'갤럭시폴드' 디스플레이, 1만번 이상 접어도 끄떡없는 기술적 배경은

플렉시블 OLED의 특성 최대한 구현...접히는 부분 응력 낮은 소재 활용

전통적 리지드 OLED 유리소재 기판·봉지 재료를 PI로 바꿔 유연성 확보

"폴더블 이어 롤러블·스트레처블 디스플레이 장착 스마트폰도 곧 현실화"

자료 삼성디스플레이

【서울=뉴시스】김종민 기자 = 삼성전자는 지난달 미국 샌프란시스코에서 소비자들의 기대치를 넘어선 완성도 높은 폴더블 폰 '갤럭시 폴드'를 공개하며 이목을 끌었다.

삼성전자는 1만번 이상 접었다 펴도 화면에 주름이 생기지 않는 기술력을 자랑했다. 폴더블(foldable) 디스플레이는 접히는 부분을 구현하는데 특히 기술적 난도가 높다. 어떤 물체나 완전히 접었다 펼치면 자국이 생기게 돼 원래의 모습으로 돌아오는 것이 거의 불가능한데, 이러한 한계를 극복할 기술이 필요하기 때문이다.

따라서 접히는 부분의 응력(인장·압축 강도)이 낮은 소재를 활용해 패널의 손상을 최소화 할 수 있는 연구가 수반된다.

전통적인 OLED는 이른바 리지드(Rigid : 딱딱한) OLED로 디스플레이의 하부기판과 보호 역할을 하는 봉지 재료가 유리다. 유리는 디스플레이 공정에서 오랫동안 사용됐기 때문에 신뢰성이 높은 반면 유연성은 거의 없다.

플렉시블(flexible) OLED는 유리기판 대신 하부기판에 PI(폴리아미드)를 사용하고, 유리 봉지 대신 얇은 필름인 TFE(Thin Film Encapsulation)을 활용한다. 이를 통해 유연성을 확보할 수 있을뿐 아니라 기존 유리보다 최소 수십 분의 1까지 얇게 만들 수 있고 무게도 가볍다.

PI는 일종의 플라스틱 소재로 유연성을 갖추고 있으면서도 열에 강해 유리처럼 그 위에 TFT와 유기물층을 쌓을 수 있다. 따라서 기판을 유연하게 만드는 첫 단추다.

PI는 액체형태로 박막트랜지스터(TFT) 형성, 유기발광층 증착 등 디스플레이를 만드는 기판으로 쓰기 위해서는 공정초반부에 캐리어 글라스라고 불리는 유리기판위에 PI물질을 바른 뒤 굳힌다.

다음으로 리지드 OLED와 유사한 TFT와 증착, 봉지 공정을 거친 뒤 레이저를 이용해 캐리어 글라스를 떼어낸다. 이 과정은 건축에 비유하면 거푸집을 만들어 놓고 나중에 떼어내는 개념과 유사하다.

PI와 또 하나의 핵심기술은 TFE다. TFE는 유기물층 위에 무기막, 유기막을 번갈아 적층하며 외부로부터의 오염물질 침투를 막는 기술이다. 무기막은 침투를 막아주는데 효과적이지만 핀홀(pinhole)이 생길 수 있다는 취약점이 있다. 유기막과 무기막을 교대로 적층하면 유기막은 무기막의 핀홀을 채우게 되고, 이런 구조를 통해 공기와 수분의 침투를 막을 수 있게 된다.

플렉시블 OLED의 진화 과정에는 폴더블 디스플레이뿐 아니라 두루마리 디스플레이라고 불리는 롤러블(rollable) 디스플레이가 있다. 마치 신문을 돌돌 말았다가 펼쳐 보듯이 사용이 가능해 휴대성이나 공간활용성에서 유리한 특성을 갖고 있다.

삼성디스플레이는 지난해 5월 차량용 CID(center information display)에 롤러블을 활용한 제품을 미국 전시회에 선보였다. 화면을 감아 올릴 경우 뒷 공간을 활용할 수 있는 등 유용성이 높은 기술로 각광받고 있다.

삼성전자 IM부문장 고동진 사장이 폴더블 스마트폰 ‘갤럭시 폴드(Galaxy Fold)’를 들고 포즈를 취하고 있다. (뉴시스DB 2019.02.21.)

또 섬유처럼 잡아 당기거나 누르면 화면이 늘어나는 스트레처블(stretchable) 디스플레이도 있다. 신축성이 있는 소재를 디스플레이에 접목한 기술로 향후 웨어러블이나 패션용 소재처럼 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 보인다.

삼성전자의 시선은 이제 미래로 향하고 있다. 폴더블 디스플레이를 시작으로 차세대 제품을 선도으로 개발해 제품화한다는 복안이다.

폴더블폰은 시작에 불과하다는 설명이다. 김학상 삼성전자 무선사업부 비주얼개발팀장(전무)도 자사 뉴스룸의 기고를 통해 "스마트폰 폼팩터의 대대적인 변화가 수년 내 진행될 것"이라고 밝혔다.

업계 관계자는 "하드웨어 혁신을 중심으로한 스마트폰 제조사들의 혁신 경쟁이 본격화되고 있다"며 "삼성전자는 하드웨어의 완성도를 강조해온 만큼, 롤러블과 스트레처블 디스플레이를 장착한 스마트폰도 곧 현실화될 것"이라고 말했다.

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