한국생산기술연구원, 세계 최초 이온성 액체(ILs)를 이용한OLED TV용 유기발광 소재 정제기술 개발

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

김박사 팀은 이온성 액체*(Ionic Liquids, ILs)를 이용한 새로운 개념의 정제 기술을 확보했고,그 동안 OLED TV용 유기발광 소재 생산에서 화두가 되어온 고비용·저수율 문제를 한꺼번에 해결할 수 있게 됐다.
이온성 액체(Ionic Liquids)란 실온에서 양이온과 음이온만으로 구성된 액체물질로서 고진공(∼100℃)에서도 액체로 존재해 휘발성이 거의 없다. 또한 액체의 장점인 고분자 물질에 대한 우수한 용해성과 금속염(金屬鹽) 이라는 특징을 지니고 있어, 최근 Green Chemistry 분야에서 미래 청정 용매로 주목 받고 있다.

그 동안 고순도 유기발광 소재를 얻는 정제법으로는 유기발광 소재가 기체화됐다가 고체로 변화는 승화점 차이를 이용하는 ‘승화정제법’이 이용되어 왔다. 하지만 이 방식은 정제 수율이 낮은데다 제조공정의 완전 자동화 및 연속 공정 구현이 불가능해 제조 단가가 매우 높은 것이 단점으로 꼽혀 왔다.

김박사 팀은 이를 해결하기 위해 2011년부터 유기발광 소재의 저비용 대량 정제기술 개발에 착수, 2012년 12월 원천특허를 출원하고 이후 1년 7개월에 걸쳐 생산적용 가능성을 검증하는 데 주력한 결과 결실을 얻게 됐다.
이번 성과의 핵심은 고진공·고온에서도 휘발되지 않는 이온성 액체의 특성에 주목하여 이를OLED TV용 유기발광 소재의 고순도 정제기술에 접목시킨 것이다.

이를 위해 진공 챔버 내에서 유기발광 소재를 기체화하여 액체 필터인 이온성 액체에 용해시키고, 액체 내에서 과포화된 유기발광 소재를 재결정화 시킴으로써 불순물을 분리하는 원리를 이용한 것으로, 단 한 번의 정제공정 만으로 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.

김박사 팀은 이를 통해 정제 수율, 설비의 자동화 및 연속공정화, 대량생산의 효율성 면에서 기존 승화정제법의 단점을 한꺼번에 극복할 수 있는 획기적인 기술 개발에 성공한 것으로 평가 받고 있다. 또 고가이지만 휘발되지 않는 이온성 액체의 특성을 활용, 정제공정에서 회수 및 재처리를 통해 재활용 할 수 있어 원가 절감 면에서도 효과가 클 것으로 기대된다.

한편 OLED 전문 시장조사 업체인 유비리서치가 지난 4월 발간한 “2014 OLED Emitting Material Annual Report Market Forecast(~2020)”에 따르면, 올해 5,430억원으로 예상되는OLED 발광재료 시장은 규모인 유기발광 소재 시장은 2017년에는 1조 3천억원의 시장을 형성할 것으로 전망했다. 매년 30% 이상의 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 기술은 기존 승화정제법에 비해 수율은 50%이상 향상시켰으며, 제조 단가는 50% 이하로서 최종 목표치는 기존 가격의 1/10”이라며 “기업들과 기술개발을 추진 중”이라고 밝혔다. 특히 “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.

<유기발광 소재 정제법 비교   출처 : 한국생산기술연구원>

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