▲ 아이패드미니는 기존 아이패드보다 절반 이상 가벼워졌다..

■ 기존 제품의 혁신 촉진 위한 소재 활용

◇ 슬림화·경량화

모바일 기기에서 본질적으로 요구되는 것은 휴대 편의성이다. 아이패드 사용자들의 가장 큰 개선 요구 사항이 경량화였다는 점을 봐도 알 수 있다. 이러한 요구에 대한 애플의 선택은 터치 패널 부분의 혁신이었다. 지금까지도 터치 패널에선 유리, 필름 소재를 여러 장 사용했다. 그러나 이제는 터치 기능을 커버 강화 유리로 통합하거나, 소재 종류 및 양을 줄여 슬림화 및 경량화 하는 추세다.

애플의 경우 그 동안은 두께와 무게는 손해를 보더라도 터치 소재로 유리만을 고수하면서 제품 신뢰성을 중시해왔다. 그러나 최근작인 아이패드 미니는 터치 기능 부품을 유리에서 신기능 필름소재로 바꾸고 사용 부품 수도 줄여 출시했다. 슬림화는 동일 두께를 유지하면서 배터리 점유 공간을 늘릴 수 있는 여지도 있어 사용 시간 증가라는 부가가치도 창출한다.

▲ NEC는 마그네슘-리튬 합금을 사용해 세계 초경량 노트북을 개발했다..

노트북 시장도 슬림화와 경량화 기술을 적용한 울트라북이 대세로 자리잡고 있다. 13.3인치 울트라북 무게는 일반적으로 1kg를 넘는다. 반면 일본 NEC는 세계 최고 수준의 초경량화(875g)를 달성키 위해 그동안 키보드, 기판 등 각종 부품의 경량화를 계속 연구해온 역량을 결집했다. 그리고 세계 최초로 노트북 바닥면 소재에 ‘마그네슘 리튬’ 합금을 사용했다.

이는 1960년대 미항공우주국(NASA)에서 연구했던 소재인데 가볍기로 유명한 마그네슘 합금 대비 25% 더 가볍다. 나머지 본체는 아직 마그네슘 합금을 사용했지만 가공기술 측면의 과제가 점차 해결되면 경량화 수준은 더 높아질 전망이다.

◇ 감성 디자인 구현

소재는 고유의 질감을 갖고 있어 제품의 외장에 사용됐을 때 감성적 품질을 구현하는 중요한 요소다. 대표적인 예로 이미 피처폰 시절 모토로라 레이저(RAZR)는 기존 플라스틱에서 벗어나 금속 소재 키패드를 사용한 초슬림폰으로 빅히트를 쳤다. 스마트폰 시대에도 여전히 플라스틱이 보편적인 소재이고, 나름 개선을 통해 다양함을 보여주고 있다.

아이폰의 경우 알루미늄, 스테인레스 스틸, 강화유리 등을 사용해 소재를 통한 고유의 디자인 아이덴티티를 유지하고 있다. 금속을 쓰다 보니 통신성능 문제가 있어 일부분 플라스틱을 사용할 경우에도 ‘몽블랑(Montblanc) 플라스틱’으로 차별화했다. 이것은 몽블랑펜을 만들 때 쓰는, 천연수지소재로 일반 플라스틱과는 다른 고유의 광택 특성이 있다.

차기작인 아이폰6나 노트북 맥북에어(Macbook Air)에는 ‘리퀴드 메탈(Liquid metal)’을 사용할 것이라는 소문이 무성하다. ‘리퀴드 메탈’은 합금 신소재로, 표면이 마치 액체처럼 매끄러워 ‘리퀴드’라는 이름이 붙여졌다. 철과 비교해 무게는 가볍지만 강도는 3배나 높으면서 전파 문제에서 보다 자유롭다. 애플이 2014년까지 리퀴드 메탈 제조사와 독점 공급 계약을 체결했다는 점에서 신소재 채용 전망이 유력하다.

◇ 에너지 절감

전자제품의 에너지 효율에 대한 관심은 항상 높다. LCD TV에서 TV화면을 밝히는 빛은 뒤쪽의 LED백라이트(BLU)에서 나온다. 백라이트에 수십 개의 LED들이 빛을 밝히면 광학 필름이 LCD 전체 화면으로 퍼지게 하는 역할을 한다. 최근에는 에너지 절감 효과와 원가 절감을 위해 LED 개수를 줄이면서도 동일 밝기 성능을 내기 위한 필름 소재 개선 노력이 활발하다. 기존 필름에서 광학 설계 컨셉을 더 고려해 마이크로렌즈 타입 등 다양한 확산필름이 검토·적용되고 있다.

이미 오래 전 성숙된 분야인 생활가전에서도 에너지 효율 개선을 위한 소재 혁신이 지속되고 있다. 글로벌 가전 기업 보쉬-지멘스(Bosch-Siemens Home Appliance)는 일반적으로 석유화학 제품 생산 시 사용되는 물질인 제올라이트를 식기세척기에 채용해 에너지 효율을 극대화했다. 에너지 효율 최고 등급인 ‘A+++’보다 30% 이상 절감한 것이다.

■ 첨단 제품 이네이블러(Enabler)로서 소재 활용

IT제품 생산기업들은 기존 제품을 통한 경쟁을 넘어 차세대 혁신 제품을 통한 고객 가치 제공을 모색하고 있다. 대표적으로 OLED TV와 플렉시블 모바일기기를 들 수 있다. 두 가지 모두 소재가 본격 성장 시기를 가늠할 속도결정인자라 할 수 있다.

◇ OLED 소재의 혁신

OLED는 LCD에 비해 소재가 제품 성능에 미치는 영향이 더 크다. 그 이유는 LCD는 액정 소재와 여러 종류의 필름, 백라이트 등 많은 부품이 자리하지만, OLED는 회로 등을 빼고 보면 여러 층의 화학물질로 이뤄진 초박막소재만 존재한다. 이는 그만큼 소재 자체가 OLED 완제품의 성능에 미치는 정도가 크다는 의미다.

때문에 OLED 패널 기업들은 OLED 개발을 위해 내부적으로 소재 R&D를 LCD 개발 때보다 더욱 강화하는 한편, 역량 있는 소재 기업들과 전략적 협력 관계를 맺고 있다. 기업들로서는 신규 소재 확보가 제품 성능 우위로 직결되기 때문에 오픈 이노베이션 차원에서 외부의 혁신 소재 발굴에도 힘을 쏟고 있다.

OLED가 TV로 출시된 것 자체가 놀라운 혁신의 결과물임은 분명하다. 그러나 저원가의 대량 생산을 위해서는 기존 생산 방식에서 벗어나 프린팅 공정 등 차세대 공정 확보가 필요하다. 프린팅 공정은 잉크젯 프린터와 같이 원하는 패턴으로 OLED 소재를 프린팅하는 방식이다. 기존의 증착 방식과 비교해 저원가가 가능해 기업들의 관심이 높다. 생산 공정 혁신이 일어나기 위해서는 프린팅 공정에 적합한 소재 개발이 무엇보다 중요하다. 이와 동시에 소재와 장비 기업 간의 긴밀한 협력을 통해 소재와 장비의 호환성을 높이는 것 또한 필요하다.

▲ 파나소닉은 프린팅 기술을 이용한 56인치 OLED TV를 올초 미국서 열린 ‘CES 2013’에서 선보였다..

올 초 미국 CES 2013에서 전시된 파나소닉의 56인치 OLED TV가 프린팅 방식으로 제조된 것이라 주목 받았다. 파나소닉은 OLED TV와 조명 사업의 시너지를 높이기 위해 스미토모화학과 전략적 제휴를 맺고 R&D에 매진하고 있다. 글로벌 화학 기업 듀폰(Dupont)과 머크(Merck)도 기존 방식의 소재보다는 프린팅용 소재 개발에 집중하고 있다. 특히 액정으로 유명한 머크는 LCD에서 OLED로 전환됨에 따라 선제적으로 준비하고 있다.

이를 위해 머크는 최근 프린터 제품으로 잘 알려진 일본 엡슨(Epson)과 전략적 제휴를 맺고 OLED 프린팅 기술 상용화를 준비 중이다. 아직은 프린팅 방식이 상용화에 임박한 수준은 아니지만, 프린팅을 위한 장비와 그에 맞는 소재를 패키지의 형태로 본다면 기술 혁신 가능성의 주도권은 소재 기업이 갖고 있다 할 수 있다.

플렉시블 D/P·스마트폰, 플렉시블 소재 개발 우선

제품 디자인부터 소재 특성 고려하는 마인드 필요

◇ 폼팩터(Form Factor)의 차별화

모바일 기기의 전형은 딱딱한 디스플레이로 채워진, 직사각형 형태의 풀(Full) 터치스크린 기기이다. 스마트폰의 경우 부가적인 기능은 시간을 두고 계속 업그레이드 되겠지만 기존의 피처폰과 같이 폴더형, 가로형 등 다양한 디자인 형태로 만들기 어렵다는 한계가 있다. 그래서 기업들은 소비자들에게 단계적인 플렉시블 구현을 통해 새로운 가치 제공을 모색하고 있다.

지금까지 모든 모바일 기기는 딱딱한 유리 소재를 사용해 유연함의 가치는 제공하지 못했다. 그러나 이제는 유리를 얇은 플라스틱 소재로 바꾸는 노력이 시도되고 있다. 기본적으로는 모바일 기기에 깨지지 않는다는 내구성을 제공하는 것이 되겠지만, 궁극적으로는 휘어진 상태(Curved)를 넘어 반복적으로 접을 수 있고(Bendable), 말 수 있는(Rollable) 특성을 제공하게 될 것이다.

▲ 코닝은 소재기업임에도 세트기업 중심의 전시회에서의 마케팅에 적극적이다.(미국 CES).

유리 기업들 입장에서는 시장의 변화에 대응하기 위해 머리카락보다 가는 수십 마이크로 미터 두께의 초박형 유리를 이미 개발해 고객의 니즈에 선제적으로 대응하고 있다. 이는 다른 종류의 소재 간 경쟁이 시작됐음을 의미한다.

코닝, 아사히 글라스, 일본전기초자 등은 전시회에서 이미 두루마리 화장지처럼 유리가 말려있는 롤(Roll)을 선보여 필름처럼 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정까지 가능함을 내세우고 있다.

제대로 된 플렉시블이 되려면 반복적으로 휘었다 폈다가 가능해야 한다. 플렉시블 구현을 위해선 디스플레이뿐 아니라 기기에 내장된 회로소재, 배터리 소재 등도 이런 특성을 만족시켜야 한다.

▲ 나이키의 퓨얼밴드(上)와 애플의 아이워치 컨셉.

이 같은 반복적 휘어짐을 구현하기 어렵다면 차라리 휘어진 상태로 제품화가 구현된 나이키(Nike)의 퓨얼밴드(Fuel Band)나 출시 예정인 애플의 아이워치(iWatch)가 현실적 대안이 될 수 있다. 퓨얼밴드는 위치와 거리, 높이 등을 측정할 수 있는 기술을 내장, 일상의 모든 움직임을 감지한 뒤 이를 수치화해 정보를 제공하는 기기다. 퓨얼밴드에 내장된 배터리는 플렉시블 특성을 갖고있지 않다. 이는 현재 많이 사용되는 리튬이온전지의 소재가 휘어지는 특성에 약한, 세라믹 소재이기 때문이다.

이러한 한계 돌파를 위해 기업들은 박막전지, 케이블 전지, 아연폴리머 전지 등 차세대 전지 연구에 관심이 높다. 미국의 임프린트 에너지는 최근 리튬이온전지 대신 아연폴리머 소재로 구성된 새로운 전지를 개발했다. 프린팅 방식으로 제조된 이 전지는 제조 공정이 단순하며, 유연성도 있다. 우선은 스티커 센서에 적용될 예정이며 모바일 기기에도 확대 적용될 가능성이 있다.

■ 세트 기업의 소재 이해력 높아져야

애플의 파괴적 혁신의 동인 중 하나는 초창기부터 디자인을 생각할 때 소재를 같이 고려해왔다는 점이다. 애플에서 혁신의 엔진이라 불리는 디자이너 조나단 아이브(Sir Jonathan Ive)는 디자인을 구상할 때 소재를 중시하는 것으로 잘 알려져 있다. 데스크톱 아이맥(iMac)은 블루, 핑크 등의 칼라가 들어간 반투명한 모니터로 당시 업계에 상당한 주목을 받았다. 반투명의 색을 편차 없이 구현하면서 일정 강도를 유지하는 플라스틱 소재 기술이 있었기에 가능했다.

또 노트북 케이스는 일반적으로 조립해서 만드는데 반해, 애플 맥북(Macbook)은 유니바디(Unibody)라 해 이음 없는 일체화된 알루미늄 케이스로 구현했다. 이것 역시 알루미늄 소재의 특성을 연구해왔기에 가능했다.

이러한 제품 디자인은 소재가 가진 특성을 이해하고 접목시켜야 가능한 일이다. 애플이 자체 생산 시설 없이 많은 소재부품의 공급망을 구축한 상태에서도 혁신 제품으로 앞서 갈 수 있었던 것은 내부에 소재를 이해하는 핵심 인재들이 있었고 그들이 소재 발굴을 넘어서 제품에 효과적으로 적용하는 역할까지 해왔기 때문이다.

이러한 애플이 최근에는 탄소소재 전문가를 채용하고 있어 향후 그들의 제품에 어떻게 적용될 지 주목되고 있다.

소재 혁신을 이룬다고 해서 반드시 성공하는 것은 아니다. 소재가 최종 제품에 제대로 적용되지 못한다면 그 혁신은 빛을 잃고 말 것이다. 때문에 소재 기업은 고객사의 니즈를 끊임없이 파악하려 하고 있다. 이와 동시에 개발 대응 속도를 높이려고 하고 있다.

OLED 등에서 국내 기업들이 시장을 주도하고 있기 때문에 글로벌 소재 기업들의 IT소재 관련 국내 투자도 확대되고 있다. 머크, 다우케미컬 전자재료사업부 등은 이미 국내에 생산시설뿐만 아니라 연구센터를 설립했다. 이데미츠 코산은 아예 패널 기업 인접에 OLED 소재 생산 및 개발시설을 착공했다.

세트 기업 입장에서도 소재에 대한 이해도를 높여 제품 컨셉 단계부터 반영을 해야 시너지를 더욱 높일 수 있다. 애플의 사례와 같이 제품의 설계·개발 단계에서부터 소재에 대한 특성을 고려하는 것이 제품의 가치를 높이는데 매우 중요하다. 특히 IT제품에서의 소재의 중요성이 더욱 커지고 있어 소재에 대한 지식과 통찰력을 갖추는 것이 중요한 시점이다.