인쇄산업은 고도의 기술이 요구되는 지식산 업인 동시에 정보를 저장하고 전달하는 매체 산업의 근간으로 국가 경제면에서도 그 차지 하는 비중이 점점 높아지고 있다.
  지난 1997년말 기준으로 인쇄관련업체는 2만개에 이르며 10여만명이 이 분야에 종사하고 있다. 우리나라에서 생산되는 연간 인쇄물 량은 3조원을 상회하고 있으며 1960년대부터 시작된 인쇄물 수출은 20여개국에 연간 1억 달러 이상을 수출하고 있다.
  그러나 열악한 작업환경과 공해산업으로 치부되어 우수한 인력의 취업기피 현상과 더불어 노동생산성(20.65)도 제조업평균(30.05) 보다 낮으며 관련기자재는 1999년 수입 2억2 천948만 달러, 수출 8천7만 달러로 무역 적자가 심각한 상황이다. 이는 전자산업의 발전에 따른 컴퓨터 기술과 접목된 첨단장비의 개발과 생산성 향상 기술개발 등을 등한시하고 과거의 방식에만 집착하여 업체간 과당경쟁과 출혈경쟁에 원인이 있다고 할 수있다.
  인쇄공정은 제판과 인쇄로 크게 구분할 수있으며 선진국의 제판기술은 기존의 필름 사용방식인 사진제판에서 전자제판(또는 레이저 제판)으로 급속히 발전하고 있으나 국내 대부 분의 제판업체에서는 필름(인쇄제조원가의 40%차지)방식을 채택하고 있어 고정밀·고부 가가치의 제판을 하지 못하고 있다.
  이번 연구개발은 필름을 사용하지 않는 전자제판 시스템의 일종으로 CTR(Computer To printing Roll) 장비인 레이저 제판시스 템의 국산화를 위한 선행연구로 산·학·연 컨소시엄사업으로 진행됐으며 레이저를 이용한 그라비아 인쇄롤 제판기술을 확보하기 위한 것이다.

인쇄판의 제판방식은 과학기술의 발전에 따라 사진제판→전자제판(또는 레이저제판)으로의 디지털화, 고성능화, 고정밀화, 고부가가 치화 되어 가고 있다.
  주어진 원고를 사용해 선화용(line draw ing) 네가 필름(negative film)이나 스크린을 이용해 촬영된 망목네가필름과 반전시키기 위해 밀착한 포지 필름(positive film)을 가지고 여러 가지의 필름 편집을 거쳐 인쇄판을 만드는 공정을 사진제판이라고 한다.
  전자제판이란 전자기술을 이용해 제판작업을 하는 것으로 사진적인 색분해방식에서 칼라 스캐너방식으로 전환되었을 뿐 아니라 제판공정의 합리화 생력화를 목적으로 하는 토탈적인 화상시스템으로 발전하고 있다. 칼라 스캐너는 칼라원고의 농담, 색성분을 매우 작은 화소(pixel)로 분리하여 전기신호화하고 그것을 전자적으로 여러 가지 화상처리연산을 가해 색과 계조 등의 수정을 한 필름을 출력 하는 장치로 일종의 필름출력기이라고 할 수있다.
  사진제판이나 전자제판에서 제작된 필름을 사용해 연속무늬로 인쇄하는 경우 롤을 사용 하게 되는데 감광성 폴리머가 코팅된 롤에 필름을 감을 때 이음매 부분의 처리가 어려우므로 숙련된 기술자가 필요하다. 필름을 반복해 사용할 경우 필름 손상에 의해 반복사용횟수의 제약이 따르며 정밀제판이 어렵고 필름출 력기의 크기 제약으로 여러 장의 필름을 만들어 편집하는데도 어려움이 많다.
  필름 없이 원고의 화상 처리된 신호를 받아서 인쇄판을 직접 조각하는 장치인 전자제판 조각기가 1963년 독일의 Hell사에서 개발됐 으며 주로 그라비아판(오목판)제판에 활용되고 있다.
  전자제판 조각의 원리는 원고실린더에 원고를 밀착시키고 레이저를 주사해 색의 농도에 따라 반사하는 광량을 아날로그 신호로 받아 디지털 변환, 컴퓨터에서 연산을 행하고 이출력신호로 다이아몬드 또는 초강체 조각침 (stylus)을 전자기적으로 제어해 동(Cu)도금 실린더를 직접 조각하도록 되어 있다. 따라서 동도금의 경도가 균일해야 하며 작은 선이나 문자의 재현이 좋지 않다. 또한 조각침의 마모에 의해 면적이 좁아져 색이 엷어 질 수 있으며 조각속도(cells/second)가 수㎑(Max. 8㎑)수준으로 조각시간이 길다는 단점이 있다.
  조각속도를 높이기 위해 piezo-electric type을 개발하고 있으며 현상, 에칭 등의 공정이 없어 무공해 방식이라는 점에서 장점을 갖고 있다. 최근에는 디지털 데이터를 저장하 였다가 원고 없이도 제판이 가능하도록 기능이 향상되고 있다.
  전자제판 조각기와 같이 필름 없이 직접 제판하는 방식으로 레이저 제판 방식이 있으며 컴퓨터에서 화상 처리된 그래픽 데이터를 이용해 레이저 빔을 인쇄판에 직접 조사해 제판 하는 방식이다. 일명 CTP(Computer To Plate)라고 하는 장비는 옵셋 인쇄(평판인쇄)에 있어 컴퓨터 데이터를 직접 PS판에 레이 저로 노광을 주어 제판이라는 공정을 자동으로 수행하는 출력장비이다. CTP는 필름제작에 따른 시간, 노력, 비용을 절감하며 제판에 사용되는 필름 및 현상용 액체들의 사용 등의 공해발생 요인을 배제할 수 있다.
  CTP는 감광판 또는 감열판을 드럼에 붙여 레이저 노광해 인쇄판을 만들며 제판된 인쇄 판을 인쇄기 판통에 걸어 인쇄를 하게 되는데 평판 옵셋 인쇄용으로 한정되어 있다. 그러나 그라비아 인쇄(오목판)에서는 금속 실린더(또는 롤)를, 프렉소 인쇄(볼록판)의 경우에는 고무롤(볼록판)을 직접 제판하고 이 인쇄롤을 인쇄기에 걸어 사용하게 된다. (프렉소 고무 판과 같이 유연성이 있는 인쇄판의 경우 드럼에 감아서 부착한 상태로 제판할 수도 있다.) 그라비아 또는 프렉소 인쇄용 실린더(롤)의레이저 제판기술에서는 롤 표면에 도포한 광경화성 또는 광분해성 폴리머에 레이저빔을 조사해 폴리머와 레이저빔의 광화학적 반응으로 무늬 이미지를 만든 후 에칭해 각인하는 간접적인 방법과 롤 표면에 레이저를 조사해롤 재료와 레이저빔간의 열적 반응으로 무늬가 각인되는 레이저 직접 각인 방법이 있다.
  레이저 간접 각인 방법은 적외선(IR) 레이 저와 광분해성 폴리머를 사용하는 방법과 자외선(UV) 레이저와 광경화성 폴리머를 사용 하는 방법으로 구분될 수 있다. 두 방법은 사용되는 레이저와 폴리머의 차이로 인해 네가 티브 또는 포지티브 패턴 형성이라는 점에서 차이가 있을 뿐 원리는 동일하다. 전자의 방법을 ‘Laser Ablation’이라고도 하는데 빔이 조사된 부위의 폴리머가 분해되어 제거되는 원리를 이용한 것으로 일명 블랙 폴리머 (black polymer)인 광분해성 폴리머가 도포된 롤을 사용한다.

(1) 폴리머의 레이저 광경화 및 에칭 기술
 
  이번 연구개발에서 채택하고 있는 무늬 각인 원리가 <그림 1>에 나타나 있다. (a)에서와 같이 롤 표면에 UV 광경화성 폴리머를 코팅한 후 건조시킨다. 폴리머가 코팅된 롤 표면에 UV 광원의 레이저 빔을 (b)와 같이 선별적으로 조사한 후 폴리머를 현상액으로 현상하며 빔이 조사되어 광경화가 일어난 부분은 (c)와 같이 롤 표면에 남게 된다. 롤을 부식(에칭)시키면 경화된 부분의 폴리머는 부식 액에 용해(각인)되지 않고 남게 되어 (d)와 같이 된다. 이 후박리액으로 세척해 광경화된 폴리머를 제거하고 나면 (e)와 같이 각인된 롤을 얻게 된다. 레이저 빔에 의한 폴리머의 광경화 정도는 폴리머의 도포막(Coat ing)의두께, 레이저 빔의 출력 그리고 레이저 빔의 조사량에 따라 변한다. 금속롤에 광경화성 폴리머를 도포하기 위한 코팅기는 직접 제작했다.<사진 1 참조> 레이저 경화 후 폴리머의 색상확인이 가능 해야 하며 구리 도금된 금속 롤과의 코팅 적합성 등을 고려해 일본의 東京　化工業(株)의필름 감광용 광경화 폴리머인 ‘PMER N-SG 31B’를 사용했다.
  폴리머의 광경화를 위해 사용된 UV 레이저는 Coherent사의 Innova328이며 최대출력 1W, 351.1㎚와 363.8㎚의 파장이 강하다. 폴리머의 레이저 광경화 실험장치는 <사진 2>와 같으며 레이저 빔의 조사량은 빔 출력과 롤의 회전수 및 회전당 레이저 빔 펄스 수에 의해 제어된다. 레이저 빔 펄스는 A/O모듈레 이터로 제어되며 Intra-Action사 장치이고 optical rising time은 최소 약 55㎱이다. 레이저 빔은 롤 표면에 집속되도록 했으며 초점 거리 25㎜의 렌즈를 사용했다.
  <그림 2>는 가공속도의 변화에 따른 경화폭의 변화를 나타내고 있으며 <그림 3>는 에칭을 한 후폴리머를 박리시키고 난 결과를 보여 주고 있다. 실험에서 얻어진 특성을 분석해 이를 그라비아 망점(잉크 포켓)의 크기와 깊이를 조절하는 기초 자료로 사용했다.
 
 (2) 망점 변환 소프트웨어 개발
 
  그라비아 인쇄방식으로 인쇄물을 만들기 위해서는 기본적으로 CMYK(Cyan, Magenta, Yellow, blacK)의 4판이 분판되어 잉크가 전이돼야 한다. 그런데 근본적으로 오목판 인쇄 방식인 그라비아는 잉크의 포켓 즉, 셀이 마름모 또는 정사각형인 것이 잉크를 doctoring 하는데 가장 바람직하다. 칼라 그라비아 인쇄에서 사각형의 망점으로 계조를 만드는 방법은 망촬영을 해 얻었으나 최근에는 대부분 컴퓨터에 의해 망이 있는 원고를 만들고 image setter 및 필름 출력기에 의해그 공정을 대체하고 있다. 따라서 망점 형태로 만들기 위한 적당한 망점화(halftoning) 소프트웨어가 필요하다.
  연속계조를 사각형의 망점이 생기도록 망점화하는 소프트웨어들은 어도비 포토샵 (Adobe Photoshop)을 비롯해 다수가 있으나 이들은 대부분 평판 오프셋 인쇄용 망점화 프로세싱에 적당하고 그라비아 제판용으로 사용하기 위해서는 프로그램의 수정이 필요하다. 또한 그 출력상태가 그라비아 인쇄 메커니즘에서 원하는 기능을 충족해 주기 어렵다.
  그라비아는 종류별로 깊이 차이에 의해 농담의 계조를 나타내는 컨벤셔널 그라비아와 망점의 면적비에 의해 계조를 나타내는 망점 그라비아 및 혼합된 방식이 있으며, 본 연구 에서는 망점 그라비아에 관한 소프트웨어를 개발했다. 개발된 S/W는 우선 외국에서 생산 되는 제판용 Image Setter, 스캐너에 사용되는 S/W들을 조사 분석하고 현재 시판되는 외산 S/W를 저렴하고 용도에 맞는 상업용 망점화 S/W의 특성과 CAE S/W의 연계가능성을 검토한 후 화상정보의 기억용량감소 및 구동 장치와의 연계성에 기초를 두고 만들었다.
  어도비 포토샵을 비롯해 시판하는 망점화 프로그램 8종, RIP 관련 자료 및 최신 책자 20여종 등을 확보해 세계적인 망점화 소프트 웨어의 개발 동향과 특징을 조사 분석해 이번 연구에 이용했다.
  개발된 망점 변환 S/W는 상용화에 장벽이 되는 문제점을 획기적으로 개선해 망점 변환의 수행속도를 최대 10분으로 줄여 실시간 각인 작업을 가능하게 했다. 알고리즘을 개발해 중간처리 과정을 없애고 개개의 망점변화를 위한 검색을 하지 않도록 하는 특징이 있다.
  현재 그래픽 부분이 16비트인 윈도우98을 운영체제로 사용하고 있어 망점 변환 이미지가 ‘32767×32767’을 넘지 못한다.
  윈도우 NT의 경우 순수 32비트이므로 망점 이미지는 시스템 자원이 허락하는 범위에서 이론적으로는 2기가 바이트×2기가 바이트까지 가능하다. 실제로 실험한 결과 윈도우 NT에서는 이미지 크기가 4기가 바이트 것을 실시간으로 망점 변환을 수행할 수 있었으며 결과 이미 지의 전체적인 윤곽과 특정 지역을 볼 수있게 스트레치 기능과 스크롤 기능을 첨가했다.
 (3) 망점 각인 실험 및 평가 그래픽 데이터 제작공정 중 망점 데이터를 실험장치에 보내면서 레이저 빔 조사가 이루어지도록 실시간 처리를 위한 제어부를 구성했으며 실험장치의 구성도는 <그림 4>과 같다.
  레이저 빔 조사에 의해 CMYK의 경화된 망점형상이 나타나 있다.<사진 3~6 참조> <사진 7, 8>은 100LPI 망점의 경우, 경화- 현상 후와 에칭 후의 형상을 각각 나타내고 있으며 <사진 8>의 사각형 내부에 잉크가 담기게 되며 이를 잉크 포켓이라고 한다.

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이번 연구개발의 CTR 핵심기술들은 광학용 진단장비, 지리정보시스템, 표면정밀가공, 조폐산업, 반도체 회로 및 패턴 각인 등 다른 산업으로의 응용이 가능하며 기술적 파급효과가 클것으로 예상된다. 또한 외국산 장비의 수입 대체 효과로 국내 인쇄장비 시장을 방어하고 수출 경쟁력 확보로 무역수지의 개선이 가능하다.
  특히 인쇄제조원가의 40%를 차지하던 필름을 과감히 배제함으로써 원가 절감 및 품질혁 신을 실현하여 인쇄경쟁력을 확보할 수 있으며 국내업체에서 저가의 국산시스템이 개발되면 구입하고자 하는 의지가 강하므로 레이저 제판시스템이 국산화되면 제판기술이 선진국 수준까지 향상되어 고정밀·고부가 가치의 인쇄물의 생산이 가능하게 될 것이다.
  제판분야에서 첨단 장비를 통한 공정개선과 작업자동화를 실현해 고급인력을 업계에 유치하고 근무인력을 재교육 재배치함으로써 산업 전반에 시너지 효과를 발생할 수 있다. 또 공해발생 요인인 필름 사용을 억제함으로써 쾌적한 산업환경을 조성할 수 있고 수성잉크 적합 잉크 포켓 형성이 가능한 레이저 제판 특성을 활용해 환경친화적 식품포장재 생산을 유도하게 될 것으로 예상된다.