최근 재료과학 및 나노의학에 관한 연구에서, 대한민국 나노과학·나노의학 및 재료과학공학과 소속 박영근 연구팀은 독창적인 3D 프린팅 기법을 개발했다. 이 과학자들은 액체 금속을 이용해 신축성 있는 3차원 구조물을 형성하는 고해상도, 재구성 가능한 3D 프린팅 전략을 고안해 냈다. 이 기술을 활용해 직접 프린팅 방식으로 최소 선폭 1.9 µm를 구현했으며, 원본의 해상도를 그대로 유지한 채 다양한 3차원 구조로 재구성할 수 있는 패턴을 출력했다.
OLED 디스플레이가 오토바이 재킷에 적용되고 있다. 이로 인해 가시성이 향상되어 운전자의 안전성이 높아진다. OLED 생산에 롤-투-롤 공정을 활용함으로써 생산 비용을 상당히 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 이 연구는 EU가 자금을 지원하는 PI-SCALE 프로젝트의 일환으로 진행되고 있으며, 이 프로젝트는 OLED를 섬유 디자인에 접목하는 것을 포함하여 OLED의 다양한 응용 분야에 중점을 두고 있다.
이 기술은 « 플라스틱 필름과 같은 유연한 기판 위에 OLED를 제작하고, 전력 공급을 위해 이를 전도성 실에 연결하는 » 방식을 포함합니다. 보도자료에서 인용된 프라운호퍼 FEP의 클라우디아 카이블러-윌너 부서장은 이번 성과를 다음과 같이 요약했습니다. « 우리는 OLED의 경제적인 제조 공정에서 큰 진전을 이루었습니다. 그 결과는 인상적입니다. OLED가 매우 균일하게 빛을 발합니다. » 그녀는 다음과 같이 덧붙였습니다. «롤 투 롤(roll-to-roll) 공정의 도입은 향후 부품의 비용 절감에도 상당한 가능성을 열어줍니다. 인쇄층과 증착층을 결합함으로써 공정 처리량과 생산 속도를 최대 100배까지 높일 수 있습니다. »
최근 몇 년간 건강 모니터링을 위한 여러 가지 웨어러블 생체 센서가 우리 일상생활에 도입되면서 과학계와 산업계의 주목을 받고 있다. 웨어러블 생체 센서는 건강 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있는 능력 덕분에 상당한 매력을 지니고 있다.
센서 패치는 신호 조정 회로, 데이터 통신용 NFC(안테나) 시스템, 에너지 저장 시스템, 디스플레이 등 고부가가치 구성 요소를 탑재하여 인체 피부에 이식됩니다. 웨어러블 센서는 포도당, 젖산, pH, 콜레스테롤 등의 피부 체액뿐만 아니라 맥박, 체온, 호흡 수, 호흡, 알코올 농도, 활동량 모니터링 등을 측정하도록 설계되었습니다. 따라서 이러한 바이오센서는 건강 모니터링과 피트니스 모니터링 분야 모두에서 활용되고 있습니다.
인쇄 기술(잉크젯, 스크린 인쇄, 플렉소그래피 등)을 통해 가공 가능한 용액 기반 나노재료의 급속한 발전은, 다양한 유연한 고분자 기판에 인쇄함으로써 비용 효율적인 제조를 가능하게 함으로써 웨어러블 센서 분야에 유망한 전망을 제시했습니다. 현재 GenesInk는 바이오센서 응용 분야에 적합한 전도성 및 반도체성 나노잉크를 시장에 공급하고 있습니다. 즉, 안테나, 연결 장치 및 디스플레이용 SmartInk, HeliosInk 및 Tranductive® 제품군입니다.
지난 20년 동안 기술은 전 세계에 막대한 영향을 미쳤습니다. 전자 산업의 발전은 일상 속 사물들에 더 큰 유연성과 기능성을 부여하고 있습니다. 인쇄 공정을 전자 제조에 접목한 ‘인쇄 전자’는 이러한 전자 산업의 진화를 가능하게 하는 핵심 분야입니다.
이러한 새로운 전자 응용 제품을 제작하는 데는 다양한 인쇄 방식(스크린 인쇄, 잉크젯, 플렉소 인쇄 등)을 사용할 수 있습니다. 각 인쇄 방식은 성능과 생산 속도 면에서 차이가 있습니다.
스크린 인쇄는 가장 오래된 인쇄 방식 중 하나로, 100년 넘게 사용되어 왔습니다. 다른 모든 산업과 마찬가지로, 기술의 발전에 따라 진화를 거듭해 왔습니다. 디지털 인쇄는 인쇄 산업의 최신 발전 중 하나로, 90년대 초에 등장했습니다. 스크린 인쇄와 디지털 인쇄의 주요 차이점은, 디지털 인쇄 공정에서는 컴퓨터에서 디자인을 제작한 후 바로 인쇄할 수 있다는 점입니다.
이 웨비나의 목적은 디지털 인쇄와 스크린 인쇄의 장점과 최적의 활용 사례를 소개하는 것입니다. 이 웨비나를 마치면, 인쇄 전자 제품 개발에 적합한 인쇄 공정을 선택할 수 있게 될 것입니다.
25µm 두께의 박막에 전자 부품을 인쇄하는 기술이 현실화되면서, 두께 35µm의 FPCB 제작이 가능해졌습니다.
박막에 전도성 선을 인쇄하는 것은 항상 문제점이 되어 왔습니다. 기판의 주름 현상, 처리되지 않은 PET 표면에서의 낮은 접착력, 다층 회로 인쇄의 불가능 등이 그 예입니다. 이러한 문제들로 인해 박막 소자의 발전이 크게 저해되어 왔습니다.
일본 SP Solutions의 사노 씨는 지난 30년 동안 스크린 인쇄 전자 분야에서 일해 왔습니다. 그는 아시아에서 스크린 인쇄 전자 분야의 전문가로 인정받고 있습니다. 그는 이러한 문제들에 대한 해결책을 찾아내어 25µm 두께의 필름에 여러 가지 디자인을 성공적으로 인쇄해 냈습니다.
현재 시중에 나와 있는 모든 은 페이스트와 잉크에는 경화성 바인더가 포함되어 있습니다. 경화 과정에서 바인더(유기 성분)가 수축하면서 은 잉크를 끌어당기게 되어 필름 표면에 물결무늬가 생깁니다. 이로 인해 필름의 평탄도가 떨어지고, 은의 접착력이 저하되며, 전도도도 감소하게 됩니다.
이러한 문제를 방지하기 위해 사노 씨는 오오츠키 공업(접착 표면 처리)의 25µm PET 시트에 GenesInk의 스마트 스크린 잉크를 인쇄했습니다. 그 결과, 우수한 접착력(5B)과 주름 현상 없음, 그리고 뛰어난 전도도(은 페이스트 대비 12배)가 확인되었습니다.
스마트 스크린 잉크는 나노 크기의 은 입자를 기반으로 하며, 결합제를 포함하지 않습니다. 그 결과 훨씬 더 얇은 인쇄가 가능하며, 선 밀도가 향상되고, 수축이 없으며, 뛰어난 전도성을 발휘합니다.
GenesInk 프린팅 시료의 저항률은 은 플레이크 페이스트에 비해 12분의 1로 감소했다.
경화성 바인더를 전혀 포함하지 않는 GenesInk 잉크는 “수축이 없는” 잉크입니다. 이는 두께가 50µm 미만인 얇은 PET 기판에 인쇄할 때 중요한 특징입니다.
따라서 이러한 얇은 유연 기판에 표준 은 페이스트를 인쇄할 때 흔히 나타나는 성가신 주름이나 뒤틀림 현상 없이, 두께 25μm의 PET 시트 표면에 전도성 패턴을 인쇄할 수 있습니다. 유전체로서 (유연 회로 제조에 최적화된) 수축률이 낮은 소재를 사용하면, 두께 35μm의 회로 기판( 잉크 1μm, 유전체 9μm, PET 기판 25μm)을 제작할 수 있습니다.
인쇄된 PET 필름은 일본의 미노 그룹에서 제작되었으며, 동일한 마스크(표준 폴리에스터 메쉬, 메쉬 수: 420/인치; 선 패턴 폭 = 500µm, 길이 = 10cm)를 사용하여 Smart Screen R과 표준 은 페이스트를 인쇄하는 방식으로 제작되었습니다.
GenesInk 스마트 잉크가 제공하는 인쇄 기능 외에도, 이 잉크는 2~3mm에 이르는 매우 작은 반경으로 구부러질 수 있어, 디자이너들이 공간적 제약이 더 많은 환경에서도 장치를 제작할 수 있게 해줍니다.
배터리가 개발된 지 200년이 넘었음에도 불구하고, 배터리 성능의 물리적 한계에는 아직 한참 못 미치고 있습니다. 배터리 내부의 물리화학적 과정이 매우 복잡하기 때문에, 어떤 개발을 하든 전기화학 셀의 작동에 관여하는 모든 물질의 본질적인 변화와 상호작용을 정확히 규명하고 모니터링하는 데 크게 의존할 수밖에 없습니다. 현재 산업화된 시스템에서 성능 한계가 어디에서, 어떻게 도달되는지를 제대로 이해한다는 전제 하에, 평균 성능 지표(질량, 부피 또는 비용 단위당 비에너지, 사이클 수명)는 이론적으로 모두 상당히 향상될 수 있습니다. 이는 우리 기술의 미래를 좌우할 이 중요한 분야가 얼마나 새롭고 접근하기 쉬운 특성 분석 기술에 의존하고 있는지를 여실히 보여줍니다. 이러한 거대한 과제를 고려할 때, EU 산업계가 첨단 특성 분석 솔루션에 접근할 수 있도록 하는 것은 혁신을 가속화하고 재료가 차지하는 막대한 비용 비중을 줄이는 데 핵심이 될 것입니다. 그러나 여러 병목 현상으로 인해 기업들이 새로운 기술에 접근하는 데 어려움을 겪고 있으며, TEESMAT는 ‘개방형 혁신 테스트베드(OITB) ’를 출범함으로써 11개 유럽 국가의 강점을 활용하고, 탁월한 성능과 능력을 갖춘 새로운 특성 분석 솔루션을 구현하는 물리적 시설, 역량 및 서비스에 대한 접근을 용이하게 함으로써 이에 대한 포괄적인 해답을 제시합니다.
목표:
TEESMAT의 전반적인 목표는 대기업과 중소기업을 대상으로 특성 분석 및 데이터 분석을 포함하여, 산업 현장에 적용 가능한 혁신적인 문제 해결 기술 및 서비스에 대한 접근 장벽을 낮추는 것입니다. 이 목표는 재정적으로 지속 가능한 ‘개방형 혁신 테스트베드( OITB)’를 구축하고 운영함으로써 달성될 것이며, 이곳에서 제공되는 기술과 서비스는 친환경적이고 안전하며 고성능의 배터리 솔루션 개발 과정에서 직면하는 다양한 문제를 해결하는 데 기여할 것입니다. TEESMAT의 세 가지 핵심 목표는 다음과 같습니다:
첨단 소재의 특성 분석, 모델링 및 데이터 정보학 분야에 대해 효과적이고 중앙에서 관리되는 접근 방식을 제공하기 위해 OITB를 구축하고;
지속적이고 중대한 영향을 미치는 산업 현안을 해결함으로써 OITB의 부가가치를 입증하고;
OITB의 성장, 지속성, 재정적 안정성 및 이해관계자의 지지를 확보한다.
컨소시엄
TEESMAT 컨소시엄은 9개의 서비스 제공업체(SEMILAB, INCORE, CERTH, CEA, ZSW, VITO, ESRF, TECNALIA, SERMA)로 구성되어 있으며, 10개 서비스 이용자(ZINERGY, LITHOPS, YUNASKO, GENES’INK, SUNLIGHT, NORTHVOLT, ARKEMA, UMICORE, CEGASA 및 CRF-FIAT)의 적극적인 참여 하에 24건의 사용자 접근 사례를 통해 재료 특성 분석 경험을 공유하며 서비스를 개발하고 있습니다. TEESMAT는 CEA와 WAVESTONE이 관리 및 조정을 담당하고 있습니다. EBN은 홍보 및 결과 확산 업무와 활동을 맡고 있습니다. 10개국에서 온 총 14개의 중소기업 및 대기업이 전체 가치 사슬을 따라 서비스의 공급 및 수요 양측에서 기여하고 있습니다. 이 컨소시엄은 프로젝트에 있어 매우 긴밀하게 연계되고 분야를 초월하는 포괄적인 학제간 역량을 제공하고 있습니다.
프로젝트 기간 동안, 컨소시엄은 OITB의 경험을 확대하고 TEESMAT 이후에도 그 지속성을 확보하기 위해 추가적인 EU 서비스 이용자 및 제공자를 유치하는 것을 목표로 합니다.
GenesInk의 역할과 기대 사항
GenesInk는 TEESMAT에 서비스 이용자로 참여하고 있습니다. TEESMAT의 틀 안에서 GenesInk는 “모든 프린팅 배터리 사용 사례”와 관련된 해결책과 해답을 모색하고 있습니다.
실제로 GenesInk는 폴리머 유연 기판의 구리(Cu) 금속화를 위한 두 가지 솔루션, 즉 무전해 금속화와 구리 나노잉크를 개발하고 있습니다. 구리는 인쇄형 유연 배터리에 전류 수집체로 통합될 것입니다. 구리는 공정(증착 및 경화) 중에 산화되기 쉽습니다. 게다가 산화와 나노입자(NPs)의 응집으로 인해 구리의 보관은 까다로운 과제입니다. 저장 중 액상에서의 구리 산화 현상과 공정(증착 및 경화) 중 인라인에서 발생하는 산화 현상을 모니터링하기 위한 도구가 필요합니다. 또한, 증착된 구리 잉크의 품질을 분석하고, 산화 및/또는 배터리 층(전극, 전해질 등)에 의한 오염으로 인해 발생하는 모든 결함을 제어하기 위한 도구도 필요합니다.
2019년 플렉서블 디스플레이에 대한 수요가 증가했는데, 이는 접이식 스마트폰에서 시작되어 TV 롤업으로 이어졌고, 이제는 핸드백까지 등장했습니다. 플렉서블 디스플레이의 미래는 어떻게 펼쳐질까요?
2019년, 스마트폰을 시작으로 말아 올릴 수 있는 TV, 그리고 이제는 핸드백에 이르기까지 유연한 디스플레이가 시장을 뒤흔들었습니다. 이것이 2019년의 트렌드일까요? 점점 더 많은 기업들이 자사 제품 라인에 접목할 첨단 기술을 모색하고 있으며, 루이 비통도 그중 하나입니다.
럭셔리 패션 거물 루이 비통은 뉴욕에서 열린 2020 크루즈 컬렉션 쇼에서 두 개의 유연한 디스플레이가 장착된 신형 핸드백을 선보였다. 이 제품은 ‘캔버스 디스플레이(Canvas Display)’로 명명되었으며, 루이 비통의 충성 고객들에게 다가올 미래의 모습을 엿볼 수 있게 했다. 이 가방은 루이 비통의 장인 정신과 최첨단 기술이 조화를 이룬 결과물이다. 또한 루이 비통은 전통적인 아이코닉 가방 디자인에 두 개의 디스플레이를 성공적으로 접목해냈다.
아래 InnovationLab 테스트에서 볼 수 있듯이, GenesInk Smart 제트 잉크는 전처리된 기판과 전처리되지 않은 기판 모두에서 뛰어난 결과를 보여줍니다.
PiXDRO JETx 생산 플랫폼은 높은 생산성과 신뢰성, 낮은 총소유비용(TCO), 그리고 고도로 자동화된 대량 생산 환경과의 통합을 위해 설계되었습니다. LP50 연구개발용 프린터는 뛰어난 유연성과 공정 제어 능력을 바탕으로 신속한 제품 개발과 시장 출시 기간 단축을 가능하게 합니다.
GenesInk Smart Jet 잉크는 Dimatix, XAAR 및 Konica Minolta의 PiXDRO 잉크젯 호환 프린트 헤드에 맞도록 설계되었습니다.
SP-Solutions는 2000년 10월에 설립되었으며, 30년 동안 스크린 인쇄 기술 분야에서 활동해 온 설립자이자 사장인 사노 씨의 풍부한 산업 경험을 바탕으로 전자 산업계에 컨설팅 서비스를 제공하고 있습니다.
SP-Solutions는 논리적인 아이디어와 일관된 사고를 바탕으로 포괄적인 기술 지원을 제공하여, 문제를 최단 시간 내에 해결하고 고객의 목표 달성을 돕습니다.
최적의 결과를 얻기 위해 인쇄 적합성 및 잉크 기능성, 스크린 메쉬/마스크, 스퀴지, 스크린 인쇄기 설정 등 주요 매개변수의 조정에 중점을 둡니다.
SP-Solutions는 수년에 걸쳐 수십 개 기업과 컨설팅 프로젝트를 진행해 오면서, 업계 선도 기업들과 긴밀히 협력하여 산업 표준과 기준 매개변수를 수립해 왔으며, 이러한 표준과 기준은 현재 인쇄 전자 산업 전반에 널리 보급되고 있습니다.
SP-Solutions는 ‘Convertech Magazine’과 같은 전문 매체에 기사를 게재하고, 최첨단 기술 서적을 출간하며, 컨퍼런스를 주최하는 등 지속적인 소통을 통해 인쇄 전자 산업 분야에서 권위 있는 영향력 있는 기업으로 자리매김하고 있으며, 광범위한 산업계 네트워크로의 접근 창구 역할을 하고 있습니다.
GENESINK는 SP-Solutions와 협력하여 이미 최첨단 시제품을 개발했으며, 이 시제품들은 현재 인쇄 전자 산업계에서 큰 주목을 받고 있습니다.
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