LCD BLU용 기능성 광학필름 기술개발 동향

한국의 디스플레이 산업 발전은 금성사(현 LG전자)에서 1966년 흑백 CRT TV 생산라인을 구축한 것이 그 시발점이라 할 수 있다. LCD 생산라인은 삼성 SDI가 1987년에 국내 최초로 도입했고, 1995년에 LG-Phillips LCD(현 LG Display)가 LCD 생산라인을 구축함으로써 우리나라 LCD 산업이 본격화 되었다. 그러나 명실공히 최고의 LCD 강국이 되기 위해서는 후방 산업의 동반 성장이 필수적으로 요구되나 장비, 소재, 부품 등의 분야에서는 아직 일본에 절대적인 열세에 있어 관련 산업의 집중 육성이 필요하다.

 

* 사진제공: 다비디스플레이

국내 IT산업 현황

대한민국 IT 산업의 위상은 세계 4위로, 국가 수출 기여도 및 GDP 기여도 측면에서 최고의 위치를 차지하고 있다. 특히 디스플레이 산업의 경우 2002년 이래 세계 1위 생산국으로서 LCD는 세계 시장의 50% 이상을 점유하고 있다.
따라서 관련 산업의 지속적인 경쟁력 확보를 위하여 관련 소재 및 부품, 장비 산업의 동반 성장이 필요하다. 특히 LCD소재의 경우 LCD 시장의 60% 이상을 차지하고 있으나, 세계 시장 점유율은 일본이 여전히 60% 이상을 점유하고 있을 정도로 한국이 열세에 있어 집중 육성이 필요한 분야이다.

 

소재의 중요성

소재는 완제품의 핵심 기초 물질로, 원천 기술 확보가 소재 개발의 핵심이며, 막대한 투자비와 낮은 성공 가능성으로 개발이 쉽지 않으나 디스플레이 산업의 지속적인 경쟁력 확보를 위해서는 필수적인 요소이다.
LCD 산업의 경우 소재의 비중이 60% 이상을 차지하고 있다. LCD는 크게 패널(Panel)부, 구동(Driving Circuit)부, BLU로 구성되어 있으며 BLU 부분의 원가 비중이 30%를 상회할 정도로 중요한 부분이다. 현재까지 BLU용 광학 부품 및 소재의 국산화가 꾸준히 진행되어 향후 대일 무역 적자의 해소에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
그러나 아직 반사필름, 확산판 및 도광판 원료, 반사형 편광필름 등의 국산화율이 현저히 낮아 국내 주요 화학회사들이 지속적으로 부품 소재의 국산화에 매진하고 있다.
특히 코오롱인더스트리와 제일모직 등은 LCD BLU용 광학 부품들을 대부분 국산화함으로써 관련 산업 발전에 크게 기여하고 있다. 핵심 원료인 광학용 PET 필름의 경우 코오롱과 도레이첨단소재가 각각 약 30%, SKC가 약 40%의 시장을 점유함으로써 국내시장의 대부분을 차지했다.
반면 반사필름은 Toray와 Teijin Dupont의 독과점적 시장이며, 이는 화이트 PET 방식의 특허 장벽 때문에 국내기업의 진출이 용이하지 않은 것이 주된 이유이다.

 

LCD BLU용 광학부품

LCD BLU용 광학 부품의 종류는 반사판(Reflector), 도광판(LGP ; Light Guide Plate) 및 확산판(LDP ; Light Diffusion Plate), 램프, 확산필름(Diffusion Sheet), 프리즘 등으로 구성되어 있다. 각 구성 부품의 역할은 간략히 서술하면 다음과 같다.
우선 램프는 LCD의 광원 역할을 하는 중요 부품이다. 램프에서 나오는 빛은 패널 방향으로 진행하여 도광판 혹은 확산판에 도달하게 된다. 패널 반대 방향으로 진행되는 빛은 반사판을 통하여 패널 방향으로 반사되어 빛의 손실을 최소화 한다.
BLU의 종류는 직하형(Direct Type)과 측면형(Side Edge Type)으로 구분되는데 전자는 확산판이 사용되고 후자는 도광판이 사용된다. 도광판은 측면형 BLU에 사용되며 광도파로 역할을 하여야 하므로 플라스틱 중 광 손실이 적고 광투과율이 가장 높은 PMMA가 주로 사용된다. 반면 직하형 BLU에 사용되는 확산판의 경우 빛의 산란을 통하여 휘도 균일성을 유지해야 하므로 일반적으로 PMMA나 폴리카보네이트(PC ; Polycarbonate)등의 매트릭스 수지에 광산란제를 분산시켜 제조된다. 도광판이나 확산판은 램프에서 나오는 선광원을 면광원으로 만들어 주는 역할을 한다.
확산판이나 도광판을 통과한 빛은 확산 필름을 통과하면서 더욱더 향상된 휘도 균일도를 갖게 될 뿐만 아니라 약 10∼20%정도의 휘도가 향상된다. 확산 필름을 통과한 특정 입사각을 가진 빛은 직교된 프리즘을 통과하여 집광되어 평형광을 형성함으로써 확산판만 사용했을 때와 비교하여 60∼80%정도의 휘도가 향상된다. 나머지의 빛은 반사되어 재활용 된다. 이 후 빛은 프리즘 보호필름(Diffuser Up)을 통과하여 완전한 평형광을 형성하게 되어 패널을 통과하게 된다.
추가적인 휘도의 향상을 위하여 LCD TV의 경우 프리즘 대신 DBEF를 사용하게 되는 경우가 많으며, 이 경우 DBEF을 사용하지 않았을 때에 비하여 40% 이상의 휘도의 개선이 있게 된다.

 

- 반사시트
반사시트는 고분자 필름 내부에 미세공극을 형성하여 반사율을 극대화 한 필름이다. 주로 백색PET의 연신공정을 통하여 제조된 반사시트가 많이 사용되고 있다.
이 외에 발포공정을 통하여 제조된 반사시트가 사용되기도 하는데 그 종류로는 후루카와사에서 제조된 PC수지의 초임계 발포를 통하여 제조된 반사시트와 쿠라레이사에서 제조된 압출발포를 통하여 제조된 반사시트도 있다.

 

- 도광판
도광판은 측면형 BLU에 광도파로 물질로 사용되는데, 주로 광학특성이 플라스틱 중 가장 우수한 PMMA를 사용하여 사출공법을 통하여 제조된다. 주로 노트북 PC, 모니터, 소형 모바일 LCD에서 사용되어 왔다.

 

- 확산판
확산판은 직하형 BLU에 주로 사용되어 램프에서 나오는 선광원(혹은 점광원)을 면광원으로 전환시키는 역할을 한다. 확산판은 압출공정을 통하여 제조되며 빛의 산란을 통하여 휘도 균일성을 유지해야 하므로 일반적으로 PMMA나 폴리카보네이트 등의 매트릭스에 광산란제를 분산시켜 제조된다.

 

- 확산필름(확산시트)
확산시트는 광학용 PET필름 위에 수지바인더와 광확산제가 포함된 코팅액을 코팅하여 제조되며, 확산시트를 통과한 빛은 휘도 균일도가 향상된다.

 

- 프리즘 시트
프리즘 시트는 광학용 PET필름 위에 고굴절 수지 조액(고굴절 수지, 광개시제, UV경화제, 등)을 코팅한 후 프리즘 형상이 인각된 롤을 통과시키면서 UV를 조사함으로써 롤에 인각된 프리즘 형상이 PET 필름 위의 조액에 전사, 고착된다. 프리즘을 통과한 빛은 프리즘을 통하여 집광된 후 평형광으로 전환, 휘도가 크게 향상된다.

 

- DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)
DBEF는 현재까지 전 세계적으로 3M사가 독점하고 있는 휘도 향상을 위하여 사용되는 광학필름으로, PEN과 PET-PEN공중합체가 교대로 배치된 수백층 이상의 층을 지닌 다층필름이다. DBEF를 사용한 경우는 사용하지 않은 경우에 비하여 40% 이상의 휘도향상율을 보이므로 주로 LCD TV에 사용되고 있다. 굴절율이 서로 다른 필름이 교대로 배치되어 있어 빛의 전반사가 일어나게 되어 빛의 회수율이 높아지게 된다. 빛이 DBEF를 통과할 때 평면에 수직한 P파는 통과하여 패널로 입사되고, 평면과 수평한 S파는 반사되어 다시 P파로 전환된 빛만 DBEF를 통과하게 되어 빛의 회수를 통한 휘도 향상이 발생하게 된다.

 

LCD BLU용 광학부품의 진화

LCD BLU용 광학부품의 진화 방향을 살펴보면 기능의 복합화를 통한 사용 시트수의 감소와 기능 향상에 의한 휘도 향상의 큰 두 가지 방향으로 전개되고 있다고 말할 수 있다. 물론 이들의 두 변화 방향의 모두가 원가절감이라는 공통의 목적이 있다.
먼저 노트북 PC의 경우는 패턴 도광판과 고객에 따라 특화된 시트의 개발 및 적용, 시트의 수량 감소가 예상되며, 모니터는 노트북PC의 특성과 함께 고반사율의 패턴 시트의 개발 및 적용이 변화의 주된 방향이다. 특히 모니터의 경우는 지속적으로 업그레이드되는 TCO 기준 충족을 위한 개발이 진행될 것으로 예상된다. TV의 경우는 상기의 특성과 함께 고효율의 복합 시트의 개발에 의한 사용 부품수의 감소와 원가절감을 동시에 실현할 수 있는 방향으로 진행될 것으로 예상된다. 이 모든 경우에 공히 성능 향상을 위한 Patterning과 Slim화 작업이 진행될 것으로 보이며, 궁극적으로는 비용 절감과 고성능, Slim화를 달성하기 위한 부품의 통합 과정으로 진행되고 있다.
최종적으로 분야별 기술진화의 방향을 정리하자면 디스플레이의 경우는 Slim & Narrow, 가격 인하, 제품군의 양극화와 통합화가 이루어지고 있다. BLU는 Slim & Narrow와 색 재현율의 향상, 부품과 램프수의 감소, 글로벌 소싱 등의 방향으로 진화가 이루어지고 있으며, 광학 부품의 경우는 고효율과 패터닝, 고객 맞춤형 제품군, 슬림화 및 부품의 복합화 등의 개발이 진행되고 있다.
한편 미래 디스플레이로서 플렉시블 디스플레이가 곧 현실화 될 것으로 판단된다. 플렉시블 디스플레이의 경우 기판으로 플라스틱 필름이 사용될 것으로 추정되며, 디스플레이는 Film Type으로 구기거나 말 수 있어 운반의 편이성과 장소에 구애 받지 않고 사용할 수 있는 방향으로 진화될 것으로 추정된다. 입력 도구는 편리성이 향상된 터치스크린 방식이 주로 사용되고 있으며, 특히 중·소형에서는 주류를 이루고 있다. 향후에는 대형 디스플레이로 응용분야가 더욱 확대될 것으로 기대된다. 전원공급원으로는 플렉시블 유기태양전지 등이 사용될 것으로 판단된다.

 

 

* 본 내용은 지면상의 이유로 재편집되었습니다.
* 출처 :
* 필자 : 코오롱인더스트리 강충석 / 한국생산기술연구원 이상국, 최경호

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - LCD BLU용 기능성 광학필름 기술개발 동향