POSTECH 노준석 교수 연구팀, 편광 광학 암호화 가능한 나노 구조체 개발

POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 기계공학과·화학공학과 노준석 교수, 화학공학과 통합과정 정충환 씨, 기계공학과 통합과정 양영환씨 연구팀은 나노 구조체를 이용해 빛의 편광에 따라서 풀 컬러 이미지를 암호화할 수 있는 가변형 디스플레이 소자를 구현하는 데 성공했다. 

이번 연구 성과는 국제학술지 ‘나노포토닉스(Nanophotonics)’에 최근 게재됐다.

연구팀이 새롭게 개발한 디바이스는 메타 표면이라고 불리는 머리카락보다 약 천 배 가까이 얇은 두께의 미세 구조로 제작됐다. 

메타 표면 내부에 있는 주기적인 배열된 미세 구조체들을 통해 다양한 색상을 표현할 수 있는 것으로 알려져 있다.

이번에 제작된 미세 구조체들은 매우 작은 픽셀 크기이기 때문에 높은 해상도(약 40,000dpi)와 넓은 시야각을 가지는 동시에 얇은 두께로 제작돼 스티커 형태로도 제작할 수 있다.

다양한 색상 발현에 집중했던 기존 연구들과 다르게, 이번 연구에서는 들어온 빛의 편광에 따라서 ‘켜짐(ON)’ 상태와 ‘꺼짐(OFF)’ 상태를 조절할 수 있다. 

새로 개발된 디바이스는 ‘켜짐’ 상태에서는 풀 컬러 이미지를 보여주고, ‘꺼짐’ 상태에서는 어떠한 이미지도 보여주지 않는다.

이 디바이스는 하나의 이미지를 끄고 켤 수 있을 뿐 아니라 서로 다른 이미지를 전환하는 것도 가능하다. 

구체적으로 살펴보자면 연속된 3개의 나노 구조체를 배치함으로써 기존 연구보다 높은 색 재현율을 구현할 수 있다. 

총 125종류의 구조체를 적절하게 구성하여 풀 컬러 그림을 암호화했고, 편광에 따라서 완벽하게 꺼지는 것을 실험을 통해 입증했다.

이런 특징을 활용하면 차세대 위변조 방지 장치로 실생활에서 활용할 수 있다. 예를 들어 그냥 보면 단순한 컬러 이미지이지만 특수한 필터를 사용할 경우 제조 번호가 보이도록 디자인된 보안 라벨로 제작할 수 있다. 

초고해상도 특성을 이용해 고용량의 데이터 보안 알고리즘을 삽입하면 전통적인 라벨 방식을 벗어나 새로운 보안 장치로 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

제1저자인 정충환 씨는 “이번에 개발된 디바이스는 수천 배의 배율을 갖는 전자현미경을 이용하지 않으면 구조를 파악할 수 없고 나노미터 규모의 생산 설비가 있어야 하므로 실질적으로 위조가 불가능하다”고 말했다.

노준석 교수는 “입사광의 편광 성분에 따라서 풀 컬러 이미지를 끄고 켤 수 있는 초고해상도 소자형 디스플레이”며 “이러한 디스플레이는 여러 이미지를 동시에 저장할 수 있으며 광학적 암호화 기술에 응용될 수 있다”고 덧붙였다.

한편, 이 연구는 삼성전자 미래기술육성센터의 지원으로 수행됐다.