인쇄전자, 새로운 가치가 시작된다

신혁명을 꿈꾸는 인쇄전자

‘사람은 꿈꾸고 기술은 이룬다’라는 광고 문구가 있다. 사람에서 기술이 나오고 다시 그 기술로 사람이 꿈꾸는 새로운 세상이 만들어진다는 것이다. 이런 가능성을 실현시키는 분야가 인쇄전자다. 산업혁명과 인쇄혁명이 그러했듯 미래에는 인쇄전자가 새로운 세상을 연 기술로 역사에 기록될지도 모른다. 새로운 가치가 시작되는 인쇄전자, 그 기술을 살펴본다.
 

글 | 이진수 기자(ljs@motioncontrol.co.kr)

산업혁명은 약 1세기 동안, 기계의 발명으로 종래의 수공업적 소규모 생산으로부터 대량생산의 공장제 기계공업으로 전환된 산업상의 일대변혁을 말한다. 산업혁명은 인쇄기술의 발달로 이어졌으며, 인쇄기술의 발달로 지식인들이 더욱더 늘어나기 시작했다. 지식인이 늘면 늘수록 ‘인간이 어떻게 하면 더 풍요로운 삶을 살 수 있을 것인가?’라는 연구가 활발해졌다. 즉, 인쇄기술은 인류 전체의 질을 향상시키는데 이바지한 것이다.
 

꿈을 이루는 기술

‘사람은 꿈꾸고 기술은 이룬다’라는 광고 문구가 있다. 사람에서 기술이 나오고 다시 그 기술로 사람이 꿈꾸는 새로운 세상이 만들어진다는 것이다. 이 가능성의 릴레이를 실현시키는 기술이 인쇄전자이다. 산업혁명과 인쇄기술이 인류 전체의 질을 향상시켰듯 인쇄전자는 사람이 새로운 세월을 꿈꾸고 그 꿈들이 어어 새로운 새상을 만들 수 있는 기술이다.

인쇄전자(Printed Electronics)란 프린팅 공정기법으로 만들어진 전자소자 혹은 전자제품을 의미하며 저가의 기판 위에서 자동화된 공정으로 프린팅 되는 소자를 말한다. 특히 인쇄전자산업은 친환경이란 강점으로 미래지향적이고 산업융합적이다.

인쇄전자산업은 저가격, 친환경, 유연성, 대면적 대량생산, 저온/단순공정 등의 장점으로 다양한 제품군에 널리 활용될 것으로 전망된다. 또한 나노기술을 기반으로 한 프린팅 전자 소자 시장은 RFID, 메모리, 디스플레이, 전지, 조명, 센서, 유기 트랜지스터 등의 새로운 제품군에서 널리 활용될 것으로 전망되고 있다.
 

각광받고 주목하는 기술

지난해에는 지식경제부에서 미래산업선도기술개발사업의 하나로 투명 디스플레이, 해양플랜트, 다이능 그래핀 등과 함께 인쇄전자를 주요후보기술로 선정해 국내에서도 인쇄전자에 대한 관심이 고조되고 있다. 지난 연말에는 세계 최초로 국내에 인쇄전자 산업 기술표준을 정하는 국제표준화기구가 설립되기도 했다.

인쇄전자산업은 2025년 기준으로 매출 77조원, 수출 250억 달러, 고용창출 6만 4천명, 투자유발 17조 4천억원에 이를 것으로 예측됐다. 특히 인쇄전자 소재나 장비에도 영향을 미쳐 태양광, 배터리 등 다른 분야로의 파급효과도 기대된다.

시장조사업체인 IDTechEX에 따르면 인쇄전자 시장규모는 연평균 28.6% 성장해 2030년에는 3천 800억 달러 규모로 형성될 것이다. 지난해 인쇄전자 시장규모는 20억 달러였으며, 올해는 25억 6천만 달러로 예상된다.

▶ 인쇄전자산업의 시장전망

2009년 시장 : 대략 30억 달러(약 3조 6000억 원)
2013년 시장 전망 : 대략 300억 달러(약 36조 원) 예상
2019년 시장 전망 : 대략 570억 달러(약 70조 원) 예상

성장기로 접어든 산업

인쇄전자산업이 두드러진 성장세를 지속할 것으로 전망하는 것은 인쇄전자의 많은 분야에서 산업화가 진행될 것이고 그 규모도 획기적으로 증대할 것이 예상되기 때문이다. 이미 선진국에서는 인쇄전자 기술을 적용한 제품들의 시장이 형성되고 있다. 이런 점에서 인쇄전자산업은 시작되는 단계를 지나 성장기로 접어들었다고 판단할 수 있다.

하지만 국내에서는 장비분야의 핵심기술인 재료(잉크), Head, 소프트웨어 등의 기술은 선진국에 의존하고 있다. 단지 핵심 부품을 조립하여 시스템을 제작하는 정도의 기술력을 보유하고 있는 실정이다. 이런 원천 및 응용기술 등의 부재는 향후 인쇄전자 기술을 응용할 수 있는 다양한 시장에서 한국이 우위를 선점하기 위한 걸림돌이 될 것으로 전망된다.

▶ 인쇄전자 주요기업

일본 : Sharp, Dai Nippon Printing, Topan Printing, 스미토모, Seiko-Epson, NEDO
미국 : Litrex, Microfab, Optomec, nScrypt, Dimatix, Cabot, NanoMas Technologies, Cima NanoTech, OrganicID, Thin Battery Technologies, Aveso,NanoSolar,
유럽 : 스웨덴(Link Ping대학，Mono Paper ,Cypak)/ 영국(Inkjet Rearch Centre, Elumin8, CDT)/ 핀란드(VTT, Enfucell)/ 독일(PolyIC, Printed Electronics Consulting)/ OE-A(Organic Electronics-As sociation)

국내 및 주요국 현황

국내에서는 인쇄전자산업 관련업계는 소재 표준화, 장비 규격화 등 인쇄전자산업의 성장을 위해 다양한 노력을 기울여 왔다. 이런 노력으로 세계 최초로 인쇄전자산업 기술표준을 정하는 국제표준화기구가 국내에 설립된 것이라 할 수 있다. 기술적인 부분에서 아직은 선진국에 의존하고 있지만 국내에서도 Head, 시스템, 재료 등 다양한 분야에서 많은 기술개발이 진행되고 있으며, 이와 함께 다양한 응용에 대한 연구개발이 진행되고 있다.

일본은 산·관·학 국책 연구 프로젝트인 ‘퓨처비전’ 사업을 통해 인쇄전자기술을 개발하고 있다. 인쇄산업의 중요성을 감안해 인쇄전자 관련 기술, 특허 등 해외 유출 금지를 진행하고 있는 상황이다. 미국에서는 방위고등연구계획국(DARPA)와 미국표준기술연구소(NIST)를 통하여 인쇄전자 제품과 생산 장비에 관한 연구를 수행하고 있다.

전통적으로 인쇄기술이 발달한 유럽은 인쇄산업을 이끌던 기관들과 반도체 공정 관련 기업이 인쇄 시스템에 관한 연구를 활발히 진행하고 있다. 장비，공정，재료 업체가 컨소시엄을 구성하여 기업이나 정부의 재정적인 지원 하에 연구가 진행하고 있어 시너지 효과를 극대화하고 있는 것이다. 스웨덴의 경우 국내 인쇄전자 전문가 그룹과의 공동연구활동 진행 및 대규모 투자를 계획하고 있다. 한편 중국, 대만, 싱가폴 등도 대규모 정부지원과 반도체 관련 기술을 토대로 활발한 연구활동을 진행하고 있다.
 

트라이텍 이명복 차장
“인쇄전자에 필요한 대부분의 기술 습득”

인쇄전자 분야의 시장동향은.

지난해 9월 인쇄전자 산업 기술표준을 정하는 IEC TC119(기술위원회)를 미국, 독일 등의 지지를 얻어 국내에 설립하게 되었다. 이는 2020년 66조원으로 추정되는 세계 인쇄전자시장을 주도할 수 있다는 의미다. 이와 발맞추어 지식경제부에서 2012년 7월 미래산업선도기술개발사업의 하나로 인쇄전자를 선정해 삼성전자가 총괄하는 ‘인쇄전자용 초정밀 연속생산 시스템’ 과제를 선정하였다.

인쇄전자 분야가 주목받는 이유는.

인쇄 전자에서 사용되는 제어 시스템은 고속 정밀 모션 제어가 핵심이다. 예를 들어, R2R(Roll to Roll) 인쇄장비의 핵심은 웹을 적정 장력을 유지하여 이송할 수 있는 장력 제어 기술, 여러 층을 인쇄할 때 지정된 자리에 정교하게 인쇄하는 정밀 정렬 제어와 인쇄 롤의 압력을 제어하는 압력 제어라고 할 수 있다.

이를 위해서는 각 서보 모터들의 동기화 기능이 매우 중요하며, 고해상도의 비전 시스템에 의한 중첩 오차 보상을 위한 고속 위치 제어 시스템 구축이 최대 관건이다. 곧 모션 제어 솔루션을 완벽하게 제공해 줄 수 있다면, 앞으로 다가올 거대 인쇄전자 시장에서 선점할 수 있는 기회가 주어지게 될 것이기 때문이다.

인쇄전자 시장에서의 트라이텍은.

트라이텍은 국내에서 지난 2008년부터 인쇄전자 비즈니스를 시작해서 이미 국가연구기관 및 대표적인 인쇄업체에 솔루션을 개발 및 납품한 실적이 있다. 모국가기관연구소에는 장력제어 0.2%, 레지스터제어 20um 이내를 실현하는 R2R 솔루션을 공급했으며, 인쇄장비업체인 A사에는 레지스터제어 100um 이내, 선폭제어 50um 이내의 기술로 구현되는 R2R 및 R2P 공정을 위한 솔루션을 공급했다. 이 외에도 인쇄장비업체인 B사에 R2P 공정을 위한 솔루션을 공급한 실적이 있다. 이러한 경험을 바탕으로 인쇄전자에 필요한 대부분의 기술을 습득할 수 있었다.

백호프(Beckhoff)의 강점은.

인쇄전자에서 백호프(Beckhoff) 시스템구성은 고속 정밀 모션 네트워크에 강한 EtherCAT과 다양한 피드백을 선택적으로 사용할 수 있고, 인쇄 마크를 고속으로 스캔할 수 있는 AX5000 서보 드라이브와 이를 하나의 제어시스템으로 통합해 줄 수 있는 PC 기반 제어시스템 TwinCAT이라고 할 수 있다.

인쇄전자의 모션 시스템은 다축으로 구성되기 때문에 필연적으로 통신 시스템을 사용해야 한다. 이 때 사용될 수 있는 통신시스템은 고속이면서 동기화 성능이 훌륭해야 하는데, EtherCAT이야 말로 가장 최적화되어 있는 통신 시스템이라 할 수 있다.

시장선도를 위한 비즈니스 전략은.

앞서 얘기한 대로 백호프에서 제공하는 고속 정밀 네트워크의 EtherCAT과 인쇄전자에 적합한 AX5000 시리즈, TwinCAT를 활용한 PC 기반 제어 솔루션을 이용하면 완벽한 인쇄전자 애플리케이션을 구현할 수 있다.

또한 PC기반 제어시스템으로 구성할 수 있기 때문에 사용자가 필요한 다양한 기능들을 추가할 수 있다는 장점도 있다. 기술적인 경쟁력은 이미 관련업계에서 인정을 받고 있으며, 앞으로도 이러한 강점을 활용해 인쇄전자시장을 적극적으로 확대해 나갈 계획이다.

트라이텍에서는 이와 더불어, 인쇄전자 애플리케이션에 적합한 인쇄전자 제어 시스템용 통합 플랫폼 개발을 계획하고 있다. 이는 인쇄전자에 필요한 기능들과 GUI를 사용자에게 제공함으로써, 사용자가 최단시간에 최고의 성능을 발휘할 수 있도록 하기 위함이다.
 

보쉬렉스로스코리아 김재일 팀장
“종합적 기술 이슈들을 해결하는 선두주자”


인쇄전자분야의 시장동향은.

인쇄전자 기술은 제조시간이나 원가절감, 친환경성이라는 여러가지 이점 때문에 해외에서는 이미 오래 전부터 연구와 실용화가 진행되고 있다. 국내에서도 삼성, LG전자 등에서 TSP(Touch Screen Panel), OLED 등의 애플리케이션에 잉크젯이나 R2P기술을 통한 인쇄전자 공정을 적용하고 있으며, 이들 기업 외에도 여러 기업들이 관련 장비 개발을 진행 중이거나 인쇄공정을 적용해 제품을 생산하고 있다.

인쇄전자분야가 주목받는 이유는.

인쇄전자 시장은 과거에는 없었던 시장으로 여겨졌거나, 있다고 해도 규모가 작았다. 그러나 관련 기술을 리드해 나가는 업체들은 앞서 얘기한 인쇄전자 기술이 가지는 여러가지 이점 때문에 이 시장이 분명히 커질 수밖에 없을 것으로 예상하고 있다. 따라서 시장에 대비해 기술을 개발하고 비즈니스 측면에서의 경쟁력을 강화하는데 역량을 집중하고 있는 것이 세계적인 트렌드다. 이러한 이슈는 이미 10여 년 전부터 있어 왔으며, 지금은 이러한 시장의 요구에 맞춰 기술이 개발, 개선되어 양산화를 시켜야 하는 첫번째 단계에 올라서 있다.

보쉬렉스로스가 준비해온 과정은.

보쉬렉스로스는 50년 전부터 전세계 초정밀 인쇄기술을 리드해온 업체이며, 글로벌 산업계의 혁신을 이끌고 있다. 보쉬렉스로스는 정밀 인쇄 분야에서 독일 등 유럽을 중심으로 세계 1위의 시장점유율을 유지하고 있다.

롤-투-롤 공정 기반의 인쇄를 위해서는 정밀 장력 제어 및 정밀 중첩 인쇄(레지스터 제어)가 필수적이며, 디스플레이와 같은 다양한 공정이 복합된 애플리케이션에 롤-투-롤 공정을 적용할 경우, 전체 공정을 위해 요구되는 구동축이 수십~수백 축이 될 수도 있다. 이러한 초정밀 모션 제어가 요구되는 애플리케이션에서 수십~수백 축을 실시간으로 고정밀 동기 제어할 수 있는 회사는 보쉬렉스로스가 거의 유일한 대안이다.

한국에서는 10여년 전부터 건국대학교, 순천대학교, 제주대학교와 같은 대학 및 기계연구원(KIMM) 등의 국가 연구기관과 프로젝트를 진행하면서, 인쇄전자 애플리케이션에 필수적인 정밀 모션 제어 기능들을 지속적으로 개발하여 업데이트하고 있다. 독일, 미국, 네델란드, 핀란드 등 전세계에서 현재 진행 중인 주요한 인쇄전자 프로젝트에는 대부분 참여하여 중요한 역할을 하고 있으며, 표준화에도 적극적으로 참여하고 있다.

보쉬렉스로스의 차별화된 강점은.

보쉬렉스로스는 글로벌 시장에서 조명이나 솔라 등의 애플리케이션에서 상당한 레퍼런스를 보유하고 있는데, 대부분의 고객들과 NDA를 맺고 진행한 첨단 미래기술이어서 아직 고객의 이름을 밝히기는 어렵다. 국내에서도 건국대학교나 순천대학교와 같은 대학 및 기계연구원(KIMM)과 같은 국가 연구기관을 비롯해서 S사, L사, J사, N사, D사, U사 등 10여 개의 고객과 함께 일을 해왔거나, 현재 개발을 진행 중에 있다.

보쉬렉스로스는 독일 본사에 인쇄 팀 및 인쇄전자 태스크포스팀이 별도로 조직이 되어 있어서 전자인쇄와 관련된 프로젝트의 개발부터 완료까지 전문적인 지원이 이루어지고 있다. 이것은 한국도 마찬가지다. 인쇄전자를 포함한 인쇄 및 컨버팅 애플리케이션을 위한 별도의 전문 팀이 조직되어 있어서 국내 고객에 대해 기술 및 엔지니어링을 지원하고 있다.

고객이 인쇄에 필요한 모든 구동부품을 보쉬렉스로스라는 단일 브랜드의 제품으로 구성할 수 있어서 안정적인 시스템 구성이 가능하고, 오픈 아키텍쳐 및 프로토콜을 제공하므로 타사 제품도 쉽게 연결이 가능하다. 한국뿐 아니라 대만이나 일본 등 글로벌 네트워크를 이용할 수 있다는 점 역시 우리 보쉬렉스로스의 중요한 경쟁력이다.

보쉬렉스로스의 비즈니스 전략은.

인쇄전자가 유망한 분야이긴 하지만 실제 양산공정에 적용되려면 다양한 기술적, 비즈니스적 이슈가 해결되어야 한다. 보쉬렉스로스는 인쇄전자의 글로벌 오픈이노베이션 그룹에서 핵심적인 역할을 담당하면서 미래 비즈니스를 키워나가고 있다. 인쇄전자 산업은 현재 태동기에 있다. 현재 세미나와 교육, 기술적 컨설팅 등 다양한 방법으로 태동기에 있는 시장을 적극적으로 개척해 나가고 있다.

첫째, 종합적 기술 이슈들을 해결하는 선두주자
인쇄전자는 종합적으로 기술을 융합해 나가야 한다. 장비, 공정, 재료, 기판, 디바이스 등 기술적으로 해결해야 할 과제들이 많으며, 특히 장비에는 전기전자제어, 유압, 공압, 초정밀 기구가이딩, 모션 등 많은 복합적 기술들이 서로 연결되어 적용되어야 한다. 125년간 Drive & Control 분야의 기술력을 축적한 보쉬렉스로스는 종합적 기술 이슈를 해결해낼 수 있는 유일한 회사이다.

둘째, 새로운 산업과 기술혁신을 창출하는 파트너
인쇄전자 산업에 참여하는 기업들은 도전과 투자를 필요로 한다. 하지만 이 방대한 기술혁신과 투자에 숨어있는 위험요소와 불확실성은 하나의 회사가 감당해내기에는 너무 크다. 보쉬렉스로스는 과감하게 이러한 위험요소와 불확실성을 함께 공유한다. 이때에 비로소 공동의 이익과 시너지를 창출할 수 있다. 기업의 인쇄전자 신규프로젝트 및 기술적 난제가 있을 때, 보쉬렉스로스는 이를 함께 풀어나갈 수 있는 비즈니스 파트너이다.

셋째, 인쇄전자 국제 표준화를 위한 조력자
최근의 기술은 초기 개발부터 국제 표준화를 염두에 둔다. 인쇄전자 산업 또한 IEC TC119 설립 후 표준화에 더욱 가까이 다가가고 있다. Drive & Control 기술과 관련한 보쉬렉스로스의 많은 기술이 이미 국제표준으로 지정되어 있으며, 보쉬렉스로스의 글로벌 네트워크 및 경험을 통해 인쇄전자 국제 표준화를 위한 강력한 조력자 역할을 한다.

향후 인쇄전자의 핵심 트렌드 예상은.

현재 시점에서 보면 인쇄전자는 새로운 산업이다. 그러나 이 인쇄전자는 장비 및 모션만 잘 한다고 해서 시장이 형성될 수 있는 분야가 아니다. 디바이스 업체가 인쇄전자가 적용된 뉴일렉트로닉스를 상품화할 수 있는 능력과 높은 생산성의 양산 장비를 만들어 낼 수 있는 능력, 이들을 위한 소재 및 기판기술, 그리고 이를 현실화시키는 산업자본의 투자라는 네 가지 측면이 조화가 돼야만 시장이 형성될 수 있다.

인쇄전자가 적용될 수 있는 애플리케이션은 무궁무진하며, 앞으로 인쇄전자가 적용되는 애플리케이션은 크게 확대될 것이다. 터치스크린, 태양광, OLED 조명, AMOLED용 부품 및 소재, 센서, FPCB 등은 한국 뿐 아니라 전세계가 집중적으로 연구 개발하고 있는 분야이다. 작년 국내에도 인쇄전자 산업 기술 표준을 정하는 국제표준화기구가 세계 최초로 설립되었고, 이는 인쇄전자 소재 및 장비의 표준화를 가속화하는 계기가 될 것으로 보고 있다.