▲ 본 발명의 핵심 아이디어. (a) 일반적인 폴더블 스마트폰의 접착 및 비접착 영역, (b) 본 발명에서의 접착 및 비접착 영역, (c) 일반적인 폴더블 스마트폰 디스플레이 응력분포, (d) 본 기술이 적용된 폴더블 스마트폰 디스플레이 응력분포 (a) 삼성전자, 화웨이 등에서 적용하는 일반적인 폴더블 스마트폰의 디스플레이와 지지판 사이 접착 및 비접착 영역을 보여준다. 폴더블 스마트폰의 몸체는 접힘 축에 힌지로 연결된 두 개의 몸체로 구성되어 있으며, 각 몸체의 지지판 위에 디스플레이가 접착되어 있다. 폴더블 스마트폰이 접히기 위해서 일정한 폭의 접힘 부위는 접착이 되어있지 않고, 나머지 영역은 모두 접착되어 있다. (b) 본 발명에서는 디스플레이는 지지판과 ‘ㄷ’자 형태로 둘레를 따라 접착되어 있다. 물론, 폴더블 스마트폰이 접히기 위해서 접힘 부위는 접착이 되어있지 않다. (c) 일반적인 폴더블 스마트폰이 접혔을 때 유한요소해석을 통해 계산된 휨응력의 분포를 보여준다. 휨응력은 접힘 부위에 집중되어 발생한다. 또한, 접착 영역과 비접착 영역의 경계에서 휨응력이 불연속적으로 변한다. (d) 본 기술이 적용된 폴더블 스마트폰 디스플레이에서 휨응력 분포를 보여준다. 휨응력이 폴딩 부위에서 화살표 방향으로 분산되어 퍼져나가는 연속적인 분포를 보여준다.(그림 및 설명=KAIST)   © 특허뉴스

폴더블 스마트폰의 최대 약점으로 지적돼 온 ‘주름’ 문제가 근본적으로 해결될 수 있는 기술이 등장했다. KAIST 연구진이 접힘 구조 자체를 바꾸는 방식으로 주름을 원천적으로 억제하는 기술을 개발하면서, 차세대 디스플레이 시장의 판도를 뒤흔들 전환점이 마련됐다는 평가가 나온다.

KAIST 기계공학과 이필승 교수 연구팀은 폴더블 디스플레이의 접힘 부위에서 발생하는 주름과 변형 문제를 동시에 해결할 수 있는 원천기술을 개발하고 특허 등록을 완료했다고 밝혔다. 해당 기술은 국내뿐 아니라 미국, 중국, 유럽연합(EU)에도 출원되며 글로벌 시장 선점에 나섰다.

폴더블 디스플레이는 휴대성과 화면 확장성을 동시에 확보할 수 있는 차세대 기술로 주목받아 왔지만, 반복 사용 시 발생하는 주름과 화면 왜곡, 내구성 저하 문제로 인해 시장 확산에 한계를 보여왔다. 글로벌 주요 기업들도 막대한 연구개발을 투입했지만, 주름을 완전히 제거하는 데는 실패해 왔다.

연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 디스플레이와 지지판 사이의 ‘접착 영역’ 구조를 근본적으로 재설계했다. 기존에는 접힘 부위에 변형이 집중되면서 주름이 발생했지만, 새로운 구조에서는 변형을 주변으로 분산시켜 특정 지점에 응력이 쏠리지 않도록 했다.

이 구조를 적용한 시제품은 성능 검증에서 기존 제품과 확연한 차이를 보였다. 직선 형태의 LED 빛을 비추는 실험에서 상용 제품은 접힘 부위에서 빛이 굴절돼 왜곡이 발생한 반면, 시제품은 반사된 빛이 흐트러짐 없이 일직선을 유지했다. 특히 주름 깊이가 0.1mm 이하의 미세한 수준에서도 시각적 왜곡이 나타나지 않아 사실상 ‘주름 제로’ 구현 가능성을 입증했다.

내구성 측면에서도 성과가 확인됐다. 반복적인 접힘에도 구조적 변형이 거의 발생하지 않아 수만 회 사용 환경에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있는 것으로 나타났다.

이번 기술은 단순히 성능 개선에 그치지 않고 산업 적용성에서도 강점을 가진다. 구조가 비교적 단순해 기존 제조 공정에 쉽게 적용할 수 있으며, 스마트폰을 넘어 태블릿, 노트북 등 다양한 폴더블 디스플레이 기기로 확장 가능성이 높다.

업계에서는 해당 기술이 상용화될 경우, 그동안 주름 문제로 시장 진입을 주저했던 글로벌 기업들의 참여를 촉진하고, 정체됐던 폴더블 시장 성장에 속도를 붙일 것으로 보고 있다.

이필승 교수는 “세계 주요 기업들이 해결하지 못했던 문제를 비교적 명확한 설계 변경으로 해결했다는 점에서 의미가 크다”며 “이번 기술이 다양한 디바이스로 확산되며 한국 디스플레이 기술 경쟁력을 한층 끌어올릴 것”이라고 밝혔다.

폴더블 디스플레이의 ‘완성도’를 결정짓는 핵심 난제가 해결되면서, 차세대 모바일 기기 시장은 새로운 전환점을 맞이할 전망이다.