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[릴레이기고]나노융합재산업 선도하는 나노 컬러페이스트

[릴레이기고]나노융합재산업 선도하는 나노 컬러페이스트

‘울산, 나노융합산업시대를 열다’ 릴레이 기고 (7)
LCD용 안료분산액 균일 분산이 관건
컬러페이스트 국산화로 일본에 도전

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	▲ 정진배 (주)이엔에프테크놀로지 연구소장

오늘날의 디스플레이는 TV, 모니터, 스마트폰, 태블릿PC 등 우리 생활과 밀접한 소재에서부터 의료, 항공, 전시 등의 전문 분야에 이르기까지 다양한 형태로 응용되어 정보통신시대 영상 장치의 핵심 산업으로 부상했다. 이런 디스플레이 시장은 전세계 기준으로 2013년 1384억달러에서 2015년 1431억달러로 지속적인 성장이 예상되고 있다.

우리나라는 1990년대 중반부터 디스플레이 시장의 대부분을 차지하고 있는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, 이하 LCD) 분야에 과감한 선제 투자를 진행함으로써 일본 기업들을 제치고 세계시장 점유율 1위라는 성과를 이루어 내고 있다. LCD는 상판 컬러필터(Color Filter)에 대응하는 하판 TFT와 그 사이에 주입된 액정으로 구성되어 있고 광원인 백라이트의 빛이 액정에 의해 컬러 필터의 특정 부위만 통과하게 되면 우리가 원하는 화상을 얻을 수 있게 된다.

이때 화면의 색채 균형을 유지하고 자연색에 가까운 색감을 얻게 하는 역할을 하는 것, 즉 화면의 색상을 결정하는 것이 컬러필터이다. 컬러필터는 컬러레지스트(Color Resist)를 유리 기판 위에 코팅, 노광(盧光; exposure), 현상(現像; development)하는 공정을 빛의 삼원색인 빨간색, 녹색, 파란색에 대해 반복하여 제조한다. 컬러레지스트의 색 특성을 나타나게 해주는 물질인 컬러페이스트(Color Paste)는 고유 색깔의 안료와 안료를 용매에 안정하게 분산되도록 도와주는 분산제 등으로 이루어진 안료 분산액이다. 컬러페이스트는 잉크나 페인트와 비슷하지만 유기 안료의 크기가 매우 작고 종이 한 장 정도의 작은 패턴을 형성하는 공정에 사용된다는 점에서 훨씬 더 까다롭다. 특히 소비자가 더 밝고 뚜렷한 천연 색상의 디스플레이를 요구함에 따라 이를 구현하기 위해 컬러페이스트 속의 안료 입자는 점점 더 작아지고 있다.

컬러페이스트는 유기 안료를 나노 크기의 입자로 가공하는 기술과 가공된 입자를 분산하는 기술을 기반으로 하고 있다. 일반적으로 입자 크기가 작아질수록 표면적은 기하급수적으로 증가하고 평균 입자 크기가 같더라도 입자 분포가 넓고 표면이 거칠수록 표면적은 더 증가하게 된다. 그런데 표면적이 넓은 나노 입자는 불안정하여 자기들끼리 쉽게 뭉쳐진다. 따라서 안료를 나노 크기로 가공할 때, 균일한 크기로 만들고 안료 표면을 안정화시키는 기술이 매우 중요하다. 이렇게 가공된 안료가 디스플레이에 시용되기 위해서는 수십 나노미터 크기의 안료 입자를 용매상에 균일하고 안정하게 분산하는 기술이 필요하다. 안정하게 분산되지 않은 안료 입자는 시간이 경과함에 따라 입자의 응집에 의한 색 품질이 저하되기 때문에 안료입자를 나노 크기로 분산하기 위해서는 특수한 구조의 분산기(milling machine)와 부대 설비 시스템은 물론 최고 수준의 공정 기술이 요구된다.

컬러페이스트 시장은 나노 기술을 기반으로 높은 기술 장벽을 쌓은 산요, 미쿠니, 도요 등 일본 업체들에 의해 주도되어 왔으나 최근 울산 소재 기업인 (주)이엔에프테크놀로지(ENF Technology, 이하 이엔에프)가 10여년간의 연구개발결과를 토대로 컬러페이스트의 국산화를 주도하고 있다.

이엔에프는 2007년 7월에 지식경제부와 울산시가 주도하는 지방기술혁신 연구개발사업인 ‘울산 프라이드(PRIDE) 연구사업’(총괄 울산테크노파크)에 세부주관기관으로 선정되어 ‘대면적 디스플레이용 컬러페이스트 개발’ 과제를 2012년 6월까지 5년 동안 진행하면서 얻은 연구성과를 바탕으로 2012년 350억원의 매출을 달성했다. 연간 4000억원으로 추정되는 국내 시장은 전방 산업인 컬러레지스트 시장의 성장에 따라 지속적인 확대가 예상되며, 컬러페이스트 사업은 이엔에프의 주요 사업부문이자 차세대 성장동력으로 자리매김하고 있다.

최근에는 고휘도 컬러필터용 염료 혼합형 분산액, OLED용 고착색력 안료 분산액, 고색재현 액정디스플레이용 안료 분산액 등 다양한 디스플레이용 유무기 나노 입자 분산 연구를 진행되고 있고, 그리 멀지 않은 시간 우리 생활 곳곳에서 쉽게 찾아볼 수 있을 미래 디스플레이의 구현 및 상용화에 앞장서고 있다. 첨단 나노 기술이라는 새로운 지식 기반 산업 아래 차세대 디스플레이 시대가 성큼 다가오고 있다.

정진배 (주)이엔에프테크놀로지 연구소장