독일 하이델베르그 드룩마시넨 AG (Heidelberger Druckmaschinen AG : Heidelberg)와 다름스타트 기술대학(Darmstadt Technical University)은 나노입자가 기능기로 된 재료 및 혁신적인 인쇄공정으로 인쇄기술에 혁명을 가져오고 있다.

태양전지 필름이나 구부릴 수 있는 광방출 다이오드와 같은 미래 잠재력을 가진 유기 전자제품들이 이 회사의 성공적인 제품 목록들이다. 독일 교육연구 연방부(German Federal Ministry of Education and Research: BMBF)가 지원한 “유기전자기기 포럼”의 한 부분으로서 NanoPEP(나노구조화 + 플라스틱 전자기기 정밀 인쇄 플랫폼) 프로젝트의 파트너들은 3년 내에 첫 번째의 인쇄된 결과를 제시할 계획을 세우고 있다.


“미래의 전자기기들은 유연하고 구부릴 수 있는 형태가 될 것이다. 경제적인 가격으로, 그리고 자원을 절약하는 전자기기 부품들을 유연한 기지체에 부드러운 방법으로 인쇄하는 것이 조만간 가능해질 것이다. 우리가 현재 개발하고 있는 혁신적인 공정과 재료들을 사용하여 우리는 유기 전자기기에 인쇄기술을 사용할 수 있는 방법들을 만들어내고 있다. 모듈 원리를 사용하여 우리는 가격이 저렴하게, 대용량으로 생산될 수 있는 많은 모듈들을 제공할 수 있다”라고 BASF의 프로젝트 책임자인 Bernd Sachweh 교수는 말한다.

유기 전자기기는 전도성 고분자 혹은 유기화학에서 보다 작은 분자들에 기반을 두고 있으며 미래 주요기술 중의 하나로 간주되고 있다. 사용되는 부분은 유기회로와 칩에서 태양전지 및 유기 광방출 다이오드에 이르기까지 매우 다양하다. 인쇄 전자공학이 많이 응용되는 분야 중의 하나는 센서에 장착된 스마트 라벨이다.

이들 필름 위에 안테나를 가지고 함께 인쇄될 수 있는 자동무선 레이다(트랜스폰더)들은 상품을 저장하고 이송하는데 있어 중요한 요소인 온도와 대기 습도를 측정하는데 사용될 수 있다. 최근에 비록 간단하게 통합된 회로를 인쇄할 수 있을지라도 유연한 전자기기를 생산하는 데에는 어려움이 있다.

이들 응용을 위해 기능성 재료들-전도성 유기 분자들-은 유연한 플라스틱 혹은 종이 기지체 위의 각각의 층에 단지 나노미터 두께로, 또한 결점이 전혀 없고 매우 균일한 층으로 인쇄되어야 한다. 이러한 요구조건들은 그래픽 인쇄에서 요구되는 조건보다 훨씬 까다롭다.

“우리의 장기적인 목표는 인쇄된 전자기기용으로 인쇄 기계를 개발하는 것이다. 우리는 인쇄공정이 우리가 가격 경쟁력을 맞추고 소비자 시장에 내놓을 수 있는 가격으로 유기 전자기기를 제조하게 해줄 수 있을 것으로 확신한다.”라고 과제 책임자인 하이델베르그 드룩마시넨의 Gerd Junghans 박사는 말한다.

우수 클러스터에서 수행하는 중요한 연구분야 중의 하나는 유기와 무기가 하이브리드된 재료들을 개발하는 것이다. BASF SE는 고분자에 의해 성능이 향상된 산화아연과 같은 나노 크기의 기능성 재료들을 제조하는 새로운 생산공정을 개발하고 있다.

이들 재료들은 일정한 구조를 형성하거나 인쇄 기술에서 새로운 특성들을 제공하는 형상이나 패턴들로 스스로 자율적으로 배열한다. 유기 전자기기용 재료들의 구성표를 제조하는데 사용되는 통합적인 공정뿐만 아니라 여러 가지 재료들이 혼합되어 있는, 다성분으로 된 시스템을 연구하는데 중점을 두고 있다. 일정한 전도성과 같은 특별한 특성을 가진 나노입자들은 유기 전자기기에서 요구되는 우수한 품질 기준에 적용하기에 적당하다.

이러한 목적에 사용되는 나노입자들은 액체 내에 결합되어 있다. 이 기술은 이들 재료들과의 직접적으로 접촉하지 않고 안전하게 다를 수 있으며 친환경적으로 혁신적인 전자 제품들을 생산할 수 있게 해준다.

실험실 규모에서 생산환경에 이르는 3단계 접근에서 전문가들은 재료들 사이의 상호거동, 응용 및 인쇄공정을 최적화하고 있다. 이들 모든 부분들은 우수 클러스터 내의 프로젝트 파트너들 간의 지역적인 근접성에서 의해서도 이익을 얻고 있다.

Rhein-Neckar 수도권 지역에 근접하게 위치한 BASF SE, Heidelberger Druckmaschinen AG 및 Darmstadt 기술대학은 연구결과들을 빠르게 상호 교환할 수 있다. 수도권 지역의 20명 과학자들이 이 프로젝트에 참여하고 있다.

“유기 전자기기 포럼” 우수 클러스터는 3개의 DAX 회사들, 8개의 외국 회사들, 5개의 중소기업 및 11개의 연구기관과 2개의 엘리트 대학들을 포함한 대학들이 협동 네트워크를 이루고 있다.

우수 클러스터의 목표는 유기 전자기기에서 지식이전과 신생회사를 위한 세계적인 최고 혁신센터뿐만 아니라 최고의 연구원들과 젊은 학도들이 함께 할 수 있는 가장 매력적인 장소 중의 하나인 세계 최고의 개발 생산 센터를 만드는 것이다.

27개의 회사, 대학 및 연구원들은 협동하여 미래 기술인 유기 전자기기들 개발을 위한 연구를 27개의 회사, 대학 및 연구원들은 협동하여 연구프로젝트로 수행하고 있으며 4,000만 유로를 BMBF가 지원하고 있다.