폴더블 디스플레이의 기술적 한계와 해결 방안

폴더블 디스플레이, 미래의 혁신이지만 완벽하지 않다

폴더블 디스플레이(Foldable Display)는 차세대 디스플레이 기술의 핵심으로 떠오르고 있다. 삼성, LG, BOE, 샤오미 등 글로벌 디스플레이 제조업체들은 폴더블 기술을 스마트폰, 태블릿, 노트북에 적용하며 제품 혁신을 시도하고 있다. 기존 평면 디스플레이와 달리 폴더블 디스플레이는 유연성을 기반으로 다양한 폼팩터(Form Factor)를 구현할 수 있어, 사용자 경험을 극대화할 수 있다는 장점이 있다.

하지만 폴더블 디스플레이는 아직 완벽한 기술이 아니다. 패널 자체의 내구성, 접히는 부위(힌지)에서 발생하는 주름 문제, 반복적인 굽힘에 따른 수명 단축, 터치 오류, 전력 소비 증가 등 다양한 기술적 난제가 존재한다. 이러한 문제를 해결하지 못하면 폴더블 디스플레이의 대중화는 요원할 수밖에 없다.

본 글에서는 폴더블 디스플레이의 주요 기술적 한계를 분석하고, 현재 업계에서 시도하고 있는 해결 방안을 살펴보겠다. 이를 통해 폴더블 디스플레이가 극복해야 할 도전 과제를 이해하고, 차세대 디스플레이 기술이 나아가야 할 방향을 제시하고자 한다.

 

1. 폴더블 디스플레이의 주요 기술적 한계

1.1. 패널 내구성 문제

폴더블 디스플레이는 유리 대신 얇은 플라스틱 소재(폴리이미드, UTG 등)를 사용하여 유연성을 확보한다. 하지만 플라스틱 소재는 기존 강화 유리보다 긁힘에 취약하고, 일정 횟수 이상 접었다 폈다 반복하면 균열이 발생할 수 있다.

특히, 폴리이미드(PI) 필름을 사용한 초기 폴더블 디스플레이는 내구성이 약해 장기간 사용 시 손상이 쉽게 발생했다. 삼성전자가 2019년 출시한 '갤럭시 폴드 1세대'의 경우, 화면 보호 필름을 제거하면 패널이 손상되는 문제가 보고되었다. 이후 초박형 강화유리(UTG, Ultra-Thin Glass) 기술이 도입되면서 내구성이 개선되었지만, 여전히 기존 강화 유리만큼의 강도를 확보하기에는 부족한 상황이다.

해결 방안

1. 강화된 UTG 기술 개발
   • UTG의 두께를 줄이면서도 강도를 유지하는 기술이 필요하다. 현재 30μm(마이크로미터) 수준의 UTG를 10μm까지 얇게 만들면서도 충격 저항성을 높이는 연구가 진행 중이다.
   • 삼성디스플레이와 코닝(Corning)은 나노 코팅 기술을 적용하여 UTG의 긁힘 저항성을 향상시키는 방법을 개발하고 있다.
2. 고분자 복합 소재 적용
   • 플라스틱과 세라믹을 혼합한 하이브리드 소재를 적용하면 내구성을 크게 개선할 수 있다.
   • 예를 들어, 실리콘 기반의 유연한 보호층을 추가하면 스크래치 및 충격에 대한 저항력을 높일 수 있다.

 

1.2. 주름(크리즈, Crease) 문제

폴더블 디스플레이의 가장 큰 단점 중 하나는 화면을 펼쳤을 때 중앙에 생기는 주름이다. 이 주름은 디스플레이를 반복적으로 접었다 펼칠 때 필연적으로 발생하는 물리적 변형으로 인해 생긴다. 주름이 깊어지면 시각적으로 거슬릴 뿐만 아니라 터치 오류까지 유발할 수 있다.

해결 방안

1. 힌지 구조 개선
   • 현재 삼성의 ‘갤럭시 Z 폴드’ 시리즈는 ‘물방울 힌지(Waterdrop Hinge)’ 설계를 적용해 주름을 최소화하는 방식으로 발전하고 있다.
   • 디스플레이가 완전히 접히지 않고 곡률을 가지도록 하면 내부 응력을 분산시켜 주름을 줄일 수 있다.
2. 탄성 소재 코팅
   • 디스플레이의 표면에 탄성이 높은 폴리머 코팅을 적용하면 주름이 덜 생기도록 유도할 수 있다.
   • LG디스플레이는 자체 개발한 '스트레처블(Stretchable) 디스플레이' 기술을 활용해 주름을 줄이는 연구를 진행 중이다.

1.3. 반복적인 굽힘에 따른 수명 단축

폴더블 디스플레이는 평균적으로 20만 회 이상 접었다 펴는 테스트를 통과해야 하지만, 실제 사용 환경에서는 이보다 낮은 내구성을 보이는 경우가 많다. 특히, 힌지 부근에서 발생하는 미세 균열이 디스플레이의 전기적 특성을 저하시켜 수명을 단축시킬 수 있다.

해결 방안

1. 메탈 네트워크 전극 적용
   • 기존의 ITO(Indium Tin Oxide) 전극 대신 은나노와이어(AgNW) 또는 그래핀을 활용한 메탈 네트워크 전극을 적용하면 기계적 강도가 향상된다.
2. 자기 치유(Self-healing) 소재 연구
   • MIT에서는 외부 충격을 받으면 자동으로 복원되는 고분자 소재를 연구하고 있다. 이를 디스플레이 보호막에 적용하면 내구성을 높일 수 있다.

 

1.4. 터치 오류 및 터치 감도 저하

폴더블 디스플레이는 화면이 휘어지면서 터치 센서의 균일성이 떨어질 수 있다. 특히, 접히는 부분에서는 터치 인식이 불완전하게 동작할 가능성이 크다.

해결 방안

1. 압력 감지 기반 터치 기술 도입
   • 정전식 터치 대신 압력 감지 센서를 활용하면 접히는 부위에서도 안정적인 터치 감지가 가능하다.
2. AI 기반 터치 보정 알고리즘
   • 사용자의 터치 패턴을 학습해 터치 오류를 자동으로 보정하는 AI 알고리즘을 적용할 수 있다.

 

폴더블 디스플레이의 미래는 밝다

폴더블 디스플레이는 여러 기술적 한계를 가지고 있지만, 업계는 이를 해결하기 위한 연구를 지속적으로 진행하고 있다. UTG의 강화, 힌지 구조 개선, 새로운 전극 소재 적용, 터치 기술 발전 등을 통해 폴더블 디스플레이는 점점 더 완성도를 높여가고 있다.

앞으로 기술이 더욱 발전하면, 폴더블 디스플레이는 단순한 스마트폰을 넘어 노트북, 자동차 디스플레이, 웨어러블 기기 등 다양한 분야로 확장될 것이다. 현재의 문제점을 극복한다면, 폴더블 디스플레이는 차세대 디스플레이 시장에서 핵심 기술로 자리 잡을 것이다.