접을 수 있는 LED 스크린의 굴곡 두께 한계

Today’s cutting-edge foldables, like Samsung’s Galaxy Z Fold series, use Ultra-Thin Glass (UTG) panels measuring just 30 to 50 micrometers (µm) thick – thinner than a human hair (≈ 70 µm). This allows them to achieve a 최소 굽힘 반경 (R) 약 1.4mm when folded shut. That tight curve means the screen literally bends back on itself within the hinge mechanism. Rollable concepts push further: LG’s shelved rollable TV prototype reportedly bent to an R=3mm, wrapping around a pencil-sized cylinder.

“굽힘성”이 실제로 의미하는 것

사람들이 “접을 수 있는 화면이 얼마나 얇게 구부러질 수 있습니까”라고 물을 때, 그들은 종종 두 가지를 혼동합니다: 물리적 두께와 굽힘 반경.
Samsung의 Galaxy Z Fold 5 화면을 예로 들어 보겠습니다. 그 두께는 대략 50 마이크로미터 (µm)입니다. 즉, 0.05 밀리미터, 또는 머리카락 너비의 절반 (≈ 100µm)입니다. 그러나 굽힘 반경 – 안전하게 처리할 수 있는 가장 꽉 조이는 곡선 –은 약 1.4mm입니다.

굽힘 반경이 단순히 두께보다 더 중요한 이유

1. 두께 ≠ 굽힘 한계
찢어지지 않고 압축하거나 늘릴 수 없다면 초박형 레이어 (예: 30µm 폴리머 필름)가 있어도 접는 데는 쓸모가 없습니다. 굽힘 반경은 기능적 한계를 측정합니다.

예: Sharp의 롤러블 OLED 프로토타입은 현재 폴더블보다 얇은 레이어 (≈25µm)를 사용하지만 더 큰 최소 R=3mm 반경이 필요합니다. 따라서 물리적으로 더 얇음에도 불구하고 Samsung의 1.4mm R 폴더블보다 덜 날카롭게 구부러집니다.

2. 굽힘 반경 작동 방식
화면을 원통 주위에 감는다고 상상해 보세요. 손상 없이 감쌀 수 있는 가장 작은 원통 직경이 R-값을 정의합니다.

 
• Galaxy Z Fold 시리즈: R=1.4mm (책처럼 평평하게 접힘).

 

• Motorola Razr (2023): R≈2-3mm (느슨한 “물방울” 힌지 디자인).

 

• 롤러블 TV/폰: R=3mm–10mm (벽지처럼 부드럽게 구부러짐).
  더 작은 R = 더 꽉 조이는 굽힘.

3. 스트레스 요인
꽉 조이는 굽힘은 물리적 스트레스를 생성합니다. R=1.5mm에서 구부러지는 화면은 동일한 두께라도 R=1.5mm에서보다 ≈50% 더 높은 압축/스트레치 힘을 경험합니다. 이것이 Samsung의 UTG 화면이 1.4mm 접힘 전체에 걸쳐 스트레스를 고르게 분산시키기 위해 특수 힌지를 사용하는 이유입니다.

핵심:
단순히 “얇음”이 아닌 굽힘 반경 (R) 사양을 찾으십시오. 현재:

 
• R=1.4mm–3mm = 폴더블 폰 (180° 닫힘).

 

• R=3mm–10mm = 롤러블 (부드럽게 구부러짐).
  더 얇은 재료는 더 작은 R 값을 가능하게 하지만 엔지니어링 및 재료가 실제 한계를 결정합니다.

폴더블 화면 내부

폴더블 화면은 단일 유리 슬래브가 아닙니다. 그것은 구부러지도록 설계된 초박형 레이어의 샌드위치입니다. Samsung의 Galaxy Z Fold 5를 예로 들면, 디스플레이 스택은 총 ≈180–200µm 두께 (0.18–0.2mm)입니다. 상단 레이어는 충격 흡수 폴리머로 뒷받침되는 30µm의 초박형 유리 (UTG)입니다. 아래에는 단단한 유리 백플레인을 대체하는 폴리이미드 (PI) 플라스틱 기판 (25–50µm) 위에 OLED 픽셀 레이어 (불과 10–15µm)가 놓여 있습니다. 접착제, 터치 센서 및 편광판이 간격을 채웁니다. 이 조합으로 전체 스택이 1.4mm 굽힘 반경에서 200,000회 이상의 접힘을 견딜 수 있습니다.

레이어 분석

상단 레이어: 보호 대 유연성

 
• 초박형 유리 (UTG): Samsung이 선택한 30µm (머리카락 두께의 1/3)입니다. 긁힘에 저항하도록 화학적으로 강화되었지만 (예: 플라스틱의 2H 대비 경도 ~6H 연필 테스트), 반복적인 접힘 후 미세 균열이 형성될 수 있습니다.

 

• 플라스틱 대체품 (CPI): Motorola는 50µm의 투명 폴리이미드 (CPI)를 사용합니다. 더 가볍고 초기에 더 유연하지만 (실험실에서 R=1mm만큼 낮은 굽힘 반경), 영구적인 “접힘 자국”이 더 빨리 생기고 쉽게 긁힙니다.

OLED 레이어: 픽셀이 있는 곳
OLED 어레이는 단단한 유리 대신 플라스틱 기판 (PI/PET 필름, 25–50µm 두께) 위에 증기 인쇄됩니다. 이러한 유기 재료는 전기화되면 빛을 방출하지만 취약합니다.

 
• 파란색 서브픽셀은 가장 빨리 저하됩니다. 제조업체는 특대형 파란색 다이오드 (빨간색/녹색보다 20% 더 큼)로 보상합니다.

 

• 캡슐화 레이어 (박막 장벽, 5–10µm)는 산소/수분 침투를 막습니다.

백본: 기판 및 접착제
플라스틱 기판 (PI/PET)은 숨은 영웅입니다.

 
• 유연한 척추처럼 작용하여 전체 화면이 구부러질 수 있도록 합니다.

 

• 고급 버전 (예: DuPont™ Kapton® 폴리이미드)은 뒤틀림 없이 제조 중 400°C까지의 온도를 견딜 수 있습니다.

 

• 광학 투명 접착제 (OCA)는 >90%의 빛 투과를 허용하면서 레이어를 서로 접착합니다. 여기에 기포나 박리가 있으면 영구적인 결함이 발생합니다.

스트레스 관리: 레이어가 중요한 이유

 
• 중립 평면 설계: 제조업체는 굽힘의 피벗 지점이 더 단단한 OLED 레이어를 통과하도록 정렬하여 더 부드러운 레이어를 압축/스트레치 상태로 만듭니다. 픽셀 전단 위험을 줄입니다.

 

• 힌지 대칭: 안쪽으로 접히는 화면 (Galaxy Fold와 같은)은 레이어를 압축합니다. 바깥쪽으로 접히는 화면 (Huawei Mate X와 같은)은 레이어를 늘립니다 – 이는 다른 마모 패턴을 유발합니다.

핵심: 단순히 “얇은 플라스틱”이 아닙니다. 설계된 레이어 조화입니다.
UTG는 긁힘 방지 기능을 추가하지만 ~30µm 두께를 추가합니다. 플라스틱 기판은 유연성을 가능하게 하지만 견고한 엔지니어링이 필요합니다. 결과: 매일 180° 접히면서도 1,000–1,500 nits 밝기를 출력하는 화면.

오늘날 기술의 실제 굽힘 한계

현재 R=1.4mm는 대량 생산되는 폴더블에 대한 가장 꽉 조이는 실용적인 굽힘입니다. Samsung의 Galaxy Z Fold 5 및 Flip 5가 그 예입니다. 이들은 0.1mm 미만의 주름으로 평평하게 접히는 반면, LG의 프로토타입과 같은 롤러블은 R=3mm (6mm 연필의 곡선과 일치)를 목표로 합니다. Xiaomi의 Mix Fold 2는 R=1.6mm로 약간 느슨하며, TCL의 실험적인 Dragonhinge는 R=1.0mm까지 밀어붙이지만 스트레스 테스트에서 불과 50,000회 접힘 후에 금이 갑니다.

현재 화면 측정 방법

폴더블: 1.4mm 벽 설계
Samsung의 현재 지배력은 30µm 두께의 UTG 레이어와 8.3mm 너비의 중립 평면에 걸쳐 접힘 스트레스를 분산시키는 힌지에 달려 있습니다. 200,000회의 실험실 테스트 후에도 이들은 >82%의 밝기 균일성을 유지합니다. 이는 눈에 띄는 불감대를 피하는 데 중요합니다. Motorola의 Razr (2023)와 같은 경쟁업체는 더 넓은 R≈2.5mm “물방울” 힌지를 사용하여 주름을 줄이지만 휴대성을 희생합니다.

롤러블: 더 큰 화면, 더 부드러운 곡선
LG의 미공개 롤러블 OLED TV는 최소 R=3mm가 필요했습니다. 이는 연필보다 두꺼운 막대 (직경 6mm) 주위로 부드럽게 구부러집니다. 더 꽉 조이는 굽힘은 급격한 레이어 분리를 유발했습니다. R=2mm에서 1,000회 롤링 이내에 박리가 발생했습니다. TCL은 구르지 않고 미끄러지는 사전 곡선 OLED 패널 (고정 R=10mm)로 이를 우회합니다.

진보 ≠ 과대 광고: 현실 점검
마케팅은 “제로 갭” 접힘을 선전하지만, 타사 분해는 타협을 보여줍니다.

 
• Oppo Find N2의 힌지는 R=1.7mm에 걸쳐 스트레스를 분산하며, 초기 폴더블보다 눈에 띄게 얕습니다.

 

• 접힘 근처의 픽셀 고장률은 R=1.4mm에 비해 R=1.0mm에서 3–5배 증가합니다. 이는 프로토타입이 ~50,000 사이클에서 고장나는 이유를 설명합니다.

세대적 도약: 데이터 기반 이득

가까운 미래: 1.0mm 장벽 돌파
TCL의 Dragonhinge 프로토타입은 미세 균열에 저항하기 위해 그래핀이 도핑된 접착제를 사용하여 R=1.0mm를 목표로 합니다. 그럼에도 불구하고 실험실 데이터는 20,000회 접힘을 초과하면 픽셀 번아웃이 급증함을 보여줍니다. 이는 Samsung의 200K 표준보다 훨씬 낮습니다. Corning의 차세대 UTG (예상 20µm 두께)는 2025년까지 R=1.2mm를 목표로 하지만, 재료 과학자들은 R=1.0mm 미만에서는 OLED 스트레치 한계가 피할 수 없는 물리적 장벽이 될 수 있다고 경고합니다.

R 또는 mm? 굽힘 반경 측정

“굽힘 반경” (R)은 화면 유연성을 측정하는 골드 표준이며, mm 단위의 두께가 아닙니다. 이렇게 생각하십시오. R=1.4mm (Samsung의 Fold 5)는 화면이 2.8mm 직경 막대 주위의 포장지처럼 단단하게 구부러진다는 것을 의미합니다 (직경 = 2R이므로). 사양 시트에 “R=3mm에서 접힙니다”라고 표시되면 화면이 금이 가지 않고 6mm 원통을 안전하게 감쌀 수 있습니다. 실험실 테스트는 한계를 확인하기 위해 1.0mm, 1.4mm, 3.0mm 직경과 같은 정밀 맨드릴 (막대)을 사용합니다. 더 작은 R-값 = 더 꽉 조이는 굽힘.

굽힘 반경 (R)이 밀리미터보다 더 중요한 이유
물리적 두께 (Samsung의 30µm UTG와 같은)는 굽힘 한계를 예측하지 못합니다. 예:

 
• 30µm 폴리머 레이어는 격리 상태에서 R=1.0mm를 견딜 수 있습니다.

 

• 전체 디스플레이 스택의 동일한 레이어는 스트레스 집중으로 인해 R=1.5mm에서 고장납니다.

실제 측정: 맨드릴 테스트
제조업체는 화면을 보정된 금속 막대 (맨드릴) 위에 고정하고 180° 구부리고 고장 날 때까지 주기를 계산합니다.

스트레스 계산: R이 작을수록 테스트가 더 어려워집니다
R이 1.5mm에서 1.0mm로 줄어들면 굽힘 스트레스는 대략 두 배가 됩니다.

 
• R=1.5mm: 내부 레이어에 ~20 MPa 압축력

 

• R=1.0mm: 힘이 ~38 MPa로 급증 (픽셀 번아웃 위험 3배 증가)

주름 깊이 = R의 대리
전화를 접으십시오: 중앙의 움푹 들어간 부분은 실제 R-값을 나타냅니다.

 
• Galaxy Z Flip 5: 주름 깊이 ≈0.07–0.10mm (R≈1.4mm를 간접적으로 확인)

 

• 1세대 Fold (2019): 주름 깊이 >0.3mm (느슨한 R=2.5mm와 일치)

과장된 주장 발견
스타트업이 “R=0.5mm에서 폴더블”이라고 자랑하면 작은 글씨를 확인하십시오. 종종 다음과 같습니다.

 
• 하나의 레이어만 테스트됨 (전체 디스플레이 스택 아님)

 

• 완벽한 실험실 조건 사용 (온도 변화, 먼지 없음)

 

• 재료 피로 무시 (단일 굽힘 대 100K 사이클)

핵심 통찰력:
R-값이 왕입니다. 그것은 이론적 한계가 아닌 실제 굽힘 성능을 정량화합니다. 화면을 비교할 때 R-값을 요구하십시오. R이 나열되지 않았습니까? 사양을 회의적으로 취급하십시오.

한계를 넘어서는 것이 내구성을 위험에 빠뜨리는 이유

Samsung 화면을 최소 R=1.4mm로 접으면 UTG 레이어는 설계 한계에 가까운 ~18 MPa 압축을 견뎌냅니다. 이제 그 굽힘을 R=1.0mm (TCL의 프로토타입과 같은)로 줄이면 스트레스가 ≈30 MPa로 치솟습니다. 이 40%의 급증은 미세 균열이 4배 더 빨리 나타나고 수명을 200,000회 이상의 접힘에서 50,000회 미만으로 단축시킨다는 것을 의미합니다. 재료 피로는 선형이 아닙니다. R=1.4mm에서 매일 100회 접힘을 견디는 화면은 R=1.0mm에서는 20일만 지속될 수 있습니다.

고장 물리학

스트레스 집중: 작은 R = 큰 문제인 이유
굽힘 반경은 레이어가 얼마나 날카롭게 늘어나거나 압축되는지를 결정합니다. 내부 화면 표면은 압축으로 인해 찌그러지고, 외부 표면은 팽팽하게 늘어납니다. R=1.4mm에서:

 
• 내부 레이어는 ≈0.3% 압축됩니다.

 

• 외부 레이어는 ≈0.5% 늘어납니다.
  반경을 R=0.7mm로 절반으로 줄이면 변형이 1.2% 스트레치로 급증합니다. 이는 OLED 재료의 탄성 한계를 넘어섭니다. 늘어난 폴리머 사슬이 끊어지면 균열이 더 빨리 전파됩니다.

피로: 1,000번의 접힘으로 인한 죽음
모든 접힘은 누적되는 미세한 손상을 입힙니다.

 
1. 1단계 (0–50K 접힘): UTG는 보이지 않는 미세 균열을 발생시킵니다 (평균 2–5µm 깊이).

 

2. 2단계 (50–100K 접힘): 균열이 10–20µm로 깊어지고 빛을 산란시킵니다 → 눈에 띄는 “주름 헤이즈”.

 

3. 3단계 (150K+ 접힘): 접착제가 약해져 공기/수분이 침투합니다 → 픽셀 번아웃.
   가속 테스트: Samsung의 실험실 기계는 휴대폰을 1초에 1사이클로 24/7 접어 불과 55시간 만에 200K 접힘에 도달합니다.

재료별 약점

 
• 초박형 유리 (UTG): 미세 결함에서 균열 전파를 통해 고장납니다. Corning의 데이터에 따르면 30µm UTG 시트는 R=3mm에서 ≈500,000회 굽힘 후에 금이 가지만 → R=1.0mm에서는 20,000회에 불과합니다.

 

• 폴리머 OLED (POLED): 플라스틱 변형을 겪습니다. 25µm 폴리이미드 기판은 R=1.4mm에서 100K 접힘 후에 영구적인 “메모리 굽힘”을 발생시킵니다 → 눈에 띄는 움푹 들어간 곳으로 이어집니다.

 

• 금속 트레이스: 접힘 근처의 미세 배선은 >0.6% 스트레치에서 파손됩니다 – R<1.2mm에서의 엄격한 한계.

환경 악화 요인
실험실 테스트에서 놓치는 것:

 
• 찬 온도 (-10°C): 폴리머가 부서지기 쉬워집니다. 균열 위험은 실온 굽힘에 비해 3배 증가합니다.

 

• 먼지/모래: 5–10µm 너비의 모래 알갱이는 힌지에서 연마제가 되어 접힘 중에 레이어를 갈아냅니다.

 

• 손가락 압력: 사용 중 접힘 근처를 누르면 +5 MPa 스트레스가 추가됩니다 – 피로한 화면이 고장으로 기울어지기에 충분합니다.

200K 사이클 착시
Samsung의 내구성 주장은 다음을 가정합니다.
✅ 부드러운 힌지 동작 (느리고 낮은 마찰)
✅ 측면 압력 없음
✅ 25°C 주변 온도
실제 사용자는 다음으로 인해 3–5배 더 높은 스트레스를 경험합니다.

 
• 전화기를 탁 닫기 (↑ 충격력)

 

• 주머니에 휴대 (접힌 상태에서 구부러짐)

 

• 햇빛 아래 사용 (↑ 온도 → 더 부드러운 폴리머)

R=1.4mm가 오늘날의 스위트 스팟인 이유: 그것은 마케팅 목표뿐만 아니라 재료 물리학과 얇기를 균형 있게 맞춥니다. 이를 넘어서면? 위험이 커짐에 따라 이득은 줄어듭니다.

굽힘 기술이 나아갈 방향

오늘날의 R=1.4mm 폴더블을 넘어, 실험실은 급진적인 재료 교체를 사용하여 R=1.0mm를 추구하고 있습니다. Corning의 차세대 UTG는 20µm 두께 (30µm에서 감소)를 목표로 하며 2025년까지 R=1.2mm를 목표로 하는 반면, Samsung의 R&D는 접착제 레이어를 0.8배 얇게 만들기 위해 레이저 절제를 사용합니다. 롤러블은 더 똑똑해집니다. LG의 특허는 굽힘 후 “다시 튀어 오르는” 형상 기억 합금 메쉬 위의 OLED를 보여주며, 피로를 40% 줄입니다. 그러나 물리학은 쉽게 구부러지지 않을 것입니다. R=0.8mm 미만으로 밀어붙이면 영구적인 OLED 레이어 스트레칭 (>1.2%)의 위험이 있습니다. 이는 새로운 재료 없이는 피할 수 없는 엄격한 한계입니다.

모든 것을 더 얇게: 서브 마이크론 전쟁
엔지니어들은 모든 레이어에서 두께를 공격합니다.

 
• UTG 2.0: Corning의 20µm 유리 (2025년 목표)는 꽉 조이는 반경에서 취성을 줄여 굽힘성을 향상시킵니다. 초기 프로토타입은 100K 사이클 동안 R=1.2mm를 처리합니다.

 

• 나노 접착제: Shin-Etsu의 1.5µm 광학 접착제는 레거시 10µm OCA를 대체하여 박리에 저항하면서 스택을 슬림화합니다.

 

• OLED-on-PI Lite: 레이저로 얇게 만든 12µm 폴리이미드 기판 (오늘날의 표준: 25µm)은 총 스택 높이를 ≈140µm로 줄입니다. 이는 롤러블에 중요합니다.

내구성 혁신

보이지 않는 손상 치유

 
• 자가 수리 폴리머: LG의 실험실은 미세 균열 (<30µm 너비)에 모노머 유체를 “흘려” 손상을 밀봉하는 폴리우레탄 레이어를 테스트합니다 (예: 주머니 속 휴대폰에서 40°C). 24시간 후 90%의 강도를 복원합니다.

 

• 분산형 힌지: Xiaomi의 2023년 특허는 힌지 내부에 마이크로 기어 배열을 사용하여 굽힘 스트레스를 2 대신 12개의 접촉점에 분산합니다. R=1.0mm에서 최고 압축을 28% 줄입니다.

건축학적 변화

접는 것을 넘어: 구르기, 자르기, 미끄러지기

 
• 롤러블 2.0: BOE의 10mm-R 스크롤 폰은 맨드릴 대신 세라믹 스풀에 화면을 저장합니다. 펼친 후 거의 실시간 굽힘이 없습니다.

 

• 화면 분할: TCL의 “분할 OLED” 프로토타입은 디스플레이를 스트레치 가능한 배선으로 연결된 0.5mm 너비 스트립으로 자릅니다. 각 스트립은 최소한으로 구부러지는 반면 (R=5mm), 전체 화면은 R=1.5mm로 접힙니다.

물리학 대 야망

R=1.0mm 벽 – 그리고 그 너머
현재 물리학은 R=0.8mm가 OLED의 절대적인 바닥이라고 제안합니다.

 
• 전극 파손: 금속 트레이스는 1.2% 이상의 늘어남에서 끊어집니다. 이는 그래핀 배선 없이는 R<0.8mm에서 피할 수 없습니다 (아직 실험실에서만 가능).

 

• 캡슐화 고장: 수분 장벽은 R=0.7mm 미만에서 >0.4% 압축으로 인해 금이 갑니다.

실험실은 해결 방법을 모색합니다.

 
• 마이크로 힌지 디스플레이: Panasonic의 개념은 유연한 패브릭에 10,000개의 마이크로 패널을 사용합니다. 각 단단한 타일은 개별적으로 회전합니다. 픽셀에 스트레스를 주지 않고 R=0.5mm로 구부러집니다.

 

• 유체 OLED: Kyoto Uni의 “Oleo-Phosphor”는 실리콘 오일에 발광 입자를 현탁합니다. 개념 증명은 R=0.3mm로 구부러지지만 150 nits만 방출합니다. 이는 소비자 사용에는 비실용적입니다.

현실 점검: 대량 시장 화면은 2026년 이전에 R=1.0mm를 돌파하지 않을 것입니다. 그때까지 적응형 힌지와 자가 치유 레이어가 격차를 메울 것입니다.