보고서 정보
주관연구기관 |
한국과학기술연구원 Korea Institute Of Science and Technology |
연구책임자 |
박민
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2019-12 |
과제시작연도 |
2018 |
주관부처 |
산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
과제관리전문기관 |
한국산업기술평가관리원 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology |
등록번호 |
TRKO202200006205 |
과제고유번호 |
1415158409 |
사업명 |
나노융합산업핵심기술개발(R&D) |
DB 구축일자 |
2022-08-13
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키워드 |
그래핀 투명전극.터치패널.베리어필름.전자파차폐.고기능성 코팅강판.OLED.
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초록
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3. 개발결과 요약
※ 최종목표
□ 사업의 총괄목표* 달성을 위해 세부과제 관리
*사업 총괄목표 : 다양한 응용성 및 높은 미래 가치를 지닌 그래핀 소재를 조기 상용화함으로써 글로벌 그래핀 시장을 선점하고, 그래핀 소재에서 완제품까지 value chain을 포함하는 그래핀 산업 육성을 통해 5∼7년 이내에 신시장 창출을 통한 17조 매출, 25개 글로벌기업 육성, 32개 핵심상용화 기술 확보, 9건의 세계일등제품개발, 3.4만명 일자리 창출
○ 세부과제 책임자를 포함한 운영위원회, 과제 간 정보교류를 위한 총괄
3. 개발결과 요약
※ 최종목표
□ 사업의 총괄목표* 달성을 위해 세부과제 관리
*사업 총괄목표 : 다양한 응용성 및 높은 미래 가치를 지닌 그래핀 소재를 조기 상용화함으로써 글로벌 그래핀 시장을 선점하고, 그래핀 소재에서 완제품까지 value chain을 포함하는 그래핀 산업 육성을 통해 5∼7년 이내에 신시장 창출을 통한 17조 매출, 25개 글로벌기업 육성, 32개 핵심상용화 기술 확보, 9건의 세계일등제품개발, 3.4만명 일자리 창출
○ 세부과제 책임자를 포함한 운영위원회, 과제 간 정보교류를 위한 총괄워크샵 운영
○ 세부과제 기술개발 결과물의 상호연계 지원 등
※ 개발내용 및 결과
(1세부)
○ 그래핀 합성용 전해동박 제조 기술
- 첨가제(운반제, 평활제, 광택제)의 성분과 배합비율을 조절하고, 전해도금 과정에서 전류와 전압을 조절하여, 고온의 그래핀 합성에서 영향을 미치는 동박 표면 조도, 결정립 크기, 고온 연신율을 제어할 수 있는 기술을 개발함. 또한, 방청제 제어통한 표면처리 기술 개발함. 그 결과, 표면조도 1.0um 이하의 900mm 폭 1000m 길이 전해동박 생산기술 개발.
○ 고품질 대면적 그래핀 합성 장치 기술
- 할로겐 램프 가열 방식의 구역별 온도 정밀 제어 기술과 균일한 촉매금속 가열을 위한 서셉터 기술을 바탕으로 5.5세대 급 그래핀 합성이 가능한 3차원 챔버 형태의 RT-CVD 장치 개발.
○ 고전도 그래핀 투명전극 제조 기술
- 그래핀 전사과정에서 결함을 최소할 수 있는 캐리어필름 발굴 및 전용 라미네이터 장치 개발함.
- 동박 에칭 과정에서 그래핀 전도도를 높일 수 있는 도핑 첨가제를 포함한 에칭용액 개발
- 5.5세대급 그래핀 투명전극 제조라인 구축
○ 15인치 그래핀 터치패널 및 응용 시제품 제작
- 레이저 활용한 그래핀 전극 미세회로 패턴기술과 고객신뢰성을 확보할 수 있는 15인치급 터치패널 제조 기술을 개발함.
- 고전도 그래핀 투명전극 활용한 OLED 조명 제작기술 개발함.
- 그래핀박막에 금속산화물 증착 기술을 결합한 그래핀 복합막 구조로 전도도와 수분차단성능을 크게 높여 전기변색필름과 발열필름을 개발함. 또한, 이를 적용한 스마트고글제품 제작.
(2세부)
○ OLED용 그래핀 투명전극 기술
- 플렉서블 OLED 패널 기술에 적용 가능한 고투과율/저저항 그래핀 전극 도핑기술 개발
- G2 사이즈 이상으로 형성된 그래핀 필름과 TFMS 층간 도핑 기술을 이용하여, 4층 그래핀에서 면저항 36.06Ω/sq., 투과도 90.33%, 표면 조도 1.84 nm, 면저항 균일도 2.74%, 굽힘반경 3R 10,000회 테스트 후 저항 변화율 0.3% 이하 달성 (5층 그래핀는 면저항 28.98Ω/sq., 투과도 87.42% 달성)
○ 그래핀 화소 전극 응용 OLED 소자/패널 기술
- ITO 양극 대비 외부양자효율 90% 이상의 그래핀 OLED 소자 기술 개발
- 플렉서블 그래핀 OLED 소자 수명 24,000 시간 이상 달성
- 대각 사이즈 480 mm급 이상 기판 기반 대면적 그래핀 패턴 기술 개발 (패턴성 +/-3.5% 이내 달성)
- 세계 최초/최대 그래핀 전극 OLED 패널 및 세계 최초 플렉서블 그래핀 전극 OLED 패널 시제품 제작
- 그래핀 전극을 적용한 세계최초 플렉서블 AMOLED 디스플레이 패널 시제품 제작
○ OLED용 그래핀 기반 투습 방지막 응용 기술
- G2 사이즈 기판 기반 플렉서블 그래핀 복합필름 개발 (WVTR 2.9 x 10-4 g/m2/day 이하 확보, 굽힘반경 3R 10,000회 테스트 후 WVTR 변화율 10% 이내 달성)
- 그래핀 방지막 복합필름을 적용한 플렉서블 OLED 패널 시제품 제작
○ 그래핀 방지막 응용 OLED 패널 기술
- 방지막용 CVD 그래핀 필름 소자 적용 가능성 확인
- 봉지막용 CVD 그래핀 필름 양산형 모바일 OLED (LG V30) 적용 실장 테스트
○ 플렉서블 OLED용 그래핀 응용 복합전극 기술
- 면저항 28Ω/sq., 투과율 90.77%의 대면적 플렉서블 그래핀 복합 전극 기술 개발
(3세부)
○ 그래핀을 이용하여, 다양한 제품에 적용이 가능한 투명 그래핀 배리어 필름을 개발함.
○ 배리어 맞춤형 그래핀 개발 : CVD 그래핀의 합성/전사 기술 및 Defect Healing 기술을 개발하여 10-1~10-3급의 CVD 그래핀 배리어 필름을 개발함. 또한, 그래핀 합성 및 그래핀의 표면개질 기술을 통하여 유기용매 및 주재료內우수한 분산성을 확보하였으며, 그래핀 첨가에 따른 배리어 특성 개선 효과를 확인함.
○ QDEF용 배리어 필름 : 그래핀을 이용하여 Roll to Roll 습식 코팅 공정을 통한 10-1급 그래핀 배리어 필름을 제품화 함. 샘플 판매를 통하여 매출이 발생하였으며, 계속적으로 수요처에 평가를 받고 있음.
○ 하이 배리어 필름 : 건식, 습식코팅방식을 융합화하여 투명한 10-3~10-5급의 하이 배리어 필름을 개발함. 태양전지, Display 등의 제품군에 적용이 가능함.
(4세부)
○ 그래핀 분말을 활용한 분산액, 도전성 잉크, 차폐용 필름 개발
- 그래핀 분말 제조 및 액상 N,S 도핑기술개발 (도핑율 6.9%)
- 플라즈마 활용 그래핀 분말 고순도화 및 N,S 도핑기술개발 (도핑율 12.1%)
- 그래핀 분산용매별 분산액 7종 개발
- 도전성 그래핀 잉크, 그래핀-Ag 복합화 잉크 개발
: 그래핀 잉크 면저항 0.6Ω/□/mil.
: 그래핀-Ni-Ag 복합체 잉크 면저항 0.06Ω/□/mil.
- 그래핀 대전방지, 전자파 차폐용 필름 개발
: EMI 차폐필름 차폐율 50dB@1GHz
- 그래핀 케이블용 필름 개발
: 그래핀-자성 필름층, Al foil 복합화
: 기존 케이블 차폐율 30dB@1GHz → 46dB@1GHz 개선
(5세부)
○ 비산화법그래핀 제조(RIST) : 비산화법 기반 그래핀 품질 최적화 연구를 수행하여 목표 수준의 그래핀을 제조하였음 (두께 20nm, lateral size 26.59㎛, 분체전기전도도 1180S/cm@38MPa, 탄소기준 순도 96% 이상, 제조 수율 90% 이상)
○ 산화법그래핀 제조(스탠다드그래핀) : 산화 및 환원공정
최적화로 분체전기전도도 136 S/cm 달성, 불순물 제거 공정 최적화로 제조된 환원그래핀(rGO) Sulfur 함량 미검출, 건조
기술 확보로 산화그래핀 생산성 향상
○ 하이브리드화 및 응용분야 확대(엑사이엔씨) : 비산화그래핀 기반 전도성 페이스트를 위한 양산 공정 최적화(면저항>30Ω/□), 전도성 페이스트를 적용 저항변화율 우수한 면상 발열체 시제품, Bending 저항성이 우수한 누액 감지센서 시제품 개발
○ 코팅 응용분야 확대(하인테크놀로지) : GNP 분산액을 이용한 ESD용 도료 최적화 및 실적용가능성 확보(1200 mm 양산 Line 평가)
○ 그래핀 기능화 분산용액 제조 및 표준화(한화케미칼) : 초임계 유체 이용한 GNP 수계 기능화 상용공정 최적화 및 이를 이용한 3개월 이상 분산안정성 확보 분산액 제조조건 확립
○ 그래핀 코팅에 의한 다기능 표면처리강판 제조 연구(포스코) : 그래핀 및 첨가제 함량 최적화로 다기능성 코팅강판 품질 확보, 제철소 양산 line 시험생산에 의한 조업성 확보 (폭 880mm 적용, 코팅두께 3.0±0.5㎛)
※ 기술개발 배경
○ 그래핀은 2004년 발견된 이래 물리 화학 재료 분야에서 가장 주목받고 있는 소재로서 “2010년 노벨 물리학상 수상”으로 우수성과 중요성을 인정받으며, 디스플레이, 이차전지, 태양전지, 자동차, 조명 등 다양한 산업에 응용되어 관련 사업의 성장을 견인할 전략적 핵심소재임
- 미국 물리학회 선정 “미래 정보기술을 바꿀 가장 주목할만한 신소재”로 소개되었으며, 그래핀 트랜지스터는 “MIT 선정 10대 유망기술”에 포함되는 등 전 세계적으로 각광 받고 있었음
- 우리나라의 대표적 수요산업인 디스플레이, 이차전지, 자동차 산업이 세계적 경쟁우위 산업으로 성장하기 위해서는 후방산업인 부품소재 산업의 경쟁력 확보가 필수적임
- 그래핀 산업은 다양한 성능과 파급효과를 가지는 그래핀 소재와 이를 이용한 부품 및 완제품, 관련 장비 등의 솔루션을 포함하는 산업으로 정의됨
- 기존 소재의 경우 오랜 기간의 기술 및 Know-how 축적이 중요하나, 그래핀의 경우 ‘04년 발견된 소재이며, 국내 연구 수준이 해외 수준에 근접하여 집중적인 원천기술 및 응용기술 개발을 추진할 경우 단기간에 세계적인 산업 주도권 확보 가능함
○ 그래핀 분야 정부 예산지원 방향이 기초 원천 기술개발에서 상용화를 통한 미래 신사업 신시장 창출형 선도기술개발로 전환되고 있었음
- 미국, 유럽, 일본 등 주요 선진국들을 중심으로 그래핀 기술의 상용화를 위해 정부차원의 체계적인 R&D지원 사업이 추진되고 있었음
○ 글로벌 산업경쟁력 확보를 위해 그래핀 기술의 상용화 촉진을 위한 중장기적 대형 R&D 지원 필요
- 그래핀 관련 정부 R&D 투자규모가 급격 증가 되고 있었고 개인 연구과제 중심으로 산발적 지원에 머물러 있는 실정이었음
- 기존의 소규모 개별 연구에서 대규모 협력연구로 그래핀 연구의 중심축을 이동하여 소재-부품-장비-시스템에 이르는 Value Chain 전반의 산업경쟁력 향상을 도모할 수 있는 체계적 R&D 지원이 요구되고 있었음
※ 핵심개발 기술의 의의
(1세부)
- 그래핀 소재 부품 제조를 위해 원소재인 촉매금속부터 장비까지 신규개발하였고, 대면적의 균일한 품질을 가진 CVD 그래핀 투명전극용 원부자재 대부분을 국산화함. 특히, 기존의 그래핀 합성용 압연동박 소재는 전량 해외 수입에 의존했지만, 본과제를 통해 단가를 낮추고 대량생산할 수 있는 전해동박으로 국산화에 성공함.
(2세부)
- 플렉서블 디스플레이를 위한 핵심 소재로서 그래핀 기술을 세계 최초로 개발함으로써 경쟁국과 차별화할 수 있는 디스플레이 기술을 확보할 수 있으며, 이를 통하여 플렉서블 디스플레이가 적용된 새로운 형태의 웨어러블 디바이스 등의 기술 개발에도 기술적 우위 확보가 가능함을 보여주는데 그 의의가 있음.
(3세부)
- 베리어 필름 개발에 있어서, 기존에 적용되지 않은 소재의 적용, 기존의 제품들이 가지고 있는 문제점들을 극복할 수 있다는 점, 기술 국산화, 기술적 우위를 선점할 수 있다는 부분에 의의가 있음.
(4세부)
- 그래핀 분말 개질 기술 및 분산 기술을 개발을 통해 제조된 그래핀 잉크를 필름에 인쇄 및 코팅하여 각종 인쇄전자의 소자 제조에 적용하는 기술은 인쇄전자에 중요한 요소기술로서 다양한 시장 창출이 가능성을 보여주는 부분에 의의가 있음.
(5세부)
- 본 기술은 최초로 시도되는 것으로 소재의 제조에서부터 중간제품, 응용제품의 개발까지 Value chain의 전체에 걸쳐서 기술을 확보하여 타분야 기술에 종속되지 않으므로 안정적인 산업화가 가능함
※ 적용 분야
(1세부)
- 디스플레이, 스포츠 용품, 자동차, 조명 등
(2세부)
- 플렉서블 OLED 디스플레이 (모바일, TV, 타블렛 PC)
(3세부)
- QDEF, 태양전지, 포장재, OLED
(4세부)
- ESD, EMI 차폐필름, 도전성 전극, 방열 소재 등
(5세부)
- 그래핀 Paste 응용제품(발열체, 누액센서), ESD 방지 코팅액, 다기능 그래핀 코팅강판
(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록 4p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 2
- 최종보고서 초록 ... 3
- 기술개발사업 주요 연구성과 ... 27
- 목차 ... 81
- 제 1 장 서론 ... 82
- 제 1 절 총괄 과제의 개요 ... 82
- 제 2 장 과제 수행의 내용 ... 84
- 제 1 절 과제 관리의 목표 및 내용 ... 84
- 제 2 절 과제 관리 방법 ... 85
- 제 3 장 결과 ... 88
- 제 1 절 해당 연도 추진 실적 ... 88
- 제 2 절 연구개발 추진 체계 및 일정 ... 113
- 제 3 절 고용 창출 효과 ... 114
- 제 4 절 자체 보안관리 진단표 ... 114
- 끝페이지 ... 115
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