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'갤럭시노트8'도 마(魔)의 600 PPI 못 넘어

갤럭시 시리즈 3년째 PPI 제자리...업계 최고지만 한계 부딪혀
삼성전자 스마트폰 ‘갤럭시S’ 시리즈 성능이 해가 갈수록 발전하고 있지만, 3년째 제자리인 스펙(규격)이 있다. 바로 디스플레이 1인치 당 픽셀수(PPI, Pixel Per Inch)다. 인간의 눈은 PPI가 높을록 실사(實寫)에 가깝다고 느낀다. 특히 2~3m 떨어져 시청하는 TV와 달리, 손에 들고 가까이서 사용하는 스마트폰은 PPI가 디스플레이 품질에 큰 영향을 끼친다.

시장이 막 개화하고 있는 가상현실(VR)?증강현실(AR) 기기로 스마트폰을 활용하기 위해서는 PPI가 최소 800을 넘어야 하지만, 현재 기술로는 500을 간신히 넘는 수준이다.
3년째 500대 PPI에 머물고 있는 갤럭시S

현재 유기발광다이오드(OLED)가 탑재된 스마트폰 중 PPI가 가장 높은 제품은 삼성전자 갤럭시S 시리즈다. 전 세계 출시된 IT기기의 PPI 정보를 수집해 놓은 ‘픽센시티(pixensity.com)’에 따르면 ‘갤럭시S8’의 PPI 수치는 567.53이다. 가로?세로 1인치 안에 567개 정도의 픽셀이 옹기종기 모여 있다는 뜻이다.

2012년 ‘갤럭시S3’ 출시와 함께 처음 300PPI를 넘은 갤럭시S 시리즈는 2015년 초 ‘갤럭시S6’에서 500 PPI를 넘어섰다. 그러나 지난해와 올해 출시된 갤럭시S 시리즈는 PPI 개선이 전혀 이뤄지지 않았다. 올해 초 출시된 ‘갤럭시S8’은 화면 크기가 기존 5.1인치에서 5.8인치로 커지면서 PPI가 오히려 낮아졌다. 지난 24일 공개된 '갤럭시노트8' 역시 PPI 수치가 522.49 수준이다(아래 표 참고).
사실 현재와 같은 스마트폰 사용 패턴에서 500 PPI 중반의 수치는 크게 불편할 일이 없다. 게임을 플레이하거나 동영상을 시청할 떄, 스마트폰과 사람 눈의 거리가 항상 일정하게 유지되기 때문이다.

문제는 VR?AR 기기와 스마트폰을 결합해 사용할 때다. 눈 앞 바로 5cm 전후에 스마트폰 화면이 놓이는 VR?AR 특성상 화면의 작은 화소들이 육안으로 보일 수 밖에 없다. 이는 VR?AR 몰입감을 크게 저해하는 요소다.

정호균 성균관대 석좌교수는
VR?AR 기기로써 스마트폰을 사용하기 위해서는 OLED PPI가 800, 혹은 그 이상으로 높아질 필요가 있다.
섀도마스크, 마(魔)의 600 PPI 어떻게 넘을까

그러나 현재의 기술로는 600 PPI를 넘어서기가 녹록치 않다. OLED 제조 핵심은 증착 공정인데, 여기서 쓰이는 섀도마스크를 600 PPI급 이상으로 만들기가 어렵기 때문이다. 섀도마스크는 적?녹?청 화소들이 디스플레이의 정 위치에 안착시켜주기 위해 사용하는 장치다. 마치 판화처럼 같은 패턴을 여러 장 찍어내는데 사용한다. 따라서 섀도마스크의 PPI가 OLED의 PPI와 정확히 일치한다.

현재 삼성디스플레이가 사용하는 섀도마스크는 100% 일본 다이니폰프린팅(DNP)이 공급하고 있다. 이 회사는 철?니켈?코발트 합금인 초인바(Super Invar) 시트에 식각(에칭) 공정으로 무수한 구멍을 뚫어 섀도마스크를 만든다.
그러나 이 방식으로 만들 수 있는 섀도마스크의 PPI 한계가 500대 중반이다. 고(高) PPI 섀도마스크를 만들기 위해서는 초인바 시트의 두께도 얇아져야 한다. DNP에 초인바 시트를 공급하는 히타치메탈은 압연 공정으로 초인바 시트를 눌러 얇게 만드는데, 20마이크로미터(μm) 정도가 한계다.

그래서 삼성디스플레이가 시도했던 방법이 전주도금(Electoforming) 기술이다. 이는 원하는 모양의 틀을 전극으로 만들어 놓고, 철?니켈을 석출시키는 방식으로 섀도마스크를 만드는 기술이다. 마치 설탕을 녹여 얇게 펴 바르면, 딱딱하고 얇은 막이 형성되는 것과 비슷하다.

삼성디스플레이는 전주도금 기술로 섀도마스크를 개발하기 위해 웨이브일렉트로닉스?티지오테크 등과 협력해왔으나 아직 양산라인에 대량 적용하지는 못했다. 전주도금방식이 섀도마스크를 얇게 만드는 데는 장점이 있으나 철?니켈을 균일하게 석출하는 게 쉽지 않기 때문인 것으로 전해졌다.
초인바 시트는 철 50~70%, 니켈 29~40%, 코발트 15% 이하 비중을 일정하게 유지해야 한다. 합금 비중이 달라지면, 고온의 증착기 내에서 섀도마스크가 열에 의해 변형될 수 있다.

레이저를 이용해 패턴을 형성하려는 시도도 이어지고 있다. 가공성이 좋은 레이저 특성상 미세 패턴을 만드는 데 이점이 있기 때문이다. AP시스템은 최근 엑시머레이저를 장착한 장비(모델명 코로나 FMM)로 800 PPI급 섀도마스크를 샘플 제작하는 데 성공했다. 현재 스마트폰에 쓰이는 OLED의 서브픽셀 간 거리는 20~30μm 안팎인데, 코로나 FMM으로는 12μm까지 구현했다.

물론 레이저 방식도 한계는 있다. 기존 레이저어닐링(ELA) 장비와 마찬가지로 레이저 소스를 미국 코히런트로부터 구매해야 하기 때문에 유지비가 비싸다.

파티클 문제도 있다. 레이저로 구멍을 뚫으면 금속 입자가 튀어 나가면서 불량을 일으킬 수 있다. 레이저가 발사되는 반대쪽에 금속 입자가 깔끔하게 떨어지지 않고 붙어 있는 문제도 있다. 송곳으로 종이를 뚫으면, 반대편에 잔여물이 남는 것과 비슷한 현상이다. 웨이브일렉트로닉스도 지난 2013년 자회사 엠비스텐실즈를 통해 레이저 방식 섀도마스크 개발을 시도했으나 최종적으로 양산에 도입되지는 못했다.

업계 관계자는
현재로서는 전주도금 방식과 레이저 방식 모두 불완전한 상태며, VR?AR 활용을 위해 800 PPI 이상급 OLED가 필요한 만큼, 고해상도 섀도마스크는 디스플레이 업체들의 큰 숙제다.
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