[알아봅시다] 전자잉크

금속 미세입자ㆍ액체 혼합 '전도성 잉크'제조
전자책ㆍ휴대폰ㆍ태양전지 등 다양한 전자분야 적용
프린팅RFID 새기술 개발 성장잠재력 큰 유망산업

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잉크의 역사는 고대 중국에서부터 시작됩니다. 고대 중국인들은 소나무 기름 등 각종 기름을 밀폐된 방에서 불완전 연소시킬 때 생기는 그을음을 인쇄기술에 적용해 책을 만들었고, 결과적으로 문명의 발달을 이루었습니다.

문명은 비단 인간의 진화와 과학기술의 진보만 이룬 것이 아닙니다. 문명 발달은 역으로 그 모태인 잉크에도 비약적 발전을 가져왔습니다.

최근 지하철을 타면 휴대용 전자책 단말기를 통해 책을 읽는 사람을 만나볼 수 있습니다. 바로 전자잉크 때문입니다. 전자잉크는 전자책, 시계, 휴대폰 등 생활용품을 비롯해 RFID용 태그, 인쇄회로기판, 디스플레이, 전자파 차폐, 태양전지 등 각종 전자산업에 적용할 수 있어 앞으로 발전 가능성이 무궁무진한 분야입니다.

◇전자잉크란= 전자잉크란 인쇄 필름과 종이 등에 특수 전자잉크를 인쇄하는 간단한 공정만으로 전자회로를 핵심소재로 다양한 전자부품소재에 적용이 가능한 잉크를 통칭하는 말입니다.

전자잉크는 크게 금속잉크, 세라믹잉크, 분자잉크 등으로 분류할 수 있습니다. 금속잉크는 금ㆍ은ㆍ동과 같은 금속을 잉크화해 원하는 형상의 전도성 재료로 사용할 수 있는 잉크입니다. 세라믹잉크는 금속 산화물, 카본 등을 잉크화해 원하는 형상의 저항재료나 커패시터 재료로 사용할 수 있는 잉크입니다. 분자잉크는 특수 유기물과 고분자재료를 잉크화해 디스플레이용 발광재료나 유기 반도체 재료로 사용할 수 있는 잉크를 말합니다.

현재 전자산업 전반에는 페이스트 잉크, 나노잉크 등 금속잉크 적용이 가장 활발히 이뤄지고 있습니다. 금속잉크는 전기를 통하게 하는 금속을 나노미터(10억분의 1미터) 단위의 미세 입자로 만들어 액체에 분산시켜 놓은 형태로 금속으로 주로 은이 사용됩니다. 은 입자 크기는 보통 50나노미터 정도이며, 입자들이 서로 뭉치지 않고 용액 속에 잘 녹아들도록 입자 둘레에는 비누와 같은 성질을 띤 계면활성제가 둘러싸고 있습니다. 회로를 그리고 열을 가하는 과정에서 은 입자를 둘러싸고 있던 계면활성제가 분해되고 이후 남은 은 입자들이 서로 연결되면서 전기가 통하는 회로를 구성하게 되는 것입니다. 과거 전극은 대부분 식각 공정을 통해 형성했습니다. 식각방식은 구리나 알루미늄으로 코팅된 기판을 강산, 강염기성 화학물질로 패턴을 제외한 나머지 불필요한 부분을 모두 제거하는 방법으로 라미네이팅, 코팅, 마스킹, 세정, 식각, 박리 등 여러 공정을 거치기 때문에 원재료 손실률이 높아 최종 완제품의 가격을 높이는 문제점을 안고 있습니다. 반면 전자잉크 프린팅 방식은 전자잉크로 바로 프린팅해 건조시키는 단순 공정만으로 원하는 전극을 형성할 수 있어 제조시간을 단축하고, 원가를 낮출 수 있는 장점이 있습니다.

◇응용분야=전자잉크는 각종 회로기판(PCB), LED, 태양전지, 터치 디스플레이, RFID 등 다양한 전자산업에 적용할 수 있는데, 이 가운데 최근 가장 주목받는 분야가 프린팅 RFID입니다. 프린팅 RFID의 경우, 기존 구리나 알루미늄으로 된 필름을 이용해 식각 방식으로 여러 공정을 거쳐 제작하는 방식과 달리 필름이나 제품 겉표면, 포장지 등 종이에 바로 인쇄한 후 건조하면 완성되는 획기적인 방식입니다. 그러나 프린팅 RFID용으로 기존에 주로 쓰였던 나노 전자잉크는 입자의 분산도와 안정성이 낮고, 입자를 둘러싼 계면활성체를 없애려면 섭씨 200도 이상 고온을 유지해야 하기 때문에 플라스틱 필름기판에 적용하기 어려운 문제점이 있었습니다. 그러나 최근 국내 이그잭스라는 중소기업이 100도 이하 온도에서도 제작이 가능하고, 건조시 입자 증발로 전도성이 떨어지는 문제를 해결한 금속 전자잉크를 개발해 주목을 받고 있습니다. 이 밖에 일본 세이코는 전자잉크를 적용한 손목시계를 만들었고, 삼성전자는 전자잉크를 휴대폰 자판에 적용하기도 했습니다.

아직 전자잉크의 산업 적용 수준은 미미한 수준이고, 도입 단계이지만 성장잠재력은 매우 높습니다. 시장조사업체인 나노마켓에 따르면 인쇄 전자소자에 사용되는 잉크와 필름 관련 재질 시장은 2010년 19억 달러에서 2013년 89억 달러로 급성장할 전망입니다.

김승룡기자 srkim@

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