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기업지원성과 사례
占쏙옙占쏙옙占쏙옙 스타벅스가 문두드린 '에코매스' 생분해성플라스틱 시장 주도 |
占쏙옙占쏙옙占� 이온성 액체를 이용한 고순도·고수율 유기소재 정제기술 |
占쏙옙占쏙옙占쏙옙 ‘에어백’ 입고 안전 장착, 산업용 웨어러블 에어백 시스템 |
연구책임자: 광에너지융합그룹 김태원 수석연구원
OLED 전문 시장조사기관 유비리서치에 따르면 지난해 세계 OLED(Organic Light Emitting Diodes, 유기발광다이오드) 시장은 32조 원 규모로, 2023년에는 67조 원까지 커질 것으로 전망된다. 공정이 표준화된 LCD의 주도권은 이미 중국으로 넘어갔지만, 아직 기술 격차가 존재하는 OLED 분야에서는 한국이 우위를 점하고 있다. 이런 가운데 서남지역본부 광에너지융합그룹 김태원 수석연구원이 ‘이온성 액체를 이용한 유기소재 정제 방법 및 정제 장치’로 2019년 상반기 특허기술상 충무공상을 수상했다. 이 기술은 OLED 디스플레이 소재·장비 전문 기업 ㈜일솔레드에 이전되어 상용화를 앞두고 있다.
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기존 기술의 한계 극복한 새로운 아이디어
‘이온성 액체 기반 하이브리드 정제법’은 OLED에 들어가는 유기발광 소재를 저비용으로 대량 정제하는 기술이다. 이 기술이 특허기술상을 받은 것은 이온성 액체를 유기발광 소재 정제에 사용한 독창적인 아이디어 덕분이다. 김 수석연구원이 이온성 액체 기반 하이브리드 정제법을 개발하게 된 것은 어떻게 하면 승화정제 과정에서 발생하는 유기발광 소재의 손실을 줄일 수 있을까 하는 고민에서 시작됐다.
OELD에 쓰이는 모든 유기발광 소재는 반드시 순도를 높이는 과정을 거치는데, 주로 승화정제법이 활용된다. 승화정제법은 유기발광 소재가 기체화 되었다가 고체로 변하는 승화점 차이를 이용하는 것이다. 하지만 이 방법은 수율(원료 투입량 대비 최종 고순도 소재 수득량)이 낮다는 문제점이 있다. 그렇지 않아도 OLED 소재가 비싼데 정제 과정에서 손실되는 양이 많기 때문에 정제된 소재의 최종 가격은 더 비싸질 수밖에 없다.
▲김태원 수석연구원은 ‘이온성 액체를 이용한 유기소재 정제 방법 및 정제 장치’로 2019년 상반기 특허기술상 충무공상을 수상했다. ⓒ한국생산기술연구원
김 수석연구원은 승화정제법의 단점을 해결할 열쇠를 이온성 액체에서 찾아냈다.
“이온성 액체는 실온에서 400℃까지 넓은 온도 영역에서 액체 상태가 안정적으로 유지되고 진공장비 내에서도 휘발되지 않죠. 정제 대상 유기발광 소재와 미량의 불순물 간 승화점 차이, 이온성 액체에 대한 용해도 차이를 동시에 이용하면 유기발광 소재의 고수율 대량 정제가 가능하겠다는 생각이 들었습니다. 승화정제법의 고순도 정제 특성과 용매재결정화법의 고수율 특성을 결합시킨 세계 최초의 하이브리드 정제기술입니다.”
공정은 심플하게, 수율은 높게
이온성 액체는 양이온과 음이온만으로 이루어진 용매로, 기존 용매와 달리 고온 진공 상태에서 휘발되지 않는 특성을 지녔다. 김 수석연구원은 이러한 특성을 이용해 진공 챔버 내에서 유기발광 소재를 승화시켜 기체상으로 이온성 액체에 용해시키고, 이온성 액체에서 과포화된 유기발광 소재를 재결정화시켜 불순물을 분리하는 기술을 개발했다. 단 한 번의 공정으로 정제 과정이 완료되고 수작업도 필요 없다.
기술 개발 초기 단계에서부터 ‘이온성 액체 기반 하이브리드 정제법’에 관심을 가지고 있던 영신창업투자회사는 이 기술이 OLED 소재 산업의 패러다임을 바꿀 수 있다는 판단에 사업화를 추진했다. 2016년 영신창업투자회사의 투자로 연구소기업 ㈜일솔레드가 설립되고 기술이전이 이루어지면서 상용화를 위한 연구에 불이 붙었다.
㈜일솔레드 채진석 개발이사는 회사 설립 이후 계속 진행해온 상용화 장비 개발과정을 설명했다.
“지난 3년간 상용화에 필요한 대형 하이브리드 정제기를 만드는 작업을 진행했습니다. 기존의 장비를 업그레이드하는 게 아니라 세상에 없던 장비를 새로 개발하는 것이어서 참고할 만한 데이터나 노하우가 없다는 점이 가장 어려웠습니다.”
ⓒ한국생산기술연구원
OLED 소재 가격 경쟁력 높일 양산 설비 구축
김태원 수석연구원은 이 기술의 상용화가 이루어질 경우 세계 OLED 시장에서 한국의 점유율이 크게 확대될 것으로 내다봤다.
“OLED 패널 시장을 주도하는 우리 기업들이 중국의 추격을 따돌리기 위해 가격을 낮추고 싶어도 비싼 소재 때문에 한계가 있습니다. 고가의 고순도 유기발광 소재를 저비용으로 대량 정제하는 기술이 상용화되면 그만큼 OLED 패널의 가격 경쟁력도 높아질 수 있죠. 소재 공급 단가를 50%까지 낮추겠다는 목표로 상용화 기술 개발을 진행하고 있습니다. 또한 이 기술은 OLED 소재 시장의 점유율이 높은 일본, 미국뿐만 아니라 최근 OLED 산업에 대한 막대한 투자가 이루어지고 있는 중국, 대만 등에 특허 등록이 완료되었습니다. 국내의 원천기술로 세계 OLED 시장을 선도할 수 있을 것으로 내다보고 있습니다.”
㈜일솔레드는 올해 7월에 예정된 투자 유치를 통해 양산 설비가 구축되면 내년부터 본격적인 매출이 발생할 것으로 예상하고 있다. 현재 프로토타입 장비 개발이 완료되어 시험가동 중이며, 생산 용량을 늘리기 위한 연구를 계속하고 있다. 최근 일본의 경제제재로 주력산업인 반도체 산업의 타격이 염려되는 상황에서, 세계 최초 하이브리드 정제기술을 바탕으로 OLED용 유기발광 소재 글로벌 시장에 도전장을 내민 ㈜일솔레드의 앞날이 기대된다.