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스마트폰·車배터리의 숨겨진 비밀…폴더블폰 흥행 뒤에 특수필름 있다
기사입력 2019-11-18 09:44
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향후 몇 년간 정보통신(IT) 업계에서 가장 뜨거울 제품 중 하나는 폴더블 스마트폰이다.

삼성전자가 최근 ‘삼성 개발자 콘퍼런스’에서 갤럭시폴드에 이어 가로로 접어 위아래로 만나는 형태 ‘클램셸 폴더블’을 선보이면서 폴더블의 다양한 디자인에 관심이 쏠린다.


현재 시중에 나와 있는 폴더블폰은 안으로 접는 ‘갤럭시폴드’가 사실상 유일하다.

하지만 주요 기업이 특허를 내놓은 디자인을 보면 향후 폴더블폰 미래를 짐작할 수 있다.

삼성전자는 두 번 접히는 특허를 비롯해 두루마리처럼 돌돌 마는 ‘롤러블’ 형태의 디자인도 특허로 내놨다.

디스플레이를 직육면체 형태로 접는 디자인 특허가 나오는가 하면 태블릿처럼 펼쳐진 디스플레이를 3번 접어 화면을 4개로 분할하는 형태 디자인도 눈길을 끈다.


폴더블과 같이 무언가를 접을 수 있게 하는 데 빠지지 않고 등장하는 소재가 있다.

바로 특수필름이다.

요즘 IT 업계에서는 폴더블폰을 구현할 때 핵심이 되는 특수필름에 대한 관심이 늘어나고 있다.


SKC 천안사업장에서 한 직원이 생산 중인 필름의 두께와 투과율 등을 검사하고 있다.

<SKC 제공>

▶특수필름, 왜 쓰일까
▷튼튼하고 가볍고 유연해
상상해보자. 과자 봉지를 종이로 만든다면 어떨까. 보관을 잘못하면 내용물이 눅눅해지거나 봉지가 쉽게 찢어질 터다.

물론 박스 포장된 과자도 있다.

하지만 박스 안에 그냥 과자가 들어 있는 것이 아니라 어김없이 특수하게 만들어진 봉지에 싸여 있다.


과자 봉지는 수분에 견딜 수 있고 공기도 통하지 않아야 한다.

그래야 과자를 잘 보관할 수 있다.

또한 가볍고 유연하고 튼튼하면서도 질겨야 한다.

조건이 꽤 까다롭다.

과자 봉지에 가장 적합한 물질이 바로 필름이다.

필름은 석유화학제품인 합성수지를 시트 형태로 얇게 펼쳐 만든다.


일상생활에서 사용하는 과자 봉지는 매우 흔하고 바로 쓰레기봉투에 버려진다.

특별할 것이 없다.

하지만 과자 봉지 같은 필름을 조금만 응용하면 수만 가지 산업에 쓸 수 있다.

식품은 말할 것도 없고 스마트폰 같은 전자제품은 물론 요즘 뜨는 전기차 배터리, 태양광, 자동차 등에 없어서는 안 될 핵심 소재다.


물론 과자 봉지와 같은 재료로 만들어지는 것은 아니다.

특수필름은 원재료에 따라 나일론 필름부터 시작해 PET(폴리에스테르) 필름, PP(폴리프로필렌) 필름 등 종류가 다양하다.


여러 특수필름 중 요즘 가장 뜨거운 소재는 바로 ‘투명폴리이미드(CPI) 필름’이다.

앞서 말한 폴더블폰이나 돌돌 말았다 펼 수 있는 롤러블 TV 등에 쓰인다.


CPI 필름은 유리처럼 표면이 딱딱하고 투명하면서도 수십만 번 접었다 펼 수 있는 특성이 있다.

접었다 펼 수 있는 특성을 가진 물질은 여럿 있다.

울트라신 글라스는 유리로 폴더블 특성을 구현할 수 있는 물질로 평가받는다.

하지만 아직 생산 비용이나 수율(공정에서 생산된 제품 중 양품의 비율) 측면에서 여의치 않아 양산 단계에 이르지 못했다.

현재 개발 중인 폴더블폰에는 대부분 CPI 필름이 쓰인다.


CPI 필름은 황갈색인 폴리이미드(PI) 필름에서 색을 빼 투명하게 만들고 경도 등 물성을 개선해 만든다.

이조차 쉽지만은 않은 기술이다.

무엇보다 딱딱한 성질을 갖고 있음에도 유연하게 접었다 펼 수 있게 만드는 작업이 어렵다.

투명한 특성 역시 구현하기 쉽지 않다.

딱딱하게 만들려면 분자구조가 강해야 한다.

그럼, 색이 진해진다.

또 잘 접을 수 있으려면 분자구조를 유연하게 해야 하는데 특성이 완전히 반대다 보니 만들어내는 것이 보통 일이 아니다.


이 때문에 세계적으로 CPI 필름을 만들 수 있는 곳은 얼마 되지 않는다.

삼성전자가 갤럭시폴드를 내놓을 때 1·2·3차에 걸쳐 초도 물량을 나눠 출시하면서 대량 양산을 미뤘던 것도 CPI 필름 공급이 어려웠기 때문이다.


이 시장 최강자는 일본 스미토모다. 삼성전자가 갤럭시폴드를 만들면서 이 소재를 공급받은 곳도 스미토모로 전해진다.


다만 스미토모는 대량 양산 능력을 갖추고 있지는 않다.

폴더블 스마트폰이 늘어나는 상황에서 스미토모 공급량으로는 한계가 있다.


국내에서는 SKC와 코오롱인더스트리의 분전이 눈에 띈다.

코오롱인더스트리는 2016년 8월부터 900억원을 들여서 경북 구미공장에 CPI 필름 양산설비를 구축했고 지난해 상반기에 마무리했다.

3분기 실적 발표회에서 코오롱인더스트리는 “이전까지는 샘플을 공급하는 구조였지만 지금은 양산이 돌아가고 있다”고 밝혔다.


SKC도 곧 시장에 뛰어든다.

SKC 자회사인 SKC하이테크앤마케팅은 진천공장에 CPI 필름 가공설비를 짓는 중이다.

SK이노베이션 자회사인 SK아이이테크놀로지 역시 충북 증평공장에서 올해 안에 CPI 필름 생산에 들어간다.

SKC는 자동차 배터리 분리막 생산 경험으로 쌓은 필름 기술을 적용했다.

이동욱 키움증권 애널리스트는 “SKC는 4분기 시제품 생산에 들어가서 내년 초 상업화가 가능할 전망”이라고 말했다.


지금은 CPI 필름을 사용하는 곳이 폴더블 등으로 제한적이다.

하지만 활용할 수 있는 영역이 무궁무진하다.

플렉시블 투명디스플레이의 OLED 기판, 박막 태양광 패널 기판 등으로 쓸 수 있다.

얇고 가벼우면서도 단단한 특성을 가진 CPI 필름을 이용하면 롤러블 구현이 가능하다.

자유자재로 늘어났다 줄어들었다 하는 특성을 이용하면 자동차나 의류 등 곡면에 부착하는 디스플레이를 만들 수도 있다.



▶다양한 용도로 쓰이는 특수필름
▷IT 업계 넘어 쓰임새 전방위 확산
폴더블 못지않게 관심이 뜨거운 전기차 시장. 전기차 상용화 핵심은 배터리다.

배터리를 얼마나 효율적이면서도 안전하게 관리하느냐가 중요하다.

전기차 배터리에도 특수필름이 쓰인다.


전기차에 사용되는 배터리는 크게 각형, 원통형, 파우치형으로 나뉜다.


이 중 파우치 배터리는 그 형태를 그대로 포장하기 때문에 내부 빈 공간이 없으며 에너지 밀도가 높다.

원통형이나 각형과 달리 유연한 외부 포장재 특성상 다양한 형태로 제작이 가능하다.

파우치 배터리에 사용되는 ‘파우치 필름’ 역시 특수필름의 한 분야다.

주로 2차 전지에 들어가는 파우치 배터리는 8~10개 층을 쌓아 올리는 형태로 파우치 필름을 겹쳐서 만든다.

주머니 모양으로 형성해 양극과 음극, 분리막을 포함한 배터리 셀을 감싸 보호하는 방식이다.

주로 전기자동차와 ESS(에너지저장장치) 등 중대형 배터리에 많이 쓰인다.

전기차에 쓰면 어떤 모양이든 만들 수 있으며 차량 무게가 훨씬 가벼워진다는 장점이 있다.

다만 상대적으로 가격이 비싸고 내구성이 다른 형태 배터리와 비교해 떨어진다.

현대차와 GM, 포드 등이 파우치 배터리를 쓴다.


국내에서는 LG화학SK이노베이션이 파우치 배터리를 생산한다.


파우치 필름은 고도의 기술이 필요한 첨단소재다.

하지만 의외로 익숙한 곳에서 출발했다.

한국에서 파우치 필름을 생산하는 율촌화학은 원래 포장재 전문업체로 신라면 봉지를 생산하던 기업이다.

2000년대 들어 디스플레이 등 전자소재 분야로 영역을 넓혔다.

최근에는 중국 등에 파우치 필름을 수출하기 시작했다.


국내에 율촌화학이 있기는 하지만 파우치 필름 역시 일본 기업이 강세다.

일본 DNP와 쇼와덴코 두 회사가 글로벌 시장점유율 70%를 차지한다.

하지만 일본 수출규제 이후 한국에서도 율촌화학이나 한국알루미늄 같은 기업을 중심으로 적극적으로 양산에 나서고 있다.


5G에도 28㎓ 대역 안테나를 설치할 때 특수한 필름이 사용된다.

바로 액정고분자(LCP) 필름이다.

이 역시 일본 도레이나 무라타 같은 기업이 독점적으로 생산하고 있다.

최근에는 한국 중소기업인 ‘진영글로벌’이 LG전자와 함께 LCP 필름을 대체할 수 있는 기술을 개발해 화제를 모으기도 했다.

진영글로벌은 PCT(폴리사이클로 헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트) 필름을 이용해 5G 고주파용 안테나 전송선을 제작하는 기술을 개발해 현재 테스트를 진행 중이다.

이 역시 특수필름의 한 영역으로 분류할 수 있다.

PCT 필름은 미래 자동차 경량화를 위한 필수 소재 중 하나다.

지금도 자동차용 전선 등 다양한 분야에 활용된다.


[강승태 기자 kangst@mk.co.kr]
[본 기사는 매경이코노미 제2033호 (2019.11.13~2019.11.19일자) 기사입니다]


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