알아봅시다 [알아봅시다] 디스플레이의 핵심 `편광필름`

 

디스플레이 산업은 반도체와 함께 한국의 대표 수출 산업으로 자리 잡았습니다. 특히 디스플레이 완제품 부문에서 삼성디스플레이, LG디스플레이 등의 기업들이 이미 전 세계를 호령하고 있습니다. 하지만 속을 들여다보면 마냥 웃을 수만은 없습니다.

디스플레이 부품의 상당 부분은 국산화에 성공했지만, 원가의 10% 이상을 차지하고 있는 '필름' 부품을 만드는 소재 대부분은 일본에서 수입하고 있기 때문입니다. 원천기술과 특허 대부분을 일본 기업이 소유하고 있습니다.



일반적으로 디스플레이는 그 종류에 따라 액정표시장치(LCD), 유기발광다이오드(OLED)로 나뉩니다. 패널마다 구동에 필요한 다양한 층과 부품으로 이뤄져 있습니다. 주요 소재로 RGB(레드, 그린, 블루)를 구현하는 CR(Color Resist)과 역할별 빛의 흐름을 제어하는 필름 제품(편광필름, 프리즘 시트 등), 패널과 구동회로를 연결하는 회로접속소재 ACF(Anisotropic Conductive Film) 등이 있습니다. 이 중에서도 디스플레이의 핵심 소재인 편광필름은 빛의 방향을 조절해 화면을 맑고 뚜렷하게 하는 역할을 합니다.

편광필름은 LCD용과 OLED용에서 다소 역할이 다른데, LCD용에서는 편광필름 패널의 앞뒤로 2매를 사용합니다. 한 장은 백라이트(Back Light Unit) 앞에서 나오는 빛을 원하는 부분만 통과하게끔 하는 디지털 셔터의 역할을 하고 나머지 한 장은 패널의 가장 바깥쪽에 부착해 액정을 통과한 빛이 한 방향으로 나갈 수 있도록 카메라의 셔터와 비슷한 역할을 합니다. OLED에서는 자체발광소자로 인해 백라이트가 불 필요하기 때문에 편광필름이 패널 바깥쪽에 한 장만 사용되며 통상 반사를 방지하는 역할을 합니다.

이런 원리로 편광필름은 디스플레이에 필수적인 소재이며 디스플레이 패널 원가의 약 10%를 차지하고 있습니다. 시장조사기관 IHS에 따르면 세계 편광필름 시장은 2014년 기준 약 10조원 규모를 형성하고 있으며 특히 중국 시장의 경우 매년 16%대의 가파른 성장세를 예상하고 있습니다.



이 가운데 국내의 일부 업체들은 편광필름 핵심 소재인 '트리아세틸세룰로오스(TAC)'를 '폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)'로 대체하는 기술을 개발해 TV용 제품에 적용하기 시작했습니다. 대기업 중에서는 삼성SDI가 대표적입니다. TAC필름은 기존 필름카메라에 사용해 온 소재로 가격이 다소 비싸다는 게 단점이었습니다. 또 고객사에서 TV 완제품이 아닌 패널 상태로 바다를 건너는 장기 운송이 늘어나다 보니 수분에 강한 제품의 필요성이 증가하는 상황이었습니다.

삼성SDI가 개발한 PET계 편광필름은 수분을 통과시키는 정도를 말하는 투습도에서 기존 TAC계 편광필름보다 60배가량 월등한 성능을 자랑합니다. 현재는 32~55인치 TV에 적용 중이며 모니터 등 다른 기종으로 확대 적용하는 분위기입니다.

순수한 국내 기술로만 편광필름을 개발하려는 시도도 2010년부터 5년 넘게 이어지고 있습니다. 일례로 정부의 지원 아래 전남대, 경희대 산학협력단 등이 나노 섬유기술과 디스플레이 기술 간 융합을 통해 새로운 첨단광학 소재를 개발하는 것을 목표로 연구를 진행하기도 했습니다. 최근 이 연구는 지난해 필름 안에 섬유를 매립하는 공정을 통해 반사형 편광필름의 성능을 확인하면서 일정 부분 성과를 이루기도 했습니다.

필름에 매립하는 섬유의 크기에 따라 다른 분야에서 활용성 또한 무궁무진하다. 섬유의 크기를 키우면 자외선, 작게 하면 적외선 차단 등에 탁월한 성능을 발휘하기 때문입니다.

국내 편광필름 관련 특허출원도 꾸준히 증가하고 있습니다. 특허청에 따르면 편광필름의 특허출원은 2011년 190건에서 지난해 308건으로 3년간 62%나 증가했습니다. 중국 TV 시장이 세계 최대 규모 시장으로 급부상하면서 LCD TV 업체들의 편광필름 수요가 커졌기 때문입니다. 국내 기업들도 상대적으로 고부가가치 제품인 편광필름의 연구개발에 집중투자하고 있습니다.

황민규기자 hmg815@