나노씨엠에스 사업보고서 (2024.12)
2. 주요 제품 및 서비스

가. 주요 제품 등 현황

제 품 군	특 징	적용분야

① 근적외선 흡수/반사 안료	빛의 파장에 따라 특성구간에서는 흡수, 특정구간에서는 반사하는 기능을 가지고 있는 이중기능성 물질(물질특허 등록)	지폐, 여권, 신분증, 보안문서 등 국가보안인쇄는 물론 상품권, 티켓, 상표보호의 민간보안인쇄에 2단계(코버트) 수준의 위조방지에 적용

② 자외선 유기형광 안료	특정 자외선 파장에서 발광하면서, 내약품성과 일광 견뢰도가우수한 물질(물질특허 등록)

③ 적외선 발광체	적외선 영역에서 선택 파장에 의한 기기에 감응하는 발광물질	지폐, 여권, 신분증 등 중요한 국가의 보안인쇄에 3단계(포렌식) 수준의 위조방지에 적용

④ 전력반도체 소재	무색 투명의 다이아몬드구조의 결정, 비중 3.12, 융점 약 2700 ℃. 경도가 다이아몬드 다음으로 높아 연마재나 공구에 사용	새로운 반도체 재료로서 전력 반도체용 Wafer 소재로 적용 .

⑤ 살균램프	원자외선 (Far UV-C 222nm) 파장을 이용한 인체에 안전한 바이러스 및 박테리아 사멸 방역 램프	코로나 이후 인체에 안전한 원자외선(Far UV-C 222nm) 기술을 이용한 전염성 균으로 부터 집단감염 확률이 높은 시설 등에 적용

⑥ 고기능성 자외선 흡수제	UVA 및 UVB 듀얼 차단 자외선 소재	UVA 및 UVB 차단 효과를 극대화한 소재로 높은 자외선 차단 기능성과 내구성을 가지는 화장품 및 산업용 고기능성 소재

(1) 근적외선 흡수/반사 안료

은행권에 일반적으로 사용되고 있는 적외선 흡수물질인 카본블랙은 일반안료의 특성을 가지고 있으면서 보안기능 적용이 용이하기 때문에 많은 국가의 화폐에 적용되고 있습니다. 다만, 카본블랙의 특성상 다양한 색상을 나타내기 어렵기 때문에 미국은행권인 달러처럼 어두운 색상용으로만 사용되고 있습니다.

카본블랙을 대체하기 위해 무기계 근적외선 흡수잉크 소재를 활용하는 방법이 고안되었지만, 무기계 근적외선 흡수 소재를 첨가하여 잉크를 제조하는 경우 잉크물성을 맞추기 어려운 단점이 있습니다.

이에 당사에서는 밝은 색상에 적용할 수 있고, 근적외선 고유파장에서 흡수/반사를 식별할 수 있으며, 잉크 물성에 맞출 수 있는 근적외선 흡수/반사 안료를 개발하였습니다. 근적외선 흡수/반사 안료는 특정 파장대에서 흡수/반사 기능을 동시에 갖는 독특한 성질을 가지고 있으며, 우수한 내광성, 내열성, 화학적 및 물리적 안정성을 가지고 있는 물질입니다. 관련하여 물질 특허는 물론 신물질 CAS No.에 등록을 완료하였고, 이에 따라 화평법, 화학물질관리법에 따른 제조승인을 받았으며, 해외수출을 위한 화학적, 물리적 특성 및 독성검사를 마치고 EC No. 승인을 위한 절차를 진행하고 있습니다.

근적외선 흡수/반사 안료는 흡수율과 반사율의 차이를 ATM 또는 검지기에 위폐색출기능으로 추가함으로써 새로운 위조방지 기술을 실현하였고, 기능과 품질 면에서 기존 제품과 비교할 수 없는 탁월한 기능을 가지고 있기 때문에 한국은행권에 적용되었으며, 제품의 차별화를 위하여 흡수파장 및 반사파장범위를 다르게 하여 유럽 및 아시아 등 외국은행권에의 적용을 준비하고 있습니다.

[근적외선 흡수/반사 안료의 흡수/반사 파장]

구분	흡수파장범위(㎚)	반사파장범위(㎚)	가시광선에서 스펙트럼

BSP - 920	650 ∼ 920	1050	650∼800㎚ 일정함

NIR - 880	750 ∼ 880	1050	600∼750㎚ 흡수율 강함

NIR - 840	750 ∼ 840	1000	600∼750㎚ 흡수율 강함

당사의 근적외선 흡수/반사 안료는 자체적으로 청색을 띄고 있지만, 대부분의 은행권의 경우 조금 어둡고 약간 탁한 색상의 디자인이 많이 적용되고 있어 당사의 제품을 적용하는데 문제가 없습니다. 당사의 근적외선 흡수/반사 안료의 적용사례는 한국조폐공사가 공식적으로 홍보하는 견양본의 카탈로그에 수록되어 있습니다

(2) 자외선 유기형광 안료

일반적인 자연광에는 보이지 않지만 특정 파장의 자외선을 비추면 발광하는 안료로,에너지가 높은 불안정한 상태(excited state)에서 에너지가 낮은 안정한 상태(ground state)로 되면서 이들의 에너지 차이에 해당하는 파장의 빛을 발광하는데, UVA, UVB UVC (365∼254㎚의 UV Lamp)영역의 파장으로 여기 시키면 가시광 영역에서 발광하는 물질입니다. 오래전부터 은행권의 2단계(코버트) 보안요소로 적용되었고, 최근에는 UVA(표준파장 365㎚)와 UVC(표준파장 254㎚)를 혼합하여 2색 형광, 또는 UVA+UVB(표준파장 312㎚)+UVC를 모두 혼합하여 3색 형광으로 보안기능을강화하고 있는 추세에 있습니다. 이에 당사는 UVA, UVB 및 UVC 발광체인 UV(자외선) 형광체를 모두 확보함으로써 시장의 요구에 부응하고 있습니다.

당사는 내열성, 내약품성과 내광성의 품질우위의 특성을 갖는 자외선 유기형광 안료 UVA 영역의 Red 3종, Green 3종, Blue 3종, Yellow 1종과 UVC 영역의 Red, Green3종을 개발하여 원천기술을 확보하고 있습니다. 또한 각 안료를 배합하여 2색 또는 3색 형광으로 발현할 수 있는 특허를 보유하여 이색 형광시장의 요구에 대해 대응하고있습니다.

[자외선 유기형광안료 제품군]

구분	표준검지파장	색상	제품명

UVA 유기 형광 안료	365㎚	RedGreen BlueYellow	Re d 620, Red 621 , Red 622
Green 530, Green 550, Green 555
Blue 450, Blue 464, Blue 477D
Yellow 565

UVB 유기 형광 안료	312㎚	Red	Red 1695

UVC 유기 형광 안료	254㎚	Red
Green	Red 1809
Green 1816

(3) 적외선 발광체

대표적인 3단계(포렌식) 요소로 적용되고 있는 적외선발광체는 무기물 모체(Host Lattice)와 모체 내에 고르게 도핑(doping)된 활성이온(activator)으로 구성됩니다. 모체는 활성이온을 지지해 주는 역할을 하며 외부로부터 공급된 에너지를 흡수하여 활성이온에 전달하고, 활성이온은 에너지를 전달받아 직접적으로 빛을 내는 역할을 하지만 직접 외부 에너지를 흡수할 수도 있습니다. 이때 활성이온의 전자 에너지준위 또는 천위가 발광파장을 결정하며, 발광효율에도 큰 영향을 미치게 되므로, 모체와 활성제의 종류 및 활성이온의 농도를 최적으로 조절함으로써 성능이 우수한 적외선 발광체를 제조할 수 있습니다.

적외선(가시광선) 여기 적외선 발광체(IR-to-IR, Visible-to-IR) 등 다양한 기능을 가진 여러 종류의 발광체가 존재하지만, 3단계(포렌식) 보안요소의 특성상 특정 은행권에 어떤 요소가 적용되고 있는지 알 수 없고, 검지기 역시 최상의 보안으로 비밀이 유지되고 있어 제3자로선 검지 자체가 불가능한 물질입니다.

[적외선 발광체 제품군]

제 품 군	특 징

① 가시광선 여기, 적외선 발광체, [Visible-to-IR]	특정 파장 가시광선을 조사하면 특정 파장의 적외선으로 발광하는 물질

② 적외선 여기, 적외선 발광체, [IR-to-IR]	특정 파장 적외선을 조사하면 특정 파장의 적외선을 방출하는 물질

③ (가시광선, 적외선)여기, 적외선 발광체 [(Visible IR)-to-IR]	특정 파장 가시광선과 적외선을 조사하면 각각 고유의 적외선을 발광하는 물질

④ (자외선, 적외선)여기, 적외선 발광체, [(Ultra Violet IR)-to-IR]	특정 파장 자외선과 적외선을 조사하면 각각 고유의 적외선을 발광하는 물질

⑤ (자외선, 가시광선, 적외선) 여기, 적외선 발광체 [(UV, Vis IR)-to-IR]	특정 파장 자외선, 가시광선과 적외선을 조사하면 각각 고유의 적외선을 발광하는 물질

당사에서 개발한 적외선발광체는 구체적으로 물질명을 공개할 수 없으나 Luminescent A 신물질이 한국은행권에 적용되고 있습니다. 이러한 적외선 발광체의 경우 중요 타간트(Taggant)로 적용되고 있는 것이 보편적 추세로 잉크화 하여 인쇄도 할 수 있고, 화폐용지에 직접 투입하여 보안요소로 적용할 수도 있습니다.

(4) 전력반도체 소재

모바일 기기의 증가, 전기 자동차 보급 확대 등으로 전력반도체 시장이 지속 성장중인 가운데, Si 대비 성능이 우수한 화합물 반도체가 차세대 전력반도체 소재로 각광 받고 있습니다.

전력반도체는 직류와 교류 간 전력변환이나 전력 변압, 전력 분배 및 제어 기능 등을 위한 반도체 소자로, 전력 전달 과정에서의 손실 방지와 안정적인 작동을 요하는 소재입니다. 주요 전력반도체 소자로는 다이오드, 트랜지스터, IGBT(Insulated- gate bipolar transistor), MOSFET 등이 있습니다. 전력반도체는 고전압, 고전류 및 고주파수를 이용하는 것이 특징이기 때문에 신뢰성이 매우 우수해야 하며, 세탁기 및 냉장고와 같은 개인 전자제품부터 산업용 모터 및 신재생 에너지에 사용되는 인버터, 자동차 부품 등 다양한 곳에 사용됩니다. 특히 최근에는 글로벌 완성차 기업들이 이산화탄소 저감을 위해 전기차 개발에 매진하고 있어 전기차 부품 및 충전 인프라 시장도 함께 커짐에 따라 전력반도체 시장은 더욱더 커질 것으로 예상됩니다.

전력반도체 소재는 전통적으로 일반적인 반도체와 같이 실리콘(Si)이 많이 사용되어 왔습니다. 실리콘은 저렴하고 전기적 특성을 쉽게 조절할 수 있다는 장점이 있지만 전력반도체는 고전압 고전류를 이용하는 소자로 발열이 심하기 때문에 고온에서의 안정적인 작동이 요구되는데, 가장 범용적으로 쓰이는 종류의 실리콘은 150℃ 이상의 온도가 되면 열에너지로 인해 캐리어가 모두 전도대(conduction band)로 갈 수 있어 반도체 특성을 잃는 단점이 있습니다. 그러나 표 1에 나타낸 와이드밴드갭 실리콘재료는 고온에서도 큰 밴드갭으로 인하여 에너지 장벽이 잘 유지되어 소자 누설전류를 낮게 유지할 수 있고, 높은 이동도 및 포화 속도를 통해 고속 스위칭이 가능한 장점이 있습니다. 대표적인 대체 재료로는 SiC(Silicon Carbide)와 GaN(Gallium Nitride)가 꼽힙니다.

기존의 전력반도체는 Si 단일 소재로 되어 있었으나, 최근 Si 대비 전력 효율과 내구성이 뛰어난 화합물 반도체가 차세대 전력반도체의 소재로 부상, 대표적인 화합물 반도체인 SiC(Silicon Carbide), GaN(Gallium Nitride) 등은 고온에서 안정적이고 높은 전압에서도 성능을 유지할 수 있으며, 스위칭 속도 및 전력 손실에 있어서도 Si 대비 우수합니다. SiC는 Si 대비 전력 손실이 30% 적은 동시에 절연파괴전계가 10배 높아, 효율적인 전력관리와 고전압 환경이 필요한 신재생에너지 발전설비 및 전기 자동차에 주로 사용 됩니다. GaN는 실리콘 대비 빠른 스위칭 속도로 고주파 환경에서 동작이 가능하므로, 고속 무선 충전, RF 통신 등에 주로 활용될 전망입니다.

재료 특성 비교>

재료 특성	Si	SiC	GaN

밴드갭[eV]	1.1	3.2	3.4

항복 전계[10^6 V/cm]	0.3	3	3.5

전자 이동도[cm^2 /V·s]	1450	900	2000

전자 포화 속도[10^6 cm/s]	10	22	25

열전도율[W/cm·K]	1.5	5	1.3

최대 동작 온도[℃]	150	400	800

아래 그림은 전력반도체 산업구조의 한 예시로서 SiC 전력반도체 기반 가변 주파수 드라이브(VFD, Variable Frequency Drive) 산업의 가치사슬을 간단하게 도식화하여나타낸 것입니다. 먼저 SiC 원재료 결정(Boules 혹은 Crystal)을 성장시키며 SiC 잉곳을 제조하고 잉곳을 얇게 잘라 반도체 기판을 만드는 분야, 기판 위에 원하는 전기적 특성을 갖는 결정질 SiC를 에피택시(Epitaxy)로 성장시킨 에피웨이퍼(Epi Wafer)를 제조하는 분야, 에피웨이퍼에 추가 공정을 통해 반도체 칩을 만드는 분야, 반도체 칩에 전선 및 패키징을 통해 부품을 완성하는 모듈제조 분야를 거쳐 최종 시스템 제조 분야로 이어진다. 소재 및 소자에 따라 제조공정이 달라지지만 대체적으로 기판, 에피웨이퍼, 칩제조, 모듈제조로 크게 나뉠 수 있습니다.

전력반도체는 다양한 응용분야에 적용되고 있습니다. 예를 들어 모바일 기기 분야(유무선 급속 충전기), 교통 분야(자동차, 기차, 항공기 관련 LiDAR, 충전기, 모터 및 계통 부품), 태양광 및 풍력에너지 인버터, 데이터 센터 및 서버, 산업 분야(UPS, 전기 모터), 국방 및 의료 분야 등에 이용됩니다.

[출처: Yole 2021]

(5) 인체에 안전한 원자외선(Far UV-C 222nm) 방역램프(Plasma Guard 222)

본 제품은 나노 형광체에 의한 인체에 유해한 230nm 이상의 자외선을 차단하는 기술을 적용, 바이러스, 효모균, 박테리아 살균에 의한 감염병 차단에 의한 예방이 가능합니다. 램프 제조시 230nm 이상의 극미량의 자외선 방출을 차단하는 필터 적용으로 인체에 안전한 222nm 원자외선(Far UV-C)만을 방출 하는 특성을 가진 제품입니다. 원자외선 (Far UV-C 222nm) 램프 생산하는 업체가 세계적으로 미국, 일본의 2개사 밖에 없으며 당사도 미국 Eden Park Illumination과 공동으로 연구를 진행해 왔으며 230nm 이상의 빛을 제거하는 원재료를 개발하여 적용하고 있습니다. 거리에 따른 살균력과 독성(안정성)이 적음을 확인 하였으며, 인체에 안전한 원자외선(Far UV-C 222nm)을 이용하여 사람 및 동.식물에는 안전하면서, 바이러스, 박테리아, 세균을 제거함은 물론 실내에 사람이 있어도 원자외선을 이용하여 안전하게 살균할 수 있습니다.

원자외선(Far UV-C 222nm)의 바이러스 및 각종 박테리아 등 사멸연구를 전북대 인수공통전염병연구소, 서울대 수의과대학 미생물학 연구실, 인제대 생명공학과, 일리노이대학 전기전자컴퓨터 공학과 공동연구팀과 진행 COVID-19 바이러스 99.9% 사멸을 확인하여 2021년 8월 SCI 바이오 의학 학술지 Clinical Laboratory에 "Demonstration of Antiviral of far-UVC micro plasma lamp irradiation against SARS-CoV-2”으로 게재, 조류독감(인플루엔자 A) 바이러스 사멸 연구와 생화학무기인 탄저균 사멸연구 및 각종 박테리아 연구를 통해 성능에 대한 검증과 효과를 확인 했습니다. 또한 2022년 원자외선 (Far UV-C 222nm) 램프 특허 출원 및 등록을 통해 기술에 대한 보호의 기틀을 마련해 왔으며, 원자외선 (Far UV-C 222nm) 램프 제품화 및 UL, CE, KC 인증획득으로 제품화를 통해 다양한 방역 분야에 적용되고 있습니다.

(6) 고기능성 자외선 흡수제

자외선은 모든 물리적 측면에서 가시광선과 유사하나 파장이 가시광선 보다 짧은 100~400nm로 눈으로 볼 수 없습니다. 햇빛에 자외선이 가장 많이 들어 있으며 사람의 피부를 태우거나 살균작용을 하며, 과도하게 노출될 경우 피부암에 걸릴수도 있습니다. 자외선은 화학작용, 특히 표백작용이 강하여 안료/염료 등은 햇빛에 포함되어 있는 자외선에 의해 색이 바랩니다. 피부가 햇볕에 그을리게 되는 것도 자외선의 화학작용에 의한 것으로서, 파장 325∼290nm의 범위에 있는 자외선은 이 작용을 뚜렷하게 나타내고, 더욱이 자외선에는 살균작용이 있으며, 특히 250nm 부근의 파장을 가진 것은 큰 살균력을 가지고 있어서 1㎠ 당 100μW의 강도를 가진 자외선을 1분간 쪼이면 대장균, 디프테리아균, 이질균 등은 99%가 죽습니다. 그런데 물은 비교적 자외선을 잘 투과시키므로 우물물의 살균, 소독에는 자외선 조사가 효과가 있지만, 자외선에 불투명한 식기 및 의류 등에서는 표면 살균만 됩니다.

자외선 파장영역(290~400nm)의 광에너지는 71~100Kcal/mol로, 수지를 구성하는 각 원소간의 결합을 해리시키는데 충분한 크기입니다. 이러한 자외선에 의한 열화는 산소 존재하에서 일어나는 산화 반응으로써, 개시 단계에서 자외선 광자(UV Photon)에 의해 자유라디칼이 생성되는 것 이외의 반응 메커니즘은 열산화 반응과 동일합니다. 광산화 방지제(자외선 안정제)는 햇빛 속에 있는 자외선의 침투를 차단함으로써 플라스틱 제품이 자외선의 화학작용 및 표백작용 등에 의해 산화되는 것을 일정 기간지연시켜 제품의 기능과 수명을 연장해주는 역할을 합니다.

광산화방지제의 종류중 하나인 자외선 흡수제는 자외선을 흡수하여 열의 형태로 에너지를 방출하는 재료입니다. 자외선의 유해한 영향으로부터 재료를 보호하고 성능, 내구성, 수명 및 안정성을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. 재료의 형태, 수명, 민감도에 따라 다양한 유형의 자외선 흡수제가 사용되고, 자외선 안정제 역할도 수행하여 단기간 노출에 대한 저항성을 제공합니다.

나. 주요제품 등의 가격변동 추이(단위: 천원)

품목 사업년도 2024년 (제22기) 2023년 (제21기) 2022년(제20기) 근적외선 흡수/반사안료 1,170 1,426 1,618 적외선 발광체 1,643 1,316 1,103 자외선 유기형광 안료 1,905 1,936 1,721 Plasma Guard 222 425 614 898 전력반도체(SiC) 323 293 320 주1) kg(단위당) 및 개당 평균가격을 기재

다. 신물질 16건 등록(New CAS Registry Numbers)

CAS No.(CAS등록번호)는 Chemical Abstracts Service Registration Number로, 세계화학물질등록 시스템의 화학물질 개요 서비스에 의해 정해진 번호이며 그 구조가 원자, 원자결합과 입체 화학의 용어로 설명되지 않는 한 CAS No. 등록번호는 단일 물질을 의미 합니다. 미국화학회의 화학물질 정보기관에서 새로운 화학물질이 생길 때 마다 신청하게 되면 조사하여 CAS No.를 부여 받고, 안정성 검사까지 완료하여야상업적으로 유통이 가능하게 됩니다.

당사는 아래표에서 보는 바와 같이 16건의 제품을 CAS No.에 등록하였습니다.

No	등록일	CAS No.	상품명	구분	화학물질명

1	2013.01	1417311-00-2	Red 620	신규물질	Europium,tris [7-chloro-1-cyclopropyl -6-fluoro-1,4-dihydro-4-(oxo-.kappa.O)-3-

2	2013.10	1461703-41-2	Blue-green 510	신규물질	4.(3H)-Quinazolinone,6-chloro-2-(4-chloro-2-hydroxyphenyl)-

3	2013.10	1466444-84-7	Green555	신규물질	4.(3H)-Quinazolinone,7-chloro-2-(5-chloro-2-hydroxyphenyl)-

4	2014.07	1616511-79-5	Red 1809	신규물질	1,3,5-Benzenetricarboxylic acid ,europium(3+) yttrium(3+)salt (5:1:4)

5	2015.11	1821321-55-4	Red 622	신규물질	Europium, tris[7-chloro-1-cyclopropyl-6-fluoro- 1,4-dihydro-4-(oxo-.kappa.O)-1,8-naphthypridin

6	2014.07	1615709-01-7	NIR BSP-920	신규물질	Molybdenum, oxo 29H,31H- phthalocyanine complexes

7	2014.07	1615709-00-6	IND. NIR 880	신규물질	Molybdenum,oxo 29H,31H-phthalo cyanine aluminum complexes

8	2015.10	1814903-27-9	C-Material	신규물질	Calcium molybdenum neodymium oxide

9	2015.10	1814903-29-1	CER	신규물질	Calcium erbium molybdenum oxide

10	2016.08	1962073-83-1	NIR BSP-9201	신규물질	Molybdenum, hydroxy oxo 29H,31H - phthalocyanine complexes

11	2017.12	202665-01-08	NIR GA-840	신규물질	Aluminum,ethoxy[29H,31H-phthalocyaninato(2-)-KN29,KN30,KN31,KN32]-, (SP-5-12)-

12	2018.01	1346550-13-7	NIR CK	신규물질	Copper,[[2,2',2'',2''',2'''',2''''',2'''''',2'''''''-[(33,44-dihydro-11H,22H,45H,47H-tetraphenothiazino[2,3-b:2',3'-g:2'',3''-l:2''',3'''

13	2019.08	2369019-48-5	IRuminar 1050I	신규물질	Gadolinium Vanadium Ytterbium oxide

14	2019.08	2369019-48-6	IRuminar 1050S	신규물질	Vanadium Ytterbium Yttrium oxide

15	2022.05	2762499-11-4	CSP	신규물질	Aluminum cabalt potassium silicon titanium oxide

16	2023.05	2919787-22-5	Red 621	신규물질	4-Quinolinecarboxylic acid, 1,2-dihydro-2-oxo-,europium(3+) gadolinium(3+) salt (15:1:4)

라. 신제품 개발 현황 (1) 근적외선 흡수 염료

당사는 근적외선 흡수/반사 안료에 대한 제조 노하우와 양산화 경험을 가지고 있습니다. 안료는 물이나 용매에 용해되지 않는 성질로 보존성이 강하나 염료에 비해서 불투명하고 착색력과 은폐력이 강합니다. 그에 비해 염료는 물이나 용매에 용해되는 성질로 보존성이 약하나 투명성이 있기 때문에 필터 등에 대해 적용이 가능합니다. 스마트폰 카메라에 적용되는 적외선 필터에 당사의 근적외선 흡수/반사 안료의 원천기술인 적외선 유기재료기술을 활용하여 적외선을 제어하는 파장 선택성 염료의 개발을 진행하고 있습니다.

(가) 개발개요당사는 근적외선 영역을 제어하여 제품화를 진행하는 컨소시엄을 구성하여 2020.04.24. 산업자원부가 진행하는 "파장 선택성 염료 및 고내열 광학수지를 이용한 적외선흡수필터 모듈개발" 과제에 선정되었습니다. (2020.04.24. 정부출연금 165억원 / 5년).선정 과제의 세부 내용은 아래와 같습니다.

과제명	파장 선택성 염료 및 고내열 광학 수지를 이용한 적외선 흡수 필터 모듈 개발

과제 수행 기간	2020. 04. ~ 2024. 12.

연구 목표	ㅇ 최종목표 : 적외선 흡수 염료, Cyclic Olefin Polymer(COP) 광학수지 개발 및
이를 적용한 적외선 흡수 필터 모듈 개발
ㅇ 역할 및 기능
- 세부과제 종합관리 및 사업추진방향 조정
- 연구개발을 통해 획득된 유무형의 성과물관리, 사업화 전략 수립지원
- 사업성과(실적)관리 및 보고 총괄 등

과제
참여
기관	구분	기관명	담당 업무

총괄 주관기관	(주)엘엠에스	세부과제 종합관리

세부 주관기관	나노씨엠에스(주)	1세부 주관 : 근적외선 흡수염료 개발

엔에이치케미칼(주)	2세부 주관 : COP 제조기술 개발

(주)엘엠에스	3세부 주관 : 적외선 흡수필터 개발

(나) 적용 제품: 카메라 모듈용 적외선 흡수 필터

[출처: LG이노텍]카메라 모듈용 적외선 흡수 필터는 카메라 모듈에 들어가는 핵심 부품으로서 이미지센서 위에 위치하여 적외선은 차단하고 가시광선은 투과시켜 이미지 센서의 영상을 사람 눈에 가깝게 하는 기능을 가지고 있습니다. CCD CMOS 센서가 부착된 스마트폰 카메라를 포함하여 디지털 영상에 적용되는 필수 부품입니다. 최근 영상의 고화소로 인해 종전 반사형적외선 차단 필터 적용 시 발생하는 영상의 Ghost 및 Flare 문제 해결을 위해 흡수기능을 추가한 적외선 흡수 필터를 적용하는 사례가 늘어나고 있습니다.(다) 시장 규모 및 특성

아래 그림과 같이 2024년 전 세계 스마트폰 시장은 12억 400만 대로 2023년 보다 6.2% 성장했으며, 2028년까지 연평균 2.6%의 성장률을 이어갈 것으로 분석 예측했습니다.

그럼에도 불구하고 한 대의 스마트폰에 사용되는 카메라 수량은 전/후면을 합칠 경우 3개~7개로 점점 늘어나 카메라 모듈 시장 규모는 2024년 434억 9,000만 달러에서 2035년 1,020억 3,000만 달러로 성장할 것으로 예상되며, 2024-2035년 예측 기간 동안 연평균 성장률은 8.061%로 카메라 필터 시장은 지속적으로 성장할 것으로 예측 됩니다

[출처: https://www.rootsanalysis.com (Camera Module Market Size Share Report, 2035)]

또한 3D Sensing 카메라 모듈도 증가하는 추세입니다. 3D Sensing은 특정 파장의 적외선을 내보내고 이 적외선이 물체에 닿아서 반사되어 오는 것을 검출하여 위치 및 형상 등을 인식하는 원리로 작동됩니다. 여기에는 특정 영역의 적외선을 투과하는 필터가 필요한데 스마트폰에도 3D 인식을 위한 카메라 모듈이 증가하는 추세에 있으며, 3D Imaging과 Sensing 기술은 여러 분야에 걸쳐 확대되고 있습니다. Yole 보고서에 따르면 3D Sensing이 적용되고 있는 분야는 스마트폰 ToF 카메라 뿐만 아니라 자동차, IP Camera, AR 등에도 확대되어 적용되고 있습니다.

[출처: Yole Developpement (Market and Technology Report 2020)]

이러한 3D의 Application 확대를 통해 3D 시장은 2025년에 84억 5천만 달러로 추산되며, 2034년까지 약 352억 5천만 달러에 도달할 것으로 예상되며, 2025년에서 2034년까지 연평균 성장률 17.20%로 가속화될 것입니다.

[출처: https://www.precedenceresearch.com/3d-camera-market]

(라) 제품 개발 계획

당사의 근적외선 흡수 염료를 활용한 근적외선 필터 제품은 2021년 2세대 제품을 출시하여 시판을 계획하고 있으며, 이후 기능 강화를 통해 3세대 제품 출시를 계획하고있습니다.

[제품 개발 계획]

연도	개발단계	내용	제품출시

~2021년	1단계	투과율 92% 이상 근적외선(700-1100㎚),T50%(635±3㎚) 투과율10% 이하를 가지는 기능성 염료 개발	2세대 제품개발완료

2026년~	2단계	일본 JSR社의 블루필터(Blue Filter)를대체하기 위해 유사한 흡수 스펙트럼인750~950㎚ 의 근적외선 흡수 파장 강화	3세대 제품 출시

(2)바이러스,박테리아 사멸용 인체에 무해한 원자외선(Far UV-C 222㎚) 램프

자외선을 조사하여 각종 바이러스, 병원균, 박테리아 등을 살균하는 기술은 현재 위생과 관련된 분야에서 널리 사용되는 기술입니다. 저압 수은 램프 등이 조사하는 254㎚ 파장의 자외선은 세포의 RNA 또는 DNA에 흡수되면서 비활성화를 유도하는 것으로 알려져 있습니다. 다만, 이러한 자외선 살균 기술은 사람의 피부에도 영향을 미치기 때문에 사람이 없는 곳에서만 사용할 수 있는 기술입니다. 그러나, 최근 많은 연구결과에 따르면 자외선 중 200㎚~230㎚ 파장의 원자외선(Far UV-C222㎚)은 사람의 피부를 통과하지 못해 인체에 무해하면서 살균 효과는 기존 자외선과 비교해 보면동등 이상의 효과가 나오는 것으로 알려졌습니다. 최근의 일련된 신종 바이러스의 출현으로 인하여, 예방 및 치료 기술뿐만 아니라, 사람이 많은 장소에서 공기 중 바이러스를 통한 감염을 줄일 수 있는 인체에 무해한 자외선을 활용한 살균 기술에 대한 관심도 늘어나고 있습니다.당사는 빛을 제어하는 발광소재 원천기술을 활용하여 파장의 원자외선(Far UV-C 222㎚) 파장의 램프에서 발생할 수 있는 미량의 230㎚ 내지 265㎚ 영역의 자외선을 흡수함으로써, 인체독성이 없는 자외선만 조사할 수 있는 필터를 개발하여, 인체에 무해한 박테리아, 바이러스 제거 살균 장치, 살균 램프에 대한 연구 및 개발을 진행 제품화 하였습니다.

(가) 개발개요

당사는 빛을 제어하는 소재기술을 응용하여 인체에 무해한 원자외선(Far UV-C 222㎚)파장의 바이러스 사멸 플라즈마 베이스 램프를 미국의 협력기업과 공동으로 개발하여 신산업 분야에 연구개발 및 제품화를 진행 중에 있습니다. 다양한 판매처 확보 및 설치사례를 통해 보다 신뢰성 있는 제품을 만들고자 노력하고 있습니다.

(나) 적용 제품 : 인체 무해 원자외선(Far UV-C 222㎚) 램프

원자외선(Far UV-C 222㎚) 영역을 WHO, FDA, CDC와 NIH의 협의 하에 ACGIH [advances occupational and environmental health] IUVA [International Ultraviolet Association] 자외선 UVA, UVB, UVC (200~280nm)의 영역을 독성이 강한 살균 자외선 (UVGI 250~280nm) 과 인체에 무해한 원자외선 (Far UV-C 200~230nm)으로 구분하였습니다.

UV-C는 100~280nm의 파장 범위에서 자외선을 방출하는 빛 입니다. 원자외선(Far UV-C 222㎚)은 일반적으로 사용되는 수은등에 비해 상당한 이점을 제공합니다. 특히 유해 물질이 포함되어 있지 않고 사이클링 제한 없이 일시적으로 켜고 끌 수 있으며 인체에 안전한 빛 입니다.

원자외선(Far UV-C 222㎚)은 미생물의 세포에 들어가 DNA 구조를 교란시켜 미세한 유기체를 비활성화합니다. 미생물은 재생 능력을 잃고 사멸됩니다. 원자외선(Far UV-C 222㎚)의 살균 특성은 UV 방사선에 대한 내성을 키울 수 없기 때문에 화학 소독제에 불침투성이 되는 미생물을 처리합니다.

COVID-19 대유행은 아직 전 세계 커뮤니티에 위험을 나타내고 있기 때문에 살균을위한 UV-C 조명 통합 제품이 점점 주류가 되고 있습니다. 일반적인 응용 분야에는 조명 기구 또는 공기 청정기, UVC 조명 이식 로봇, UVC 라이트 박스 및 기타 다용도 살균 제품과 연계된 UVC 살균이 포함됩니다.

원자외선(Far UV-C 222㎚) 살균은 화학 물질이나 열을 사용하는 다른 살균 기술과 구별되는 몇 가지 기능을 제공하며 다양한 상황에서 활용할 수 있습니다. 화학 소독의 경우처럼 사용 후 해당 부위를 닦고 청소해야 할 이유가 없습니다. 원자외선(Far UV-C 222㎚)은 염소 소독이 작동하지 않을 때 염소에 영향을 받지 않는 미생물에 대해 강력합니다.

원자외선(Far UV-C 222㎚)은 살균 효과가 뛰어나며 인체에 안전하기 때문에 향후 UV-C 시장 성장을 이끄는 주요 요인이 될 것으로 보입니다. 또한, 원자외선(Far UV-C 222㎚) 기술은 점차 다양한 시장에 상용화되고 있어 시장 성장의 기회가 될 것입니다. 이러한 점을 감안 할 때 향후 원자외선(Far UV-C 222㎚) 시장은 기하급수적으로 성장할 것으로 예상됩니다.

글로벌 UV-C램프 시장 성장은 COVID-19 발병에 긍정적인 영향을 받았습니다. COVID-19의 출현으로 살균 자외선(UV) 기술에 대한 관심이 엄청나게 높아졌습니다.원자외선(Far UV-C 222㎚)은 표면, 공기 등에서 COVID-19는 물론 기타 병원체를 비활성화할 수 있습니다. WHO를 비롯한 전 세계 각국의 다양한 연구소에서는 감염 확산 방지를 위해 원자외선(Far UV-C 222㎚)을 이용한 연구를 하고 있습니다. 결과적으로, COVID-19 대유행으로 원자외선(Far UV-C 222㎚) 시장은 상당한 성장을 보이고 있습니다.

지역별로 원자외선(Far UV-C 222㎚) 시장 동향은 북미(미국, 캐나다 및 멕시코), 유럽(영국, 독일, 프랑스, 이탈리아 및 기타 유럽), 아시아 태평양(중국, 일본, 인도, 한국 및 기타 아시아 태평양 지역) 및 남미(라틴 아메리카, 중동 및 아프리카). 북미 시장은 예측 기간 동안 가장 높은 속도로 성장할 것으로 예상됩니다.

원자외선(Far UV-C 222㎚) 시장의 성장에 영향을 미치는 중요한 요소는 SARS-CoV-2와 같은 공기를 통한 전염병 균에 대한 급증과 원자외선(Far UV-C 222㎚)이 공기살균에 매우 효과적이라는 것입니다.

나노씨엠에스는 원자외선(Far UV-C 222㎚) 램프가 230nm 이상의 빛을 제어하는 필터를 적용해 230nm 이상의 자외선이 방출되지 않는 것을 광생물학적 특성분석(IEC 62471)을 통해 확인했습니다.

(다) 제품 개발 계획

당사의 인체에 무해한 222㎚ 파장의 바이러스 사멸 램프 제품은 2021년 하반기 부터원자외선(Far UV-C 222㎚)램프를 양산하고 KC/ UL 인증을 받아 북미지역에 수출을 진행하고 국내에 시범 적용하여 사례를 만들어 가고 있습니다.

우선 북미지역에서 보편적으로 적용하고 있으며 한국은 제한적으로 설치하여 사례중심으로 효과를 얻고 있습니다. 병원, 요양병원에 유동 인구가 많고 전염이 많을 곳을 예상하는 장소 로비, 휴게실, 복도 등 사례를 만들기 위해 제안하고 있습니다. 또한, 2023년 부터 이동 수단용 원자외선 램프개발을 주도적으로 진행하고 있으며, 25~26년 시장진입 및 매출 성과를 기대하고 있습니다.

설치 사례에서 확진자가 발생 되지 않거나 줄어드는 결과를 얻고 있습니다.

- 현대삼호중공업 대형 원유운반선 'VL 브라이트'호 원자외선(Far UV-C 222㎚) 램프 공급

- 한화 포레나 '청주매봉' 견본주택 원자외선(Far UV-C 222㎚) 램프 적용 및 시범운영

- 천안 복자여자 중 고등학교 및 경기도 화성 이솔고등학교 급식실 원자외선 (Far UV-C 222㎚) 램프 공급

- 치과 의원 및 한의원의 진료실, 환자대기실 및 치료실내부 원자외선 (Far UV-C 222㎚) 램프 공급

- 고려 특수선재 국내 사업장 및 미국 사업장 휴게시설 및 회의 시설 등 원자외선 (Far UV-C 222㎚) 램프 공급

- 국방부 육군 화생방학교 및 동해 해군 1함대 식당 및 사무실 등 원자외선 (Far UV-C 222㎚) 램프 공급 : 육군본부 군사용 적합성 지정 25년 상반기 예정이며, 이후 전 군내 적용 확대 추진

- 충남 및 광주 지역 초중등학교 급식실 원자외선(Far UV-C 222㎚) 램프 공급

- 전남 지역 원자력 발전소 직원 식당 원자외선(Far UV-C 222㎚) 램프 공급

- 부천영농조합 새끼 돼지 분만실 및 사육실 원자외선(Far UV-C 222㎚) 램프 공급

- 다비육종 종돈 농가 실증 테스트용 공급 완료 : 25년 하반기 매출 기대

하버드의대 Ed Nardll 교수의 WHO 발표에서는 마스크/자연환기/ 공기 청정기가 모두 동작했지만 이로는 부족하고 바이러스의 전파를 막기 위해서는 ACH (High Air Change_강력한 환기) 및 다른 방법 필요하다고 하였으며, 공간 살균을 방법은 아래와 같이 발표하였습니다.

1) 자연적 환기 - 별 효과 없음

2) 기계적 환기 - 바뀌는 공기의 양이 제한적

3) 공기청정기 - 바뀌는 공기의 양이 제한적

4) 살균 자외선(GUV)을 이용한 공기 살균은 방의 위쪽을 살균이 가장 이용 가능한 방법으로 1942년 논문에서 방 위쪽(천장)을 살균하여 가장 전염성이 높은 홍역의 전염을 줄여주는 효과를 발표

5) 살균 자외선(GUV) 254nm 대역 자외선 경우 인체의 유해성으로 공간 하부 살균 불가 전체 방을 살균하려면 인체에 독성이 있어 사람이 없는 상태에서 살균하거나 천정(상부공기)을 살균

6) 사람이 생활하고 있는 전체 방의 살균은 원자외선(Far UV-C 222㎚) 빛이 가장 직접적이고 안전하게 효과적이며, 원자외선(Far UV-C 222㎚) 대역(공간 전체 살균)은가장 직접적이고 상시적인 효과적 살균이 가능

국내 최초로 Lab 환경에서의 실험 결과를 바탕으로 실제상황과 유사한 환경인 공기중의 실험 결과로 한층 더 높은 공기 중 바이러스 사멸에 대한 결과가 입증되었습니다. 공기 중 살균의 경우 표준에서 요구하는 부유세균 살균의 기준은 저감률 80% 이상으로 나노씨엠에스의 원자외선(Far UV-C 222㎚) 램프 시험 결과는 96.8%로 공기 중 살균 표준 기준 이상 결과로 검증으로 신뢰성 확보하였습니다.

사멸 효과 확인>국제 저널 'Journal of Veterinary Science Medicine(수의 과학 및 의학 저널)’에 '인플루엔자 A 바이러스에 대한 원자외선(Far UV-C 222㎚) 램프의 항바이러스 효과조사’로 논문 게재를 통해 조류독감 바이러스 사멸 효과를 입증하였습니다.

국내에서 조류독감은 철새들의 이동이 활발한 늦가을에 주로 발생합니다. 최근에도 전국에서 조류독감이 연쇄적으로 발생하며 가금농장에 비상이 걸린 상황입니다. 그러나, 당사가 개발한 원자외선(Far UV-C 222㎚) 램프가 조류독감 바이러스에 탁월한 효과가 있다는 사실이 밝혀지며 앞으로는 이 같은 피해를 예방할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 향후 가금 농장 등에 원자외선(Far UV-C 222㎚) 램프의 시범설치 사업을 추진할 계획이며, 이를 통해 원자외선(Far UV-C 222㎚) 램프의 사업 영역을 확대해 나갈 계획입니다.

미국 인증기관으로부터 원자외선(Far UV-C 222㎚) 램프를 이용 생활방역에 필요한6가지 병원균 사멸효과 인증 미국의 CLIA(미국임상검사 실험실 인증) 및 CAP(미국병리학회)의 인증기관인 Innovative Bioanalysis로 부터 SARS-CoV-2, 인플루엔자 A, RSV(호흡기세포융합바이러스), 대장균, C Diff.(장염균), MRSA(황색포도상구균)등 여섯가지 병원균에 대한 시험결과 여섯가지 병원균 모두 20분만에 99.9% 이상 감소율을 확인. 이 실험은 18.1㎥의 chamber에서 원자외선(Far UV-C 222㎚) 램프를 조사하여 바이러스 표준균의 사멸을 시험한 결과입니다.

이 결과는 병원균에 민감한 의료기관들 및 최근 관심을 받고 있는 산후조리원, 식당 등을 포함한 다중이용시설에서 호흡기세포융합바이러스(RSV)에 대한 실험을 포함하고 있어 국내의 다중이용시설에 대한 수요와 해외 병원들의 영업에 상당한 기여를 할 것으로 예상됩니다.

미국의 실내 공기질 개선 관련 백악관의 공기청정 챌린지와 지구 온난화로 인한 기후양극화와 영구동토층 해빙에 의한 시겔라(Shigella), 콜레라, 살모넬라, 슈두모나스등세균 확산 및 고대 바이러스와 박테리아의 위협 등 미국과 유럽지역에 대한 영업확대를 진행하고 있습니다.

시범사용 대상제품 선정 및 시범설치 진행>

'우수상용품 시범사용 제도'는 군이 필요한 상용품을 구매해 사용한 후 적합성 평가를 거쳐 신규 군수품으로 채택하는 제도로 군수 예산으로 조달할 수 있는 장비 등이 대상입니다. 육군(화생방학교) 및 해군(해군 1함대) 에서 당사의 '인체에 안전한 원자외선(Far UV-C 222㎚) 살균램프를 구매하여 23년 11월 부터 시범사용 설치를 통해 군사용 적합성 지정 진행 중에 있으며, 이후 12개월간 실증 시험이 24년 11월에 완료되어 육군 본부내 심의를 통한 군사용 적합성 지정, 획득 예정이며, 이를 통해 군내 각 분야별 제품 홍보 및 판로확보가 가능할 것으로 예상 하고 있습니다.

새끼 돼지 분만실 및 사육실 시범운영 진행 및 시장 확대>

2023년 영농조합의 종돈 농가에 새끼 돼지 분만실 및 사육실 실증 운영을 통해 1차 효과 검증 진행을 완료하여 순차적으로 2차 종돈 농가들에 실증 테스트용 제품을 공급하였으며, 25년 하반기부터 매출이 발생할 것이라고 기대되고 있습니다.

[제품 개발 계획]

연도	단계	내용	제품출시

~2022년	1단계	인체에 무해한 원자외선(Far UV-C 222㎚) 바이러스 사멸 램프양산 제품 출시 및 각 인증 획득 (UL, CE, EPA 획득 완료)	인증획득국가제품 출시

~2024년	2단계	222㎚ 파장의 바이러스 사멸 램프 양산 제품본격 출시	세계시장제품 출시

~2025년	3단계	222㎚ 파장의 바이러스 사멸 램프 제품 군사용 적합 지정 획득 및 군내 제품 홍보 및 판로확보/영농조합향 실증용 제품 공급 및 매출 확대	방산시장 및 종돈 사육시장 진입

~2026년	4단계	이동 수단용 인체에 무해한 222㎚ 파장의 바이러스 사멸 램프 제품 개발을 통한 신규 시장 확대	신규시장 진출

(3) 차세대 디스플레이용 페로브스카이트 양자점 코팅액 연구 개발

당사는 전자 인쇄용 페로브스카이트 양자점 코팅액 개발에 대한 한국화학연구원와 컨소시엄을 구성하여 2023.01. 과학기술정보통신부가 진행하는 "고부가 인쇄기반 차세대 디스플레이용 발광 소재 개발" 과제의 7세부 주관기관으로 "전자 인쇄용 페로브스카이트 양자점 코팅액 개발" 과제로 선정 되었습니다.(정부출연금 3억원/2년) 선정 과제의 세부 내용은 아래와 같습니다.

과제명	고부가 인쇄기반 차세대 디스플레이용 발광 소재 개발

과제 수행 기간	2023. 01. 01 ~ 2024. 12. 31

연구 목표	고품질 페로브스카이트 합성과 코팅액 포뮬레이션 공정 기술을 융합하여 고부가 인쇄기반 차세대 디스플레이용 발광 코팅액을 개발

과제
참여
기관	구분	기관명	담당 업무

총괄 주관기관	한국화학연구원	세부과제 종합관리

세부 주관기관	나노씨엠에스(주)	7세부 주관: 전자 인쇄용 페로브스카이트 양자점 코팅액 개발

고품질 페로브스카이트 합성과 코팅액 포뮬레이션 공정 기술을 융합하여 고부가 인쇄기반차세대 디스플레이용 발광 코팅액을 개발하고, 페로브스카이트 양자점 코팅액의 광학적 특성 평가를 통해 전자 인쇄용 페로브스카이트 양자점의 합성/정제 공정 기술을 최적화하고 제조 공정에 대한 가이드 라인을 제공하여 코팅액 맞춤형 소재(화학적 조성/구조 제어 기술)을 연구 개발하고자 합니다.

(가) 적용 제품: 페로브스카이트 양자점 소재를 기반으로 전자 인쇄 분야에 적용 가능한 코팅액을 개발하여 차세대 디스플레이 소자에 적용 가능한 응용 기술

당사는 본 과제의 대상 기술은 페로브스카이트 양자점 소재를 기반으로 전자 인쇄 분야에 적용 가능한 코팅액을 개발하여 차세대 디스플레이 소자에 적용 가능한 응용 기술을 개발하는 것이며, 본 과제에서 제안하는 개발기술은 차세대 디스플레이 소자(예: 스마트워치, 태블릿 PC 등)에 적용하기 위한 페로브스카이트 양자점과 마이크로 LED를 융합한 응용 기술을 개발하여 차세대 디스플레이 및 조명 등의 시장을 선점하고자 합니다. 각 참여기관의 공동연구를 통해 페로브스카이트 양자점 소재 합성 및 공정 기술을 개발하고 이를 기반으로 코팅액 개발과 특성 평가를 진행할 예정입니다.

전기 에너지를 빛 에너지로 전환하여 정보를 표시해 주는 디스플레이는 그동안 TV,모니터, 모바일 기기 등 다양한 전자기기에서 그 역할을 다합니다.CRT → PDP, LCD → LED 등의 평판 디스플레이 기술은 TV의 대형화와 고급화는 물론 스마트폰, 태블릿 PC 등 모바일 기기시장의 폭발적인 성장에 중요한 원동력이 됩니다. 그러나, 평판 디스플레이의 수준을 뛰어넘는 자발광 디스플레이인 OLED가 등장 하였으며, 현재 프리미엄급 스마트폰 및 테블릿 PC 등의 중소형 디스플레이를 중심으로 LCD를 빠르게 대체하고 있습니다. 그러고 중국 정부가 디스플레이를 국가육성산업으로 지정 및 전폭적인 지원 끝에 국내 디스플레이 업체는 세계 1위 자리를 중국 BOE에 내어 주게 되었습니다.

중국의 중소형 OLED 생산능력은 2016년부터 연평균 100% 이상 성장하여 OLED 또한 맹추격 하고 있는 실정이며, 중소형 디스플레이인 스마트폰 시장이 정체기에 접어든 상황에서 중국이 중소형 OLED 저가 물량 공세에 나서고 있는 상황에서 우리나라의 경제적 타격은 피할 수 없는 실정입니다.

대형 및 중소형을 막론하고 중국과의 확실한 격차를 유지하고 세계 선도 자리를 지키기 위해서는 고부가가치의 차세대 디스플레이를 필수적으로 개발해야 합니다.최근, OLED에 견줄만한 새로운 디스플레이가 개념 제시 단계를 넘어 현실화 되고 있으며, 그것이 바로 마이크로 LED 디스플레이 입니다.

(나) 제품 개발 계획

차세대 디스플레이 기술 확보 및 종래의 LED 발광 소자의 한계점을 뛰어 넘는 소자의 개발을 위해서 소재가 가지는 기본적인 물성을 변환하는 연구와 더불어 심도 있는광학 특성분석과 발광 메커니즘의 연구가 동반 되어야 합니다. 또한 페로브스카이트 양자점 소재를 디스플레이 분야에 적용 가능한 코팅액을 개발하고, 더 나아가 프린팅/코팅 공정에 적용할 수 있는 포뮬레이션 기술을 확보하며, 양자점 소재의 산업계 요구를 반영한 소재/공정/응용 기술에 대한 종합적인 응용 연구 개발이 진행 되어야 합니다.

응용 연구 개발을 통해 페로브스카이트 양자점 기반 디스플레이 분야 코팅액 소재 및포뮬레이션 기술을 개발하여 LED 발광 소자의 문제점를 해결하고 신뢰를 구축 가능하며, 각 참여기관의 공동연구를 통해 "형광체의 조성 개발 및 합성 기술 → 특성 평가 → 컨소시움의 정보 제공에 따른 마이크로 LED 맞춤형 형광체 코팅액 및 인쇄 기술 → 결과 공유" 순으로 계획하고 있습니다.

차세대 디스플레이용 페로브스카이트 코팅액 연구 개발 기능을 강화하여 미래 선도 기술 및 원천기술 확보의 디딤돌로 활용, 차세대 디스플레이용 국내외 시장을 미래 기술을 선점하고 다양한 산업 과학기술에의 접목이 가능하여 전 후방 관련 사업으로의 활용 가능하며, 지속 가능한 미래 산업 적용 소재 및 응용 기술 확보를 목표로 하고 있습니다. 그리고 차세대 디스플레이용 소재 및 응용 기술 국산화를 통한 민간 연구 기관의 대외 경쟁력 향상과 본 과제와 관련하여 개발된 페로브스카이트 양자점 고부가 전자인쇄 분야 뿐만 아니라 바이오 및 보안용 발광 소재로 응용 연구에도 활용 가능할 것으로 생각되며, 페로브스카이트 양자점 소재 연구의 고급 인재를 양성하고 연구 능력을 향상하여 산학연 간의 공동 성장 기회로 활용할 예정입니다.

(4) 전력 반도체 소재 개발 및 사업화

전력반도체는 전력이 필요한 전자제품, 전기차, 수소차, 5G(5세대) 통신망 등의 전류방향을 조절하고, 전력 변환을 제어하는 역할을 합니다. 전기차를 중심으로 다양한 분야에서 활용되는데, 최근 SiC와 GaN을 소재로 만든 전력반도체가 주목받고 있습니다. 기존 실리콘(Si) 소재와 달리 SiC와 GaN은 고온/고전압의 극한 환경에서 98% 이상의 전력 변환 효율을 유지하는 등 경쟁 소재 대비 우수한 내구성을 보유하고 있고, 또한 안전성과 범용성을 두루 갖춰 기존 실리콘 전력반도체 시장을 대체하는 차세대 제품으로 주목 받고 있습니다.전력반도체 소재의 주요 용도는 전기차, 태양광, 풍력 등 다양한 산업이 전력 반도체산업 성장에 기여하고 있지만 가장 큰 요인은 전기차 시장의 성장성에 있습니다. 중장기적으로 자동차 시장은 내연기관차에서 전기차 중심으로 전환 되어 갈 것이라고 판단되며, 거시환경 상황에 따라 속도의 차이는 있겠지만 친환경, 탈 탄소라는 구조적인 시대의 흐름은 변화하지 않을 것이며, 이는 전력반도체 소재 산업의 성장을 견인할 것으로 예상합니다.

(가) 개요

최근 기존의 산업용 모터 인버터, 가전기기 파워 등에서 IT 기기의 발달과 데이터 사용량 증가에 따른 데이터 센터 등의 신규 에너지 수요, 전기자동차 산업의 급속한 성장, 신재생 에너지 등으로 인해 전력 사용량이 폭발적으로 증가하고 있습니다. 이로 인해 전력 사용량에 대한 우려와 함께 에너지 위기와 환경 규제 강화에 대비하여 전력 변환장치 및 전력 시스템의 성능 향상과 에너지 절감의 요구가 높아지고 있습니다.특히 탄소 중립 및 환경 위기대응을 위해서 전력에너지 사용의 효율화가 필수적이며,이산화탄소를 배출하지 않는 전력시스템(전기자동차, 신재생에너지)이 강하게 요구되고 있습니다. 아래 그림에서 보는 바와 같이 전력의 생산에서부터 소비까지의 전기에너지 사용 흐름에서 전력변환 기술이 필수적으로 사용되며, 전력에너지 사용의 효율화는 결국 전력변환 기술의 혁신을 의미합니다.전력변환 기술의 혁신은 전력변환 장치 자체의 구조 및 회로기술에서도 이루어 지지만 많은 부분이 핵심부품인 전력반도체를 통해 이루어지며, 이를 위해서 전력반도체 소자의 혁신 요구가 커지고 있습니다.그러나, 반세기 넘게 사용 되어온 Si(Silicon, 실리콘) 기반의 전력반도체 소자의 성능향상이 한계에 다다르고 있어, 새로운 대안으로 차세대 전력반도체 소자들이 개발되어, 최근 들어 시장에 점차적으로 도입되고 있습니다.

[출처: 한국전기연구원 블로그]

당사는 차세대 전력반도체 소자들에 적용되고 있는 소재, 잉곳, 웨이퍼 등과 같이 전력반도체용 소재 개발을 통해 다양한 해외 고객사 확보 및 전력반도체 Value Chain 내 품목 확대 진입으로 Application 확대를 통한 매출 증대 추진에 노력하고 있으며, 또한 전문인력 양성 및 품질관리 장비 추가 구축을 통한 품질 Process 강화를 진행하고 있습니다.

(나) 적용 제품 : 전력반도체 소재

전력반도체(Power Semiconductor)란 전기 에너지를 활용하기 위해 직류.교류 변환,전압,주파수 변화 등을 제어하고, 처리하는 반도체입니다. 전력의 변화 및 제어에 사용되는 1[W,와트] 이상의 전력을 담당하는 스위칭 소자 및 정류소자들을 통칭하는 말로써 직류와 교류의 변환, 변압, 충전, 모터 구동, 전력 안정, 전력 분배 및 제어 등에 사용됩니다. 사용 단계에서는 가전, 스마트폰, 자동차 등 전기로 작동하는 제품의 작동 여부 및 성능을 결정짓는 핵심 부품으로 사용됩니다.

[출처: Solid State Transformers for Energy Grid-2,0 / NTU]전력반도체 소자는 전력의 전달 및 제어 과정에서 에너지 효율을 향상시키고 전압의변화를 제어하여, 시스템 안정성 및 신뢰성을 제공해야 하기 때문에, 일반적인 반도체 소자에 비해 고내압화, 대전류화, 고주파수화 되도록 발전해 왔으며, 이를 식 (1)과 같이 정량화 할 수 있습니다. [참고: 경신수(파워큐브세미㈜ 연구소장), 성만영, 2016].

식(1)에서 ΔT는 전력소모로 발생한 열로 인한 온도 변화를, RTH 는 전력반도체 소자의 열저항을, Von 과 Ion 은 온(On) 상태 동작시의 전압과 전류를 나타내며, V(t)와 I(t)는 시간에 따른 전압과 전류를, f는 주파수를 나타냅니다.

전력반도체 소자는 전력소모를 줄이기 위하여 저항을 줄이고, 스위칭을 빠르게 하는방향으로 발전하여 왔고, 안정성을 위해 동작 시 열 발생을 최소화 하는 방향으로 발전해 왔습니다. 이런 발전 방향에 따라 그림 발전사>에서 보듯이사용처가 요구하는 정격과 동작 주파수에 따라 GTO(Gate Turn-Off Thyristor, 게이트 턴 오프 사이리스터), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor, 절연 게이트 양극성 트랜지스터), BJT(Bipolar Junction Transistor, 쌍극 접합형 트랜지스터), MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터), 다이오드(Diode) 등 여러 종류의 전력반도체 소자가 개발되어사용되고 있습니다.

[출처: 융합연구리뷰 | Convergence Research Review 2022 August vol.8 no.8]

차세대 전력반도체를 위한 와이드밴드갭(Wide Bandgap) 물질 전력변환장치의 효율화에 따라 전력반도체 소자의 성능 향상에 대한 요구가 점차 높아지면서 Si 기반의 전력 반도체 소자로는 요구 사항을 만족할 수 없는 상황이 발생하고 있습니다.

식(2)는 전력반도체의 온(On) 상태 특성을 나타내는 온 저항(Ron,sp)과 오프 상태 특성을 나타내는 항복전압(VB, 다이오드 또는 트랜지스터가 파괴되기 전 견딜 수 있는역방향 전압의 최대 한계) 사이의 관계를 나타냅니다.(참고 : 경신수(파워큐브세미㈜ 연구소장), 성만영, 2016) 온 상태 특성인 저항 Ron,sp는 줄어드는 방향으로 발전하려 하고, 오프 상태 특성인 항복전압 VB는 커지는 방향으로 발전하고자 하여 서로 트레이드 오프(trade off, 하나를 움직이면 다른 하나가 반대되는 방향으로 움직이게 되는 관계) 관계입니다. 식 (2)의 분모 식이 온 저항과 항복전압 트레이드 오프 관계를 결정짓는데, 이 매개식을 Baliga의 성능지수(BFOM, Baliga’s Figure of Merit)라 한다.

그러나, Si 기반의 전력반도체 소자는 BFOM을 개선시키는 기술 개발에 한계가 있어, 재료자체의 물성적 특성으로 전력반도체 소자의 성능을 향상시킬 수 있는 WBG 물질을 기반으로 하는 전력반도체 소자들이 대안으로 부상하면서, 2010년대부터 상용화가 시작된 후 최근에는 시장에 급속도로 확장되고 있습니다.

물성 비교표>에 Si과 WBG 물질인 SiC와 GaN 등의 물성 특성을 도시하였다.(Hikita et al, 2009) 물성 비교표>에서 보듯이 Si 또는 GaAs(Gallium Arsenide, 비소화 갈륨)에 비해 SiC와 GaN이 에너지 밴드갭(Eg, Band Gap Energy)이 높아 임계전계(Critical Electric Field) 값이 높다. 이로 인해 BFOM이 SiC과 GaN이 Si 대비 월등히 높은 것을 확인할 수 있습니다.

또한 SiC의 경우 열전도도(Thermal Conductivity)가 타 물질 대비 높아 소자의 동작속도와 열방출 성능에 초점을 둔 Keye의 성능지수(KFOM, Keye's Figure of Merit)가 월등히 높은 것을 확인할 수 있습니다. 이를 통해 SiC와 GaN이 차세대 전력반도체 물질로써 탁월하다는 것을 알 수 있습니다.

물성 비교표>

구분	Si	GaAs	SiC	GaN
(Hexagonal)	Diamond
(C)

에너지 밴드갭 (Energy Band Gap)
[eV]	1.12	1.42	3.25	3.4	5.45

절연파괴전계 (Critical Electric Field for Breakdown)
[MV/㎝]	0.3	0.4	3	4	5.6

전자 이동도 (Electron Mobility)
[㎠/Vs]	1,500	8,500	1,000	1,250	1,900

유전상수 (Dielectric constant)	11.8	12.8	9.7	9	5

포화전자속도 (Saturated Electron Velocity)
[107㎝/s]	1	2	2	2.5	2.7

열전도율 (Thermal Conductivity)
[W/㎝ ·K]	1.5	0.5	4.9	1.3	20

Baliga 의 성능지수
(BFOM, Baliga's Figure of Merit)	1	14.6	548	1,507	3,840

Keye 의 성능지수
(KFOM, Keye's Figure of Merit)	1	0.5	5.1	1.6	32.1

(다) 시장 규모 및 특성

전력 반도체 시장이 2030년 369억8,000만달러(약 48조7,655억원)에 이를 것이란 전망이 나왔으며, 2022년 보다 55% 증가한 규모입니다.

반도체 시장 전망> 자료 : 야노경제연구소 (단위 : 백만달러)

구분	2021년	2022년	2023년	2024년	2025년	2030년

실리콘(Si)	21,080	22,430	24,020	25,430	27,280	30,530

실리콘 카바이드 (SiC)	1,290	1,460	1,790	2,410	2,920	6,450

합계	22,370	23,890	25,810	27,840	30,200	36,980

야노경제연구소는 최근 이같은 내용의 '글로벌 전력 반도 시장' 보고서를 발표했습니다. 보고서에 따르면 2022년 전력 반도체 시장은 238억 9,000만 달러로 집계되었고,전년 대비 6.8% 성장했습니다. 반도체 수급난으로 성장률이 다소 줄었지만 올해부터다시 성장세를 보일 것으로 야노경제연구소는 전망했습니다.

올해 전력반도체 시장은 가전, 신재생에너지, 전기차가 견인할 것으로 예상되며, 특히 태양광과 풍력 발전소에 사용되는 전력 모듈과 전기차용 컨버터 인버터 분야에서 수요가 급증할 것으로 전망됩니다. 야노경제연구소는 2023년 전력 반도체 시장 규모를 전년 대비 8% 늘어난 258억 1,000만 달러로 예상했습니다.

2023년 전력반도체 시장은 가전, 신재생에너지, 전기차가 견인할 것으로 예상되며, 특히 태양광과 풍력 발전소에 사용되는 전력 모듈과 전기차용 컨버터 인버터 분야에서 수요가급증할 것으로 전망하고 있습니다. 야노경제연구소는 2024년 전력 반도체 시장 규모를 전년 대비 8% 늘어난 278억 4,000만 달러로 예상하고 있습니다.

야노경제연구소 보고서에 따르면 특히 실리콘카바이드(SiC) 전력 반도체 성장세로 에너지효율에 기여할 수 있는 특성 덕분에 데이터센터, 5G 기지국, 태양광 전력 조절기 보조 장비, 산업용 장비의 전원 공급장치, 전기차용 온보드 충전기, 컨버터 등 다양한 분야에서 수요가 늘고 있습니다.

(라) 제품 개발 계획

당사의 전력 반도체 Value Chain 내 품목 확대 진입을 통하여 Application 확대는 물론 해외고객사 확대 증가를 통한 매출 증대를 추진하고 있으며, 전문인력 양성 및 품질관리 장비 추가 투자를 통한 품질 Process 고도화를 진행중에 있습니다. 또한 전력반도체 실리콘 카바이드(SiC) 가공설비 구축을 완료 하였으며, 실리콘 카바이드(SiC)가공시설의 본격적인 가동을 시작으로 실리콘 카바이드(SiC) 전력 반도체 분야에서의 기술력을 한층 강화하며, 고성능 전력 전자 및 반도체 시장에서의 경쟁력을 높일 계획에 있습니다.

[제품 개발 계획]

연도	개발단계	내용	제품출시

~2024년	1단계	Value Chain 내 품목 확대 진입
실리콘 카바이드(SiC) 가공 설비 구축
전문인력 양성 및 품질관리 장비 추가 구축을 통한 품질 Process 강화	Application 확대
고품질 제품 출시

~2025년	2단계	중화권 고객사 확대 개발에 따른 25년 물량 증가 예상	가격 경쟁력 확보

~2026년	3단계	물량 증가에 따른 추가 가공 라인 구축	대량 생산 체제구축

(5) 탄소배출 저감형 친환경 고기능성 분산염료, 중간체, 잉크 및 조제 제조 기술 개발 연구

당사는 탄소배출 저감형 친환경 고기능성 분산염료, 중간체, 잉크 개발에 대한 한국조폐공사 기술연구원와 컨소시움을 구성하여 2024.07. 산업통상자원부가 진행하는 "친환경 근적외선 발광소재를 적용한 첨단보안잉크 양산화 기술 개발" 과제의 주관기관으로 선정 되었습니다.(정부출연금 3억원/ 1년) 선정 과제의 세부 내용은 아래와 같습니다.

과제명	친환경 근적외선 발광소재를 적용한 첨단보안잉크 양산화 기술 개발

과제 수행 기간	2024.05.01 ~ 2025.04.30

연구 목표	환경유해성이 없고, 기존 물질과 동등 수준이상의 품질을 나타내는 가시광선 여기, 근적외선 발광 소재양산화 및 이를 이용한 잉크 양산화 기술 개발

과제
참여
기관	구분	기관명	담당 업무

총괄 주관기관	나노씨엠에스(주)	근적외선 발광소재의 양산화 개발

공동연구개발기관 1	한국광기술원	양산화 소재 인증, 광 분석 및 물성 분석

공동연구개발기관 1	한국조폐공사	친환경 근적외선 발광소재를 적용한 첨단보안잉크 양산화 기술 개발

(가) 개요

당사는 보안 소재 관련 전문 업체로 한국조폐공사와 협력하여 1,000nm 대 영역의 근적외선 발광 소재개발을 진행하였으나, 예기치 못한 환경유해성 문제로 첨단보안시장 적용이 어려워, 동등 이상의 품질을 보이면서 환경유해성이 없는 친환경 근적외선발광색소 개발을 진행하게 되었습니다. 새로운 근적외선 발광 소재의 개발은 기존물질을 대체할 수 있을 뿐만 아니라, 합성공정 및 품질 부분에서도 기존보다 우수하며, 이러한 특징은 양산화 개발에 성공할 경우 국가 첨단보안 시장뿐만 아니라, 다양한 분야의 보안시장에서 적용할 수 있을 것으로 기대됩니다.

(나) 적용 제품 : 국가보안시장 적용 근적외선 발광소재의 양산화 개발을 통해 위조 없는 안전한 국가보안시장 진출

Forensic 보안소재인 근적외선 발광 소재의 양산 개발을 통해 고부가가치 산업제품 및 폐기물 자원화 산업 제품의 리사이클 정품인증 등 산업지식재산권 보호 및 자원재사용을 통한 환경보호에도 큰 도움을 줄 수 있습니다. 1,000 nm 이상에서 발광하는 근적외선 발광색소의 양산 개발을 통해 국가보안시장 뿐만 아니라 첨단보안시장(Brand Protection) 및 다양한 보안 산업 분야에도 적용이 가능하며, IoT 기반 스마트 위조방지기술과 결합하여, 근적외선 발광 색소를 검지하는 검지기 개발을 통해 다양한 산업분야에도 응용이 가능하여 일반적인 소비자에 대한 니즈 또한 증가 할 것으로 기대 됩니다.

국내 근적외선 보안 발광 색소는 기관에서 제작한 특수 장비를 활용한 감별이 요구되는 포렌식(Forensic) 레벨(Level 3)의 소재 기술 개발의 난이도가 매우 높아 특수성이있는 개발로 소량 이루어지거나, 수입에 의존하고 있으며, 현재 국내에는 조폐공사에서 VIS영역에서 여기(excitation)하여 1,000nm 이상에서 발광하는 색소의 개발은 이루었으나, 환경 유해성 문제로 인해, 첨단보안시장 적용이 어려웠습니다. 최근 한국조폐공사와 나노씨엠에스에서 공동으로 포렌식 레벨(Level 3)의 보안 레벨을 구현할 수 있으면서 환경유해성 영향이 없는 친환경 보안물질을 개발하였으며, 양산화 성능평가를 통해 완벽한 제품화가 필요합니다.

근적외선 발광 소재 화합물 예시