동우화인켐

동우화인켐의 연구기술부문은 끊임없는 R&D를 통해 지속 성장의 원동력으로 역할을 해왔다. 그러나 디스플레이산업 패러다임의 변화 등에 직면해 신성장동력 마련이 시급히 요청됨에 따라 선도기술 확보가 더욱 중요해졌다. 이전까지 사업본부 역량 강화에 초점을 맞춘 연구개발에 주력해 왔다면, 이제는 미래 성장동력을 확보하기 위한 신수종 아이템 개발과 원천기술 확보에 힘을 기울여야 하는 상황이 도래했다.

동우화인켐은 2017년 조직개편을 통해 각각의 사업본부 내에 광학소재개발그룹과 ADS개발그룹을 신설한데 이어 2018년에는 케미칼사업본부 내에 케미칼개발그룹을 신설해 단기과제 개발 기능을 모두 사업본부로 이관 완료했다. 이에 따라 연구·기술본부는 연구 본연의 목적에 더욱 집중하면서 중장기 성장동력 마련을 위한 연구개발을 수행하기 시작했다. 연구·기술본부는 2018년 조직개편을 통해 기존 전자재료연구소-신소재연구소-생산기술그룹 체계에서 기반기술연구소-인프라센터 등 2그룹 8팀으로 개편됐다. 기반기술연구소에는 디스플레이요소팀, 반도체요소팀, 센서요소팀, 융합연구팀을 편제해 미래 기술 연구소에 집중하도록 했다. 인프라센터에는 공정개발팀, 엔지니어링팀, IP전략실, 분석기술팀이 조직됐다. 이와 함께 연구관리파트를 신설해 본부 직속에 뒀다. 2019년에는 부사장 직속으로 생산기술실을 신설했다. 인프라센터 산하의 엔지니어링팀을 생산기술실 산하로 이동해 전사 조직으로 편제했다. 이에 앞서 2018년 2월 SEMH 중국 현지 Lab을 개소했다. 한국 디스플레이 기업들이 LCD사업을 축소하는데 비해 중국 시장의 성장은 해마다 가파르게 성장함에 따라 영업, 기술 지원을 강화하기 위한 조치였다.

중국 디스플레이기업들의 기술력은 한국에 버금가는 수준으로 발전했다. 이에 따라 중국 현지 연구소에서 고객의 개발 스케줄에 따라 제품 설계, 제작, 평가 결과의 해석을 수행해 고객 만족도를 높여 나갔다. 보다 신속한 상품화 대응력을 구축해 중국 시장점유율 확대의 기반을 마련할 수 있었다. 동우화인켐은 2020년 4월 칼라연구소를 신설했다. 글로벌 넘버원 제품 중 하나인 컬러레지스트를 기반으로 향후 QD 등 차세대 디스플레이, 반도체 그리고 색재 관련 신규 비즈니스를 창출하겠다는 복안이었다. 기존에는 기반기술연구소의 디스플레이요소팀에서 QD 관련 연구를, 케미칼개발그룹의 표시재료상품팀에 서는 RGB 관련 연구를, 반도체소재상품팀에서는 CIS 관련 연구를 진행하고 있었다. 칼라연구소는 이처럼 분산돼 있던 색재 관련 R&D 기능을 통합해 디스플레이색재1팀, 디스플레이색재2팀, 반도체색재팀을 구성했다. 디스플레이색재1팀은 차세대 QD, 디스플레이색재2팀은 컬러 레지스트, 반도체색재팀은 CIS 관련 연구를 담당했다.

이를 통해 중복 개발 최소화는 물론 과제의 집중화를 통한 시너지 창출을 도모했다. 염료합성, CIS 등 스미토모화학과의 교류가 필요한 분야에서도 칼라연구소로 창구를 일원화해 연구개발의 효율화를 꾀할 수 있었다. 또한 색재뿐만 아니라 LCD, OLED, WOLED, 플렉서블, QD디스플레이, 반도체 적층 등 고객의 다양한 구조에 적합한 주변 재료 개발을 함께 진행했다. 한편 연구·기술본부는 2020년 4월 칼라연구소 신설과 함께 본부 조직을 기반기술연구소, 기술지원센터로 개편했다. 인프라센터를 기술지원센터로 개편하면서 공정개발팀은 기반기술연구소로 이관했다.

반도체부문

반도체용 기능성 재료

반도체 미세 공정이 10나노 이하로 빠르게 전환되면서 극자외선 노광장비인 EUV(Extreme Ultra Violet)가 대안으로 부상했다. 새로운 광원으로 사용하는 극자외선은 기존에 사용돼 온 ArF에 비해 파장이 짧아서 웨이퍼에 더욱 미세한 회로를 새길 수 있었다. S사는 2000년대 부터 EUV 기술 연구에 착수했다. 기술 안정성, 생산성 확보와 함께 EUV를 실제 양산에 적용하기 위한 소재 및 장비 개발과 인프라 구축에 힘썼다. 양산에 EUV를 적용하기 위해서는 EUV 포토마스크 세정공정이 필수적이었다. 이에 동우화인켐은 2014년부터 EUV-마스크 세정제 개발을 진행했다. 약 3년간의 연구개발 결과 2017년 2월 알칼리 베이스로 EUV-마스크 세정제(제품명: MC-01)를 개발했다. 대미지 프리와 공정 단순화를 달성하면서 같은 해 8월 양산 개시에 들어가 EUV 노광공정에 필요한 최초의 기능성 케미컬 진입에 성공했다. 2021년에는 더욱 발전된 EUV-마스크 세정제(제품명: EMC 1.0)를 개발해 본격적인 품질, 생산 체계를 갖추고 EUV 시대에 주요 소재로 자리매김하기 시작했다. 2017년에는 고객사의 핀펫(Fin Field Effect Tran-sistor: FinFET) 공정 양산에 대응해 반도체용 Poly-Si 에천트 개발에 착수했다. 로직용 반도체 고집적화를 위해 10nm 이하의 핀펜 공정을 도입하는 데 있어 게이트 손상을 최소화하기 위한 RPG(Replacement PolySilicon Gate) 공정이 적용되면서 더미(Dummy) 실리콘 제거를 위한 신규 식각액이 필요했다. 미세 디바이스는 10nm 이하의 작은 채널 길이(Small Channel Length)와 높은 종횡비(High Aspect Ratio)라는 구조적 특이성을 가지고 있다. 따라서 기존 실리콘 식각액으로는 불균일 식각 및 부분적 언스트립(Un-strip) 현상이 발생해 사용상 한계가 있었다. 이에 따라 동우화인켐은 미세 디바이스에 적용하기 위한 고기능성 식각액 개발을 추진했다. 식각 속도, 식각 선택비, 표면 젖음성, 버블 제거성 개선에 주력했다. 그 결과 2019년 고객사 화성캠퍼스 S3 라인의 7nm RPG 공정 적용을 완료했으며, 2020년 낸드플래시 V7 적용을 위한 라인 평가에 착수하는 성과를 거뒀다.

CMOS 이미지센서

CMOS 이미지센서(Image sensor: CIS)는 1960년대 후반에 원리가 고안되고, 1990년대 이후 실용화된 기술이다. 휴대폰 카메라의 고기능화 및 카메라 수요가 폭발적으로 증가함에 따라 고객의 요구에 부합하는 고색순도, 고해상도의 성능을 구현하는 CIS용 PR의 개발이 요구됐다. 이에 동우화인켐은 2004년 CIS용 포토레지스트 재료 개발에 착수해 2006년 유상화에 성공했다. 이후 고객사 니즈에 부합하는 재료 개발에 전념해 국내 고객 3사(SEC, SKH, DBH)에 제품을 공급했다. 최근 반도체 초미세 공정 도입에 따라 업계 최고 수준의 개발 난도(Film thickness 0.45μm, Pixel size 0.56 μm)인 10세대급 개발에 착수해 초박막, 초고해상도, 고휘도, 잡음제거(Crosstalk) 저감을 목표로 개발을 진행했다. 휴대폰용 컬러필터를 넘어 자동차용 및 의료용 컬러필터로의 다양한 활용을 위한 CMY, NIR 영역의 재료 개발도 검토하고 있다. 또한 ‘More Pixel, Less Noise’라는 고객 요청에 부합하는 재료 설계를 위해서는 고착색 색재 개발과 고감 도, 고신뢰성을 확보할 수 있는 레진(Resin) 설계가 필요한데, 개발품질 강화를 위해 디펙트 프리(Defect free) 검증을 위한 다양한 평가 툴(Tool)을 제안하고 있다. 2020년 칼라연구소가 발족된 이래 칼라연구소의 방대한 재료 설계기술을 바탕으로 CIS용 포토레지스트의 제2 도약을 목표로 하고 있다. 향후 10년 이내에 시장점유율 30%를 목표로 초고해상도 디스플레이인 AR, VR(증강현실, 가상현실)용 개발도 병행하고 있으며, 수요 증가가 예상되는 차세대 디스플레이에 있어 컬러(Color) 소재의 선점도 목표로 하고 있다.

디스플레이부문(QD, QNED)

최근 디스플레이 소재로 각광받고 있는 양자점(Quantum Dot: QD)은 1980년대 초반 CdSe, CdS의 반도체 물질이 나노크기에서 에너지밴드갭이 양자화되는 현상과 크기조절만으로 에너지 준위차가 발생돼 다양한 색이 방출되는 현상을 발견한 이후 이를 응용하기 위해 많은 연구가 진행돼 왔다. 그러나 물질 자체의 열, 수분, 산소, 화학물질 등에 의한 효율저하 문제로 2010년까지약 30년간 연구개발 수준에 머물러야 했다. 양자점이 본격적으로 디스플레이에 응용된 시기는 2015년 S사에서 백라이트유닛에 양자점을 적용한 필름을 도입해 화질이 대폭 개선된 TV(SUHD TV)를 시장에 출시, 성공하면서 여러 디스플레이 분야에서 각광을 받았다. 동우화인켐에서도 2013년 말부터 양자점이 적용된 새로운 컬러필터 개발을 위해 기존 컬러레지스트 기술을 응용, 안료 대신 양자점이 적용된 QD레지스트를 고객사와 함께 공동 개발을 시작했다. 당시 업계에서는 수많은 화학물질과, 고온의 컬러필터 제조공정 등으로 QD 개발의 성공이 불가능할 것으로 보았으나, 동우화인켐은 개발 시작 2년 만에 고객사와 함께 17형 모니터급 QD-LCD의 시제작에 성공함으로써 대형화를 위한 발판을 마련할 수 있었다. 이후 다양한 외부환경에서도 안정적으로 양자점의 발광특성을 유지시킬 수 있는 QD보호기술, 재료설계기술을 축적해 나갔다. 그 결과 2018년 세계 최초로 고온 공정에서도 안정적인 QD-글라스용 QD-레진 개발에 성공해 첫 양산제품을 확보했다. 최근 들어 양자점이 가진 높은 광변환 효율, 좁은 반치폭의 특성으로 여러 디스플레이로의 확장 요구가 더욱 커지고 있다. 이에 동우화인켐에서는 축적된 양자점 보호기술, 소광억제기술, 패터닝 기술, 잉크(Ink)화 기술 등을 기반으로 꾸준한 연구개발을 통해 차세대 디스플레이인 QD-OLED 및 QD-LED 타입의 TV, 모니터, 스마트워치, AR/VR 등 다양한 디스플레이시장으로의 확장을 목표로 하고 있다.

2차전지용 소재

2차전지용 소재 개발에서도 한 걸음 더 나아갔다. 파우치 필름에 신기술 도입을 통해 상업화 가능성을 타진했다. 다층 라미(Lami) 공법을 통한 공정 및 라인 최소화를 이루며 무용제 타입의 2차전지 파우치 필름을 개발했는데, 2022년 H사의 신뢰성 평가를 목표로 하고 있다. 2차전지 전해액 첨가제는 2018년부터 개발에 착수해 국내 자동차 업체에 공급 중인 전해액 업체와 테스트를 진행했다. 개발품은 기존 대비 상온·고온 수명이 연장될 뿐만 아니라 EV에 가장 요구되는 충·방전 효율이 향상되는 것을 검증받았고, 국내외 특허 37건을 출원해 첨가제 설계 및 합성관련 기술력을 확보했다. 2020년 3월 케미칼사업부에 이관, 전해액 업체와 함께 상업화를 진행 중이다. 2차전지 양극재 리사이클 기술 개발도 2019년부터 진행했다. 고가의 금속전극 재료인 Ni, Co, Mn, Li 등을 3N(99.9%) 이상의 순도로 추출하는 기술을 개발 완료해 국내 특허 7건을 출원했다. 스미토모화학과 사업화를 위한 기술적 검토 및 라이선스 아웃도 병행해서 진행하고 있다.

헬스케어 센서

센서 기술을 활용한 헬스케어용 땀당센서 개발에도 주목할 만한 성과를 거뒀다. 건강관리 및 질병 진단에 핵심적인 신호들을 비침습적으로 측정하되 혈액 기반 측정 방식에 준하는 정확성을 제공하기 위해서는 화학적 센서 개발이 관건으로 떠올랐다. 화학적 센서는 전기화학 기술을 기반으로 하는데, 동우화인켐은 이미 에천트 개발 과정에서 높은 수준의 전기화학 기술을 확보하고 있어 쉽게 접근할 수 있었다. 2016년부터 서울대학교 산학과제로 연구개발에 착수해 2018년에는 땀당, 젖산, 전해질까지 측정 가능한 스트립(Strip)을 확대 개발했다. 국내외에 40건 이상의 특허를 출원하는 성과를 거두며 스트립 내부 임상시험을 통해 요구성능에 대한 기술안정성을 확보했다, 이를 바탕으로 2020년 11월 전기해석화학저널(Journal of Electro-analytical Chemistry)에 논문을 발표해 국제적으로도 기술력을 인정받았다. 2021년에는 LG전자 및 연세대학교와 함께 외부 임상시험을 진행 중이며 아울러 연속측정이 가능한 패치(Patch)기술 연구에 착수했다.

5G 안테나

디스플레이, 반도체를 넘어 5G 무선통신이라는 새로운 사업영역으로 진입하기 위한 연구개발도 시작했다. 휴대폰 디스플레이 상부에 바로 적용할 수 있는 5G용 투명안테나 AOD(Antenna-On-Display) 개발에 착수했는데, 포스텍과의 산학과제 진행을 통해 투명전극, 전사법 등 동우화인켐이 보유한 핵심 기술을 활용해 AOD 기초기술 연구에 매진했다. 그 결과 개발에 착수한 그해에 와치(Watch)용 AOD를 개발했다. 이후 LCP기재, ACF, FPCB 등 AOD 요소기술 연구에 더욱 매진했다. 이에 힘입어 2018년 국내외 고객에 맞춘 모바일용 AOD를 개발하고, IC를 탑재한 후 구동 검증을 실시했다. 5G 안테나의 선두주자인 미국 경쟁사의 경우 5G 안테나를 구동시키려면 3개의 IC가 필요하지만, 동우화인켐 제품의 경우 IC 하나로도 구동이 가능했다. 그뿐만 아니라 기존 미국 경쟁사 IC와도 연결할 수 있도록 했다. 또 경쟁사의 경우 후방과 측면에 비해 전방에서의 신호 수신이 취약하다는 단점이 있는데, 동우화인켐의 5G용 투명안테나 AOD는 디스플레이 전면에 적용하기 때문에 전방에서의 신호 수신이 탁월하다는 장점이 있었다. 동우화인켐은 이를 통해 국내 고객사 기준에 부합하는 성능 개발을 완료했다. 또 국내외 특허출원 200여 건 이상, 특허등록 60건 이상을 확보해 5G 안테나의 선도 기술력을 축적했다. 2020년 10월 ADS사업부로 과제를 이관해 사업화 추진을 적극적으로 진행하고 있다. 5G 안테나는 휴대폰뿐만 아니라 건물 내 복도와 창가, TV 및 냉장고 등 가전 그리고 자동차에도 장착할 수 있어 신수종사업으로서 전망이 아주 밝을 것으로 기대 된다.