PI(Polyimide)는 용도가 확대됨과 동시에 고기능화가 가속화되고 있다.
대표적인 슈퍼 EP(엔지니어링플래스틱)인 PI는 500℃ 이상의 열을 분해할 수 있는 성능을 보유하고 있어 유기물 가운데 내열성이 가장 뛰어난 것으로 평가되고 있다.
PI는 1960년대 듀폰(DuPont)이 처음으로 실용화했으며 필름, 바니시, 성형체 등으로 공급되고 있다.
PI필름은 글로벌 시장규모가 2017년 1조5000억-1조6000억원으로 듀폰, 카네카(Kaneka), 우베코산(Ube Kosan), SKC코오롱PI, 타이완 타이마이드테크놀로지(Taimide Technology) 5사가 전체의 90%를 장악하고 있다.
생산능력은 듀폰, 카네카, SKC코오롱PI가 50% 이상을 차지하고 있고 우베코산, 타이마이드가 뒤를 잇고 있는 것으로 추정된다.

고내열성 토대로 수요 안정적
PI필름은 원료에 따라 크게 2개 타입으로 분류된다.
PMDA(Pyromellitic Dianhydride)를 주원료로 사용하는 PMDA계는 듀폰, 카네카, SKC코오롱PI, 타이마이드가 생산하고 있으며, BPDA(Biphenyltetracarboxylic Dianhydride)계는 우베코산이 유일하게 공급하고 있다.
우베코산은 원료부터 필름, 바니시, 파우더까지 광범위한 라인업을 보유하고 있으며, BPDA는 JFE Chemical, 미쓰비시케미칼(Mitsubishi Chemical)이 생산하고 있다.
PI필름은 FPC(Flexible Printed Circuit)용 수요가 가장 많으며 PI필름과 동박을 붙인 FCCL(Flexible Copper Clad Laminate), FPC 표면을 보호하는 커버레이 소재로 투입되고 있다.
FPC용 PI필름은 기술적인 진입장벽이 높아 듀폰과 일본기업만 공급했으나 2000년 이후 조달이 용이한 PMDA를 원료로 사용하는 한국 및 타이완기업이 진입했으며 최근에는 중국기업의 사업화도 잇따르고 있다.
중국은 PMDA 생산기업이 많아 원료 확보가 용이할 뿐만 아니라 정부가 보조금 지원, 해외기업 인수 등에 따른 기술 도입을 추진하면서 PI 생산이 확대되고 있다.
플렉서블(Flexible) 기판에는 PI필름 외에 바니시가 사용되고 있으며 플렉서블 OLED(Organic Light Emitting Diode) 디스플레이 기판소재로 실용화되고 있다.
기존에는 유리기판 위에 PI바니시를 피복함으로써 LED(Light Emitting Diode) 소자 등을 형성한 후 유리기판을 제거함으로써 박막·평활한 플렉서블 디스플레이를 생산했으나 최근에는 바니시 대신 고내열성 필름이 주목받고 있다.
PI바니시를 이용해 기판을 제조할 때에는 건조장치 등이 필요하지만 PI필름은 유리기판과 같은 크기로 잘라 LED소자 등을 형성함에 따라 대규모 설비투자가 필요하지 않기 때문이다.
이에 따라 기존 PI필름 생산기업을 비롯해 도요보(Toyobo) 등 신규기업들은 플렉서블 기기 시장 성장에 대비해 고내열성 필름 공급을 강화하고 있다.
그러나 PI필름은 고내열화에 따라 황변현상이 발생하는 문제가 있어 앞으로 플렉서블 OLED 디스플레이 시장에서 표준화를 목표로 하고 있는 바니시와 필름 생산기업의 경쟁이 치열해질 것으로 예상되고 있다.

우베코산, BPDA계 수직계열화 강화
우베코산은 주력인 PI필름 브랜드 Upilex를 중심으로 바니시, 파우더를 공급하고 있으며 주원료인 BPDA 모노머부터 수직계열화하고 있다.
Upilex는 수지필름 가운데 내열성이 가장 뛰어나 500℃에 달하는 고온 프로세스에 대응할 수 있을 뿐만 아니라 강인성, 내마모성 등 기계적 특성이 우수한 특징이 있으며 필름 조성 및 성형 프로세스에 따라 기술적으로 차별화할 수 있는 하이엔드(High-end) 분야를 공략하고 있다.
바니시 브랜드 Upia는 전자소재, 산업기기 등 다양한 분야에서 용도를 개척하고 있다.
고내열성 전선 피복소재, 복사기용 심리스 벨트 등 기존 용도에 이어 몇년 전부터 플렉서블 OLED 디스플레이를 중점분야로 설정해 디스플레이 기판용 바니시 시장에서 압도적인 점유율을 확보하고 있다.
삼성디스플레이는 우베코산과 합작으로 에스유머티리얼스를 설립해 플렉서블 OLED 디스플레이 기판에 사용되는 PI 소재를 생산하고 있다.
LiB(리튬이온전지) 음극용 바인더도 신규 용도로 부상하고 있다.
배터리의 소형화 및 고용량화에 대응할 수 있는 실리콘(Silicone) 음극재는 팽창, 수축에 따라 부피가 크게 변화하나 PI 바인더는 실리콘 음극재에 대한 추종성이 뛰어나고 바인드가 무너지지 않는 특징이 있다.
파우더 UIP-RS도 필름과 바니시를 잇는 수익원으로 육성하고 있다.
파우더는 우수한 내열성, 내약품성을 성형체로 활용하는 전략을 추진하고 있으며, 특히 진공상태에서 가스가 잘 발생하지 않고 내열성이 높아 부품 교환빈도가 적은 이점을 바탕으로 반도체 제조장치 부품용 판매에 주력하고 있다.
SKC·코오롱, 삼성 공급 좌절에도 개발 박차
국내에서는 SKC, 코오롱인더스트리 그리고 SKC와 코오롱인더스트리가 합작 설립한 SKC코오롱PI가 투명제품을 중심으로 PI필름 생산 경쟁을 펼치고 있다.
코오롱인더스트리는 2018년 구미공장에서 투명 PI필름 양산에 성공했으며, SKC는 우선 SKC코오롱PI 생산설비를 통해 투명필름을 상업화한 후 진천 소재 자사공장에서도 2019년 10월까지 상업화를 추진할 예정이다.
코오롱인더스트리가 생산하는 PI필름 브랜드 CPI는 전자기기 화면보호용으로 활용이 가능한 투명(Colorless) 필름으로, 폴더블 스마트폰 등 강화유리를 사용할 수 없는 신개념 스마트폰 디스플레이에 투입이 가능할 것으로 기대되고 있다.
2006년부터 연구개발(R&D)을 진행함으로써 2010년 시험 생산에 돌입했으며 투명필름으로는 세계 최초로 양산화에 성공하며 시장의 관심을 모았다.
코오롱인더스트리는 CPI를 삼성전자가 2019년 출시할 첫 폴더블 스마트폰에 투입할 수 있을 것으로 기대하면서 최초 납품 후 수요 신장까지 감안해 No.2, No.3 생산라인 증설까지 계획한 바 있다.
하지만, 삼성전자의 폴더블 스마트폰 출시 일정이 계속 연기된 가운데 삼성전자가 일본 스미토모케미칼(Sumitomo Chemical) 생산제품을 채용하게 됨에 따라 납품 기회를 놓친 것으로 파악된다.
스미토모케미칼은 100% 자회사인 동우화인켐과 협력해 CPI필름 코팅 작업을 진행하며 타이완기업으로부터 베이스 필름을 아웃소싱하고 있으며 파일럿 플랜트를 개조함으로써 삼성전자의 필요물량을 전량 공급할 수 있게 됐다.
SKC는 SKC코오롱PI를 통해 PI필름을 생산하는 한편 자체생산도 검토하고 있다.
SKC코오롱PI는 현재 유색 PI필름을 스마트폰용 연성인쇄회로기판(FPCB), MLCC(적층세라믹콘덴서), 반도체, 플렉서블 OLED 등에 투입하고 있으며 투명필름 공급을 계속 시도하고 있는 것으로 알려졌다.
SKC는 2019년 10월 상업생산을 목표로 진천에서 투명 PI필름 공장 건설에 착수했다.
생산제품은 플렉서블 디바이스의 커버 글래스 대체소재로 주로 공급할 예정이며, 경쟁기업 생산제품에 비해 투명도가 높아 폴더블(Foldable), 롤러블(Rollable) 디스플레이 시장에도 적합해 수요가 증가할 것으로 기대하고 있다.

JFE, 일관생산체제 강점 바탕 반도체용 개척
석탄화학기업 JFE Chemical은 모기업 JFE Steel이 철강제품을 제조하는 과정에서 발생하는 콜타르(Coal Tar) 베이스 인덴(Indene)을 비롯해 플루오렌(Fluorene), 아세나프텐(Acenaphthene) 등의 유도제품을 이용해 정밀화학제품을 생산하고 있다.
정밀화학 사업은 광학렌즈 등 광학제품용 소재로 사용되는 인덴류, 플루오렌류가 주류를 이루고 있으나 앞으로는 내열성, 광학특성 등 방향족 화합물의 특징을 활용한 PI 소재를 차세대 핵심제품으로 육성할 방침이다.
PI 사업은 2008년 BPDA, ODA(Diaminodiphenyl Ether) 등 원료 모노머를 생산하며 시작했으며 현재는 OEM(주문자 상표부착 생산방식)을 통해 원료를 조달하고 있다.
아울러 PI 사업의 부가가치 향상을 목표로 바니시로 사업영역을 확대했다.
이에 따라 JFE Chemical은 각종 원료부터 커스터마이즈된 바니스까지 일관생산체제를 구축함으로써 다양한 니즈에 대응하고 있다.
PI바니시는 내열성, 저유전성이 뛰어나 가열 처리하지 않고 각종 기재에 도포해 강인하고 내열성 있는 불융·불용 피막을 얻을 수 있어 사무기기용 벨트, 롤러, 튜브, 자동차용 전선 피복소재 등 내열성이 요구되는 분야에 공급하고 있다.
플렉서블 기판의 FCCL용 등 PI필름 소재 뿐만 아니라 다공성 PI가 사용되는 LiB용 분리막, 반도체 소재 제조용 특수필터 등으로도 판매를 적극 확대하고 있다.
앞으로는 수요 신장이 예상되는 OLED 등 플렉서블 디스플레이 소재 시장을 적극 개척할 방침이다.
바니시는 자체 연구실에서 생산하거나 위탁생산을 통해 대응하고 있으나 시장 성장속도에 따라 양산설비를 설치하는 방안을 검토할 계획이다.

도요보, PET필름으로 투명 PI필름을 몰아낸다!
도요보(Toyobo)는 PI필름과 경쟁할 수 있는 내굴곡성 PET(Polyethylene Terephthalate) 필름을 개발해 주목된다.
도요보는 내굴곡성이 높은 광학용 PET필름 신제품을 개발하고 폴더블 스마트폰 디스플레이 표면에 사용하는 투명 PI 필름 대체수요 공략을 계획하고 있다.
PET필름 신제품은 내굴곡성을 PI필름 수준으로 향상시켰을 뿐만 아니라 하드코팅을 실시함으로써 표면경도를 높인 것이 특징이다.
전반적으로 PI필름과 유사한 기능을 갖추고 있지면 가격을 10분의 1로 낮출 수 있어 폴더블 스마트폰에 적용하면 보급의 가장 큰 걸림돌로 우려되고 있는 판매가격 인하에 도움이 될 것으로 예상된다.
스마트폰 시장은 차세대제품 개발경쟁이 치열해지고 있으며, 특히 폴더블 스마트폰 출시가 본격화되고 있다.
중국 OLED 벤처기업인 로욜(Royole)이 2018년 12월에 세계 최초로 폴더블폰을 출시했으며, 삼성전자와 중국 화웨이(Huawei)도 2019년 2월 말 출시에 들어갔다.
디스플레이를 접거나 펼치기 위해서는 기존 강화유리 대신 내굴곡성과 표면경도를 모두 갖춘 소재가 필요해 투명 PI필름이 주목받고 있으나 도요보는 PI필름 대신 PET필름 신제품으로 시장을 공략할 계획이다.
기존의 PET 원료와 성막기술, 표면처리 등을 개선시킴으로써 내굴곡성이 높은 PET필름을 완성했으며 표면경도가 부족한 부분은 하드코팅을 추가함으로써 해결했다.
내충격성은 PI보다 PET가 더 월등하며, 투명성 역시 약간 황색이 남을 수밖에 없는 PI에 비해 PET가 훨씬 우수한 것으로 평가되고 있다.
PI필름을 PET필름으로 대체함으로써 얻을 수 있는 가장 큰 효과는 코스트 절감으로 파악되고 있다.
도요보는 2019년부터 폴더블 스마트폰 시장이 본격 개화할 것으로 예상되는 가운데 우선 코스트와 성능에 적합한 미들존 시장을 공략할 계획 아래 이미 샘플 출하를 시작한 것으로 알려졌다.
도요보는 PET필름 시장에서 풍부한 노하우를 갖춘 것으로 평가받고 있다.
그동안 접을 수 있는 PET필름 Olyester, 광학용 편광판 보호 PET필름 Cosmo Shine SRF 등을 공급해왔으며 Cosmo Shine SRF는 TAC(Triacetyl Cellulose) 대체를 중심으로 시장점유율을 늘려나가고 있다.
OLED 디스플레이 시장에도 PET필름으로 진출했으며 폴더블 혹은 롤러블 스마트폰 디스플레이 공급을 목표로 하고 있다.

<강윤화 선임기자: kyh@chemlocus.com>