특허 개요
본 특허는 색소나 복잡한 나노 구조 없이 빛의 반사와 간섭으로 색을 표현하는 반구형 구조색 마이크로 입자 및 이를 이용한 식별 표지 기술입니다. 제1·제2 소수성 물질과 공용매로 액적을 형성한 뒤 상분리와 선택적 제거를 거쳐 볼록면과 오목면이 연속된 입자를 만들며, 입사광은 오목면을 통해 들어가 볼록면에서 반복 전반사된 후 다시 오목면으로 출사하면서 간섭 구조색을 발현합니다. 입자 반경과 곡면 각도를 제어하고 기판 위 구조색층으로 배치해 색상 표현과 입자 배향을 설계할 수 있습니다.
- 핵심 기능
친수성 상에서 소수성 복합 액적을 만들고 공용매를 제거해 야누스 볼 형태의 두 구획을 형성한 후, 제1 소수성 물질 구획을 제거하여 오목·볼록 곡면을 가진 입자를 제조합니다. 제조된 입자는 오목면 입사광이 볼록면에서 전반사되는 광경로를 형성하고, 출사광 간섭에 따라 구조색을 나타내며 기판 위 식별 표지 또는 코팅층으로 활용됩니다.
- 차별 강점
종래 나노구조 기반 구조색은 제작 공정이 복잡하고 비용 부담이 있으며, 미세구 매립 또는 마이크로 돔 직접 인쇄 방식은 활용 범위에 제약이 있었습니다. 본 특허는 액적 상분리와 선택적 물질 제거를 이용해 마이크로 곡면 구조를 형성함으로써, 나노구조 없이 전반사·간섭 기반 구조색을 구현하는 점에서 차별화됩니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 광학 보안소자, 구조색 잉크, 기능성 코팅, 미세유체 기반 입자 제조 및 자기장 반응형 광학소재 분야에 활용 가능하며, 입자 크기·형상·재료 조합별 색상 구현 연구로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 위조 방지 마크와 식별 표지, 장식용 물품, 표시 장치, 패키징·브랜드 보안용 코팅 및 색변환 장치로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
폴리스티렌, PMMA 또는 PPC 기반 반구형 구조색 마이크로 입자를 제조하고, 액적 템플릿에서 야누스 볼을 거쳐 오목면과 볼록면을 가진 입자가 형성됨을 확인했습니다. 입자 반경, 폴리스티렌과 실리콘 오일의 부피비, 볼록면 기하학적 각도 및 재료·오일 조합에 따른 구조색 변화를 관찰했으며, 실제 식별 표지 환경에서의 장기 성능은 추가 검증이 필요합니다.
- 시료: 폴리스티렌·PMMA·PPC 기반 반구형 구조색 마이크로 입자
- 비교 항목: 입자 반경, 폴리스티렌:실리콘 오일 부피비, 볼록면 기하학적 각도 및 재료·오일 조합
- 제조 조건: 폴리스티렌 10mg·실리콘 오일 30mg·클로로포름 2.7mL, 40℃에서 24시간 공용매 증발
- 유동 조건: 내부 유속 200～450㎕h⁻¹, 외부 유속 1,500～4,200㎕h⁻¹
현재 성과
반경 9.2㎛, 10.8㎛, 13.9㎛의 입자에서 각각 다른 반사 피크가 확인되어 입자 크기에 따른 색상 조절 가능성을 보였습니다. 반구형 입자는 반경에 따라 서로 다른 구조색을 나타냈고, 넓은 시야각에서 구조색이 관찰되었습니다.
실시예 제조를 통해 액적 템플릿과 야누스 볼 중간 단계를 거쳐 오목면과 볼록면을 가진 반구형 입자를 얻었습니다. 실시예 입자에서 볼록면 각도는 약 81°, 오목면 각도는 약 20°로 확인되었으며, 재료와 오일 조합을 바꾼 경우에도 유사 형태의 구조색 입자가 제조되었습니다.
기존 구조색 기술은 주로 나노구조 제작 또는 미세구 매립·마이크로 돔 직접 인쇄에 의존했습니다. 본 특허는 오목면과 볼록면이 연결된 반구형 입자에서 반복 전반사와 간섭을 이용하며, 액적 상분리와 제1 소수성 물질 제거로 해당 곡면 구조를 제조하는 점이 차별점입니다. 볼록면 기하학적 각도가 90°를 넘으면 구조색이 현저히 감소하는 특성을 고려해 형상 설계 범위를 제시했습니다.
상용화까지 남은 부분
대면적·고속 생산에 적합한 미세유체 제조공정의 확립
구조색 잉크·코팅의 장기 내구성, 부착성 및 제조 재현성 검증
실제 식별 표지 환경에서의 위조방지 성능과 판독 안정성 검증
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
반구 형태의 구조색 마이크로 입자, 이를 포함하는 식별 표지 및 구조색 마이크로 입자의 제조 방법
10-2023-0013724 (2023.02.01)
1020240121379 (2024.08.09)
1028782620000 (2025.10.24)
김신현 (한국과학기술원), 양이 (한국과학기술원), 김종빈 (한국과학기술원), 남성경 (한국과학기술원)
한국과학기술원
한국과학기술원