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Ultra Thin Glass(UTG)는 한국의 삼성디스플레이에서 개발한 폴더블 디스플레이의 휘어지는 강화유리이다.2. 상세
Ultra Thin Glass는 삼성디스플레이가 개발한 디스플레이 패널 가운데에서 디스플레이 커버 윈도우 레이어에 쓰이는 초박형 강화유리이면서 연성이 높은 휘어지는 유리이다.2020년 2월 19일에 갤럭시 Z 플립이 나온 삼성 갤럭시 언팩 2020에서 처음 공개되었다.
Ultra Thin Glass의 기반 소재는 이름 그대로 유리이다. 유리는 내구 한도가 높기 때문에 복원력이 좋은 소재이며, 고유한 결정이 없는데다가(비정질 고체), 얇아질수록 외부 힘이 가해지는 면적도 적어져 깨질 가능성이 낮아진다는 특징이 있다. 따라서 어떻게든 휘어지게만 만들 수 있다면 플렉서블 디스플레이의 보호 패널로서의 쓰임새가 좋다.
Ultra Thin Glass는 유리에 유연성과 내구성을 높이는 강화 공정을 거쳐 강화 유리로 만들어 유리를 접을 때 발생하는 스트레스를 더욱 낮춘다. Ultra Thin Glass가 강화 유리의 특성을 가지면서 폴리아미드나 다른 소재에 비해 긁힘에 강하다.
삼성전자가 삼성전자 뉴스룸에서 밝힌 갤럭시 폴더블의 엔지니어링 프로세스의 Q&A에서도 Ultra Thin Glass는 고도로 복잡한 소재라고 한다. 유리 리본의 결씨로부터 Ultra Thin Glass까지 만들어지는 데에는 수 많은 강화 공정을 거치기 때문이며, 그렇게 해야만 단단하고 폴더블폰에 집어넣을 수 있는 상용화 버전의 Ultra Thin Glass가 만들어진다. Infinity Flex Display안에 Ultra Thin Glass가 들어가서 상용화 버전의 릴리즈를 눈앞에 둔 레벨에서도 마지막으로, 철저한 삼성전자의 내구성 시험을 거쳐야만 갤럭시 Z 시리즈에 쓰일 수 있다. 삼성전자의 내구성 시험의 스탠다드는 수십만 번 접었다 펼 수 있을 만큼의 튼튼한 레벨이다.
이렇게 Ultra Thin Glass로 가공 된 유리는 단단함, 매끄러운 촉감, 표면의 균일성을 유지하면서도 유연함을 가지게 된다.
3. 구조
플렉시블 디스플레이(삼성디스플레이 AMOLED)를 탑재하고 있으며, 세계 최초로 플렉시블 디스플레이를 상용화한 삼성전자가 제정한 가이드라인 기준에 따르면, 커브드(curved), 벤디드(bended), 폴더블(foldable), 롤러블(rollable), 스트레처블(stretchable) 등의 순으로 이어지는 플렉시블 디스플레이 기술 단계의 3단계인 폴더블 디스플레이에 속하는 디스플레이다.
Ultra Thin Glass는 Infinity Flex Display의 안에서 위 쪽으로부터 2번째의 겹에 있다.
Ultra Thin Glass의 아래에는 AMOLED 기반의 플렉시블 디스플레이 패널이 들어간다, Ultra Thin Glass의 위에는 Ultra Thin Glass를 지켜주는 패널이 들어간다. 이렇게, 겹겹이 쌓인 패널은 Infinity Flex Display가 된다.
Ultra Thin Glass와 다른 디스플레이 레이어의 겹과 겹을 붙이려면 Pressure Sensitive Adhesive(PSA)가 있어야한다. Pressure Sensitive Adhesive는 Ultra Thin Glass와 모든 디스플레이 패널에 고르게 펴져있다.
이 과정에서 유리가 강도와 휘어짐을 고루게 갖추어 Ultra Thin Glass가 만들어진다.
Ultra Thin Glass는 1.4R까지 휘어진다. 따라서 매끈하고 슬림한 폴더블 디바이스를 만드는 데에 반드시 들어가야 하는 유리이다.
3.1. Pressure Sensitive Adhesive
Pressure Sensitive Adhesive, PSA는 Ultra Thin Glass의 점착제다.삼성전자는 Pressure Sensitive Adhesive를 점착제로도 부른다. 폴더블에서는 접었다 펴기를 반복할 때 원형 복원이 되어야 하는 동시에 디스플레이 패널을 이루고 있는 겹 사이의 결합을 유지해야 하기에 높은 이완, 높은 수축, 높은 점착의 특성이 필요하다.
PSA는 투명하고 점착력이 좋으며, 온도나 습도 변화에도 견디는 특성을 지닌다
PSA는 먼지나 습기 유입을 막는 밀폐 기능도 담당한다. 외부 물질로부터 디스플레이 내부를 보호하는 동시에, 스위퍼와 함께 작동해 디바이스 안쪽을 방진하는 일을 한다.
Pressure Sensitive Adhesive는 Infinity Flex Display에서 Ultra Thin Glass와 디스플레이 패널 사이에 발라져 있다.
3.2. 두께
Ultra Thin Glass는 유리를 30㎛ 수준으로 얇게 폴리싱한다.
이 두께는 머리카락 굵기(약 0.1㎜)의 3분의 1 의 두께이다.
3.3. 느낌
3.3.1. Infinity Flex Display의 커버 윈도우 레이어의 Ultra Thin Glass
Infinity Flex Display의 커버 윈도우 레이어에 들어간 Ultra Thin Glass는 얇고 단단하다. 손가락으로 힘을 줘 눌렀을 때 Ultra Thin Glass가 Infinity Flex Display의 안쪽으로 눌리거나 들어가지 않는다.프리스탑 힌지가 있는 곳을 따라 부드럽게 구부러지며,프리스탑 힌지가 갈라지는 라인을 따라 막힘없이 연속적으로 이어지며 꺾인다.
두드리면 유리 특유의 탁탁거리는 맑은 소리가 난다.
3.3.2. Ultra Thin Glass만 따로 만졌을 때
Ultra Thin Glass는 매우 얇고 맑아서, 눈으로 보면 거의 비치지 않는다. Ultra Thin Glass를 둘러싸는 빛이 반사되어 비치는 기울기로 보지 않으면 눈으로 알아채기 힘들고, 카메라로 사진을 찍어도 Ultra Thin Glass의 생김새가 잘 담기지 않는다.Ultra Thin Glass를 브라켓에 세워두면 언제나 살짝 어딘가로 구부러진 포즈를 하고 있다. 한 쪽으로만 휘어져 치우치는 게 아니라, 곳곳마다 다르게 굽어져 있어서, 때로는 한쪽 끝만 살짝 휘고, 때로는 절반이 한꺼번에 눌린 듯이 휘기도 한다. 그래서 Ultra Thin Glass에서 브라켓의 바깥으로 떠 있는 곳이면서 G-force를 받는 넓이가 얼마나 커지냐에 따라 그 생김새가 달라진다.
기울어진 받침대에 올려놓으면, 받침대에 닿은 쪽은 바닥을 따라 곧바르지만, 공중에 떠 있는 곳은 각기 다른 쪽을 바라보며 휘어진다.
손으로 만져보면 단단하다. 겉보기엔 얇은 필름처럼 보이지만, 말랑거리지는 않고 팽팽한 느낌이 있다. 그럼에도 불구하고 아주 잘 기울어져 휜다. 찌그러지지는 않지만, 살짝 누르기만 해도 부드럽게 포즈를 바꾼다.
4. 기술력
| 혁신 기술, 전문성, 자부심으로 탄생한 폴더블폰의 핵심, Ultra Thin Glass |
4.1. 글래스 포밍
뜨겁게 녹여서 물이 된 유리를 위에서 아래로 천천히 흘려보낸다. 이때 유리는 끊기지 않고 길게 늘어난 리본처럼 밑으로 떨어지는데, 이를 다운드로우(Down-Draw) 공정이라고 한다.그 사이사이에 있는 롤러는 유리가 바라는 값 대로 두께와 폭을 쭉 이어나가도록 눌러주고 잡아준다. 그다음 어닐링 퍼니스(Annealing Furnace)를 지나면서 유리를 천천히 식힌다. 유리를 급하게 식히면 깨지기 때문에, 어닐링 퍼니스에서는 유리의 내부 응력을 천천히 풀어 스테이블한 상태로 만들어 간다.
글래스 포밍으로 Ultra Thin Glass의 Glass Ribbon이 만들어진다. Glass Ribbon은 아주 얇고 곧바른 유리의 판넬로 Ultra Thin Glass의 코어가 되는 결씨 머터리얼이다.
4.2. 레진 코팅
Ultra Thin Glass의 살갖에 레진을 얇게 코팅한다.4.3. 셀 커팅
카다란 리본으로 된 Ultra Thin Glass를 폴드 타입 또는 플립 타입의 크기로 자른다. Ultra Thin Glass를 자를 때는 초정밀장비로 유리에 매끈한 잘린면을 만든다. 셀 커팅에 쓰이는 초정밀장비에는 레이저 커팅, 워터젯, 다이아몬드 휠 등이 있다. 셀 커팅으로 Ultra Thin Glass는 큼직큼직하게 잘라진다.셀 커팅으로 자른 면은 매끈하지만, 자른 면의 테두리의 엣지를 처리하지 않았음으로, 잘린 면의 테두리는 아직 날카롭다.
4.4. 모서리 폴리싱
모서리 폴리싱은 Ultra Thin Glass의 날카로운 모서리를 디테일하게 잘라 더 매끈하고 다치지 않게 마무리한다. 셀 커팅을 마친 뒤에 Ultra Thin Glass의 날카로웠던 모서리는 모서리 폴리싱을 거쳐 손으로 만질 수 있는 레벨로 부드러워진다.모서리 폴리싱에서는 Ultra Thin Glass의 꼭짓점의 끝을 둥글게 다듬어 Ultra Thin Glass의 생김새를 날카로운 네모로부터 둥근 네모로 만드는 일도 한다. 베벨과 라운드도 같이 연마하기 때문이다.
디스플레이 모듈의 결합 퀄리티에 모서리 폴리싱이 크리티컬한 일을 맡는다. 모서리 폴리싱에서 Ultra Thin Glass의 매우 작은 균열이나 이물 유입을 줄여주기 때문이다. 여기에는 정밀 연마용 디바이스가 쓰여야 한다.
4.5. CS 공정
Glass Ribbon은 CS(Chemical Strengthening)를 거쳐서 Ultra Thin Glass가 쓰이는 상용 디바이스에 쓰일 수 있을 레벨로 단단해진다.CS는 이온을 주고 받는 프로세스로 더 크고 무거운 이온을 집어 넣는 것을 바라고 하는 것이다. Ultra Thin Glass의 유리 살갖에 있는 나트륨(Na⁺)을 빼내고 칼륨(K⁺)을 집어넣는다. 칼륨 이온이 가득한 용액에 Glass Ribbon을 담그는 식각 공정으로 나트륨 이온이 빠져나가고, 그 자리에 칼륨 이온이 들어간다. 칼륨은 크기 때문에, 들어가면 그 자리에서 더 많은 자리를 차지하며 Glass Ribbon의 살갖을 꽉 채운다. 여기서 압축 응력이 만들어진다.
압축 응력이 만들어진 Ultra Thin Glass의 살갖은 더 단단해지고 긁힘이나 스트레스나 충격에 더 강해진다. 이 세기의 값은 700 MPa의 레벨까지 올라간다.
4.6. 마이크로 에칭
CS 공정으로 이온 교환이 일어난 뒤에 나올 수 있는 Ultra Thin Glass의 살갖의 작은 균열과 응력 지점을 튜닝한다.4.7. 초음파 클리닝
마이크로 에칭을 한 뒤에는 초음파 클리닝으로 Ultra Thin Glass의 살갖에 묻은 산성물질이나 입자를 없앤다. 수조에 담긴 액체에 20~40kHz의 고주파 웨이브를 쏘아 작은 버블들이 폭발하면서 Ultra Thin Glass의 미세먼지를 부드럽게 씻어낸다. 초음파 클리닝은 Ultra Thin Glass의 살갖을 깨끗하게 만드는 일을 한다.초음파 클리닝의 마지막에는 클리너를 헹구면서 고압 공기나 예열 건조 방식으로 완전히 건조된다. 건조 과정은 잔류물이 남지 않도록 만든다.
5. 지원
5.1. 지원 기기
6. 기타
6.1. 관련 영상
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[1] Ultra Thin Glass의 핵심기술을 그린 이 그림의 출처는 삼성디스플레이 뉴스룸이다.