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[기획] HP의 새로운 잉크/토너 기술에 말하다 - 2
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승인 2008.10.10  12:54:00
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HP

잉크젯 프린터는 HP가 강세를 보이고 있던 제품군 중의 하나이다. 이러한 잉크젯 프린터는 일반 사용자들에게 과거의 데스크젯 및 현재의 포토스마트 시리즈에 이르기까지 브랜드 면에서 높은 인지도를 가지고 있는데, 이러한 점이 HP가 가진 큰 장점 중의 하나라고 볼 수 있다. 이런 HP의 대표적인 신제품 토너가 컬러스피어라는 기술명을 가지고 있는 것처럼 잉크 역시 기술명을 가지고 있다. 지난 2006년 발표된 HP의 비베라(Vivera)잉크가 바로 그것으로, 역시나 기존 사용되던 잉크에 비해 보다 높은 색상 재현율과 보존성을 자랑하며, HP 잉크 라인업을 바꾸어 나가기 시작했다

토너와 마찬가지로 잉크 역시 프린터의 인쇄 품질을 결정하는 중요한 요소 중 하나이다. 초기형 잉크젯 프린터들의 경우 그 해상도가 비교적 낮은 편이었기 때문에 다소 품질이 좋지 않거나, 안료의 분산상태가 좋지 않은 잉크를 사용하더라도 사용이 가능했다. 일례로 이전에는 잉크제조업체로 유명한 Pilot 사의 잉크를 사용해 카트리지를 리필하는 방법이 해외 포럼을 통해 알려지고 실제로 이를 사용해 리필이 가능했었던 것을 들 수 있다.

하지만 최근 들어 잉크젯 프린터 역시 발전을 거치고 있는데, 대표적인 방법 중 하나가 보다 많은 노즐을 채용하고 잉크의 분사량 자체를 감소하는 방향으로의 변화를 들 수 있다.

잉크젯 프린터의 경우 하나의 잉크방울이 하나의 점을 표현하지만 이것이 곧 하나의 도트를 의미하는 것은 아니다. 잉크젯프린터의 경우 기본적으로 인쇄를 위해서는 C,M,Y,K의 4색을 기반으로 하기에 이를 통해 중간색을 표현하려면 회화의 점묘법과 마찬가지로 미세한 잉크방울을 겹쳐 뿌려 멀리서 보면 그 중간색으로 보이게 하는 디더링(dithering)과 하프토닝(Halftoning) 기법을 필요로 한다.

또 같은 색상이라고 하더라도 명도 및 채도에 따라 흰색의 대지 위에 뿌려지는 잉크 방울의 밀도를 조절해 계조 변화를 표시하는데, 이러한 인쇄 방식의 특성상 큰 잉크방울이 사용될 경우 전반적으로 인쇄물의 품질이 거칠어 보이는 결과를 가져올 수 있다. 때문에 프린터 제조사들은 노즐의 개수를 늘리는 대신 그 크기를 미세화함으로써 분사되는 잉크량을 줄이고, 이로 인해 잉크방울은 대지 위에 보다 작은 도트를 만들어 보다 세밀해진 디테일 표현이 가능해진 것이다.

하지만 무작정 잉크의 분사량을 줄이는 것이 능사는 아니다. 잉크의 분사량을 줄일 경우 보다 세밀한 표현은 가능하지만 그 만큼 한번의 분사로 커버할 수 있는 면적은 줄어들고, 따라서 넓은 면적을 인쇄하려면 그만큼 헤드의 크기가 상승해야 하고, 아니면 여러 회 반복해서 분사 과정을 수행해야 하기에 인쇄 속도에 악영향을 미칠 수 있는 것이다.

이는 노즐에서 잉크 분사량을 자체적으로 조절하기 힘든 HP의 열전사 방식 인쇄 구조에서 오는 한계인데, 이를 극복하기 위해 HP가 도입한 것이 바로 뒤이어 설명할 듀얼 드롭(Dual Drop) 기술이다.

 

HP

듀얼 드롭 볼륨 테크놀로지


예전 테크노아에서 다루었던 잉크젯 프린터 리뷰에서도 설명한 바 있지만 HP의 잉크젯 프린터의 동작 방식은 기본적으로는 열전사 잉크젯 프린트 방식에 해당한다. 잉크젯 프린터의 경우 헤드부분에 자리잡은 다수의 미세한 노즐에서 잉크 방울을 분사하는 방법으로 용지 위에 인쇄 작업을 수행하는데, 이 때 분사방식은 각 제조업체마다 차이가 있으며, 열전사 방식은 이 분사 과정 시 열원을 사용하기에 붙여진 이름이다.

제조사에 따라 세부적인 노즐의 형태나 구조적인 차이는 있지만 기본으로 볼 때 열전사 방식은 각각의 노즐로 연결되는 챔버(chamber) 내부에 히터(heater)를 넣는 방식으로 구성된다. 그리고 인쇄 시엔 히터에 전류를 가해 열을 발생시키는데, 잉크를 가열 함으로서 잉크 내부에서 발생하는 기포로 잉크 방울을 밀어내는 것이 열전사 방식의 기본 원리이다.

이러한 열전사 방식의 경우 구조가 간단해 반도체 제작등에도 사용되는 사진인화술(photolithography)을 이용해 쉽게 제작이 가능하고, 가격 역시 저렴하기에 잉크 카트리지에 헤드를 일체형으로 성형해 잉크 이송 과정 중 문제가 발생할 여지가 적게 설계할 수 있는 것이 장점이다. 이에 따라 보급형 제품에서부터 중, 고급형 제품에 이르기까지 폭넓게 사용되어왔던 것이 특징인데, 반면 이러한 열전사 방식 외에 이와 대비되는 특징을 가지는 대표적인 또 다른 잉크젯 인쇄 방식이 존재하는데, 그것이 바로 E사에서 채택하고 있는 마이크로 피에조(micro piezo)방식이다.

수정이나 로셸염 등의 결정은 전기를 가하면 진동을 발생하고, 반대로 진동이나 압력을 가하면 전류를 발생하는 특징을 가지는데, 이것이 바로 압전효과(Piezo Electric effect)라 불리는 현상이다. 이러한 압전 소자를 이용한 잉크 인쇄 방식은 개념적으로는 열전사 방식보다 오히려 앞서는데, 최초 필립스가 개발했던 이 기술을 현재 잉크젯 프린터 제조사 중 E사에서 개량해 마이크로 피에조 방식이란 이름으로 채용하고 있는 것이다.

마이크로 피에조 방식에서는 잉크 챔버 내부에 압전소자로 만들어진 진동판을 넣어 전기적 신호에 의한 진동으로 잉크를 분출하는데, 열전사 방식과는 달리 마이크로 피에조 방식에서는 전기적 신호량에 따라 분사되는 잉크의 양과 잉크 방울의 크기를 비교적 자유롭게 조절할 수 있기에 컬러 이미지, 또는 계조 등의 표현 시 보다 세밀한 하프토닝이 가능한 것이 장점이다.

반면 진동판의 구동을 통해 잉크 분사를 제어하는 일련의 과정이 상대적으로 까다롭고, 또 헤드 파트의 제작 가격이 열전사 방식에 비해 상대적으로 높기에 마이크로 피에조 방식의 프린터 헤드는 카트리지와 일체형으로 성형되는 대신 프린터 내부에 독립적인 헤드가 장착되고 잉크는 파이프를 통해 헤드와 연결되는 분리형 방식을 사용하는 것이 일반적인 구성이다.

이러한 특성 때문에 마이크로 피에조 방식 잉크젯 프린터의 경우 인쇄 품질에서는 높은 평가를 받았지만 까다로운 유지 관리가 필요해 상대적으로 세심한 관리나 꾸준히 일정한 사용량을 보이는 업무용이나 특수목적용에서는 큰 문제가 없지만 가정용 프린터로 사용할 때는 장기간 사용하지 않을 경우 헤드 유닛이 막혀 인쇄가 제대로 되지 않는 등의 문제가 잦은 편이었다. 또한, 이를 막기 위해 매 전원 공급 시마다 헤드 청소를 수행하는 방법을 채용했지만 이로 인해 잉크소모량이 많아진다는 것 역시 단점으로 작용했다.

▲HP의 경우 듀얼드랍볼륨과 5색 개별 잉크를 통해 보다 저렴한 유지비가 들게 된다.


앞서 설명한 여러 기술적인 특징으로 인해 두 방식은 서로 구분되는 인쇄 특징을 보여 왔는데, 이번에 HP에서 선보인 듀얼 드롭(Dual drop) 기술은 이러한 열전사 방식 잉크젯 프린터의 인쇄 특성 중 품질 부분을 보다 개선한 것이라 볼 수 있다.

듀얼 드롭 기술 자체는 다소 단순한 아이디어에 기반하고 있다. 잉크 분사량과 방울 크기를 조절하기 어려운 열전사 방식의 단점을 보완하기 위한 방법이기는 하지만 근본적으로 볼 때 새로운 인쇄 메커니즘을 채용해 완전히 다른 특성을 보이는 것이 아니라, 단순히 서로 다른 크기와 분사량을 가지는 2가지 종류의 노즐을 설치한 것이기 때문이다.

현재 이 듀얼 드롭 기술을 적용한 헤드 유닛을 탑재한 잉크 카트리지는 데스크젯 제품군인 HP60 시리즈, 그리고 오피스젯 시리즈에 적용되는 HP 901 시리즈가 출시되어 있는데, 이 두 제품의 노즐 구조를 기존에 사용되던 헤드 유닛을 사용한 HP22 카트리지와 비교하면 다음과 같은 차이를 보이는 것을 알 수 있다.

기존 HP22 에 적용된 헤드 유닛의 경우 5pl 용량의 잉크방울을 분사하는 노즐 316개로 적용된 반면 새로운 HP 60/901 카트리지의 경우는 5pl 노즐 외 1.3pl 의 소형 노즐이 추가되어 있으며 그 수 역시 1,248개로 이전에 비해 늘어난 것을 볼 수 있다.

헤드 구조의 개선은 기존과 비교할 때 기술적인 혁신이라고 볼 수는 없다.

이러한 헤드 구조의 개선은 기존과 비교할 때 기술적인 혁신이라고 볼 수는 없다. 다르게 생각하면 서로 다른 2개의 고정 용량을 분사하는 노즐을 사용할 뿐 기본적인 구조는 큰 차이가 없기 때문이다. 하지만 이로 인한 인쇄 결과물의 차이는 뚜렷한데, 이는 앞서 설명한 것과 같이 일반적인 사진 제판 인쇄술이나 프린터 인쇄방식은, 흰색 용지를 기반으로 이 위에 4가지 기본색을 가지는 잉크 방울을 흩어 뿌려 그 밀도에 의한 중간색 및 계조 변화를 표현하기 때문이다.

1.3pl 의 잉크노즐이 추가된 듀얼 드롭기술의 경우 기존에 비해 미세한 잉크 분사가 가능해 기존 4색 인쇄방식으로는 거칠게 표현되던 낮은 채도의 이미지 인쇄시 보다 세밀한 표현이 가능해진 것을 들 수 있다.

기존 세대 제품군과 비교할 때 인쇄 품질 대비 가격 절감을 이룰 수 있다.

이러한 듀얼 드롭 기술은 절대적인 인쇄 품질 향상을 기대할 수 있는 방식이기는 하지만, 이 뿐만 아니라 기존 세대 제품군과 비교할 때 인쇄 품질 대비 가격 절감을 이룰 수 있는 방식이기도 하다.

이는 물론 보다 세밀해진 계조 표현능력에 기인한 바가 큰데, 듀얼 드롭 이전의 고정된 노즐 크기를 가진 제품들의 경우 계조 표현능력의 향상을 위해 중간 색상의 잉크를 추가하는 방식을 사용했기 때문이다.

대표적인 예로 C,M,Y의 기본3색, 그리고 bK 잉크를 추가한 4색을 기본으로 하는 기존에 q비해 Light Cyan, Light Magenta 등 중간 2색을 추가한 6색, 그리고 여기에 Light Grey와 Dark Grey등 무채색을 위한 2개의 색상이 추가된 8색에 이어 Blue 색상이 추가된 9색에까지 이른 기존 잉크젯 프린터의 잉크 색상 추가를 들 수 있는데, HP는 이번에 추가된 듀얼 드롭 기술의 채용으로 인해 보급형 4색 프린터에서 기존의 하이엔드급 6색 프린터와 비교해도 손색없는 수준의 인쇄 품질을 보이는 것을 장점으로 내세우고 있다.

Canon 역시 동일한 기능을 적용하고 있다.

물론 이러한 기술이 HP의 전유물은 아니다. 듀얼 드롭 자체는 매우 단순한 발상에 의한 것이며, 기술적인 장벽 역시 없다고 할 수 있기에 유사한 열전사 방식에 기반한 Canon 역시, 동일한 기능을 적용하고 있기 때문이다.

얼마전 본지에서도 다룬 적 있는 Canon의 Pixma MX700/850 시리즈가 바로 그것인데, MX700은 2단계, 그리고 MX850은 3단계로 세분화 된 노즐을 가지고 있어 이번 HP 듀얼 드롭과 유사한 특성을 보인다.

하지만 HP의 장점이라면 일반 가정을 대상으로 한 보급형 및 중고급형에 이르기까지 폭 널게 이를 적용했다는 것인데, 앞서 말한 canon의 경우 이러한 노즐 구조를 채용한 제품은 분리형 헤드 카트리지를 채용한 중고급형 제품에 한정된다는 것을 생각해 볼 때, 오피스젯 시리즈는 물론 보급형인 HP60 일체형 카트리지에까지 이를 적용한 HP의 시도는 주목받을만 한 것이다.

 

HP

색바램 방지

또한, HP는 HP60 카트리지에 사용된 새로운 Vivera 잉크와 HP 어드밴스드 포토 용지간의 방수성 및 보존성에 대해 설명하는 시간을 가졌다. HP가 중점적으로 설명한 것은 신제품인 HP60시리즈의 Vivera 컬러 잉크와 HP의 어드밴스드 포토 용지를 사용할 경우 높은 방수성과 건조성, 그리고 인쇄 결과물의 햇빛이나 대기에 의한 인쇄물의 품질 하락을 이전 제품에 비해 억제할 수 있다는 것이다.

여기에 사용된 HP 어드밴스드 포토 용지는 POC(Porous Coating) 기술을 적용한 다공성 용지로 빠른 인쇄 건조 시간을 가지는 것이 장점인데, 현재 일반적으로 쓰이는 잉크젯 프린터용 포토 용지의 경우 크게 두가지 유형이 존재한다. 첫째는 부풀음 코팅(Swellable coting)이며, 다른 하나가 바로 이러한 다공성 코팅인데, 아래 일러스트에서 볼 수 있듯이 부풀음 코팅은 물, 또는 잉크와 접촉할 경우 부풀어 오르는 합성, 또는 천연 고분자 재질을 포함하고 있어 인쇄시 잉크는 고분자 재질의 코팅에 둘러싸이는, 일종의 캡슐안에 보존되는(Encapsulated) 구조를 가진다.

일종의 캡슐안에 보존되는(Encapsulated) 구조를 가진다.

반면, 다공성 코팅은 미세한 중공구조를 가지는 입자를 표면에 도포한 형태를 가지는데, 이러한 기공 사이로 잉크는 스며들고, 빠르게 건조되어 보다 빠른 인쇄 및 건조시간이 가능한 것이 장점이다.
 

▲ 기공 사이로 잉크가 스며들어 빠른 인쇄 및 건조시간이 가능하다.

하지만 이 경우 다공성 코팅 용지에서는 건조된 잉크 입자가 그대로 대기중에 노출되므로 오염이나 내광성에서 불리함을 보이는 것이 사실이었는데, 이번에 HP에서는 이를 개선해 새로운 조합을 선 보인 것이다.

또한, 인쇄물의 품질을 저하시키는 요소 중 하나가 바로 공기 중에 포함된 오존(O3) 이다. 본래 산소의 불안정한 분자 화합물 형태로 성층권 바깥에서 오존층을 구성하며 태양광 중 자외선을 차단하는 역할로 더 잘 알려져 있다.

하지만 근대 들어 화석연료를 사용하며, 또 자동차의 보급이 늘며 자동차에서 발생한 고온 의 배기가스에 햇빛이 작용해 일어나는 광화학 반응을 통해 대기중의 오존 농도가 상승하고 있다. 이러한 오존의 경우 일종의 과안정 상태의 분자로 높은 반응성을 가지며, 사람에게서는 호흡기 질환을 일으키기도 하는데, 인쇄물 역시 예외는 아니다.

▲빛과 오존으로 인한 변색의 모습

오존은 염료와 반응하며 산소원자를 내놓아 이를 산화시키기에 결과적으로 인쇄물의 색상이 바래는 결과를 가져오게 되는데, HP는 이런 부분을 개선시키는데도 노력을 기울였다.

아래 일러스트는 HP에서 공개한 'HP Light Fade Simulator'로 태양과 오존에 의한 인쇄물의 손상 정도를 전산적으로 모사하는 프로그램으로, 이를 보면 타사의 잉크와 용지 시스템을 사용할 때와 HP의 정품 잉크/용지를 조합해 사용했을 때 시간 경과에 따른 인쇄 품질의 차이가 어느 정도인지를 나타내고 있다.


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