특허 개요
본 특허는 미세 돔의 크기와 배열을 설계해 여러 색의 이미지를 만드는 마이크로 돔 어레이 기반 구조색 그래픽 기술입니다. 폭이 다른 포토레지스트 미세 패턴을 단일 열 리플로우 공정으로 서로 다른 곡률 반경의 돔으로 전환하고, 역상 몰드 전사로 베이스부와 돌출 돔이 일체화된 필름을 형성합니다. 각 돔의 볼록면에서는 반복 전반사와 광 간섭에 따른 재귀반사 구조색이 발생하며, 돔 직경·조합비·배치 밀도를 달리해 색상과 명도를 설계합니다.
- 핵심 기능
포토리소그래피로 폭이 다른 마이크로 기둥 또는 선형 패턴을 만들고, 열 리플로우로 반구형 돔 또는 헤미실린더형 돔 패턴을 동시에 형성합니다. 이 형상을 음각 몰드로 전사한 뒤 굴절률 수지를 경화해 어레이를 제작하며, 돔 내부의 반복 전반사와 간섭으로 평탄면 측에서 구조색을 관찰합니다.
- 차별 강점
나노구조 기반 구조색은 제작 공정이 복잡하고 비용 부담이 있으며, 미세구를 매립하거나 돔을 직접 인쇄하는 방식은 제조 시간이 길고 돔 밀도 제약으로 해상도가 낮아질 수 있습니다. 본 특허는 단일 리플로우 공정에서 폭 차이를 곡률 차이로 전환하고, 개별 마이크로 돔의 색 발현과 혼합을 이용해 다색 그래픽 및 명도 표현을 구현하는 방식입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 재귀반사 광학, 구조색 소재, 미세패터닝, 광학 필름 및 보안 식별 기술 분야에 활용 가능하며, 위조 방지 패치·식별 마크·보안 인쇄·표시 장치용 광학 필름 개발로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 브랜드·제품 장식용 그래픽, 보안 라벨, 표지 소재, 화장품 및 페인트용 색 표현 소재 등 색소 대체형 광학 디자인 제품군으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
PDMS 마이크로 돔 어레이와 헤미실린더형 마이크로 돔 어레이를 제작해 재귀반사 구조색, 입사각에 따른 색 변화, 돔 직경 및 조합비에 따른 조색, 돔 밀도에 따른 명도 표현을 확인했습니다. 대면적 제조 균일도와 수율, 반복 압축 및 환경 노출 내구성, 실제 제품 적용 시 장기 광학 안정성은 추가 검증이 필요합니다.
- 시료: PDMS 마이크로 돔 어레이 및 헤미실린더형 마이크로 돔 어레이
- 광학 평가 항목: 마이크로 돔 직경·조합비·입사각·돔 밀도·편광 배향에 따른 구조색 변화
- 제조 조건: 실시예1은 135℃에서 5분 리플로우, PDMS 프리폴리머와 경화제 10:1 혼합 후 80℃에서 4시간 경화
- 패턴 조건: 실시예2는 선폭 8㎛～22㎛의 선형 마이크로 패턴 적용
현재 성과
마이크로 기둥 폭을 조절해 곡률 반경이 다른 돔과 서로 다른 구조색을 형성하고, 서로 다른 직경의 돔 조합으로 조색 가능성을 확인했습니다. 단위 영역 내 돔 배치 수를 달리해 단일 구조색 그래픽의 명도도 표현할 수 있습니다.
PDMS 마이크로 돔 어레이와 선형 패턴 기반 헤미실린더형 어레이를 제작해 재귀반사 구조색을 관찰했습니다. 입사각 변화에 따른 색 변화, 포토마스크 도트 조합에 따른 다색 그래픽, 편광 배향에 따른 밝기 변화 특성을 실시예 조건에서 확인했습니다.
나노구조 기반 구조색이나 미세구 매립·직접 인쇄 방식과 달리, 폭이 다른 동일 높이의 미세 패턴을 단일 리플로우하여 서로 다른 곡률 반경의 돔을 형성합니다. 개별 마이크로 돔의 재귀반사 구조색을 조합해 다색 그래픽을 구성하고, 베이스부와 볼록부를 동일 재료로 일체 형성하는 점이 차별성입니다.
상용화까지 남은 부분
대면적 제조 시 마이크로 돔 크기·형상·배열의 균일도와 공정 수율 검증
반복 압축, 온습도 및 광 노출 환경에서의 구조색 유지와 기계적 내구성 검증
보안 라벨·표시 장치 등 실제 적용 환경에서의 장기 광학 안정성 및 양산 재현성 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
다색 재귀반사 그래픽을 생성할 수 있는 마이크로 돔 어레이 및 그 제조 방법
10-2024-0107967 (2024.08.13)
1020260024535 (2026.02.23)
미등록 (심사 중)
김신현 (한국과학기술원), 손채림 (한국과학기술원)
한국과학기술원