NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 30, No. 5, 2012 … 523 광학용 무정형(Amorphous) 박막 필름의 상업화 Needs 및 국내 대응 오세진, 홍태화 ㈜세진티에스 연구소 [email protected]머리글 현대 산업계에서 요구되는 개발의 키워드로 도전, 혁신 및 스피드 등이 자주 말해지곤 한다. 광학용 고 분자 필름의 개발 및 양산에 있어서도, 위 세 단어의 중요성이 강조되고 있다. 광학필름이 적용되는 제품 의 개발 및 상업화 주기가 빨라지고, 각 업체 간의 디 자인, 성능 및 가격 경쟁이 심화되고 있기 때문이다. 고분자 필름은 크게 결정성(Crystalline) 고분자 필 름과 무정형(Amorphous) 고분자 필름으로 나누고 있다. 결정성 고분자 필름은 PET(polyethylene terephthalate) 필름을 위시로, PEN, PP, LDPE, HDPE, PPS, PA, PLA 및 PEEK 필름 등 다양하 게 상업화되어 왔다. 이들 결정성 고분자 필름들의 국 산화, 상업화는 1970년대부터 여러 용도로 다양한 형 태로 국산화 및 상업화되어 왔다. 특히 PET 필름 및 PP필름 등의 국내 연구개발 및 양산은 많은 부문에 서 세계적인 수준에 근접하고 있다고 평가되고 있다. 아직 고부가가치, 고난이 영역에서는 일본을 비롯한 경쟁업체와의 격차를 줄여야 하는 과제들도 산적해 있어서, 국내 연구 및 기술진들이 이를 해결하기 위해, 박차를 가하고 있다고 한다. 결정이 형성되지 않는 무정형 필름 및 쉬트(Sheet) 는 PVC, ABS, PSt, PETG, COP, PC, PMMA, TAC, 불소(예, PVdF), 및 PI 등의 고분자 재질로 구성되어 있다. 여기서, 독자들의 이해를 위해, 롤 (roll) 형태로 와인딩(winding)되어 생산되는 제품을 필름으로 구분하고, 박막은 100 마이크로 미터(µm) 두께 이하를 주로 의미한다는 것을 전제하려고 한다. 국내에서도 PVC, PC, PSt, TAC 및 PI 필름 등등의 개발 및 상업화 역사가 차곡차곡 쌓여져 왔다. 하지만, 최근 디스플레이를 중심으로 한, 광학 용도에서의 무 정형 고분자 필름의 연구개발 및 상업화는 상대적으 로 뒤떨어지고 있다고 말해지고 있다. 그 이유는 여러 가지가 말해지고 있지만, 핵심 용도 의 광학필름은 대규모 선진업체들이 높은 진입장벽을 쌓아 놓고 있고, 국내 업체들은 중소기업을 중심으로 보편적 용도 및 틈새 시장을 확보하는데 주력해 왔다 고 보여진다. 또한 광학 PET 필름과 비교할 때, 고온 (100~150℃) 영역에서의 수치안정성, 기계적 물성, 화학적 물성, 표면 균일성, 열팽창계수 등에서 경쟁력 이 떨어지고, 특히 동일한 두께에서의 가격 경쟁력이 떨어져 넓은 범위의 용도를 확보하기 힘들어서, 시장 크기가 한정되어 있었다. 그러나, 2000년 중반 이후, 기존 중소업체뿐만 아니라 대기업에서도 광학용 무정 형 고분자 필름의 연구 개발 및 상업화에 본격적으로 참여하기 시작하였고, 그 구체적인 결과들이 최근의 시장에 나타나고 있고, 선진업체와 갭을 빠른 속도로 줄여나갈 것으로 기대되고 있다. 본 기고에서는 최근 산업(고객)에서 요구되는 무정 형 고분자 필름의 상업화 개발 Needs 및 국내 대응 사례(주로 기고자가 속한 ㈜세진티에스의“SEJIN BF”를 중심으로)를 소개드리고자 한다. 각 회사의 개 발 및 영업 비밀 사항이므로, 정확도에 오류가 있을 수 있음을 이해해 주시길 요망한다. 또한, 아이컴포넌 트 연구진들이 기고한‘광학필름의 압출기술(고분자
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NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 30, No. 5, 2012 … 523
광학용 무정형(Amorphous) 박막 필름의 상업화 Needs 및 국내 대응 | 오세진, 홍태화
524 … NICE, 제30권 제5호, 2012
과학과 기술 제14권 6호)’및, ‘Polycarbonate 필름
제조 기술 동향 (고분자과학과 기술 제20권 1호)’등
을 미리 읽거나, 같이 참고해 주시면, 생략된 부분을
이해하시는데도움이될것이다.
편광판(Polarizer) 용도의 아크릴 필름 및 폴리카보네이트LCD 및 OLED로 대표되는 평판 디스플레이 산업
의 급속한 발전 및 용도 확대와 더불어, 편광판은 중
요한부품소재로자리잡고있다. 편광판은 [표 1]과
같이여러광학필름들이층을이루고있으며, 가장중
심에 자리잡고 있는 광학필름이 PVA 및 TAC 필름
이고, 시야각 및 화질 향상을 위한 보상 또는 위상차
필름, AR(Anti-reflection) 및AG(Anti-glare) 처리
필름, 보호필름등이있다.
초기, STN LCD에서의 흰색 화면을 구현하기 위
해, 연신된 폴리카보네이트 필름이 위상차 필름으로
채용되었다. 현재 주류가 되어있는 TFT LCD에서도
초기에는 위상차 필름이 적용되지 않다가, 시야각 및
화질 경쟁이 가속화되면서, 여러 형태의 위상차 필름
이 개발 및 적용되어 왔다. 또한 3D 상을 실현하거
나, OLED 등의 모바일 디스플레이의 자연광 환경에
서의화질향상을위해서도편광판이채용된다.
LCD 산업의 발전과 함께, 국내 편광판 기술 및 사
업도 향상 및 확대되어 왔다. 국내 편광판 개발 역사
는 1990년대 현재 대명소재 수원공장이 시초가 되었
다고 볼 수 있다. 2000년대 들어, LG화학 및 동우화
인켐등이개발및국내생산을본격화하면서, 니토덴
코, 스미토모, 산리쯔 등의 일본 업체와 동등 수준 이
상으로 발전하 다. 또한 제일모직(에이스디지텍)이
편광판 사업에 참여하 고, 대명소재도 광폭Line을
증설한 것으로 알려져 있다. 또한 대명소재, 온빛, 트
리아펙스 및 신화오프라 등도 소폭의 편광판 라인을
보유및운 하고있다.
편광판을 제조하는 기술 및 규모는 일본과 동등한
수준으로 발전되어 왔지만, 여기에 들어가는 광학필
름및부자재들은대부분일본업체에의존하여왔다.
PVA 필름은Kuraray 및일본합성, TAC 필름은후
지 필름 및 코니카, 위상차필름은 후지필름, 코니카,
일본제온, 테이진화성 등을 예로 들 수 있다. 특히,
PVA 필름의 Kuraray, TAC 필름의 후지필름의 시
장지배력은PVA 필름및TAC 필름의대체에대한
강한 욕구를 제공해 왔고, TAC 필름을 대체하는 여
러상업적성과들이시장에나타나고있다. 먼저, 변성
TAC(N-TAC 또는 CAP), COP 광학필름이 LCD
편광판에 적용되었고, 최근에 기존 아크릴의 내열성
을보완한내열아크릴필름도채용이늘고있다고한
다. 더불어소형모듈을중심으로일반아크릴필름을
적용하는것도검토되고있다고한다.
디스플레이뱅크 자료에 의하면, 편광판 용도의
PVA 필름의 2011년 사용량이 7억4천만 평방미터,
2012년 8억 평방미터로 예상된다고 한다. 이를 기초
표 1. 일반적인 편광판의 구성
편광판 내부 광학필름 구성 두께 및 고려 사항
편광판 보호필름 (PET필름, 폴리올레핀 필름) 70~100µm 광학 결함 최소 필름표면처리( AR, AG 처리, 하드코팅, UV-Cut) 최종 needs에 따라 선택 및 중복편광 보호필름(TAC필름, 검화, 수접착) 일반적으로 40, 80µm Plain TAC 필름편광자 (PVA필름, 요오드, 염료, 함침, 연신) 20~60µm. 각 편광판 회사별 Recipe보상(위상차) 필름(COP, 변성TAC, 연신, 접착) 20~80µm, nx, ny, nz 설계 및 정교한 제어점착층 (아크릴계…) Rework, 광학특성, 신뢰성 등을 고려이형필름 (PET 필름) 25~38µm 광학 결함 최소 필름
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로, 예상되는 TAC 필름이 7억5천만 평방미터, COP
필름이4천만평방미터, 아크릴필름이2천4백만평방
미터로 예상된다고 한다(출처: 디스플레이뱅크, ‘보
상필름과 TAC/Acryl 필름분석 2012’2012.07). 이
중아크릴필름에대한관심도가증대되고있고, 현재
킬러 어플리케이션인 보상필름에서의 TAC 필름 대
체에서, PVA 필름과 직접 합지되는 Plain TAC 필
름대체에도많은노력을기울이고있다고한다. 이로
인해, 아크릴 필름의 채택 비율은 계속적으로 증가할
것으로 예상되고 있다. [그림 1]은 디스플레이뱅크에
서예측하는Plain TAC필름을대체하는아크릴필름
의채택비율이다.
이러한 추세에 동기가 된 것은 여러 가지 있지만,
주목되는것은두께박막화관점이다. 사진필름용도
에서 100µm 부근 두께, TFT LCD 용도에서 80µm두께및40µm 두께의TAC 필름이주로적용되어왔
었는데, 최근에는 25µm 두께의TAC 필름에대한적
용이 시도되고 있는 것으로 알려져 있다. [그림 2]는
이런 경향에 대한 사례를 보여주고 있다(출처: 디스
플레이뱅크, ‘보상필름과 TAC/Acryl 필름분석
2012’2012.07)
국내에서아크릴필름을편광판에적용하려는연구
개발 및 상업화는 LG화학이 선도해 온 것으로 알려
져있다. 최근공개된LG화학의관련특허를통해, 아
크릴필름개발방향을이해할수있을것같다. ‘편광
판용접착제, 이를포함하는편광판및이의제조방법
그림 1. Plain TAC 필름 시장에서 아크릴 필름 시장 비율(출처: 디스플레이뱅크.
그림 2. 애플 제품의 편광판 변화(디스플레이뱅크).
광학용 무정형(Amorphous) 박막 필름의 상업화 Needs 및 국내 대응 | 오세진, 홍태화
인 수준에서 25µm, 내부 연구실험 단계에서는 10µm까지 박막화 기술을 확립하고 있다. [표 2]는 세진티
에스 아크릴 및 폴리카보네이트 25µm 두께 필름의
광학물성예이다. 빛투과율을 90% 이상이고, 헤이즈
< 0.7% 이하이면서, 낮은위상차를지닌투명광학필
름을 실현해 가고 있다. 관련되어, 세진티에스에서 개
발해 온 압출 기술의 주요 인자들은 아래에서 별도로
설명된다. 또한, 고객과 함께, PVA 필름과 세진티에
스 박막 아크릴 필름을 접합하는 실험을 진행하고 있
다. 이를 통해, LG화학 등 다른 업체들과 같이, 편광
판 용도 아크릴 필름의 국산화에 기여할 것으로 기대
하고있다.
3D 디스플레이 용도의 아크릴 필름3D 상 기술은 화 역사만큼 오래된 것이다. 오
랫동안 시장과 기술이 정체했다가 최근 다시 활발해
졌다. 3D 평판디스플레이도 최근 몇 년간 LCD 및
PDP TV 중심으로시장을확대해왔다. 이에발맞추
어 국내 삼성전자 및 LG전자의 3D TV 디스플레이
가 전세계 시장에서 높은 시장 점유율을 확보하고 있
다. 현재 극장 또는 가정에서 시청자가 3D 화상을 보
기 위해서, 3D 안경을 착용하고 보는 방식이 주류이
다. 가정용에서삼성전자의Shutter Glass 방식과LG
전자의FPR(Film Patterned Retarder) 방식이시장
을 분할하고 있다. 후자인 FPR 방식의 3D에서는 양
쪽 시야에 상신호들이 다르게 인식되게 선편광 광
학필름이 배치되어 있고, 최종 눈으로 들어오기 전에
원편광(흔히1/4λ위상차필름)을통과하게된다.
일반적인 극장용 3D 안경은 [표 3]과 같은 구조로
되어있다.
극장용 3D 안경은 일회 또는 수회용인 이유로, 가
능한가격이싼방향으로개발된다고한다. 따라서디
자인이단순하고, 가능한얇은층두께로원가를내리
표 2. 세진티에스 박막 아크릴 필름 및 폴리카보네이트
필름의 기초 물성
베이스필름
공칭두께
빛투과율,%
Haze, %60°Gloss,
%Rin, nm
아크릴필름
25 µm 92 0.5 150 0.4
PC 필름 25 µm 91 0.4 170 -
* Rin: 면내(In-plane) 위상차
표 3. 극장용 3D 안경의 구성
극장용 3D 안경의 구성 참고 사항TAC 필름 (하드코팅, UV-Cut) 40, 80µm Plain TAC 필름 + 추가 성능편광자 (PVA필름, 요오드, 염료, 함침, 연신) 20~60µm. 각 편광판 회사별 RecipeTAC 필름 40, 80µm Plain TAC 필름점착층 편광 특성을 유지원편광 필름 (1/4λ위상차) PC 또는 COP 필름점착층 * 선택사항 편광 특성을 유지TAC 필름 (하드코팅, UV-Cut) *선택 사항 40, 80µm Plain TAC 필름 + 추가 성능
광학용 무정형(Amorphous) 박막 필름의 상업화 Needs 및 국내 대응 | 오세진, 홍태화