유연인쇄전자 시장… 꾸준한 성장 기대돼
소재 부문, 국내를 넘어 국제적 협업 선행돼야

최근 유연인쇄전자의 적용으로 삶이 보다 다양하게 변화하고 있다.
유연인쇄전자 기술이 성장하기 위해서는 국내 기업들 간의 협업뿐 아니라,
특히 소재 분야에서의 국제 협업이 필요하다. 이와 관련, 전자부품연구원의 최주환 책임연구원이
‘최신 인쇄전자 소자 사업화 연구개발 동향’이라는 주제로 발표한 내용을 정리했다.

플렉시블 디스플레이부터 자동차, 의류, 웨어러블, OLED 등에 이르기까지 유연인쇄전자가 산업화되고 적용될 수 있는 분야는 매우 넓다(그림 1). 또한 최근 일상생활과 관련지어 유연인쇄전자를 연구하려는 움직임이 확산되고 있다.
유연인쇄전자가 들어가는 차세대 전자소자를 어떻게 구분할 것인가에 대해 고민한 끝에, 기술적인 측면과 시장 측면으로 구분하게 되었다. 유연인쇄전자 기반 차세대 전자소자 시장은 크게 에너지, 조명(Lighting), 디스플레이, 스마트 IT 등으로 나뉜다(그림 2). 그러나 최근 단위 전자소자의 융복합적인 응용으로 인해 차세대 전자소자의 분야별 구분이 모호해지고 있다.

유연인쇄전자 기반 시장,  전체적으로 지속적 증가 예상

▲발표자 : 전자부품연구원 최주환 책임연구원

플렉시블 일렉트로닉스 시장과 인쇄전자 시장은 꾸준히 성장할 것이며, 전체 시장에서 이 두 시장의 중요성 또한  꾸준히 커질 것이다. 프린팅 혹은 플렉시블에 적용되는 어플리케이션의 숫자 또한 계속 증가할 것으로 보인다.

최근, 플렉시블 시장과 인쇄전자 시장은 다르게 구분되고 있다. 플렉시블 일렉트로닉스 시장에서 중요한 것은 새로운 어플리케이션과 기능성을 찾는 것이다. 이와 달리, 인쇄전자 시장은 이러한 어플리케이션과 디바이스를 어떻게 하면 저가로 제작할 수 있느냐 하는 것에 관심을 둔다.

유연인쇄전자를 기반으로 하는 재료와 기술의 성숙도는 각자 다른 지점에 있다(표 1). 가장 많은 포커스가 집중되는 분야는 디스플레이와 태양 전지(PV)인데, 그 중 현재 가장 큰 시장은 태양전지 분야다. 하지만 플렉시블 디스플레이 등에 유연인쇄전자가 대량 적용될 것으로 보여, 디스플레이 시장의 성장이 기대된다. 시스템 컴포넌트의 경우, 아직은 초기 단계에 있지만 다양한 개발이 진행 중이기 때문에 점진적인 성장을 보일 것으로 전망된다.

최근 시장 트렌드는 2014년 이후 인쇄전자 시장의 대부분이 전도성 잉크와 페이스트로부터 올 것이고, 꾸준히 성장할 것임을 보여 준다. 전도성 잉크 시장에서도 가장 큰 비중을 차지하는 것은 태양전지다(그림 3). 그 뒤를 센서, 자동차, ITO 대체, 스마트패킹, 터치 패널을 포함하는 기타 등이 따르고 있다.

이처럼 현재 유연인쇄전자 시장에 절대적인 승자는 없다고 볼 수 있다. 따라서, 당장 수익성이 부족하더라도 시장이 성장하길 기다려, 새로운 어플리케이션에 기술이 적용되도록 해야 한다.

디스플레이 산업 주도의  한국 인쇄전자 시장

현재 한국의 인쇄전자 시장은 디스플레이가 이끌고 있으며, 특히 LG나 삼성 같은 세트 메이커들이 빠르게 움직이고 있다. 이들은 플렉시블하고 인쇄 가능한 전자 기술을 포함하는 커브드 OLED TV와, OLED를 적용한 스마트폰, OLED 조명 등 다양한 시장에 진출해 있다.

중소기업들 또한 인쇄 기술을 이용한 재료와 부품들을 개발하고 있다. 주된 동향은 은 나노 입자 잉크와 페이스트, 니켈-구리 입자 잉크, 은 나노 와이어, 전도성 폴리머, 그래핀 등의 전도성 물질을 개발하는 것이다.

그림 1. 유연인쇄전자 적용 분야

그림 2. 전자 소자 기술 분류

HTL과 HIL을 포함하는 OLED 물질과 터치, RFID, NFC, FPCB, 투명 전도성 필름, 패턴 롤, 블랭킷 판, 블레이드, 잉크젯, 노즐 젯, EHD 젯, 스크린, 슬롯 다이, 스프레이와 롤 프린터 등의 분야에서도 활발한 개발이 진행 중이다.

그림 3. 전도성 잉크 시장(2012∼2018)

이러한 국내 플렉시블 인쇄 디스플레이 시장은 커브드 디스플레이와 동반 성장해야 한다. 프린팅 기술은 TV와 같은 큰 사이즈의 디스플레이로 플렉시블 디스플레이에 적용될 수 있으며, 투명 디스플레이는 최첨단 기술의 융합으로 그 시장이 더욱 성장할 것이다. 디스플레이뿐 아니라 디바이스를 구성하는 부품 역시 플렉시블해질 수 있을 것이다.

표 1. 유연전지 기반 기술 및 제품 시장

FPCB, RFID, NFC, 라벨 로고, 패키징 등의 스마트 부품도 프린팅 기술과 함께 연구될 수 있다. 스마트 윈도우 또한 인쇄전자 기술을 활용할 수 있으며, 스마트 라벨, 센서, 스마트 패키징 등에 대한 연구도 진행 중이다. 또한 국내 중소기업들이 잉크젯과 롤 프린터 기술을 개발 중이며, 어느 정도 기술이 완성된 수준이다.

글로벌 대비 국내 기술의 경쟁력은 아직까지 미비한 수준이지만, 꾸준히 성장하고 있다는 데에 의의가 있다. OLED 제조의 경쟁력으로 볼 때, 디스플레이와 OLED 조명 시장은 국내 산업의 주요 시장이 될 전망이다.

인간 생활 전반에 적용되는  유연인쇄전자

실제 생활에서 인쇄전자가 적용될 수 있는 분야는 무엇이 있을까. 처음 인쇄전자에 관한 연구가 시작되었을 때는 디스플레이, 에너지, IT 부품 분야로 카테고리를 나누어 구분했다. 그러나 여기서는 실사용자인 사람을 중심으로 이송수단, 가정, 사무실, 개인 등 네 가지 영역으로 분류해 살펴본다.

첫 번째는 이송수단 중심의 제품군이다(그림 4). 이 제품군에서 전자소자가 적용될 수 있는 분야는 주로 다음과 같다.

그림 4. 이동수단 중심 제품군

•내비게이터
•계기판
•스마트 윈도우
•안테나
•창 열선

다음은 가정 중심의 전자소자 제품군으로, 주요 적용 분야는 다음과 같다(그림 5).

그림 5. 가정 중심 제품군

•스마트 패키지
•통신 네트워크
•OLED
•센서 네트워크
•보안

유연인쇄전자를 기반으로 하는 차세대 전자소자는 가정뿐 아니라 사무실에서도 다음과 같이 다양하게 적용될 수 있다(그림 6).

그림 6. 사무실 중심 제품군

•보안 및 출입
•통신 네트워크
•시트 스캐너
•3D 및 가상현실
•유연 디스플레이

마지막으로 개인 중심의 차세대 전자소자 제품군이다(그림 7).

그림 7. 개인 중심 제품군

•유연 배터리
•스마트폰
•인쇄형 OLED
•웨어러블 바이오칩
•터치패널

정부 주도 다양한 지원 정책  활용해야

유연인쇄전자를 기반으로 하는 차세대 전자소자 시장은 기술이 시장을 요구하는 것이 아니라, 시장이 요구하는 방향으로 기술개발이 집중되고 있다. 정부는 대기업과 중소기업 간의 협업을 중시하고 있으며, 현재 인쇄전자 기반 차세대 전자소자는 우리나라가 표준화를 선도해 나가고 있는 상황이다.
그러나 국내 기업들 간의 협업뿐 아니라 국제 협력의 필요성이 증가하고 있다.
국내 소자 기술은 유연 디스플레이 분야의 OLED 소자 기술이 우수한 만큼 실현 가능성이 높지만, 소재 관련 기술이 부족하다.
따라서 소재 분야의 국제 협력이 시급하며, 이를 위해 정부는 다양한 과제와 정책을 통해 인쇄유연전자 육성을 지원하고 있다.
기업들이 이와 같은 다양한 서비스 인프라와 다수의 대형 장기 R&D 투자, 중소기업 제품 개발 지원 등을 활용하면 연구개발에 있어 많은 도움을 얻을 수 있을 것으로 보인다.

브로드컴
5G 와이파이 2×2 MIMO 콤보칩 발표

지난 9월 22일 세계적인 유, 무선 반도체 업체 브로드컴이 새로운 모바일 기기용 5G 와이파이(802.11ac) 2×2 MIMO        (다중입출력시스템, Multiple-Input Multi-ple-Out) 콤보칩을 발표했다.

BCM4358은 놀라운 처리량과 블루투스 공존 성능 및 실내 위치 정확도를 제공하며, 2배의 와이파이 성능으로 OEM 업체들이 하이엔드 스마트폰과 태블릿을 설계할 수 있도록 도와준다.

소비자들은 650Mbps의 와이파이 데이터 처리량과 50% 개선된 공존 성능으로 컨텐츠를 2배 더 빠르게 다운로드 받을 수 있고, 적은 버퍼링으로 비디오를 스트리밍 할 수 있으며, 다양한 와이파이와 블루투스 기기를 간섭 문제 없이 동시에 연결할 수 있게 됐다.

아울러, 오차범위 1ｍ로 개선된 위치 정확도는 새롭고 개선된 실내 위치 기반 서비스를 제공한다.
브로드컴 무선 연결 사업부의 시니어 디렉터인 데이비드 레커(David Recker)는 “5G 와이파이와 2×2 MIMO의 결합은 최근 스마트폰과 태블릿의 잠재력을 보여주고 있으며, 사실상 하이엔드 모바일 기기의 연결성에 대한 표준이 될 것”이라며, “BCM4358로 인해 브로드컴은 가장 강력한 솔루션을 시장 최초로 제공하고자 하는 노력을 여실히 반영함과 동시에, 중요한 멀티 라디오 간섭 문제를 해결하고 있다”고 전했다.

또한, 조사기관 ABI 리서치의 연구 디렉터 필립 솔리스(Philip Solis)는 “브로드컴은 스마트폰을 위한 2×2 MIMO 콤보칩을 대량 양산하는 첫 번째 칩 공급업체로, 모든 가전 기기에 802.11ac의 채택을 위해 노력하고 있다”며, “이번 2세대 혁신은 2×2 MIMO 기술에 대한 브로드컴의 지속적인 노력과 리더십을 여실히 보여주는 것”이라고 덧붙였다.
브로드컴 BCM4358은 현재 생산 중에 있으며, 2014년 3분기에 모바일 기기에 탑재되어 출하될 예정이다.

• BCM4358주요 특징
- 867 Mbps의 PHY 속도/80MHz의 채널 대역폭
- 향상된 와이파이와 블루투스 공존 성능
- ‌WLAN을 위한 저전력 PCIe 호스트 인터페이스 : 블루투스를 위한 UART
- ‌80MHz의 채널 대역폭에서 PCle 인터페이스를 통해 2개의 802.11ac 스트림을 결합
- 안드로이드, 윈도우 및 크롬 운영 체제 지원
- ‌전력 증폭기(PA, Power Amplifier), 저잡음 증폭기(LNA, Low Noise Amplifier) 및 내부 TR 스위치 내장
- ‌빔 포밍 및 저밀도 패리티 체크(Low Density Parity Check, LDPC)코드 전송
- 고정밀의 RTT(Round Trip Time) 기반 실내 위치 기술
- ‌브로드컴 터보QAM(TurboQAM®)으로 2.4 GHz에서 가장 높은 데이터 속도를 구현
- 최초로 스마트폰의 AoA(Angle of Arrival) 방향 확인 기술 실현

이솔이 기자(npnted@hellot.net)