주름 구조 다변화…각도 1도만 틀어도 색 변해
화폐·신분증 위조 방지에 ‘광학 지문’ 활용 기대

주름 구조별 앵무새 보안 이미지의 색 변화. 보는 각도에 따라 필름 위 앵무새 이미지의 색이 달라진다. UNIST 제공

광학 보안 필름을 개발한 UNIST 연구팀. 왼쪽부터 기계공학과 김태성 교수, 칼리안난 티야가라잔 박사, 지성준 연구원. UNIST 제공

평소에는 투명하다가 구부릴 때만 숨겨진 이미지가 나타나는 광학 보안 필름이 개발됐다. 주름 구조를 다변화한 덕에 미세한 각도 변화에도 색이 뚜렷하게 바뀌어 위조 방지 기술 등에 폭넓게 쓰일 전망이다.

UNIST 기계공학과 김태성 교수팀은 기하학적으로 설계한 주름 구조를 활용해 구부렸을 때 보는 각도에 따라 색이 변하는 광학 보안 필름을 개발했다고 8일 밝혔다.

이 필름은 유연하고 투명한 실리콘 소재인 폴리다이메틸실록세인(PDMS) 위에 키토산 막을 얇게 입혀 만든 것이다. 그 위에 포토마스크를 올린 뒤 자외선을 쬐어 특정 부분의 키토산 막을 단단하게 굳힌다. 유연한 PDMS와 단단한 키토산 막의 강성 차이로 인해 필름을 구부리면 표면이 압축되면서 미세 주름이 잡히고, 이 미세 구조가 빛을 반사·회절시켜 색을 띠게 된다.

연구팀은 표면 주름층 일부를 원형으로 비워내 주름이 여러 방향으로 뻗도록 했다. 원형 공간 주변으로 주름이 부채살처럼 퍼지면서 직선과 곡선 주름이 혼재하는 형태가 만들어진다. 빛이 여러 방향으로 회절하기 때문에 보는 각도가 1도만 달라져도 색이 변하고, 약 7도면 보라색부터 빨간색까지 가시광선 영역의 전 색상을 오간다.

기존 직선형 주름 필름이 전 색상을 나타내는 데 약 30도의 각도 변화가 필요했던 것과 대비된다. 연구팀이 앵무새 그림을 적용해 실험한 결과 0도부터 90도까지 회전하는 동안 이미지와 구조색이 지속해서 관찰됐다.

내구성도 확보했다. 필름을 500회 반복해서 구부려도 주름 방향과 구조색 반응이 그대로 유지됐다. 또한 동일한 보안 이미지라도 제품마다 주름이 갈라지거나 끝나는 위치가 미세하게 달라 고유의 광학 지문으로도 활용할 수 있다.

김태성 교수는 “주름이 여러 방향에서 잡히도록 설계해 작은 각도 변화에도 색이 빠르게 달라지도록 했다”며 “화폐와 신분증, 고가 제품의 위조 방지 표식뿐 아니라 광학 센서와 유연 디스플레이에도 활용할 수 있을 것”이라고 설명했다.

이번 연구는 UNIST 칼리안난 티야가라잔 박사와 지성준 연구원이 제1저자로 참여했으며, 기능성 소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’ 6월 25일 자에 출판됐다.

권승혁 기자 gsh0905@busan.com