1. 개요
삼성 프리스탑 힌지(Samsung Freestop Hinge)는 삼성전자의 힌지 매커니즘이다.2. 소개
갤럭시 Z 시리즈의 힌지로 쓰인다.Infinity Flex Display가 접힌 상태를 유지하도록 튼튼하면서도 작은 사이즈와 부드러운 움직임을 위한 정교함이 있다. 먼지나 모래 같은 외부 이물질이 힌지와 제품 본체 사이의 틈을 통해 유입되는 것을 최소화 하는 디자인이 적용되어 있다.
삼성전자가 개발한 프리스탑 힌지에는 힌지의 기울기를 알아 내는 센서가 있어, 센서에 의해 접혀진 Infinity Flex Display에 반응하여, 맞는 위치로 애플리케이션 레이아웃을 바꾸어 Flex Mode를 보여준다.
| Galaxy x SUGA: Galaxy Z Flip5 | Fold5 | Samsung |
2023년 8월 1일의 삼성전자 MX사업부 최원준 개발실장과 방탄소년단 멤버 슈가[1]의 인터뷰에 따르면 각각의 기능을 가진 수십 개의 작은 부품들이 맞물려 돌아가기 때문에 기술적으로 굉장히 난이도가 높다고 한다.
2.1. 삼성전자의 프리스탑 힌지 개발 원칙
삼성전자는 프리스탑 힌지가 다음과 같이 만들어져야 한다고 Galaxy x SUGA: Galaxy Z Flip5 | Fold5 | Samsung에서 밝혔다.- Infinity Flex Display를 움직이는 동안에 데미지를 받지 않게 힌지가 최적의 궤적으로 아주 정교하게 움직이도록 설계해야 한다.
- Infinity Flex Display의 움직이는 동안에 디바이스를 무리 없이 완벽히 유지할 수 있어야 한다.
- 원하는 기울기로 세울 수 있는 Flex Mode를 프리스탑 힌지에서 구현해야 한다.
프리스탑 힌지 매커니즘은 힌지가 고정 되지 않거나 특정 각도에서만 고정이 되는 힌지 구조에 비하여 더 많은 유저경험을 제공하여 사용성이 극대화된다.
3. 디자인
3.1. 듀얼 CAM 메커니즘
듀얼 CAM 메커니즘은 프리스탑 힌지에 쓰이는 CAM 매커니즘이다.프리스탑 힌지의 양 끝에 각각 위치한 두 개의 캠 구조로 구성된다. 하나의 캠 구조는 아래 위로 맞물려 있는 비탈 형태의 캠 멈춤쇠(CAM detent) 두 개와 캠의 움직임을 지지하는 스프링으로 이루어져 두 개의 비탈 사이에 플랫한 판이 있는 생김새이다.
접힘(POSTURE_Closed) 상태에는 Infinity Flex Display가 완전히 접혀 있는 상태에서도 스프링이 계속 캠을 밀어내는 힘을 작용시키면서 더욱 견고하고 안정감 있는 닫힌 상태를 유지하게 한다.
반 열림(POSTURE_HALF_OPENED) 상태에는 완전히 접혀있던 Infinity Flex Display를 펼치면, 상부 캠이 하부 캠의 능선을 따라 위로 올라가기 시작한다. 두 캠의 평평한 표면이 만날 때 표면 간 마찰력이 증가함에 따라 75~115도 사이에서 스스로 열린 상태를 유지할 수 있게 한다.
열림(POSTURE_OPENED) 상태에는 평평한 표면이 맞물리는 단계를 넘어 상부 캠이 하부 캠의 반대편 경사면을 미끄러져 내려가면서 Infinity Flex Display가 완전히 펼쳐진다. 이때도 스프링은 계속 캠을 밀어내는 힘을 통해 장력을 발생시켜 갤럭시 Z 시리즈가 더 견고하게 180도 펼쳐진 상태를 유지할 수 있게 한다.
3.2. 스위퍼
스위퍼는 프리스탑 힌지에 쓰이는 탄성이 있는 광섬유이다.스위퍼는 프리스탑 힌지의 프론트와 하우징 사이에 있는 갭을 모두 막을 수 있다. 1mm보다 작은 곳에 컷팅된 작은 솔이 뭉쳐진 스위퍼가 힌지의 틈 사이에 촘촘하게 박혀있다. 프리스탑 힌지와 Infinity Flex Display를 바깥 데미지로부터 더 잘 지킬 수 있는 것은 스위퍼가 갭을 없애기 때문에 프리스탑 힌지를 폴딩할 때 들어갈 수 있는 먼지나 이물질을 막기 때문이다.
스위퍼는 삼성 BESPOKE 제트와 삼성 BESPOKE 제트 봇 AI에서 처음 나온 소프트 마루 브러시의 나일론 섬유인 마이크로 파이버를 쓴다. 소프트 마루 브러시를 프리스탑 힌지의 스위퍼로 쓴 것은 삼성전자의 엔지니어들이 99개의 아이디어를 낸 끝에 찾은 낮은 높이를 가진 탄성체였기 때문이다. 소프트 마루 브러시로 7개의 키 샘플로 만들며 1mm보다 작고 먼지나 이물질을 잘 막아낼 수 있는 스위퍼를 만들어냈다.
3.3. Flex Mode
4. 리스트
4.1. 하이드어웨이 힌지
하이드어웨이 힌지(Hideaway Hinge)는 프리스탑 힌지의 힌지 디자인이다.4.1.1. 1세대 (2020~2021)
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| 갤럭시 Z 플립 | Z 폴드2 | Z 플립3 | Z 폴드3의 프리스탑 힌지 |
프리스탑 힌지의 첫번째 디자인, 하이드어웨이 힌지의 첫번째 디자인이다.
2020년 삼성 갤럭시 언팩 2020에서 처음 나왔다.
톱니바퀴로 힌지의 양 끝에 각각 위치한 두 개의 캠이 맞물리는 구조로 되어있다. 아래 위로 맞물려 있는 능선 형태의 캠 멈춤쇠가 있어 힌지가 원하는 각도에서 멈출 수 있다. 여러 개의 작은 기어들이 서로 맞물리면서 안정적으로 Infinity Flex Display를 펴고 접을 수 있다.
하이드어웨이 힌지는 60여 개의 부품으로 이루어져있다.
듀얼 CAM 매커니즘이 처음으로 들어간 프리스탑 힌지이다. 듀얼 CAM 매커니즘은 프리스탑힌지가 열리고 닫힐 때 프리스탑 힌지를 멈추어있을 때도 버티게 만들며 Flex Mode를 만들어냈다.
CAM과 스프링의 개수가 많아 폴드 타입의 넓은 폼팩터에서도 쉽게 버틸 수 있다.
하이드어웨이 힌지 시대에 발전된 나노 테크놀로지인 마이크로포어가 모든 매커니즘과 하우징에서 쓰이면서 힌지 쪽에서의 슬림한 디자인을 만들 수 있다.
4.1.1.1. 폴더블에서 세계 최초로 방수 지원
2021년의 프리스탑 힌지는 IPX8 방수를 지원한다. 이 것은 폴더블에서 세계 최초로 방수가 되는 것이다.프리스탑 힌지에 쓰이는 금속 부품에 부식에 강한 소재를 적용하고 높은 퀄리티의 윤활유를 코팅해서 오래갈 수 있게 했다. 경첩을 경계로 나눠진 두 메인보드를 연결하는 포트는 실리콘을 쓰는 CIPG를 써서 액체가 프리스탑 힌지로 들어오는 것을 막고 FPCB 케이블을 써서 크리티컬한 곳을 액체로부터 지킬 수 있다.
4.1.2. 2세대 (2022)
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| 갤럭시 Z 폴드4 | Z 플립4의 프리스탑 힌지 |
| How does the updated hinge in Z Flip4 and Z Fold4 make everyday use more comfortable for users? |
프리스탑 힌지의 두번째 디자인, 하이드어웨이 힌지의 두번째 디자인이다.
경첩의 구조가 바뀌어 더 가벼우면서 튼튼해졌다. 새로운 경첩에는 회전 운동을 직선 운동으로 바꾸는 캠샤프트가 톱니바퀴 기어 대신에 들어갔는데 이 부분에 텐션을 줌으로써 더 간결한 구조임에도 견고하게 장력을 유지시킬 수 있다.
힌지의 디자인 리팩토링은 다음과 같이 기획되었다.
- 더 큰 스케일의 대량생산을 할 수 있는 디자인
- 더 얇고 쉬운 구조로 똑같이 돌아갈 수 있는 디자인
새로운 힌지의 개발을 통해 Z 플립4의 디자인은 더 콤팩트해졌고, Z폴드4의 화면비율도 개선되어 커버 스크린의 가로는 조금 더 넓어지고 길이는 조금 더 짧아졌다. 사소해 보이는 변화지만, 이동 중에 입력을 하거나 커버 스크린에서 다른 작업을 할 때 한층 더 편리한 경험을 제공하는 데 많은 영향을 준다.
뿐만 아니라 재설계된 힌지는 제품 생산과 수명 연장에 있어서도 효과적이다. 부품 개수를 60% 정도 줄일 수 있게 되어 잠재적으로 수리해야 하는 부품의 수도 적어지고 대량생산 시 제조공정 복잡도도 낮아지기 때문에, 그 자체로도 큰 성과이다.
폴드4와 플립4의 힌지의 크기와 무게가 줄어들어 폴더블 폰의 고질적 단점인 무게 문제를 단계적으로 해결하려 하고 있다.
4.2. 플렉스 힌지
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| 갤럭시 Z 폴드5 | Z 플립5의 프리스탑 힌지 |
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| 프리스탑 힌지의 듀얼 레일 메커니즘 |
플렉스 힌지(Flex Hinge)는 프리스탑 힌지의 힌지 디자인이다.
플렉스 힌지는 듀얼 레일 구조로 되어있다. 듀얼 레일 구조는 프리스탑 힌지가 움직일 때 이어진 두 개의 레일이 같이 움직인다.
듀얼 레일 구조 덕분에 외부 충격을 분산 시켜 줘서 더 단단하다. 접었을때 완벽하게 닫아서 틈이 사라지고 두께 또한 얇아졌다. 펼치고 닫을 때 보다 부드럽게 움직인다.
펴고 접을 때 Infinity Flex Display가 프리스탑 힌지의 안쪽에 말리는 넓이가 하이드어웨이 힌지 디자인보다 넓게 만들어진다. 따라서 Infinity Flex Display가 프리스탑 힌지의 움직임에 더 강해졌다. Infinity Flex Display를 펴고 접을 때의 주름의 깊이가 더 얕아졌다.
플렉스 힌지의 사이즈가 작아지면서 프리스탑 힌지와 메인보드의 두께와 접었을 때의 프리스탑 힌지의 Cam의 기울기가 곧바르게 세워져 접었을 때 기울기가 반듯이 맞아 떨어진다. 이러한 플렉스 힌지가 갤럭시 Z 시리즈에서 쓰이면서 갤럭시 Z 폴드5 | Z 플립5는 접었을 때 Infinity Flex Display를 틈이 없게 완전히 접는다.
4.2.1. 1세대 (2023)
프리스탑 힌지의 세번째 디자인, 플렉스 힌지의 첫번째 디자인이다.플렉스 힌지는 IPX8 방수가 된다. 하이드어웨이 힌지때 보다도 움직임이 많아진 디자인임에도 하이드어웨이 힌지의 IPX8 방수 레벨을 이어나간다.
2세대 하이드어웨이 디자인처럼 톱니바퀴 없이 회전운동을 직선운동으로 바꾸는 캠샤프트가 들어가 있다.
4.2.2. 2세대 (2024)
프리스탑 힌지의 네번째 디자인, 플렉스 힌지의 두번째 디자인이다.밖으로 나와있던 힌지의 하드웨어 컴포넌트를 모두 커버 안으로 매립하는 하우징을 거쳐 펼쳤을 때 부드럽고 매끄럽게 되었다.
IP48의 방수 방진이 된다. 프리스탑 힌지 가운데 처음으로 방진이 된다.
5. 지원
5.1. 지원 기기
6. 기타
- 삼성전자의 프리스탑 힌지와 Flex Mode가 강한 인상을 남겼는지 이후 중국의 폰 제조사들이 프리스탑 힌지를 따라한 수 많은 짝퉁 카피를 만들어 내게 되었다. 그러나 소프트웨어적으로는 Flex Mode표준을 따르지 않아 앱/웹 호환성이랑 활용도가 매우 떨어지는데다가 힌지의 장력 수준이 낮거나 구조 자체가 부실하여 제대로 프리스탑 힌지와 Flex Mode를 쓰는 모습을 보여 주지 못한 채 벌러덩 넘어지는 사례가 굉장히 많아 조롱거리로 전락했었으나 중국 제품들도 기술력이 상향되면서 이제는 엄연한 경쟁 작품들이 되어갔다.
[1] 방탄소년단은 2020년부터 삼성 갤럭시의 주요 광고 모델이었으며, 그 중 슈가는 2023년 삼성 갤럭시 언팩의 메인 홍보대사였다.