핸드폰이 접힌다고? 말이 되는 소리를 해야지~
- 편집팀
- 2020년 4월 28일
- 4분 분량
최종 수정일: 2020년 9월 18일
최근 삼성전자에서는 Z플립과 갤럭시 폴드를 출시했다. 평범한 스마트폰과 확연히 차이나는 Z플립과 갤럭시 폴드는 이전 휴대폰과 다르게 접을 수 있다는 특성을 가지고 있다. 또한 말려서 접히는 TV(롤러블 TV)도 LG가 세계 최대의 가전쇼인 CES 2018에서 공개된 적이 있다. LG, 화웨이, 애플에서도 앞다투어 특허를 출원하고 있기도 하다. 구부러지는 디스플레이의 원리와 폴더블 폰의 기술을 살펴보도록 하자.
디스플레이를 어떻게 접을 수 있는거지?
핸드폰을 접히게 하려면 폴더블이라는 기술이 필요하다. 폴더블이란 말은 폴드(Fold)와 에이블(Able)이 합쳐진 말로 말 그대로 접힐 수 있다는 뜻을 가지고 있다. 이 폴더블의 방식은 대표적으로 2가지로 나뉘는데 하나는 인 폴딩(in-folding)과 아웃 폴딩(out-folding)이다. 인 폴딩(왼쪽)은 안쪽으로 접히는 기술이고 아웃 폴딩(오른쪽)은 바깥쪽으로 접히는 기술이다. 그런데 인 폴딩과 아웃 폴딩을 생각하기
전에 디스 플레이가 자유롭게 접히거나 굽힐 수 있어야 한다. 우리가 흔히 보는 디스플레이는 전혀 구부러지게 생기지 않았다. 오히려 부서지지 않게 단단하게 만들어야 해야 상품성을 높일 수 있다. 그럼 구부러지는 디스플레이와 일반 디스플레이는 어떠한 차이점을 가지고 있는 것일까. 그 이유는 유리를 굽힐 수 있는 재료로 대체한 것에 있다. 현재 많이 쓰이고 있는 디스플레이는 OLED(유기발광다이오드)라는 것을 사용하는데 전류를 흐르게 하면 자체 발광 가능한 물질을 이용해 만들어졌다. 이 OLED는 바닥 상태의 전자에 에너지를 주면 전자가 들뜬 상태가 되고 다시 전자가 바닥 상태가 되면서 빛을 방출하는 원리를 이용한다. OLED 디스플레이는 아래와 같은 구조를 가지는데 여기서 굽혀지지 않는 물
질인 유리를 구부러질 수 있는 필름으로 대체한 것이 바로 플렉시블 디스플레이(Flexible-Display) 이다. 필름은 많은 종류가 있지만 높은 내열성을 가지고 있는 등 물성이 우수한 PI(Polyimide)라는 물질을 사용하도록 결정하였다. 하지만 이 PI 폴리이미드라는 물질은 본래 황색 계열의 색을 띄는 물질이다. 하지만 연구 끝에 색이 없는 CPI(Colorless-PI) 필름을 만들어 내었고 디스플레이에 필름을 사용할 수 있게 되었다.이 CPI 필름은 PI필름에 불소 원자를 결합해 만든 것으로 알려져 있다. 물성을 유지하면서 색만 투명하게 바꾸는 작업이 쉽지는 않았을 꺼라 생각한다. 얼마 전 삼성 전자에서 갤럭시 폴드의 필름이 벗겨져 논란이 있었는데 그 필름이 바로 CPI를 사용한 것이다. 그래서 플렉시블 디스플레이는 OLED 디스플레이의 유리기판을 CPI 필름으로 대체하므로써 사용이 가능해졌다. 하지만 주름이 생기기 쉽고 CPI가 결국 필름이기 때문에 화면 경도 면에서도 약점을 들어낼 수 있어 UTG(Ultra Thin Glass)라는 신소재도 개발되고 있는 상황이다. 하지만 아직 두께도 두껍고 구부러질 수 있는 정도, 즉 곡률 반경이 CPI 보다 작고 깨지기 쉬운 유리의 특성 때문에 많은 공정을 거쳐야 한다는 문제점이 있지만 심미성, 시인성 측면에서 좋다고 평가된다.
휴대폰을 접는다는 게 간단한가?
휴대폰을 접는 기술은 그저 디스플레이가 접힌다고 했을 때 가능한 것이 아니다. 휴대폰에는 배터리, 회로 등 때문에 기존의 디스플레이보다 두꺼워 질 수 밖에 없다. 이에 따라서 발생하는 문제는 많은 것이 있다. 인 폴딩이든 아웃 폴딩이든 접었을 때 공간이 생긴다. 이해를 위해 두꺼운 책을 접는 것을 생각해 보자. 두꺼운 책을 접으면 필연적으로 접히는 곳에 공간이 생기게 된다. 그렇게 되면 가운데의 디스플레이가 그러면 결국 중간 부분의 디스플레이가 울고 OLED의 특성상 화면에 얼룩이 남는 번인(Burn-in)현상을 초래하기 쉽다. 한 예로 로욜 사의 세계최초 폴더블 폰은 아웃 폴딩 방식으로 접으면 스마트폰이고 피면 태블릿으로 사용할 수 있다. 최초인 만큼 가운데 부분에 주름이 생기고 피고 접는 것이 수월하게 되지 않는 문제, 접었다 피는 것을 반복하면 액정이 깨지는 문제, 접히는
부분이 주름이 펴지는 방식으로 되어있어 심미성이 떨어지는 등 문제들이 있었다. 또한 접었을 때 양면이 디스플레이라서 어느 쪽으로 내려놓든 한쪽은 바닥에 쓸려 상처입을 가능성이 있다. 그래서 인 폴딩의 방식이 디스플레이를 보호하기에는 더 적합하다. 하지만 인 폴딩의 방식은 가운데 부분의 공간이 안 남게 하기 위해서는 기술적으로 쉽지 않다. 그렇기 때문에 맨 처음 나온 폴더블 폰이 아웃폴딩 방식을 사용했다고 생각한다. 하지만 삼성이 인 폴딩 방식을 적용한 휴대폰을 출시하였다.
삼성이 인 폴딩을 가능하게 한 기술은 바로 힌지 기술이다. 본래 힌지란 연결하는 부위의 경첩 따위를 의미하는 것이고 갤럭시 폴드에 쓰이는 힌지는 하이드어웨이 힌지로 바깥에 힌지가 보이지 않게 하는 방법을 써 이물질이 들어가지 않도록 하고 내구성을 높이는 방식을 택했다. 또한 접거나 필 때 움직이는 기어를 바깥으로 위치해 두께를 줄이고 안정감을 높였다. 위 그림이 휴대폰이 접혀져 있는 모양인데 접히는 부분에 디스플레이가 동그랗게 되어있는 것을 확인할 수 있는데 인 폴딩의 가운데 부분이 주름이 생길 수 있는 것을 예방하기 위해 접혔을 때 디스플레이가 물방울 모양이 되도록 하여서 접거나 필 때 디스플레이가 원만하게 접히거나 펴질 수 있도록 설계한 것으로 보인다. 아웃 폴딩의 단점 중에 하나는 바로 보려면 무조건 펴야 한다는 것인데 이것을 해결하기 위해 접었을 때 작은 화면이 보이도록 하였다.
삼성에는 실제 구현된 스마트폰 말고도 만들고 있는 스마트폰은 더블 폴딩 기술을 접목시킨 Z자 형태로 스마트폰이 접히는 것도 있는데. 이 스마트폰은 구조상 인 폴딩과 아웃 폴딩 기술 모두 적용되어야 한다. 기술적으로 굉장히 많은 부분이 필요할 것으로 보인다. 화웨이에서는 메이트X라는 세계 최초의 폴더블 폰인 플렉스파이와 마찬가지로 아웃폴딩 방식을 사용한 폴더블 스마트폰이지만, 전반적인
완성도 면에서는 훨씬 뛰어난 모습을 보여준다. 메이트X은 디스플레이 중앙에 힌지를 배치해서 스마트폰이 완벽히 포개지는 형태를 취하지 않았다. 스마트폰을 펼쳤을 때 손잡이로 활용할 수 있는 ‘날개’가 있어, 접히는 구간이 약간은 치우쳐진 모습이다. 외형 상으로만 보았을 때에는 메이트X가 갤럭시 폴드보다 우수한 디자인을 가지고 있다. 그리고 화웨이는 면으로 나누어진 태블릿의 좌우 두 화면이 뒤로 아웃 폴딩 방식으로 접혀지면 남은 가운데 부분을 스마트폰으로 쓰는 특허를 내었다. 이것은 완성이 되면 스마트폰, 태블릿PC, 데스크톱PC 3종으로 사용 가능하다고 한다. 롤러블 TV를 세계최초로 만들었던 LG도 스마트폰 화면을 롤러블 형식으로 쓸 때는 말려있던 것을 펴서 사용하는 형식의 특허를 제출하였다.
이처럼 많은 회사에서 플렉시블 디스플레이라는 신기한 것에 많은 관심을 가지고 개발을 하고 있다. 인간의 최초 디스플레이 활동이 동굴 벽화를 그린 것이라고 할 수 있다하는데 동굴 벽화에서 전기로 화면을 나타내며 그 화면을 구부려도 되고 아무 곳에 부착을 해도 될 정도로 자유로울 정도까지 왔다. 이러한 성과에 뒷받침을 해준 과거 과학자들의 노고에 감사하며 앞으로의 10년, 20년 뒤가 정말 기대된다.
참고자료
[1] 인아웃폴딩
[2] OLED패널
[3] 로욜폴더블폰
[4] 접합부구조
[5] 화웨이메이트X
첨부 이미지 출처
[1] https://google.com
KOSMOS PHYSICS 지식더하기
작성자│김태현
발행호│2020년 봄호
키워드│#폴더블 #플렉시블디스플레이
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