주름·두께·배터리 한번에 잡았다…삼성 폴더블 8세대 혁신

[런던(영국)=이데일리 신영빈 기자] 삼성전자(005930)가 8세대 갤럭시 폴더블의 디스플레이 구조와 배터리를 새로 설계했다. 플렉스 티타늄으로 화면 주름과 두께를 줄이고, 실리콘 카본 배터리를 적용해 용량과 충전 성능을 높였다.

문성훈 삼성전자 MX사업부 하드웨어 담당 부사장은 23일(현지시간) 영국 런던에서 열린 제품 브리핑에서 “하나의 부품만 개선해서는 진정한 혁신을 만들 수 없다”라며 “디스플레이 구조와 힌지, 배터리, 방열까지 제품 전체가 하나의 시스템으로 작동하도록 설계했다”고 말했다.

23일(현지시간) 영국 런던에서 삼성전자 MX사업부 하드웨어 담당 문성훈 부사장이 폴더블 하드웨어 혁신에 대해 브리핑하는 모습 (사진=삼성전자)

삼성전자가 이번 제품에서 꺼낸 핵심 기술은 ‘플렉스 티타늄’이다. 디스플레이 모듈 최하단을 받치는 티타늄 플레이트와 패널 바로 아래에 들어가는 티타늄 합금 필름을 결합한 구조다.

티타늄 플레이트 자체는 전작인 폴드7에도 적용됐다. 이번에는 접히는 영역의 격자 구조를 바꿨다. 플레이트 아래쪽에는 상대적으로 큰 구멍을, 위쪽에는 작은 구멍을 정밀하게 배치했다. 큰 구멍은 화학용액으로 소재 일부를 제거하는 습식 식각으로 만들고, 미세한 부분은 레이저로 가공했다. 티타늄의 강성을 유지하면서도 접힘부가 유연하게 움직이고 외부 충격을 흡수하도록 한 것이다.

새로 추가된 티타늄 합금 필름은 기존 고분자 소재를 대체했다. 바나듐과 알루미늄, 크롬 등을 섞은 합금을 머리카락 굵기의 약 3분의 1 수준인 수십 마이크로미터까지 얇게 가공했다. 이 필름이 디스플레이 바로 아래에서 접힘부를 받치면서 화면이 아래로 처지는 현상을 줄인다.

문 부사장은 “티타늄 합금 필름이 크리즈 영역을 아래에서 받쳐주면서 처짐을 최소화한다”며 “티타늄 플레이트와 합금 필름이 함께 작동해 폴딩 경험과 내구성을 높였다”고 설명했다.

플렉스 티타늄 적용으로 디스플레이 모듈 두께는 약 10% 줄었다. 삼성전자는 여기서 확보한 공간을 배터리와 방열, 카메라 등 다른 부품에 활용했다. 폴드8 울트라는 펼쳤을 때 4.1㎜ 두께를 구현하면서 5000mAh 배터리를 탑재했다.

삼성 갤럭시 Z 폴드8 디스플레이 패널 구조 (사진=신영빈 기자)

완제품 두께를 줄인 결과를 디스플레이 한 부품의 성과로만 보기는 어렵다는 설명도 덧붙였다. 문 부사장은 “0.1㎜를 줄이는 일은 어떤 부품 하나를 새롭게 설계한다고 이뤄지지 않는다”며 “디스플레이와 보강재, 배터리 등 모든 요소를 함께 고려해야 한다”고 말했다.

배터리에도 삼성 갤럭시 스마트폰 가운데 처음으로 실리콘 카본 복합 음극재를 적용했다. 실리콘 카본은 같은 부피에서 더 많은 에너지를 저장할 수 있어 얇은 스마트폰의 배터리 용량을 높이는 데 유리하다. 충·방전을 반복하면 실리콘이 팽창하고 수축하는 반응성이 커질 수 있다는 점은 해결해야 할 과제다.

삼성전자는 실리콘과 탄소의 비율만 조절하는 방식에 그치지 않고 배터리 셀 전체를 손봤다. 음극에는 얇은 탄소 코팅을 적용해 실리콘의 반응성을 조절했다. 양극에는 고전압 조건에서도 구조가 안정적으로 유지되도록 코팅과 도핑 기술을 적용했다. 전해질과 분리막도 실리콘 팽창을 제어하고 이온 이동을 원활하게 하는 방향으로 다시 설계했다.

문 부사장은 “실리콘 카본 음극재만 좋게 만든다고 배터리가 완성되는 것은 아니었다”며 “음극재와 양극재, 전해질, 분리막까지 최적의 조합을 찾은 뒤 고온·저온과 장기 사용, 배터리 부풀음 가능성 등을 평가했다”고 설명했다.

삼성은 이번 갤럭시 Z 시리즈의 배터리 용량을 약 15% 늘리면서도 얇고 가벼운 디자인을 유지했다고 강조했다. 폴드8 울트라와 폴드8에는 폴더블 제품 최초로 45W 고속 충전을 적용했다. 두 개의 배터리 경로를 독립적으로 제어해 충전 속도를 높이고 발열을 관리하는 구조다. 폴드8 울트라는 30분 충전으로 배터리 용량의 67%까지 채울 수 있다.

삼성 갤럭시 Z 폴드8 울트라, 폴드8 (사진=신영빈 기자)

삼성은 배터리 용량 경쟁에는 신중한 입장을 보였다. 용량을 키우면 사용시간은 늘지만 제품 무게와 부피도 함께 커지기 때문이다.

문 부사장은 “배터리 용량이 커졌는데 폴더블이 무겁고 커졌다면 고객 경험을 높였다고 보기 어렵다”며 “슬림하고 튼튼하고 가벼운 특성을 유지하면서 용량을 늘리는 것이 개발자의 숙제”라고 말했다. 배터리 용량 확대와 함께 소모 전류를 줄여 사용시간을 확보하는 접근도 중요하다고 강조했다.

실리콘 카본 배터리를 향후 모든 갤럭시 제품에 일괄 적용하지는 않을 방침이다. 문 부사장은 브리핑 후 실리콘 카본이 스마트폰 배터리 시장의 주류로 자리 잡을 가능성에 대해 “안전성만 보장된다면 사용하기에 매력적인 소재”라며 “그럴 수 있을 것 같다”고 답했다. 다만 제품별 두께와 무게, 사용시간, 소비자 경험을 종합해 적용 여부를 결정하겠다고 했다.

내구성 검증도 실제 사용 환경을 반영해 확대했다. 삼성전자는 새로운 갤럭시 Z 시리즈를 대상으로 100개가 넘는 신뢰성 검증 항목을 운영했다. 정해진 방향에서만 제품을 떨어뜨리는 시험에 더해 수십 가지 각도의 낙하 상황을 재현했다. 반복적인 접힘과 압력, 외부 충격, 땀을 포함한 수분 노출 등도 시험했다.

8세대 갤럭시 폴더블의 하드웨어 혁신은 한 가지 부품의 성능을 끌어올리는 방식으로 이뤄지지 않았다. 티타늄으로 화면 구조를 얇게 만들어 내부 공간을 확보하고, 실리콘 카본으로 그 공간의 에너지 밀도를 높였다. 여기에 충전과 방열, 내구성 검증을 함께 설계했다. 얇은 폴더블 안에 더 많은 기능을 안정적으로 담기 위한 삼성의 해법이 담겼다.