폴더블 스마트폰 상용화 임박, 접히는 디스플레이 비밀은…

과학 이야기

커버를 플라스틱으로 바꾸고
OLED에 필름 기판 붙이면
디스플레이 자유롭게 휘어져

은나노 와이어·그래핀 등
잘 휘는 성질의 첨단소재 활용
패널+기판 '접착제 기술'도 중요

고동진 삼성전자 IM(IT·모바일) 부문장(사장)은 지난 3일 미국 CNBC와의 인터뷰에서 “접었다 폈다 할 수 있는 ‘폴더블 스마트폰’ 공개가 임박했다”고 말했다. 지난 8월 초 “최초 폴더블폰 상용화 타이틀을 중국 화웨이에 뺏기고 싶지 않다”고 한 발언에서 한층 더 구체화됐다. 시장에선 삼성전자가 오는 11월 미국 샌프란시스코에서 열릴 예정인 삼성개발자회의(SDC)에서 폴더플폰을 공개할 것으로 보고 있다.

TV 분야에선 두루마리처럼 말 수 있는 ‘롤러블 TV’가 화제다. LG디스플레이는 올초 미 라스베이거스에서 열린 세계 최대 전자쇼 CES에서 65인치 롤러블 TV 시제품을 공개했다. 버튼을 누르면 네모난 상자에 돌돌 말려 있는 디스플레이가 펴지면서 65인치 OLED(유기발광다이오드) TV로 바뀐다. 화면을 반만 펴서 달력으로 이용하는 것도 가능하다. LG디스플레이는 완제품 업체들과 이 제품의 상용화 여부, 시점 등을 논의 중이다.

사각형 틀에서 벗어난 디스플레이

소문만 무성하던 플렉시블 디스플레이(휘는 디스플레이) 시대가 코앞으로 다가왔다. 딱딱한 사각형 틀에 갇혀 있던 디스플레이 형태가 자유롭게 바뀌는 것이다.

플렉시블 디스플레이는 △가장자리가 휘어진 ‘에지’(현재 판매 중인 TV와 스마트폰에 적용) △두루마리 형태의 ‘롤러블’ △반으로 접을 수 있는 ‘폴더블’ △고무판처럼 늘었다 줄어들었다 하는 ‘스트레처블’ 제품을 함께 일컫는 용어다.

낭창낭창한 디스플레이를 구현할 수 있는 디스플레이 기술은 자체적으로 빛을 내는 유기물질을 활용하는 OLED뿐이다. 10년 넘게 디스플레이 시장을 주름잡고 있는 LCD는 화면 뒤에서 빛을 내는 ‘백라이트유닛(BLU)’ 때문에 폴더블이나 롤러블 형태로 가공이 불가능하다. 화면이 살짝 굽어 있는 곡면 TV가 LCD 기술의 한계란 설명이다.

OLED로 플렉시블 디스플레이 시제품을 제작하는 것은 크게 어려운 일이 아니다. 유기물질인 OLED에 필름 형태의 기판만 붙이면 휘어지는 디스플레이가 만들어진다. 4~5년 전부터 CES 등의 가전제품 전시회에 다양한 형태의 플렉시블 제품이 등장한 배경이다.

하지만 상용화는 전혀 다른 얘기라는 게 전문가들의 설명이다. 우선 LCD 화면에 익숙한 소비자의 눈높이를 만족시킬 만큼의 화질을 구현해야 한다. 내구성도 중요하다. 화면을 몇 번 구부렸다 폈을 때 화면이 울거나 터치패널이 제대로 작동하지 않는다면 상용화 의미가 없다.

전문가들은 플렉시블 디스플레이의 경쟁력은 결국 소재에서 나온다고 설명했다. 어떤 소재를 썼느냐, 소재들을 어떻게 조합했느냐에 따라 완제품의 품질이 결정된다는 얘기다.

먼저 딱딱한 유리로 제작하는 커버를 무엇으로 대체할지 결정해야 한다. 유리는 스마트폰 앞면은 물론, 뒷면까지 감싸는 소재다. 흠집에도 강하고 빛 투과율도 높은 편이다. 플라스틱을 아무리 잘 가공한다고 하더라도 유리만큼의 품질을 내는 게 쉽지 않다.

떨어뜨렸을 때 잘 깨지지 않게 하는 등 강도에 대한 고민도 깊다. 소비자들 사이에서 플렉시블 제품은 떨어뜨리거나 밟으면 바로 부서지는 게 아니냐는 우려가 큰 만큼, 이 문제를 불식시킬 수준으로 플라스틱을 단단하게 만들어야 한다.

은나노 와이어 등 첨단소재 활용

필름 형태를 띤 패널과 터치 기판 등을 붙이는 접착제도 달라져야 한다. 접착제는 접었다 폈다를 반복하는 폴더블 제품에서 특히 중요하다. 접착제 자체가 플렉시블한 성질을 갖지 않으면 접착부가 느슨해지는 현상이 나타난다. 스마트폰에 화면보호 필름을 잘못 붙였을 때처럼 기포가 생기거나 화면이 울 수 있다.

디스플레이의 필수부품인 편광판 가공 방식에도 변화를 줘야 한다. 빛은 산란하는 성질이 있다. 편광필름을 붙이지 않으면 픽셀마다 색 간섭 현상이 나타난다. 유리판과 한묶음으로 설계된 기존 디스플레이엔 필름 형태의 산란판이 쓰인다. 하지만 플렉시블 제품엔 필름을 쓰기가 까다롭다. 코팅 기술을 통해 빛의 산란을 막아내는 게 일반적이다.

빛을 내는 패널을 수분과 공기로부터 보호하는 봉지 형태의 필름에도 신소재가 필요하다. 디스플레이를 접었다 펼 때 가해지는 스트레스를 이겨낼 수 있는 내구성을 갖춰야 한다. 완제품 업체들이 가장 고민하는 부분은 터치패널이다. 현재 널리 쓰이는 인듐 기반의 터치 소재는 휘어지면 깨지는 구조적 한계가 있다. 휘어짐을 버티면서 터치 감도를 유지할 수 있는 은나노 와이어, 메탈 메시 등을 사용해야 한다.

시장에선 다양한 소재 기술이 더해지는 과정을 거치면서 플렉시블 디스플레이의 품질이 점진적으로 개선될 것으로 보고 있다. 가장 기대가 큰 소재는 2~3년 내 상용화될 것으로 전망되는 그래핀(graphene)이다. 그래핀은 흑연에서 추출한 물질로 ‘꿈의 소재’로 불린다. 0.2㎚ 두께로 물리·화학적 안정성이 매우 높다. 투명하고 신축성이 뛰어나다는 점에서 플렉시블 디스플레이와도 궁합이 잘 맞는다는 게 전문가들의 설명이다.

송형석 기자 click@hankyung.com