[사이언스포럼]인쇄전자 기술이 미래기술의 핵심이다

이택민 한국기계연구원 인쇄전자연구실장

과거 15세기 구텐베르크가 발명한 근대 활판 인쇄술은 지식의 대중화라는 점에서 큰 의미가 있다. 지배계층만 독점했던 정보는 인쇄술의 혁신을 통해 대중들에게 보급되었고 이는 유럽의 종교개혁과 과학혁명을 촉진하는 계기가 되었다.

오늘날의 인쇄술인 인쇄전자는 종이에 글씨를 인쇄하는 기존 프린팅 공정 방식으로 만든 전자회로 혹은 전자제품을 의미한다. 기능성 전자잉크(전도ㆍ절연ㆍ반도체 잉크 등)를 플라스틱 기판이나 얇은 필름 등에 인쇄하기 때문에 반도체, 디스플레이, 웨어러블(착용 가능한) 디바이스, 3D 프린팅 등 다양한 분야에 적용이 가능하다.

실제 미국의 '티잉크(T-ink)'사는 선루프를 제어하고 에어컨을 조절하는 등 자동차에 장착되는 각종 전자제어 장치를 인쇄전자 기술로 개발하여 포드사에 납품 중이다. 각종 회로를 손으로 가공ㆍ조립하는 것이 아니라 종이에 인쇄를 하듯 전자제어 장치를 프린팅한 것이다.

또 다른 사례는 스웨덴의 '씬필름(Thin film)'이다. 이 회사는 인쇄전자 기술을 이용해 제품의 진품 여부와 이력 등을 한눈에 확인할 수 있는 상표 보호 라벨을 개발하는 데 성공했다. 우선 이탈리아산 와인에 이 기술이 적용됐으며 앞으로 모든 제품에 이 라벨을 적용할 수 있는 기술개발에 주력하고 있다.

인쇄전자 방식은 기존 공정들보다 더 적은 비용으로 생산이 가능한 동시에 더 잘 변형되는 설계가 가능하다. 게다가 기존 작업보다 공정을 단축시키고 발생하는 유해물질을 줄여 친환경적이다. 정부 발표에 따르면 인쇄전자 관련 시장 규모가 2020년까지 330억달러 이상 수준을 기록할 것으로 예상한다.

선진국들이 인쇄전자 산업에 몰두하고 있는 가운데 우리나라도 인쇄전자 산업 육성을 위해 발 벗고 나섰다. 정부는 작년 4월 '인쇄전자 산업 성장포럼'에서 산업육성을 위해 단계별 기술개발 전략을 추진해 인쇄전자 핵심 소재와 장비의 국산화 개발에 주력하겠다는 정책방향을 발표했다. 또 현재 수백 개에 불과한 인쇄전자 기업을 2030년까지 약 2~3만개로 늘린다는 목표를 세웠다.

한국기계연구원 인쇄전자연구실 역시 그동안 쌓아온 원천기술을 바탕으로 산업계에서 필요로 하는 인쇄전자 기술의 연구개발에 주력하고 있다. 그 결과 최근 세계 최초로 롤프린팅 기술을 이용해 인쇄전자 선폭을 1마이크로미터(㎛)급으로 구현하는 데 성공했다.

인쇄선폭이 1㎛급으로 준 만큼 집적도가 높은 인쇄전자 공정이 가능하다. 즉 인쇄전자 공정이 기존의 노광/에칭을 이용하던 2~3㎛급의 대면적 디스플레이 제작 공정을 대체하는 것이다. 앞서 말했듯이 공정이 줄어 단가가 절감되고 유해물질을 줄일 수 있으니 1석 2조다. 예를 들면 디스플레이용 박막트랜지스터(TFT)의 경우 인쇄전자 기술을 적용하면 공정 수가 절반 정도로 줄게 되는 것이다.

또한 1㎛급 초미세 인쇄전자 기술은 육안으로 식별이 불가능해 터치센서(투명전극)에도 활용이 가능할 전망이다. 현재 터치스크린에 사용되는 터치센서는 인듐산화물전극(ITO)방식으로 생산되는데, 주재료인 인듐의 가격이 비쌀 뿐 아니라 전기 전도도가 낮아 대형 디스플레이 적용에 한계가 있다. 인쇄전자 기술로 제작한 투명전극은 ITO 대비 낮은 저항으로 전극 구현이 가능해 최근 수요가 급증하고 있는 10인치 이상 중대형 터치스크린에 적합하다. 　이와 같이 인쇄전자 산업은 기존 산업과 융합되어 커다란 경제적 효과를 창출한다. 인쇄전자 기술이 사물인터넷(IoT)시대에 가장 적합한 '게임체인저' 기술로 전망되는 것이 이러한 이유일 것이다. 인쇄전자 기술에 대한 적극적인 투자와 연구로 한국의 인쇄전자 기술이 세계적 우위를 점하기를 기대한다.

이택민 한국기계연구원 인쇄전자연구실장