▲ 미세 배선 인쇄를 통해 구현한 투명 전극 샘플

미래창조과학부(이하 미래부) 산하 한국기계연구원(이하 기계연)의 이택민 박사 연구팀이 세계 최초로 롤프린팅 기술을 이용해 인쇄전자(잉크로 신문을 인쇄하듯, 스마트폰, 터치스크린, 휘어지는 디스플레이 등의 복잡한 전자회로를 전자잉크로 인쇄하는 것) 선폭을 1마이크로미터(㎛)로 구현하는 데 성공했다. 2020년 331억 달러에 달할 것으로 보이는 세계 인쇄전자 시장에서 한걸음 앞서 나갈 수 있는 디딤돌을 마련한 것이다.

1마이크로미터(㎛) 급으로 인쇄 선폭을 줄인 것은 그만큼 집적도를 높인 인쇄전자공정이 가능해졌다는 데 의의가 있다. 이렇듯 집적도를 높이면 인쇄전자 공정이 기존 노광/에칭을 이용하던 2~3㎛ 급의 대면적 디스플레이 제작 공정을 대체할 수 있다. 공정은 더 간단해지고 비용도 절감된다.

예를 들면 디스플레이용 박막트랜지스터(TFT) 생산시 인쇄전자 기술을 적용하게 되면 공정이 절반 정도로 줄어들어 단가 절감 효과가 발생한다. 기존의 반도체/디스플레이 생산방식(노광/에칭)에 비해 설비 투자비용이 낮고 유해물질을 크게 줄일 수 있어 친환경적이기까지 하다.

또한 1마이크로미터(㎛)급 초미세 인쇄전자 기술은 육안으로 식별이 불가능하므로, 과거 육안으로 보이는 문제점으로 인해 인쇄전자 기술을 이용할 수 없었던 터치 센서(투명전극)에의 활용도 기대할 수 있다.

현재 터치스크린에 사용되는 터치 센서는 주로 인듐산화물전극(ITO)방식으로 생산되고 있는데, 주재료인 인듐의 가격이 비쌀 뿐 아니라 전기 전도도가 낮아 대형 디스플레이 적용에 한계가 있었다. 여기에 인쇄전자 기술을 활용하면 기존보다 단순한 공정과 저렴한 가격으로 중대형 터치 디스플레이를 생산할 수 있다. 휘어지는 대형 터치 디스플레이도 인쇄전자로 생산이 가능하다. 휘어지는 필름 타입의 투명전극에도 적용이 가능하기 때문이다.

더불어 이번에 달성한 1㎛의 기존 단층 전사 과정에 정밀하게 적층시키는 기술을 더하면 고집적도 회로 소자 및 사물인터넷(IoT)에 사용하는 스마트 센서도 직접 인쇄가 가능해진다. 이는 기계연의 향후 연구 방향이기도 하다. 기계연은 과거 전통적 인쇄 기술 연구 경험을 응용하여 2000년대 이후 인쇄전자 기술을 연구해 왔으며 세계 최고 수준의 성과를 지속적으로 달성하고 있다.

이번 1㎛의 인쇄선폭 연구와 관련된 성과만도 과학기술논문 색인지수(SCI)급 논문 13편, 특허 출원 64건, 특허 등록 24건에 달하며 중소기업 대상 연간 50건의 애로기술 지원, 삼성, 엘지 등과 공동연구 수행 등에 활용되어 산업계의 든든한 버팀목 역할을 하고 있다.

연구책임자인 기계연 이택민 박사는 “인쇄전자 기술은 소재, 장비, 공정 기술이 융합되어야 가능한 기술” 이라면서 “이번에 1마이크로미터(㎛) 초미세 선폭 구현은 우선적으로 대면적 디스플레이 생산과 터치스크린에서 아이티오(ITO) 전극을 대체하는 투명 전극 생산에 응용될 것으로 생각하며, 향후 이 기술을 통해 사물인터넷(IoT), 휘어지는 터치스크린 시장에서도 우위를 점할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 기계연의 성과는 산업계에 연계할 수 있는 미래 선도 기술을 개발하는 출연금 사업의 좋은 예로, 미래부는 앞으로 유사 사례 발굴을 위해 지속 노력할 예정이다. 기계연의 임용택 원장 역시 “정부의 미래 인쇄전자 시장 선도 정책에 부응하기 위해 지속적으로 노력할 것”이라고 밝혔다.