멀티 스펙트럼 포토닉스 구조를 통한 가시광선-적외선 빛 제어구조 구현
차세대 위변조 방지를 위한 보안 어플리케이션에 활용 기대
지폐, 상품권에서 고가의 명품에 이르기까지 위변조 품목이 다양해지고 물량도 급증하면서 이를 해결하기 위한 새로운 차세대 보안용 위변조 방지기술이 필요하다. 국내 연구진이 다양한 정보를 한 곳에 담을 수 있는 차세대 보안용 위변조 방지기술을 개발했다.
지스트(광주과학기술원) 전기전자컴퓨터공학부 송영민 교수 연구팀은 다채로운 색상으로 구현된 이미지에 맨눈으로 볼 수 없는 적외선 정보를 담은 보안용 차세대 멀티 스펙트럼* 위변조 방지 디스플레이를 개발하는데 성공했다.
'멀티 스펙트럼(multi spectrum)'이란 특성에 따라 분류된 빛의 파장 범위인 스펙트럼의 다중 영역을 지칭하는 것으로 본 연구에서는 인간의 눈으로 관측 가능한 가시광 영역과 열화상 카메라로 관측이 가능한 적외선 영역을 활용하고 있다.
연구팀이 개발한 디스플레이는 육안으로는 가시광 전 파장 대역의 다채로운 색상 구현이 가능하여 일반적인 컬러 프린팅으로 보이지만, 적외선 영역을 감지하는 열화상 카메라로 관찰 시 감추어진 정보를 확인할 수 있다. 기존의 홀로그래피 방식이나 형광 물질 기반 방식의 보안 소자와 달리 본 디스플레이는 보안용 장치라는 인식 자체를 나타내지 않은 상태에서 여러 가지 정보를 포함할 수 있어 높은 보안 등급을 가진다.
기존에 멀티 스펙트럼 포토닉스 기술은 파장별 광학 특성을 독립적으로 제어해야 한다는 측면에서 개발에 어려움을 겪었으나 연구팀은 서로 다른 광학 공진 구조를 적용하여 가시광과 적외선 대역을 개별로 제어함으로써 단일구조에 두 가지 스펙트럼을 구현하는 데 성공했다.
가시광 영역은 수십 나노미터 수준의 초박막 구조에서 발색이 가능한 금속-고흡수 매질로 구성된 초박막 발색구조를 적용하였으며, 적외선 영역은 마이크로 홀 패턴을 활용한 플라즈모닉 구조*를 통해 선택적으로 강한 흡수를 구현해 매우 얇은 두께(~3 μm)에서 멀티 스펙트럼 특성을 구현하였다.
플라즈모닉 구조(plasmonic structure)란 빛과 전자와 상호작용에 의해 발생되는 전자들의 집단 진동 현상으로 구조 표면에서 전기장이 증가하게 되며 특정한 파장에서 강한 흡수를 일으키는 구조를 말한다.
해당 기술은 가시광 색상 구현 및 적외선 영역 정보 기입을 위해 이제까지 매우 제한적인 기판에서만 제작이 가능했던 한계를 벗어나 매우 얇은 두께의 유연 소자기판에서 구현이 가능하다. 또한 동작을 위한 별도의 에너지가 필요하지 않아 금융권, 관공서, 군사 등 보안이 요구되는 다양한 분야에 활용될 수 있다.
지스트 송영민 교수는 “멀티 스펙트럼의 빛 제어를 유도함으로써 위변조를 방지하는 기술이 한층 더 강화되었다”면서, “향후 능동 변조가 가능한 물질을 적용하여 실시간으로 이미지를 변화시키는 차세대 초소형 보안용 디스플레이로의 개발이 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 미래소재디스커버리사업, 기초연구실지원사업 및 지스트 GRI 지원과제로 수행되었으며, 연구 결과는 국제학술지 어드밴스드 옵티컬 머트리얼즈(Advanced Optical Materials, IF: 9.926)에 2021년 9월 4일 표지논문으로 게재되었다.