KR101190180B1 - 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 베이스 기재 상부에 렌즈 어레이층을 형성시키고, 베이스 기재 하부에는 광 포획이 가능한 유전체 입자들을 함유하는 아이콘 어레이층을 형성시킨 다음, 렌즈 어레이층 측으로부터 레이저 빔을 조사하여 렌즈 어레이층을 이루는 각각의 렌즈의 초점 위치에 유전체 입자들을 포획시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 종래 기술에 의한 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치에 비하여 렌즈 어레이와 아이콘 어레이의 정렬이 우수해지므로, 설계 그대로의 모아레 확대 영상을 얻을 수 있으며, 그로 인해 의도한 바 대로의 보안 및 위변조 방지 기능을 수행할 수 있게 된다. 또한, 종래 기술에 따른 보안 장치 제조 방법에 비하여, 아이콘의 크기를 나노 스케일까지 줄일 수 있어 위변조 방지 기능이 강화될 뿐만 아니라, 아이콘 어레이 리세스 형성 및 잉크 충진 등의 공정을 생략할 수 있으므로, 그 제조 방법이 더 단순해지는 효과가 있다.

Description

자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치 및 그 제조방법 {Security device including self-aligned icon array and method for fabricating the same}
본 발명은 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아이콘 어레이 및 그 상부에 제공되는 렌즈 어레이를 구비하여 모아레 확대 (Moire magnification) 효과에 의한 합성 영상을 제공하는 보안장치에 있어서, 두 어레이가 서로 정확하게 정렬되면서도 그 제조공정을 단순화할 수 있는 보안장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
지폐, 신용카드, 신분증, 제품 포장 및 기타 보안문서 등의 위변조를 방지하기 위하여, 다양한 보안 기술들이 제안되어 사용되어지고 있다.
이러한 보안 기술로는 홀로그램(hologram)이 대표적이지만, 지폐 등의 보안 문서 표면에 형성되거나 내부에 매립되어 위조 방지 기능을 하는 보안 은선(security thread) 기술도 활발하게 적용되고 있다.
보안 은선에는, 베이스 기재의 일면에 육안으로는 식별하기 어려운 미세 아이콘 어레이가 형성되고 타측 일면에는 상기 미세 아이콘들과 대응되도록 형성된 미세 렌즈들이 어레이를 이루도록 형성됨으로써 미세 렌즈 어레이 측에서 관찰하였을 때 모아레 확대 현상에 의하여 확대된 합성 이미지가 관찰되도록 구성되는 보안 장치가 적용되는 것이 일반적이다. 보안 은선에 적용되는 이러한 보안 장치의 구조의 단면도는 도 1과 같다.
도 1에 도시된 보안 장치(100)의 단면도를 보다 상세히 설명하면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephtalate, PET) 등의 투명한 고분자 물질로 이루어지는 베이스 기재(110)의 상면에 렌즈 어레이층(120)이 형성된다.
베이스 기재(110)의 하면에는 아이콘 어레이층(130)이 형성되는데, 상기 아이콘 어레이층(130)에는 아이콘 어레이 리세스가 형성되어 잉크 등으로 충진됨으로써 결과적으로 아이콘 어레이층(130) 내에 아이콘 어레이(131)가 형성되게 된다.
그리고, 아이콘 어레이층(130) 하부에는 아이콘 어레이(131)를 보호하기 위한 보호층(140) 및 상기 보안 장치(100)를 보안 문서 등에 접착하기 위한 접착층(150)이 형성될 수 있으나, 이는 필수적인 것은 아니다.
도 2는 보안 장치(200) 일부의 사시도이다. 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 아이콘 어레이층(130) 내에는 아이콘(220)들이 규칙적으로 배열되는 형태로 형성되어 있으며, 상기 아이콘(220) 상에 초점이 형성될 정도의 거리를 두고 상부에 역시 규칙적으로 배열되는 렌즈 어레이(210)가 형성되어 있다.
이때 각 아이콘과 렌즈가 서로 일대일 대응되도록 정렬되는 경우 렌즈 측에서는 두 어레이 층이 겹쳐져서 확대된 합성 영상이 관찰되게 된다. 이러한 현상을 모아레 확대 현상이라고 하는데, 이러한 광학 현상에 대해서는 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
이러한 종래 기술에 따른 보안 장치의 제조 방법의 일예를 도 3에 도시하였다.
우선, 베이스 기재(110)의 상부에 렌즈 어레이층(120)을 형성하는데(S310), 렌즈 어레이층(120)은 자외선 엠보싱(UV embossing), 열적 재유동(thermal reflow) 등 해당 기술 분야에서 잘 알려져 있는 방법들을 이용하여 형성할 수 있다.
그 다음, 베이스 기재(110)의 하부에 아이콘 어레이층(130)을 형성하고(S320), 이미 형성된 렌즈 어레이와 상응하는 위치에 아이콘 어레이가 형성될 수 있도록 아이콘 어레이 리세스를 형성한다(S330). 아이콘 어레이층(130)에 리세스를 형성하는 방법으로는 다양한 방법을 사용할 수 있으나, UV 경화성 수지로 형성된 아이콘 어레이층(130)에 미리 준비한 원판에 형성된 아이콘 어레이 형상을 전사시키는 자외선 엠보싱법으로 리세스를 형성하는 것이 일반적이다.
이때, 자외선 엠보싱법으로 형성되는 리세스의 크기는 노광 및 식각 공정을 이용한 통상의 패터닝 방법으로 원판에 형성되는 아이콘 어레이 형상의 크기와 동일하게 되므로, 통상적인 노광 방법으로 구현 가능한 패턴의 크기인 수십 마이크로미터(㎛) 이하의 패턴을 형성하기는 어렵다. 따라서, 보안 은선용 아이콘 어레이의 경우 대략 5㎛ ~ 30㎛의 크기를 갖게 된다.
S340 단계에서는 형성된 아이콘 어레이 리세스에 잉크, 염료, 금속, 자성물질 등 다양한 물질을 충진함으로써 아이콘 어레이(131)를 형성하고, 그 위에 보호층(140) 및/또는 접착층(150)을 형성하게 된다(S350). 물론 S350 단계는 필수적인 것은 아니며, 렌즈 어레이층(120)을 아이콘 어레이층(130) 형성 이후에 진행할 수도 있다.
한편, 렌즈 어레이와 아이콘 어레이가 정확히 정렬되지 않을 경우 합성 영상의 확대 인자가 감소되거나 합성 영상이 회전하는 등 바람직하지 않은 결과가 초래될 수 있으므로, 두 어레이는 정확하게 정렬되는 것이 중요하다.
그러나, 종래의 제조방법에 의하면, 자외선 엠보싱법으로 리세스를 형성할 때 이미 형성되어 있는 렌즈 어레이와 정확하게 정렬되도록 하는 것이 실질적으로 불가능하여 어느 정도의 정렬 오차가 항상 발생하게 되는 문제점이 있으며, 이는 렌즈 어레이를 아이콘 어레이 형성 이후에 형성하는 경우에도 마찬가지이다.
또한, 이렇게 정렬 오차가 발생한 보안 장치는 설계된 그대로의 합성 영상이 나타나지 않게 되므로, 원래 의도한 대로의 보안 및 위변조 방지 기능을 수행하지 못 하게 되는 문제가 있다.
또한, 아이콘 어레이의 각 아이콘 크기가 노광에 의해 구현 가능한 크기로 제한되고 나노미터(nm) 스케일의 아이콘을 형성하는 것은 어려우므로, 비교적 쉽게 위변조를 할 수 있다는 문제가 있다.
또한, 아이콘 어레이를 형성하기 위해 아이콘 어레이층 형성, 리세스 형성, 잉크 충진 등의 공정을 거치게 되므로, 전체적으로 공정이 복잡해지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점에 착안하여 안출된 것으로서, 렌즈 어레이와 아이콘 어레이가 정확하게 정렬될 수 있는 보안장치 제조방법을 제공하는데 그 주된 목적이 있다.
또한, 렌즈 어레이와 아이콘 어레이가 정확하게 정렬되도록 함으로써, 설계된 그대로의 합성 영상을 제공하여 원래 의도한 바대로의 보안 및 위변조 방지기능을 수행할 수 있는 보안 장치를 제공하는 것에 목적이 있다.
또한, 나노미터 스케일의 아이콘을 형성할 수 있도록 함으로써, 위변조가 더욱 어려운 보안 장치를 제공하는 것에 또 다른 목적이 있다.
또한, 종래의 보안장치 제조방법에 비하여 더 단순한 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치는, 베이스 기재; 상기 베이스 기재 상부에 형성되고 복수개의 렌즈들이 배열되어 있는 렌즈 어레이층; 및 상기 베이스 기재 하부에 형성되고 유전체 입자들을 포함하고 있는 아이콘 어레이층을 포함하되, 상기 아이콘 어레이층에 포함되어 있는 유전체 입자들 중 적어도 일부가 상기 렌즈 어레이층을 이루는 적어도 일부의 렌즈의 초점 위치에 포획되어 아이콘 어레이를 이루는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 렌즈 어레이층을 이루는 적어도 일부의 렌즈에 복수의 초점 위치가 형성되고, 상기 복수의 초점 위치마다 상기 유전체 입자가 포획되어 아이콘 어레이를 이룰 수도 있으며, 이때 상기 복수의 초점 위치는 렌즈 어레이층에 평행한 동일 평면 상에 위치하거나 렌즈 어레이층에 평행한 서로 다른 평면 상에 위치할 수 있다.
바람직하게는, 상기 베이스 기재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 등의 투명한 고분자 물질을 포함할 수 있고, 상기 렌즈 어레이층 및 상기 아이콘 어레이층 중 적어도 하나는 아크릴레이트 우레탄(acrylated urethane) 등의 자외선 경화성 수지를 포함할 수 있으며, 상기 유전체 입자는 유색의 유전체 입자일 수 있다.
나아가, 상기 렌즈 어레이 중 적어도 일부의 렌즈는 구면 렌즈, 비구면 렌즈, 회절 렌즈 또는 그린 렌즈일 수 있으며, 상기 아이콘 어레이층 하부에는 보호층 및 접착층 중 적어도 어느 하나를 더 형성할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안장치 제조방법은, 베이스 기재의 상부에 복수개의 렌즈들이 배열되어 있는 렌즈 어레이층을 형성하는 단계; 상기 베이스 기재의 하부에 유전체 입자들을 포함하고 있는 아이콘 어레이층을 형성하는 단계; 상기 유전체 입자들 중 적어도 일부가 상기 렌즈 어레이층을 이루는 적어도 일부의 렌즈의 초점 위치에 포획되어 아이콘 어레이를 이루도록 상기 렌즈 어레이층 측으로부터 레이저 빔을 조사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 레이저 빔을 조사하는 단계는, 상기 렌즈 어레이층을 이루는 적어도 일부의 렌즈에 복수의 초점 위치가 형성되도록 조사할 수 있으며, 이를 위해 서로 상이한 입사 방향을 갖는 복수의 레이저 빔이 입사되도록 레이저 빔을 조사하거나, 서로 상이한 시준 정도를 갖는 복수의 레이저 빔이 입사되도록 레이저 빔을 조사할 수 있다.
바람직하게는, 상기 아이콘 어레이층은 자외선 경화성 수지를 포함하고, 상기 레이저 빔을 조사하는 단계 이후에 상기 아이콘 어레이층에 자외선을 조사함으로써 상기 아이콘 어레이층을 경화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 렌즈 어레이층을 형성하는 단계는 열적 재유동 또는 자외선 엠보싱 방법을 사용하여 렌즈 어레이를 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 렌즈 어레이 중 적어도 일부를 구면 렌즈, 비구면 렌즈, 회절 렌즈 또는 그린 렌즈로 형성할 수도 있다.
나아가, 상기 아이콘 어레이층 하부에 보호층 및 접착층 중 적어도 어느 하나를 형성하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 보안 장치에 의하면, 렌즈 어레이를 구성하는 각 렌즈의 초점 위치에 정확히 아이콘을 형성할 수 있으므로, 종래의 제조방법에 의한 보안 장치들에서 렌즈 어레이와 아이콘 어레이가 정확히 정렬되지 않음으로 인해 발생하는 확대 인자의 감소나 합성 영상의 회전 등 바람직하지 않은 문제점들을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 보안 장치에 의하면, 설계한 그대로의 합성 영상을 얻을 수 있으므로, 원래 의도한 바대로의 보안 및 위변조 방지 기능을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 보안 장치에 의하면, 나노미터 스케일의 아이콘들을 포함하는 아이콘 어레이를 형성할 수 있으므로, 더욱 효과적인 위변조 방지 기능을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 보안 장치의 제조방법에 의하면, 아이콘 어레이 리세스 형성 공정 및 잉크 충진 공정이 생략될 수 있으므로, 공정이 단순화되어 제조비가 절감되는 효과도 제공된다.
도 1은 종래 기술에 따른 보안 장치의 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 보안 장치의 사시도.
도 3은 종래 기술에 따른 보안 장치의 제조 방법을 나타내는 흐름도.
도 4는 광학 집게를 이용한 광 포획 현상을 설명하는 개념도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 보안 장치의 단면도.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 보안 장치의 제조 방법을 나타내는 흐름도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 아이콘 어레이 형성 방법을 나타내는 개념도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 광학 집게(Optical tweezer)를 이용한 광 포획(Optical trap) 현상을 이용하여 렌즈의 초점 위치에 자기 정렬 방식으로 아이콘을 형성하는 것을 핵심적인 기술사상으로 하는 것이다.
광학 집게를 이용한 광 포획 현상이란, 수 나노미터에서 수 마이크로에 이르는 크기의 유전체 입자(dielectric particle)를 레이저(laser) 등의 집중된 광을 이용하여 움직이는 현상을 말하는데, 이러한 현상의 개념도를 도 4에 도시하였다.
도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(410)이 렌즈(420)를 통과하여 초점 위치(440)에 집중되게 되면, 초점 위치(440) 방향으로 이른바 경사력(gradient force)이 작용하게 되는데, 이 경사력에 의해 주위의 유전체 입자(430)가 초점 위치로 움직이게 된다. 이러한 현상을 이용하면 미세한 크기의 생체 분자나 유전체 입자를 직접 접촉하지 않고도 레이저 빔을 이용하여 움직일 수 있게 되므로, 광학 집게를 이용한 광 포획 현상은 생물학 또는 물리학 분야 등에서 활발하게 연구되어 왔다.
본 발명은 이러한 현상을 보안 장치의 제조에 응용한 것으로서, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 렌즈의 초점 위치에 자기 정렬 방식으로 정확하게 아이콘이 형성된 보안 장치를 나타내는 단면도이다.
도 5를 보다 상세히 설명하면, 베이스 기재(510)의 상면에 렌즈 어레이층(520)이 형성되어 있고, 베이스 기재(510)의 하면에는 아이콘 어레이층(530)이 형성되어 있으며, 아이콘 어레이층(530) 내에는 아이콘을 구성하게 되는 유전체 입자(540)들이 포함되어 있다. 베이스 기재(510)로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐리덴 클로라이드 등 광이 투과할 수 있도록 투명한 고분자 물질을 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 유리 등 잘 구부러지지 않는 기재보다는 고분자 물질로 이루어진 필름 형태의 플렉서블(flexible)한 기재를 사용하는 것이 바람직하다.
베이스 기재(510) 상면에 형성되는 렌즈 어레이층(520)은 그 형성 방법 등에 따라서 다양한 물질을 사용할 수 있으나, 아크릴레이트 우레탄 등 자외선 경화성 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
베이스 기재(510) 하면에 형성되는 아이콘 어레이층(530)도 아크릴레이트 우레탄 등의 자외선 경화성 재료를 사용하는 것이 바람직하며, 아이콘 어레이층(530)에 혼합되어 제공되는 유전체 입자(540)들로는 광학 집게에 의해 광 포획이 가능한 유전체 물질이라면 특별히 한정되지 않는다. 다만 원활한 광 포획이 이루어지도록 하기 위해, 대략 수 나노미터에서 10 마이크로미터 범위의 크기를 가지는 유전체 입자(540)를 사용하는 것이 바람직하며, 위변조 방지 기능을 향상시키기 위하여 통상적인 패터닝 방법으로는 구현하기 어려운 나노미터 스케일로 형성하는 것이 특히 바람직하다.
또한, 그 입자의 형태는 별 형태, 튜브 형태 등 확대된 합성 영상을 고려하여 다양하게 선택할 수 있다. 또한, 유색의 유전체 입자(540)를 사용함으로써, 종래의 잉크 충진과 같은 효과를 얻을 수 있다.
이러한 유전체 입자(540)들은 처음에는 아이콘 어레이층(530) 내에 불규칙하게 분포되어 있으나, 렌즈를 통해 레이저 빔(550)을 조사하게 되면 그 초점 위치(560) 쪽으로 경사력이 작용하게 되므로, 주위에 분포하는 유전체 입자(540)가 초점 위치(560) 쪽으로 이동하게 된다.
따라서 이러한 방법으로 제조된 본 발명의 일 실시예에 따른 보안 장치는 도 5에 도시된 바와 같이 각 렌즈의 정확한 초점 위치(560)에 아이콘을 구성하는 유전체 입자(540)가 위치하게 됨으로써 아이콘 어레이와 렌즈 어레이가 자기 정렬 방식으로 정확하게 정렬되게 되므로, 종래 기술과 같이 별도의 정렬 과정이 불필요하게 됨과 동시에 정렬 오차가 발생하지 않게 될 뿐만 아니라, 나노미터 스케일의 아이콘을 형성하는 경우 위변조가 더욱 어려워지게 된다.
또한, 도 5에는 도시되어 있지 않지만, 아이콘 어레이층(530) 하부에 보호층 및 접착층 중 적어도 어느 하나를 부가할 수 있으며, 렌즈 어레이층(520)을 이루는 렌즈들은 구면 렌즈, 비구면 렌즈는 물론 회절 렌즈나 그린 렌즈(gradient index lens; GRIN lens)가 사용될 수 있음은 물론이다. 특히, 그린 렌즈를 사용할 경우 렌즈 어레이층(520)이 평평해지게 되므로, 그 활용 범위가 더 넓어질 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보안 장치의 제조 방법을 도 6을 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 투명 고분자 물질 등으로 형성될 수 있는 베이스 기재(510) 위에 렌즈 어레이층(520)을 형성하는데(S610), 렌즈 어레이층(520)은 자외선 엠보싱(UV embossing), 열적 재유동(thermal reflow) 등 공지된 미세 렌즈 형성 방법을 사용하여 형성할 수 있으며, 특히 대량 생산이 용이한 자외선 엠보싱 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 아크릴레이트 우레탄 등의 자외선 경화성 수지를 베이스 기재(510) 위에 도포하고, 그 위에 렌즈 형상이 음각으로 형성된 원판으로 압력을 가하면서 자외선을 조사하게 되면, 원판에 형성된 렌즈 형상이 전사되어 렌즈 어레이층(520)이 형성되게 된다.
다음으로는, 베이스 기재(510)의 하부에 유전체 입자(540)가 함유된 아이콘 어레이층(530)을 도포하는데(S620), 이때 아이콘 어레이층(530)으로는 아크릴레이트 우레탄 등의 자외선 경화성 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
S630 단계는 렌즈 어레이 측에서 레이저 빔(550)을 조사하여 초점 위치(560)에 유전체 입자(540)를 포획시킴으로써 자기 정렬된 아이콘 어레이를 형성하는 단계이다. 이때 초점 위치(560)는 아이콘 어레이층(530) 내에 형성되어야 하므로, 렌즈의 초점 거리를 고려하여 베이스 기재(510)의 두께를 결정하여야 한다.
레이저 빔(550)의 조사는 개개의 렌즈 별로 순차적으로 진행할 수도 있으나, 한 번에 조사되는 레이저 빔(550)이 복수 개의 렌즈를 포함하는 영역에 조사되도록 하는 것이 생산 효율 측면에서 바람직할 것이다. 또한, 단일 레이저 빔(550)이 아니라 복수의 레이저 빔(550)을 사용할 수도 있으며, 레이저 빔(550)의 파장이나 강도, 조사 시간 등은 렌즈 어레이의 광학적 특성, 유전체 입자(540)의 종류나 크기, 아이콘 어레이층(530)의 물성 등에 따라서 적절히 조절할 수 있다는 것은 통상의 기술자에게는 자명할 것이다.
S630 단계에서 초점 위치(560)에 유전체 입자(540)가 정확하게 포획되고 나면 아이콘 어레이층(530)을 경화시키게 되는데, 자외선 경화성 수지를 사용한 경우라면 아이콘 어레이층(530)에 자외선을 조사함으로써 간단하게 경화시킬 수 있다.
또한, 도 6에는 도시되어 있지 않지만, 아이콘 어레이층(530) 하부에 보호층 및 접착층 중 적어도 어느 하나를 부가하는 단계를 더 포함할 수 있음은 물론이다.
이상 설명한 본 발명의 바람직한 실시예는 레이저 빔(550)이 렌즈 어레이층(520)에 수직하게 입사하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 특히, 레이저 빔(550)이 렌즈 어레이층(520)에 수직하게 입사하는 경우에는 하나의 렌즈에서 단일 초점만이 형성되므로 하나의 유전체 입자(540)로 하나의 아이콘을 구성하도록 하기 위한 방법으로는 적절하나, 문자, 기호, 숫자 등 다양한 형태의 아이콘을 형성하기 위해서는 한계가 있는 방법이다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는 레이저 빔(550)을 조사하는 방식을 조절하여 하나의 렌즈 하부에 복수의 초점을 형성시킴으로써, 복수개의 유전체 입자(540)들이 모여서 하나의 아이콘을 형성하도록 한다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 아이콘 어레이 형성 방법을 나타내는 개념도로서, 레이저 빔(550)의 조사 방식을 조절하여 하나의 렌즈 하부에 복수의 초점을 형성하고 각각의 초점에 유전체 입자들이 포획되도록 하는 기술을 보여준다.
도 7(a)에 의하면, 렌즈 어레이층(721)에 수직으로 입사하는 제1 레이저 빔(751)이 제1 광학 집게로 작용하여 이에 따라 형성된 제1 초점 위치(761)에 제1 유전체 입자(741)가 포획된다. 한편, 렌즈 어레이층(721)에 수직한 축으로부터 소정의 각도를 가지고, 즉 제1 레이저 빔(751)과 상이한 입사방향으로 제2 레이저 빔(752)을 입사시키게 되면, 제2 레이저 빔(752)이 제2 광학 집게로 작용하여 제1 초점 위치(761)와는 이격된 위치에 제2 초점 위치(762)가 형성되게 되며, 이에 따라 제2 유전체 입자(742)가 제2 초점 위치에 포획된다.
이러한 원리에 의하면, 복수의 레이저 빔을 미리 설정된 서로 다른 입사 방향으로 조사함으로써 하나의 렌즈 하부에 복수의 광 포획 사이트(optical trap site)를 형성시킬 수 있게 되므로, 아이콘 어레이층(731)에 포함되어 있는 복수의 유전체 입자들을 이용하여 숫자, 문자, 기호 등의 다양한 형태의 아이콘을 형성할 수 있다,
도 7(a)의 실시예는 렌즈가 구형 렌즈로 이루어진 경우를 예로 들어 설명한 것으로서, 이 경우 도면에서 확인되는 바와 같이 제2 초점 위치(762)가 제1 초점 위치(761)에 비하여 수직 방향으로 위에 형성되게 되는데, 이로 인해 보다 넓은 시야각이 제공되는 효과 또한 얻을 수 있다. 그러나, 아이콘 어레이를 이루는 유전체 입자들이 수직 방향으로 동일 평면 상에, 즉 렌즈 어레이층과 평행한 동일 평면 상에 위치하도록 할 수도 있는데, 이는 도 7(b)에 도시한 바와 같이 비구면 렌즈를 사용하거나, 도 7(c)에 도시한 바와 같이 발산 레이저 빔을 사용함으로써 이룰 수 있다.
도 7(b)에 대하여 상세히 설명하면, 이 실시예에 따른 렌즈 어레이층(723)은 비구면 렌즈로 이루어져 있다. 따라서 렌즈 어레이층(723)에 수직한 축과 소정의 경사각을 이루도록, 즉 렌즈 어레이층(723)에 수직으로 입사하는 제1 레이저 빔(754)와 상이한 입사 방향으로 입사하는 제2 레이저 빔(754)에 의해 형성되는 제2 초점 위치(764)가, 제1 레이저 빔(753)에 의해 형성되는 제1 초점 위치(763)와 수직 방향으로 동일 평면 상에 위치하도록 조절하는 것이 가능하다.
도 7(c)는 구면 렌즈를 사용하면서도 제2 초점 위치(766)와 제1 초점 위치(765)가 수직 방향으로 동일 평면 상에 형성되도록 하는 일 실시예이다. 렌즈에 입사하는 빔이 입사 광축에 평행하도록 정확하게 시준(collimation)된 경우와 비교하여, 입사 빔으로 발산 빔(diverging beam)을 사용하는 경우에는 초점 위치가 더 아래 쪽에 형성되고, 입사 빔으로 수렴 빔(converging beam)을 사용하는 경우에는 초점 위치가 더 위쪽에 형성되게 되는데, 도 7(c)의 실시예는 이러한 원리를 이용하여 제2 레이저 빔으로 발산 빔을 사용하는 것이다.
즉, 동일한 구면 렌즈를 사용하더라도, 렌즈 어레이층(725)에 수직 축과 소정의 경사각을 이루도록 입사하는 제2 레이저 빔(756)으로 발산 빔을 사용하는 경우, 도 7(a)의 제2 초점 위치(762)에 비하여 수직방향으로 아래 쪽에 제2 초점 위치(766)가 형성되게 되고, 따라서 제1 초점 위치(765)와 제2 초점 위치(766)를 수직 방향으로 동일 평면 상에 위치하도록 조절하는 것이 가능하게 된다.
도 7을 참조하여 설명한 본 발명에 따른 실시예들에 따르면, 렌즈 어레이를 이루는 각각의 렌즈 하부에 복수의 유전체 입자들로 구성되는 다양한 아이콘을 형성할 수 있음은 물론, 각각의 유전체 입자들의 수평 및 수직 방향 중 적어도 어느 하나의 위치를 자유롭게 조절함으로써 다양한 광학 효과를 발휘하도록 하는 것이 가능하다.
이때 복수의 레이저 빔을 조사하는 방법으로는, 하나의 레이저 빔을 입사 각도를 변화시키면서 순차적으로 조사하는 것도 가능함은 물론, 다양한 입사 각도 또는 시준 정도를 가지는 복수의 레이저 빔을 한 번에 입사시키는 것도 가능하다는 것은 통상의 기술자에게는 자명할 것이다.
이상에서와 같은 본 발명의 실시 예에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수도 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시 예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100, 200 : 보안장치
110, 510, 711, 713, 715 : 베이스 기재
120, 520, 721, 723, 725 : 렌즈 어레이층
130, 530, 731, 733, 735 : 아이콘 어레이층
131 : 아이콘 어레이 140 : 보호층
150 : 접착층 210 : 렌즈 어레이
220 : 아이콘
410, 550 : 레이저 빔 420 : 렌즈
430, 540, 741~746 : 유전체 입자 440, 560 : 초점 위치
751, 753, 755 : 제1 레이저 빔 752, 754, 756 : 제2 레이저 빔
761, 763, 765 : 제1 초점 위치 762, 764, 766 : 제2 초점 위치

Claims (19)

  1. 베이스 기재;
    상기 베이스 기재 상부에 형성되고 복수개의 렌즈들이 배열되어 있는 렌즈 어레이층; 및
    상기 베이스 기재 하부에 형성되고 유전체 입자들을 포함하고 있는 아이콘 어레이층을 포함하되,
    상기 아이콘 어레이층에 포함되어 있는 유전체 입자들 중 적어도 일부가 상기 렌즈 어레이층을 이루는 적어도 일부의 렌즈의 초점 위치에 광학 집게(optical tweezer)로 광 포획되어 아이콘 어레이를 이루는 것을 특징으로 하는 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이층을 이루는 적어도 일부의 렌즈에 복수의 초점 위치가 형성되고,
    상기 복수의 초점 위치마다 상기 유전체 입자가 포획되어 아이콘 어레이를 이루는 것을 특징으로 하는 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 초점 위치가 수직 방향으로 동일 평면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 초점 위치가 수직 방향으로 상이한 평면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 기재는 투명한 고분자 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이층 및 상기 아이콘 어레이층 중 적어도 하나는 자외선 경화성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이 중 적어도 일부의 렌즈는 구면 렌즈, 비구면 렌즈, 회절 렌즈 또는 그린 렌즈인 것을 특징으로 하는 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아이콘 어레이층 하부에 보호층 및 접착층 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 입자는 유색의 입자인 것을 특징으로 하는 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치.
  10. 베이스 기재의 상부에 복수개의 렌즈들이 배열되어 있는 렌즈 어레이층을 형성하는 단계;
    상기 베이스 기재의 하부에 유전체 입자들을 포함하고 있는 아이콘 어레이층을 형성하는 단계;
    상기 유전체 입자들 중 적어도 일부가 상기 렌즈 어레이층을 이루는 적어도 일부의 렌즈의 초점 위치에 광학 집게(optical tweezer)로 광 포획되어 아이콘 어레이를 이루도록 상기 렌즈 어레이층 측으로부터 레이저 빔을 조사하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 레이저 빔을 조사하는 단계는,
    상기 렌즈 어레이층을 이루는 적어도 일부의 렌즈에 복수의 초점 위치가 형성되도록 조사하는 것을 특징으로 하는 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 레이저 빔을 조사하는 단계는,
    상이한 입사 방향을 갖는 복수의 레이저 빔이 입사되도록 레이저 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 레이저 빔을 조사하는 단계는,
    상이한 시준 정도를 갖는 복수의 레이저 빔이 입사되도록 레이저 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치의 제조방법.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 빔을 조사하는 단계 이후에 상기 아이콘 어레이층을 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 아이콘 어레이층은 자외선 경화성 수지를 포함하고,
    상기 아이콘 어레이층을 경화시키는 단계는 아이콘 어레이층에 자외선을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치의 제조방법.
  16. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이층을 형성하는 단계는 열적 재유동 또는 자외선 엠보싱 방법을 사용하여 렌즈 어레이를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치의 제조방법.
  17. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이층을 형성하는 단계는 상기 렌즈 어레이 중 적어도 일부의 렌즈가 구면 렌즈, 비구면 렌즈, 회절 렌즈 또는 그린 렌즈가 되도록 렌즈 어레이를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치의 제조방법.
  18. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아이콘 어레이층 하부에 보호층 및 접착층 중 적어도 어느 하나를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치의 제조방법.
  19. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 입자는 유색의 입자인 것을 특징으로 하는 자기정렬 아이콘 어레이를 포함한 보안 장치의 제조방법.
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