폼 팩터(Form Factor)와 디스플레이의 미래 모습

 

폼 팩터(Form Factor)와 디스플레이의 미래 모습

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LG디스플레이 Rollable Display (https://youtu.be/CKTdcZzitq0)

 

돌돌 말리는 TV 영상을 보셨나요? 바로 지난 1월 LG디스플레이가 세계 최대 가전 박람회 CES 2018에서 발표한 ‘65인치 TV용 롤러블 OLED’입니다. 돌돌 말리고 접히는 디스플레이 기술들은 영화 속에만 있는 것이 아니라 가까운 미래에 상용화를 앞두고 있습니다.

 

이렇게 형태가 바뀌는 플렉서블 (Flexible) 디스플레이는 롤러블 (Rollable) · 폴더블 (Foldable) 등 단일 축을 중심으로 한 방향으로만 변형이 가능한 형태를 거쳐, 나중에는 다양한 형태로 쭉쭉 늘렸다 줄어드는 ‘스트레처블 (Stretchable)’로 진화할 예정입니다. 특히 궁극의 기술이라 불리우는 스트레처블 디스플레이는 종이처럼 자유자재로 접을 수 있고 신축성도 지니고 있어 활용 범위가 무궁무진할 것으로 예상됩니다.

 

어떻게 형태가 바뀔 수 있을까요? 바로 그 해답은 ‘폼 팩터 (Form Factor)’의 혁신에 있습니다. 본 글을 통해 폼 팩터란 무엇인지 그리고 미래 디스플레이는 어떻게 진화할지에 대해서 다루고자 합니다. 조금은 먼 미래의 이야기 같지만, 근거 있는 가능성을 함께 살펴보겠습니다.

 

폼 팩터 (Form-factor)란?

폼 팩터 (Form-factor)란 제품의 구조화된 형태를 의미합니다. 즉, 현재 우리가 사용하고 있는 TV나 스마트폰에서 사용되는 디스플레이의 폼 팩터는 대부분 사각형이라고 볼 수 있습니다. 그 동안 이러한 사각형의 폼 팩터는 사용자의 환경에 맞게 만들어져 왔습니다. 동그란 스마트 워치 등 일부 기기를 제외하고는 디스플레이의 형태가 주로 유리 기판을 사용한 평평한 사각형 모양이 대부분인데요.

 

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롤러블 OLED TV 집안 인테리어 가상 이미지 (OLED Space)

 

전통적으로 TV가 네모 상자에 큰 디스플레이 화면을 유지해 왔던 것은, ‘가정 내 거실 공간에서 영상을 시청한다’는 본연의 기능을 기존 기술 수준으로 구현할 수 있는 최상의 형태였기 때문입니다. 뿐만 아니라 IPTV 등 다양한 애플리케이션 기능이 추가되면서 디스플레이의 크기는 점점 더 커지는 방향으로 진화했습니다. 외형 또한 다양해진 기능들을 잘 구현하기 위해 바형, 플립형, 폴더형, 슬라이드형, 회전형, 터치 스크린형 등으로 계속 변화해 왔습니다.

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폼 팩터 혁신에 성공한 LG디스플레이의 롤러블 디스플레이 패널

 

디스플레이의 폼 팩터 혁신이란 바로 이러한 고정된 제품 형체에 큰 변혁이 일어나는 것을 의미합니다. 즉, 두께를 아주 슬림하게 만들어 구부리거나 접거나 둘둘 말거나 몸에 부착하거나 하는 등의 변화가 생겨날 수 있는 것입니다. SF 영화의 한 장면에서 볼 수 있는 두루마리 형태의 전자신문이나, 노트처럼 접어서 들고 다니는 전자 다이어리 등이 디스플레이 폼 팩터 혁신의 미래 모습입니다.

 

디스플레이 기술의 미래는?

자유자재로 변형 가능한 디스플레이를 만들기 위해 디스플레이 기술은 LCD 중심에서 OLED 중심으로 개편되고 있습니다. LCD는 스스로 발광할 수 없고 백라이트 (Backlight)를 써야만 하는 태생적 한계를 지니고 있어, 두께와 경직성을 극복하여 자유로운 폼 팩터를 구현하는 것은 불가능하기 때문입니다. 아주 완만한 형태의 커브드 디스플레이라면 몰라도, 자유롭게 접거나 구부릴 수 있는 폼 팩터는 플라스틱과 유기물 재료 기반의 자발광 디스플레이인 OLED 만이 가능합니다.

 

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폼 팩터 혁신의 3단계 (LG디스플레이 블로그)

 

디스플레이 폼 팩터 혁신의 방향성을 한마디로 정리하면 기존의 ‘경직된 사각형 모양’에서 벗어나 ‘자유롭게 변형 가능한 플렉서블 (Flexible) 형태’로의 진화입니다. 소비자들의 이동성이 증대되고, IoT (사물 인터넷)을 통해 기기 간 통신을 하면서 과거 특정 사용 공간에 맞춤화된 전형적 폼 팩터에서 벗어나 사용 공간에 관계 없이 자유로운 폼 팩터가 필요해지고 있습니다. 특히 모바일 기기 사용자들의 경우 사용 환경이 크게 확대되고 앱을 통해 수많은 기능들을 이용할 수 있게 되면서 고정된 폼 팩터 한계에서 벗어나 자유롭게 모양을 바꿀 수 있는 폼 팩터에 대한 수요가 더욱 커지고 있습니다.

폼 팩터 혁신은 위의 그림처럼 크게 3단계를 통해 진화하고 있습니다. 1단계 ‘커브드·벤더블 (Curved · Bendable)’ 등의 고정형 →2단계 ‘폴더블 · 롤러블 (Foldable · Rollable)’ 등의 단일 축 가변 (可變)형→ 3단계 ‘스트레처블 (Stretchable)’ 등의 프리 폼 (Free-form) 가변 (可變)형으로 가는 방향입니다. 자세히 알아볼까요?

 

1단계 커브드 · 벤더블 등 고정형

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영화 <아바타> 속 커브드 디스플레이의 모습 (네이버 영화)

 

구부리는 형태의 디스플레이를 말합니다. 우리 일상 속 예시로, 커브드 TV나 커브드 스마트폰, 또는 화면 끝 부분이 꺾여서 제품 옆면으로 확장된 형태의 엣지 디스플레이 등이 있습니다. 가장 먼저 기술적으로 구현이 된 이유는 유리 기판의 특징에 있습니다. 디스플레이를 구성하는 유리의 두께가 얇다면 어느 정도 유연성을 보유하고 있기 때문에 특정 부위를 한 방향으로 변형한 후 고정시키는 폼 팩터에는 적용이 수월하기 때문입니다.

2단계 폴더블 · 롤러블 등 단일 축 가변(可變)형

올 해에는 본격적으로 가변(可變)형 제품 시대가 시작될 것으로 보입니다. 두루마리 형태로 화면을 감아서 보관하다 실제 사용할 때만 펼쳐서 보는 롤러블 (Rollable) 디스플레이나, 주로 스마트폰으로 휴대·사용하면서 동영상 시청을 할 때는 접힌 부분을 펼쳐서 9인치급 화면으로 전환할 수 있는 폴더블 (Foldable) 디스플레이 등이 있습니다.

 

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전자 종이 형태의 폴더블 투명 디스플레이

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LG디스플레이 롤러블 OLED TV 특허 도면 (http://kpat.kipris.or.kr/kpat/biblioa.do?method=biblioFrame)

 

또 다른 기술적 혁신은 주요 포인트는 곡률반경에 있습니다. 1단계인 커브드 및 벤더블 제품의 경우, TV는 수천 mm, 스마트폰은 10mm 내외의 곡률반경을 가지는 것에 비해, 2단계인 롤러블이나 폴더블 디스플레이는 곡률반경을 획기적으로 낮춘 것입니다.

TV의 경우 커브드에서 롤러블 형태로 진화하고 있는데, 이는 마치 롤스크린처럼 화면이 숨어있어 주변 인테리어를 그대로 드러내고 있다가 TV 시청 시에만 펼쳐지는 형태입니다. 즉, 화면이 두루마리처럼 말려서 보관될 때 얼마나 작게 말릴 수 있느냐를 결정하는 것이 곡률반경인데, 곡률반경이 작으면 작을수록 둘둘 말리기 쉽기 때문입니다. 65~75인치 이상 대형 TV일수록 주변 인테리어와의 간섭 효과가 크기 때문에, 롤러블 TV로 만드는 데에 적합하다고 볼 수 있습니다.

3단계 스트레처블 등 프리 폼 (Free-form) 가변형

플렉서블 디스플레이의 3단계 혁신은 어느 방향으로든 자유자재로 휘거나 접히고, 구부러지는 소위 프리 폼(Free-form) 디스플레이를 구현하는 것입니다. 폼 팩터 혁신의 종착점이라고 할 수 있습니다. 2단계까지만 하더라도 X-축 또는 Y-축 등 특정 방향으로만 반복적 변형이 일어나는 반면, 3단계에서는 X-축으로 접은 상태에서 다시 Y-축으로 한번 더 접는 등 여러 축을 중심으로 접는 ‘멀티 폴딩’ 방식이 가능해야 하기 때문입니다.

 

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손으로 잡고 늘리는 재질의 디스플레이 (Pixabay)

 

이를 위해서는 유연성의 정도가 단순히 잘 구부러지는 수준이 아니라, 늘어났다 원상 복귀하는 고무줄처럼 탄성력이 필요합니다. 이것이 늘어나는 디스플레이인 ‘스트레처블 (Stretchable)’ 디스플레이인데, 기판은 물론 전극 배선이나 보호 막 등 전면적으로 복원력이 우수한 소재를 사용함으로써 자유자재로 반복 변형이 가능한 특성을 보유해야 합니다.

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스트레처블 OLED 디스플레이 전자기판 구현 제품 (T.Sekitani. et al.)

 

스트레처블 디스플레이가 완성 단계에 이르면 궁극의 폼 팩터 혁신이 가능해지면서 웨어러블, 의료기기 등 여러 가지 활용이 가능할 것으로 보입니다.

 

우선, 1mm 미만의 곡률반경 구현을 가능하게 함으로써 폴더블 제품의 디자인 완성도 제고에 기여할 수 있습니다.

 

두 번째로는, 롤러블 또는 폴더블 디스플레이 사용에 있어서 어려움이 예상되는 특성 변화에 대한 내구성을 확보할 수 있습니다. 예를 들어, 오래 말리거나 접힌 상태를 유지한다면, 특히 고온다습 환경 에서 플라스틱 소재가 완벽히 평평하게 복원되는 데 한계가 있는데, 스트레처블 소재의 신축성은 이러한 문제점을 극복할 수 있기 때문입니다.

 

세 번째는 폼 팩터 혁신의 본질이라 할 수 있는 디자인 자유도의 극대화를 실현할 수 있습니다. 실제 연신률 (잡아당겼을 때 늘어나는 비율)에 따라서 차이는 있겠지만, 어느 방향이든 동시에 늘어날 수 있는 디스플레이기 때문에 굴곡진 표면이라도 맞춤형처럼 장착 가능하게 됩니다. 즉, 스트레처블 디스플레이는 오목하거나 볼록한 표면에도 디자인적인 무리 없이 녹아들 수 있습니다.

 

 

(출처:LG디스플레이 블로그)