더 얇아지고 가벼워진다…5세대 폴더블폰의 핵심은 ‘힌지’ [미래기술25]

2019년 첫 선 보인 후 5세대 거듭한 폴더블폰

업계 1위 삼성, ‘갤Z폴드5’로 힌지 기술 진화

더블레일 적용해 패널 손상없이 접어주고

평평한 구조로 구현해줘, 무게·두께도 ↓

40만번 폴딩에도 끄떡, 디스플레이 기술도 핵심

[이데일리 김정유 기자] 2000년대 후반 스마트폰의 등장은 인류의 삶을 혁신적으로 바뀌게 하였습니다. 손안에서 모든 일을 처리할 수 있고, 더 많은 엔터테인먼트 경험을 즐길 수도 있게 됐습니다.

이후에도 스마트폰의 기술 발전은 계속됐습니다. 더 이상의 혁신이 없을 것으로 생각했던 그때, ‘화면을 접는’ 스마트폰이 세상에 나왔습니다. 바로 ‘폴더블(Foldable·접이가 가능한)폰’입니다.

접으면 일반 바(bar) 형태의 스마트폰이, 펼치면 2배 이상 크기의 광활한 화면이 펼쳐집니다. 과거 스마트폰으로 할 수 있던 작업과 경험의 폭도 그만큼 넓어지게 됐습니다. 스마트폰이 ‘폼팩터’(Form Factor·제품 외형)의 혁신으로 새로운 전환기를 맞게 된 셈입니다.

갤럭시Z 폴드5(왼쪽)과 플립5. (사진=삼성전자)

발전된 ‘플렉스 힌지’, ‘더블레일’로 구현

새로운 기술은 기대 이상으로 빠르게 확산하기 마련입니다. 폴더블폰이 처음 세상에 나왔던 2019년만 해도 ‘폴더블’이란 단어는 매우 생소했습니다. 하지만, 5년여만에 폴더블폰은 글로벌 스마트폰 시장의 한 축이 됐습니다. 한국의 대표 기업 삼성전자(005930)가 주력으로 내세우며 시장을 키워가고 있습니다.

삼성전자는 매년 하반기 ‘갤럭시Z 폴드’와 ‘플립’이라는 이름으로 폴더블폰 신제품을 출시하고 있습니다. 삼성전자는 글로벌 폴더블폰 1위 업체로 관련 기술 발전을 이끌고 있습니다. 벌써 5세대 제품이 나온 만큼, 완성도도 점차 높아지고 있는 모습입니다. 올해는 기존보다 더 발전한 힌지(경첩) 기술을 내세웠죠.

힌지는 삼성전자뿐만 아니라, 최근 폴더블폰 시장에 뛰어든 글로벌 기업이 일제히 매진하고 있는 기술 분야인데요. 어찌 보면 ‘접어야 하는’ 폴더블폰의 숙명상 가장 중요할 수밖에 없을 겁니다. 삼성전자가 올해 출시한 ‘갤럭시Z 폴드5·플립5’에 선보인 ‘플렉스 힌지’ 기술이 대표적입니다.

‘플렉스 힌지’는 내부에 탑재되는 ‘더블레일’(Double Rail·2개의 레일) 시스템으로 구동됩니다. 로테이터(Rotator·회전) 레일과 링크(Link) 레일을 부품으로 사용해 패널을 접었을 때 손상 없이 자연스러운 물방울 형태로 만들어줍니다.

1차로 로테이터 레일이 폴더블폰 디스플레이상에 부착되는 초박형 강화유리(UTG·Ultra Thin Glass)를 구부리는 역할을 합니다. 이후 2차로 링크 레일이 구부러진 UTG에 또 한 번의 변곡점을 만들어 평평한 구조를 구현할 수 있게 합니다. 이 경우 양쪽의 디스플레이간 틈은 최소화하고 접히는 부분도 내구성이 강해진다고 합니다.

제품의 크기와 무게를 줄이는데도 힌지 기술은 많은 도움을 줍니다. ‘플렉스 힌지’ 기술이 적용된 ‘갤럭시Z 폴드5’는 전작대비 힌지 부분의 두께가 2.4mm,무게도 10g나 줄었습니다. 크기와 무게 때문에 사용성이 다소 제한됐던 폴더블폰이 점점 작아지고 가벼워지는데 이 힌지 기술이 큰 역할을 하는 셈입니다.

힌지의 내구성도 중요합니다. 실생활에서 수만 번 접었다 펴야 하기 때문이죠. 이에 삼성전자는 개발 단계에서부터 20만 번 이상의 ‘폴딩’(접었다 펴는) 테스트를 거치고 있습니다. 특히 ‘갤럭시Z 플립5’ 출시 직후 폴란드의 한 IT 인플루언서가 제품을 직접 손으로 접고 펴는 실험을 했는데, 무려 40만 번 이상을 진행해도 문제가 없었습니다. 삼성전자가 내세운 공식 폴딩 횟수(20만 번)보다 무려 2배나 많은 수준이어서 시장을 놀라게 했죠.

다만 이는 업계 1위인 삼성전자의 기술력이기 때문에 가능한 것으로 보입니다. 해당 인플루언서는 중국 레노버 산하 모토로라의 폴더블폰 ‘레이저40 울트라’도 직접 폴딩 테스트를 했는데, 불과 4만 3000회만에 이상을 보이기 시작했고 결국 12만 6000회 정도 되니 화면이 꺼졌다고 합니다. 외관은 비슷해도 내부에 들어가는 부품의 신뢰도가 아직은 차이가 나는 듯 보입니다.

‘플렉스 힌지’ 구조. 2개의 레일을 활용해 손상은 없고 틈을 줄이는데 성공했다. (사진=삼성전자)

디스플레이 응력 분산 위해 적층 구조 최적화

힌지와 더불어 폴더블폰의 핵심 중 하나는 디스플레이 기술입니다. 폴더블폰은 접는 영역에 가해지는 응력(Stress) 때문에 디스플레이에 파손이 가해질 가능성이 큰데, 이를 방지하기 위해 두께를 줄이고 적층 구조를 최적화하는 기술이 필요합니다.

두꺼운 책을 접는다고 가정해봅시다. 얇은 책을 구부릴 때보다 힘이 많이 들어가겠죠. 폴더블폰도 두께를 얇게 해야 디스플레이 접힐 때 받는 저항이 낮아집니다. 때문에, 스마트폰 제조사들은 폴더블폰의 두께를 줄이기 위해 터치센서, 편광판 등 부품을 패널내 내장하는 식으로 기술을 개발하고 있습니다.

점착제도 중요합니다. 폴더블폰은 접었다 펴는 움직임이 많은데다, 디스플레이 패널을 이루는 레이어(층)간 결합을 유지해야 하기에 고(高)연신(이완), 고복원(수축), 고점착성이 필요합니다. 패널은 각 층마다 점착제로 붙어 있습니다. 접착제와는 다르게 붙였다가 떼도 다시 붙일 수 있죠. 껌 같은 재질이라고 생각하시면 쉽습니다.

폴더블 디스플레이엔 일반적인 OLED보다 더 특성이 좋은 점착제가 필요한데, 보통은 ‘PSA’(Pressure Sensitive Adhesive·반유동적 성질의 물질) 소재를 사용합니다. 이완하는 정도가 높아 패널의 적층 구조를 쉽게 유지해주는 역할을 합니다.

폴더블폰이 5세대까지 오면서(삼성전자 제품 기준) 점차 기기적 완성도를 높여가고 있습니다. 대중화의 길목으로 향하고 있는 이 시점에서, 앞으로 가장 중요한 건 가격 경쟁력으로 보입니다. 기기의 완성도와 신뢰도를 높이는 동시에 소비자들의 저항이 적은 가격까지 갖추게 되면 폴더블폰의 확산은 더 빨라질 것으로 기대됩니다.