▲ 김종섭 플렉시블 디스플레이용 기판소재 사업단장.

플렉시블 디스플레이용 플라스틱(고분자) 기판 소재는 LCD와 OLED 등 평판 디스플레이의 유리기판을 대체하는 것으로서 화질의 손상이나 저하없이 휘거나 감을 수 있도록 하는 핵심 기판 소재다.

현재 ‘플렉시블’이 차세대 디스플레이 패러다임으로 자리매김하고 있어 관련 소재 시장은 2021년 세계 3조2천억원으로 성장할 것으로 전망되고 있다.

이 소재기술은 세계 1위 디스플레이 강국인 한국이 자리를 유지하기 위해 필수적인 기술이다. 평판디스플레이 시장에서 한국에 밀린 일본의 경우 플렉시블 디스플레이 시장을 선점하기 위해 NEDO 등의 컨소시엄을 통해 높은 수준의 기술을 확보했고 미국, 유럽, 대만 등도 소재업체와 장비업체를 중심으로 협력체계를 갖추고 있어 기술개발이 시급한 상황이다.

현재 고내열, 고투명의 플라스틱 소재로는 패널업체의 공정에 적용할 수 없다. 따라서 플렉서블 디스플레이용 기판소재는 기존 유리 기판과 같이 높은 온도와 산·알칼리 등 약품에 견딜 수 있어야 하며 수분 및 산소 등 가스 침투를 차단할 수 있는 ‘배리어 특성’을 만족해야 한다. 또한 구부릴 수 있는 상태에서도 작동이 원활히 유지되기 위해선 유연한 전극 기판 형태로 만들 수 있어야 한다.

이에 플렉시블 디스플레이용 기판소재 사업단은 제일모직을 총괄주관기관으로 세부과제로 △투명 고분자 필름(제일모직) △배리어 및 기능성 코팅 소재(LG화학) △투명전극(잉크테크) 등을 개발하고 있다.

사업단의 최종 목표는 40인치 플렉시블 TV, 80인치 플렉시블 광고 디스플레이, 롤(Roll) 폭 1,250mm이상의 투명 고분자 기판 및 전극소재를 개발하는 것이다. 이를 통해 2021년 매출 1조6,000억원을 달성해 세계 플렉시블 기판 시장의 50%를 점유하고 5,600명의 일자리 창출을 기대하고 있다.

▲ 사업단 구성.

■ 1단계, 선진국 기술수준 근접

사업단은 1세부 과제로 고내열, 고투명 특성을 가진 고분자 소재 제조와 함께 함침·솔벤트 캐스팅·압출 기술 등 3가지 제막기술을 이용한 고내열 투명필름을 개발하고 있다.

1단계 사업을 통해 플렉시블 디스플레이용 필름 기술 개발은 대부분의 평가 항목에서 선진국 기술 수준에 근접한 것으로 평가받고 있다. 특히, 가장 크게 요구되는 Flexibility(유연성) 항목에서는 선진국 기술을 앞서고 있다. 그러나 광학특성(Haze, YI) 및 Roughness(표면의 거친 정도)의 경우 부족한 점이 있어 향후 중점적인 기술개발이 요구되고 있다.

2세부과제로는 수분 및 산소차단이 우수한 기능성 코팅 소재 및 연속필름 공정기술을 개발 중이다. 1단계 연구개발 결과 수분투과율, 광투과도, 접착성 등에서 목표를 모두 달성 또는 초과달성했으며 35건의 특허를 출원했다.

3세부 과제로는 금속기반(Ag 나노와이어 등) 및 산화물기반(ITO 등) 투명전극 소재를 개발하고 있다. 사업단은 세계적 수준의 세라믹 전극소재를 개발하는 성과를 거뒀다.

선진국 기술수준 근접, 상생으로 중소기업 첫 매출

LED·OELD 向 양산화 개발, 삼성·구글 판로개척

▲ 소재 개요.

■ 상생 통해 中企 첫 매출 기여

과제를 수행하고 있는 대·중소기업 간 기술개발을 통해 중소기업들의 첫 매출 달성에 기여한 점은 사업단의 주요 성과로 기록되고 있다.

1세부과제를 추진하고 있는 대기업인 제일모직과 중소기업인 대림화학은 개발 초기 서로 함께 선행기술조사를 통해, 플렉서블 기판용 개발방향을 설정했다. 대림화학에서는 고투명/고내열 수지를 합성해 제일모직에 제공하고 제일모직은 이에 대한 구조설계 및 특성을 평가해 피드백을 다시 대림화학에 준 것이다. 이러한 과정이 반복되면서 기판 필름개발의 목표 달성을 앞당기고 상호간 기술수준이 높아졌으며 특히 대림화학은 고투명/고내열 수지를 통해 작지만 첫 매출을 기록했다.

2세부과제를 추진 중인 LG화학과 벤처기업인 아이컴포넌트는 고성능 배리어 필름 개발을 위해 요소기술을 공유하고 융합하며 모범사례를 만들어 냈다.

아이컴포넌트의 평탄층 처리된 플렉시블 기판을 LG화학의 차단층 기술과 융합해 높은 수준의 배리어 코팅을 가능하게 되면서 1단계 목표 물성치에 도달했다. 또한 양사는 Roll-to-Roll(롤투롤) 대면적 배리어 기술 및 플렉시블 디스플레이에 대한 전반적인 기술협의를 수시로 개최해 개발에 적용했다. 그 결과 아이컴포넌트는 1억4천만원의 첫 매출을 기록하게 됐다.

이러한 파트너십은 서로간의 신뢰를 굳건히 해 기술개발에 있어 시너지를 발휘할 것으로 기대되고 있다.

▲ 플렉시블기판용 고내열 필름.

■ 국내외 판로개척 나선다

사업단은 2단계 사업을 통해 LCD/OLED 향(向) 플렉시블 기판 필름의 파일럿 특성평가를 기반으로 한 양산화 적용가능 기술을 개발한다는 목표를 세우고 있다.

대표적으로 배리어 및 기능성 코팅 소재를 개발 중인 2세부과제의 경우 배리어의 기능수준에 따라 응용제품을 사업화할 예정이다. 특히 OLED 조명 및 OLED 디스플레이 기술의 경우 응용제품 시장을 주도하기 위해선 기술선점이 시급하다.

사업단은 사업화를 통해 국내 주 수요기업인 삼성전자, 삼성디스플레이, LG디스플레이와 해외수요기업인 애플, Hannstar, Chimei를 포함한 잠재 수요기업인 구글 등에 판로를 개척할 계획이다.

이를 위해서 사업단의 결속과 창의성 확대를 위해 분기별 워크숍 및 기관별 책임자, 실무자간 만남의 자리를 수시로 마련하고 시연품 제작을 위한 세부사업비를 별도로 지원할 예정이다.

플렉시블 디스플레이용 기판소재 사업단장을 맡고 있는 김종섭 제일모직 전무는 “플랙시블 디스플레이용 기판소재 개발은 선행개발의 특성이 강해, 기술개발의 난이도가 높고 향후의 개발 방향성 예측이 어렵다”며 “정보수집과 업계의 흐름을 항시 반영해 계획하고 실행하는 것이 이 과제의 성공열쇠인 만큼 참여기관 간 유기적인 협력을 통해 2단계 사업도 성공적으로 추진하겠다”고 강조했다.