CPI & UTG, Polyimide

두 소재 장단점 분명
CPI, 곡률반경·내구성 우위
경도·시인성은 UTG가 유리

 

Foldable OLED Panel 구조

 

투명 폴리이미드(CPI:Colorless Polyimide) 필름과 강화유리(UTG:Ultra Thin Glass)가 폴더블폰 커버윈도 시장을 양분할 전망이다. 두 소재의 장단점이 뚜렷해 한 소재만 커버윈도로 사용하기에는 한계가 있기 때문이라는 분석이다.

19일 업계에 따르면 폴더블 스마트폰 커버윈도 소재 시장은 수년간 CPI 필름과 UTG가 나눠가질 것으로 보인다. 커버윈도는 스마트폰 디스플레이를 오염과 충격, 지문 등에서 보호하는 역할을 한다. 폴더블폰 디스플레이 커버윈도는 기본 특성 외에도 접힘과 내구성 등을 제공해야 한다.

당장 우위를 점한 것은 CPI 필름이다. 두께와 접힘, 내구성, 양산성 등이 검증됐다.

 

코오롱인더스트리 투명 PI(CPI:Colorless Polyimide)

 

CPI 필름을 커버윈도로 사용하려면 디스플레이 외부 충격을 흡수하는 PET 필름(배리어 필름), 필름 사이를 접착하는 감압접착제 PSA(Pressure Sensitive Adhesives)를 결합해야 한다. CPI 자체 두께 50마이크로미터(㎛·0.001㎜)에 PET 필름(60㎛)과 PSA(50㎛·2개층)를 모두 접착하면 220㎛가 된다. 커버윈도 상단부터 PET 필름(60㎛)-PSA(50㎛)-하드코팅한 CPI(60㎛)-PSA(50㎛) 순으로 결합한다. 경쟁소재인 UTG 커버윈도보다 얇다. UTG는 두께가 100㎛다. 여기에 PET 필름과 PSA(2개층)를 결합하면 전체 두께가 250~270㎛에 이른다. 이보다 얇게 만들면 내구성 확보가 어렵다.

CPI 필름은 곡률반경이 1㎜(1R)다. 필름이 접히는 부위에 형성되는 가상의 원 반지름이 1㎜에 이를 때까지 접을 수 있다. 깨지기 쉬운 UTG와 달리 내구성이 뛰어난 것도 CPI 필름의 장점이다.

양산성도 검증됐다. 올해 출시된 폴더블폰인 삼성전자 갤럭시폴드, 화웨이 메이트X 커버윈도 소재로 CPI 필름이 사용됐다. 지난주 공개된 모토로라 레이저도 CPI를 적용했다.

반면 CPI 필름은 폴더블폰을 접었을 때 화면 중앙 부분에 주름이 생기고 시인성이 유리에 못 미치는 것이 약점이다. 커버윈도 표면이 스크래치에 취약할 수 있다는 점도 문제다. 삼성 갤럭시폴드는 이를 방지하기 위해 CPI 필름을 동우화인켐에서 하드코팅한 뒤, 그 위에 세경하이테크가 생산한 특수보호필름을 덧댔다.

현재까지 특별히 드러난 CPI 필름 문제는 없지만 표면 경도 한계를 지적하는 목소리도 여전하다. 업계 한 관계자는 "CPI는 스크래치 발생 가능성이 있다"며 "폴더블폰 커버윈도 소재로 UTG가 채용될 것"이라고 봤다.

 

국내 도XXXX사의 강화유리(UTG:Ultra Thin Glass)

 

커버윈도 소재로 부상한 UTG 최대 장점은 표면 경도와 시인성이다. 유리 특성상 표면이 단단하고 깔끔한 심미성을 제공할 수 있다. CPI는 하드코팅 등의 공정을 적용해도 플라스틱 필름 자체 느낌을 지우기 어렵지만, UTG는 유리 자체의 시인성과 터치감이 뛰어나다. CPI의 스크래치 발생 가능성을 낮게 보는 이들도 UTG 심미성을 부정하지 않는다.

하지만 UTG 두께와 강도, 양산성 미검증 등은 약점이다. UTG 자체 두께를 100㎛ 미만으로 만들면 커버윈도의 내구성에 문제가 생길 수 있다. 곡률반경도 UTG는 CPI의 1㎜에 못 미치는 2~3㎜ 수준이다. 덜 접힌다는 의미다.

양산성도 UTG가 넘어야 할 걸림돌이다. 내년에 나올 삼성 갤럭시폴드 2세대 제품 2종 모두 UTG 적용을 고려했지만 수율 등 문제로 3월께 나오는 클램셸 형태 제품만 UTG 적용이 확정된 상태다. 나머지 제품은 UTG 적용 여부가 불투명하다.

시장조사업체 IHS마킷은 2025년까지는 CPI와 UTG가 폴더블폰 커버윈도 시장을 양분할 것으로 봤다. IHS마킷은 당장 내년은 CPI 적용(24만m²)이 UTG(5만m²)의 5배에 이르지만 2025년에는 격차가 1.3배로 줄어들 것으로 예상했다. 출하량에서 CPI는 2023년 60만m²로 정점을 찍고 하락세를 보일 것으로 전망했다. CPI 양산라인을 가장 먼저 마련한 코오롱인더스트리도 작은 디스플레이 제품은 UTG, 대형 디스플레이 제품은 CPI를 사용할 것으로 보고 있다.

CPI 대표 업체는 코오롱인더, 일본 스미토모화학이다. SKC와 SKC이노베이션도 양산라인을 준비하고 있다. UTG 대표 기업은 미국 코닝, 독일 쇼트, 국내 도우인시스 등이다. 국내 유티아이와 켐트로닉스도 삼성 폴더블폰을 겨냥한 UTG 생산 준비에 나선 것으로 파악됐다.

 

출처 : 전자부품 전문 미디어 디일렉(http://www.thelec.kr)

 

참조자료

 

 

PI 생산 Process 사례

코오롱인더 "폴더블폰 대화면 커버윈도는 투명 PI 적합

 

다시 한번 스마트폰 디스플레이 구조는 다음과 같다.

 

 

 

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PI (Polyimide, 폴리이미드)

 

폴리이미드는 열 안정성이 높은 고분자 물질로 우수한 기계적 강도, 높은 내열성, 전기절연성 등의 특성 덕분에 디스플레이를 비롯해 태양전지, 메모리 등 전기/전자 및 IT 분야에서 다양하게 활용됩니다.

특히 타 소재에 비해 가벼울 뿐 아니라 휘어지는 유연성까지 갖춰 제품의 경량화 소형화가 가능합니다.

폴리이미드는 디스플레이 제조 시 기판이나 커버 윈도우 등 다양한 곳에 활용되고 있습니다.

 

 

▲ 폴리이미드(Polyimide) 사진

일반적인 디스플레이의 경우 제조 과정에서 유리 기판을 사용하는데, 휘어져야 하는 플렉시블 OLED는 딱딱한 유리 기판 대신 유연한 폴리이미드를 사용하여 제조합니다.

플렉시블 OLED 제조공정을 살펴보면, 먼저 캐리어 글라스라고 불리는 유리 기판 위에 PI 물질을 도포한 후, TFT와 증착, 봉지 공정을 거친 뒤 레이저로 캐리어 글라스를 떼어내는 방식입니다.

 

 

디스플레이 기판은 고온에서 제조하는 공정 기술을 견뎌야 하기 때문에 내열성이 중요합니다. 폴리이미드는 영하 273 ~ 영상 400도까지 물성이 변하지 않는 만큼 내열성이 뛰어납니다. (출처: 네이버 두산백과)

또한 플라스틱 소재라 가볍고 유연해 플렉시블 OLED 제조 시 기판으로 사용하기 적절합니다.

폴리이미드는 깨지지 않고 자유롭게 휘거나 접을 수 있어, 디스플레이 커버 윈도우 소재로도 각광받고 있습니다. 폴리이미드 고유의 색상인 노란색을 제거하여, 투명하게 구현하는 방식으로 사용되고 있습니다.