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[비바100] 폴더블폰 열풍…디스플레이는 어떻게 접힐까?

[테크리포트] 폴더블 디스플레이의 원리

입력 2023-09-04 07:05 | 신문게재 2023-09-04 12면

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갤럭시 Z 폴드5 아이스 블루 갤럭시 Z 플립5 민트
삼성전자 폴더블폰 신제품 갤럭시 Z폴드5(왼쪽)와 Z플립5(오른쪽).(사진=삼성전자)

 

글로벌 스마트폰 시장이 지난해에 이어 올해도 침체를 이어가는 가운데, 폴더블폰은 성장가도를 달리고 있다. 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 전세계 폴더블폰 출하량은 1980만대로 전년 출하량인 1280만대보다 55% 성장할 전망이다. 전체 스마트폰 출하량은 2013년 이후 최저치를 기록할 전망이다.

이에 따라 전체 스마트폰 시장에서 폴더블폰이 차지하는 비중이 커지고 있다. 지난 2021년 0.7%에 불과했던 폴더블폰 점유율은 2022년 1.1%로 올랐으며 올해 약 1.7%가 예상된다. 폴더블폰의 가격 인하와 디자인 개선 등을 이유로 2027년에는 글로벌 시장에서 5%를 넘어설 전망이다.
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프리미엄 스마트폰으로 시장을 한정할 시 폴더블폰의 출하량은 더욱 상승할 것으로 보인다. 글로벌 시장 출하량에서 중저가 스마트폰이 차지하는 비중이 크기 때문이다. 프리미엄 스마트폰이 시장 주류로 자리잡은 한국, 미국 등 국가에서 폴더블폰을 쉽게 발견할 수 있는 이유다.이에 디스플레이 기술에 대한 관심도 덩달아 높아지고 있다. 기존 평평하고 딱딱한 형태의 디스플레이를 넘어 접히고, 말리고, 휘어지는 등 디스플레이에 대한 고정관념이 깨지고 있는 것이다.

[사진자료] LG디스플레이 중소형 8인치 360도 폴더블 OLED
LG디스플레이 중소형 8인치 360도 폴더블 OLED.(사진=LG디스플레이)

 

◇유연한 디스플레이, OLED만이 가능하다

휘어지고 구부러지는 등 유연한 모습이 특징인 플렉시블(Flexible) 디스플레이의 핵심 기술은 유기발광다이오드(OLED)이다. OLED는 유기물 내에서 결합을 통해 자체적으로 발광하는 성질을 갖고 있다. 자체적으로 빛을 내지 못해, 광원인 백라이트를 함께 탑재한 LCD 대비 디스플레이가 얇은 이유다. 이런 OLED의 성질을 이용해 유연한 디스플레이를 만들 수 있는 셈이다.

플렉시블 디스플레이에는 단단한 유리가 아닌 유연한 플라스틱이나 금속 박막이 기판으로 사용된다. 디스플레이의 기능이 손상되지 않는 선에서 구부릴 수 있는 것이다.

업계 관계자는 “플렉시블 디스플레이는 언브레이커블-커브드-벤디드-폴더블-롤러블-스트레처블 순으로 발전할 것”이라며 “현재는 폴더블 단계에 있다”고 말했다.

폴더블 디스플레이는 종이처럼 접을 수 있어 휴대성이 높고, 펼치면 큰 화면을 구성할 수 있다는 특징을 가진다. 현재 스마트폰 등 IT기기에 접목되며 시장 주류로 떠오르고 있는 디스플레이다.

이 같은 폴더블 디스플레이의 핵심 성능은 ‘곡률’이다. 곡률은 접을 수 있는 정도를 뜻하며, 완제품 두께에 영향을 주는 요인으로 작용한다.

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삼성디스플레이 폴더블 OLED 소재 UTG(초박막강화유리).(사진=삼성디스플레이)

 

◇폴더블 디스플레이 기술 핵심 ‘응력’·‘점착제’·‘커버 윈도우’

폴더블 디스플레이의 우수한 성능을 확보하기 위한 몇 가지 중요한 요소가 있다. 먼저 ‘응력’을 최소화해야 한다. 응력은 디스플레이를 접었다 펼 때, 접어지는 부분에서 가해지는 힘을 뜻한다. 응력으로부터 디스플레이를 보호하기 위해서는 두께를 줄이고 적층 구조 최적 설계를 통해 가해지는 응력을 최소화해야 한다.

삼성디스플레이 관계자는 “물체가 휘어질 때 받는 저항은 두께가 얇아질수록 낮아진다”며 “우리가 두꺼운 책을 접는 것보다 얇은 책을 접는 것이 더 쉬운 이유”라고 밝혔다. 그러면서 “디스플레이 역시 가해지는 응력을 낮추기 위해 외장형 기능성 모듈 부품인 터치센서, 편광판 등을 물리적으로 부착하는 것보다 디스플레이 패널에 내장하는 방식이 유리하기 때문에 이러한 방식으로 폴더블 성능을 높인 것”이라고 설명했다.

또 폴더블은 접었다 펴기를 반복할 때 원형으로 복원돼야 한다. 디스플레이 패널을 이루고 있는 층간 결합을 유지해야 하는 것이다. 이를 위해 패널의 층과 층은 ‘점착제’라고 불리는 소재로 붙어 있다. 접착제와 달리 붙였다 떼어내도 다시 붙일 수 있는 특성을 가진다. 삼성디스플레이 관계자는 “마치 포스트잇처럼 떼었다 붙이기를 반복할 수 있는 개념”이라며 “재질은 껌이나 슬라임과 같은 느낌을 떠올리면 비슷하다”고 전했다.

단, 폴더블 OLED는 일반적인 OLED나 플렉시블 OLED와 달리 더 특성이 좋은 점착제가 필요하다. 물리적인 움직임이 훨씬 많고, 큰 탓이다. 현재 폴더블 OLED에는 PSA라는 점착제가 사용된다. PSA는 손가락 등의 가벼운 압력에 의해서도 쉽게 피착물에 붙일 수 있는 고형화되지 않은 반유동적 성질의 물질을 의미한다.

커버 윈도우로는 ‘UTG(Ultra Thin Glass, 초박막강화유리)가 활용된다. 커버 윈도우는 디스플레이 패널을 외부로부터 보호하는 역할과 디스플레이 이미지가 선명하게 전달되는 기능을 수행한다. 투명한 유리처럼 높은 투과율을 필요로 하며, 흠집이 적어야 하기에 높은 내구성이 필요한 것이다. UTG는 이런 특성들을 만족하는 소재다. 삼성전자는 폴더블폰 갤럭시 Z플립2·Z폴드2부터 UTG를 사용해왔으며, 중국 주요 스마트폰 업체들은 지난해부터 UTG 소재가 탑재된 폴더블폰을 신제품으로 내놓고 있다.

UTG를 사용하기 이전에는 CPI(Colorless Polyimide, 투명 폴리이미드 필름) 소재를 활용했다. 다만 CPI 소재가 스크래치에 취약해 힌지(접히는 부분)에 주름이 발생한다는 단점이 있어 UTG가 시장 주류로 자리매김했다. 하지만 두께에서는 아직 CPI가 우세를 점하고 있어서 디스플레이 업계에서는 CPI 필름을 하드 코팅으로 경도를 올리는 동시에 주름을 없애기 위한 연구를 진행 중이다.

업계 관계자는 “폴더블 디스플레이는 이제 시장에 진입한 초기 단계이며 지속적인 연구·개발을 통해 기술 성숙도를 높이는 과정”이라며 “디스플레이 기술 발전에 따라 미래에는 우리가 상상하는 다양한 확장형 디스플레이를 활용한 새로운 폼팩터의 스마트 기기들을 시장에서 만나볼 수 있을 것”이라고 전망했다.


전화평 기자 peace201@viva100.com

 

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