국내 LCD 시장 동향과 모션 시스템 업계 현황

국내 LCD 업체의 설비투자가 적극적으로 추진되고 있는 가운데, 관련 장비 및 부품업체들의 움직임이 무척 빨라졌다. 검사장비를 중심으로 활발한 연구개발이 이루어지고 있는 가운데 세계 선두 기술력의 확보를 위한 일차적 작업으로 정밀 구동력 확보를 위한 모션 컨트롤 시스템에 대한 관심이 더욱 부각되고 있다.

LCD는 1968년 RCA의 G.H 헤이마이어 그룹에 의해 실용화 가능성이 제기된 이래 일본의 샤프가 1973년 세그먼트형 LCD를 사용하여 세계 최초로 전자식 계산기를 상품화하면서 액정의 산업화가 이루어졌다. 70년대 말부터 TN 액정과 XY 메트릭스(수동형) 구동방식이 개발되면서 문자, 기호, 도형과 같은 복잡한 모양의 표시도 가능하게 되었으며, 80년대에 들어서는 화상과 같은 대용량 표시를 실현하기 위해 액정과 구동회로를 개선하는 두 가지 방향으로 나뉘어져 연구가 진행되었다. 

90년대에는 STN-LCD는 소형, TFT-LCD는 중대형 분야를 중심으로 발전하였으나, 2000년대에 들어서는 TFT-LCD를 비롯하여 OLED 등이 소형 디스플레이 영역을 침범하면서 TN/STN-LCD(PMLCD)는 경쟁력을 상실했다고 보여진다. 

한국 디스플레이 업체들은 반도체 최대 호황기였던 90년대 중반에 TFT-LCD를 전략적으로 선택하고 기존 반도체 사업의 수익을 재원으로 활용하여 투자를 하였으며, 정부도 94년부터 G7사업의 추진을 통하여 기초 기술의 축적 및 연구인력의 양성에 적극적인 지원을 추진하고 있다. 

이러한 배경을 통해서 우리나라는 브라운관에 이어 TFT-LCD도 세계 1위 제조 국가로 부상함으로써 명실상부한 디스플레이 강국으로 성장한 것이다.

 현재 LCD제품의 대부분을 차지하는 방식인 3단자 소자는 주로 박막트랜지스터를 이용하고 있다. 또한 박막트랜지스터의 활성층(Active Layer)의 종류에 따라 비정질 실리콘(a-Si:H) TFT-LCD, 다결정질 실리콘(poly-Si) TFT-LCD, Cd-Se TFT-LCD 등으로 구분되며, 현재 사용되는 대부분의 제품은 비정질 실리콘 박막트랜지스터(a-Si TFT-LCD)를 이용한 LCD이고 향후 다결정질 실리콘 박막트랜지스(p-Si TFT-LCD)로의 전환이 예상되기도 한다. 

지금까지 상용화된 평판 디스플레이 중 기술이 가장 앞서 있는 TFT-LCD는 노트북PC 및 데스크탑 LCD 모니터에 사용되고 있으나, 2002년 하반기부터 서서히 TFT-LCD TV에 대한 수요가 증대되고 있고, 2004년부터 Mobile기기의 Main창으로 TFT-LCD가 채택되면서 소.중.대형의 전영역으로 확대되면서 TFT-LCD시장의 폭발적인 증대가 예상되고 있다.

 

새로운 공정기술 개발 현황 

국내 LCD 업체들이 LCD TV 시대를 앞당기고 타 디스플레이와의 경쟁 우위를 위해 최근 혁신적인 새로운 공정기술 개발에 착수하면서 장비 및 재료 분야의 일대 혁명적인 변화가 초래될 전망이다. 이르면 3년 이내에 가시화될 LCD 장비 및 재료 분야의 혁명적인 변화는 새로운 공정개발로 비용을 최소화하는 것이 핵심이다. 국내 재료 및 장비업체들이 이 같은 변화에 적극적으로 대처할 경우 만성적인 대일 의존도를 낮추는 것은 물론 재료 및 장비 분야에서도 세계적인 기업이 탄생할 것으로 전망된다. 

지난해 LCD 분야에서 10조원의 매출을 달성한 삼성전자는 재료를 구입하는 데에만 5조원을 썼다. 매출의 반이 부품 및 재료 구매에 들어간 것이다. 반도체의 경우 원가에서 재료비가 차지하는 비중은 20% 이내다. 특히 TV용 LCD의 경우 전체 원가에서 부품·재료비 비중은 70%에 이른다. 

LCD 업체가 재료비를 낮출 수 있는 근본책으로 내놓는 것이 포토 공정을 없애는 기술이다. 포토장비는 대당 1,000만 달러를 상회하는 데다 포토마스크, 포토레지스터, 펠리클 등의 다양한 재료를 필요로 하고 공정 처리시간도 길다. 

삼성전자는 차세대 성장동력 사업 과제로 인치 당 10달러를 구현할 수 있는 잉크젯 컬러필터 프린팅 공정, 잉크젯 도포용 배향막 기술 및 공정기술 개발에 들어갔다. 이 기술을 이용하면 기존 포토장비와 포토 레지스터(PR), 포토마스크, 펠리클 등이 필요 없어지는 데다 21단계의 공정이 5단계로 줄어들어 원가가 현재보다 절반 이하로 떨어진다. 삼성전자는 오는 2007년까지 40인치에 이러한 기술을 적용한 시제품을 출시할 예정이다. 

LG필립스LCD는 나노 기술을 이용해 포토 공정 없이 TFT의 패턴을 형성할 수 있는 APEM(Anti-Photo-Exposure-Method) 기술을 개발 중이다. 이 기술은 마치 판화로 찍어 내듯이 나노임프린트를 이용해 TFT를 만들게 된다.

 LG필립스LCD는 이 기술을 적용할 경우 재료비와 투자비를 현재의 절반으로 줄여 원가를 크게 낮출 수 있을 것으로 기대하고 있다. 

LG필립스LCD는 오는 2009년에는 인치당 7달러까지 원가를 낮추는 것이 목표다. 일본의 경우 대일본인쇄(DNP)가 지난해 4세대 컬러필터 라인에 잉크젯 공정 기술을 적용했다. 이어 올해에는 6세대 컬러필터 라인까지 적용을 확대할 계획이다. 또 정부에서 지원하는 산, 관, 학 프로젝트인 ‘퓨처비전’을 통해 8세대용 잉크젯 공정기술까지 개발, 오는 2006년 말 가동 예정인 샤프의 8세대 라인에 일부 적용될 것으로 예상된다. 도시바와 마쓰시타의 합작사인 TMD는 일관 공정으로 이루어진 반도체와 마찬가지로 TFT 공정과 컬러필터 공정을 일관 공정화한 COA(Color Filter On Array) 기술 개발 및 상용화에 박차를 가하고 있다.

 

LCD 제조 및 소재 업계 동향 

세계 TFT LCD 업계의 빈익빈 부익부 현상이 점차 심화되고 있다. 또한 삼성전자와 LG필립스LCD의 생산설비 구축 경쟁에 이어 매출 경쟁도 점차 격화되고 있는 중이다.

 최근 시장조사 기관인 디스플레이서치에 따르면 지난 2004년 4/4분기 세계 19개 TFT LCD 업체의 10인치 이상 대형 LCD 실적을 최종 집계한 결과, 전체 시장이 4.4% 줄어든 가운데 LG필립스LCD, 삼성전자, AU옵트로닉스, 치메이옵트로닉스 등 메이저 4사의 매출은 증가한 반면, 후발 업체들의 매출은 감소한 것으로 나타났다. 

디스플레이서치는 지난 4/4분기 10인치 이상 대형 LCD 매출은 78억7180만 달러로 지난 3/4분기의 82억3820만 달러보다 4.4% 줄어들었다고 밝혔다. 지난해 3/4분기부터 가속화된 LCD 패널 가격하락의 영향으로 전체 시장이 감소했다는 분석이다.

 이 같은 시장 상황에서도 LG필립스LCD는 이전 분기 대비 4/4분기에 10인치 이상 매출이 8.3% 늘어난 18억540만 달러를 기록했고, 뒤를 이어 삼성전자가 0.7% 소폭 늘어난 17억7500만 달러를 달성했다. 업계 3위인 대만의 AU옵트로닉스(AUO)가 같은 기간 11.8% 증가한 10억6530만 달러로 지난 2/4분기에 이어 분기매출 10억 달러를 회복했고, 치메이옵트로닉스(CMO)는 9.9% 늘어 7억7820만 달러의 매출을 올렸다. 

상위 4개사의 이 같은 성장세와는 대조적으로 5위 샤프부터 18위 이노룩스까지 후발업체들의 매출은 일제히 감소했다.샤프는 매출이 29.7%나 감소했고, 가장 많이 줄어든 후지쯔와 이노룩스는 53.3%와 53.1%로 매출이 급감하면서, 패널 가격 하락에 따른 LCD 업계의 빈익빈부익부 현상이 심화되고 있는 것으로 드러났다. 결국 한국과 대만업체 주도로 LCD 시장이 재편되고 있는 가운데 일본 시장의 하락세가 뚜렸해지고 분석된다. 

이러한 LCD 제조업계의 재편과 함께 국내 소재 업계도 LCD의 공정 혁신에 따른 재료시장 변화에 대응하기 위해 신재료 개발에 몰두하고 있어 주목된다.

 최근 관련업계에 따르면 LCD 공정혁신이 급진전되면서 기존 재료의 수요 감소에 대응하고 신 공정에 수반되는 재료의 주도권을 잡기 위한 연구 개발을 진행 중이다.

 동진쎄미켐은 잉크젯 프린팅 및 나노임프린트용 화학재료의 개발을 추진, 현재 테스트를 진행 중이다. 컬러필터 제작용 소재 등을 개발, 기존 포토레지스트 중심의 사업 구조를 다변화한다는 계획이다.

 테크노세미켐도 나노임프린트용 물질과 신개념 스트리퍼 등을 개발, LCD 공정 변화에 대응하고 장기적으로 디스플레이용 유기 재료로 영역을 확대할 방침이다. 필름 업체들도 도광 판·확산필름·편광필름 등의 기능을 집적, 필름 가격 부담을 줄이는 연구를 진행 중이다. 또한 3M의 LCD용 필름 공장도 국내에 건립되고 있어 이들의 시장 방향이 주목된다. 

LCD 장비 업계 동향 

LCD 제조 장비 분야에서 국내 기술력은 이제 세계 최고를 지향하고 있다. 아직 노광 및 식각 장비에서는 기술력이 미약하기는 하지만, 다양한 검사장비 및 CVD 장비 등에서의 기술력은 세계 최고 위치에 올랐다고 평가되고 있다. 특히 7세대 이후의 대형 기판을 취급해야 하는 장비에서는 기존의 장비와는 완벽하게 다른 섬세하고 정확한 기술들이 확보되어야 경쟁에서 도태되지 않고 나갈 수 있는 실정이다. 점차 기하급수적으로 대형화되는 LCD 장비의 추세에 적극 부응하면서도 고정밀도와 고속성을 양보하지 않는 설비의 개발은 기기 부품으로부터 네트워크 시스템, 혁신적인 컨트롤 시스템을 어떻게 확보하느냐에 성패가 달렸다 해도 과언이 아니다.

실제로 검사장비를 제외한 조립 및 전공정 장비에서는 세계 선두의 소수업체에 기술력이 집중되고 있으며, 납품 실적과 능력에 따른 시장 확보와 기술력 확보가 이루어지고 있다.2년을 주기로 변화하는 LCD의 대형화 추세에 따른 장비 개발은 기존의 장비 개발과 납품 실적을 무시한 채 한세대를 건너뛰는 개발은 거의 불가능한 실정이기 때문이다. 오늘 7세대 장비 납품에 실패한다면, 앞날을 보장할 수 없게 되었다는 것을 의미하는 것이다. 

현재 코스닥 멤버 그룹을 형성하고 국내에서는 삼성전자와 LG필립스LCD 양대 LCD 업체에 납품하고 있는 이들 LCD 장비 업체들은 나름대로의 확고한 전문 장비 분야에서의 기술력을 바탕으로 세계시장으로 성장해 가고 있는 중이다. 코스닥을 통한 벤처기업 그룹답게 이들 장비 업체들은 새로운 기술에 대한 포용력이 왕성할 뿐만 아니라 스스로도 새로운 기술에 대한 접근을 적극 추진하고 있다는 공통점을 내재하고 있다. 반도체 장비 분야에서 확보한 기술력과 이러한 배경을 통해 이들 장비업체들은 각 부문별 전문 기술 업체들과의 협력과 공동연구를 중시하고 핵심기술을 제외한 분야에서의 장비 제작을 위한 아웃소싱에도 열성적이며, 국내외에서 제시되는 새로운 기술에 대한 욕구도 활발한 편이다. 

또한 LCD 장비도 각 전문업체별로 개발되는 독립적인 장비 중심에서 점차적으로 전체 제조 라인과의 협력과 네트워크를 중시하게 되면서 인라인 시스템으로 적극 변화해 가는 경향을 보이고 있다. 독립적인 장비에서 보다 정밀도 확보는 손쉽다는 이론에도 불구하고 오히려 시스템 설치과정에서 장비 개발과정에서는 고려치 않아도 되는 상당한 문제를 동시에 해결해야 한다는 과제를 안게 된 것이다. 때문에 인라인 시스템의 구축과정에서 인라인 시스템과 독립적 장비를 혼합하는 방식으로의 시스템 구축도 적극 시도되고 있는 중이다. 이러한 하이브리드 방식은 기술적 문제를 해결하는 동시에 장비 코스트 문제까지 배려할 수 있다는 이점이 있다. 

주요 국내 LCD 장비 업체로는 주성엔지니어링, 에스엔유프리시젼, 케이씨텍, 디엔에스, 오엘케이, 넥스트인스트루먼트, 탑엔지니어링, 파이컴, 에이디피엔지니어링 등이 대표적이다. 

LCD 유리 기판 업체 동향 

최근 쇼트디스플레이글라스(이하 쇼트글라스), NH테크노, 니폰일렉트릭글라스(이하 NEG), 아사히글라스 등 외국 TFT LCD 유리기판 업체들이 LCD 유리기판 생산과 관련, 단계적으로 용해로를 포함한 전 공정 및 유리원판 가공관련 후 공정 등 풀 라인 업을 갖추며 국내 진출에 적극적인 것으로 나타났다. 

이를 통해 삼성전자, LG필립스LCD 등 국내 LCD 패널 제조사 유리공급과 관련, 전 세계 유리기판의 30% 수준을 공급하는 삼성코닝정밀유리와 국내에서 정면승부를 겨룬다는 전략이다. 

독일 쇼트그룹 자회사인 쇼트글라스는 일본 업체와 합작투자를 통해 최근 충북 오창과학산업단지 내에 5000억원을 투자, 9만4000평 규모의 LCD 유리기판 생산라인 건설에 들어간다. 또 1차 가공라인 건설에 이어 2007년경 용해로 착공에 들어가 2008년 완공함으로써, 국내에서 유리원판 생산에서 가공까지 TFT LCD 유리기판 제조 관련 풀 라인 업을 갖출 것이라고 밝혔다. 

호야와 니폰시트글라스(NSG)의 합작사인 NH테크노는 다음달에 경기도 평택 현곡산업단지에 1억5000만 달러를 투자, 2만6800평 규모의 TFT LCD 유리기판 생산공장을 착공한다. 이는 절단 및 세정 등 LCD 유리원판 가공라인으로 올해 말 완공할 예정이며, 이르면 내년 중 용해로를 포함한 전 공정 제조공장을 위한 2차 투자가 집행될 예정이다. 

LG필립스LCD와 합작사를 설립키로 한 니폰일렉트릭글라스(NEG)는 내년 초 LCD 유리기판 가공공장 완공에 이어, 용해로도 건설하기 위한 내부 검토도 하고 있는 것으로 나타났다. 이를 위해 지난해초 경기도 측과 7000만 달러를 투자키로 한 입장을 바꿔, 지난해 말 2억7000만 달러를 투자키로 양해각서(MOU)를 체결한 것으로 알려졌다.

이 밖에도 지난해 8월 LCD 유리원판 가공공장 건설에 들어간 아사히글라스는 오는 5월에 완공 식을 가질 예정이며, 2008년까지 용해로를 포함한 전 공정 풀 라인 업을 갖춘다는 전략이다. 

LCD 장비용 모션 시스템 개발 현황 

LCD 장비의 주요 핵심부품인 모션 시스템에 대한 국내 연구개발 및 해외 진출이 활발하게 추진되고 있다. 또한 국제적인 선두 기업들의 국내시장 신규 진출 및 적극적인 마케팅 확대도 진행중이다.

모션 시스템은 모터를 기준으로 하여 모션 동작, 즉 움직임과 이송을 하는 동작 제어를 하기 위한 전체의 구조를 의미한다. 제어기로부터 전류 구동장치, 기계적 변환장치인 모터, 그리고 거기에 연결해서 어떤 기계적인 동작을 수행하는 메커니즘까지를 모션 구조로 설정하며, 이를 모션 시스템이라고 한다. 또한 모션 시스템에서의 전체 소프트웨어로부터 기계장치에 이르는 이송과 동작이라는 움직임을 위한 전체의 기술을 모션 컨트롤 기술이라 할 수 있다. 

제조 자동화 분야는 장비 분야, 설비/장치 분야(인라인 분야), 로봇 분야, 공작기계 분야라는 4개 필드로 크게 나누어 볼 수 있으며, 이들 전반에 걸친 주요 동력원으로 작용하는 것이 모션 기술이다. 모션 기술은 현재 위에서 제시한 4가지 자동화 필드 분야안에서 전반적으로 중요한 역할을 수행하는 하나의 독립된 제어 시스템을 차지하고 있다. 인류의 생활속에서 제조 활동은 중단되지 않는 활동으로 인류가 제조업을 지속하면 할수록 자동화에 대한 수요는 끊임없이 늘어날 수 밖에 없으며, 제조 자동화 분야에서 모션 컨트롤이 차지하는 비중이 기술적으로나 장비 코스트면에서 30%에 이를 정도로 큰 비중을 차지한다. 국내에 최초로 리니어 모터를 선보인 순환엔지니어링은 리니어 모터를 통한 고정밀 리니어 모션 스테이지를 통해 디스플레이 검사장비를 중심으로 조립장비 및 전공정 장비에 이르기까지 광범위한 기술 지원을 진행하고 있다. 또한 일본 LCD 업체에 첫 수출을 성공적으로 수행한 이래, 최근에는 일본 시장에 대한 보다 적극적인 시장 진출을 추진하면서 기존 디스플레이 관련 업체 뿐만 아니라 반도체 장비 분야에 대한 대규모 수출도 가시화 단계에 있는 것으로 나타났다.

 

리니어 모터 국산화를 통해 성공적인 디스플레이 장비 구축에 나서고 있는 져스텍과 세우산전 등의 활동도 활발하다. 해외 선두 기업들과의 경쟁속에서도 이들 국산화 업체들은 리니어 모터 및 리니어 모터 스테이지에 대한 국내 LCD 라인용 장비에 적극 채용되고 있으며, 일본 시장에서의 반응도 긍정적으로 일본시장으로의 리니어 스테이지 장비와 리니어 모터 수출이 조만간 이루어질 전망이다.

 한편 해외 전문 모션 시스템 및 부품 업체들의 국내 진출 및 시장 확보 노력도 주목된다. 가장 큰 이슈는 국제적인 스테이지 장비 전문업체인 다나허모션의 국내 직접 진출 움직임이다. 다나허모션은 최근 경기도와 국내 시화단지에 공장건설을 위한 MOU를 채결한 바 있으며, 곧바로 국내 진출 프로젝트를 가동하여 오는 3분기내로 공장 설립을 완료할 것으로 파악되었다. 또한 관련 장비 업체들과의 접촉과 함께 엔지니어 및 영업 인력에 대한 본격적인 확보 작업도 추진중인 것으로 나타났다. 

한국 미쓰비시 전기가 디스플레이 제조 라인 및 장비에서의 컨트롤러인 PLC에 대한 시장 고수를 위해 보다 적극적인 마케팅 활동을 추진하고 있으며, 서보 시스템 및 모션 컨트롤러에 대해서도 신제품 출시와 함께 본격적인 영업망 가동에 들어갔다. 한국 야스카와 전기도 디스플레이용 반송 로봇 시스템을 비롯하여 서보 모터 시스템에 대한 보다 적극적인 마케팅 활동을 통해 시장 수성에 주력하고 있다.

2005년 기사 작성