일반적인 레이저 프린터의 인쇄 메커니즘은 아래 일러스트에서 보는 것과 같다.

단순히 잉크의 분사로서 이미지를 표현 가능한 잉크젯 프린터와 달리, 레이저 프린터는 미세한 고체 분말인 토너(Toner)를 종이 위에 옮겨 화상을 표시하는 방식을 사용하는데, 이러한 미세 분말은 잉크처럼 분사하는 것이 불가능하기에 레이저 프린터의 경우 인쇄를 위해서는 상대적으로 복잡한 단계적인 일련의 과정을 거치는데, 이러한 인쇄 단계는 크게 전하충전(charge), 노광(Exposure), 현상(Developing), 그리고 이송과 정착(Fusing)의 5단계로 구성된다.

이는 레이저 프린터 및 레이저 프린터의 전신이었던 복사기에서부터 이어지는 인쇄 방법으로, 헤드 역할을 하는 감광(OPC : Organic Photo Conductor)드럼에 고압 직류의 바이어스를 걸어 표면을 대전시키고, 다시 광원을 표면에 쬐어 일부분의 전하를 떼어내어 잠상이 남도록 하는 노광을 거친 후 정전기적 인력에 의해 토너 입자를 전하로 대전된 부분에 달라붙게 해 실제 상을 생성시킨 다음 용지 위에 옮겨 정착시키는 것이 기본적인 원리이다.

최초의 아날로그 복사기에선 강한 빛을 원고에 쬐어 흰 부분과 검은 부분에서 반사되는 빛의 차이를 이용해 상을 생성했다면 현재의 레이저 프린터에선 레이저 빔으로 이미지를 생성하는 것이 차이인데, 인쇄 메커니즘 자체는 이미 거의 확립된 상태이기에 HP가 중점을 둔 바로 종이 위에 실제 상을 나타내는 물질인 토너(Toner)이다

앞서 언급했지만, 잉크젯에서 액체 형태의 잉크를 사용한다면 레이저 프린터에서는 고체 분말상태인 토너를 사용한다.

드럼에 생성된 잠상을 따라 달라붙은 토너가 최종적으로 용지위에 전사되어 인쇄 이미지를 구성하는데, 때문에 고해상도 이미지를 표현하기 위해선 보다 미세한 입자의 토너를 사용해야 한다.
일반적으로 현재의 레이저 프린터들이 지원하는 통상적인 해상도인 600dpi(Dots Per Inch)를 예로 든다면 1개의 도트가 차지하는 크기는 단순히 생각할 때 약 40㎛ 수준에 불과한데, 사람의 머리카락 두께가 통상 100㎛ 정도인 것을 생각한다면 대단히 작은 크기인 것을 알 수 있다. 또, 실제로는 하나의 토너 입자가 하나의 도트를 형성하는 것이 아니라 토너의 양으로 각 도트의 농담을 표현해야 하기에 실제 토너 입자의 크기는 10㎛ 정도로 매우 작다.

이러한 미세 입자를 만들기 위해 초기의 프린터 제조사들이 사용하던 방법이 바로 분쇄(Pulverize)이다. 이는 말 그대로 안료와 베이스를 섞어 굳힌 큰 덩어리를 분쇄해 분말 형태로 제조하는 것인데, 비교적 손쉽고 간편하게 대량의 분말을 생성할 수 있기에 초창기 제작된 대부분의 토너들이 이러한 방식을 사용했으며 HP역시 초기에는 분쇄식 토너를 사용했었다.

하지만 이러한 분쇄식 토너 입자의 경우 물리적인 가공 과정을 거쳐 만들어지기에 균일한 형태와 크기의 입자를 생성시키기 어려운 것이 단점이다. 이는 돌을 망치로 두드려 깰 경우 나오는 입자들의 크기가 제각각이며 그 형태 역시 일정하지 않은 것을 예로 들 수 설명할 수 있는데, 이러한 불균일한 입자 크기는 고른 토너 분포 및 현상에 불리해 결과적으로 인쇄 결과물의 품질에 악영향을 미칠 수 있다.

때문에 분쇄식 토너를 사용할 경우 인쇄 품질을 향상시키는데 한계가 있어왔는데, 약 10여년 전부터 새로 등장한 토너 제조 방식이 바로 중합식(Polymerized) 토너이다.

이러한 중합식 토너는 액체 속에 원료를 현탁액(suspension)상태로 분산시키거나 유화(emulsion)시킨 상태에서 중합 과정을 거쳐 토너 입자를 생성하는 방법을 사용하는데, 따라서 생성된 입자는 구형(Spherical)을 가지며 또 그 크기 역시 균일하게 유지되어 보다 높은 인쇄 품질을 기대할 수 있는 것이 기존 분쇄식 토너에 비해 장점이다.

아래 사진에 나온 시연장비는 각각 재생 토너 입자와 HP의 정품 토너입자가 들어있으며 모래시계처럼 뒤집을 수 있는 구조로 그 경로가 이리저리 구부러져 있어 입자의 유동성에 따른 낙하 속도의 차이가 큼을 보여줄 수 있는 데모 장비이다.

장비를 뒤집으면 두 토너 입자가 모두 아래로 낙하하는데, 재생 토너입자는 일반적인 가루처럼 쏟아져 내리는데 반해 HP의 정품 토너입자는 구형이라 유동성이 좋은 특성을 십분 발휘 마치 물처럼 순식간에 흘러내리는 것을 볼 수 있다.

HP에서는 98년 이러한 화학적 중합식 토너를 사용한 이후로 지속적인 기술 개발을 이어왔으며 특히 2005년 출시한 컬러스피어(ColorSphere) 기술을 적용한 토너는 기존에 비해 더 뛰어난 색상과 광택으로 보다 고품질의 인쇄 출력 품질을 얻을 수 있었다.

그리고 2008년 현재는 2세대 컬러스피어 기술을 적용한 토너와 이를 탑재한 레이저 프린터 시스템을 선보였는데, 새로이 강화된 컬러스피어 기술은 아래와 같은 특징을 가지고 있다.

위 일러스트에서 볼 수 있듯이 새로운 토너는 왁스 코어를 중심으로 안료와 캐리어 수지, 그리고 첨가제가 혼합되어 있는데, 이에 따라 컬러스피어 이전, 그리고 기존 컬러스피어 토너에 비해 보다 개선된 장점을 가진다.

먼저 광택 개선을 들 수 있다. 새로운 컬러스피어 토너는 기존에 비해 보다 뛰어난 광택 특성을 가진다. 아래 사진은 각각 기존 토너와 새로운 컬러스피어 토너의 인쇄품질 차이를 비교한 것으로, 새로운 컬러스피어 토너 쪽이 보다 높은 광택을 가지는 것을 알 수 있다.

HP측에서 밝힌 자료에 따르면 새로운 컬러스피어 토너는 2004년 이전의 토너와 비교할 때 117%, 그리고 2005년 이후의 이전세대 컬러스피어 토너와 비교할 때는 30%에 달하는 광택 개선을 보인다고 한다.

일반적으로 레이저 프린터의 경우 광택 용지를 사용하더라도 토너의 특성상 반사율이 떨어져 상대적으로 짙고 탁한 색감을 보이는 것이 일반적이었는데, 이러한 광택 특성 개선은 단순한 업무용 자료 뿐 아니라 사진 등 고선명 이미지의 인쇄시 보다 높은 인쇄 품질을 보일 수 있으리라 기대되는 부분이다.

또한 개선된 안료는 이전에 비해 보다 넓은 색상 범위를 표현할 수 있다. 마찬가지로 2004년 이전의 토너와 비교할 때 39%, 초기 컬러스피어 토너에 비해서는 10%의 표현 범위의 확대를 보이고 있으며, 이에 따라 기존 인쇄물에 비해 보다 높은 자연스럽고 화사한 색감의 표현이 가능해진 것이 장점이다.

컬러 쪽에서 새로운 세대교체가 이루어진 것과 마찬가지로, 흑백 토너에서는 새로운 Type III토너와 기존 Type II의 개량이 이루어졌다. 이 중 2008년 새로이 출시된 Type II 토너는 고속 출력을 가능하게 하는 여러 기술이 추가되었다.

새로운 HP의 흑백 중합 토너(CPT)는 다음과 같은 특징을 나타낸다. 컬러스피어 토너와 마찬가지로 흑백 토너 역시 왁스 코어 위에 캐리어 역할을 하는 수지와 안료가 혼합된 형태로 이루어져 있으며 중합식으로 제조되어 균일한 입자 크기를 가지는 것 역시 동일하다.

하지만 흑백 토너의 특성상 컬러 토너와는 다른 차이점도 존재하는데, 그것은 바로 자성(magnetism)을 가지는 안료의 사용이다.

앞서도 언급했지만 레이저 프린터의 인쇄 과정 중에서는 챔버 내에 위한 토너 입자를 OPC드럼 위로 옮기는 디벨로핑 과정이 존재한다. 이 때 디벨로퍼 롤러가 자력을 띄면 손쉽게 토너를 균일하게 롤러 위에 분포시킨 후 이를 다시 OPC 드럼 위로 옮길 수 있다.

따라서 이러한 자성 성분 토너를 사용할 경우 비자성 토너를 사용할 때보다 보다 빠른 속도로 OPC드럼에 토너를 전송할 수 있어 디벨로핑 과정에 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 결과적으로는 인쇄 속도의 향상으로 이루어질 수 있다.

하지만 이 때 사용되는 자성 안료의 주성분인 철의 산화물(Fe2O3, Fe3O4)의 경우 검은색 계열을 띄고 있기에 컬러 토너에의 사용은 어려워 흑백 토너에 주로 사용되고 있는데, 이번 HP의 Type II 토너에서는 이 자성안료의 도입으로 보다 빠른 인쇄 프로세스를 구현할 수 있게된 것이다.

또, 이와 연동해 인쇄 속도를 더욱 빠르게 하는 기술 향상부분 중 하나가 바로 로우 멜트(Low melt)기술의 적용이다.

레이저 프린터의 인쇄구조상 종이로 옮겨진 토너는 최종 단계에서 퓨저(Fuser)유닛을 지나며 가해지는 고온과 롤러의 압력으로 종이 위에 녹아 고정된다. 때문에 퓨저 유닛에서는 토너의 정착을 위해 고온을 유지해야 하는데, 따라서 퓨저 유닛의 정착 롤러 내부에는 히터가 장착되어 있다.

통상적으로 사용되는 히터의 열원은 할로겐 벌브로, 백열전구를 켤 때 빛과 열이 같이 나는 것처럼 소형의 전구를 롤러 내부에 장착해 여기서 발생하는 열로 토너를 정착시키는 것이다. 또 HP의 인스턴트 온(Instant-On) 기술을 사용하는 레이저 프린터 제품들은 이러한 할로겐벌브 대신 세라믹 히터를 사용해 빠른 예열시간을 가지고 있는데, 문제는 이러한 가열 기구들은 사용시 대량의 전력소모와 그에 따른 발열을 보인다는 것이다.

따라서 레이저 프린터의 경우 소형이라고 하더라도 작동시 200W에 달하는 큰 전력을 소모하며 작동시의 열 발생량 역시 큰 특징을 가지고 있다. 또한 미 사용시엔 전력을 차단한 Sleep 모드로 들어가게 되는데 여기서 인쇄작업을 다시 수행할 경우 일정 온도까지 퓨저 유닛의 온도가 상승해야 하므로 긴 예열시간이 필요한 것 역시 단점으로 작용했는데, HP에서는 정착 온도 자체를 낮추어 이에 대한 해결 방법을 찾은 것이다.

새로운 Type II 토너는 아래 그래프에서 볼 수 있듯이 섭씨 약 57도의 온도에서 반응을 보인다.

기존 토너가 63도에서 반응을 보인 것에 비해 약 6도 가량 낮아진 셈인데, 이러한 보다 더 낮은 온도에서 녹는 Low Melt 기술을 적용한 토너는 HP의 새로운 초고속 레이저젯 프린터에 사용되어 최대 62ppm 에 달하는 인쇄속도를 발휘하는 한편 친환경적인 면에서도 장점을 가지는데 , Low Melt 기술로 인해 보다 낮은 정착온도를 필요로 하는 새로운 Type II 토너는 기존 토너에 비해 정착과정에서 약 15% 가량 감소된 전력 소모량을 가지게 되며, 페이지당 인쇄시 전력 소모량 역시 10~15% 가량 절감되는 효과를 얻을 수 있다.

　

프린터 잉크, 토너에는 수많은 기술이 들어가 있으며 이것이 전부가 아니다. 인쇄물의 품질 향상을 위해 연구 만큼이나 인쇄 후 남은 폐끼물, 즉 잉크나 토너 카트리지등 친한경적 재활용에도 노력을 기울고 있는데 일반유저들은 간과하기 쉬운 부분이다.

일반적으로 사용자들은 다 쓴 카트리지를 수거해 재생하는 재생 업체들의 제품을 사용할 경우 빈 카트리지를 재 사용함으로서 환경 보호에 보다 기여할 수 있다고 믿는 경향이 있지만 실제 조사 결과는 이와는 다소 다른데, 재 사용후 카트리지의 대부분이 그대로 폐기되기 때문이다.

시장 조사기관인 인포트렌드(Infotrend)에서 밝힌 바에 따르면 재생업체에서 재생한 토너 카트리지의 경우 80% 가량이 사용후 폐기되며 일부 업체들은 사용후 카트리지의 재 수거를 거부하는 경우도 있다고 한다.

또한, 시장에서의 재생을 위한 카트리지 수거 단계 및 선별 과정에서 생겨나는 폐기품 등에 대한 처리 정보 역시 공개되지 않고 있어 상대적으로 이러한 업체들의 친 환경적 노력이 의문시되기 때문이다.

반면 HP에서는 플래닛 파트너스 재활용 프로그램(Planet Partners Recycling)에 의해 폐잉크 및 폐토너 카트리지에 대한 수거 및 재활용으로 공식적으로 진행하고 있다.

HP에서는 인쇄 품질에 영향을 미칠 수 있는 폐 카트리지의 사용후 재사용 대신 이를 폐기해 소재별로 분류한 후 재활용 하는데, 이 때 새로 생산되는 카트리지의 25%는 이러한 재활용된 카트리지를 원료로 사용하며 나머지 재료들 역시 재활용자원이나 에너지 원으로 사용된다.

이런 HP의 재활용 프로그램은 세계 45개국에서 시행되고 있으며 자세한 내용은 다음 링크에서 찾아볼 수 있다.

'h20423.www2.hp.com/program/suppliesrecycling/kr/ko/supplies/process.asp'

무조건 저렴한 프린터, 무조건 유지비가 가장 적게 드는 프린터를 선택하는게 아니라, 제품 구입시 품질과 유지비를 동시에 잡을 수 있는 제품을 소비자는 원하고 구입하게 된다. HP는 기술력에 있어 선도적인 위치에 있는 기업이며, 프린터 트랜드를 이끌어 나가는 기업이다.

기술개발에 투자를 안하는 기업은 제품의 경쟁력을 잃어가기 마련이며, 소비자도 외면하게 된다. 프린터의 성능과 잉크 및 토너에 지속적인 투자, 성능향상에 노력하는 HP의 행보를 기대해도 좋을 듯 하다.