KR100999035B1 - 광학 가변 부재 및 그 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2개의 층(1,2)의 적어도 부분적인 영역에 파묻혀 있는 광학적으로 작용하는 경계 표면(3)을 포함하고, 상기 경계 표면(3)은 관찰의 눈에 3차원의 외형이 보이도록 예정된 면적을 갖추고 있다. 이렇게 미리 형성된 면적을 강조하기 위해서, 경계 표면(3)의 렌즈-형 부분 영역에 의해 예정된 면적이 형성되고, 학대, 감소 또는 뒤틀림 효과를 생성한다. 본 발명은 또한 가치 입증(valuable) 서류 또는 보호하고자 하는 객체의 위주 방지 보안 부재로서, 특히 전사 필름 또는 라미네이팅 필름의 장식용 층 결합체의 일부로서 광학 가변 부재의 용도에 관한 것이다.

홀로그램, 인증, 보안, 서류, 회절, 광, 층, 반사, 회절, 굴절, 표면, 인터페이스

Description

광학 가변 부재 및 그 용도{Optically Variable Element And Use Thereof}

본 발명은, 적어도 표면 일부에서 바람직하게는 층 복합물의 2개의 층 사이에 파묻혀 있고 (가상) 기준 표면과 관련하여 공간적으로 돌출되거나 함몰되어 있는 광학 효과 구조물(optically effective structure)을 형성하는 인터페이스(interface)를 갖추고 있는 광학 가변 부재(optically variable element)에 관한 것으로서, 상기 광학 효과 구조물은 알파벳 문자, 기하학적 도형 또는 다른 객체의 형태를 관찰자에게 3차원으로 보이도록 하는 적어도 하나의 자유-형태 표면(free-form surface)을 갖추고 있다.

전술한 종류의 광학 가변 부재는 예를 들어, 가치 보존 서류, 예컨대 어음, 수표 등, 신분증 및 여권, 신용 카드 또는 보호하려는 다른 물품의 진정성을 확인하거나 또는 인증하도록 하는 보안 부재로서 사용된다. 이러한 광학 가변 부재(optically variable element)는 또한 장식을 목적으로 사용되므로, 종종 보안 부재로서의 용도 및 장식용 부재로서의 용도에 대해 한계를 짓는 것이 애매하다. 이와 관련하여, 예를 들어 담배, 고가의 화장 용품 등과 같은 특정 물품의 진정성 입 증을 해당 부재에 의해 보증하여야 하는 상황에 처할 때 적용되는 보안 부재는 또한 특수한 장식 효과를 가져야 하는 필요성이 요구된다.

보안 또는 장식용 부재로서 사용하기 위해서, 공지된 광학 가변 부재는 일반적으로 전사 필름, 특히 고온 스탬핑(hot stamping) 필름의 형태로, 또는 라미네이팅(laminating) 필름의 형태로 해당되는 기판에 적용되며, 이 경우 광학 효과 구조물(optically effective structure)을 형성하는 인터페이스(interface)가 2개의 해당 래커(lacquer) 층 사이에서 제공된다. 전사 필름의 경우 래커 층은 캐리어(carrier) 필름으로부터 기판으로 전사될 수 있는 장식용 층 결합체의 부분이며, 래커 층 대신에 접착층을 제공하거나 또는 래커층이 접착 특성을 가질 수도 있다. 라미네이팅 필름의 경우 인터페이스는 주로 동일한 방법으로 제조된다. 그러나 라미네이팅 필름과 전사 필름의 차이는, 라미네이팅 필름의 경우, 라미네이팅 필름이 기판에 적용되어 있을 때 장식 부재로서 사용되는 접착층 및 래커가 캐리어 필름에 있다는 것이다. 마지막으로 패키징 또는 장식용 필름은 기본적으로 라미네이팅 필름과 유사함을 알 수 있지만, 예를 들어 패키징을 목적으로 한 이러한 필름은 기판에 라미네이팅되지 않고, 사용되는 것을 알 수 있다.

이와 관련하여, 2개의 층, 특히 래커층 사이의 인터페이스, 또는 공기와 관련된 적절한 구조화 방법에 의해 3차원 효과가 나타날 수 있음은 이미 공지되어 있다. 예를 들어, 수표 및 신용 카드에 있어서, 특정 객체가 보는 각도에 따라 다른 위치 또는 시각으로 외형이 나타나게 하거나 또는 광학 가변 부재에 의해 캐리어 표면으로부터 해당 객체가 3차원으로 서 있는 것과 같은 효과를 관찰자에게 줄 수 있다.

지금까지의 3차원 효과는 일반적으로 홀로그램 형식으로 생성되었으며, 한편으로는, 이와 같은 방법은 해당 층의 복제에 필요한 마스터(master)를 제조하는데 비교적 높은 수준의 장치 비용이 소요된다는 단점을 안고 있다. 그 밖에도, 홀로그램형 제조 구조물은 극심한 광학적 단점을 수반한다. 특히 이들의 광채(shine)가 종종 결함이 된다. 한편, 일반적으로 특정한 컬러 효과에 의해서도 해당되는 광학 가변 부재 자체의 우수성을 증가시킬 수 있는 방법은 없다.

이에 따라, 본 발명의 목적은 관찰자의 관점에서 지금까지 공지되어 있지 않은 효과를 나타내며 또한 디자인 배치와 관련하여 가능한 많은 수의 변형을 디자이너에게 제공할 수 있는 광학 효과 구조물(optically effective structure)을 제조하도록, 공지되어 있는 매우 광범위하고 다양한 공정으로 용이하게 제조될 수 있는 광학 가변 부재(optically variable element)를 제공하는 것이다.

전술한 일반적인 종류의 광학 가변 부재에 있어서, 본 발명과 관련하여본 발명의 목적은 자유-형태 표면(free-from surface)이 인터페이스의 일부분의 영역에 형성되며, 상기 일부분의 영역은 렌즈-형 배치(lens-like configuration)로 이루어져서 확대, 축소, 또는 뒤틀림 효과를 나타내는 자유-형태 부재(free-form element)를 형성한다.

이에 따라, 지금까지 3차원 자유-형태 표면, 예를 들어 새, 기호 또는 문자 조합, 사진, 인물 사진, 산 등은 단지 보는 각도의 변경에 따라 그들의 위치를 변환할 수 있거나 또는 이들이 기판의 표면 위로 프로우트(float)되어 보이도록 하는 방식으로 보여 질 수 있지만, 이와는 완전히 다른 광학 효과가 본 발명에 따라 제안된다. 이 광학 가변 부재는 자유-형태 표면, 예를들어, 기호, 숫자(digit) 또한 임의의 다른 객체, 로고(logo)등이 기판의 표면과 관련하여 전방으로 만곡되어 있거나 물러나 있는 것처럼, 즉, 만곡된 표면이 자유-형태 표면의 영역에 있는 것처럼 보여지도록 한다. 관찰자의 관점에서, 특정한 공간적 깊이의 광학 효과 구조물에 대해서 아직까지 알려지지 않은 신규한 효과를 나타내며, 또한 인터페이스의 렌즈-형 부분 영역의 적절한 배치(configuration) 및 결합체로 인해, 특히 특별한 광학 효과가 달성될 수 있으며, 이것은 해당 광학 가변 부재의 인식 가치 및 인증 효과를 크게 개선시킨다.

만약 자유-형태 표면의 크기가 매우 작다면, 즉 예를 들어 라인 두께가 매우 작은 영문자를 포함한다면, 광학 가변 부재에 대한 본 발명의 효과는 굴절 렌즈 구조물과 같은 배치로 이루어진 자유-형태 표면에 의해서도 달성될 수 있다. 그러나, 광학 효과 구조물을 형성하는 인터페이스가 정렬되는 층들은 단지 두께와 관련해서 매우 제한될 수 있는 래커 층이라는 것을 유념하여야 한다. 비교적 얇은 래커 또는 접착층이 포함되는 경우에도, 본 발명에 따른 목적한 효과를 달성할 수 있도록 하기 위해서는, 자유-형태 표면의 격자(grating) 깊이가 10㎛이하이고, 격자라인(grating line)이 자유-형태 표면의 윤곽 라인을 실질적으로 따르는 격자 라인을 갖는 격자 구조물(grating structure)의 회절 자유-형태 부재(diffractive free-form element)의 형태로 이루어지는 것이 바람직하며, 자유-형태 표면의 중앙 영역으로부터 이것의 에지를 따르는 격자 라인의 간격은 감소되거나 또는 증가되어 연속적으로 변화한다.

본 발명에 따른 광학 가변 부재의 배치에 있어서, 자유-형태 부재의 격자 구조는 격자 그루브(grating groove)의 각각의 하나의 프랭크(frank)들이 서로 평행하게 연장되며 (가상)기준 표면의 수직선에 대해 실질적으로 평행하도록 된 배치로 이루어질 수 있으며, 기준 표면의 수직선에 대한 격자 그루브의 각각의 다른 프랭크의 각도가, 하나의 격자 그루브로부터 다른 격자 그루브로 실질적으로 연속되어 있는 격자 라인과 관련하여 가로 방향을 따라 변환하며, 격자 구조물은 단면이 감소되어 지는 것이 자명하다.

이러한 격자 구조물의 제조는 바람직하게는 레이저 또는 전자 비임 리소그래픽(lithography) 기기에 의한 소위 '다이렉트 라이팅(direct writing)공정'에 의해 수행되며, 이것을 사용함에 의해 특수한 격자 구조물, 즉 자유-형태 부재의 바람직한 광학 효과를 실제적으로 정확하게 나타내도록 하는 것이 가능하다.

그러나, 프랭크가 서로 관련된 각도로 정렬되어 있는 격자 그루브로 이루어진 상술한 격자 구조물은 '다이렉트 라이팅(direct writing)'과는 다른 방법으로 제조되는 것이 가능한데, 더욱 상세하게는 이것은 기준 표면에서의 수직선에 대해 각도를 이루며 연장된 격자 그루브의 프랭크가 스텝식 배치(stepped configuration)로 이루어지는 경우이며, 이러한 경우 그것의 광학 효과와 관련하여, 기준 표면에서 수직선에 대해 각도를 이루며 연장된 프랭크는 스텝식으로 형성되는 표면에 인접하도록 이루어져 있다. 격자 그루브의 프랭크가 상기 배치로 이루어지는 경우, 예를 들어 마스크 수단(means of mask)에 의해 조작되는 것이 가능하며, 이 경우 (경사져 있는) 프랭크의 스텝이 형성되어 있는 해상도(resolution)의 미세함은 사용되는 마스크(mask)의 수, 즉 목적한 스텝의 수에 따라 좌우된다. 이와 관련하여, 해당 프랭크를 4개 또는 8개의 스텝으로 분할하는 것은 다양한 활용 상황을 보아 이미 충분하다. 그러나 고도한 품질의 필요성이 요구될 때, 예를 들어 64개의 스텝을 제공하는 것이 가능하며, 이것을 제조하기 위해서는, 다른 마스크를 사용하는 해당하는 수의 노출 조작(exposure operation)이 필요하다.

특별한 경우, 매우 단순한 자유-형태 부재의 격자 구조물을 제조하는 것은 격자 구조물이 실질적으로 사각형 격자 그루브 및 격자 랜드(land)를 갖는 2중 구조물(binary structure)일 때 달성될 수 있으며, 자유-형태 부재의 격자 구조물의 격자 그루브의 깊이는 전체 자유-형태 표면에 걸쳐 대략적으로 동일하도록 배치되는 것이 바람직하며, 즉 굴절력(refractive power)의 변화(다른 방향으로의 광의 회절)는 단지 적절하게 변화되는 격자 그루브 및/또는 격자 랜드의 폭에 의해 달성된다.

본 발명에 따라, 격자 구조물에 의해 형성된 회절 자유-형태 부재의 특수성은, 굴절 렌즈와는 달리, 회절 렌즈 구조물은 객체에 조명을 가하거나 또는 보는데 사용되는 광 파장에 따른 다른 시각적 임프레션을 생성함에 따라, 다시 한번 특정한 디자인 또는 보안 효과를 달성하는 것이 가능하다는데 있다.

본 발명에 따른 3차원으로 나타나는 자유-형태 표면을 생성하는 또 다른 가능한 방법은, 자유-형태 표면이 홀로그램형 제조 자유-형태 부재(holographically produced free-form element)에 의해 형성된다는 것이며, 그러나 이와 관련하여 홀로그램형 제조 렌즈는 회절 렌즈 부재와 비교하여 특정한 단점을 갖는다. 예를 들어 자유-형태 표면의 배치가 비교적 단순할 때만, 렌즈 부재가 합리적인 비용으로 홀로그램형으로 제조될 수 있다. 또한, 이것의 사인형 구조물(sinusoidal structure) 때문에, 홀로그램형 제조 렌즈는 외형이 매우 선명하지 않으며 비 균등성(non-homogenetries)의 문제를 겪게 되어, 렌즈에 의해 생성되어지는 시각적 외형이 역으로 영향을 받게 된다. 그밖에도, 특정한 컬러 효과는 디자인 배치와 관련하여 홀로그램형 제조 렌즈 부재로는 목적한 정도로 자유롭게 달성될 수 없다.

근본적으로 본 발명에 따라 디자인된 자유-형태 표면을 갖는 광학 가변 부재는 보안 또는 장식용 부재로서 사용되는 것을 알 수 있다. 그러나, 바람직하게는 자유-형태 표면은, 관찰자에 대해서 다른 광학 효과를 나타내는 광학 가변 부재를 갖는 부분 영역 뿐만 아니라, 자유-형태 부재를 포함하고 있는 전체 구조물이 광학 작용을 하는 결합체로 이루어진다. 예를 들어, 자유-형태 부재는 광학 회절 효과를 갖는 통상적 구조물과 결합되어, 공지된 바와 같이, 예를 들어 모션 효과(motion effect), 플립(flip), 2개의 다른 표현물의 변화 등을 생성하도록 한다. 또한 하나의 광학 가변 부재에서 복수개의 자유-형태 부재를 조합하는 것이 가능하다. 예를 들어, 각각 그 자체의 자유-형태 부재를 형성하는 글자 또는 아라비아 숫자로부터 하나의 단어 또는 숫자를 뽑아내어, 상기단어 또는 숫자가 나머지 광학 가변 부재와 비교해서 3차원적으로 강조되는 것 같은 임프레션을 줄 수 있다는 것을 알 수 있다. 복수개의 자유-형태 부재가 서로 끼움식(interleave)으로 위치되어, 조명 또는 보는 방향을 다르게 하는 경우, 다른 자유-형태 부재가 개별적으로 식별될 수 있도록 하여 효과를 뛰어나게 할 수 있다. 본 발명에 따라, 예를 들어, 매트(matt) 효과, 반사성(specular) 표면 등을 포함하는 많은 수의 조합이 가능하며, 이와 관련하여 상세한 설명은 하지 않는다.

광학 효과 구조물이 얇은 필름 결합체와 전체 또는 영역식 조합 방법으로 결합됨에 의해, 중요한 점은 보는 각도에 따라 특정 컬러로 변환되는 것을 달성할 수 있다는 것이다. 또한 반도체성 층을 사용함에 의해 특별한 효과가 달성될 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 만약 해당되는 효과의 관찰이 단지 상단에서의 광에 의해서만, 즉 반사 모드(reflection mode)에서 발생한다면, 금속층에 의해 형성된 반사 개선 코팅재 (reflection-enhancing coating)가 적어도 일부영역을 따라(region-wise) 포함된 광학 효과 구조물을 형성하는 인터페이스를 제공한다. 주목하여야 할 것은 반사 개선 코팅재로서 금속층 대신에 인접층과 관련하여 적절하게 다른 굴절율을 갖는 유전체 층(dielectric layer) 또는 적절하게 배치된 복합층 결합체 또는 반도체성 코팅재를 채용하는 것이 가능하다는 것이다.

반사-개선 코팅재가 적어도 하나의 자유-형태 부재의 레지스터 릴레이션쉽(register relationship)에 포함되는 간단한 방법으로 본 발명에 따른 자유-형태 부재를 강조하는 것이 가능하며, 레지스터 릴레이션쉽은 반사-개선 코팅재가 단지 자유-형태 부재의 영역에만 존재하거나 또는 자유-형태 부재를 에워싸는 반사-개선 코팅재가 없는 광학 가변 부재의 영역에만 정확하게 위치할 수 있도록 한다. 이 배치는 예를 들어 반사에 있어서만 매우 뚜렷한 효과, 예를 들어 모션 효과, 이미지 변화 등을 생성하는 자유-형태 부재, 부재들 또는 구조물 주변에 제공될 때 매우 바람직하다.

금속층이 코팅재로서 사용될 때, 반사-개선 코팅재와 관련된 레지스터 릴레이션쉽은 공지되어 있는 공정 또는 인터페이스 층의 영역에 따라 탈 금속 처리함에 의해 용이하게 생성될 수 있다.

전술한 설명으로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 광학 가변 부재는 다른 방법으로 매우 폭넓게 다양한 목적으로 사용될 수 있다. 그러나, 가치 보존 서류 또는 보호하고자 하는 물품의 위조와 관련하여 보안부재로서 본 발명에 따른 광학 가변 부재를 사용하는 것이 유리하다. 특히 본 발명에 따라 제공된 렌즈형 자유-형태 부재는, 지금까지 공지된 특징과는 다른 신규한 방법에 의해, 해당 서류 또는 보호하고자 하는 물품에 대한 사용자들에게는 놀라운 방식으로, 보안 부재에 대한 부가적인 인증 또는 안전 특징을 도입할 수 있는 가능성이 있다.

보안 부재로서 본 발명에 따른 광학 가변 부재를 사용하는 것은 광학 가변 부재가 장식용 층 결합체에 채용된다는 점에서 바람직하며, 상기 결합체는 전사 필름, 특히 고온 스탬핑 필름의 기판 또는 라미네이팅 필름의 장식용 층 결합체로 전사될 수 있으며, 본 발명에 따른 디자인 배치로 라벨 등의 제조 또는 기판으로의 전사를 단순화한다.

본 발명에 따른 추가의 특징, 세부 사항 및 장점은 참조 도면으로 이후에 설명될 부분으로부터 명백해질 것이다.

도 1a는 반사 렌즈의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1b는 격자 그루브의 단면이 삼각형태인 해당 회절 렌즈를 나타낸 도면이다.

도 1c는 회절 2중 구조물로 된 도 1b와 유사한 회절 렌즈를 나타낸 것이다.

도 2a는 파형 자유-형태 표면을 나타낸 사시도이다.

도 2b는 도 1b에 도시된 바와 같은 격자 구조물로 이루어진 회절 자유-형태 부재의 형태로 도 2a의 자유-형태 표면을 대략적으로 나타낸 평면도이다.

도 2c는 도 1c에 도시된 바와 같은 회절 2중 구조물로 이루어진 자유-형태 표면을 도 2b와 대응되게 대략적으로 나타낸 평면도이다.

도 3a는 굴절 배치(refractive configuration)로서 드롭(drop)의 형태로 자유-형태 표면을 나타낸 사시도이다.

도 3b는 도 3a의 드롭-형 자유-형태 표면의 인터페이스의 배치를 그래프로 나타낸 도면이다.

도 4a 및 4b는 단면이 삼각형인 격자 구루브로 이루어진 회절 자유-형태 부재의 형식으로 드롭-형 자유 형태 표면을 도 3a 내지 3b에 대응되게 도시한 도면이다.

도 5a 및 5b는 회절 2중 구조물의 형태로 되어있는 자유-형태 부재를 도 3a, 3b 및 도 4a, 4b에 대응되게 도시한 도면이다.

도 6a 및 6b는 환형의 자유 형태 표면을 도 3a 및 3b에 대응되게 나타낸 도면이다.

도 7a, 7b, 7c는 드롭-형 자유-형태 표면의 도 4a, 4b, 5b에 대응되는 환형 자유 형태 표면과 관련하여 나타낸 도면이다.

도 8a, 8b는 각각 도 3a, 3b 및 도 5a, 5b(드롭 및 링)에 대응되는 L형 자유-형태 표면을 나타낸 도면이다.

도 9a, 9b, 9c는 L형 자유-형태 표면에 대한 도 7a, 7b, 및 7c 에 대응되게 나타낸 도면이다.

도 10은 자유-형태 표면을 형성하는 위브(weave) 패턴으로 이루어진 광학 가변 부재를 나타낸 평면도이다.

도 1a 내지 도 1c 는 각각 본 발명에 따른 광학 가변 부재(optically variable element)의 렌즈와 같은 작용을 하는 부분 영역을 나타낸 것으로서, 일반적으로 래커(lacquer) 층으로 이루어진 2개의 층(1,2)사이에 반사-개선 코팅재(reflection-enhancing coating)(도시되지 않았음), 예를 들어 증착된 금속 층 형태의 금속화물로 제공되어 있는 인터페이스(3)가 형성되어 있다. 이와 관련하여, 각각의 방향에서의 해당 렌즈 부재의 크기는 도 1a 내지 1c의 x 축 상에 도시하였으며, 도 1a 내지 1c 의 유닛은 임의의 가정된 정확한 크기의 유닛을 예시한 것이지만 렌즈 부재의 정확한 지름은 중요하게 고려되지 않았다. 그러나, 일반적인 용어와 관련하여 렌즈 부재 또는 렌즈 부재에 의해 형성된 자유-형태 부재의 해당 크기는 0.15 내지 300㎜, 바람직하게는 3 내지 50㎜ 이다.

각각의 경우에 해당 층(1,2) 및 각각 인터페이스(3)에 의해 형성된 굴절 표면 또는 구조물의 두께 또는 높이는 도 1a 내지 도 1c에 y 축 상에 좌표화하였고, 특정 값은 라디안(radian)에 따른 위상차이다. 특정 파장(예를 들어, 사람의 눈의 최대 감응도인 550㎚)을 사용하는 경우, 적용되는 기하학적 깊이는 (또한 각각의 굴절률과 관련하여) 공지된 방법으로 위상차이로부터 계산될 수 있다.

도 1a를 도 1b 및 도 1c와 비교 한다면, 도 1a의 광학 가변 부재의 두께는 도 1b의 광학 가변 부재를 형성하는 층 결합체의 두께에 비해 적어도 10 배 정도 크고, 도 1c의 층 결합체의 두께에 비해 20 배정도 크다. 이 경우에, 광학 가변 부재를 형성하는 도 1b 및 1c 의 층 결합체가 도 1a 보다 실질적으로 더 얇다는 사실은, 인터페이스(3)에 의해 결정되는 렌즈 작용을 나타내는 구조물의 전체 높이 h 가 더 작기 때문이며, 도 1b(예를 들어 투과 모드에서 시스템 n=1.5/n=1)에서 전환될 때는, 대략 파장의 2배 정도에 해당되고 그리고 도 1c의 경우에는 단지 파장의 1배수에 해당된다. 어떠한 경우든, 높이 h, 즉 격자 깊이는 도 1b 및 도 1c의 회절 렌즈 부재에서 10㎛이하이다.

전술한 바와 같이, 층(1 및 2)은 일반적으로 적절한 조성의 일반적인 래커 층이며, 적어도 관찰자를 향한 래커 층(본 경우에는 층(1))은 실제적으로 투명해야 하지만, 또한 주목해야 할 것은 래커층은 컬러로 형성될 수 있으면서 동시에 실질 적으로는 투명성을 유지하여야 한다는 것이다. 특별한 상황에서 사용하는 경우, 층(1,2)들 중 하나는 접착층 또는 적절한 접착 특성을 갖는 적어도 하나의 래커 층일 수 있다.

인터페이스(3)에 금속화물 또는 다른 강한 반사 층을 포함한다면, 층(2)은 명확하게 투명하지만 반투명 또는 불투명할 수 도 있다. 이와 대조적으로, 본 발명에 따른 광학 가변 부재가 투과 모드로 사용된다면, 예를 들어 기판 상에 식별 특징을 커버링하는 경우, 층(2)은 투명하여야만 한다. 이 경우에, 인터페이스에는 일반적인 불투명-금속화물을 포함하지 않는다. 대신에, 2개 투명층(1 및 2)의 굴절율은 (굴절율 차이가 바람직하게는 적어도 0.2이어야 하며), 2개의 투명층을 사용함에도 불구하고 인터페이스(3)에 의해 생성된 광학 효과가 충분히 선명하게 식별되도록 다르게 선택될 것이다.

층들의 굴절율을 충분히 크게 하는데 있어서 문제점이 발생된다면, 본 발명에 따라서 자유-형태 부재의 격자 그루브가, 관찰자 방향을 향하는 연속 층이 적용되기 전에 충분히 크게 다른 굴절율을 갖는 투명 재료로 부분적으로 또는 실질적으로 채워지는 것이 가능하다.

기본적으로 공지된 복제 공정으로 도 1a 에 도시된 바와 같은 렌즈 부재를 제조하는데 필요한 마스터(master)는 도 1b 및 도 1c의 렌즈 부재 구조물과 관련하여 실제로 크기가 더 크므로 기계 정밀 제거 공정에 의해 비교적 용이한 방법으로 제조될 수 있다.

도 1b 의 렌즈 부재의 회절 격자 구조물은 통상적으로 소위 '다이렉트 라이팅(direct writing) 공정'으로 제조되는데, 즉 이 공정에서 레이저 수단에 의해 목적한 프로파일(profile)에 따라 노출되거나 또는 포토레지스트가 레이저 또는 전자 비임 리소그래피 수단에 의해 목적한 프로파일에 따라 제거되고 이어서 목적한 프로파일 또는 네가티브 프로파일은 포토레지스트를 현상함에 의해 수득된다. 예를 들어 특정한 상황에서 사용하는 소위 브레이즈(blaze) 격자를 망라하여, 이 방법은 매우 다른 격자 구조물 및 특히 격자 단면이 생성될 수 있다는 장점을 제공하며, 이와 관련하여, 도 1b에서 특히 프랭크(frnak)가 경사져 연장되어 있는 격자 그루브(5)의 프랭크(4)와 렌즈 부재를 형성하는 격자 구조물의 x-축에 평행하게 연장되어 있는 가상의 기준 표면상의 수직선(S) 사이의 각도 α는, 도 1b에 더욱 명백하게 예시된 바와 같이, 렌즈 부재를 형성하는 인터페이스(3)의 포물선형 중앙 영역(6)으로부터 외측방향으로 향해 변화한다. 더욱 상세하게는 예시한 실시예의 형태로, 수직선 S에 대략적으로 평행한 격자 그루브(5)의 프랭크(7)는 격자 그루브(5)의 연속적 경사 프랭크(4)에서 그리고 인터페이스(3)의 중앙 포물선(6)에 의해 형성된 다른 방식의 실제적 정상 렌즈 프로파일에서만은 불연속을 나타내고 있다.

이러한 종류의 렌즈 및 이를 계산하기 위한 방법은 당해 기술분야에서 관련 문헌에 기본적으로 기술되어 있으며, 이러한 이유로 더욱 상세하게 기술하지는 않았다.

이와 관련하여, 도 1b에 도시된 바와 같은 높이 h로 연속되어 있는 경사진 프랭크(4) 대신에, 스텝(step)을 형성하는 표면이 그들의 광학 효과와 관련하여 프랭크(4)와 인접해 있는 스텝식 결합체를 사용하는 것이 가능하다. 이러한 종류의 격자 구조물은 소위 다이렉트 라이팅 공정을 사용하거나 또는 적절한 마스크(mask) 방법에 의해 생성될 수 있으며, 이와 관련하여 스텝의 수는 목적한 결과에 따라 변화될 것이다. 이 경우에, 다양한 경우에 4개 또는 8개의 스텝으로의 분할로도 이미 충분하다. 그러나 고도한 질적 필요성이 있을 때, 예를 들어 64 스텝 또는 2의 거듭제곱근의 스텝 수를 제공하는 것이 가능하다.

도 1c는 소위 2중 구조물(binary structure)에 의해 형성된 렌즈 부재를 나타한 것이다. 이러한 점에서, 도 1c의 2중 구조물의 본질적 특징은 격자 그루브(8) 및 격자 랜드(9)가 각각 실질적으로 단면이 사각형으로 이루어진다는 것이다. 도 1c에 도시된 바와 같은 2중 구조물은 이 경우 적절한 마스크를 사용하여 생성되는데, 이와 관련하여, 도 1c 구조물의 또 다른 특수성은, 격자 구조물의 격자 깊이 h가 전체 렌즈 부재에 걸쳐서 균일하여, 관련된 마스터를 제조하는데 재료를 제거하기 위한 수단으로서 작용 기간을 달리할 필요가 없을 뿐만 아니라 해당 마스크를 통해 기판 상에서 작용하는 수단을 다른 수준의 강도로 조작하여야 할 필요가 없다는 점에서 유리하다.

또한 이미 공지되어 있는 홀로그램 공정에 의해 적절한 렌즈 구조물을 생성할 수 있는 가능성도 있으며, 이 경우 구조물의 격자 깊이를 보다 작게 하여 실질적으로 사인형 배치로 이루어지지만, 전술한 단점을 초래한다.

도 2a, 3a, 6a 및 8a 는 굴절 렌즈 부재, 즉 자유-형태 부재의 형태로 된 자유-형태 표면을 나타내어, 각각 도해식으로 확대하여 도시한 사시도로서, 각각의 도면은 본 발명의 주요 사상을 명료하게 하기 위해서 자유-형태 부재 사이에 있는 인터페이스(3)를 예시한 사시도이다.

이러한 점에서, 광학적으로 충분히 현저한 종류의 굴절 자유-형태 부재(refractive free-form element)는, 단지 그들 사이의 인터페이스(3)를 에워싸는 층(1,2)의 두께가 충분히 크거나 또는 가상 기준 표면, 예를 들어 도 2의 베이스 표면에 평행한 자유-형태 표면의 크기가 작은 경우에만 달성될 수 있으며, 굴절 자유-형태의 경우, 도 1a에 명확하게 도시되어 있는 바와 같이, 직접적으로 렌즈 부재의 높이 h는 x 축 방향의 자유-형태 표면의 크기에 따라 좌우된다.

도 3a는 드롭형(drop shaped) 자유-형태 부재(11)를 도시한 것으로서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 드롭형 자유-형태 표면을 형성하는 자유-형태 부재(11)는 자유-형태 표면이 다른 방식의 플랫(flat)형 인터페이스(3)에서 상부를 향해 돌출되어 있는 외형을 형성하도록 디자인된다. 자유-형태 부재(11)에 의해 형성된 드롭은 주변 인터페이스(3)에 대해 뒤쪽방향으로(아래쪽 방향으로) 돌출되어 있는 것처럼 표현을 주는 것도 가능하다.

도 6a는, 예를 들어 글자 "O"를 심볼화할 수 있거나 또는 단지 장식용 효과만을 나타낼 수 있는 환형(annular)의 굴절 자유-형태 표면(12)을 도 3a와 유사하게 도시한 도면이다.

이에 대응하여, 도 8a는 글자 "L"이 굴절 자유-형태 부재(13)에 의해 표현된 경우, 생성된 인터페이스(3)를 나타낸 사시도이다.

도 3a, 6a 및 8a와 동일한 방식으로, 도 3b, 6b, 및 8b는 자유-형태 부재(11,12,13)의 경우와 관련하여, 인터페이스(3)의 배치를 각각 대략적으로 가상의 기준 표면에 대해 수직한 영역으로 도시한 것으로서, 도 3b, 6b, 8b의 그래프에서 본 크기는 다시 도 1a 내지 1c에 대응된다. 즉 임의의 유닛은 x 축으로 도시하였고, 가상의 기준 표면에 수직한 편향(deflection)은 라디안으로 y 축 상에 도시하였다. 이 경우에, 도 3b의 프로파일(profile)은 도 3a의 드롭형 자유-형태 부재(11)의 대칭축을 따라, 보다 구체적으로는 도 3a의 우측하단으로부터 좌측 상단으로 , 즉 라운드(round)형 영역에서 드롭의 팁(tip)으로 연장되어 있다. 도 8b와 관련하여, "L"의 좌측편 림(limb)의 프로파일도 각 경우에 우측 바닥으로부터 좌측 상단으로 좌표화되어, 우측 바닥에서 분기된 "L"의 교차림에 의해 도 8b의 좌측 영역에서 높이가 증가되어 있다.

자유-형태 부재로서 사용되는 회절 격자 구조물(diffractive grating structure)을 도 2a, 3a, 6a 및 8a의 굴절 구조물과 비교하는 것은 매우 흥미롭다.

도 2b는 도 2a 의 자유-형태 표면을 확대하여 도시한 도면으로서, 더욱 구체적으로는 기준 표면(10)상에 대략적으로 수직한 방향에서, 자유-형태 표면은 실질적으로 자유-형태 표면의 윤곽 라인(contour line)을 따르는 격자 라인을 갖춘 격자 구조물을 포함한 회절 자유-형태 부재의 형태로 이루어지며, 자유-형태 부재의 중앙 영역으로부터 에지(edge)를 향해 격자 라인의 공간은 연속해서 변화한다. 이와 관련하여 도 2a 와 도 2b를 비교하면, 본 발명에 따른 용어 "자유-형태 표면의 윤곽 라인"이 반드시 자유-형태 표면의 실제적 경계를 의미하는 것이 아니라는 것을 알 수 있다. 그보다는 격자 구조물이 자유-형태 표면의 공간적 배치, 예를 들어 가상의 기준 표면(10)으로부터의 도 2a의 자유-형태 표면의 공간적 변경이 적절하게 고려되도록 연장되는 것이 중요하다.

도 2c는 렌즈 부재가 도 1b와 같이 형성되어 있지 않으며, 또한 격자 그루브가 연속적으로 변환되지만, 이 대신에 격자 구조물이 도 1c에 기본적으로 도시된 바와 같이 2중 구조물로 이루어져 있으며, 도 2a의 자유-형태 표면 구조물의 평면을 나타내는 도 2b 의 도면에 대응되게 도시한 도면이다.

도 4a, 도 7a, 및 도 9a는 다시 기본적으로 각각 드롭형태의 자유-형태 부재(11), 환형 자유-형태 부재 및 L형 자유 형태 부재로서, 각 경우의 자유-형태 부재는 굴절 렌즈의 형태가 아니며 도 1b에 도시된 기본 배치로 된 회절 구조물의 형태로 이루어져 있는 도 3a, 6a, 8a에 대응되는 도면이다.

도 3b, 도 6b, 및 도 8b에 대응되는 영역 또는 높이 프로파일은 도 4b, 7b 및 9b에 대응되어 도시된다.

각각 도 3a 및 4a의 드롭형 자유-형태 표면과 관련하여, 도 5a는 또한 최종적으로 자유-형태 부재가 2중 격자의 형태로 있을 때의 평면을 도시한 것으로서, 인터페이스(3)의 높이 프로파일은 도 5b에 대응되어 도시되어 있다. 환형 및 L형 자유-형태 표면과 관련하여, 자유 형태 부재가 2중 구조물의 형태로 이루어진 경우에 인터페이스(3)의 평면은 본 발명에서는 나타내지 않았다. 그러나 대응되는 높이 프로파일은 도 7c 및 9c(각각 환형 및 L형 자유-형태 부재에 대해)에 도시되어 있다.

도 3b, 6b 및 8b를 도 4b, 7b, 9b 와 도 5b, 7c, 9c와 대응하여 비교하면 각각 굴절 구조물(3b, 6b,8b)로부터 회절 연속 격자 구조물(도 4b, 7b 및 9b) 및 2중 구조물(도 5b, 7c 및 9c)로 각각 변환되는 것과 관련하여 구조물의 높이가 현저하게 감소됨을 알 수 있다.

최종적으로, 도 10은 또한 자유-형태 부재에 의해 형성된 자유-형태 표면으로 이루어진 보다 복잡한 구조물의 일 실시예를 나타낸 것이다. 상기 실시예는, 상호 교차 쓰레드(thread)(14 및 15)가 각각 본 발명에 따른 자유-형태 부재의 형태에 의해 강조되는 위브(weave) 또는 그리드(grid) 구조물을 수반한다.

전술한 실시예들은, 단지, 예를 들어 도 3내지 도 9와 같은 각각 하나의 자유-형태 부재를 구비하는 비교적 간단한 실시예에 관한 것이다. 다른 자유-형태 부재의 적절한 조합에 의해 복합적 효과를 갖는 광학 가변 부재를 생성하는 것이 가능함을 알 수 있으며, 특히 이점에 있어서 또한 본 발명에 따른 렌즈형 자유 형태 부재이외에, 완전히 다른 종류의 효과, 예를 들어 모션(motion) 효과, 플립(flips), 이미지 변환 등의 효과를 생성할 수 있는 특정한 회절 구조물의 광학 효과 구조물을 제공하는 것이 가능하다. 특별한 컬러(변환) 효과를 나타내도록 하기 위한 방법으로, 자유 형태 부재 또는 다른 회절 구조물이 특정 컬러, 예를 들어, 이러데싱(iridescing) 컬러 또는 얇은 층 연속(sequence) 특정 층(예를 들어, 반도체성)과 조합되도록 하는 것이 가능하다. 이러한 점에서 또한 본 발명에 따른 자유-형태 부재가 EP 특허 제 0 375 833 B1에 따른 다른 광학 효과 구조물과 조합되거나 또는 서로 끼움식(interleaved)으로 이루어짐으로써, 관찰자의 관찰지점으로부터 또한 기존의 렌즈형 자유 형태 부재 또는 하나 이상의 다른 광학 효과 구조물 이 해당 기판이 보여지는 각도에 따라 차례로 보여지도록 하는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 광학 가변 부재는 프린트 부재, 매트(matt) 구조물 또는 반사 표면과의 조합이 가능하다.

특히, 효과 구조물을 형성하는 인터페이스(3)에 반사-개선 층, 특히 금속화물이 일부 영역을 따라 포함되는 경우, 본 발명에 따른 광학 가변 부재에 대한 디자인 배치가 달성될 수 있으며, 이 경우, 예를 들어 자유-형태 부재에 탈 금속 처리가 이루어져서 레지스터 릴레이션쉽이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 3a 내지 9a 의 실시예에 있어서, 각각의 경우에 단지 자유-형태 부재, 즉 드롭형 자유-형태 표면(11)(도 3a,4a, 및 5a), 링 부재(12)(도 6a 및 7a) 또는 L형 부재(도 8a 및 9a)를 제공하는 것이 가능하며, 인터페이스(3)의 영역에는 금속 처리가 이루어져 있지만, 층(1 및 2)사이의 인터페이스를 에워싸는 영역에서는 금속 처리가 되어 있지 않다. 또한, 도 10의 위브형 광학 가변 부재는 부분 금속화의 장점에 의해 매우 유익한 배치를 이룰 수 있으며, 이 경우, 예를 들어 단지 쓰레드(14,15)를 형성하는 인터페이스(3)의 표면 영역만 금속 처리될 수 있지만, 쓰레드(14,15)사이의 중간 공간에는 금속 처리를 하지 않아서 이점에 의해 광학 가변 부재가 투명하도록 한다.

인터페이스(3)는 래커 또는 접착층에 의해 양측면상에서 필수적으로 한정될 필요가 없음을 알 수 있다. 특히 투과 모드에서 본 발명에 따른 광학 가변 부재를 사용하는 경우, 인터페이스(3)는 또한 공기와 인접할 수 있어서, 인터페이스(3)의 양측면 상의 층들과 관련하여, 인터페이스(3)의 영역에서 요구되는 굴절율의 차이 는 가능한 간단한 형태로 이루어질 수 있다. 이러한 종류의 배치는 예를 들어 기판에 고정되어 있지 않는 필름을 패키징 또는 랩핑하는데 매우 적절하다.

이에 따라, 정확하게는, 이것은 상대적으로 얇기 때문에, 또한 광학 가변 부재는 프린트된 부재와 조합하여 영역에 따라 오버프린트되는 형식으로 사용될 수 있다.

Claims (18)

1. 표면의 전부 또는 일부분에 기준 표면과 관련하여 공간적으로 돌출되거나 함몰되어 있는 광학 효과 구조물을 형성하는 인터페이스(3)를 포함하며, 여기서 상기 광학 효과 구조물이 알파벳 문자, 기하학적 도형 또는 다른 객체의 형태를 관찰자에게 3차원으로 보이도록 하는 하나 이상의 자유-형태 표면을 가지는 광학 가변 부재로서,

   렌즈 형 배치로 이루어지며, 확대, 축소 또는 뒤틀림 효과를 나타내는 자유-형태 부재(11, 12, 13, 14, 15)가 상기 인터페이스(3)의 일부분에 형성되고,

   상기 자유-형태 표면이 자유-형태 부재(11, 12, 13, 14, 15)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 가변 부재.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 인터페이스(3)가 층 복합체의 2개 층(1, 2)사이에 파묻혀 있는 것을 특징으로 하는 광학 가변 부재.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 인터페이스(3)를 둘러싸는 상기 층(1,2)중 적어도 하나의 층에 컬러가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 가변 부재.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 자유-형태 표면은, 격자 깊이(h)가 최대 10㎛이고, 상기 자유-형태 표면의 윤곽 라인을 실질적으로 따르는 격자 라인을 포함하는 격자 구조물로 된 회절 자유-형태 부재(도 1b)로 이루어지며, 상기 자유-형태 표면의 중앙 영역으로부터 에지를 향해서, 상기 격자 라인의 간격이 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 광학 가변 부재.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 자유-형태 부재의 격자 구조물은, 격자 그루브(5)의 각각의 하나의 프랭크(7)들은 서로에 대해 평행하고, 기준 표면(10)에 대한 수직선(S)에 평행하도록 연장되어 있으며, 상기 격자 그루브(5)의 각각의 다른 프랭크(4)와 상기 기준 표면(10)에 대한 수직선(S)의 각도(α)가 상기 한 격자 그루브(5)로부터 다른 격자 그루브(5)를 형성하는 격자 라인에 대하여 가로 방향으로 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 광학 가변 부재.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 기준 표면(10)에 대한 수직선(S)과 관련하여 각도(α)를 이루며 연장된 상기 격자 그루브(5)의 프랭크(4)가 스텝식 배치로 이루어지며, 상기 프랭크(4)는 광학 효과와 관련하여 스텝식으로 형성되는 표면에 인접하도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 광학 가변 부재.
7. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 자유-형태 부재의 격자 구조물이 사각형 단면을 가지는 격자 랜드(9) 및 격자 그루브(8)를 구비하는 2중 구조물(도 1c)인 것을 특징으로 하는 광학 가변 부재.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 자유-형태 부재의 격자 구조물의 격자 그루브(8)의 높이(h)가 상기 자유-형태 표면 전체에 걸쳐서 동일한 것을 특징으로 하는 광학 가변 부재.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 자유-형태 표면이 홀로그라피 식으로 제조된 상기 자유-형태 부재에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 광학 가변 부재.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 자유-형태 표면이 광학 효과 구조물의 전체 배치의 일부분이며, 상기 광학 효과 구조물의 전체 배열은 상기 자유-형태 부재 이외에도, 관찰자에게 다른 광학 효과를 나타낼 수 있는 광학 가변 부재를 갖춘 부분 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 가변 부재.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 광학 효과 구조물이 전체 또는 일부의 영역에 걸쳐 얇은 층 배열과 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 가변 부재.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 광학 효과 구조물을 형성하는 상기 인터페이스(3)의 일부 또는 전부의 영역에 걸쳐 반사-개선 코팅재가 포함되는 것을 특징으로 하는 광학 가변 부재.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 반사 개선 코팅재가 금속 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 가변 부재.
14. 제 12 항 또는 제 13항에 있어서,

    상기 반사-개선 코팅재는 하나 이상의 상기 자유-형태 부재(11,12,13,14,15)의 레지스터 릴레이션쉽(register relationship)에 포함되는 것을 특징으로 하는 광학 가변 부재.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 레지스터 릴레이션쉽은 상기 인터페이스(3)의 탈금속 영역을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 가변 부재.
16. 가치 보존 서류 또는 보호 대상 물품의 위조를 방지하기 위한 보안 부재로서, 제 1 항에 의한 광학 가변 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 보안 부재.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 광학 가변 부재가 전사 필름, 즉 고온 스탬핑 필름의 기판으로 전사될 수 있는 장식용 층 배열에 결합되는 것을 특징으로 하는 보안 부재.
18. 제 16 항에 있어서,

    상기 광학 가변 부재가 라미네이팅 필름의 장식용 층 배열에 결합되는 것을 특징으로 하는 보안 부재.

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