기술과 솔루션
전시회를 통해 바라본 기능성 필름의 개발 동향
작성자 : 이용우
2018-02-06 |
조회 : 12901
자료제공 : 소재종합솔루션센터(www.matcenter.org), 화학소재정보은행(www.cmib.org) 지식정보 심층보고서
Ⅰ. 개요
일본 동경에 위치한 빅사이트에서는 매년 4월 초, 디스플레이 및 이와 관련된 기능성 부재, 장비 등을 중심으로 큰 규모의 전시회가 ‘FineTech’란 이름으로 열려왔다. 최근에는 일본의 디스플레이 산업이 한국과 중국, 대만과 같은 후발 주자의 과감한 투자와 원가 경쟁력을 무기로 한 경쟁에서 밀리면서 디스플레이 완제품과 기술 흐름에 대한 전시 규모는 줄어드는 대신, 기능성 필름 및 플라스틱, 나노 인쇄전자 등 다양한 소재 및 부품 분야에서의 전시회를 연합 형태로 개최하고 있다(※FineTech/FilmTech/Plastic/Metal/Ceramic Photonix Expo 등). 또한 2017년부터는 ‘Joining Japan’ 전시회가 별도로 시작되었고, 광학용과 산업용 점·접착제를 전문으로 하는 부스들이 자리하고 있었다. 전반적인 전시회 분위기는 2016년과 마찬가지로, LCD 위주의 디스플레이 제품과 소재에 대한 비중이 더욱 줄어들고, 용도에 중점을 두기보다는 부품별, 소재별 개별 전시가 두드러지고 있었다. 2017년을 기점으로 27회를 맞은 FineTech Japan을 비롯하여 PLASTIC Japan/FilmTech Japan 전시회도 각각 8회와 6회째를 맞아 점차 확고한 기반을 잡아가고 있었고, 특히 FilmTech에서는 광학필름, 반도체용 필름, 2차전지용 소재, 산업용/의료용 필름 등의 소재와 컨버팅용 장비를 포함하여 다양한 제품이 전시되고 있었다. 본고에서는 2017년 4월 5일부터 7일까지 개최된 FilmTech과 FineTech를 중심으로 기능성 필름과 소재에 대한 조사 내용을 소개하고, 그 중 국내 기능성 코팅 업계에서 주목할만한 아이템 5가지를 선정하여 제품 및 기술 동향에 대해 2016년도 조사내용을 일부 포함하여 논하고자 한다.
Ⅱ. 주요 고기능 필름 개발 동향
1. 투명도전성 필름 및 코팅 재료 (전시 및 홍보물 활용 정리)
투명 전극으로 가장 많이 사용되는 ITO는 인듐이 희소성 물질인 희토류라는 점에서 가격이 높고, 투과율과 굽힘성이 낮다는 단점과 함께 고유의 Yellow 색상으로 패터닝 후 시인성이 떨어지는 문제점 등의 단점을 갖고 있다. 따라서 이런 ITO 필름을 대체하기 위해 도전성 고분자를 적용하거나, CNT, Ag 나노와이어 등의 도전성 물질을 용액에 분산된 상태로 만들어 기재 필름 위에 습식 코팅법을 이용하여 도포하는 방식으로 투명 도전성 필름을 개발하려는 시도가 진행되고 있다. 이 외에, 금속 잉크로 아주 얇은 선폭을 구현한 메탈메쉬(Metal mesh) 필름이나 무정형 패턴을 형성하여 금속을 연결하게 하는 필름도 ITO 대체재로 관심을 받고 있다.
1.1 투명도전성 폴리머(PEDOT-PSS)
도전성 고분자로는 주로 PEDOT[Poly (3,4-ethylenedioxythiophene)]이 이용되고 있는데 이 PEDOT이 용매에 잘 녹지 않으므로 PSS[poly (styrenesulfonate)]를 도입한 PEDOT:PSS 상태로 적용되고 있다. 이 PEDOT:PSS를 이용하여 도전성 고분자를 제조하는 업체로는 ‘헤라우스’와 ‘아그파’가 유명하고 각각 ‘Clevios’와 ‘Orgacon’이란 상품명으로 코팅액을 판매하고 있다.
도전성 고분자를 적용한 투명 도전필름은 일본의 SMK나 브릿지스톤, SMC 등에서 개발하였고, 한국에서는 SKC에서 수년 전에 개발을 마치고 프로모션을 진행하여 저항막 방식에 일부 적용이 되었지만, 아직 시장의 문제로 양산 레벨까지는 이어지지 못하고 있다. 최근에는 국내 중소기업인 ‘포리스’에서 기존 제품과는 다르게 유기용제 베이스의 코팅을 적용한 롤 필름 개발에 성공하여 프로모션 및 일부 고객 판매를 시작한 것으로 알려져 있다.
도전성 폴리머인 PEDOT:PSS를 베이스로한 코팅 용액의 경우 1wt% 이하의 매우 낮은 고형분(Solid content)으로 판매되고 있으며, 슬롯다이나 그라비아 인쇄로 도포하여 대전 방지용으로 주로 적용되고 있다. 특히 ‘아그파(AGFA)’는 ITO 투명전극을 대체하기 위해 최저 125Ω/□ 수준의 면저항을 달성하여 홍보 중이었다. 반면 ‘Osaka Gas Chemical’의 경우, 낮은 온도에서 고형(Solidification)가 될 수 있는 저온 제막성(코팅성)을 강조하였고, 다양한 플라스틱 소재 위에 부착력이 우수하다는 점을 홍보하고 있었다. 즉, 저온 성막이 가능할 때 기판 플라스틱 소재의 선택 범위가 넓어지기 때문에 활용도가 높아질 수 있다는 내용이다.
투명도전성 폴리머의 경우, 약 4~5년 전의 활발한 연구 및 개발이 이루어질 당시의 기대치보다는 확실한 영역을 자리잡는데 한계를 보였다고 말할 수 있지만, 기존의 대전방지필름의 성능향상과 범용 터치센서 및 미래형 제품의 전극 필름용으로 지속적인 가능성을 보여주고 있었다. 최근에는 은 나노와이어와 함께 발열시트나 플렉서블 태양전지용으로 개발 검토가 시도되고 있다.
1.2 은 나노와이어(Ag-Nanowire)
은 나노와이어의 경우, 최근 수년 동안 국내외 많은 기업에서 상업화를 위해 노력을 기울였고, 전시장에서도 몇몇 기업에서 제품을 전시하고 있었다. 그 중, 특히 한국화학연구원 화학소재솔루션센터와 협력관계를 갖고 있는 ‘C3Nano’사에서 해당 필름 및 코팅 잉크를 포함하여 터치패널과 같은 응용 제품까지 넓은 범위의 제품들을 전시하였다. 금번 전시회에서는 당 센터의 Wet coating 인프라를 비롯한 기술지원으로 만들어진 다양한 그레이드의 투명도전성 필름뿐만 아니라, 필름을 이용한 터치센서 및 모듈화 샘플 등으로의 용도까지 확장하여 전시하고 있었다. 특히 금번 전시회에 출품한 은 나노와이어 필름의 경우 15Ω/□에서 55Ω/□까지 3종류로, 전량 화학연구원의 인프라를 활용하여 제작된 샘플이었으며, ITO 대비 저저항 구현이 가능하고, 광학특성 역시 투과율 90% 수준으로 매우 양호한 품질을 보이고 있다. 특히 ‘Activegrid Ink’ 란 브랜드로 출품한 은 나노와이어 잉크는 와이어의 나노본딩 기술을 이용하여 광학특성이 우수하고, 낮은 전도도에서 컨트롤이 가능하다고 한다. 이 외에 ‘DNP’ 등에서도 수년째 은 나노와이어 필름을 전시하였는데, 면저항이 45Ω/□ 수준이고, 특히 ITO대비 내굴곡성과 내마찰성 등이 우수하다는 장점을 홍보하고 있다.
1.3 메탈 메쉬(Metal mesh) 필름
메탈 메쉬 필름은 ITO대비 1/10 이하의 초저저항 구현이 가능해서 수년 전까지 대화면 터치패널에 적용하기 위해 컨버팅 업계에서 많은 관심을 가졌지만, 국내 대기업들의 개발 철수를 시작으로 사람들 관심에서 멀어졌다. 하지만 2016년도 전시회에서는 예상을 깨고 Toppan, Panasonic을 포함한 일본의 많은 기업을 통해 홍보가 이루어지고 있었다. Mesh 필름을 만들기 위한 Sputter 증착된 메탈필름도 별도 전시가 되었으며, 초미세 패턴 구현을 위해 동박 필름(동박 포일)보다 스퍼터링 박막이 많이 활용되고 있었다. 즉, 이런 메탈 메쉬 필름 제작을 위해 동박 포일을 사용할 경우 전체적인 두께가 두꺼워지기 때문에 미세패턴 구현이 어렵다고 한다.
저항이 낮은 구리(Cu)를 선폭 5㎛ 이하로 패터닝한 그물 망사형 필름으로 선폭이 얇을수록 시인성이 좋아지고, 특히 선폭이 3㎛이하일 경우 소형 디스플레이에도 채용이 가능하다고 알려져 있다. 용도로는 각종 디스플레이용 터치센서나 전자파 차단용, 필름 안테나 등에 적용할 수 있고, 필름 위나 평판 글래스 위에 모두 성형이 가능하다고 한다. 일부 기업에서는 구리의 단점 중 하나인 구리(Copper) 자체에서 유발되는 반사량을 줄이기 위해 흑화 처리를 양면 또는 단면으로 해주는 것이 가능하다는 점을 홍보하고 있었다.
2. 가스 배리어 필름 (Packaging용, 전자 디바이스용)
기체 차단을 위한 필름 개발은 자원 및 에너지 절감 등에 대한 산업계의 요구에 의해 주로 식품 포장용으로 사용되어 왔고, 투명성과 기체 차단성 향상을 위해 꾸준한 기술개발이 이루어져왔다. 하지만 최근 디스플레이 분야에서 판유리가 아닌 플라스틱 필름을 기반으로 액정 표시패널 또는 유기발광 다이오드(OLED) 등을 이용한 개발이 가시화되면서, 기존 제품보다는 훨씬 높은 기체 차단성을 요구하고 있다.
실제 식품포장용으로 사용되기 위해서는 수분투과율을 기준으로 1~10-1g/m2·day 수준으로 했을 때 차단성이 충분했지만, OLED를 적용한 디스플레이에 사용되기 위해서는 10-5~10-6g/m2·day 수준의 높은 수분 차단성과 높은 가시광 투과율이 필요하다고 알려져 있다. 이런 성능을 달성하기 위해서는 기존에 적용되는 PVDC, EVOH, PE 등을 이용한 고분자 적층 필름이나, PP 또는 PET 등의 기재 필름 위에 단순 알루미늄 증착 등의 방법으로는 구현이 불가능하며, 기재 및 유·무기 적층을 통한 고정밀 코팅 기술과 이를 위한 별도의 하드웨어 구축이 요구된다.
플렉시블 디스플레이 외에도 OLED 조명 및 유연한 태양전지 등의 차세대 제품군에 있어서도 하이 배리어(High barrier) 필름의 적용은 필수적이며, 최근에는 양자점을 적용한 LCD TV가 출시됨에 따라 양자점 필름의 보호를 목적으로 중간 성능 10-2~10-3g/m2·day 의 기체 차단 필름이 적용되고 있다.
높은 수준의 기체 차단성을 만족하기 위해서는 기재 필름의 선정과 코팅재, 모폴로지, 투명 무기박막의 형성, 측정방법 개발 등 다양한 분야에서의 종합적인 기술개발이 필요하다.
2.1 Kuraray사 식품 포장용 필름
식품 포장용 배리어 필름으로 ‘Kura-ray’란 회사에서 가장 큰 규모로 부스를 열고 있었다. 이 회사에서는 Ethyle-nevinylalcohol 공중합체(EVOH) 플라스틱을 기반으로 ‘EVAL’이란 가스 배리어 단층 필름을 소개하고 있었으며, 실제 포장용기에 적용하기 위해 다른 종류의 필름 또는 종이와 라미네이팅 시킴으로써 최종 기체 차단성을 부여하고 있었다. 특징으로는 기체 차단성, 보향성(향기 유지), 내용제성, 열차단성, 비흡착성 등이 우수하다는 점과, 뛰어난 Heat sealing 성으로 식품용기 중 ‘Retort(레토르트)’ 분야에 적용이 가능하다는 점이 있다. 또한 이 필름들은 가스 차단성이 뛰어날 뿐만 아니라 가스 투과로 인한 라미네이트 층의 박리가 거의 일어나지 않는다는 장점과 함께, 식품용기 외에 방충제, 의약품 등의 포장재 용도로도 널리 사용되고 있다.
또한 PET나 나일론(ONy) 필름을 기재로 하고, Wet 코팅법을 활용하여 상품명 ‘클라리스타’란 배리어 필름을 개발하여 판매하고 있으며, 용도별로 계속 성능을 업그레이드 하고 있었다. 기존의 식품용 배리어 필름 외에 최근에는 진공 단열판(VIP)에 사용되는 배리어 필름이나, 의약품 포장용, 전자부품 포장용, 잉크카트리지 포장용 등으로 응용범위를 확대하고 있고, OLED 및 태양전지 등의 디바이스에 적용이 가능한 하이 배리어 필름을 개발하기 위해 노력하고 있다(모델명 : 클라리스타 C → 클라리스타 CW). 클라리스타 CW의 경우, 25㎛ 두께의 PET 필름기재 양면에 배리어층을 형성한 필름으로써 수분투과율(WVTR)이 8×10-3g/m2·day 수준의 높은 성능을 보이며, 태양전지의 전면판 배리어용으로 적용되고 있다고 한다. Kuraray의 EVAL 사업부에서는 연구개발과 기술 서비스를 위해 일본, 미국, 벨기에 등에 3개의 해외 거점을 운영하고 있고, 여기에서 배리어 소재 및 패키지 개발을 위해 가공 시험, 분석 등의 업무를 병행하고 있다.
2.2 DNP(Dai Nippon Printing) 배리어 필름 필름
IB-Film이란 브랜드로 포장용 필름 분야에서 전통적으로 우세한 ‘DNP’에서 올해도 어김없이 해당 제품을 홍보하였다. 금년에 특이한 점으로는 Wet 코팅 기반의 유기막 코팅으로 높은 수준의 배리어 성능을 갖는 필름을 개발 중이었으며, 특히 불소계 유기막 코팅을 통해 발수 성능과 방오 성능을 함께 구현한 제품을 출품하였다. 이 필름의 경우 10-1~10-2g/m2·day 수준의 수분투과율(WVTR) 성능을 보였고, 더 높은 수준의 배리어 성능을 갖는 디바이스용 필름을 ‘롤투롤 CVD’ 장비를 활용하여 개발하고 있었다. 이 외에 전통적인 브랜드인 IB-Film으로 식품 포장용, 의약품, 산업용 포장제로 접목이 가능한 다양한 그레이드의 필름을 준비하고 있으며, 최근에는 전자 제품 포장용으로 사용 가능한 하이 배리어 필름도 개발을 진행 중이었다. 하이 배리어의 경우 폭 1m 이상 대응이 가능하고, 10-3~10-4g/m2·day 수준의 필름을 향후 1~2년 내에 개발할 계획이라 한다.
2.3 Toppan 배리어 필름
GL 시리즈로 유명한 ‘Toppan’ 사도 다양한 용도 전개와 함께 배리어 필름을 소개하고 있었다. GL필름(Good Layer Film) 시리즈는 세계 최고 수준의 배리어 성능과 용도를 갖는 투명 배리어 필름이며, Toppan 자체의 투명 증착 및 코팅기술에 기반한 필름이고, 세계 45개국으로 수출되고 있다.
구조는 PET필름 기재 위에 증착을 이용한 배리어층과 그 위에 Wet 코팅 배리어막으로 이루어진 3층 구조를 갖고 있고, 용도에 따른 구조 변화도 가능하다. 증착층으로는 AlOx 또는 SiOx 박막이 사용되며, 특히 Toppan의 배리어 필름은 메탈을 사용하지 않기 때문에 마이크로 오븐이나 RFID 용도로 사용이 가능하고, 소각 중 염소(Chlorine)가 발생하지 않는 장점이 있다.
또한 기타 PET필름 위에 PVDC가 코팅된 배리어 필름과, EVOH를 활용한 배리어 필름대비 온도 및 습도 의존성이 매우 낮고, 증착막을 활용한 우수한 배리어 성능을 포함하기 때문에 장기간 사용 후에도 품질이 우수하다는 장점이 있다. 이 외에도 PET 필름 위에 아크릴산계 수지를 코팅하여 고객사 공정인 살균·처리 중 발생하는 열과 수분에 의해 배리어 층이 형성되는 ‘BESELA’란 신제품을 전시하고 있었다. [그림 7]에 전시 중인 ‘Toppan’사의 기체 차단 필름 사진을 나타내었다.
2.4 식품 포장용 배리어 필름 수지(재료)
일본합성화학(Nippon Gohsei)에서는 ‘Ethylen-vinyl alcohol’공중합체 수지를 ‘Soarnol’이란 상품명으로 전시하고 있었다. EVOH는 PC나 PP, PET, ONy 필름 등의 다른 고분자 소재대비 산소투과도가 현저히 낮고, 소각할 때 유해성 가스가 발생하지 않으며, 연소열도 PE의 절반 정도 수준으로 환경 친화적인 물질이다. 또한 PE(Polyethylene)와 공압출(Co-extrusion) 가공성이 우수하기 때문에 다양한 용도의 포장용으로 가공이 가능하다. 산소 차단성은 에틸렌 함량에 의해 달라지며 에틸렌 함량이 낮을수록 OTR(산소투과도)이 낮아지고, 기계적 특성이 좋아지지만, 용융(melting) 및 결정화 온도가 높아져서 가공성이 떨어지고, 재료 자체의 특성으로 인해 사용 환경의 상대습도가 높을수록 산소 차단성이 급격히 저하되는 단점이 있다.
[그림 8]에서와 같이 일본합성화학사에서 제작한 EVOH 필름의 산소 차단 능력은 일반적인 습도 환경에서는 다른 플라스틱 기재보다 훨씬 높은 성능을 보여주고 있지만, 80%RH이상의 고습 조건에서는 산소투과도가 높아지는 것을 알 수 있다.
2.5 기타(필름 & 장비)
‘(주)REIKO’에서는 증착기술과 습식코팅기술을 기반으로 10-1g/m2·day 수준의 패키징용 필름과, PE-CVD를 이용하여 10-5g/m2·day 수준의 광폭 + 고투명 하이 배리어 필름을 전시하였다.
또한 도레이(TORAY) 엔지니어링사에서는 자사에서 개발한 폭 1,400mm 코팅 드럼과 총 4개의 플라즈마 소스가 장착되어 있는 롤투롤 CVD 장비를 이용하여 SiOC, SiOx 박막을 교차 적층한 제품을 선보였다. 이 제품의 경우 총 6층의 박막 적층 시 10-5g/m2·day 수준의 높은 배리어 성능과 벤딩 시험 후에도 양호한 성능을 유지하였다.
‘데이진(Teijin)’에서는 OLED 조명으로 사용되는 자체 생산 PEN필름을 이용하여 유무기 하이브리드 다층 구조의 배리어 필름을 선보였다. 특히 PEN 필름에 ‘나카이(NAKAI)’사에서 개발한 고경도 코팅층을 접목하여 표면경도 및 벤딩특성, 내지문방지, 러빙 특성을 향상시킨 제품을 전시한 점이 흥미롭다.
3. 자동차 내·외장용 코팅 (코팅재 및 응용 필름)
최근 많은 각광을 받고 있는 자동차용 디스플레이의 기능성 필름과 여러 내장재 및 외장재 부품용 하드코팅 재료에 대한 전시도 볼 수 있었다. 특히 디지털 계기판을 사용하는 운전자에게 상호 작용이 원활하고 생활 주기에 맞는 맞춤화된 사용자 경험을 제공하기 위해서 아날로그 계기판들로 이루어져 있던 기존의 대시보드가 디지털 화면으로 변경되는 추세가 고급형 차량부터 시도되고 있다. 최근에는 사용자가 원하는 형태의 계기판을 선택하거나, 운전자에게 맞는 디지털 대시보드도 선보이고 있다.
네비게이션을 포함한 CID(Center Information Display)는 대시보드 중앙에 위치하여 운전자/탑승자에게 차량 운행 정보뿐만 아니라 엔터테인먼트를 제공한다. 계기판(Cluster)의 경우, 주행에 필수적인 정보를 기존 아날로그 형식에서 LCD 디지털 형태로 탑재하여 보다 많은 정보를 제공할 수 있는 디스플레이로 진화하고 있다. RSE(Rear Seat Entertainment) 디스플레이는 뒷좌석 탑승자에게 주행 정보와 엔터테인먼트를 함께 제공할 수 있는 디스플레이로써 최근 고급 차종에 LCD 타입으로 적용되고 있다(심층보고서, 2016.02).
이런 디스플레이의 경우 외광이 강한 자동차 실내 환경을 감안할 때 반사로 인한 시인성의 저하가 문제될 가능성이 높고, 특히 자동차 내부와 같은 가혹한 환경에서 견딜 수 있는 고 신뢰성 품질을 겸비한 광학 필름이 요구된다. 이런 차량용 디스플레이는 고급차를 중심으로 2018년부터 본격적인 공급 개시가 일어날 것으로 예측된다.
3.1 NIDEK(니덱) 하드코팅 용액 및 반사방지(AR) 코팅
니덱사에서는 최근 많은 관심을 끌고 있는 자동차에 적용될 수 있는 다양한 코팅소재를 소개하고 있었고, 특히 하드코팅 소재와 반사방지 필름을 강조하여 전시 중이었다. 자동차에 적용되는 코팅소재로, 크게 ①엠블럼 및 센서용 하드코팅 ②선루프의 실내면에 적용되는 하드코팅 ③카메라 렌즈 ④백미러 및 하프미러 코팅용 소재 ⑤헤드라이트 커버용 하드코트 ⑥계기판용 하드코팅 및 반사 방지층 ⑦도어 손잡이용 하드코트 ⑧금속 Wheel에 적용되는 하드코트 ⑨실내 장식용 필름의 하드코트 등을 소개하고 있었다.
니덱의 하드코팅 용액은 ‘Acier’란 상품명을 갖고 있으며, 고경도 및 내마찰성과 방오성을 겸비한 코팅용액으로 소개되고 있다. 이 외에 외광에 의한 반사를 저감시키고, 높은 투과율을 실현할 수 있는 반사방지(AR)코팅 시트인 ‘Lequa-Dry’를 소개하고 있는데, 이 소재는 진공 증착기술에 적용되는 소재로써 Glass와 PMMA sheet, PET, 각종 렌즈 등의 반사방지 코팅에 유리하고, 의료용, 디스플레이 전면판, 차량용 디스플레이의 전면 코팅에 활용이 가능하다고 한다.
특히 니덱의 경우, 차량용이나 해양전자기기 등의 디스플레이에 적용될 수 있는 고내구성의 반사방지(AR)코팅을 신규 개발하고 있고, 개발된 제품이 UV 조사나 염수 스프레이(Salt water spray) 등에 대해 고 내구성을 갖는 등, 매우 우수한 품질을 자랑하고 있다. 증착용 AR코팅 외에 저가로 구현할 수 있는 Wet AR 코팅도 가능하며, Sheet 타입으로 최대 1,400mm×1,200mm 사이즈까지 양면, 단면으로 AR 처리가 가능하다고 한다.
최근 차량에 적용되는 디스플레이가 많아지고 있고, 특히 고내구성의 필름 채택이 많아지면서, 국내 기업 및 연구소의 관심이 필요할 것으로 보여진다.
3.2 니쇼(Nissho) 코퍼레이션
ITO, 점접착 필름 분야의 세계적인 기업인 니또덴코의 자회사로서 재작년에 이어 다양한 차량용 부재 필름을 선보이고 있었다. 특히 글래스 및 필름의 3차원 성형 기술을 확보하고, 여기에 다양한 표면처리를 시행한 시트를 제작하고 있다. 특히 Film insert 몰딩법의 가식기술, 압축성형기술과 금형 AG(Anti Glare) 전사기술(Spot-AG처리), Insert film 표면처리(AG, AR, AS, 고경도, 내마찰성 등) 기술을 홍보하였으며, 차량용 디스플레이뿐만 아니라 장식용(Decoration) 시트 및 이를 위한 앙카(Anchor)코팅, 착색코팅, 점/접착 코팅을 접목한 다층 시트들이 흥미를 끌고 있다. 이에 대한 사진을 [그림 10]에 나타내었다.
당사에서는 또한 양면테이프를 특수 프레스 가공에 의해 3차원으로 가공하는 것이 가능하고, 의장성을 향상시키기 위해 데코시트 또는 인공가죽 등과 결합하여 스티커 형태의 시트로도 제작하고 있었다. 이 기술에 대해서는 특허 출원 중이라 한다.
3.3 Panasonic(파나소닉) 코팅소재 / Toppan AR 필름
‘파나소닉’에서는 반사방지 코팅을 위한 저굴절 코팅재(Low refractive index coating materials)와 자동차 차체에 적용될 수 있는 발수성이 우수한 코팅재, 자동차 윈도우 또는 미러에 적용될 수 있는 Anti-fog(방담) 코팅 소재를 소개하고 있다. ‘Toppan’에서는 주로 액정 디스플레이 편광판용 터치패널의 내면 처리용으로 적용될 수 있는 반사방지 필름을 전시하고 있고, 주로 디스플레이 용도가 대부분이었다. 특히 최근 눈 건강에 심각한 영향을 주고 있다고 보고되는 Blue light를 차단할 수 있는 ‘Blue-light cut film’을 TAC를 기재필름으로 사용하여 개발하였다고 한다. ‘Toppan’사의 반사방지 필름은 고정세용 또는 일반용 Anti-glare나 Clear 타입의 하드코팅을 적절히 구성하여 용도별로 다양한 그레이드에 적용되고 있었다.
3.4 TOYO CHEM(자동차 내장재 필름)
도요잉크 그룹의 ‘도요켐’에서는 고유의 잉크기술을 기반으로 성형용 가식필름을 개발하여 전시하고 있었다. 해당 필름은 같은 그룹에서 생산한 CNT를 사용하여 짙은 흑색 및 윤기가 있는 피아노블랙 색상을 구현하였고, 연신율이 100%로 성형성과 내구성을 겸비한 필름이었다. 구조는 열가소성 PMMA 필름기재에 상층은 기능성 하드코팅층을, 하층에는 CNT분산 코팅층을 형성하고, 이어서 카본블랙이 분산된 점착제를 연속적으로 형성하고 있다. 이렇게 제조된 필름은 카본블랙만으로 제조된 필름보다 L*과 b* 값이 낮아서 훨씬 더 짙은 느낌의 고급 블랙을 구현할 수 있다고 한다.
4. 고경도 하드코팅
디스플레이의 유연화(Flexible화)가 진행되면서 커버글래스를 대체할 수 있는 필름 개발이 기능성 필름 업계에서 큰 화두가 되고 있다. 그 동안 필름 표면의 글래스화 및 유연성 확보를 위해 유무기 하이브리드화를 통한 개발이 주를 이루었고, 이 외에 여러 무기 입자 혼입을 통한 경도 향상이나 기재의 변경, 첨가제 적용 등 다양한 방법이 연구 개발되었다. 올해는 작년만큼의 관심은 아니었지만, 역시 여러 기업에서 기술력을 소개하고 있고, 이중 두 가지 제품을 소개한다.
4.1 나카이(NAKAI) 공업
나카이공업에서 작년에 이어 고경도 하드코팅 필름 라인업을 홍보하고 있었다. 표면경도(Surface Hardness / Pencil hardness)면에서 2H~9H까지 4가지 그레이드를 구비하고 있었고, 9H의 성능을 갖는 필름의 경우 ‘개발품’의 명칭을 계속 사용하는 것으로 보아 아직 양산 진행은 못하고 있는 것으로 보여진다. 하지만 굴곡 반경(하드코팅면이 안쪽에 있을 때 Bending 시험)이 2mm 수준으로 매우 양호하며, 내지문 특성 및 Curl 특성 모두 양호하다는 점은 관심을 끌기 충분하다.
4.2 솔립기술(Solip Tech) – 2016년 참가
국내 KAIST 연구실에서 창업하여 활동중인 ‘솔립기술’이 최고 수준의 하드코팅 용액을 전시하고 있었다. 유리만큼 단단한 표면 경도에 플라스틱 같은 유연성(Flexibility)과 강도(Unbreakability)를 겸비한 코팅액으로써, 최고 9H의 성능을 구현하기 위해서는 30㎛ 이상의 코팅 두께가 필요하다고 한다. Foldable한 스마트폰의 Cover window용으로 활용이 가능하며 1mm 반경의 만드렐(Mandrel) 시험에도 코팅막이 깨지지 않는 유연성을 보여주었고, 관람객들에게 직접 시연할 기회도 제공하고 있었다.
5. 기타 전자재료·산업용 필름
디스플레이 산업의 포화가 심해지면서, 그 동안 디스플레이를 기반으로 기술적 발전을 지속해온 기능성 필름이 산업용, 자동차용 등 기존의 디스플레이의 축에서 벗어나 새로운 방향 전환을 시도하고 있다. 앞서 설명한 아이템 이외에 흥미로운 제품군을 몇 가지 요약 정리한다.
5.1 채광 필름(Lightening Film)
기존 창문(Window)에 간단하게 붙여서 실내로 유입되는 광량을 높일 수 있는 필름으로, 그만큼 실내 조도 유지를 위한 에너지를 저감시킬 수 있고, 건강에도 도움이 된다고 한다. 에너지 저감을 위한 필름으로 용도가 넓어질 수 있을 것으로 보인다.
5.2 LED 램프용 필름
‘GOYO Paper’사에서는 다양한 마이크로 패턴 필름을 전시하고 있고, 그 중 점광원인 LED 램프의 형태를 가려 직선광으로 인한 눈 건강을 지켜주는 LED용 확산 필름을 전시하고 있었다. 이런 필름들의 표면은 다양한 마이크로 패턴이 성형된 구조를 갖고 있고, LED에서 나오는 빛의 양을 증폭시킬 수 있는 Light Extraction 필름의 설계도 가능하다고 한다.
5.3 센서용 필름 및 모니터링 시스템
‘니샤(Nissha)’에서는 옥외환경 모니터링 시스템을 전시하였는데, 해당 부스에는 농장 환경을 원거리에서 모니터링할 수 있는 시스템과 여기에 들어가는 다양한 센서들을 전시하고 있었다. 또 사무실 또는 회의실의 센싱(Sensing)을 통해 보다 쾌적하고 안전한 환경을 제공하는 Indoor 모니터링 시스템도 흥미로웠다. 특히 배터리가 필요 없는 사양으로 별도의 와이어링(Wiring) 없이 부착도 쉬운 센서들을 소개하고 있는데, 실내에 사람이 있는지 여부와 조도 및 온습도, CO2 농도를 감별할 수 있는 센서들을 예로 들 수 있다.
또한 ‘Toppan’사에서는 습도 응답성 컬러필름과, 호흡 규칙성 및 심전도 등을 체크 할 수 있는 생체센서 (Biological sensor)가 장착된 매트 등 호기심을 끄는 아이디어성 제품과 다양한 센서용 필름들을 소개하고 있었다.
5.4 기타 디스플레이 및 전자정보용 필름
‘DNP’에서는 전기전도도와 투명성을 동시에 향상시킨 ITO 대체용 은 나노와이어 필름을 포함해 Super wearable 하드코팅, 편광판을 이용한 스마트 윈도우 창호를 개발하고 있었다. ‘REIKO’사는 은을 이용하여 휴대폰용, 디지털 카메라 등에 응용할 수 있는 ‘Luiremirror 75w05’란 모델의 고반사 필름을 전시하고 있고 구조는 다음과 같다.
※ PET(50um)/Adhesive layer/Top coat layer/Ag layer/Anchor coat layer/PET(25um) 이 외에 Bead 코팅기술을 이용하여 Anti-glare와 Anti-reflective 필름을 개발하고 있었다. (※Anti-reflective coating 구조 : Top coat layer/Anti-reflection coat layer/Hard coat layer/Base film/Printable layer)
Ⅲ. 결론 및 제언
지금까지 2017년 동경 빅사이트에서 개최된 “FilmTech” 전시회를 중심으로 한 기능성 필름의 기술 동향을 살펴보았다. 예년대비 금번 전시회에 참여한 기업과 관람객 수가 더 증가한 것을 볼 때, 비록 디스플레이 경기의 하락과 맞물려 필름과 코팅 관련 기업들이 어려움을 겪고 있지만 신사업 및 신기술 발굴을 위한 기업의 니즈는 커지고 있고, 기술 융합을 통한 신규 용도 발굴을 위해 적극적으로 뛰고 있다는 것을 알 수 있다. 국내 대기업들의 전시회 참가는 거의 없고, 대신 중소기업을 위주로 몇몇 기업에서 부스를 오픈하고 있었다.
은 나노와이어(Ag-Nanowire) 및 도전성 폴리머, 메탈 메쉬로 구분되는 ‘투명도전성 코팅’은 여전히 많은 관심을 끌고 있었지만, 이전과 달리 CNT나 그래핀을 이용한 제품 전시는 거의 사라졌고, 특히 2015년까지 CNT를 활용한 투명 도전성 필름을 전시하던 ‘TORAY’도 CNT 응용제품의 홍보 대신 메탈 메쉬를 활용한 투명 도전성 필름을 전시하고 있었다. 전반적으로는 ITO 대체용 투명 도전성 코팅 필름으로는 은 나노와이어와 메쉬 필름이 주류를 유지하고 있었다.
필름 컨버팅 분야에서 많은 관심을 받고 있는 ‘가스 배리어 필름’의 경우 기체 차단 성능별로 식품포장용, 전자제품 포장용, 전자 디바이스용으로 크게 구별할 수 있지만, 상업화는 예상대로 식품 포장용과 일반 산업용에서 활발하게 전개되고 있고, 전자 디바이스용 하이 배리어 필름도 여러 기업에서 연구 개발을 통해 가능성을 타진하고 있었다. 이 외에 자동차 내·외장용 필름에 대한 기업의 관심이 높아지고 있었고, 소형 아이템이긴 하지만, 윈도우용 필름이나 조명용 필름, 기능성 벽지용 코팅재 등 디스플레이가 아닌 산업용으로의 기술도 활발하게 전개되고 있었다.
또한 기존 디스플레이용 필름의 경우, 기업들의 원가 경쟁력 유지가 점점 어려워지면서, 차세대 디스플레이라 할 수 있는 Flexible 디스플레이 대응을 위한 광학 필름 및 배리어 필름과 2차전지, 태양전지 등 신제품 관련된 필름의 개발이 새로운 트렌드로 자리잡고 있었다.
본고를 마치며 필자는 국내의 관련 기업들이 기존의 디스플레이 분야에 과하게 치중되어 있는 사업(+개발) 아이템을 조금씩 탈피하고 자동차용 코팅 소재 및 에너지, 환경, 디자인, 식품(+의약품) 포장, 헬스케어 등 새로운 시대적 요구에 부합하는 다양화된 기술 트렌드의 변화를 빨리 읽고 준비하라 제안하고 싶다. 물론 어려운 사업 환경에서 쉬운 일은 아니지만, 그렇다고 앞으로 디스플레이의 사업 환경이 개선되리라 기대하는 것은 더욱 어려워 보이기 때문이다.
