갤럭시Z폴드2 인기...한층 업그레이드 된 폴더블 OLED 기술의 핵심은

폴더블 디스플레이의 핵심 성능은 '폴딩 곡률'

최적 구조, 점착제(PSA), 커버윈도우(UTG) 등

설계·소재 혁신 통해 저곡률 기술 확보가 관건

[서울=뉴시스]삼성 '갤럭시 Z 폴드2' 미스틱 브론즈 모습. (사진=삼성전자 제공) 2020.09.01.  [email protected]

[서울=뉴시스] 김종민 기자 = 지난해 선보인 ‘갤럭시 폴드’, ‘갤럭시Z 플립’에 이어 최근 ‘삼성 갤럭시 언팩 2020’ 행사를 통해 삼성의 2세대 폴더블 스마트폰 제품 ‘갤럭시 Z 폴드 2’가 공개됐다.

스마트폰 크기의 한계를 극복하고 태블릿처럼 대화면을 활용할 수 있는 폼팩터 혁신 덕분에 폴더블에 대한 소비자들의 관심이 점차 커지고 있으며, 대화면을 탑재한 스마트 기기를 콤팩트 하게 가지고 다닐 수 있다는 장점으로 인해 시장의 긍정적인 반응도 빠르게 확대되고 있다.

폴더블 스마트폰의 본질적 기능을 구현하는 폴더블 OLED 디스플레이 기술에 대해서도 관심이다.

4일 삼성디스플레이에 따르면, 현재 시장에 출시된 폴더블 스마트폰은 크게 두 가지 스타일로 나뉜다. 화면이 안쪽으로 접히는 인폴딩(In-Folding) 방식(갤럭시 폴드, Z플립)과 화면이 밖으로 접히는 아웃폴딩(Out-Folding) 방식으로, 이 가운데 아웃폴딩 대비 내구성에 유리한 인폴딩 방식이 현재 시장에서 주류를 차지하고 있다.

접을 수 있는 정도를 뜻하는 ‘폴딩 곡률’이 완제품 두께에 영향을 주는 주요 요인이기 때문에 폴더블 제품에서 저곡률 폴더블 기술 확보는 무척 중요한데, 삼성디스플레이의 폴더블 OLED는 최적 설계 및 소재 혁신을 통해 폴딩에 유리한 낮은 곡률의 제품 생산이 가능하다.

[서울=뉴시스] 자료 삼성디스플레이

기술적으론 폴더블 디스플레이의 우수한 성능 확보를 위한 중요한 3가지 요소가 있다.

◇최적 구조 설계

폴더블 디스플레이는 접었다 폈을 때 접는 영역에 국부적으로 가해지는 응력(Stress)으로 인해 디스플레이에 파손이 발생할 가능성이 높다. 이때 발생하는 응력으로부터 디스플레이를 보호하기 위해서는 두께를 줄이고 적층 구조 최적 설계를 통해 응력을 최소화해야 한다.

물체가 휘어질 때 받는 저항(단면 이차 모멘트)은 두께가 얇아질수록 낮아진다.두꺼운 책을 접는 것보다 얇은 책을 접는 것이 더 쉬운 것과 마찬가지다. 디스플레이를 접을 때 가해지는 응력을 낮추기 위해서는 외장형 기능성 모듈 부품인 터치센서, 편광판 등을 물리적으로 부착하는 것보다 디스플레이 패널에 내장하는 방식이 유리하기 때문에 이러한 방식을 통해 폴더블 성능을 높인다.

[서울=뉴시스] 연신율이 높을 경우 압축응력(Compressive Stress)과 인장응력(Tensile Stress)이 모두 완화된다. 자료 삼성디스플레이

◇점착제(PSA)

폴더블에서는 접었다 펴기를 반복할 때 원형 복원이 되어야 하는 동시에 디스플레이 패널을 이루고 있는 층(Layer)간 결합을 유지해야 하기에 고(高) 연신(이완), 고 복원(수축), 고 점착의 특성이 필요하다.

패널의 층과 층은 주로 점착제라고 불리는 소재로 붙어 있다. 접착제와는 달리 붙였다 떼어내도 다시 붙일 수 있는 특성이 있다. 마치 포스트잍처럼 떼었다 붙이기를 반복할 수 있는 개념이다. 재질은 껌이나 슬라임과 같은 느낌을 떠올리면 비슷하다.

폴더블 OLED에는 일반적인 OLED나 플렉시블 OLED와 달리 더 특성이 좋은 점착제가 필요하다. 물리적인 움직임이 훨씬 많고 더 크기 때문이다. 따라서 PSA(Pressure Sensitive Adhesive)라는 소재의 점착제를 사용한다. PSA는 사전적 의미로 ‘손가락 등의 가벼운 압력에 의해서도 쉽게 피착물에 붙일 수 있는 고형화 되지 않은 반유동적 성질의 물질’을 뜻한다.

[서울=뉴시스] 자료 삼성디스플레이

PSA의 고 연신성은 폴딩시 각 층(Layer)간 분리(Decoupling)됨을 통해 발생하는 응력을 완화시켜준다. 이는 강한 접착으로 각각의 층이 결합(Coupling)되어 하나의 단일 층처럼 움직이는 것이 아니라, 각 층이 개별적으로 움직이는 특성을 나타내기 때문에 발생하는 응력의 크기가 낮아지는 효과를 낸다.

◇커버 윈도우(UTG)

커버 윈도우(Cover window)는 디스플레이 패널을 외부로부터 보호하는 역할을 하는 부품이다. 하지만 보호와 동시에 디스플레이 이미지가 우리 눈까지 선명하게 전달되는 기능도 수행해야 하므로 투명한 유리처럼 높은 투과율이 필요하며, 깨짐, 긁힘도 적어야 하기 때문에 커버 윈도우에는 높은 내구성이 필요한 소재를 사용한다. 여기에 더해 폴더블 디스플레이의 커버 윈도우는 유연하게 접을 수 있는 굴곡 특성까지 동시에 만족시켜야 한다.

폴더블용 커버 윈도우에는 플라스틱 필름 기반의 PI 윈도우와 유리로 만든 UTG 윈도우가 있으며 삼성디스플레이에서는 두 가지의 윈도우 솔루션을 모두 개발하여 생산하고 있다.

[서울=뉴시스] 자료 삼성디스플레이

작년에 출시한 ‘갤럭시 Z 플립’과 최근 공개한 ‘갤럭시 Z 폴드 2’에 적용된 UTG(Ultra-Thin Glass)는 기존 스마트폰 윈도우 두께인 0.5㎜보다 훨씬 얇은 30㎛(마이크로미터) 두께로, 접는 위치에 가해지는 응력이 다소 강하더라도 유리가 깨지지 않기 때문에 커버 윈도우로 사용이 가능하다.

폴더블용 커버 윈도우는 접고 폈을 때 원형 복원이 이루지는 동시에 긁힘과 외부 충격에 강한 특성이 필요하다. 따라서 UTG는 얇게 가공된 유리에 유연성과 내구성을 높이는 강화 공정을 거쳐 완성된다. 이렇게 만들어진 UTG는 유리 소재의 특장점을 갖추고 있는 동시에 유연하게 접고 펼 수 있어 향후 폴더블 및 뉴 폼팩터 제품에 다양하게 적용될 것으로 기대된ㄷ.

삼성디스플레이 조의리 프로는 "폴더블 디스플레이는 이제 시장에 진입한 초기 단계이며 지속적인 연구/개발을 통해 기술 성숙도를 높이는 과정에 있다"며 "향후 디스플레이 사이즈 확대 측면에서 여러 번 접는 다중 폴딩 디스플레이나, 접는 형태 외에 디자인 혁신 관점에서 슬라이더블(Slidable)이나 롤러블(Rollable)과 같은 혁신적 디스플레이가 등장할 것"으로 예상했다. 그는 "이러한 디스플레이 기술 발전에 따라 미래에는 우리가 상상하는 다양한 확장형 디스플레이를 활용한 새로운 폼팩터의 스마트 기기들이 시장을 만나볼 수 있을 것으로 전망한다"고 덧붙였다.


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