가가 주를 이루며 최근에는

갤럭시 폴드와 같은 인폴딩 방식의 스마트폰이 많이 나오게 되었죠. 이러한 곡률 반경은 1mm를 간단히

원활이라고 표기하며, 앞서 커버 윈도우로 처음 주목받은 CPI 필름의 경우 이 반지름이 1R 수준인데요,

이와는 다르게 UTG의 경우는 울트라 씬을 표방하긴 하지만,  얇다는 것이지 사실 CPI로 만든 커버 윈도우보다는

두껍습니다. 50㎛의 CPI 대신 100마이크로미터의 UTG를 사용하게 되면서 UTG의 곡률 반경은 CPI보다 두세 배 수준이 되면서

실질적으로 덜 접히게 됩니다. UTG를 더 얇게 만들 경우 접었을 때의 내구성에 문제가 아직은 해결되지

못한 것이죠. 이렇게 기존 리지드 OLED 보호하는 유리 기판 층을 빌드업으로 적층하는 방식으로 DFT 기판을 보호하기

위한 유리를 PI로, 딱딱한 유리 커버 윈도우를 CPI나 PI로 바꿈으로써 일단 접을 수 있는 디스플레이를 만들 수가

있는 것인데요. 우리나라 기업의 폴더블 스마트폰 기술력이 압도적이라고 평가받는 기술적 이유를 알아보기 전에

플렉서블 OLED 패널의 실제 제조 과정을 빠르게 요약하고 넘어갑니다. 플렉서블 OLED 패널을 만들 때에도

유리가 사용되기는 합니다. 일단 유리 위에 쫀득한 접착 코팅을 바르고, 그 위에 액체 상태의 PI를 올려

열처리를 하면 딱딱하게 굳어지는데요. 이 PI 필름 위에 DFT를 만들고 OLED 층을 증착한

뒤이를 보호하기 위한 적층 필름을 만들죠. 그런 다음 맨 밑에 붙여 놓은 유리 기판을 레이저로 소성, 떼어낸 후

베이스 필름을 부착하는데요. 반대편에는 적층 필름으로 봉지된 층 위로 터치 센서, 편광 필름, 커버 윈도우를

차례대로 올리게 되면 폴더블 디스플레이 패널이 완성되게 됩니다. 토니 스타크가 아무리 뛰어난 프레임과

날렵한 움직임을 가졌다고 해도 아이언맨 수트 2가 없이는 안 되듯이, 이런 복잡한 과정으로 만든

플렉서블 OLED 패널을 실제로 폴더블 스마트폰에 탑재하기 위해선 제대로 된 아이언맨 수트처럼 스마트하게 잘

접히는 힌지를 구성해야 하는데요. 이러한 힌지 기술에서 우리나라 폴더블 스마트폰의 기술력이 중국의 화웨이

오포를 비롯한 다른 기업들보다 훨씬 앞서 있다는 평가를 받는 이유가 있습니다. 2021년 말 중국의 오포에서는 안으로

접히는 인폴딩 방식의 폴더블 스마트폰을 내놓았는데, 삼성의 갤럭시 폴드 시리즈보다도 주름이 덜하다고

추켜세우는 바람에 중국의 디스플레이 기술이 따라잡힌 것이 아니냐는 여론이

형성되기도 하였습니다. 그러나 같은 인폴딩 방식임에도 불구하고 중국과 삼성의 방식은 크게 차이가 난다고 볼 수 있는데, 오포의

경우 디스플레이가 접힐 때 안으로 말려 들어가서 구부려지는, 이른바 '물방울 힌지'라 불리는 방식으로

2019년 모토로라가 내놓은 방식과 똑같은 방식입니다. 이러한 힌지는 디스플레이가 말려 들어갈 공간이

필요하기 때문에 내구성이 비교적 약하고 방수·방진에 취약하다는 단점이 있는데요. 2022년 말에 공개

경우, 어마무시한 스마트폰 자체 스펙과 함께 기존 몰빵 방식이 아닌, 힌지에서 잘 되지 않았던 디스플레이를 적당히 접었을 때

멈춰서는 프리 스탑 기능과 팬까지 지원하지만, 여전히 방수에는 취약하다는 단점을 안고 있긴 합니다. 그와는

반대로, 최근까지의 삼성의 힌지 방식은 방수·방진까지 지원하며 접힐 때 내부 공간을 최대한 없애는 방식으로

만들어지면서 내구성을 높이는 형태로 발전되어 왔는데, 먼저 여러 번 접었다 펴도 견고하게 버틸 수 있도록

이른바 하이드어웨이 힌지를 적용한 갤럭시 폴드 시리즈는 힌지의 양 끝에 위치한 두 개의 캠 구조가 정교하게

맞물려 완전히 접힐 때와 완전히 펴질 때, 그리고 적당히 펴질 때 모두 잘 동작하도록

합니다. 이때 먼지나 물이 들어오는 문제를 해결하기 위해 힌지와 제품 본체 사이에 틈을 최소화하는 동시에

부드럽게 열리고 닫히는 탄성까지 가지고, 사용자가 20만 번 접었다 폈다 해도 견딜 수 있는 내구성을 가지기 위한 스위퍼

기술까지 적용하는데요. 주인공 청소기의 브러시에 적용된 섬유가 오래 사용해도 쉽게 마모되지 않고, 단선과 유연성을

삼성 플렉서블 디스플레이,힌지 기술을 애플, 중국이 따라잡기 힘든 이유! 폴더블 폰의 주름 원인과 함께 OLED에서 폴더블 폰이 되기까지 과정을 알아봅니다.

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문의 : Unrealtech2021@gmail.com

삼성 플렉서블 디스플레이,힌지 기술을 애플, 중국이 따라잡기 힘든 이유! 폴더블 폰의 주름 원인과 함께 OLED에서 폴더블 폰이 되기까지 과정을 알아봅니다.

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