애플도 ‘언더 디스플레이 카메라’ 준비 중? 특허 등장!

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2021년 8월 삼성전자는 자사 최초로 언더 디스플레이 카메라(UDC) 기술을 적용한 스마트폰 ‘갤럭시 Z 폴드3’를 출시했다.

갤럭시 Z 폴드3의 UDC (출처 : Sammobile)

언더 디스플레이 카메라는 이름처럼 디스플레이 패널 아래에 카메라를 배치하는 기술이다. 그간 출시된 스마트폰은 전면 화면 비율을 높이기 위해 디스플레이 한쪽을 파내거나 구멍을 뚫어 전면 카메라를 배치했다. 전자는 ‘노치 디자인’으로, 후자는 ‘펀치홀 디자인’으로 불린다.

왜 굳이 디스플레이 일부를 가리는 위치에 전면 카메라를 넣을까. 이유는 베젤 두께를 줄이기 위해서다. 화면이 기기 전면을 꽉 채우는 게 보기 좋다는 주장이다. 그래서 제조사들은 전면 카메라가 디스플레이 영역을 침범하는 리스크를 감수하면서까지 베젤 두께를 줄이고 있다. 반면 UDC 기술은 디스플레이를 가리지 않고도 전면 카메라를 탑재할 수 있으므로 차세대 완성형 전면 카메라 기술로 취급되고 있다.

현재 UDC 기술을 적용한 스마트폰 제조사는 몇 군데 없다. 이름을 들어봤을 법한 제조사는 삼성전자와 샤오미, ZTE 정도다.

아이폰의 노치 디자인

삼성의 숙적 애플은 어떨까. 애플은 2017년 출시한 아이폰X부터 최신 기종 아이폰13 시리즈에 이르기까지 계속해서 노치 디자인을 고집하고 있다. 디스플레이 위쪽에 전면 카메라뿐만 아니라 페이스ID에 사용하는 적외선 카메라, 근접 센서, 주변광 센서 같은 다양한 부품이 탑재되기 때문이다. 신제품이 나올 때마다 노치 폭이 조금 좁아지긴 하지만 여전히 화면 위쪽 가운데를 베어 문 듯한 디자인은 호불호가 극명하게 갈린다.

어쩌면 향후 애플에서도 UDC가 적용된 아이폰을 볼 수 있을 전망이다. 애플이 언더 디스플레이 카메라 기술에 도전하는 정황이 특허를 통해 포착됐다.

지난 5일(현지시간) 애플은 언더 디스플레이 카메라 관련 기술 특허(등록번호:US11294422)를 미국 특허청(USPTO)에 등록했다. 해당 특허는 2019년 9월 24일에 출원됐다.

애플 UDC 특허

‘디스플레이 뒤에 배치된 카메라를 포함한 전자 장치’라는 이름의 특허에서 애플이 소개한 장치는 디스플레이와 카메라, 그리고 두 부품에 연결된 프로세서로 구성돼 있다.

일반적인 디스플레이는 색을 표현하는 소자와 빛을 내는 백라이트 층으로 이뤄져 있다. 특허 속 디스플레이 패널에는 그 뒤에 빛을 투과시키는 조리개가 추가됐다.

카메라는 디스플레이 뒤에 배치됐다. 다른 제조사가 선보인 UDC 기술처럼 빛이 디스플레이 소자와 백라이트 층을 모두 통과한 다음 카메라의 이미지 센서에 도달하는 순서다.

그렇다면 기존 기술과 어떤 차이가 있을까. 특허에서는 카메라보다 디스플레이 패널 뒷면 구조와 프로세서에 초점을 맞췄다.

애플 UDC 특허

도면을 보면 디스플레이 패널 뒤에 광학 필터와 밴드패스(Bandpass) 필터, 렌즈, 카메라와 프로세서가 자리 잡고 있다. 디스플레이와 카메라 사이에 있는 3개 층을 애플은 ‘복원 광학계(Restoration Optics)’라고 묶어 부른다. 빛이 디스플레이 소자 층을 통과하면서 발생하는 회절이나 왜곡을 보정한다.

복원 광학계 중 밴드패스 필터는 카메라가 사용하는 빛의 파장만 통과시키는 역할을 한다. 일반적으로 셀카를 찍을 때 사용하는 전면 카메라는 가시광선을 인식하며, 페이스ID 전용 카메라는 적외선을 통해 얼굴을 인식한다. 이 경우 전면 카메라 앞에는 가시광선을 투과하는 밴드패스 필터를, 페이스ID 카메라 앞에는 적외선만 투과하는 밴드패스 필터를 위치시킨다.

필터를 통과한 빛은 렌즈를 통해 제 위치로 굴절되며 카메라 이미지 센서에 도달한다. 이어서 카메라에 연결된 프로세서가 데이터를 전달받아 이미지의 각 부분에 적합한 디지털 필터를 적용한다.

갤럭시 Z 폴드3의 UDC 부분을 확대한 모습. 소자 틈으로 빛이 들어가 카메라 이미지센서에 맺힌다 (출처 : Allround-PC)

현재 UDC 기술이 적용된 스마트폰의 경우 전면 카메라를 활성화하면 카메라 주변부 화면이 까맣게 꺼지는 것을 볼 수 있다. 카메라를 덮은 디스플레이가 켜져 있으면 색을 표현하는 소자와 백라이트가 모두 활성화되는데, 이 경우 카메라로 들어오는 빛이 본래 색과 밝기를 유지하지 못하기 때문이다.

반면 애플 특허에 명시된 기술은 디스플레이가 켜져 있는 동안에도 카메라를 사용할 수 있다. 프로세서가 디스플레이에도 연결돼 카메라를 덮은 영역의 색과 빛 데이터를 받아온다. 이를 필터에 반영하고 픽셀 하나하나 서로 다르게 보정해 원래 색으로 되돌리는 것이다. 특허에서 이야기하는 ‘디지털 필터’는 이 작업을 말한다.

정리하자면 기존 UDC 기술과 기본적인 틀을 공유하지만, 카메라 주변 디스플레이가 활성화된 상태에서도 전면 카메라 촬영이 가능하며 페이스ID도 동작한다는 차이가 있다.

아이폰14에는 알약 모양 펀치홀 디자인이 적용될 것으로 알려졌다 (출처 : PhoneArena)

상당히 매력적인 기술이지만 모든 특허가 실제로 적용되는 건 아니다. 애플이 향후 출시할 아이폰에 해당 기술을 적용할지도 알 수 없다. 한편 최근 유출된 회로도를 통해 애플이 올해 발표할 아이폰14 시리즈에는 노치 디자인 대신 알약 모양의 펀치홀 디자인이 적용될 것이라는 소식이 알려진 바 있다.

테크플러스 에디터 이병찬

tech-plus@naver.com​

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