Update2025.05.15 (목)
대구경 사파이어 기술 확보로 ‘LED강국 코리아’ 달성
친환경·고효율광원인 LED는 디스플레이에서 조명에 이르기까지 다양한 산업에 적용되면서 ‘제2의 반도체 산업’으로 각광받고 있다.
지난 몇 년간 LED TV의 BLU(백라이트유닛)로 쓰이며 성장한 LED산업은 최근 세계적인 백열등 퇴출 바람에 힙입어 조명시장에서 큰 성장이 기대되고 있다.
현재 LED의 기초 소재로는 대다수 알루미나(Al₂O₃)가 단결정으로 성장된 결정체인 사파이어 기판을 사용하는데 산업 주도권을 잡기 위해선 한번에 더 많은 LED를 생산할 수 있는 대구경 사파이어 잉곳과 기판 제조기술을 확보해야 한다.
현재 6인치로의 대구경화가 빠르게 이뤄지고 있고 8인치에 대한 기술개발이 한창이지만 우리나라는 6인치 이상 잉곳을 전량 수입에 의존할 정도로 해외 의존도가 커 안정적인 원자재 확보가 어려운 상황이다.
이에 사파이어테크놀로지가 총괄주관을 맡은 슈퍼사파이어 단결정 사업단은 회수율 50% 이상의 300mm 대구경·고효율의 LED용 사파이어 단결정 개발을 목표로 출범했다. 사업단은 세부과제로 △300mm (12인치) a축 사파이어 단결정 성장기술(세부주관기관 사파이어테크놀로지) △300mm c축 사파이어 단결정 성장기술(KCC) △300mm 대구경 사파이어 기판 개발(한솔테크닉스)에 나서고 있다.
이들 소재는 2019년 국내 4,000억원, 국외 1조5,000억원의 시장규모로 성장할 것으로 예측되고 있다.
■ 490억 매출 창출, 사업화 ‘성공적’ 중견기업 육성 활발, 사업화로 490억 매출
사업단은 1단계 사업을 통해 목표치를 빠르게 앞당기며 사업화에도 성공하면서 우리나라 LED소재 경쟁력을 높였다는 평가를 받고 있다.
주요 기술성과로는 △150mm a-축 사파이어 단결정 성장 및 가공기술 개발 완료(1년 단축) △200mm a-축 사파이어 단결정 성장 및 가공기술 개발완료(100mm 이상 시제품 개발 완료) △150mm c-축 사파이어 단결정 성장기술 개발 완료(잉곳길이 300mm 이상, 잉곳 효율 70% 이상 개발완료) △150mm 고평탄도 사파이어 단/양면 기판 제조기술 개발완료 △200mm 사파이어 단/양면 기판 기반기술 개발 완료 등이 꼽힌다.
특히 국산기술 확보를 통해 150mm급 사파이어 단결정 생산성은 타 공법 대비 100% 이상 향상됐고 사파이어테크놀로지의 생산능력은 세계 1위에 올랐다.
1단계 사업기간 중 사업단에서는 국내 약 420억원, 해외 70억원 규모의 매출이 발생했고 총 585명의 신규고용이 창출됐다. 특허출원도 국내 51건, 국외 8건을 기록했고 해외 SCI에 논문 2건이 게재되는 성과를 거뒀다.
2단계 협업체계 8인치 잉곳·기판기술 확보
■ 중견기업 육성 요람
사업단은 출범부터 세계적인 단결정 성장기술과 기판 가공기술을 가진 중소·중견기업이 주축이 돼 구성됐다.
중소기업으로 주관기관을 맡은 사파이어테크놀로지는 과제수행을 통한 사업화에 성공하며 중견기업으로 도약하는 등 6개의 중소기업 중 4곳이 중견기업으로 성장하는 눈부신 성과를 창출해냈다.
이렇듯 깜짝 놀랄만한 결과가 나올 수 있었던 것은 사업 참가기업들 간 유기적인 협력때문이었다. 사업단은 고순도 알루미나 원료에서부터 사파이어 단결정 성장 및 사파이어 기판 가공, 기판 가공용 부재료 및 장비 개발, 사파이어 기판의 LED 적용 평가 등 LED용 사파이어 단결정 소재 개발에 필요한 모든 공정을 각각의 수행기업이 분담하는 유기적인 구조로 구축돼 있다.
실례로 사파이어 단결정 성장용 원재료 국산화를 추진 중인 KC주식회사는 개발한 초고순도 알루미나를 KCC에 제공하고 c-축 사파이어 단결정 성장 테스트를 시행했다. KCC는 테스트 결과를 KC에 피드백하고 타사의 경쟁제품에 대한 분석결과도 함께 제공했다.
이화다이아몬드공업㈜은 함께 WPM사업을 추진중인 일진다이아몬드의 개발품을 활용해 사파이어 기판 절삭용 다이아몬드 전착 와이어를 국산화하는데 성공했다. 일진다이아몬드는 이 제품에 대한 성능을 평가하고 피드백해 고품질·고성능의 마이크론 다이아몬드 파우더 개발에 기여하고 있다.
또한 이화다이아몬드공업은 다이아몬드 전착 와이어를 기판 가공기업인 한솔테크닉스와 일진디스플레이에 공급했다.
한솔테크닉스와 일진디스플레이에서는 한국생산기술연구원에서 개발한 사파이어 절삭용 Multi-wire-saw 장비에 다이아몬드 전착 와이어를 장착, 실제 사파이어 잉곳을 절단하거나 슬라이싱하는 등 가공장비와 가공부재료를 동시에 시험 적용 중이다.
이들 기업과 기관들은 사파이어 단결정 기판의 휨 편차 등의 주요 기판특성 정보를 공유하며 기판 가공기술을 보완하고 기술개발 ‘상생발전’에 나서고 있다.
■ 8인치 이상 잉곳/기판 기술 확보 나선다
슈퍼사파이어 단결정 사업단은 2단계 사업에서도 목표치 조기달성에 나선다는 계획이다.
2단계 사업 목표는 △200mm(8인치) 사파이어 단결정 성장기술 개발 및 사업화 추진 △300mm(12인치) 사파이어 단결정 성장 기반기술 개발 △200mm 사파이어 기판 가공기술 개발 및 사업화 추진 △300mm 사파이어 기판 가공 기반기술 개발 등이다.
이와 같은 8인치 잉곳 및 기판 성장 기술개발 조기달성을 위해 기업 간 기술개발 교류를 확대하고 산학연 R&D협력 체계를 강화한다는 계획이다.
또한 원재료인 고순도 알루미나에 대한 a-축 사파이어 성장 시험적용을 확대하고 해외 산학연 실무전문가 및 공인 리서치 기관을 초빙해 최신기술과 시장동향을 공유하는 자리도 확대할 예정이다.
슈퍼사파이어 단결정 사업단장을 맡고 있는 이희춘 사파이어테크놀로지 대표이사는 “사업단의 이상적인 협력구조를 발전시키면서 양질의 R&D협력 결과물을 확보할 것”이라며 “2단계 사업에 1,144억원을 투자해 매출 3,014억원 고용창출 260명을 달성할 계획”이라고 밝혔다.
