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박순현 ㈜경인양행 연구위원, 7월 엔지니어상 수상
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박순현 ㈜경인양행 연구위원, 7월 엔지니어상 수상

LCD 컬러필터용 염료 개발연구에 몰두 '국산화'

기사입력 2013-07-16 00:02:37
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[산업일보]
LCD 컬러필터용 염료 개발연구에 몰두 '국산화'
20여년간 색소개발 연구에 몰두해온 국내 염료 연구분야 전문가인 박순현 ㈜경인양행 연구위원이 기존의 일반적인 염료를 뛰어 넘는 새로운 염료 개발에 앞장서 왔다.

최근 TV나 휴대폰, 모니터 등 디스플레이로서 가장 늘리 사용되는 디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display)다.
박순현 ㈜경인양행 연구위원, 7월 엔지니어상 수상


LCD는 액체와 고체의 중간상태인 액정(液晶) 전기․광학적 성질을 표시장치에 응용한 것으로서 과거 많이 사용하던 CRT와는 달리 자기발광능력이 없어 후광(백라이트)에서 방출한 백색광을 빨강, 초록, 파랑의 삼색 컬러필터를 통과 시켜 원하는 색상의 빛만 통과시킴으로서 색상을 구현한다.

컬러레지스트의 경우 2005년부터 국내 일부회사에서 국산화를 추진해 나름대로의 성과를 내고 있었지만 컬러레지스트의 핵심 기초 원료인 안료 분산액은 대부분을 일본산으로 채용할 정도로 해외 의존도가 높았다.

박순현 ㈜경인양행 연구위원, 7월 엔지니어상 수상
TFT-LCD 에서의 컬러필터 모식도
표준 백색 LED 백라이트의 발광스펙트럼과 컬러필터의 스펙트럼

염료는 안료보다 색 특성은 우수하나 내구성이 떨어지는 문제가 있으며 안료를 염료로 대체하고자 하는 연구가 일본의 대기업들을 중심으로 약 20년 전부터 진행돼 왔으나 실제로 적용할 수 있는 내구성을 가진 염료가 개발돼 상용화된 사례는 없었다.

이러한 흐름 속에서 경인양행의 박 연구위원은 선진업체들에 비해 상당히 늦은 2008년에서야 컬러필터용 염료개발을 시작했다.

이는 곧 컬러필터용 염료로서의 특성을 지니기 위해서 용제에 대한 용해도는 물론 열과 빛, 화학약품에 대한 내구성, 그리고 색의 특성을 모두 만족시켜야 하는 까다롭기 그지없는 작업에 착수한 것이었다.

박 연구위원 팀에서는 초기에 용해도를 타깃으로 해 섬유용으로 개발했던 수많은 염료 중에서 적용가능성이 있는 염료를 검토하는 것으로부터 시작했으나 적절한 염료를 발견하지 못했다.

새로운 결과물을 도출해야 하는 경인양행으로서는 스크리닝(screening)을 위한 샘플 제조에 많은 시간을 소요할 수밖에 없었다. 초기에는 고객사에 샘플을 전혀 제출하지 못하는 상태가 됨으로써 ‘개발속도가 늦다’는 등의 여러 가지 오해를 사기도 했다. 또한 용해도가 확보되면 이번에는 내구성이나 색의 특성이 만족할 만한 수준에 오르지 못하는 등 수많은 난관에 봉착했다. 그럼에도 불구하고 2년여에 걸쳐 수백 종의 염료들을 스크리닝하고 과학적인 분석법을 동원해 연구를 진행하는 동안 경인양행은 점차 컬러필터용 염료에 요구되는 특성을 만족시킬수 있는 노하우를 터득하게 됐다.

2010년 세계 최초로 LCD 컬러필터에 염료를 적용하는 사업화를 이뤄내며 염료사에 새 장을 열었다. 박 연구위원 팀에서는 향후 컬러필터의 주색도 염료형으로 모두 대체한다는 목표 아래 새로운 컬러필터용 염료개발에 온힘을 쏟고 있다.

컬러필터용 색소가 갖추어야 할 조건으로는 백라이트의 광을 빨강, 초록, 파랑 각 색상별로 선택적으로 최대한 투과시킬 수 있는 스펙트럼과, 컬러레지스트에 사용하는 용제에 대한 높은 용해성, 컬러필터를 형성하는 공정 중 230℃를 넘는 고온의 공정을 견딜수 있는 높은 내열성, 백라이트 광에 대해 안정한 내광성, 컬러필터 형성과정에서 사용되는 다양한 용제에 대한 내하학성 등 실로 다양한 조건을 만족시켜야 한다.

현재 세상에 알려진 염료는 수천 종에 이른다. 컬러필터용 염료를 개발하기 위한 첫걸음으로 박 연구위원 팀에서는 수많은 기존 염료 중에서 적용이 가능한 염료를 발굴할 수 있는지를 먼저 검토했다. 공개된 수많은 문헌을 조사하고, 실제로 수백 종의 염료를 직접 테스트해 적용 가능한 염료를 탐색했으나 스펙트럼을 만족하는 염료는 있으나 용해도와 내열성, 내광성을 만족시키는 염료는 찾아낼 수 없었다.

박순현 ㈜경인양행 연구위원, 7월 엔지니어상 수상


수많은 연구 끝에 염료모체별로 용해도를 확보할 수 있는 방법은 개발했으나 스펙트럼 특성과 내열성, 내화학성 등의 내구성을 확보할 수 있는 염료의 개발은 쉽지 않았으며 1천여종이 넘는 염료를 합성함으로써 적용이 가능한 염료를 개발할 수 있었다.

현재 기존에 사용하던 안료를 염료로 대체하는 과정은 전환기에 있다. 박 연구위원팀에서 개발한 염료는 아직 기존의 안료를 전부 대체하지는 못했다.

박 연구위원 팀에서는 안료를 모두 대체할 수 있는 염료 개발을 계속하고 있으며 현재도 세계 선두 위치를 유지하고 있어 향후 더 우수한 염료의 개발이 기대된다.

한편 미래창조과학부(장관 최문기)와 한국산업기술진흥회(회장 박용현)는 시공 및 유지보수가 용이한 고효율 친환경 히트펌프를 개발한 (주)경진티알엠 최병화(45세)대표이사와 LCD 컬러필터용 염료를 개발한 ㈜경인양행 박순현(49세) 연구위원을 ‘이달의 엔지니어상’ 7월 수상자로 선정했다.



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