"평상시 투명, 구부리면 무늬"…UNIST, 광학 보안 필름 개발

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = 평상시에는 투명하지만 살짝 구부리면 숨겨진 이미지가 다채로운 색으로 나타나는 차세대 위조 방지 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 미세한 각도 변화만으로도 선명한 색상 변화를 구현해 화폐와 신분증, 고가 명품 등의 정품 인증에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

울산과학기술원(UNIST) 기계공학과 김태성 교수팀은 기하학적으로 설계된 주름 구조를 활용해, 보는 각도에 따라 다양한 구조색(Structural Color)을 띠는 '광학 보안 필름'을 개발했다고 8일 밝혔다.

구조색은 화학적 염료 없이 표면의 미세·나노 구조가 빛을 반사, 회절, 간섭시키며 만들어내는 색이다. 색이 바래지 않고 내구성이 뛰어나며 친환경적이라는 장점이 있다. 연구팀은 유연한 필름을 구부릴 때 발생하는 표면의 주름을 이러한 미세구조로 활용했다.

핵심 기술은 주름의 방향과 곡률을 자유자재로 제어한 데 있다. 기존 주름 기반 구조색 필름은 주름이 한 방향 혹은 무작위로 정렬돼 특정 관찰 각도에서만 색이 나타나는 한계가 있었다. 연구팀은 자외선 경화성 키토산(UVCC)과 유연한 실리콘(PDMS) 이중층 필름을 제작한 뒤 키토산 층 일부에 원, 삼각형 등 기하학적 빈 공간(패턴)을 고안했다.

필름을 구부리면 두 소재의 강성 차이로 인해 주름이 잡히는데, 이때 빈 패턴 주변의 응력이 변하면서 주름이 부채살처럼 퍼지거나 휘어지게 된다. 서로 다른 방향을 가진 곡선 주름들이 빛을 여러 갈래로 회절시킴으로써 색 변화의 각도 의존성을 획기적으로 개선한 것이다.

실제 성능 평가 결과 기존 직선 주름 필름이 가시광선 영역의 모든 색을 구현하기 위해 약 30도의 각도 변화가 필요했던 반면 이번에 개발된 필름은 단 7도만 각도를 틀어도 보라색부터 빨간색까지 전 영역의 색 변화를 나타냈다. 최대 23.8 ㎚/°의 우수한 각도 분산 응답성을 기록해 보는 각도를 1도만 바꿔도 또렷한 색상 변화를 감지할 수 있다.

김태성 교수는 "주름이 여러 방향에서 잡히도록 설계해 작은 각도 변화에도 색이 빠르게 달라지도록 했다"며 "화폐와 신분증, 의약품 포장 등의 위조방지 표식은 물론, 미세한 움직임을 색으로 감지하는 광학 센서와 각도 감응형 디스플레이 등 첨단 산업에도 폭넓게 활용할 수 있을 것"이라고 강조했다.

이번 연구는 UNIST 칼리안난 티야가라잔 박사와 지성준 연구원이 제1저자로 참여했으며, 재료 분야 세계적 권위지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)'에 지난 6월 25일 자로 출판됐다. 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단과 UNIST의 지원을 받아 수행됐다.


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