한솔케미칼, 고품질 페로브스카이트 나노 소재 개발

첨단 디스플레이 기술경쟁력 확보 기여

우수한 케미칼 제품으로 관련 시장을 선도해 온 첨단 정밀화학 기업인 한솔케미칼(대표 박원환)이 43여 년간 쌓아온 독보적인 기술력을 바탕으로 초고해상도 디스플레이 구현이 가능한 초격차 발광소재 개발과 이를 적용해 시제품 제작에 나선다. 이를 통해 나노 소재의 확산을 통한 나노 산업 발전 및 첨단 디스플레이 시장에서 경쟁력 확보에 기여해 우리나라 첨단산업의 위상을 높일 것으로 기대된다.

우리나라의 소재·부품 기업은 국내 산업 발전에 기여했을 뿐만이 아니라 우리나라가 수출주도 경제체제로 성장하는데 큰 역할을 해왔다. 철강, 조선 등 전통 산업에서부터 반도체, 디스플레이 등 첨단 산업에 이르기까지 다양한 산업에서 경쟁력을 확보할 수 있었다.

하지만 선진국들의 기술 고도화 및 후발국들의 급격한 성장으로 인해 우리나라 소재·부품 기업들이 시장에서 위협받고 있다. 이에 고부가가치 제품의 개발 등을 통해 이러한 상황을 극복해야 하며, 이를 위해서는 소재·부품 기업의 혁신역량 강화와 신기술의 활용이 필요하다.

나노소재는 기존의 기술적 정체 상태를 돌파해 우리나라 제조업의 가장 큰 숙제인 고도화 및 신성장동력 창출에 필요한 촉매 역할을 하는 기술로 주목받아 왔다. 기존 소재의 물성을 뛰어넘는 초물성, 신기능 구현이 가능한 특성을 지닌 나노 소재는 기존 기술에 접목해 기존 제품의 성능 개선 및 혁신을 통해 고부가가치를 창출해 4차 산업혁명 시대 핵심 기반으로 불리고 있다.

게다가 최근에는 양자점 나노입자, 탄소나노튜브 등이 디스플레이, 이차전지 산업에 적용돼 가시적인 성과를 내면서 첨단전략산업의 초격차 달성을 위한 핵심 요소로 더욱 부상하고 있다. 이에 우리 정부는 고품질의 나노소재가 첨단전략산업에 빠르게 스며들 수 있도록 첨단전략산업 수요를 연계한 나노소재 기술개발에 나섰다.

산업통상자원부는 첨단 나노소재의 고품질화 및 스케일업 등 고도화 핵심기술 및 수요-공급기업 간 협력을 통해 나노 융합 초격차 제품을 개발하고 이를 반도체, 디스플레이, 첨단 모빌리티 등 미래 전략산업의 초격차 실현과 다양한 응용산업으로의 활용 및 확산에 나서고자 ‘첨단 나노소재 적용 미래전략산업 수요연계 기술개발 사업’에 착수했다.

산업통상자원부는 업계 수요를 바탕으로 △수요산업에 적용 가능한 첨단 나노소재(CNT, 페로브스카이트, 니켈분말, 그래핀)를 활용한 디스플레이용 색변환 필름 △산업적 수요가 기대되는 미래 나노소재(질화붕소나노튜브, 나노셀룰로오스)를 활용한 우주항공용 방사선 차폐 시트 등 나노융합 부품개발을 확보하고자 사업을 추진하게 됐다.

나노융합산업연구조합(이사장 홍순국, 이하 나노조합)은 첨단 나노소재의 수요연계 기술개발의 사업화 촉진을 위한 종합적인 지원 및 수요-공급 협력을 위한 체계를 구축해 다양한 기술 협력을 통한 파생 성과 창출을 도모하기 위해 ‘첨단나노소재 전략수립 및 성과확산 지원’의 주관기관으로서 △협의체 및 자문위원회 운영 △전략 수립 지원 △기술교류회 개최 △성과 확산 등을 지원한다.

우리나라를 대표하는 첨단 정밀화학 기업인 한솔케미칼은 ‘Rec.2020 95%급 초실감형 디스플레이 구현을 위한 고효율, 고색순도, 장수명 페로브스카이트 나노결정 대량합성 및 대면적/연속 광변환 필름 제조 기술 개발’ 과제의 총괄기관이자 1세부 과제인 ‘고품질 페로브스카이트 발광 나노결정 대량화 기술 개발’의 주관기관으로 선정됐다.

첨단 나노소재 미래전략산업 수요연계 기술개발사업, 나노 소재 확산·전후방 파급 효과 확대

초실감형 디스플레이 구현 고성능 발광 소재 개발·대량 합성, 글로벌 시장 주도권 우위 선점

TV를 비롯해 스마트폰, 태블릿, PC 등을 통해 수요가 창출됐던 디스플레이는 제품 및 기술의 고도화뿐만이 아니라 초실감형 및 촉·질감 디스플레이가 개발되면서 AR/VR 디스플레이, 홀로그래피 등 새로운 응용 분야로 확대 되고 있다. 게다가 3차원 가상세계인 메타버스가 주목받으면서 해당 시장과 관련 시장을 선점하기 위한 세계 각국의 움직임이 빨라지고 있다.

페로브스카이트는 특수한 결정 구조를 가진 신소재로, 발광 소자로 만들었을 때 색순도가 뛰어나고 전기적 특성이 우수한 데다 저렴해 차세대 디스플레이 소재로 꼽힌다. 특히, 페로브스카이트 발광체는 현존하는 발광체 중에서 유일하게 초고선명 텔레비전(UHD-TV) 색표준인 REC. 2020을 만족하는 고색순도 발광 소재로 차세대 디스플레이 산업을 선도할 수 있을 것으로 기대된다. 이에 미국과 일본 등 발광소재 선도국가들은 관련 기술 개발에 나서는 등 경쟁력 확보에 적극 나서고 있다.

시장조사에 따르면, 양자점 TV 패널의 출하량은 2025년 3천만대로 예상되고 있으며, 프리미엄급 TV는 40% 점유율과 3조원 가량의 시장을 형성할 것으로 전망되고 있다. 또한 AR·VR 디스플레이 시장은 향후 5년간 연평균 59% 성장해 2023년에 19억 2,300만달러(약 2조 3,750억원)에서 2027년 92억 9,800만달러(약 11조 4,830억원)에 이를 것으로 예상된다.

이러한 유비쿼터스 환경에 따른 디스플레이 응용범위의 확대로 현실감 있는 색표현력(Rec.2020 색영역 충족)과 고효율 디스플레이 구현 초격차 기술 확보 및 대량생산을 통한 상업화가 필요하다. 이에 한솔케미칼은 정부와 나노조합의 지원을 바탕으로 고색재현과 고효율 디스플레이를 동시에 충족하는 페로브스카이트 나노결정 소재를 이용해 고색순도, 장수명을 위한 대량합성 기술과 신속한 시장성 확보를 위한 기존 필름 공정을 이용한 대면적 색변환 필름 제조 기술 개발에 나섰다.

1980년 과산화수소의 국산화에 도전하면서 정밀화확 분야를 중심으로 국내 화학 산업 발전에 이바지해 온 한솔케미칼은 제지 및 섬유, 반도체 등에 사용되고 있는 과산화수소를 시작으로 라텍스, 제지용 케미칼, 고분자응집제, 차아황산소다(SD), BPO(Benzoyl Peroxide)에 이르는 정밀화학 분야는 물론이고 실리콘·메탈 프리커서 등 반도체 및 디스플레이용 IT 소재와 실리콘 음극재·바인더 등 이차전지 분야로 그 영역을 확대·발전시키며 국내뿐만이 아니라 글로벌 시장에서도 입지를 공고히 하고 있다.

창립 이후 끊임없는 도전과 기술 개발로 우수한 기술력을 축적해 놓은 한솔케미칼은 올해 4월부터 2027년 12월까지 45개월 동안 고성능의 페로브스카이트 나노결정 대량합성 및 대면적/연속 광변환 필름 제조 기술나노 소재기술 개발 및 시제품 제작을 진행, 고휘도·고색순도 발광소재 개발을 통해 넓은 색영역을 구현함으로써 발광 소재의 기술력 증진에 기여할 예정이다.

과제 1차 년도인 올해, 한솔케미칼은 가시광 발광 나노 소재 합성 및 스케일 업을 위한 적색 및 녹색 페로브스카이트 소재 합성에 성공했으며, 스케일업 공정 확보를 위한 1단계 스케일 업을 진행 중이다. 또한, 현재 할라이드 이온 교환 특성을 이용한 파장 조절 및 모너머 분산 안전성 확보를 위한 표면 개질 연구에 힘쓰고 있다.

앞으로 한솔케미칼은 패널에서 색을 표시하는 색 영역을 의미하는 표준 색역대 BT 2020(Rec.2020)을 95%까지 달성하기 위한 23nm(나노미터) 이하의 협반치폭을 지니며, 발광 중심이 530nm인 녹색과 32nm 이하의 반치폭에 발광 중심 640nm인 적색 페로브스카이트 개발을 목표로 2027년까지 과제 2, 3, 4차 년도의 계획에 맞춰 △페로브스카이트 대량 합성 기술 개발 (Pilot scale) △분산 안정성 확보를 위한 표면 개질 및 코팅 기술 개발을 개발하고자 한다. 개발된 기술을 바탕으로 1세부와 2세부 협업을 통해 BT2020 95% 이상 달성한 시제품 제작에 나설 계획이다.

한솔케미칼은 나노소재 개발과 대량생산 및 이를 통한 신시장 창출로 나노 기술 분야의 경쟁력을 배가시키고 초고해상도 디스플레이 구현과 IT디바이스 시장에 대응함으로써 세계무대에서 한국의 디스플레이 및 나노소재 산업의 위상을 드높이는데 일조할 것으로 기대된다. 또한, 개발한 나노 소재 및 기술을 IT(정보통신기술), ET(환경공학기술) 등과의 다양한 융복합 분야 창출에 기여할 것으로 보인다.

▲ 한솔케미칼에서 개발한 친환경 퀀텀닷

미래소재 분야에 대한 연구와 개발을 통해 새로운 성장을 위한 발걸음을 멈추지 않고 끊임없는 도전을 이어가고 있는 한솔케미칼은 세계 최초로 친환경 ‘QD(퀀텀닷)’를 생산하고 있으며, 전 세계적인 물과 위생문제 해결을 위한 워터 캠페인을 진행하는 등 다양한 사회 공헌 활동을 펼치며 ESG 경영에도 앞장서고 있다.

한편, 첨단 나노소재가 다양한 산업분야로 활용이 확산돼 초격차 달성을 위한 사업화로 연계되도록 하기 위해서는 수요-공급 기업 간 협의체 운영과 기술 교류 및 홍보 지원을 통한 성과 확산, 사업화 전략 수립 등 다각적인 뒷받침이 필요한 만큼 나노융합산업연구조합은 과제 수행단계 에 맞춰 1차 년도에는 시장 및 특허 조사 등의 활동 기반을 지원했으며, 향후 기술개발 진행 상황에 맞춰 기업들이 세부과제의 제품화 성공과 사업화 등 혁신적인 성과를 달성할 수 있도록 적극적인 지원을 아끼지 않을 계획이다.

▲ 첨단 나노소재 적용 미래전략산업 수요연계 기술개발 사업 개요