Update2024.05.06 (월)
新산업 인쇄전자, 인력양성·장기투자 미비 진퇴양난
■ 인쇄전자 초기 연구원으로 알고 있다. 최근 연구하는 분야는.
박사과정에서 전기전도성 고분자를 이용한 전자잉크를 전공한 뒤 RFID (Radio-Frequency IDentification) 관련 칩을 인쇄전자로 만들어 유연성과 단가절감에 힘썼다. 당시에는 빠른 순환성과 높은 수요 및 시장형성이 잘 돼 있는 사물의 이력 추적에 별도의 RFID리더기를 이용해 적용할 생각이었다.
2005년 당시에는 별도의 RFID리더기로 충분히 적용이 가능하리라 판단했는데, IT 제품의 발전 속도가 빨라 요즘 스마트폰에는 NFC (근거리무선통신, near field communication 10cm이내에서 데이터를 주고 받을 수 있는 전자태그의 일종)가 부착 돼있어 이 기능에 인쇄 RFID태그를 맞추어야 한다.
NFC는 RFID리더기에 비해 매우 짧은 시간에 (0.1초) 낮은 1.5V 구동 전압을 갖는 쌍방향 무선통신 방법을 채택하고 있기 때문에 인쇄 RFID를 적용하려면 추가적인 연구 개발이 필요한 실정이다. 이러한 상황에서, 개발된 인쇄 RFID태그의 성능을 경쟁력 있게 하기 위해 식품에 함유된 중금속이나, 잔류농약측정이 가능한 감지 센서를 추가로 인쇄해 향후 스마트폰 과 연동하는 기술을 개발하고 있으며, 이 기술을 이용하면 농수산물을 씻은 물에서 농약잔류량을 ppm 단위로 측정하거나 지금 마시고 있는 차의 한 방울로 중금속 함량을 즉시 알 수 있다. 이것은 어떤 센서를 연결하느냐에 따라서 적용 가능성이 무궁무진하다.
감지센서와 결합된 RFID 회로에는 트랜지스터가 들어가는데, 향후에는 리더기 없이 스마트폰에서 사용할 수 있도록 구동전력 소모를 낮추는 연구를 하고 있으며 내년 상반기 쯤 성공하지 않을까 생각한다. 또한 이러한 인쇄 소자가 공기중에서 훼손되지 않고 양산화를 위한 내구성을 얻는데 향후 1년 정도의 추가 연구를 거친 후 관련 제품은 상용화를 실현하는데 어려움이 없을 것으로 보고 있다.
■ 흔히 인쇄전자를 디스플레이와 연결시켜 생각하는데.
인쇄전자는 디스플레이 외에도 적용할 수 있는 분야가 무궁무진하지만, 가장 큰 시장이고, 효과가 크기 때문인지 결부지어 생각하는 곳이 많다. 디스플레이 분야로는 TFT BackPlane(백플레인)을 인쇄전자로 구현하는 미래선도 국가과제를 1년3개월 정도 진행하고 있다. 많은 사람들이 디스플레이 분야에서 TFT(Thin film transistor, 박막트랜지스터) 백플레인은 절대로 인쇄전자로 못할 것이며 특히 롤투롤(RTR, Roll To Roll)방식으로는 절대 성공하지 못할 것이라고 회의적인 말들을 해왔다.
인쇄전자 초기 연구원의 하나로서 원래 전공분야가 디스플레이는 아니었지만 이미 트랜지스터를 이용한 제품화 단계를 거쳐봤기 때문에 가능하다는 것을 보여 주고 싶었다. 그렇게 시작하게 된 것이 작년 5월 연구에 착수해 현재는 R2R 그라비아 인쇄방법으로 20×20의 TFT 백플레인을 인쇄할 수 있는 기술 확보가 진행되고 있다. (사진)현재는 20x20 TFT 백플랜의 수율이 99%정도 수준으로 R2R그라비아는 인쇄전자 소자 양산을 위한 파워풀한 장비라고 생각 된다.
현재 목표는 1년내에 해상도 100 dpi (dot per inch)수준의 대형 디지털 페이퍼를 목표로 하고 있어 멀리서 보는 대형 전광판(SIGNAGE)생산에 초점을 두고 있다. 인쇄전자가 가진 특성이 대형, 저가, 신속한 기술이기 때문에 적용하기에 가장 적합한 분야다. 대형화를 달성하는데 가장 큰 문제는 인쇄장비가 커지면서 중첩정밀도가 떨어지는 것이다.
이를 해결하기 위해서 전 세계 디스플레이 회사에 마스크(증착에 쓰는)를 공급하는 스웨덴의 한 회사와 연락하고 있다. 이 회사는 면단위 인쇄 (sheet by sheet)로 중첩정밀도가 ±20nm 수준이다. 그 회사의 중첩제어 시스템 노하우와 우리가 가진 R2R 노하우를 접목해서 새로운 장을 열자고 구두 승낙을 받은 상태다.
이것이 이뤄지고 나면 다음 목표는 500dpi로 해상도를 높이는 것이다.
■ 사람들이 이미 고해상도 TV나 모니터 등의 디스플레이 장비에 익숙해 있어 아직은 저해상도를 출력하는 인쇄전자로 만든 디스플레이 제품은 큰 호응이 없는데 산업이 열릴 것이라고 보는가.
역사가 반복되듯이 기술도 과거를 돌이켜 보면 미래 흐름을 예측할 수 있다. TV가 처음 나왔을 때 브라운관 형태였으나 연구자들은 벽걸이 TV에 대한 연구를 이미 착수한 상태였으며 소비자들도 상상속에서 원했다.
미국의 RCA가 모두들 브라운관 TV를 상용화 할 때 1950년대 후반에 LCD(액정디스플레이)를 데모 시연한 것처럼 언제나 사람들은 편리하고 가벼우면서 저렴한 제품을 원하게 마련이다.
다만 당시에는 브라운관 보다 얇은 TV를 생산해 낼 수 있는 기술력과 연구개발비를 지원할 지원비가 없었기 때문에 실현되지 못한 것이다.
LCD 시장이 커진 것도 머크에서 좋은 액정 재료를 만들어 공급했고, RCA에서 떨어져 나와 창업한 실리콘 밸리의 CdSe 기반 TFT 백플랜기술과 샤프의 amorphous-Si(비정질 실리콘)기술이 만나 양산에 걸맞는 시장성 있는 제품이 탄생할 수 있었다. 이것이 세계 최초로 1978년 컬러 샤프가 LCD가 달린 노트북이 나올 수 있는 비결이었다.
액정 디스플레이가 브라운관 시장을 장악했듯이 현재의 디스플레이 제품들을 더 얇고 저렴하며, 양산 과정이 짧을 뿐 아니라, 환경 친화적인 인쇄전자 기술로 구현해 내는 것은 산업의 흐름이다. 이런 기술의 진보는 누군가 막는다고 막아지는 것도, 일부러 도입하고자 채택되는 것도 아니라고 본다.
산업은 경제의 흐름을 따라가기 마련인데, 현재 유럽, 미국 등 선진국은 경제성장률이 0이다. 다시 말하면 국가적으로 수입은 없는데 지출할 곳은 많다는 것이다. 이것을 해결할 방법은 기술뿐이다. 눈은 이미 대형 tv에 맞춰져 수요가 있지만 수천달러를 주고 살 수 없으니 기술이 이것들을 수백불로 낮추고 여유자금을 복지로 돌리는 것이다. 0% 경제성장률은 그대로 일지라도 사람들의 삶의 질은 높아진다. 이렇게 인쇄전자의 큰 쓰나미가 누구의 요구에 의해서 오는 것이 아니라 사람들, 사회, 기술의 변화에 따라서 자연스럽게 스며들 것이다.
■ 인쇄전자가 나아가야 할 향후 시장은
산업화하기 가장 좋은 분야는 쓰고 버리는 사이클이 짧아서 수요가 계속해서 창출되는 곳이다. 인쇄전자가 적용될 수 있는 대표적인 것으로 현수막을 들수 있다. 대형화와 저가에 적합하고 말아둘 수 있는 특성 등 잘 들어 맞는다.
두 번째는 종이를 생각하고 있다. 종이는 벌목이나 대기 중 이산화탄소 농도 등 환경문제에 대한 관심이 높아지면서 인쇄전자가 대체하기에 적합한 분야라고 생각한다. 현재 종이 정도의 해상도 출력과 색감표현이 가능하며 스마트폰과 연동해서 내용을 바꾸거나 추가하거나 하는 등 구현이 자유로워 응용이 매우 기대되는 분야다. A가 인쇄물을 B에게 주고, B는 내용을 읽거나 사용한 후 지우고 다시 원하는 대로 출력하는 등 현재의 종이와 USB 기능이 융합된 모델로 생각하고 있다. 프린터가 사라질 수 있는 종이산업의 임펙트가 실현된다면 우리 삶에 큰 변화가 도래하게 될 것이다.
다음으로는 스마트폰과 연동할 수 있는 무선 센서분야다. 사실상 가장 먼저 응용이 가능한 분야일 수 있고, 여러 사람들에게 영향을 미칠 수 있는 분야이기도 하다. 인쇄전자 기술로 센서를 만들어 낼만큼 기술력이 올라가고 나면 스마트폰 자체가 초박막이 될 시기가 올 것이라고 본다.
TR 탑재안된 터치패널 수준 머물러
대기업 투자유치·정부산업육성 절실
■ 인쇄전자 분야에서 꽤 많은 업적을 이뤄놨다. 가장 어려운 점은 무엇인가.
어떤 연구든 결국은 사람이 하는 일이기 때문에 인력확보와 육성을 비롯해 함께 연구하는 사람의 부족이다. 인력을 유지하기 위해서는 수 있는 지원. 우리는 기본적으로 공대다 보니 학생들에게 실험 실습을 많이 시키고, 새로운 분야이기 때문에 장비를 구입하기 보다 연구개발을 통해 장비 또한 함께 만들어 나가야 한다. 이러기 위해서는 분야에 정통한 사람들이 함께 실험하면서 자유로운 의견 개진과 교환을 통해서 또, 꾸준한 실험을 통해서 가능한 일이다.
■ 순천대에는 인쇄전자공학 대학원이 있다. 교육과정이 궁금하다.
순천대 인쇄전자 공학 대학원에서는 인쇄 공정, 자동 중첩제어, 잉크제조, 인쇄전자 소자, 소자 설계 및 디자인 그리고 특성 평가에 이르는 전체 적인 인쇄전자 관련 해 A부터 Z까지의 교육 프로그램을 통해 모두 실험 실습과 이론 교육을 겸비한 인쇄전자 전문 연구원으로 성장 가능한 프로그램을 운영 중이다.
■ 우수 인쇄전자 연구인력 양성을 위한 조언은.
석사를 마친 학생들의 30%가 박사로 진학하고 나머지는 취업을 하는 것이 일반적이다.
기업에게 미지의 분야를 개척한다는 것은 큰 위험을 수반해야 하기 때문에 쉽게 도전하지 못한다. 수익이 창출돼야 연구개발하는데 투자해서 성장할 수 있다. 그렇기 때문에 돈이 되지 않는 곳은 가지 않는다. 우리 졸업생들이 모두 기업에 가서 그곳에서 인쇄전자의 비전을 보여 주고 기업들의 투자를 유도하고 이를 통해 새로운 인쇄전자 산업을 육성하기를 원한다.
연간 졸업생은 10명 남짓으로 순수하게 인쇄전자만 한 학생은 1명이다. 대부분의 학생은 4,5년 정도만 공부해서 기업에 들어가서 자신있게 뭔가를 주장하기가 어려울 것이다.
비교적 공정이 단순한 터치 스크린 같은 경우는 트랜지스터가 들어가지 않기 때문에 회로설계 등을 몰라도 되지만, 종합적으로 알아야 제품의 미래를 보기 위해서는 잉크, 인쇄공정, 디바이스 물리. 회로 설계도를 모두 알아야 한다. 하지만 그런 인력은 거의 없고 배출되는 곳 또한 전국에서 우리 과(인쇄전자공학과)밖에 없다.
우리학교를 졸업한 인력들이 연구소 등에 들어가서 가능하다는 것을 시연해서 보여주고 기업의 대표들을 설득할 수 있어야 한다.
결국은 우수 인쇄전자 연구 인력 양성이 필요하다. 이들이 모두 산업체로 취업해 인쇄전자 사업에 대한 비전과 믿음을 가지고 기업의 미래 제품을 개발하도록 해야 한다. 현재 우리 기업들의 실정은 인쇄전자를 실제 전문으로 오랫동안 해본 연구원들이나 엔지니어가 부재하고, 기업들은 인쇄전자의 깊은 기술적 이해를 가지지 못해 인쇄전자에 투자를 하지 못하고 있다.
