▲ 한국화학연구원 그린화학소재연구본부 전근 박사가 -15도에서 옥심 화합물 전구체 합성을 진행하고 있다.

한국화학연구원(원장 이규호)과 (주)삼양사는 디스플레이 등에 필수적으로 사용되는 물질로, 감도와 투과율이 뛰어나며 가격 경쟁력을 갖춘 새로운 옥심계 광개시제를 개발하여 상업화를 확대한다고 밝혔다.

광개시제는 도료, 코팅액, 잉크, 페인트, 접착제 등의 수지에 소량 첨가되어, 빛을 받으면 수지가 화학 반응을 일으키게 만드는 물질이다. 즉 광개시제가 첨가된 수지에 빛을 쏘아주면 광개시제가 자외선을 받아 수지의 중합 반응*을 시작하게 한다. 수지가 중합반응을 일으키면 단단하게 굳으면서 원하는 형태로 구조를 형성한다.

* 분자량이 작은 분자가 연속으로 결합을 하여 분자량이 큰 분자(고분자) 하나를 만드는 것

일반적으로 도료, 페인트 등이 들어간 생활 용품 및 다양한 산업에 광개시제가 쓰인다. 그중 옥심 화학구조를 이용한 옥심계 광개시제는 성능이 우수하여 주로 디스플레이 제작에 활용**되고 있다. 이제까지 옥심계 광개시제로 바스프의 OX-01, OX-02 제품이 지난 10여 년 동안 세계(1,000억 원) 및 국내시장(500억 원)을 독점해 왔다.

** 디스플레이는 컬러 필터 기판을 포함한 다양한 기능을 나타내는 복합층으로 구성되어 있다. 그중 컬러 필터 기판에는 광을 쏘면 중합되어 패턴을 형성해주는 수지를 활용하는데, 이 수지에 광개시제가 첨가된다.

▲ 전근 박사가 컬럼크로마토그래피를 이용하여 옥심계 광개시제 화합물을 분리 정제하고 있다.

화학(연) 전 근 박사팀은 이를 대체할 수 있는 새로운 옥심계 광개시제를 ㈜삼양사와 공동 개발하여 상업화에 성공했다.(제품명 : SPI-02, SPI-03, SPI-07) 본 제품은 기존 제품에 비해서 감도 및 투과율이 뛰어나다. 또한 제조원가가 낮은 화합물을 개발하여 가격 경쟁력이 매우 우수하여, 앞으로 시장 점유율이 높아질 것으로 기대된다.

옥심계 광개시제는 2002년 바스프에서 원천특허를 출원하여 특허 진입 장벽이 매우 높았으나, 화학연은 새로운 옥심계 광개시제를 개발하여 국내특허등록 4건, 국외특허등록 3건, 국내특허출원 8건, 해외특허출원 6건의 물질특허 등록 및 출원을 완료하였다.

화학(연)과 ㈜삼양사는 상업화에 성공함으로써 포토레지스트***(감광수지)에 적용해 품질을 높이고 가격경쟁력을 확보하였다. 2016년에는 약 25억 원 매출을 기록하였다. 향후 수요기업인 포토레지스트업체에서 본 연구로 개발한 광개시제의 수요가 늘어날 것으로 예상되어 매출액은 더욱 증가할 것으로 보인다.

*** 빛에 노출됨으로써 약품에 대한 내성이 변화하는 고분자 재료

광개시제는 빛을 조사하면 양이온을 발생시키거나 라디칼*을 생성하여 개시제 역할을 하는데, 옥심계 광개시제는 라디칼을 생성하여 중합반응을 일으키는 역할을 한다.

* 화학변화가 일어날 때 분해되지 않고 다른 분자로 이동하는 원자의 무리

▲ 옥심계 광개시제는 반도체, LCD 및 OLED 등의 디스플레이 제조 공정의 핵심 소재로 폭넓게 사용되고 있다.

옥심계 광개시제는 투과도가 좋으며, 자외선 조사에 의한 라디칼 발생 효율이 높을 뿐만 아니라 조성물 내에서 안정성과 상용성이 뛰어나다는 강점을 가지고 있다. 따라서 반도체, LCD 및 OLED 등의 디스플레이 제조 공정에서 구조를 형성하기 위한 포토레지스트(감광수지) 등에 핵심 소재로 폭넓게 사용되고 있다.

광개시제 전체 세계시장은 8,000억 정도이며 그중에서 옥심계 광개시제는 세계시장 1,000억 원, 국내시장 500억 원의 규모를 갖고 있다. 향후 연평균 10% 내외의 성장이 예상된다.

화학(연) 이규호 원장은 “본 광개시제 기술은 한국의 주력산업인 반도체 및 디스플레이 제조 공정에 꼭 필요한 기술이지만 지금까지 글로벌 해외기업이 독점해왔다. 이러한 상황에서 국내 독자 기술로 광개시제 제품을 상용화한 것은 커다란 의미가 있다. 세계 최고 기술을 보유한 화학(연)과 삼양사의 협력은 디스플레이 제조기술 사업화 분야에서 산-연 협력의 성공적 모델이 될 것”이라고 의의를 밝혔다.

연구책임자인 화학(연) 전 근 박사는 “본 옥심계 광개시제는 디스플레이 제조 공정에 필수적인 핵심 소재로서 이번 성과를 통해서 수입대체와 디스플레이 관련 산업의 기술 향상, 제조원가 절감에 이바지할 수 있기를 바란다”고 말했다.

한편, 본 성과는 민간수탁개발사업(차세대 광증감제 개발, 고효율성 광개시제 개발)으로 ㈜삼양사와 공동으로 수행되었다.

<문의> 화학(연) 그린화학소재연구본부 전근 박사(042-860-7662, 010-5281-9198)

기술마케팅실장 정문근 박사(042-860-7746, 010-8927-0435), 과학확산팀 김대일 팀장(042-860-7823, 010-5024-9764)