10년 내 스마트폰 미래 진화 방향(Flex Display) #2

삼면 디스플레이(3 Sided Display) 

애플은 삼성전자와 LG전자보다 훨씬 더 혁신적인 '휘고 구부릴 수 있는 디스플레이(Flexible Displays as Curved & Bendable Display(20140042406, 13 Feb 2014)'라는 특허를 2014년에 등록했다. 또한 애플은 2013년에 '휘고 감싸는 아몰레드를 이용한 삼면 랩 어라운드 디스플레이(Electronic Device with 3D Sided Wrap Around Display, 20130076612, 28 Mar 2013)'라는 획기적인 특허를 등록했다.  

이는 음량조절장치 등 모든 버튼을 가상화하고, 그 대신 스마트폰의 외곽 테두리까지 아몰레드(AMOLED) 디스플레이로 감싸는 차세대 아이폰임에 틀림없다. 따라서 삼면을 디스플레이로 이용할 수 있다. 누워 있는데 문자가 오면 측면에 나타나고 특정 어플을 측면에 배치할 수 있다.  

 

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애플이 특허를 등록한 삼면 랩 어라운드 디스플레이가 탑재된 스마트폰. Image Credit : Apple’s Patent(20130076612) via USPTO

 

애플의 이 특허는 평평하고 각이 진 현재의 LCD 디스플레이와 달리 곡선으로 휘는 아몰레드 디스플레이와 투명한 틀로 각종 칩이나 서킷 보드 등 하드웨어 전체를 감싸는 형태로 돼 있어, 소비자들에 그립 감을 줄 것으로 예상된다.  

이어서 애플은 201310월에 '커브드 터치 센서(Curved touch sensor, 8,603,574, 10 Dec 2013)'라는 특허를 등록했으며, 앞의 랩 어라운드 특허를 갱신한 특허(8,665,236, 04 Mar 2014)를 등록했는데, 이는 투명한 삼면 랩 어라운드 디스플레이가 조만간 상용활 될 것임을 시사하는 것이다.  

삼성전자도 이에 뒤질 세라 201311월에 곡면(커브드) 폰 대신 앞면 전체를 둘러싼 삼면 스마트폰을 통해 다양한 조작 기능 방식을 제시했다. 앞면우 측면에 디스플레이를 탑재한 것이다. 이 능동적인 디스플레이 기능들은 '3면 곡면 디스플레이를 지닌 포터블 단말기의 기능적 운영에 관한 장치와 방법(Method and Apparatus for Operating Functions of Portable Terminal Having Bended Display' with Front-Left-Right Sided Display(20130300697, 14 Nov 2013)'이라는 특허를 통해 구현된다.  

이 특허 출원서에는 밀어서 잠금/해제, 배터리 및 충전 지시 계, 갤러리를 통한 예약 및 내비게이팅, 전자책 또는 다른 문서, 클립보드 콘텐츠 보여주기, 부착 이메일의 크기 등의 도면과 기능 등이 제시되어 있다.  

 

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삼성전자의 앞면-좌-우 화면의 삼면 디스플레이. Image Credit : Samsung’s Patent(20130300697) at USPTO


 

삼성전자의 두 단/세 단의 접는 디스플레이(Two/Tri-Fold Display)

 삼성전자가 2011년과 2012년에 두 단으로 접을 수 있는 디스플레이 스크린 장치(Foldable touch screen display apparatus, 20110210937, 01 Sep 2011)’, ‘멀티디스플레이 포터블 디바이스(Multidisplay Portable Device, 20120147535, 14 June 2012)’, ‘접는 디스플레이 장치(Foldable Display Apparatus, 20120147599, 14 Jun 2012), 그리고 멀티터치스크린과 스크린 바꾸는 방법(Apparatus Including Multiple Touch Screens and Method of Changing Screens Therein, 20120306782, 6 Dec 2012)’이라는 특허를 등록했다. 

 

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삼성전자 특허 상의 두 단으로 접는 디스플레이. Image Credit : Samsung’s Patent(20120147535) via USPTO

 

문제는 두 개의 화면을 이용해 한 화면으로 동영상을 볼 때 두 화면의 이음새 부분에서 화면이 나누어진다는 것이다. 이음새가 나누어 지지 않고 전체화면을 나타내려면 기술의 혁신을 이룩해야 한다. 다음 유투브 사이트에서 제공되는 삼성전자의 두 단의 디스플레이를 확인해보라(Youtube, 2008 & 2010)). 그러나 삼성전자는 이 문제를 해결하고 두 단의 디스플레이가 탑재된 스마트폰을 2015년에 출시한다는 계획이다. 

곧 이어 2013년에 삼성전자는 앞의 특허를 더 발전시킨 두 개의 디스플레이가 탑재된 스마트폰(Portable Device Comprising a Touch-Screen Display, and Method for Controlling Same, 20130321340, 5 Dec 2013)'이라는 특허를 등록했는데, 두 개의 디스플레이를 이용한 UI/UX, 클립보드(Clipboard) 기능, 전자 책을 읽을 때의 북 마크 방법, 최대 6명과의 비디오 컨퍼런싱 방법, 친구와의 게임 방법, 그리고 사진 찍는 방법 등을 기술하고 있다.

 

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삼성전자의 듀얼 디스플레이가 탑재된 스마트폰. Image Credit : Samsung’s Patent(20130321340) via USPTO.

 

삼성전자는 더 나아가 2012년에 플렉서블 디스플레이를 가진 스마트 기기(Portable Communication Device Having Flexible Display Unit, 20120264489, 18 Oct 2012)’라는 특허를 등록했는데, 이게 바로 삼단으로 접는 디스플레이다. 2017년에 출시할 것으로 보이는데, 삼단 디스플레이가 탑재된 갤럭시가 출시된다면 애플을 베꼈다는(Copy) 오명에서 벗어날 수 있는 획기적인 기술과 제품이 될 것으로 보인다.  

왜냐하면 다 접으면 스마트폰이 될 수 있고, 두 단으로 접으면 페블릿이 될 수도 있으며 3단으로 펴면 태블릿 크기나 노트북이 될 수 있어 소비자들은 한 번의 기회에 3개의 제품을 가질 수 있기 때문이다.  

 

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삼성전자 특허 상의 삼단으로 접는 디스플레이. Image Credit : Samsung’s Patent(20120264489) by USPTO

 


  접고 구부릴 수 있는 디스플레이(Bendable/Foldable Display) 

삼성전자가 2013년에 휘는 디스플레이 디바이스(Flexible Display Device, 20130100053, 25 April 2013)’라는 특허를 등록했다. 이는 사용자가 디스플레이를 반으로 접거나 구부릴 때 디스플레이가 이를 자동적으로 인식해 화면에 나타나는 사진, 영상 등 이미지를 조정해 보여주는 기술이다.  

가까운 시일 내에는 자유롭게 휘어지는 스마트폰 출시가 어렵겠지만, 이번 특허 등록으로 플렉서블 스마트폰 출시에 대한 기대감도 높아지고 있다. 우선은 플렉서블 스마트폰의 초기 단계로 플라스틱 OLED 디스플레이를 탑재해 깨지지 않는 언브레이커블(unbreakable)한 스마트폰부터 출시될 것으로 보인다.  

 

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삼성전자 특허 상의 접고 구부릴 수 있는 휘는 디스플레이 디바이스. Image Credit : Samsung’s Patent(20130100053) via USPTO

 

또한 삼성전자는 201312월에 '수평으로 접히는 태블릿 디자인 특허(Portable multimedia terminal, D696,693, 31 Dec 2013)'를 등록했다.  

 

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삼성전자의 수평으로 접히는 태블릿 디자인 특허. Image Credit : Samsung’s Patent(D696,693) via USPTO

 

이보다 앞서 삼성전자는 2013년에 최대로 구부리되 고객들이 너무 구부리면 경고를 줄 수 있는 구부림이나 구부릴 때의 힘 측정계기(Strain Gauges)에 관한 '디스플레이와 제어 방법(Display Device and Method for Controlling the Same, 20130127606, 23 May 2013)’이라는 특허를 등록했다. 이것은 스마트폰에 빌트인된(Built-in) 일종의 알람 시스템(Alarm system)이다. 너무 구부리거나 구부릴 때 너무 힘을 주면 디스플레이를 못 쓰게 되는 것을 막는 시스템이다.  

 

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삼성전자 특허 상의 구부림이나 구부릴 때의 힘 측정계기. Image Credit : Samsung’s Patent(20130127606) via USPTO

 

애플은 2014년에 곡면(Curved)의 구부릴 수 있는(Foldable) '플렉서블 디스플레이(Flexible Displays, 20140042406, 13 Feb 2014)'라는 특허를 등록했으며, 곧 이어 이를 위해 '커브도 터치 센서(Curved Touch Sensor, 8,603,574, 10 Dec 2013)'라는 특허를 등록했다.  

 

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애플의 구부릴 수 있는(Foldable) 플렉서블 디스플레이(20140042406)와 커브도 터치 센서(8,603,574). Image Credit via USPTO.

 

더 나아가 애플은 20131210일에 3차원 프린터로 액체금속(Liquid-Metal, BMG=Bulk Metallic Glasses=Bulk Amorphous Alloys)을 층층이 프린팅해 만든 투명한 디스플레이에 사파이어를 입힌 '사파이어 투명 디스플레이(Sapphire Flexible Transparent Display)'라는 특허를 유럽(EPO.Org)에 등록했다.  

애플은 2010년부터 페커(Atakan Peker) 박사로부터 리퀴드메탈(액체금속)을 라이센싱 받아 자사의 물질로 확보하기 위해 지속적으로 연구 개발하면서 특허를 등록해왔다. 그간 투자한 금액만 3~5억 달러에 이른다. 이것으로 보아 애플은 차후 리퀴드메탈을 이용한 3D프린팅 기술을 사용할 것으로 보인다. 사파이어는 고릴라 글래스 강도의 2.5~3배에 달한다.

 

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애플이 유럽 특허청에 등록한 사파이어 투명 디스플레이. Image Credit : Patently Apple)

 

 

휘고 접고 둘둘마는 그래핀(Graphene) 디스플레이 

서두에서 살펴본 깨지지 않고(Unbreakable), 구부릴 수 있으며(Bendable), 둘둘 말 수 있는(Rollable) 디스플레이가 바로 그래핀 디스플레이(Graphene display) 이다.

전기가 통하는 플라스틱(폴리아세틸렌, polyacetylene)1977년 미국 산타바바라 캘리포니아대의 히거(Alan J. Heeger) 교수, 미국 펜실바니아대의 맥디아르미드(Alan G. MacDiarmid) 교수, 그리고 일본의 시라카와(Hideki Shirakawa) 교수가 처음으로 개발하여 2000년 노벨화학상을 수상했다.  

하지만 1977년에 개발된 전도성 플라스틱은 일반적으로 전기를 통하는 플라스틱으로 알려진 전도성 고분자(Conducting Polymer)로 약간의 전기를 흐르게 할 수 있는 게 대부분이었다. 이것이 혁신을 거듭하여 나온 것이 그래핀 디스플레이다. 이를 발견한 러시아 태생의 영국 맨체스터대학 교수들이 2010년 노벨물리학상을 수상했다.  

삼성전자 종합기술원과 성균관대가 공동으로 그래핀을 대량 양산할 수 있는 합성기술을 개발하는데 성공하여, "재 사용이 가능한 수소 원자층 형성의 게르마늄 위에서 성장한 단결정 그래핀의 대면적 성장(Wafer-Scale Growth of Single-Crystal Monolayer Graphene on Reusable Hydrogen-Terminated Germanium)"이라는 논문을 발표했다( Lee et al., 03 Apr 2014). 따라서 대면적 그래핀의 상용화를 앞당길 전망이다. 5~7년 내에 100배 빠른 반도체, 투명 전극, 자유자재로 구부릴 수 있는 디스플레이, 생체 센서가 가능해졌다.  

이는 2009년에 "휘고 접는 투명한 전극을 위한 그래핀 필름의 대용량 패턴 성장"(Kim & Hong et al., Nature AOP, 14 Jan 2009; 5 Feb 2009))이라는 논문과 2012년 삼성종합기술원과 콜롬비아대학의 필립 김(Philip Kim)교수 팀이 "그래핀을 활용한 새로운 형태의 트랜지스터 구조를 개발"(Yang & Philip Kim et al., Science, 01 Jun 2012))한 연구결과이다.  

 

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그래핀 디스플레이. Image Credit : 성균관대학교(2009)

 

이러한 그래핀 디스플레이는 혁신을 거듭하여 잡아당기고 밀어 넣어 크기를 줄일 수 있는 스트레처블(Stretchable)로 진화할 것임은 자명한 일이다. 그러나 그래핀 디스플레이가 제 역할을 하려면 플렉서블한 배터리가 개발되어야 한다.

 

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차원용 소장/교수/MBA/공학박사/미래학자

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