일상 생활에서 '윈도우(Window)'라는 단어를 접하면 무엇이 가장 먼저 떠오르시나요? 보통은 창문이나 컴퓨터 운영체제(OS)를 떠올리는 것이 가장 일반적일 것입니다. 하지만 TV, 모니터, 스마트폰 등에 사용되는 디스플레이에도 윈도우가 있다는 사실. 오늘은 스마트폰에 사용되는 디스플레이 커버 윈도우(Cover Window)의 역할과 종류 그리고 생산공정에 대해서 톺아보겠습니다.

'디스플레이 패널의 수호자' 커버 윈도우(Cover Window)

'디스플레이 커버 윈도우(이하 윈도우)'는 디스플레이 패널의 화면부를 외부의 영향으로부터 보호하는 역할을 합니다. 그러면서 동시에 디스플레이 패널이 보여주는 화면을 우리 눈에 그대로 전달해 주어야 하므로 투명해야합니다. 따라서 이러한 기능과 특성을 창문과 유사하다고 하여 업계에서는 윈도우라고 부릅니다. 윈도우는 소비자가 스마트폰 구매 후 화면 위에 추가로 붙이는 보호필름 또는 보호유리와는 다른 개념으로 제품 생산시에 필수적으로 부착되는 부품입니다.

윈도우는 대부분의 디스플레이 장치에 사용되고 있습니다. 스마트폰 이전의 피처폰 시절에도 윈도우가 사용되었으며, 디스플레이 패널을 보호한다는 역할은 지금과 같았습니다.

하지만 스마트폰의 등장과 함께 영상 재생, 카메라 촬영 및 터치 기능의 중요성이 높아지면서 디스플레이 패널 또한 대화면화가 진행되었고, 윈도우의 크기도 이에 맞춰 커지게 됩니다.

스마트폰 윈도우 시장을 평정하다 - '글래스'의 천하 통일

디스플레이 패널의 크기가 커짐과 동시에 쿼티(QWERTY) 자판과 같은 기존의 물리적 입력장치가 사라지거나 최소화되면서 디스플레이가 스마트폰의 디자인을 결정하는 가장 큰 요소로 자리잡게 되었습니다.

이와 더불어 글래스(Glass, 유리)가 갖는 심미적 고급감은 기존의 윈도우 시장을 장악하고 있던 플라스틱 윈도우를 순식간에 몰아내고 대화면 스마트폰 윈도우의 대표주자로 급부상하게 됩니다. 플라스틱보다 쉽게 깨질 수 있고 무겁다는 단점에도 불구하고, 터치가 보편화된 세상에서 스크래치에 강한 글래스의 강점이 이런 단점을 극복하는 큰 이유이기도 했습니다.

글래스 윈도우는 평평한 유리판의 형태(2D)에서 디자인 향상을 위해 테두리가 완만하게 굴곡진 2.5D 글래스 또는 갤럭시 엣지 시리즈와 같은 커브드 형태의 3D 글래스로 진화했습니다.

글래스 윈도우 주요 생산 과정

글래스 윈도우는 먼저 글래스 생산 업체로부터 '원단'이라고 불리는 커다란 유리판을 공급받는 것부터 시작됩니다. 글래스 윈도우는 스마트폰의 박막화와 경량화를 위해 1mm보다 얇은 두께로 만듭니다. 그래서 원단도 가공 이전이기는 하지만 매우 얇은 두께로 공급이 됩니다. 원단을 만드는 방식은 크게 Fusion 방식과 Float 방식이 있는데 Fusion 방식은 아래 영상과 같이 용융된 유리를 아래와 흐르게 한 뒤 양갈래의 유리물이 다시 융합되는 공법입니다.

Fusion 방식이 위에서 아래로 유리물을 흘리는 방식이라면 Float 방식은 옆으로 밀어내는 방식입니다. 제철소의 용광로에 담긴 물이 마지막 단계에서 얇고 넓은 철판으로 나오는 것과 비슷합니다. 녹인 유리물을 얕은 두께의 판 사이로 밀어내며 얇고 넓은 유리판을 만드는 원리입니다.

유리 원단이 도착하면 생산할 스마트폰 디스플레이에 맞는 크기로 잘게 재단을 합니다. 그리고 카메라 렌즈와 수화부, 홈버튼 등을 배치하기 위해 필요한 구멍을 내는 가공을 CNC 장비로 진행합니다.

이후 글래스의 위아래 표면을 고르게 만들어주는 연마 작업 후, 글래스를 충격이나 스크래치로부터 보호해주는 '화학적 강화' 공정을 진행합니다. 여기서 화학적 강화란 일반 글래스를 강화 글래스로 만들어주는 과정으로, 글래스를 칼륨용액에 담가 글래스 표면의 나트륨(Na+)이온이 용액 속의 칼륨(K+)이온과 맞바꿈 되는 과정을 뜻합니다. 칼륨이온이 나트륨이온보다 더 크기 때문에 나트륨이 빠져나온 빈 자리를 칼륨이 채우게 되면 공간이 빽빽하게 들어차는 효과가 있으므로 외부의 충격에 더욱 강한 물성을 갖게 되는 것입니다.

강화 글래스로 변신한 윈도우는 디스플레이의 비 스크린 영역 즉, 베젤을 깔끔하게 가려주기 위해 뒷면에 검은색 등으로 인쇄를 합니다. 그리고 지문이 잘 남지 않도록 하는 AF(Anti-Fingerprint) 공정을 거친 후 품질 검사를 거쳐 출하로 이어집니다. 참고로 3D 글래스 윈도우의 경우에는 공정 중간에 엣지 부분을 휘어주는 열성형 가공 공정이 추가됩니다.

플렉시블 디스플레이, 플라스틱 윈도우의 부활을 예고하다

유연하게 구부러지거나 휘어지는 플렉시블 디스플레이 패널이 차세대 디스플레이로 업계의 큰 관심을 모으고 있습니다. 지갑처럼 접을 수 있는 폴더블(Foldable), 두루마리같이 말아서 사용할 수 있는 롤러블(Rollable)처럼 SF 영화 속에 단골처럼 등장하는 플렉시블 제품들을 만들기 위해서는 윈도우도 플렉시블한 특성을 가져야 하는 것은 당연할 것입니다. 뿐만 아니라 이제는 우리 신체의 확장된 부분으로까지 여겨지는 스마트폰과 같이 늘 휴대하고 다니는 경우에는 기기의 무게도 가벼울수록 좋습니다. 지금의 글래스 윈도우는 떨어뜨리면 깨지기 쉽고, 무게도 적지 않이 나갈 뿐만 아니라 플렉시블 구현에도 어려움이 있기 때문에 플라스틱이 다시 윈도우의 소재로 각광을 받고 있습니다.

최근 삼성디스플레이에서는 스마트폰용 언브레이커블(Unbrekable, 깨지지 않는) 윈도우를 공개하며 글로벌 안전 인증 기관인 UL(Underwriters Laboratories Inc.)로부터 내구성까지 검증받아 큰 반향을 불러일으켰습니다. UL에 따르면 이 제품은 1.2미터 높이에서 26회 실시한 낙하 테스트에서 제품의 전면부, 측면부, 모서리 부분 모두 파손 없이 정상적으로 작동했으며, 극한의 저온(섭씨 -32도)/고온(섭씨 71도) 테스트에서도 문제 없이 작동했습니다. 특히 美 국방부 군사 표준규격보다 더 높은 1.8미터 높이에서 실시한 낙하 테스트에서도 손상 없이 정상적으로 작동해 놀라움을 더했습니다.

▲ PI(Polyimide) 필름의 모습. PI가 가진 고유의 노란색을 제거하면 CPI(Colorless PI)가 된다.

깨지지 않을 뿐만 아니라 자유롭게 휘거나 접을 수 있는 윈도우 소재에도 업계의 관심이 집중되고 있습니다. 유연성을 갖추면서도 기존의 글래스 윈도우의 역할을 상당부분 해내야 하기 때문입니다.

이러한 방법 중 하나로 업계에서는 플라스틱 소재인 투명폴리이미드(Colorless Polyimide, CPI)를 활용한 방법도 활발히 연구되고 있습니다. 플렉시블 디스플레이 패널의 기판으로 사용되는 유연한 PI소재에 투명함을 더해 경도와 내구성을 높여 글래스 윈도우 대신 사용하는 방식으로, PI 고유의 색상인 노란색을 제거해 투명함을 구현하는 소재입니다. 업계에서는 연구가 성공적으로 진행되면 유연한 특성을 유지하면서도 글래스의 장점을 흡수할 수 있는 날이 오게될 것으로 기대하고 있습니다. 플렉시블용 윈도우가 보급되면 스마트폰 뿐만 아니라 차량용 디스플레이 등 디자인적 유연성이 필요한 산업에도 효과적으로 사용될 수 있을것으로 예상됩니다.

오늘은 '디스플레이 커버 윈도우(Cover Window)'에 대해서 알아보았습니다. 다음 시간에는 OLED의 발광 방향에 따라 나뉘는 '전면발광 방식'과 '배면발광 방식'의 차이에 대해서 살펴보는 시간을 갖겠습니다.