화면 부분은 단단하면서도 접히는 부분은 유연한 이중 구조를 가진 커버윈도우가 개발됐다. 폴더블 디스플레이의 접힘은 유지하면서도 화면부는 더욱 단단하게 보호할 수 있을 것으로 기대된다.

정용철 한국생산기술연구원 마이크로나노공정그룹 수석연구원 연구팀은 폴더블 디스플레이어 적용할 수 있는 유연 하드코팅 소재를 개발하고 이를 활용해 복합구조 형태의 커버윈도우를 제조하는 데 성공했다고 6일 밝혔다.

커버윈도우는 외부 충격이나 오염, 지문 등으로부터 디스플레이 기판을 보호해주는 부품이다. 정보기술(IT) 기기 대부분의 디스플레이 겉면에는 유리 소재로 만든 커버윈도우가 부착된다. 터치 기능이 많이 쓰이는 스마트폰과 같은 IT 기기는 긁힘에 강하면서도 표면은 매끄러운 강화유리가 주로 쓰인다.

문제는 폴더블폰과 같은 유리를 쓸 수 없다는 점이다. 때문에 유연성이 뛰어난 플라스틱 소재인 ‘투명 폴리이미드(CPI)’가 주로 쓰인다. 빛 투과율이 높고 깨지지 않으며 수십만 번을 접어도 견디는 내구성이 강점이다. 하지만 긁힘에 약하고 이음새 역할을 하는 ‘힌지’ 부위에서 주름이 발생할 가능성이 높다. 두께를 얇게 해 접을 수 있는 초박막 강화유리 개발이 추진되고 있으나 유리 두께를 얇게 만들기 어려워 양산에 어려움이 있었다.

연구팀은 규소와 산소의 연결 구조와 비율을 변화시키는 방법으로 새로운 소재를 개발했다. 규소 하나와 산소 두 개가 결합한 실리케이트(SiO₂)는 단단한 세라믹 소재다. 반면 규소 하나와 산소 하나가 결합한 실리콘 오일(SiO)은 액체다. 연구팀은 산소의 비율을 조절해서 고체의 특성을 보이면서도 유연한 두 특성을 모두 가진 새로운 물질을 개발했다. 여기에 연결 구조를 조절해서 강도는 더욱 높였다.

연구팀은 이 소재를 활용해 평면부는 단단하지만 힌지 부위는 유연한 복합구조(RSR) 형태의 커버윈도우를 제작하는 데 성공했다. 연구팀은 평면부는 경도가 높도록 조절하고 힌지는 유연하도록 조절한 다음 이를 한번에 뽑아내 굳히는 방법을 커버윈도우를 제작했다. 화면 부위는 단단하면서도 접히는 부분만 유연하게 한 것이다. 경도는 강화유리에 가까워 자동차 열쇠로 긁어도 긁힌 자국이 남지 않았다. 힌지는 CPI 정도의 유연성을 가지면서도 안쪽과 바깥쪽으로 모두 접을 있는 것으로 나타났다.

정 수석연구원은 “플렉서블 신소재는 폴더블폰 외에도 이차전지 분리막, 광학모듈 코팅, 자동차 곡면 성형, 건축 및 가구 분야 등 활용범위가 광범위할 것으로 예상된다”며 “제조기술 또한 완성도가 높아 조기 상용화가 기대된다”고 말했다.

연구팀은 기술과 관련해 지난해 8월 국내 특허 6건을 출원하고 3건을 등록했다. 9월에는 미국에 특허를 출원했다. 관련 연구성과는 지난달 국제학술지 ‘응용폴리머과학 저널’에 실렸다.