KR101424820B1 - 전기적으로 제어 가능한 광학 활성 층 시스템을 구비한다중층 본체 - Google Patents

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폴리아이씨 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

광학 가변 장치(OVD)인 광학 활성 제1 층 시스템(10)을 가진 다중층 본체(1)가 개시되며, 제1 층 시스템(10)의 광학적 효과는 전기적으로 제어 가능한 제2 층 시스템(20)에 의하여 영향을 받을 수 있다.

Description

전기적으로 제어 가능한 광학 활성 층 시스템을 구비한 다중층 본체{MULTILAYER BODY WITH ELECTRICALLY CONTROLLABLE OPTICALLY ACTIVE SYSTEMS OF LAYERS}
본 발명은 광학 활성 층 시스템을 가진 다중층 본체에 관한 것이다.
광학 활성 층 시스템은, 예컨대, 장식적 또는 정보제공 목적으로 사용되거나, 또는 한편으로는 현대의 칼라 복사기나 다른 복제장치를 사용하여 위조하는 것을 어렵게 하고 다른 한편으로는 비전문가에 의해 쉽게 그리고 명백하게 식별될 수 있는 광학적 보안 특성을 지닌 기밀 문서를 제공하기 위하여 사용된다.
이 목적을 위해, 중요한 문서에 보안 요소로써 보안 스레드(thread)를 통합하고, 보안 스레드를 표면에 노출하는 방식으로 배열하는 기술이 공지되어 있으며, 그 결과 스레드에 통합된 보안 특성, 예를 들어 홀로그램 또는 부분적인 탈금속화가 보는 사람에 의하여 확인되어질 수 있다.
또한, EP 1 134 694 A1은 도체 트랙(conductor track)을 통하여 유가 증권(treasury bill)의 금속 스트립(strip)에 연결되거나 종이 표면 또는 일부분 위에 인쇄된 유기 반도체 재료로 구성된 전자회로를 개시하고 있다. 이 경우 전자회로는 종래의 반도체 재료가 아닌 중합체(polymer) 반도체 기술을 이용한 유기전계 효과 트랜지스터(Organic Field Effect Transistors; OFET)에 기초하였다. 이 경우 금속 스트립은 안테나로써 반도체 회로와 적당한 실험 회로와의 통신을 가능하게 한다. 따라서 상기 전자회로는 문서를 찾게 하고 위조 문서를 판별하는데 사용된다.
본 발명은 더 나은 시각적 외관을 지닌 다중층 본체(multilayer body)를 구현하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 광학 가변 장치(Optically Variable Device)인 제1 층 시스템을 구비하며, 전기적으로 제어 가능한 제2 층 시스템에 의하여 제1 층 시스템의 광학적 효과가 영향을 받는 다중층 본체에 의해 달성된다.
다중층 본체는 얇고 플렉서블(flexible)하게 설계되어 사용과 생산에 특히 유리하다. 예를 들면, 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정을 이용한 막 본체(film body)로써 낮은 가격에 다중층 본체가 생산될 수 있고, 이는 대량 생산에 적합하다.
본 발명에 따른 다중층 본체는 귀중한 문서, 기밀 문서 및 상품 보호를 위한 신규한 보안요소가 될 뿐만 아니라, 상품 광고나 장식적 목적으로도 사용될 수 있다. 더불어 다중층 본체는 표시장치, 전파식별 태그(RFID tag) 및 전기 제품에 상태 표시용으로 사용될 수 있다.
다중층 본체가 얇더라도, 포장, 유리 또는 건물 표면에 적용될 만큼 대면적 막 본체(film body)의 형태로 될 수도 있다.
이하, 본 발명의 종속항들에 개시된 바람직한 실시예들이 설명된다.
제2 층 시스템은 바람직하게는 제1 층 시스템 위에 배열된다.
나아가, 제2 층 시스템의 광학적 성질, 특히 광밀도 및/또는 광산란도 및/또는 색상의 조절이 가능하다.
바람직한 일 실시예에서, 제2 층 시스템은 그 사이에 하나 또는 여러층이 배열되는 상면 및 하면 전극층을 구비한다. 층들은 전극층 사이에 인가된 전압에 의하여 층의 광학적 성질이 변하는 층인 것이 바람직하다.
상면 전극층 및/또는 하면 전극층은 폴리에틸렌 다이옥시티오펜(Polyethylene Dioxythiopene; PEDOT)/PSS 또는 PANI로 구성될 수 있다.
상면 전극층 및/또는 하면 전극층으로 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide; ITO) 층을 제공할 수도 있다. 이러한 층들은 투명하고, 전도성이 있는 층이다.
상면 전극은 매우 얇은 반투명의 금속 층으로 구성될 수 있다. 금속 층은 0.5 내지 30 나노미터(㎚)의 두께이고, 보통 5 나노미터(㎚)의 두께이며 금, 은, 크롬, 구리 또는 알루미늄으로 구성되어 있다.
다른 실시예에서, 제2 층 시스템은 상하면 전극층 사이에 배열된 층을 가지며, 직경 0.1 내지 40 마이크로미터(㎛)의 복수 개의 중합체 매트릭스(polymer matrix) 내에서 결합된 액정 거품을 가지고 있다. 중합체 매트릭스는, 예를 들어 자외선 방사에 의해 중합된 층 두께 5 내지 40 마이크로미터(㎛)의 단량체(monomer)로 구성되어 있다. 예를 들면 네매텔(Nematel) 사의 제품인 PN393이 이에 해당한다. 액정 거품은 조직화되지 않은 무작위적으로 정렬된 액정을 가지고 있다. 그들은 입사광을 확산시켜 상기 층 아래에 배열된 층들이 보여지지 않거나 선명하게 영상화될 수 없게 한다. 액정은 전극층이 전압원의 양극에 연결될 때 상면 및 하면 전극층 사이에 형성된 전기장 내에서 정렬된다.
전압원은 직류나 교류 전압원이 가능하다. 본 발명에 따른 다중층 본체를 위한 전압원으로써, 예를 들어 100㎐와 같은 적절한 신호 주파수에서 전자회로를 사용하여 신호가 처리되고 전기자기장 내에 위치하는 전기화학적 전압원, 전기적으로 튜닝된 회로의 사용이 가능하고, 또는 전압원으로써 태양열 전지(solar cell)의 사용도 가능하다.
또 다른 실시예에서, 제2 층 시스템은 상면 및 하면 전극층 사이에 배열된 액정층 및 적어도 하나의 편광층을 가지고 있다. 예를 들면, 편광면이 90도 교차된 두 개의 편광층이 제공될 수 있다. 액정층이 콜레스테릭(cholesteric) 액정을 가지는 것도 가능하다. 액정은 빛의 편광방향을 90도 회전시킨다. 이는 편광된 빛이 하면 편광층을 통과할 수 있게 한다. 따라서 제2 층 시스템은 투명하게 보이며, 제1 층 시스템을 보이게 한다. 두 개의 전극층 사이에 전기장이 형성될 때, 제2 층 시스템은 어둡게 보이고 그 아래에 있는 제1 층 시스템의 모습을 차단한다.
게다가 제2 층 시스템이 상면 및 하면 전극층 사이에 전해질(electrolyte)층을 갖도록 할 수 있고, 상면 전극층이 예를 들어 PEDOT/PSS 또는 폴리아닐린(polyaniline; PANI)과 같은 전기전도성 유기 물질로 구성되는 전기변색층(electrochromic layer)이 되게 하는 것이 가능하다. 전해질층에서의 전류방향으로 조절할 수 있는 산화환원반응은 PEDOT/PSS로 구성된 전기변색층의 색을 희미한 파란색에서 어두운 파란색으로 변하게 할 수 있다. 만약 전기변색층이 PANI로 구성되었다면, 색은 푸른빛 도는 초록색에서 파란색으로 변한다. 전해질층은 전해질층의 전류의 방향이, 전해질층으로부터 전기변색 전극층으로 금속이온이 이동하는 지 또는 전기변색 층으로부터 제거되는 지를 결정하는 금속이온을 가지고 있을 수 있다. 예를 들어 금속 이온이 텅스텐 이온이라면 전기변색 전극층은 어두운 파란색으로부터 무색으로 변할 수 있다.
또한 예를 들어 pH값의 변화에 따라 반응하는 다른 전기변색 시스템이 존재한다. 이들 시스템도 유사하게 사용될 수 있다.
제1 층 시스템이 예컨대 금속 반사층과 같은 상면 전기전도층을 구비한 경우, 전기전도층이 제2 층 시스템의 하면 전극층을 형성할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제2 층 시스템은 열변색층(thermochromic) 및 전기저항층을 가지고 있다.
또한 제1 층 시스템의 적어도 한 개의 층이 제2 층 시스템의 전기저항층을 형성하도록 하는 것도 가능하다.
제2 층 시스템은 영상 및/또는 문자숫자식(alphanumeric)의 정보를 재현할 공간을 갖도록 설계될 수 있다. 예를 들면 이 공간은 제2 층 시스템의 전기적 작동에 의해 보여질 수 있는 새겨져 있는 글자를 형성하는 문자의 형식일 수 있다. 그것은 다중층 본체가 리더기(reader)에 있는 전기장 안에 있을 때에만 보여질 수 있는 바코드도 될 수 있다. 이러한 특징은 전통적인 복제 공정에 의하여 위조될 수 없다. 예를 들면, 이와 같은 응용예에서 제2 층 시스템이 전극층을 갖지 않도록 하는 것도 가능하다. 그 결과, 제2 층 시스템은 본 발명에 따른 다중층 본체가 적용된 물체의 통상의 사용에 있어 인식되지 않는 것이 바람직하다.
또한 제2 층 시스템의 광학적 효과가 가역적으로 제어될 수 있게 하는 것도 가능하다.
또 다른 바람직한 실시예로는, 제2 층 시스템에서의 전기 전압원에 의한 광학적 변화가 전기 전압원이 차단된 후에도 유지된다는 점이다. 이 목적으로, 액정은 강유전성(ferroelectric)의 액정일 수 있다. 강유전성 액정은 전기장의 효과를 상대적으로 긴 시간동안, 예를 들어 몇 주 동안, 저장되게 하고 전기적 펄스에 의하여 리셋될 수 있다. 한가지 예로, 이것으로 강유전성 액정으로 된 다중층 본체를 시한에 대한 데이터 메모리로써 사용하는 것을 가능하게 한다. 공고 기간이 경과하면 강유전성 액정은 원래 상태로 되돌아가고 두번째 구조층은 다시 투명해지기 때문에, 시한을 알 수 있을 것이다. 바람직하게는 다중층 본체가 전극을 가지지 않게 하여 강유전성 액정을 정렬하기 위한 전기장은 이 목적에 해당하는 장치에서만 형성될 수 있도록 하는 것이 가능하다.
이 경우에 전기적으로 제어 가능한 층 시스템이라는 표현은 전기적 전압의 인가에 의해 적어도 광학적 효과 중 한 요소가 변하는 층 시스템을 의미한다. 이는 전기적 변수에 의해 결정되는 재료 특성의 변화이다.
본 발명은 제1 층 시스템이 복제층과 광절연층(optical isolation layer) 또는 반사층을 갖도록 하고, 회절 양각 구조(diffractive relief structure)가 특히 회절격자 및/또는 홀로그램 또는 키네그램(Kinegram®) 또는 트러스트씰(Trustseal®) 또는 비슷한 층을 형성하는 복제층 안에서 생성되게 한다.
또한, 제1 층 시스템은 시야각에 결정되는 간섭에 의한 색이동 효과(color-shift effect)를 얻기 위한 박막(thin film)층 시스템일 수 있다.
색 변화를 일으키는 층들은 d = λ/4 또는 d = λ/2 (λ는 입사광의 파장길이)의 두께를 가진다.
고회절율(high-diffractive-index) 층과 저회절율(low-diffractive-index) 층의 순서에 따라　박막층 시스템을 생성하는 것도 가능하다. 이러한 층들은 각각 HRI(High Refractive Index)층 및 LRI(Low Refractive Index)층으로 불린다. 선택되는 층의 숫자가 더 많아질수록 색 변화 효과의 파장길이가 더 명확하게 설정된다. 이 경우에 박막층 시스템이 2 내지 10 개의 층(짝수 변형)또는 3 내지 9 개의 층(홀수 변형)으로 부터 형성되는 것이 특히 바람직하다.
제1 층 시스템은 콜레스테릭 액정층과 흡수층을 가진 층 시스템도 될 수도 있다. 이와 같은 층 시스템은 박막층 시스템과 유사한 시야각에 따라 결정되는 색이동 효과(color-shift effect)를 가지고 있다.
오직 하나의 전극 면(plane)이 필요한 시스템도 가능하다. 예를 들어, 이것은 상기 면(plane)에서 작동되어지는 전기변색층 또는 위에서 언급한 콜레스테릭 액정층 시스템의 가열 요소가 될 수 있다. 액정 아래에 배열된 층은, 각각이 100 마이크로미터(㎛) 이내에 위치하고 20 내지 100 마이크로미터(㎛)의 높이와 약 20 마이크로미터(㎛)의 폭을 가진 돌출부(projection)를 가지고 있다. 돌출부의 작은 크기 때문에, 위에서 언급한 OVD(Optically Variable Device)는 돌출부 사이에서 형성되고 실재로 광학적으로 보이게 된다. 돌출부 위에 형성되고, 엇갈리게 그리고 스위칭할 수 있게 전압원의 양극에 연결된 전극은 스트립(strip)형태의 공간을 형성한다. 따라서 공간에 형성된 전기장은 액정층의 직각(right angle)방향이 아닌 방향으로 액정층 안에서 흐른다.
돌출부는 서양장기판(chequerboard)처럼 배열될 수 있고 제1 및/또는 제2 층 시스템은 적절하게 구성될 수 있으며 연결선이 매트릭스(matrix) 형태로 구성되어 각각의 전극이 행렬방식으로 작동되게 할 수 있다.
서양장기판과 같은 구조를 가지는 상면 전극층과 하면 전극층 사이에 위치한 액정을 특정한 지점에서 작동시키는 것도 가능하다. 결국 하면 전극층의 작동 영역위에 배열된 액정이 전기장 속에서 정렬되어지는 것이 가능하고, 하면 전극층의 비작동 영역위에 배열된 액정이 비조직화된 정렬을 유지하고 있는 것이 가능하다. 작동 또는 비작동 영역은 이러한 방식대로 영상(image)을 표현하는 패턴, 로고, 하나 이상의 문자숫자를 형성하게 된다. 전기적으로 다른 부분으로부터 격리된 부분은 엇갈리게 작동될 수 있어서 그에 속한 하위-영역(sub-areas)의 광학적 외관이 계속적으로 변한다.
다중층 본체는 바람직하게는 유기(organic) 구동 전자 장치인 구동 전자 장치를 가지는 것이 바람직하다.
다중층 본체가 하나 이상의 센서 및/또는 전파식별(RFID) 회로 및/또는 표시장치(display) 및/또는 스위치 및/또는 전압원을 가지는 것도 가능하다.
위에서 언급된 두 개의 실시예가, 이것이 더 많은 적용예를 제한하지는 않겠지만, 본 발명에 따른 다중층 본체의 개략적인 적용 분야를 제공해준다.
다중층 본체가 플렉서블(flexible)하게 설계되는 것 및/또는 투명한 플렉서블 캐리어 필름을 가지는 것도 가능하다. 플렉서블한 다중층 본체는 바람직하게는 곡면에 적용될 수 있다. 그것은 포장, 유가 증권(treasury bill) 또는 문서와 같은 얇은 캐리어 기판에 나타나는 플렉서블 부하(load)에 특히 좋은 내성을 가지고 있다.
특히, 플렉서블한 다중층 본체는 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정이 쓰이는 설비로 낮은 가격에 대량으로 생산이 가능하다. 이 경우에 RFID 태그, 태양열 전지(solar cell), 배터리, 저장장치, 집적회로, 필름 스위치(film switch) 및 센서와 같은 부가적인 부품은 다중층 본체에 쉽게 집적화 될 수 있다.
본 발명은 첨부되는 도면을 참조하여 이하에서 복수 개의 대표적인 실시예를 바탕으로 설명될 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중층 본체의 단면 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중층 본체의 단면 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 다중층 본체의 단면 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 다중층 본체의 단면 개략도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제5 실시예 에 따른 다중층 본체의 단면 개략도이다.
도 6a 내지 도 7b는 본 발명에 따른 다중층 본체의 적용예이다.
도 1a 및 도 1b는 광학 가변 층 시스템(10)과 제어 가능한 층 시스템(20)으로 구성된 다중층 본체(1)의 단면 개략도이다.
층 시스템(10)은 회절격자(12b)가 형성되는 구조층(12)을 구비한 광학 가변 장치(optically variable device; OVD)이다. 구조층(12)은 예를 들면 층두께가 수 마이크로미터(㎛)인 열가소성 복제 바니쉬(varnish)로부터 형성되어, 그 안에 있는 회절격자(12b)가 가열된 복제 롤러의 도움으로 새겨질 수 있다. 구조층(12)은 알루미늄, 은, 크롬(chromium), 구리 또는 금으로 이루어진 금속 반사층(14)으로 덮혀 있다.
제어 가능한 층 시스템(20)은 금속층(14)위에 배열된 캐리어층(22)을 포함하고 있다. 캐리어층(22)은 다수의 액정 거품(22f)이 내재된 중합체 매트릭스(polymer matrix)이다. 액정 거품은 직경이 0.1 내지 15 마이크로미터(㎛)이다. 중합체 매트릭스는 층 두께 5 내지 40 마이크로미터(㎛)에 적용될 수 있는 PN393으로 구성된다. 층 두께는 10 마이크로미터(㎛)인 것이 바람직하다.
투명 보호층(26)은 캐리어층(22) 위에 도포되어 되어 있고 전극층(24)이 그 하면에 있다. 상기 실시예에서, 층(26)과 층(24)은 투명이고 아그파(Agfa) 사의 오르가콘(Orgakon™)으로 코팅되어 있어 전도성이 있으며 전극층(24)은 투명전극 중합체이다. 이것은 층두께가 50 내지 500 나노미터(㎚)인 PEDOT/PSS 이다. 층두께는 200 나노미터(㎚)인 것이 바람직하다. 전극층(24)은 투명한 금속층일 수도 있다.
액정 거품(22f)에 포함된 액정이 정렬될 수 있도록 하는 전기장은 전극층(24)과 금속 반사층(14)사이의 전기적 전압 인가에 의하여 형성될 수 있다. 도 1a 및 1b 에서 액정은 짧은 선으로 기호화 되어있다. 따라서 상기 실시예에서 금속 반사층(14)은 동시에 전기적으로 제어 가능한 층 시스템(20)을 위한 전극층이 된다. 따라서 이는 다기능 층인 것이다.
제어 가능한 층 시스템(20)을 위한 전기적 전압은 연결선(34, 34') 및 스위치(32)에 의하여 층(14)과 층(24)을 전기적으로 전도성있게 연결하는 전압원(30)에 의하여 공급된다. 도 1a 와 및 1b 에서 기호화하여 설명된 연결선(34, 34')은 전기적으로 전도성있는 층(14)과 층(24)을 연결하여 형성된 전도체 트랙(conductor track)일 수도 있다. 그러나 예를 들어 증착(vapor deposition)되어 층(14)과 층(24)의 전기적 연결을 이루는 금속 전도체 통로(metallic conductor track) 역시 가능하다.
도 1a는 스위치(32)가 개방된 다중층 본체(1)를 도시한다. 액정 거품(22f)안에 배열되어 있는 액정은 비조직화된 임의 상태를 띠고 있어서 다중층 본체(1)를 비춘 빛이 흩어져 반사되면, 제1 층 시스템(10)은 보이지 않거나 단지 흐릿하게 보이고 광학적 효과를 발생하지 못한다.
도 1b는 스위치(32)가 닫힌 다중층 본체(1)이다. 전기장은 층(14)과 층(24)사이에 형성되며, 전기장 선은 층(14) 및 층(24)의 표면의 직각으로 정렬되고 그 결과 액정 거품(22f)에 있는 액정은 전기장 선에 평행한 방향으로 정렬된 조직화된 모습을 띤다. 수 나노미터(㎚)의 작은 직경 때문에 다중층 본체(1)에 방사되는 빛은 이제 실제로 전부 반사층(14)으로 덮힌 구조층(12)의 표면을 비추고 제1 층 시스템(10)은 광학 가변 장치(optically variable device; OVD)로써 광학적 효과를 나타낸다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 실시예에 의하면 전기적 전압원(30)의 극성은　전기장 선의 액정 정렬의 작동원리와 무관하다. 따라서 전기적 전압원(30)은 직류 또는 교류 전압원 모두 가능할 것이다. 전기적 전압원(30)으로부터 인가된 전압은 액정의 정렬에 적합한 전기장의 형성에 본질적인 중요한 사항이다. 대략 20V 정도의 전압이 도 1a 및 도 1b의 실시예에서 제공된다.
도 1a 및 도 1b의 실시예에서, 전압원(30)은 스위치(32)에 의하여 온/오프가 가능하다. 그러나 스위치(32)없이도 외부의 전기자기장으로 교류 전압을 유도하고 그것을 필요에 따라 정류기에 의하여 직류 전압으로 변환하는 회로의 형태의 전압원(30)도 가능하다. 직류 전압은 다시 예를 들면 링 발진기와 같은 적당한 전자 장치를 통하여 특히 바람직하게는 100㎐ 주변의 주파수 범위를 가진 교류 전압으로 변환이 가능하다. 또한 직류 전압에 의해 구동할 때, 전기자기장의 공급이 종료된 후 일정 시간 동안 직류 전압을 공급하기 위하여 커패시터(capacitor)도 사용될 수 있다. 예를 들어, 다중층 본체가 소위 전파식별 태그(RFID tag)를 형성하면, 위에 서 말한 구성요소들도 전파식별 태그의 부품이 될 수 있다. 전파식별 태그도 바람직하게는 유기막(organic film) 회로일 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 제2 전극층이 없는 다중층 본체(1')를 도시한다(도 1a 및 도 1b의 전극층(24) 참조). 사실, 구조층(12)은 약 20 마이크로미터(㎛)의 폭과 20 내지 100 마이크로미터(㎛)의 높이의, 100 마이크로미터(㎛) 미만의 간격으로 배열된, 돌출부(projection)를 가진 양각(relief) 구조이다. 회절격자(12b)는 구조층 안의 돌출부 사이에서 생성되고 이는 도 1a 및 도 1b에서도 도시되었다. 금속 반사층(14)은 돌출부 위에 배열되며, 스트립(strip) 형태이며 연결선(34)과 연결선(34')에 교대로 연결되어, 스트립 형태인 반사층(14)의 영역은 스위치(32)가 닫힐 때 전압원(30)의 양극 또는 음극에 교대로 연결된다(도 2b 참조). 상기 영역들 간에 형성된 전기장은 결국 캐리어층(22) 안에서 흐르고 도 1a 및 도 1b 에서 설명된 실시예의 경우와 다르게 캐리어층(22)에 직각으로 형성되지 않는다. 그러나 액정 거품(22f)에 위치한 액정은 도 2b에 도시되는 바와 같이 스위치(32)가 닫히면 전기장안에서 도 1b와 비슷하게 정렬이 된다.
돌출부를 구조층(12) 안에 서양장기판처럼 배치할 수도 있고 연결선을 매트릭스(matrix)의 형태로 하여 반사층(14)의 각 영역이 행과 열로 작동하게 할 수 있다. 도면으로 설명되어 있지는 않지만 다른 실시예에서는도 1a 및 도 1b 에 도시된 바와 같이 전극층(24)을 공급하여 서양 장기판과 같은 구조를 한 반사층(14)의 도움을 통하여 반사층(14)의 작동 영역 위에 배열된 액정은 전기장에 따라 정렬이 되고, 반사층(14)의 비작동 영역 위에 배열된 액정은 비조직된 정렬상태로 머물러 있 게 하는 것도 가능하다. 작동 또는 비작동 영역은 이러한 방식으로 패턴을 형성하여 예를 들면 로고(logo)나 하나 이상의 문자숫자를 표현할 수 있다.
도 3a 및 도 3b 는 도 1a 및 도 1b 에 도시된 다중층 본체(1)와 제어 가능한 층 시스템의 구성만 상이한 다중층 본체(2)이다. 제어 가능한 층 시스템(40)에는 편광된 빛(polarized light)의 편광면이 회전할 수 있게 한 액정(42f)이 내재된 액정층(42)이 존재한다.
액정층(42)의 윗부분은 상면 편광층(46o)이 덮고 있고, 아랫부분은 하면 편광층(46u)이 덮고 있다. 편광층(46o)과 편광층(46u)의 편광 방향은 약 90도 교차되어 있다. 따라서 입사광은 편광되고 나서 액정층으로 들어온다. 이제 액정은 편광된 빛의 편광면을 90도 회전시킨다. 결과적으로, 편광된 빛은 하면 편광층(46u)을 통과할 수 있고 층 시스템(10)의 반사층(14)에 부딪혀 반사된다. 반사된 빛은 다시 한번 스택(stack) 구조로 배열된 액정(42f)에 의하여 회전되고 상면 편광층(46o)으로 빠져 나온다. 층 시스템(40)은 결과적으로 투명한 것처럼 보이고 OVD형태로써 층 시스템(10)을 볼 수 있게 한다.
투명보호층(26)은 상면 편광층(46o)위에 배열되어 있고, 아래에는 전극층(24)이 있다. 전술한 바와 같이, 층(26) 및 층(24)은 예를 들어 오르가콘(Orgakon™) 필름(film)이 씌워져 투명하고 전도성이 있다. 전극층(24)은 스위치(32)와 연결선(34')을 통하여 전압원(30)에 연결되어 있다. 전압원(30)의 다른 극은 연결선(34)을 통하여 금속층(14)과 연결되어 있다. 이는 전기장이 스위치(32)를 닫음으로써 층(14)과 층(24)사이에서 형성될 수 있게 하고, 이로써 액정(42f)을 움직여 상면 편광층(46o)에 의하여 편광된 빛이 더이상 하면 편광층(46u)을 통과하지 못하도록 한다. 다중층 본체(2)의 상태는 도 2b에 도시되어 있고 더 이상 층 시스템(10)에 의하여 형성된 광학적 효과를 관찰할 수 없다.
상면 편광층(46o)과 하면 편광층(46u)이 동일한 편광 방향으로 배열되어, 전기적으로 제어 가능한 층 시스템(40)이 전압이 차단되면 빛을 통과하지 않게 하고 전압이 인가되면 투명하게 보이게 하는 것도 가능하다.
또한, 강유전성 액정(ferroelectric liquid crystals)이 액정층(42)에 제공될 수도 있다. 강유전성 액정은 전기장을 저장하는 성질이 있어서 강유전성 액정에 의해 형성된 액정층의 스위칭 상태는 전압 공급이 중단된 후에도 상대적으로 긴시간동안 유지된다. 상기 액정층은 스위칭 펄스에 의하여 리셋될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 전해질(electrolyte)층(52)으로부터 형성되고, 광학 가변 층 시스템(10)위에 배열되며, 두 전극층을 연결하게 하는 전기적으로 제어 가능한 층 시스템(50)이 포함된 다중층 본체(3)를 도시한다. 전술한 바와 같이, 하면 전극층은 층 시스템(10)에 있는 반사층(14)에 의해 형성된다. 상면 전극층(54)은 예를 들어 PEDOT/PSS와 같은 전기변색성 물질로 이루어진다. 상면 전극층(54)은 보호층(26)으로 덮혀있다. 두 전극층(14, 54)은 스위치(32u)에 연결된 연결선(34, 34')으로 전압원(30)에 연결되어 있다. 도 3a 및 도 3b 에 도시된 제3 실시예에서, 전압원(30)은 직류 전원이며, 전압원(30)의 극성이 전기변색 전극층(54)의 광학적 상태를 결정한다. 이 경우, 스위치(32u)의 위치에 의해 방향이 결정되는 전류는 전해질층(52)을 통해 흐르고, 도시된 실시예에서 전류는 전해질층(52)으로부터 전기변 색 전극층(54)으로 금속 이온을 운반하거나 전기변색 전극층(54)으로부터 금속 이온을 제거한다. 예를 들어, 만약 금속 이온이 텅스텐(tungsten) 이온이라면 전기변색 전극층(54)은 어두운 파란색에서 무색으로 변할 것이다. 전술한 바와 같이, 전류의 방향에 의해 결정되는 산화환원반응 또는 전해질층의 pH 값에 따른 변화에 근거한 다른 실시예도 가능하다.
스위치(32u)는 전해질층(52)을 통과하는 전류의 흐름 방향을 반대로 할 수 있는 쌍극 변환(two-pole changeover) 스위치이다. 이로써 전기변색 전극층(54)이 유색의 불투명상태에서 무색의 투명 상태로 변하게 할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 광학 가변 층 시스템(10)위에 배열되고 열변색층(62)을 가지는 전기적으로 제어 가능한 층 시스템(60)이 있는 다중층 본체(4)를 도시한다. 도시된 실시예에서 열변색층(62)의 층 두께는 약 20마이크로미터(㎛)이며 코티스 스크린(Coates Screen) 사의 TCX B-31로 구성되어 있다. 층 두께는 0.5 내지 100 마이크로미터(㎛) 일 수도 있다. 열변색층(62)은 보호층(26)으로 덮혀있다.
층 시스템(10)의 금속 반사층(14)은 전기 연결선(34, 34')과 스위치(32)에 의하여 전압원(30)에 연결되어 있고 동시에 열변색층(62)을 가열하기 위한 전기적 저항층 역할을 한다. 상기 실시예의 경우, 따라서 반사층(14)은 기능적으로 다중층 본체의 두 개의 층 시스템과 연관된 층이 될 수 있다. 그러나, 특히 반사층(14)이 충분한 전기적 부하가 되지 못할 때 별개의 저항층을 제공하는 것도 가능하다. 이와 같은 경우에, 저항층은 투명하며 예를 들어 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 다른 전도성 물질로 구성된다. 예를 들면, PEDOT/PSS 또는 PANI 도 투명 저항층으로 사용될 수 있다. 이 경우에는 저항층은 구조층(12) 아래에 배열될 수 있고, 투명일 필요가 없다.
도 5a에서 보여지듯이, 열변색층(62)은 스위치(32)가 열렸을 때 투명하지 않다. 도 5b에서 보여지듯이, 스위치(32)가 닫히면 반사층(14)은 전류의 흐름에 의하여 가열되고, 그 결과로 반사층(14)위에 배열된 열변색층(62)도 가열되어 투명해진다. 이때 광학 가변 층 시스템(10)에 의한 광학적 효과는 보일 수 있다.
도 6a 내지 7b는 본 발명에 따른 다중층 본체의 일 실시예를 도시한다.
도 6a는 도 1a 및 도 1b에도시된 다중층 본체(1)와 동일하게 설계된 다중층 본체(5)의 단면 개략도이다. 이 경우에, 도 1a 및 도 1b의 몇 개의 층이 하나로 합쳐져 있다.
중합체 매트릭스와 결합된 액정 거품이 포함된 층(52)은 도 1a 및 도 1b에 도시되며 복제층과 금속 반사층으로 형성된 OVD 층 시스템(56) 위에 배열되어 있고 상면 전극층(54)이 제공된다. 이와 동시에 OVD 층 시스템과 마주하는 반사층은 층(52)을 위한 하면 전극층이 된다.
도 6b는 전극층이 연결선(58l)과 스위치(58s)로 전압원(58)에 연결된 다중층 본체(5)의 개략적인 평면도이다. 새겨진 글자(56s)가 있는 OVD 층 시스템(56)은 전압이 인가되지 않으면 빛을 통과하지 않는 층(52) 때문에 전혀 보이지 않거나 제대로 보이지 않는다.
도 7a 및 도 7b는 스위치(58s)가 닫혔기 때문에 전극층들이 전압원(58)에 연결된 다중층 본체(5) 를 도시한다. 따라서 층(52)은 투명하기 때문에 OVD 층 시스 템(56)에 배열된 새겨진 글자(56s)는 이제 선명하게 읽혀질 수 있다. 또한, 광학적 효과가 보여질 수 있으며, 예를 들어 광학적 효과는 다중층 본체(5)가 기울여진 결과로 나타나는 색 변화일 수도 있다. 새겨진 글자(56s)는 시야각에 따른 광학적 효과, 예를 들어 외관상으로 위치변화가 있는 광학적 효과를 표시하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 다중층 본체는 예를 들면 광학 가변 층 시스템의 하면에 적용하는 접착층 또는 전압원, 센서, 전자회로 등의 기능적 요소를 형성하는 층과 같은 층을 더 가질 수도 있다. 상기 층은 특히 전자회로를 구성하는 중합체로부터 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, "유기(organic)" 회로라는 표현은 무기(inorganic) 층만을 가지거나 또는 유기 층과 무기 층을 모두 가진 회로 그리고 회로 장치를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 다중층 본체는 얇게 그리고 플렉서블(flexible)하게 형성될 수 있어 응용 또는 생산에 특히 유리한 결과를 가져올 수 있어 뛰어나기도 하다. 예를 들면, 다중층 본체는 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정을 사용하여 낮은 가격으로 막(film) 형태로써 생산이 가능하고 따라서 대량 생산에 적합하다.
본 발명에 따른 다중층 본체는 예를 들면 유리나 세라믹(ceramic)으로 구성된 플렉서블하지 않은 캐리어(carrier) 재료를 가질 수도 있으며, 이는 본 발명의 사상의 범위에 포함된다.
또한, 본 발명에 따른 다중층 본체는 비가역적으로 광학적 성질을 변화시키도록 설계될 수도 있다. 예를 들면, 약간의 과전압으로 인하여 변화가 가능하고 다 중층 본체가 과부하가 걸렸다는 신호를 영구적으로 내게 하는 것이 가능하다. 이러한 효과는 예를 들면 전기변색층의 경우처럼 전해질층에서의 비가역적 화학 과정에 의해 개시될 수 있다.
본 발명은 광학 활성층 시스템을 가진 다중 층 본체에 관한 것이다.

Claims (26)

  1. 광학 활성 제1 층 시스템을 포함하는 다중층 본체에 있어서,
    상기 제1 층 시스템(10)은 광학 가변 장치(Optically Variable Device; OVD)이고,
    상기 제1 층 시스템(10)의 광학적 효과는 전기적으로 제어 가능한 제2 층 시스템(20)에 의해 영향을 받을 수 있으며,
    상기 제2 층 시스템(20, 40, 50, 60)은 상기 제1 층 시스템(10) 위에 배열되고,
    상기 제1 층 시스템(10)은 상기 제2 층 시스템(20, 40, 50)의 하면 전극층을 형성하는 금속 반사층(14)을 포함하고,
    상기 제1 층 시스템(10)은 복제층(12)을 더 포함하며, 회절 양각 구조(12b)가 상기 복제층(12) 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층 시스템(20, 40, 50, 60)의 광학적 특성은 전기적으로 제어 가능한 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 층 시스템(20, 40, 50, 60)의 광밀도 또는 광산란도 또는 색상은 전기적으로 제어 가능한 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층 시스템(20, 40, 50)은 상면 전극층(24, 54) 및 상기 하면 전극층(14)을 포함하고,
    상기 상면 전극층 및 상기 하면 전극층 사이에 하나 이상의 층이 배열되는 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상면 전극층(24, 54) 또는 상기 하면 전극층(14)이 PEDOT/PSS 또는 PANI로 이루어진 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 상면 전극층(24, 54) 또는 상기 하면 전극층(14)이 인주석 산화물(indium tin oxide; ITO)층인 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 상면 전극층(24, 54) 또는 상기 하면 전극층(14)은 금속층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중충 본체.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제2 층 시스템(20, 40, 50)은,
    상기 상면 전극층(24)과 상기 하면 전극층(14)사이에 배열되며 중합체 매트릭스 내에서 결합된 복수 개의 액정 거품(22f)을 포함하는 층(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제2 층 시스템(20, 40, 50)은,
    상기 상면 전극층(24) 및 상기 하면 전극층(14) 사이에 배열된 액정층(42); 및
    하나 이상의 편광층(46o, 46u)을　포함하는 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 제2 층 시스템(20, 40, 50)은,
    상기 상면 전극층(54) 및 상기 하면 전극층(14) 사이에 전해질층(52)을 포함하며,
    상기 상면 전극층(54)은 전기변색층이거나, 상기 전해질층이 전기변색층인 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층 시스템(60)은 열변색층(62) 및 상기 열변색층(62)의 위 또는 아래에 배열되는 전기적 저항층을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 층 시스템(10)의 하나 이상의 층이 상기 제2 층 시스템(60)의 전기적 저항층을 형성하는 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 전기적 저항층은 상기 제1 층 시스템(10)의 아래에 배열되는 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 층 시스템(20, 40, 50)은 부분적인 전극층 형태로 된 하나의 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 층 시스템(10)은 영상 또는 문자숫자식(alphanumeric)의 정보를 표현하는 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  16. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 층 시스템(20, 40, 50, 60)의 광학적 효과가 가역적으로 제어 가능한 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  17. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 층 시스템(20, 40, 50, 60)의 광학적 효과가 비가역적으로 제어 가능한 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  18. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 층 시스템(20, 40, 50, 60)의 광학적 효과가 쌍안정(bistable) 형태로 제어 가능한 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  19. 삭제
  20. 광학 활성 제1 층 시스템을 포함하는 다중층 본체에 있어서,
    상기 제1 층 시스템(10)은 광학 가변 장치(Optically Variable Device; OVD)이고,
    상기 제1 층 시스템(10)의 광학적 효과는 전기적으로 제어 가능한 제2 층 시스템(20)에 의해 영향을 받을 수 있으며,
    상기 제2 층 시스템(20, 40, 50, 60)은 상기 제1 층 시스템(10) 위에 배열되고,
    상기 제1 층 시스템(10)은 상기 제2 층 시스템(20, 40, 50)의 하면 전극층을 형성하는 금속 반사층(14)을 포함하고,
    상기 제1 층 시스템(10)이 간섭에 의해서 색상 효과를 나타내는 박막층 시스템인 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  21. 광학 활성 제1 층 시스템을 포함하는 다중층 본체에 있어서,
    상기 제1 층 시스템(10)은 광학 가변 장치(Optically Variable Device; OVD)이고,
    상기 제1 층 시스템(10)의 광학적 효과는 전기적으로 제어 가능한 제2 층 시스템(20)에 의해 영향을 받을 수 있으며,
    상기 제2 층 시스템(20, 40, 50, 60)은 상기 제1 층 시스템(10) 위에 배열되고,
    상기 제1 층 시스템(10)은 상기 제2 층 시스템(20, 40, 50)의 하면 전극층을 형성하는 금속 반사층(14)을 포함하고,
    상기 제1 층 시스템(10)이 콜레스테릭(cholesteric) 액정층 및 흡수층을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  22. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다중층 본체(1, 2, 3, 4, 5)는 유기 또는 무기 구동 전자 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  23. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다중층 본체(1, 2, 3, 4, 5)는 하나 또는 그 이상의 센서, RFID 회로, 표시장치, 스위치, 또는 전압원을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  24. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다중층 본체(1, 2, 3, 4, 5)는 플렉서블(flexible)하게 설계되거나 또는 플렉서블 캐리어 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중층 본체.
  25. 삭제
  26. 삭제
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