코오롱인더스트리와 SKC가 PI(Polyimide) 필름을 고부가화하기 위해 투명 PI(Colorless PI) 필름을 세계 최초로 상업화한다.
투명 PI필름은 폴더블(Folderable) 및 플렉서블(Flexible) 디스플레이에 투입되는 차세대 디스플레이의 핵심소재로 삼성전자, LG전자 등이 채용을 검토하고 있다.
코오롱인더스트리와 SKC는 폴더블 및 플렉서블 디스플레이 시장이 2018년 이후 연평균 40-50%로 고속 성장해 판매량이 1억대를 넘어설 것으로 예상하고 신규투자를 결정한 것으로 알려졌다.
양사는 합작기업인 SKC코오롱PI에서 PI필름을 생산하고 있으나 투명 PI필름은 독립적으로 생산해 경쟁이 치열해질 것으로 예상되고 있다.
코오롱인더스트리는 2018년 1월31일까지 투명 PI필름 신규설비에 882억원을 투자하며, SKC는 기존 생산설비를 활용해 초기투자비를 최소화할 방침이다.

PI, 공급과잉으로 고부가화 “요구”
PI필름은 중국 및 국내 스마트폰 시장 호조에 따라 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 및 방열시트용 수요가 증가하고 있다.
SKC코오롱PI는 PI필름 생산능력을 8월 2100톤에서 2700톤으로 증설한 후 풀가동을 지속하고 있다.
폴더블 및 플렉서블 스마트폰이 완성단계에 진입했고 2017년 이후 애플이 AM-OLED(Active Matrix-Organic Light Emitting Diode) 패널을 채용함에 따라 FPCB 수요가 증가해 호조세를 이어갈 것으로 예상되고 있다.
SKC코오롱PI는 내수 공급에 이어 수출을 통해 PI필름 사업에서 수익을 창출하고 있으나 중국기업들도 PI필름 시장에 진입할 것으로 예상돼 수익성 악화가 우려되고 있다.
여기에 SKC코오롱PI, Kaneka, Ube, Teijin, DuPont, Taimaide Tech 등 6사를 중심으로 경쟁이 치열해지고 있어 고부가화가 요구되고 있다.
SKC와 코오롱인더스트리는 투명 PI필름을 상업화해 고부가화를 시도할 예정이지만 각자 R&D(연구개발) 투자를 통해 고유의 기술을 확보함에 따라 독립적으로 영업할 방침이다.
SKC 관계자는 “투명 PI필름 사업은 코오롱인더스트리와 SKC가 SKC코오롱PI 합작 계약서에 독립적으로 운영한다는 예외규정을 명시해 합작사업과 무관하게 각자 상업화를 추진하고 있다”고 밝혔다.

SKC·코오롱, 연이은 상업화 “발표”
코오롱인더스트리와 SKC가 연이어 투명 PI필름을 상업화한다고 발표해 주목된다.
코오롱인더스트리는 차세대 디스플레이 시장을 공략하기 위해 2018년 1월31일까지 투명 PI필름 생산설비에 882억원을 투자할 계획이라고 2016년 8월1일 발표했다.
특히, 그동안 신규사업을 추진해도 단독적으로 투자설명회를 추진하지 않았던 것과 대조적으로 대대적으로 발표해 주목되고 있다.
계열사인 코오롱플래스틱이 사업설명회와 함께 BASF와 함께 POM(Polyacetal) 합작 사업 세부 추진계획을 발표한 반면 코오롱인더스트리는 2016년 2/4분기 영업실적에 대한 언급 없이 투명 PI필름 사업 추진계획에만 집중했다.
2016년 10월11일에는 경북도청과 투명 PI필름 사업에 투자한다는 양해각서를 체결하면서 매출 2000억원을 달성할 계획이라고 밝혔다. 1개 라인을 선제적으로 투자하고 시장의 트렌드 변화에 따라 2·3호 라인을 증설할 방침이다.
생산능력은 600톤 수준으로 추정되고 있으며 2018년 상반기에 상업화하며 초기 판매량은 300톤으로 계획하고 있다.
코오롱인더스트리는 투명 PI의 응용분야 확대를 위해 2010년부터 국책과제를 통해 고내열 투명 PI 액상소재를 국산화하기 위한 R&D를 계속하고 있다.
SKC는 2016년 8월8일 기존 SKC코오롱PI 생산설비를 활용해 투자비용을 최소화해 2017년 하반기 양산하며 시장이 형성되면 라인 증설을 위해 300억-400억원을 투자한다고 밝혔다.
투자비용은 코오롱인더스트리에 비해 절반 수준에 불과하나 SKC코오롱PI의 기존 설비를 활용함에 따라 투자비용을 최소화할 수 있었던 것으로 파악되고 있다.

코오롱인더스트리, 신규 중합공정 “차별화”
투명 PI필름은 PI필름 고유의 황색을 제거하는데 성공하면서 상업화를 시도할 수 있었던 것으로 파악되고 있다.
PI필름은 벤젠(Benzene)의 파이전자들이 결합하면서 일부 가시광선을 흡수해 황색을 띄는 것으로 알려졌다.
코오롱인더스트리와 SKC는 PI 중합공정에서 트리플루오로메틸(Trifluoromethyl)계, 술폰(Sulfone)계, 에테르(Ether)계 등 전기음성도가 강한 원소를 투입해 파이전자를 억제하거나 벤젠 대신 사이클로올레핀(Cycloolefin) 구조로 대체해 투명 PI필름을 개발한 것으로 파악되고 있다.
투명 PI필름은 무수물과 아민(Amine)을 DMAc(N,N-dimethylacetamide), DMF(Dimethylformamide). NMP (N-methyl-1-2-pyrrolidone), m-Cresol 등 용매에 녹여 PAA(Polyamic Acid) 용액을 제조하고 가열 및 탈수공정을 통해 완제품을 생산할 것으로 예상되고 있다.
특히, 코오롱인더스트리는 전기음성도가 강한 원소를 투입해 투명 PI필름을 제조한 특허를 2016년 3월7일 등록함으로써 트리플루오로메틸계, 술폰계, 에테르계 등을 채용할 가능성이 높아지고 있다.
투명 PI필름은 불소로 치환하는 상업화 연구가 지속됐고 가격이 너무 높아 불소를 대체할 수 있는 술폰계 CPI가 불소계 고분자에 상응해 대체 소재로 급부상했으나 코오롱인더스트리는 트리플루오로메틸벤지딘(Trifluoromethylbenzidine)을 투입해 연구한 것으로 알려졌다.
탈수공정은 150-300℃로 가열하는 열적이미드화법, Acetic Anhydride/Pyridine 촉매제를 첨가하는 화학적이미드화법, 물 또는 솔벤트 등 부용매에 PAA를 투입해 침전시키는 재침법, 중합반응을 디아민 대신 Diisocyanate로 중합한 후 120℃로 가열하는 이소시아네이트(Isocyanate)법으로 구분하고 있다.
열적 이미드화는 결정화도가 높고 아미드(Amide)계 용제를 사용하면 교환 반응이 발생해 중합체가 분해될 수 있는 단점이 있다.
화학적 이미드화는 PAA 용액에 탈수제를 첨가해 필름으로 제막하거나 필름을 탈수제 용액에 침적해 수율이 높으나 탈수 촉매 가격이 비싸고 공정이 복잡해 코스트 비용이 높은 것으로 알려졌다.
재침법은 과량의 용매(Solvent)를 투입해 침전된 PAA를 얻으며 재침용제는 물을 사용하지만 재침 전에는 톨루엔(Toluene), 에테르 등 유기 용매를 투입하고 있다.
이소시아네이트법은 디아민 대신 Diisocyanate를 단량체로 사용하며 단량체 화합물을 120도 이상의 온도로 가열하면 이산화탄소(CO2) 가스가 발생하면서 PI가 생산되지만 Diisocyanate가 고가이어서 상업화가 어려운 것으로 파악되고 있다.
범용 PI는 화학적이미드화와 열적이미드화법을 동시에 사용했으며 투명 PI필름도 열적 및 화학적이미드법을 병용할 것으로 예상되고 있다.
SKC는 기존 SKC코오롱PI 설비를 그대로 사용하기 때문에 열적 및 화학적이미드화를 동시에 사용하며 코오롱인더스트리도 최근 투명 PI필름 특허에서 열적이미드화와 화학적이미드화를 병용한다고 언급하고 있다.

코오롱·SKC, 투명 PI필름 상업화 “신경전”
코오롱인더스트리와 SKC는 투명 PI필름 상업화 이전부터 신경전을 벌이고 있다.
코오롱인더스트리 박동문 사장은 “SKC는 SKC코오롱PI 생산설비를 그대로 활용하는 이상 하드코팅까지 필요한 투명 PI필름을 삼성 및 LG가 요구하는 수준으로 생산하기 어려울 것”이라고 주장했다.
코오롱인더스트리는 사업설명회에서도 “코오롱인더스트리의 투명 PI필름이 폴더블 테스트인 폴딩횟수에서 20만번 이상을 넘어선 반면 SKC 생산제품은 10만번에 불과했다”며 수요기업들이 15만번 이상의 유지력을 원하고 있어 품질에서 우위를 점할 것”이라고 밝혔다.
SKC 관계자는 “2016년 2/4분기 사업설명회에서 담당자가 신규투자 사업에 대해 언급한 것이 와전됐다”며 “수요기업이 원하는 품질이 15만번인 것도 확실하지 않지만 SKC도 수요기업이 요구하는 폴더블 테스트에 통과해 전혀 문제가 없다”고 반박했다.
코오롱인더스트리는 국내외로 특허 출현 및 등록을 마쳤고 투명PI 관련 생산특허의 90%를 장악하고 있다고 밝혀 새로운 조성의 투명 PI필름을 개발하기 어려울 것으로 예상하고 있다.
SKC는 PI필름 관련 특허가 2008년 이후 4개에 불과한 것으로 파악되고 있다.
코오롱인더스트리 투명 PI필름 사업 강충석 상무는 상업화 발표에서 “지분을 보유하고 있는 SKC코오롱PI의 생산설비를 활용할 수 있다면 별도의 설비투자가 필요하지 않았다”며 “PI와 투명 PI는 구성물질이 달라 생산설비를 동일하게 유지할 수 없다”고 밝혔다.
SKC 관계자는 “기존 기술을 업그레이드시키는 수준으로도 상업화가 가능하다”며 “자체 신규투자로는 최소 400억원이 필요하지만 투자비 절감을 위해 SKC코오롱PI에게 OEM(위탁생산)을 통해 상업화할 예정”이라고 반박했다
반면, 코오롱인더스트리는 900억원에 가까운 투자비용을 확보하기 위해 카프로 지분 8.25%를 2016년 8월 매각했다.

투명 PI, 삼성·LG 의존 “한계”
투명 PI필름 수요는 플렉서블 및 폴더블 디스플레이 상업화와 직결돼 TV, 스마트폰, 태블릿PC의 트렌드에 주목하고 있다.
코오롱인더스트리와 SKC는 수요기업들을 구체적으로 밝히지 않고 중국, 한국 생산기업들이라고 언급해 아시아 시장을 주도하는 삼성전자와 LG전자의 신제품 출시일정이 주목되고 있다.
삼성디스플레이는 9월28일 미국특허상표청에 「접을 수 있는 디스플레이 장치와 이를 제조하는 방법」 특허를 등록한 바 있다.
코오롱인더스트리와 SKC는 2018년 초부터 플렉서블 및 폴더블 디스플레이를 채용한 TV, 스마트폰이 출시될 것으로 예상하고 있으나 신제품 출시를 장담할 수 없어 수익 창출에 대한 불안감이 조성되고 있다.
WPM 국책과제 지원을 통해 상업화한 효성의 폴리케톤(Polyketone)도 신규수요 창출이 가능하다고 호언장담했으나 신규수요 확보에 실패하면서 2016년 8월 플랜트를 가동중단하며 고전하고 있다.
기존 TV용 디스플레이, 스마트폰의 유리기판을 대체할 수 있어 신규수요 확보에 대한 부담을 상쇄할 수 있지만 가격이 부담으로 작용할 것으로 예상되고 있다.
투명 PI필름은 톤당 20만달러로 기존 PI에 비해 2배 수준 높고 유리기판 등에 비해서도 3-4배 높은 것으로 파악되고 있다.
여기에 디스플레이 소재는 시장 침체로 가격이 급격하게 하락하고 있어 투명 PI필름 채용이 어려울 수도 있다는 주장이 제기되고 있다.
시장 관계자는 “글로벌 메이저들은 투명 일부 전기·전자제품 생산기업들만 PI필름을 요구하고 있어 상업화를 서두르지 않을 뿐 상업화 기술은 이미 확보한 상태”라고 주장했다.
미국 및 일본기업들은 투명 PI필름 상업화기술에 대한 R&D를 계속했으나 상업생산까지는 투자하지 않은 것으로 알려졌다.                            
PI필름 시장은 코오롱인더스트리가 900억원에 달하는 투자를 강행해 시장을 주도하거나 SKC가 초기 위험부담을 줄이며 성장을 도모하는 상업화 전략에 주목되고 있다.

폴더블, 상업화 단계 한참 멀었다!
삼성전자, 삼성디스플레이, LG디스플레이 등은 폴더블용으로 투명 PI 채용을 검토하고 있으나 플렉서블용으로 투입한 후 폴더블용으로 전환할 가능성이 높아지고 있다.
특히, 유리기판의 단점을 극복한 깨지지 않는 디스플레이를 부각시키면서 채용하고 품질이 안정화되면 폴더블로 전환할 것으로 예상되고 있다.
삼성전자 및 애플은 폴더블 스마트기기를 상업화한다는 계획을 수립하지 않은 것으로 알려졌다.
LG디스플레이도 폴더블 및 플렉서블 디스플레이 양산을 위해 전문팀을 2015년 말 구축해 2016년 본격 개발에 착수했으나 상업화 단계까지 도달하지 않은 것으로 파악되고 있다.
LG디스플레이 관계자는 “폴더블 디스플레이 개발은 시황을 면밀히 검토해 판단할 문제”라고 밝혔다.
삼성전자 고동진 무선사업부 사장은 2016년 8월2일 「갤럭시노트7 언팩」 발표에서 “폴더블폰 출시 시점을 가늠하기 위해 여러 테스트를 시행하고 있다”며 “현재 기술로는 상업화가 어렵고 성공하기 위해서는 시간이 필요하다”고 밝혔다.
삼성전자는 「갤럭시노트7」 폭발사고로 영업적자가 7조원에 달할 것으로 예상되는 등 신기술 도입에 대한 부담이 확대돼 플렉서블 및 폴더블 디스플레이 채용에 대한 품질 테스트가 엄격화되거나 전환이 지연될 것으로 예상되고 있다.
투명 PI필름은 코오롱인더스트리와 SKC의 생산능력으로 삼성전자 및 애플의 스마트폰을 생산하기에는 부족한 것으로 파악돼 일부 특수 및 프리미엄에 투입된 후 범용 TV, 스마트폰에 투입될 가능성이 높은 것으로 파악되고 있다. <허웅 기자: hw@chemlocus.com>