한국생산기술연구원(원장 이영수, 이하 생기원) 광에너지융합연구그룹 김태원 박사팀이 저렴한 가격으로 순도 높은 OLED TV용 유기발광 소재를 대량 정제할 수 있는 원천기술을 세계 최초로 개발했다.

김 박사팀은 이온성 액체*(Ionic Liquids, ILs)를 이용한 새로운 개념의 정제 기술을 확보, 그동안 OLED TV용 유기발광 소재 생산에서 화두가 되어온 고비용·저수율 문제를 한꺼번에 해결할 수 있게 됐다.

* 이온성 액체(Ionic Liquids)란 실온에서 양이온과 음이온만으로 구성된 액체물질. 고진공, 고온 (∼100℃)에서도 액체로 존재해 휘발성이 거의 없으며, 액체의 장점인 고분자 물질에 대한 우 수한 용해성과 금속염(金屬鹽)이라는 특징을 지님. 최근 Green Chemistry 분야에서 미래 청정 용매로 주목받고 있음.

OLED TV는 해상도가 높으면서도 전력 소비는 낮아 포화상태에 이른 평판 디스플레이 시장을 대체할 매력적인 유망산업으로, LCD TV와 달리 독자적 기술자립이 가능해 글로벌 시장을 겨냥한 전략적 육성이 필요한 분야이다.

하지만 이에 앞서 OLED TV가 LCD TV 시장을 대체할 수 있을 정도의 가격 경쟁력을 확보해야 하며, 이를 위해서는 우선 저렴한 비용으로 유기발광 소재를 대량 정제할 수 있는 새로운 개념의 정제기술 개발이 전제돼야 한다.

OLED는 유기 소재를 기반으로 한 발광 소자이기 때문에 LCD처럼 별도 의 백 라이트(Back Light) 없이도 그 자체로 빛을 낼 수 있는데, 이 빛을 낼 수 있도록 하는 물질이 바로 유기발광 소재이다.

그동안 고순도 유기발광 소재를 얻는 정제법으로는 유기발광 소재가 기체 화됐다가 고체로 변화는 승화점 차이를 이용하는‘승화정제법’이 이용돼 왔는데, 이 방식은 정제 수율이 낮은데다 제조공정의 완전 자동화 및 연속 공정 구현이 불가능해 제조 단가가 매우 높은 것이 단점으로 꼽혀 왔다.

김 박사팀은 이를 해결하기 위해 2011년부터 유기발광 소재의 저비용 대 량 정제기술 개발에 착수, 2012년 12월 원천특허를 출원하고 이후 1년 7개 월에 걸쳐 생산적용 가능성을 검증하는 데 주력한 결과 결실을 얻게 됐다.

이번 성과의 핵심은 고진공·고온에서도 휘발되지 않는 이온성 액체의 특 성에 주목, 이를 OLED TV용 유기발광 소재의 고순도 정제기술에 접목시
킨 것.

이를 위해 진공 챔버 내에서 유기발광 소재를 기체화하여 액체 필터인 이 온성 액체에 용해시키고, 액체 내에서 과포화된 유기발광 소재를 재결정화 시킴으로써 불순물을 분리하는 원리를 이용한 것으로, 단 한 번의 정제공정만으로 99.95%의 고순도 유기발광 소재를 얻을 수 있다.

이온성 액체를 기반으로 한 유기발광 소재 대량정제 기술은 세계 최초로, 고진공·고온에서도 휘발하지 않는 이온성 액체의 성질을 이용한 완전히 새로운 개념의 정제법이다.

김 박사팀은 이를 통해 정제 수율, 설비의 자동화 및 연속공정화, 대량생 산의 효율성 면에서 기존 승화정제법의 단점을 한꺼번에 극복할 수 있는 획기적인 기술 개발에 성공한 것으로 평가받고 있다. 또 고가이지만 휘발되 지 않는 이온성 액체의 특성을 활용, 정제공정에서 회수 및 재처리를 통해 재활용 할 수 있어 원가 절감 면에서도 효과가 클 것으로 기대된다.

한편 세계적 시장분석 전문업체인 IHS가 지난 연말 발간한 「AMOLED 발 광소재 산업 분석 2014」에 따르면, 올해 4억 3천만불 규모인 유기발광 소 재 시장은 2017년에는 9억 5천만불 규모로 불어날 전망이다. 매년 25% 이 상의 성장세를 보일 것으로 관측되며, 전문가들은 AMOLED TV 등 대면적 디스플레이 시장이 본격적으로 확대되면 이보다 훨씬 큰 폭으로 성장할 것 이란 진단을 내놓고 있다.

개발을 주도한 김태원 박사는“이번 성과는 폭발적인 성장이 기대되고 있는 OLED TV 시장의 판도를 바꿀 수 있는 매우 큰 잠재력을 가지고 있다”고 말하며“저비용 대량정제 원천기술을 바탕으로 국내 기업들이 OLED TV 관련 전후방 산업의 글로벌 시장을 선점하는 데 큰 기여를 할 것”이라고 밝혔다.

연구팀은 현재 관련 공정․장비기술로 국내외 특허 16건을 출원하고, 관련 업체를 대상으로 한 적극적인 기술이전을 추진할 계획이다.