‘주름’만으로 숨겨진 이미지 나타나…위조 방지·감응형 디스플레이 등 응용

나노 주름 기반 구조색 숨김 인식 가변형 필름 개발

굽힘 기반 숨김-인식 가변형 구조색 필름 기술의 개요. 연구그림=유니스트

색소 없이 주름을 이용해 투명 필름 위에 그래픽 이미지가 나타나게 하는 기술이 개발됐다. 위조 방지, 감응형 디스플레이 기술 개발에 도움이 될 전망이다.

울산과학기술원(UNIST) 기계공학과 김태성 교수팀은 투명 필름에 생기는 나노 주름을 접었다 폈다 하는 방식으로 단청 무늬와 같은 발색 패턴을 보이거나 숨길 수 있는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.

개발된 기술은 구조색의 발색 원리가 적용됐다. 구조색은 빛이 나노구조에 부딪히면서 간섭될 때 나타나는 색이다. 카멜레온이나 공작은 피부세포나 깃털에 있는 나노구조 덕분에 푸른빛 색소 세포 없이도 파란색을 만들 수 있다.

연구팀은 이 나노구조로 주름을 활용했다. 주름은 필름을 굽혔을 때만 나타나기 때문에 발색을 보이게 하거나 숨길 수도 있고, 주름의 간격과 높이를 조절해 다양한 색상을 만들 수 있다.

필름을 굽혔을 때만 주름이 나타나도록 이중층 필름 구조를 고안했다. 유연한 필름 위에 단단한 필름을 올리면 두 층간의 물리적 성질 차이로 인해 힘이 가해졌을 때 단단한 필름 표면에 나노 주름이 접힌다. 이는 엄지와 검지로 손등 피부를 꼬집어 밀었을 때 표피와 진피층의 밀도 등의 차이로 표피에 주름이 잡히는 것과 흡사한 원리다.

연구팀은 이중 포토리소그래피기술로 필름 한 장에 다양한 간격과 높이의 주름 픽셀을 만들어냈다. 주름들은 800~2400 나노미터(nm)의 간격과 100~450 나노미터의 높이를 가졌으며, 이를 통해 가시광선 전 영역을 빛깔을 낼 수 있는 것으로 확인됐다.



또 주름 픽셀을 기반으로 단청 문양을 패터닝 하는 데도 성공했다. 단청 문양은 투명 필름을 굽혔을 때만 나타났으며, 힘을 빼면 다시 투명 필름 상태로 돌아왔다.

김태성 교수는 “간단한 공정으로 가변형 구조색을 만들 수 있는 기술”이라며 “염료를 사용하는 기존 기술 달리 시간이 지나도 색이 바래지 않아, 위조 방지 외에도 자극 감응형 스마트디스플레이 등 분야에서 경쟁력이 있을 것”이라고 설명했다.

한편, 이 기술은 국내 위변조방지 솔루션 전문기업인 엔비에스티로 기술이전해 상용화에 사용될 계획이다.

이번 연구는 UNIST 칼리안난 티야가라잔(Kaliannan Thiyagarajan), 지성준 연구원이 제1 저자로 참여했으며, 기능성 소재 분야 국제학술지인 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)에 1월 29일 자로 온라인 선공개돼 정식 출판을 앞두고 있다.

투명 필름에 생기는 나노 주름을 접었다 폈다 하는 방식으로 단청 무늬와 같은 발색 패턴을 보이거나 숨길 수 있는 기술을 개발한 연구진. 왼쪽부터 지성준 연구원(제1저자), 칼리안난 티야가라잔 박사(제1저자), 전휘수 연구원. 사진제공=유니스트