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인쇄전자을 위한 R2R공정 실린더 개발과 업계동향
2009-04-29
김태완
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우리 회사가 Digilas레이저를 비롯하여 제반시설을 사용하여 연구개발하려는 분야에 관해 궁금하
신 분들은 아래 글을 읽어보시기 바랍니다.
아래 글은 앞으로 있을 당사에 대한 광고매체를 통한 소개글 중 신사업분야에 관한 부분입니다.
1. 미래수요의 예측
수년 전 국내에서 개봉된 스티븐 스필버그 감독의 영화 ‘마이너리티 리포트’에서 톰 크루즈는
미래의 범죄를 예측하는 ‘프리크라임’ 팀장이다. 탁월한 감각으로 능력을 인정받지만 누군가의
음모로 자신이 살인자가 되는 미래를 보고 도망자가 된다. 그는 도주 중 잠시 한숨을 돌리려다 신
문 속의 동영상에 자신의 수배된 모습이 나오는 것을 보고는 급히 자리를 뜬다.
이 영화가 설정한 미래는 2054년이다. 하지만 이 영화속의 얇은 종이신문에서 동영상을 볼 수 있
는 세상은 그보다 빨리 찾아오고 있다.
인쇄전자 기술은 특수잉크로 얇은 필름이나 종이에 신문을 인쇄하듯 전자회로와 센서, 디스플레
이, 전자 부품 등을 구현한다. 안테나가 인쇄된 필름과 종이는 그대로 안테나 역할을 한다.
여기에 유비쿼터스 무선통신 기술을 접목하면 영화처럼 종이에서 동영상이 펼쳐진다.
2. 프린티드일렉트로닉(Printed Electronic)과 롤투롤(Roll to Roll=R2R)인쇄기술 용어정의
◇'프린티드 일렉트로닉'이란, 컴퓨터ㆍ휴대폰 등의 부품인 회로기판에 전자회로를 만들려면 보
통 기판 전체에 구리 도금을 한 뒤 에칭으로 불필요한 부분을 깎아내거나 기판에 원하는 구리 배
선을 부착시킨다. 반도체칩용 실리콘 웨이퍼도 비슷한 방식으로 만들어진다. 필름을 기판으로 사
용하는 경우에도 대부분 이 같은 방식이 사용된다.
반면 프린티드 일렉트로닉 기술을 활용하면 필름ㆍ종이 등에 특수 전자잉크를 인쇄하는 간단한 공
정만으로 전자회로를 만들 수 있어 회로기판을 값싸게 생산할 수 있다. 독일ㆍ일본 등에서 개발해
온 평판인쇄 기술과 달리 전자회로를 대량 생산할 수 있고 일반 인쇄처럼 공정이 상온ㆍ상압에서
이뤄지는 것도 강점이다. 기술이 발전하면 미세한 반도체칩 회로까지 인쇄공정으로 제작할 수 있
다.
◇롤투롤 인쇄기술이란, 프린티드 일렉트로닉스 기술 중 가장 진보된 형태가 롤투롤 기술이다.
이 방식에 의하면 평판 형태로 전자회로를 찍어내는 게 아니라 신문을 인쇄할 때처럼 다수의 롤
을 이용해 필름ㆍ종이를 순환시키며 전자잉크를 인쇄한다. 이를 이용하면 특수필름에 전자회로를
인쇄하는 e-프린팅 결과물을 짧은 시간에 더 많이 생산해낼 수 있는 것이다.
(주)융덕산업은 기존 그라비아인쇄용 실린더를 만들던 노하우를 바탕으로 롤투롤 인쇄에 필요한
롤의 생산에 있어 일본 기업에서의 수입을 대체하고, 보다 나은 실린더를 제공할 수 있도록 최근
전자인쇄기술연구소를 설립하여 연구개발에 박차를 가하고 있다.
3. 전자회로·태양전지등의 전자인쇄의 현황
업계에선 R2R 기술이 적용된 프린티드 일렉트로닉 기술이 미래 전자산업을 이끌어 갈 것이라는 데
에 이견이 없다. 프린티드 일레트로닉의 경우 전기전자로봇등의 다양한 영역에서 활용가치가 무궁
무진하기 때문이다.
프린티드 일렉트로닉 기술은 전자회로·태양전지를 인쇄해 만들 뿐만 아니라, RFID태그 제작에도
사용되면 생산비용을 획기적으로 낮추는 것이 가능하다.
최근 본격적으로 연구되고 있는 롤투롤방식은 인쇄 대상인 필름이나 종이가 수십 개의 롤을 지나
며 인쇄에 필요한 적정 압력을 유지한다.
시계처럼 손목에 찰 수 있는 휴대폰ㆍ정보기술(IT) 기기를 개발하려면 내부 전자회로, 디스플레
이 장치 등이 유연성을 가져야 한다. 건물 유리창, 의류 등에 부착할 수 있는 박막형 태양전지를
실용화하기 위해서도 얇고 잘 휘는, 유연성을 가진 태양전지가 필요하다.
인쇄 방식의 전자회로ㆍ칩을 제작하는 '프린티드 일렉트로닉' 기술은 이 같은 제품을 실용화할
수 있게 해줄 것으로 기대된다.
국내에서는 건국대학교와 순천대학교가 이 분야의 상당한 연구를 하고 있으며, 한국기계연구원이
최근 외국 휴대폰 업체와 함께 휴대폰에 사용되는 전자회로기판을, 국내 디스플레이장치 업체와
간단한 터치스크린을, 한국에너지기술연구원ㆍ한국화학연구원과 박막형 태양전지를 인쇄 방식으
로 제작ㆍ개발하는 연구에 들어갔다.
전자회로, 박막형 태양전지를 대량 생산할 수 있는 '롤투롤' 기술은 전자회로 등의 생산비용을 기
존의 평판인쇄 방식의 10분의1 수준까지 낮출 수 있다고 한다.
국외에서는 위 영역에 대해 이미 투자가 활발하여, 세계최초로 롤투롤 공법을 적용한 OLED 조명생
산에 성공한 GE는 전자종이 디스플레이, 휴대용 TV스크린등 유기전자제품을 저렴한 비용으로 대량
생산하는 목표를 설정하고 있고, 핀란드는 국책기술개발센터인 VTT를 통해 전자회로와 전자소자
를 만드는 R2R기술을 연구하고 있고, 독일 pm TUC의 경우에는 전자회로를 특수필름에 인쇄하는 기
술을 개발하고 있고, 미국 듀폰은 유연 디스플레이 시제품을 생산하고 있고 이 밖에 미국의
WHRC, 일본의 미쓰비시중공업과 미츠무라등이 활발한 연구개발을 보이고 있다.
4. 상용화될 적용분야 -RFID(Radio Frequency Identification) 태그
현재 롤투롤 기술을 이용해 연구하는 분야는 RFID 태그, 박막형 태양전지, 유연한 디스플레이 장
치 등 세 분야가 주력이다.
롤투롤 기술이 가장 빠르게 적용될 수 있는 분야는 RFID 태그 제작 분야다. RFID 태그는 현재의
바코드를 대체하는 기술로 메모리칩에 상품정보를 저장한 뒤 RFID 태그 리더기에 접근시키면 상품
정보를 읽어낼 수 있다. 유통ㆍ물류 부문에 혁명을 가져올 것으로 기대되는 기술이지만 생산단가
가 비싸 아직은 상용화가 더딘 실정이다.
안테나ㆍ메모리칩 등으로 이뤄지는 RFID 태그의 안테나 부분은 이미 롤투롤 방식으로 제작할 수
있다. 국내에서도 기계연구원은 보다 정밀한 인쇄가 가능한 롤투롤 장비 개발을 마치고 시험가동
에 들어가 상반기 중 약 300개의 트랜지스터가 내장된 RFID용 메모리칩을 인쇄 방식으로 제작할
계획이다. 롤투롤 방식으로 RFID 태그를 제작할 경우 생산단가를 지금의 33% 이하로 낮출 수 있
을 것으로 예상된다고 한다.
인쇄전자 기술로 만들어진 RFID태그와 태양전지, 디스플레이, 센서, 배터리 등을 포장지에 부착하
면 물건을 운송하는 과정에서의 온도, 신선도 등을 실시간으로 체크할 수 있다.
생선이 상했으면 바로 그 자리에서 폐기할 수 있어 목적지에 도착한 뒤에야 처분하느라 물류비용
을 낭비하는 일이 없어진다.
RFID 태그는 생산에서 판매에 이르는 전 과정의 정보를 초소형칩(IC칩)에 내장해 이를 무선주파수
로 추적할 수 있도록 한 것으로 ‘전자태그’ 또는 ‘스마트 태그’ 등으로 불린다. 바코드를 대
체할 차세대 인식기술로 활용도가 높다.
RFID 태그를 제품과 장바구니에 붙여 놓으면 마트에서 쇼핑할 때 장바구니에 물건을 담는 즉시 계
산이 이뤄진다. 계산대에서 줄을 서서 기다리는 일도 없어진다.
5. 그 외의 적용분야
태양광을 흡수해 전기를 생산하는 염료감응형 박막 태양전지(회로 포함)를 롤투롤 방식으로 인
쇄, 생산단가를 크게 낮추기 위한 연구도 한국기계연구원한국에너지기술연구원ㆍ한국화학연구원
등이 공동으로 착수했을 뿐만 아니라, 이미 여러 기업들이 열효율성 측면에서 연구개발하고 있다.
디스플레이 장치의 경우 지금은 종이ㆍ필름에 인쇄해 한가지 색만 표현할 수 있지만 빠른 시일내
에 컬러화 기술개발이 이루어질 것으로 보인다. 가격이 저렴하고 휘어지는 유연한 디스플레이 장
치를 인쇄 방식으로 제작하기 위해서는 필수조건이기 때문이다.
또 휴대형 IT기기 등 각종 전자기기에 들어가는 전자회로기판을 인쇄 방식으로 제작하는 것도 가
능하다.
5. (주)융덕산업의 실린더 기술개발
당사가 Digilas Laser 시스템을 구비하여, 본격적인 롤투롤공정에 이용되는 실린더를 생산하는 일
은, 분명 그라비아인쇄용 로라에 한정된 과거에 비하면 어렵고 힘든 분야가 될 것이다.
그러나 실제로 평판에의 페턴닝과 달리 실린더에의 소부와 에칭은 여러 가지 다른 특성을 보이기
때문에, 당사의 기존 그라비아실린더를 만들던 경험과 노하우를 바탕으로 하여 그 어떤 기업보
다 나은 실린더를 생산할 수 있어 국가경제에도 기여할 수 있게 된다.
광학전자재료 제조에 사용하는 롤투롤공정 실린더를 연구개발하고 양산하는 과정에서, 기존 그
라비아인쇄용 롤을 자연스럽게 업그레이드가 될 것이고, 이는 또한 조만간 다가올 연포장제품에
직접 RFID 태그등을 부착하는 시기가 오면 당사의 실린더제조기술은 더욱 그 빛을 발할게 될 것이
다.
미래의 어느시점에는 롤투롤공정으로 대체가능한 영역에 있어서, 롤투롤공정을 확립한 기업은 경
쟁력에서 타사를 압도하게 되고, 세계유수의 기업으로 성장할 수 있게 되므로, 지금 국내는 물론
외국에서 앞다투어 연구개발하고 있는 것이다.
당사는 기업부설연구소인 R2R 인쇄전자연구소를 건립하여 과학적이고 체계적인 연구와 국내 대학
연구소와 정부과제참여를 통해 롤투롤장비를 개발하는 기업들과 더불어 한국기업들이 롤투롤공정
을 이용해 세계속의 기업이 될 수 있도록 항상 노력할 것이다.
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