초미세 레이저 패턴 가공기술로 명품 위조 원천봉쇄

자료제공 : 한국 기계 연구원(KIMM)

미래창조과학부 한국기계연구원(이하 기계연)이 초미세 패턴을 레이저로 제품에 직접 가공하여, 제품 시리얼넘버를 암호화 하는방식으로 위·변조 가능성을 원천 봉쇄할 수 있는 기술을 개발했다. 이번 연구는 미래창조과학부 한국기계연구원 연구운영비 지원 사업인 ‘BKT(Buy Kimm Tech)’ 프로그램을 통해 추진되었으며, 국내 특허등록 및 미국 특허 출원을 마쳤다. 현재는 중소기업 ㈜덕인과중소기업청 중소기업 융복합 기술개발사업으로 상용화 기술개발을 추진하고 있다.  

기존의 위·변조 방지 기술
컬러복사기와 프린터, 스캐너 같은 이미지 복제를 위한 장비 기술이 발전하면서 이미지를 보다 쉽고 정교하게 위조할 수 있는 환경이 도래했다. 이를 방지하기 위해 보다 복잡하고 어려운 기술들이 개발 및 적용되고 있다.
이 가운데 주로 이용되는 기술 중 하나인 홀로그램은 보는 각도에 따라 이미지가 바뀌며 정밀금형으로 패턴을 제작해 만들어야하기 때문에 프린터로는 복제가 불가능하다는 장점이 있었다. 하지만 계속되는 금형기술의 발전으로 제작단가가 줄어들고 다른 홀로그램을 만들기 위해서는 매번 정밀 금형패턴을 새로 제작해야 하는 단점이 있었다. 또 대부분 스티커방식으로 제작돼 제품에 부착되기 때문에 훼손가능성이 높고 위조품에 옮겨 붙일 수 도 있다.
최근에는 보는 방향에 따라 달리 보이는 기법도 적용되고 있지만 이미지를 이용한 위조 방지기법이라는 한계에 부딪히고 있다. 이미지 위·변조를 방지하기 위해서는 보다 복잡하고 어려운 이미지를 도입해야 하는데 이는 제작단가도 상승시키는 요인이 되기 때문이다. 
따라서 최근에는 정품에 QR(Quick Response) code를 부착하거나 화폐에 종이 사이에 전기 회로를 삽입하여 위조 방지에 사용하는 기술인 Circuit installation을 제작해 단순이미지 복제 방지가 아닌 정보저장으로 위조를 판별하는 방법들도 개발되고 있다. 하지만 QR code는 단순 복사만으로도 이미지 복제가 가능하므로 위조방지보다는 정보전달의 목적이 강하고, Circuit installation은 제작 공정과 분석에 복잡한 기술이 필요하다는 단점이 있다.

단점을 극복한 신기술
새로 개발된 기술은 단순 이미지 복제 장비로는 위조가 불가능하지만 패터닝과 분석은 빠르게가능한 비접촉식 광학 설계 방법을 제시했다. 고출력 펄스레이저를 이용하여 재료의 표면에 마치 빨래판의 줄무늬 같은 홈을 마이크로 크기로 빠르고 정확하게 제작하였으며, 이 회절패턴에 레이저를 조사하여 생성되는 각각 회절무늬 각도에 문자 및 숫자를 매칭함으로써 회절무늬들의 각도 조합에 따라 많은 정보를 기입할 수 있다. 그리고 스마트폰의 카메라가 격자패턴을 인식할 수 있도록 하면 레이저 없이도 패턴을 인식하여 쉽고 빠르게 위조감별을 할 수도 있다.
이번에 사용된 고출력 펄스레이저는 기존 레이저와 달리 레이저빔이 펄스 형태로 나오는 레이저이며 펄스의 피크 파워가 높은 하이 피크 파워 레이저는 간섭 현상을 만들어내기 힘들지만, 재료 표면을 직접 가공 할 수 있다는 장점이 있다. 또한 하이 피크 파워 레이저의 간섭을 이용하여 위·변조가 불가능한 10㎛ 수준의 고유한 패턴을 만드는데 성공했다. 이 기술을 이용하면 위·변조 방지용 마크를 제품 표면에 직접 제작할 수 있어 홀로그램 스티커를 떼거나 붙이는 등 위조의 위험을 현저하게 줄일 수 있다.
고출력 펄스레이서로 만들어진 고유의 패턴이 일련번호와 같은 역할을 하기 때문에 기존의 홀로그램 스티커와 일련번호를 하나로 통합한 효과를 낼 수 있다. 또한 위·변조 방지에 효과적일 뿐 아니라 위조 여부를 식별하는 시간도 줄일 수 있어 경제적이다.

신기술의 핵심
핵심기술은 금속표면에 A4 용지 1/10 수준 두께의 10㎛ 크기의 마이크로 홈(micro groove)을 0.1초 동안 100개 이상 가공하는 것으로 기존에는 포커스된 레이저빔의 회절 한계 때문에, 미세한 패턴을 가공하기 어려웠지만 연구팀은 레이저의 간섭효과를 이용한 독창적인 광학설계를 통해 이를 성공시켰다. 또 가공하면서 레이저간섭의 회전을 이용해 각각 패턴마다 고유의 회전 각도를 새겼고 이것이 일련번호 역할을 하도록 했다.

기계연에서 개발된 레이저 간섭 가공기를 이용해 위 마이크로 패턴들이 고속으로 제품 표면에 제작된다. 이런 방식으로 제품 표면에 제작된 마이크로 패턴들은 한 개의 회전각도가 한 개의 시리얼 넘버에 해당된다. 즉 위 그림 1에서 (a)의 마이크로 홈은 한 개의 시리얼 넘버를 나타내게 암호화 된다. 예를 들어, 10개의 시리얼 넘버를 제품에 표시하고 싶다면 (a)와 같은 마이크로 홈을 10개 제작하는 방식이다. 그림 1은 1㎜의 원안에 10㎛의 마이크로 홈(micro groove)들이 (a)는 세로 방향(90도 회전각도), (b)는 가로 방향(180도 회전각도), (c)는 135도 각도로 회전해 제작되는 것을 나타낸다.
각기 다른 회전 각도를 검출할 수 있는 검출기도 제작했다. 검출기를 이용하면 시리얼 넘버와 같은 제품 고유의 회전 각도를 측정할 수 있다. 미세 패턴에 그림 2와 같이 레이저가 조사되면, 미세 패턴에서는 회절이라는 광학적 현상이 일어난다. 이 회절에 의해서 미세 패턴의 회전 각도를 정확히 측정할 수 있다. 검출기는 10만 원~100만 원 선에서 제작할 수 있도록 개발되었는데, 이는 제품을 취급하는 곳마다 비치하고 고객에게 진품 여부를 그 자리에서 판단해 줄 수 있도록 하기 위해서다.

신기술의 활용 예시
2년 내 상용화를 목표로 중소기업 ㈜덕인과 중소기업청이 중소기업 융복합 기술개발사업으로 추진 하고 있는 신기술은 명품 시장에 진출하여 신뢰성을 확보하면, 수표나 여권 등에도 사용이 가능할 것으로 기대된다. 이 외에도 명품 시계, 가방, 금괴, 고가의 화장품, 골프채, 양주, 기밀문서 등의 위조 방지에 사용 될 수 있다.

노지환 책임연구원은 “기존 위·변조 방지기술은 금형제작 기술의 보급 등 기술발전으로 한계에 부딪히고 있다. 이번에 개발된 기술은 위·변조품 유통 위험을 줄이고 건강한 시장질서 유지에 기여할 수 있는 실생활에 도움을 주는 기술이 될 것이다.”라고 말했다.