삼성 계열사, 플렉서블 이어 '폴더블' 속도낸다

[양태훈기자] 삼성전자가 플렉서블 폰 '갤럭시S6 엣지'를 출시하며 프리미엄 제품에 대한 플렉서블 전환을 서두르면서 삼성의 주요 계열사들도 차세대 플렉서블 기기 개발을 위한 기술 역량을 강화하고 있다. 벌써부터 차기작 갤럭시S7에는 '폴더블 디스플레이 패널' 탑재 가능성까지 거론되는 상태다.

17일 업계에 따르면 삼성전자는 플렉서블 폰 '갤럭시S6 엣지'에 대해 국내외의 호평이 이어지자 차기 전략 프리미엄 기기 콘셉트 역시 '플렉서블'로 잡고 화면 전체를 자유롭게 구부렸다 펼 수 있는 폴더블 기기 출시를 준비 중이다.

삼성전자는 지난해 우측 화면을 구부린 '갤럭시노트4 엣지'에 이어 최근 양쪽 화면을 구부린 갤럭시S6 엣지를 출시했다. 현재 차기작은 폴더블 형태가 유력시되는 상황이다.

업계에서는 삼성전자의 이전 제품들 역시 궁극적으로는 폴더블 기기 상용화를 염두에 둔 양산기술 확보가 주요 목적이었던 것으로 풀이하고 있다.

◆ 삼성전기 더 얇은 RF 기판 만들기에 주력

삼성전기는 플렉서블 기기에 탑재하기 좋은 리지드 플렉스(Rigid Flex) 기판의 두께를 얇게 만드는 데 집중하고 있다.

리지드 플렉스 기판은 경성(리지드) 인쇄회로기판(PCB)과 연성(Flexible) PCB를 결합한 기판으로 스마트폰용 주기판(HDI)에 연성 PCB를 이음매 없이 결합한 형태로 이뤄져 있다.

각종 부품들을 실장하는 부위에 단차를 만들어 두꺼운 부품을 사용해도 전체적인 두께를 줄일 수 있는 게 강점이며 여러 장의 기판을 쌓아 다양한 형태의 3차원 배선을 통한 소형화 및 경량화에 유리하다.

특히 분리형 기판의 경우 접착 부위에 분리 현상이 발생하지만 일체형인 리지드 플렉스는 약 10만회에 따른 구부러짐에 대한 내구성을 확보하는 등 높은 신뢰성을 확보해 폴더블 기기에 적용하기 적합하다는 평가다.

현재 시중에 출시되고 있는 상용 제품들은 평균적으로 약 10층의 기판을 적층, 두께는 보통 1밀리미터(mm) 이하다.

삼성전기는 이에 더해 폴더블 기기에 적합한 리지드 플렉스 두께를 이보다 얇은 0.8mm 이하로 보고 개발에 박차를 가하고 있다.

◆ 삼성SDI, 변형에 안전한 플렉서블 배터리 개발 '속도'

삼성SDI는 기기 자체를 자유롭게 구부렸다 펼 수 있는 폴더블 기기에 적합한 배터리로 플렉서블 배터리 개발에 집중하고 있다.

삼성SDI에 따르면 이는 기존의 리튬 이온 배터리의 소재 혁신을 통해 변형에 따른 압력 변화에 배터리 성능이나 안정성을 확보하는 방향으로 개발이 진행 중이다.

삼성SDI는 이에 대한 구체적인 기술을 밝히지는 않았지만 업계에서는 플렉서블 전지를 구현하기 위해서는 종이를 전해질로 사용하는 종이 전지 기술을 대안으로 보고 있다.

이는 종이가 얇고 가벼우면서 쉽게 구부러지거나 감을 수 있어 활용성이 뛰어나기 때문이다.

다만, 종이는 전기를 옮기는 전기 전도성이 없는 만큼 종이 표면에 탄소나노튜브를 코팅해 전도성을 가질 수 있게 한 후 전해질로 사용, 다른 종이표면에는 탄소나노튜브와 음극재와 양극재료를 표면에 발라 여러 장의 종이를 겹치는 방식의 플렉서블 배터리 구현이 예상된다.

다른 방식으로는 고체전해질을 사용하는 전고체 폴리머 배터리를 상용화하는 방법도 있다.

이는 전고체 배터리가 기존의 액체 전해질보다 열에 견디는 성질이 강하고 얇은 형태로 구현이 가능해 구부려진 상태에서도 안전하게 성능을 구현할 수 있기 때문이다.

삼성SDI 측은 "전고체 폴리머 배터리 기술은 연구개발 단계"라고 설명하고 "폴더블 기기 적용에는 시간이 좀 더 걸릴 전망이라 리튬 이온 소재 혁신을 통한 플렉서블 배터리 개발이 먼저 진행되고 이후 전고체 폴리머 배터리 개발이 이뤄지게 될 것"이라고 예상했다.

◆ 삼성디스플레이, 곡률 5R 넘어 1R 구현에 총력

삼성디스플레이 역시 현재 화면의 접히는 부분에 대한 곡률 5R(반지름이 5mm 가량인 원의 굽은 정도) 수준의 플렉서블 디스플레이 개발에는 성공했지만 완전한 폴더블 기기 구현을 위해서는 1R 수준의 곡률 구현이 적합하다고 판단, 제품 개발에 집중하고 있다.

이는 5R의 경우, 패널을 구부렸을 때 화면이 완전히 접히지 않고 중간 부분의 빈공간이 생기는 등 폼팩터 측면에서 완전한 폴더블 구현이 아니고 1R의 경우 종이처럼 접는 수준의 디스플레이 구현이 가능하기 때문이라는 설명이다.

실제로 삼성전자는 지난해 11월 열린 '삼성 인베스터즈 포럼'에서 5R의 곡률을 적용한 10인치 및 5.5인치 폴더블 디스플레이를 공개하며, 앞으로 1R 곡률을 제공하는 제품을 개발하겠다는 계획을 발표한 바 있다.

삼성디스플레이는 폴더블 기기가 화면이 구부러져 고정된 게 아닌 수십 만 번 이상 화면을 자유롭게 구부렸다 폈다 해야하는 만큼 패널 표면의 크랙(금)이 생기지 않도록 높은 내구성을 보이는 플라스틱 커버 글라스 관련 기술도 개발 중이다.

터치스크린 패널 역시 기존 인듐주석산화물(ITO) 보다 내구성인 높은 메탈메쉬나 은나노와이어 소재를 사용한 제품 개발이 한창이다.

업계 관계자는 "올해는 폴더블 기기에 적합한 내구성을 확보한 양산 기술을 확보하는 것이 관건"이라며 "본격적인 상용화 제품 출시는 올해를 넘어 내년에나 가능할 것"이라고 예상했다.