KR101689992B1 - 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체 및 이를 이용한 색상 발현 구조물 - Google Patents

선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체 및 이를 이용한 색상 발현 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체 및 이를 이용한 색상 발현 구조물에 관한 것으로, 기재; 패턴; 및 전반사부; 를 포함하여, 패턴을 통해 빛을 선택적으로 투과 또는 반사시켜 자연스럽게 특정 색상의 발현이 가능할 뿐만 아니라 패턴이 내부에 위치하여 반 영구적으로 사용할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체 및 이를 이용한 색상 발현 구조물{STRUCTURE CAPABLE OF SELECTIVELY EXPRESSING SPECIFIC COLORS AND COLORS EXPRESSION STRUCTURE USING THE SAME}
본 발명은 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체 및 이를 이용한 색상 발현 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 패턴을 통해 빛을 선택적으로 투과 또는 반사시켜 자연스럽게 특정 색상의 발현이 가능할 뿐만 아니라 패턴이 내부에 위치하여 반 영구적으로 사용할 수 있는 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체 및 이를 이용한 색상 발현 구조물에 관한 것이다.
통상 휴대폰이나 자동차, 각종 가전제품 등과 같은 제품의 표면에는 미적요소를 부가시킬 수 있도록 각종 색상을 나타내게 되는데, 색상이 나타나도록 하기 위해 종래에는 투명한 재질로 이루어지는 시트(Sheet)에 색조, 예를 들어 색소를 투입하여 다양한 색상의 시트를 제작하고, 이러한 시트를 제품의 표면에 부착하게 된다.
그러나, 타르 색소 등은 환경에 좋지 않으며, 이처럼 환경에 좋지 않은 색소에 대한 규제가 점차 강해지고 있는 추세에 있다.
게다가 색소를 이용하여 나타내는 색상은 시간이 지남에 따라 변색되거나 오염되어 얼룩덜룩해지는 등 문제점이 있었다.
한편, 보석 중 오팔(Opal)이나 몰포나비, 공작새의 깃털, 딱정벌레의 등껍질, 카멜레온의 피부 등은 색소 없이 독특한 색상을 나타내는데, 이는 특정 구조에 의해 빛이 회절, 간섭, 산란되어 나타나는 것이다. 즉, 미세한 주름이나 규칙적으로 배열된 구조물에 빛이 조사될 때 특정 파장의 빛만을 반사함으로써 해당 파장의 색이 발현된다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 굴절률이 다른 두 매질이 규칙적으로 배열되면, 브래그의 법칙(Bragg rule)에 따라 외부에서 입사되는 빛 중 특정 파장의 빛만이 보강 간섭을 일으켜서 특정 파장에 해당하는 색상의 빛이 반사되는 것이다.
이것은 페브리-페로간섭계(Fabry-Perot Interferometer)라고 불리는 간섭필터(Dichroic filter)의 원리와 유사한 것으로, 빛의 보강간섭과 상쇄간섭에 의해 원하는 파장만 투과시키고 나머지 파장은 반사시켜 색상을 나타내게 한다.
색소를 사용하지 않으면서 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조는 디스플레이, 광학소자, 인테리어, 위조방지, 바이오센서 등 다양한 분야에 효과적으로 이용될 수 있으므로 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체 및 이를 이용한 색상 발현 구조물의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2013-0066071호
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 패턴을 통해 빛을 선택적으로 투과 또는 반사시켜 자연스럽게 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체 및 이를 이용한 색상 발현 구조물을 제공함에 있다.
또, 패턴이 내부에 위치하여 반 영구적으로 사용할 수 있는 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체 및 이를 이용한 색상 발현 구조물을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 투명 재질로 이루어지는 기재; 상기 기재의 일면에 형성되고, 입사된 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시키는 패턴; 및 상기 패턴의 가장자리부에 상기 패턴과 이격하여 형성되고, 광원으로부터 조사된 빛의 경로를 변경하여 상기 패턴에 입사시키기 위한 전반사부; 를 포함하며, 상기 패턴을 투과한 빛이 상기 기재의 외측으로 특정 색상을 발현시키는 것을 특징으로 하는 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체에 의해 달성된다.
여기서, 상기 패턴은, 빛이 상기 기재에 입사되는 면의 반대면에 형성되고, 상기 전반사부는, 상기 기재의 일측 또는 양측말단에 빛의 입사 방향에 대하여 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 전반사부는, 상기 기재의 양측말단에 서로 대칭되도록 형성되고, 상기 전반사부 중 어느 하나에 의해 전반사되어 상기 패턴을 투과한 빛은, 상기 전반사부 중 다른 하나에 의해 상기 기재의 외측으로 전반사되어 특정 색상이 발현되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 전반사부는, 상기 기재의 양측말단에 서로 평행하도록 형성되고, 상기 전반사부 중 어느 하나에 의해 전반사되어 상기 패턴을 투과한 빛은, 상기 전반사부 중 다른 하나에 의해 상기 기재의 외측으로 전반사되어 특정 색상이 발현되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 패턴은 요(凹)부와 철(凸)부가 상호 엇갈리도록 반복 형성되는 요철(凹凸)패턴으로 구성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 전반사부는, 상기 기재에 조사되어 전반사되는 빛이 상기 철(凸)부의 높이방향에 대해 직교하여 입사되도록 구성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 요철패턴을 투과하여 발현되는 특정 색상은, 상기 요(凹)부, 상기 철(凸)부 중 어느 하나 또는 둘의 두께에 따라 변경 가능하게 구성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 기재는, 플랙시블(Flexible)한 특성을 갖는 소재로 이루어져 구성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 요(凹)부, 상기 철(凸)부 중 어느 하나 또는 둘은, 외부 압력에 의해 상기 기재가 수축 또는 확장되어 두께가 조절되도록 구성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 요(凹)부의 두께는, 상기 철(凸)부의 두께와 같은 두께를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 요(凹)부의 두께는, 상기 철(凸)부의 두께보다 작은 두께를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 요철패턴은 나노패턴으로 이루어지고, 상기 전반사부는 마이크로패턴으로 이루어지도록 구성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 기재는 굴절률(Refractive Index)이 1.4 이상인 것으로 구성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 기재는 필름 또는 패널 형태를 갖고, 상기 패턴과 상기 전반사부가 상기 기재의 일면에 상호 엇갈리도록 반복 형성되는 것이 바람직하다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 제14항에 따른 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체; 및 상기 구조체와 접착제로 접착되어 결합되는 이종부재; 를 포함하는 색상 발현 구조물에 의해 달성된다.
여기서, 상기 이종부재는, 상기 요철패턴이 형성되는 상기 기재의 일면에서 결합되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 접착제는, 상기 기재의 굴절률(Refractive Index)보다 낮은 굴절률을 갖는 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 패턴을 통해 빛을 선택적으로 투과 또는 반사시켜 자연스럽게 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체 및 이를 이용한 색상 발현 구조물이 제공된다.
또, 패턴이 내부에 위치하여 반 영구적으로 사용할 수 있다.
도 1은 굴절률이 다른 두 매질이 규칙적으로 배열된 상태에서 외부에서 입사되는 빛이 보강 간섭을 일으켜서 특정 파장에 해당하는 색상의 빛이 반사되는 상태를 개략적으로 나타낸 개략도,
도 2 내지 도 8은 본 발명의 제1 내지 제7 실시예에 따른 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체의 개략적인 구조를 나타낸 단면도,
도 9 및 도 10은 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체에 빛이 입사되어 특정 색상이 발현되는 상태를 나타낸 상태도,
도 11 내지 도 13은 본 발명의 제5 내지 제7 실시예에 따른 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체에 빛이 입사되어 특정 색상이 발현되는 상태를 나타낸 상태도,
도 14는 본 발명에 따른 색상 발현 구조물의 제조 순서를 나타낸 제조 순서 블록도,
도 15는 본 발명에 따른 색상 발현 구조물을 제조하는 상태를 나타낸 제조 상태도이다.
본 명세서에서 사용되는 '색상'이라는 용어는 색상 효과, 즉 색상 또는 색상 인식에서의 차이를 말하는 것으로 사용된다. 색상 효과는 사실상 영구적인 색상 효과, 즉 일상적인 접촉 또는 가벼운 세척 등의 경우에 제거되지 않는 색상 효과로, 사실상 영구적인 색상 효과는 쉽게 제거되거나 감소되는 일시적인 색상 효과와 구별된다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 '표면'이라는 용어는 물체 또는 기재(Substrate)의 임의의 외부층 또는 경계를 말하는 것으로 사용된다. 적합한 표면은 2차원으로 평평하거나, 또는 3차원으로 만곡부 또는 각진 부분 등을 포함할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 8은 본 발명의 제1 내지 제7 실시예에 따른 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체의 개략적인 구조를 나타낸 단면도이다.
먼저, 도 2에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적으로 특정 색상의 표현이 가능한 구조체는 크게 기재(100)와 전반사부(110) 및 패턴(120)을 포함하여 구성된다.
기재(100)는 투명 재질로 이루어지며, 대략 100㎛의 길이를 갖는 시트(Sheet)나 필름과 같은 일종의 판체가 사용될 수 있다.
기재(100)는 투명한 소재, 예를 들어 유리나 아크릴 등과 같은 합성수지 등 빛이 투과할 수 있는 재료는 무엇이든 사용이 가능하나, 빛의 굴절이 잘 이루어지는 높은 굴절률(Refractive Index)을 가진 소재를 사용하게 된다. 본 발명에서는 통상적인 투명 합성수지의 굴절률(Refractive Index)인 1.4 이상의 소재를 사용하게 되나, 색상의 선택 다양성을 위해 굴절률이 2.0 이상인 이산화티타늄(Titanium dioxide , TiO2)과 같은 물질로 된 소재 또는 이산화티타늄과 같은 물질이 포함된 소재를 사용할 수도 있다.
이러한 기재(100)는 신축성이 있어 유연한 재질, 예를 들어 플랙시블(Flexible)한 특성을 갖는 소재로 이루어져 구성될 수 있다.
전반사부(110)는 기재(100)의 일측 또는 양측말단에 형성된다. 즉, 전반사부(110)는 하기에 서술하는 패턴(120)의 가장자리부에 패턴(120)과 이격하여 형성되며, 패턴(120)을 중심으로 패턴(120)의 길이방향에 대해 직교하는 방향측의 한쪽 또는 다른쪽 중 어느 하나 또는 둘에 형성된다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 구조체, 즉 선택적으로 특정 색상의 표현이 가능한 구조체(이하, "구조체" 라 함)의 경우, 예를 들어 도면상 기재(100)의 좌측인 일측말단, 즉 패턴(120)을 중심으로 하여 패턴(120)의 길이방향에 대해 직교하는 방향측의 한쪽에만 전반사부(110)가 형성된다. 여기서, 패턴(120)의 길이방향이라 함은 하기에 서술하는 요철패턴(120)을 이루는 요(凹)부(122)와 철(凸)부(124)의 길이방향을 의미한다.
이러한 전반사부(110)는 광원으로부터 기재(100)에 조사된 빛의 경로를 변경하여 패턴(120)에 입사되도록 빛을 전반사시키는 부분으로, 전반사(Total Reflection)는 빛이 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 진행할 때 입사각이 임계각보다 클 경우 경계면에서 전부 반사되는 현상을 말한다.
본 발명에서는 이러한 전반사부(110)를 통해 패턴(120)으로 빛을 전부 반사시키게 된다.
본 발명에서 사용되는 전반사부(110)는 광원, 예를 들어 태양빛이나 형광등, 백열전구, 엘이디(LED) 등과 같은 조명기구 등으로부터 조사되는 빛의 입사 방향에 대하여 빛의 입사각이 임계각보다 큰 각도로 경사지게 형성 특히, 기재(100)에 조사되어 전반사되는 빛이 하기에 서술하는 패턴(120)의 높이방향에 대해 직교하여 입사되도록 하는 각도로 경사지게 형성된다.
패턴(120)은 기재(100)의 일면, 특히 광원으로부터 조사되는 빛이 기재(100)에 입사되는 면의 반대측 표면에 형성되며, 전반사부(110)에 의해 전반사되는 빛이 입사되는 부분이다. 이때, 전반사가 잘 이루어질 수 있게 패턴(120)과 전반사부(110)는 서로 떨어진 위치에 형성, 즉 패턴(120)과 전반사부(110) 사이에 어느 정도의 간격을 두는 것이 좋다.
본 발명에서는 이처럼 전반사부(110)를 통해 전반사되는 빛을 패턴(120)에 입사시키고, 패턴(120)은 입사된 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시키며, 패턴(120)을 투과한 빛이 기재(100)의 외측으로 특정 색상을 발현시키게 된다.
본 발명에서는 패턴(120)으로 요(凹)부(122)와 철(凸)부(124)가 상호 엇갈리도록 반복 형성되는 요철(凹凸)패턴(120, 이하 "요철패턴"이라 함)을 사용하며, 전반사부(110)에 의해 전반사되어 요철패턴(120)으로 입사되는 빛은 철(凸)부(124)의 높이방향에 대해 직교하여 입사되도록 구성된다.
예를 들어, 도 2에 도시된 것과 같이 전반사부(110)가 빛이 입사되는 방향에 대해 대략 45도의 각도를 갖도록 형성될 수 있으며, 이에 따라 전반사부(110)를 통해 전반사되는 빛이 철(凸)부(124)의 높이방향{요(凹)부(122)의 높이방향}에 대해 직교하여 입사되게 된다. 이러한 전반사부(110)의 각도는 철(凸)부(124)의 높이방향에 따라 변경될 수 있으며, 전반사부(110)에 의해 전반사되는 빛이 철(凸)부(124)의 높이에 대해 직교하여 입사할 수 있는 각도로 적절히 설정하여 형성하게 된다.
요철패턴(120)을 투과한 빛이 기재(100)의 외측으로 발현하게 되는 특정 색상은 빛이 입사되는 요철패턴(120), 특히 요(凹)부(122)의 두께(T1)나 철(凸)부(124)의 두께(T2), 즉 전반사부(110)를 통해 전반사되는 빛이 요(凹)부(122)나 철(凸)부(124)를 각각 투과하는 거리(피치, Pitch)에 따라 달라진다.
하기의 표 1은 빛의 색상에 따른 파장 및 진동수를 나타낸 표이다.
Figure 112016035767324-pat00001
표 1에서 나타나는 바와 같이, 빛은 색상에 따라 파장과 진동수가 다르게 이루어져 있으며, 본 발명에서는 요철패턴(120)을 이루는 요(凹)부(122)의 두께(T1)나 철(凸)부(124)의 두께(T2), 또는 요(凹)부(122)와 철(凸)부(124) 모두의 두께(T1, T2)를 조절하여 형성함에 따라 전반사부(110)를 통해 전반사된 빛이 요철패턴(120)을 투과할 수 있는 파장을 구분하여 선택적으로 특정 색상을 표현할 수 있게 된다.
즉, 전반사부(110)를 통해 전반사되는 빛이 철(凸)부(124)를 통과하는 길이인 철(凸)부(124)의 두께(T2)를 파장(Λ)의 반 정도가 되도록 Λ/2 정도로 형성할 경우 철(凸)부(124) 두께의 두 배에 해당되는 파장의 빛만 보강 간섭으로 해당 철(凸)부(124)를 투과하고, 나머지 파장의 빛은 상쇄 간섭으로 반사시키게 된다. 마찬가지로, 철(凸)부(124)의 두께(T2)를 Λ/4 등으로 형성하게 되면, 그에 해당하는 파장의 빛 외에는 반사시킬 수 있게 된다. 이때, 이러한 빛의 파장에 따른 선택적인 투과와 반사는 요(凹)부(122)와 철(凸)부(124)의 두께(T1, T2)에 따라 그 효율이 변경될 수 있으나, 본 명세서에서는 간략한 설명을 위해 해당 파장만 투과되고 나머지는 반사되는 것으로 기술하였다.
예를 들어, 전반사부(110)를 통해 전반사되는 빛이 요철패턴(120)으로 입사될 때 철(凸)부(124)의 두께(T2)가 표 1에서 나타나는 빨간색(Red, R)의 Λ/2인 330㎚ 정도이면 빨간색(R)이 선택적으로 철(凸)부(124)를 투과하게 되고, 나머지 색상의 빛은 반사된다. 또한, 철(凸)부(124)의 두께(T2)가 표 1에서 나타나는 초록색(Green, G)의 Λ/2인 260㎚ 정도이면 초록색(G)이 주로 선택적으로 투과되고, 나머지 색상은 반사되며, 철(凸)부(124)의 두께(T2)가 표 1에서 나타나는 파란색(Blue, B)의 Λ/2인 240㎚ 정도이면 파란색(B)이 주로 선택적으로 투과되고, 나머지 색상은 반사되는 것이다.
이렇게, 빛이 규칙적으로 배열된 요철패턴(120)으로 입사되어 외부에 발현하고자 하는 특정 색상 외의 나머지 파장은 반사되고, 특정 색상의 파장만 요철패턴(120)을 투과하게 되어 특정 색상이 발현되는 것이다.
이러한 요(凹)부(122)의 두께(T1)나 철(凸)부(124)의 두께(T2)는 Λ/2, Λ/4 등 다양한 크기로 형성할 수 있으며, 본 발명의 제1 실시예에서는 요(凹)부(122)의 두께(T1)와 철(凸)부(124)의 두께(T2)가 같은 두께(T1=T2)를 갖도록 구성된다.
이때, 전반사부(110)와 요철패턴(120) 사이의 두께(T3)는 요철패턴(120)의 요(凹)부(122)의 두께(T1)나 철(凸)부(124)의 두께(T2)보다 크게 형성되어 전반사가 원활하게 이루어질 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다(T1=T2<T3).
여기서, 도시된 도면에서는 단면이 사각형상인 요(凹)부(122)와 철(凸)부(124)를 갖는 요철패턴(120)이 나타나 있으나, 이러한 사각형상 외에 전반사부(110)를 통해 전반사되는 빛이 철(凸)부(124)의 높이에 대해 직교하여 입사되는 조건을 만족한다면, 다양한 형상으로 요철패턴(120)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 철(凸)부(124)를 높이에 따라 빛이 입사하여 투과되는 부분과 빛이 투과하지 않는 부분으로 구분하고, 빛이 투과되는 부분은 단면이 사각형상으로 이루어지도록 하며, 빛이 투과되지 않는 부분은 반구형이나 원형으로 형성하는 등 다양한 형상으로 요철패턴(120)을 형성할 수 있는 것이다.
또한, 요철패턴(120)은 도면상 기재(100)의 하측 표면에 형성되나, 본 발명에 따른 구조체를 사용하고자 하는 환경 등에 따라 도면상 기재(100)의 상측 표면이나 좌우측 표면 등에도 적절하게 형성하여 사용할 수 있다.
한편, 요철패턴(120)은 별도로 마련되는 공구, 예를 들어 다이아몬드 공구를 이용한 기계적 가공 방법이나 식각 방법, 또는 그로 인해 제작된 마스터를 합성수지로 성형하는 등 다양한 방법을 사용하여 형성할 수 있다.
전반사부(110) 또한 요철패턴(120)과 마찬가지로 별도로 마련되는 공구(예를 들어, 다이아몬드 공구)를 이용한 기계적 가공 방법 등을 이용하여 패턴 형상으로 형성될 수 있으며, 전반사부(110)의 경우 요철패턴(120)에 비해 패턴이 크게 형성된다.
예를 들어, 요철패턴(120)이 10~90 정도의 수십 나노미터(Nano meter, nm)로 형성되는 경우 전반사부(110)는 수백 나노미터~수 밀리미터(Milli meter, mm) 정도로 형성될 수 있으며, 본 발명에서는 전반사부(110)가 요철패턴(120)보다 큰 마이크로패턴으로 이루어지도록 구성된다.
이러한 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적으로 특정 색상의 표현이 가능한 구조체는, 요(凹)부(122)와 철(凸)부(124)의 두께가 설정되어 있는 상태에서 기재(100)에 전반사부(110)와 요철패턴(120)을 형성하여 사용, 예를 들어 기재(100)의 외측으로 발현시키고자 하는 특정 색상을 빨간색(R)으로 설정하여 사용할 수 있다.
그런데, 상황에 따라 현재 발현되고 있는 빨간색을 다른 색상으로 변경하고자 하는 경우 기재(100)에 외부 압력을 가하여 색상을 변경할 수 있다.
즉, 기재(100)가 플랙시블(Flexible)한 특성을 갖는 소재로 이루어져 있는 상태에서 기재(100)를 양측에서 밀어 수축시키거나, 양측을 잡아당겨 확장시킬 수 있다.
이처럼 기재(100)가 외부 압력에 의해 수축되거나 확장되게 되면, 요철패턴(120)의 요(凹)부(122)나 철(凸)부(124), 또는 요(凹)부(122)나 철(凸)부(124) 모두의 두께가 변화하게 되며, 이에 따라 요철패턴(120)을 투과하게 되는 색상이 빨간색에서 다른 색상, 예를 들어 초록색이나 파란색으로 변경되어 발현되는 것이다.
이때, 발현되고 있는 색상을 변경하기 위해 기재(100)를 수축시키거나 확장시킬 때에는 전반사부(110)의 형상, 특히 전반사부(110)에 의해 전반사되어 요철패턴(120)으로 입사되는 빛이 철(凸)부(124)의 높이방향에 대해 직교하여 입사되도록 하는 형상을 유지할 수 있는 방향으로 외부 압력을 가하는 것이 바람직하다.
도 3에는 본 발명의 제2 실시예가 도시되어 있다.
도 3에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 구조체는 전술한 제1 실시예와 유사하며, 다만 전반사부(110)가 기재(100)의 양측말단, 즉 요철패턴(120)을 중심으로 하여 요철패턴(120)의 요(凹)부(122)와 철(凸)부(124) 길이방향에 대해 직교하는 방향측의 한쪽과 다른쪽 모두에 각각 형성된다는 점에서 상호 구분된다.
이때, 제2 실시예에서는 전반사부(110)가 서로 대칭되도록 형성된다는 것이 가장 큰 특징이다.
이에 따라 전반사부(110) 중 어느 하나에 의해 전반사되어 요철패턴(120)을 투과한 빛이 전반사부(110) 중 다른 하나에 의해 기재(100)의 외측으로 전반사, 특히 기재(100)에 빛을 조사하는 광원측으로 특정 색상이 발현되게 된다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 구조체를 나타낸 것이다.
도 4에 나타나는 본 발명의 제3 실시예에 따른 구조체는 제2 실시예와 거의 동일하게 구성되나, 전반사부(110)의 형상에서 차이가 있다.
즉, 제3 실시예에서는 전반사부(110)가 기재(100)의 양측말단에 서로 평행하도록 형성된다.
따라서, 전반사부(110) 중 어느 하나에 의해 전반사되어 요철패턴(120)을 투과한 빛은, 전반사부(110) 중 다른 하나에 의해 기재(100)의 외측으로 전반사, 즉 광원으로부터 조사되는 빛과 같은 방향으로 특정 색상이 발현된다.
도 5에는 본 발명의 제4 실시예에 따른 구조체가 도시되어 있다.
도 5와 같이, 이러한 제4 실시예에 따른 구조체는 제2 실시예와 거의 유사하나, 요철패턴(120)을 이루는 요(凹)부(122)와 철(凸)부(124)의 두께가 다르게 구성된다는 점에서 서로 구분된다.
즉, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예의 경우 요(凹)부(122)의 두께(T1)와 철(凸)부(124)의 두께(T2)가 같은 두께(T1=T2)를 갖도록 구성되는 것에 비해, 제4 실시예에서는 요(凹)부(122)의 두께(T1)가 철(凸)부(124)의 두께(T2)보다 작은 두께(T1<T2<T3)를 갖도록 구성된다.
이처럼 요(凹)부(122)의 두께(T1)가 철(凸)부(124)의 두께(T2)보다 작은 두께로 형성되는 것과는 반대로, 요(凹)부(122)의 두께(T1)가 철(凸)부(124)의 두께(T2)보다 큰 두께(T2<T1<T3)를 갖도록 구성될 수도 있다.
이 외에, 도 2 내지 도 4에 도시된 제2 내지 제4 실시예에서는 모든 요(凹)부(122)끼리 같은 두께(T1)로 형성되고, 모든 철(凸)부(124)끼리 같은 두께(T2)로 형성되나 상황에 따라 요(凹)부(122) 중 하나는 작은 두께, 요(凹)부(122) 중 다른 하나는 큰 두께와 같은 식으로 요(凹)부(122)나 철(凸)부(124)끼리 서로 불규칙한 두께를 갖도록 형성할 수도 있다.
이처럼 본 발명에서는 다양한 형상의 요철패턴(120)을 사용할 수 있으며, 이에 따라 요철패턴(120)을 투과하게 되는 빛의 파장의 폭을 넓히거나 줄일 수 있어, 사용자가 발현시키고자 하는 색상의 선택성을 조절할 수 있다.
도 6에는 본 발명의 제5 실시예에 따른 구조체가 도시되어 있다.
도 6을 살펴보면, 기재(100)가 필름 또는 패널(P) 형태를 갖고, 요철패턴(120)과 전반사부(110)가 기재(100)의 일면에 상호 엇갈리도록 반복 형성되도록 구성되어, 도 3에 나타나는 본 발명의 제2 실시예에 따른 구조체가 연속적으로 연장되는 형상을 갖게 된다.
다시 말해서, 제5 실시예에 따른 구조체는 서로 이웃하는 한 쌍의 요철패턴(120)에서, 요철패턴(120) 중 어느 하나의 요(凹)부(122)와 철(凸)부(124) 중 어느 하나 또는 둘의 두께(T1, T2)와, 요철패턴(120) 중 다른 하나의 요(凹)부(122)와 철(凸)부(124) 중 어느 하나 또는 둘의 두께(T1, T2)가 서로 같도록 구성(T1=T2, T1=T1, T2=T2)된다.
이러한 제5 실시예에 따른 구조체 역시 굴절률이 1.4 이상인 기재(100)를 사용하게 되고, 패턴 또한 요철패턴(120)으로 이루어지며, 전반사되는 빛이 철(凸)부(124)의 높이방향에 대해 직교하여 입사되어 요(凹)부(122), 철(凸)부(124) 중 어느 하나 또는 둘의 두께에 따라 외부에 발현되는 특정 색상이 달라지게 된다.
여기서, 제5 실시예에 따른 구조체는 제2 실시예에 따른 구조체가 연속적으로 연장되는 형상인 것으로 도시하였으나, 이 외에 제1 실시예나 제3 실시예, 또는 제4 실시예에 따른 구조체가 연속적으로 연장되는 형상으로 필름 또는 패널(P) 형태를 이루도록 구성할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 구조체이다. 이때, 제6 실시예에 따른 구조체는 도 7에 도시된 것보다 더 연장되어 구성될 수 있으나, 여기에서는 편의상 3개의 요철패턴(120)이 형성된 구조체인 것으로 도시하였다.
도 7에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 제6 실시예에 따른 구조체는 도 6의 제5 실시예에 따른 구조체와 유사하나, 서로 이웃하는 요철패턴(120)의 요(凹)부(122)와 철(凸)부(124) 중 어느 하나 또는 둘의 두께(T1, T2)가 서로 같은 제5 실시예와는 달리 서로 다르게 구성된다.
즉, 제6 실시예의 경우 도면상 좌측에 위치하는 요철패턴(120)의 요(凹)부(122) 두께(T1-1)와 철(凸)부(124) 두께(T2-1)가 같다(T1-1=T2-1).
또한, 도면상 중앙에 위치하는 요철패턴(120)의 요(凹)부(122) 두께(T1-2)와 철(凸)부(124) 두께(T2-2), 그리고 도면상 우측에 위치하는 요철패턴(120)의 요(凹)부(122) 두께(T1-3)와 철(凸)부(124) 두께(T2-3)가 각각 같다(T1-2=T2-2, T1-3=T2-3).
그런데 서로 이웃하는 요철패턴(120) 사이에서는 각각의 요(凹)부(122) 두께(T1-1, T1-2, T1-3)와 철(凸)부(124) 두께(T2-1, T2-2, T2-3)가 서로 다르게 구성된다.
즉, 도면상 좌측에 위치하는 요철패턴(120)이 다른 요철패턴(120)들에 비해 요(凹)부(122) 두께(T1-1)와 철(凸)부(124) 두께(T2-1)가 가장 작고, 도면상 중앙에 위치하는 요철패턴(120)이 다른 요철패턴(120)들에 비해 요(凹)부(122) 두께(T1-2)와 철(凸)부(124) 두께(T2-2)가 가장 크게 구성되는 것이다(T1-1<T1-3<T1-2, T2-1<T2-3<T2-2).
도 8에는 본 발명의 제7 실시예에 따른 구조체가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 구조체의 경우 도 7에 도시된 제6 실시예에 따른 구조체와 동일하며, 다만 제6 실시예에 따른 구조체를 다수 적층하여 다층 구조의 필름이나 패널(P) 형태를 갖는 구조체로 사용하는 것이다.
물론, 이처럼 다층 구조의 구조체로 제6 실시예에 따른 구조체를 사용해야하는 것은 아니며, 제5 실시예에 따른 구조체나 이 외에 다른 형상으로 형성되는 구조체 또한 다수를 적층하여 사용할 수 있다.
지금부터는 본 발명에 따른 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체의 사용상태에 대하여 설명한다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체에 빛이 입사되어 특정 색상이 발현되는 상태를 나타낸 상태도이다. 이때, 본 발명의 제1 및 제4 실시예에 따른 구조체는 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 구조체의 사용상태와 거의 동일하므로 여기에서는 제1 및 제4 실시예에 따른 구조체의 사용상태에 대한 설명을 생략한다.
도 9 및 도 10에 나타나는 것과 같이 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 구조체에 광원으로부터 조사되는 빛(L)이 수직으로 기재(100)에 입사된다.
기재(100) 내로 입사된 빛은 기재(100)의 양측말단에 일정 각도를 갖도록 경사져 대칭 형성되는 전반사부(110) 중 어느 하나{도면상 좌측의 전반사부(110)}에서 전반사되어 요철패턴(120)측으로 입사된다.
전반사부(110)는 대략 45도로 형성되어 전반사되는 빛이 요철패턴(120) 중 철(凸)부(124)의 높이방향에 대해 직교하여 입사될 수 있는 각도를 갖도록 형성된다.
여기서, 전반사부(110)가 대략 45도로 형성되는 것은, 광원으로부터 조사되는 빛(L)이 기재에 수직으로 입사되기 때문이며, 만약 광원으로부터 조사되는 빛(L)이 수직으로 입사되는 것이 아닐 경우 전반사부(110) 중 어느 하나를 통해 전반사된 빛이 철(凸)부(124)의 높이에 대해 직교하도록 입사되는 각도, 즉 전반사부(110) 중 다른 하나를 향해 조사될 수 있는 각도로 형성하게 된다.
이처럼 전반사부(110)에서 전반사된 빛이 철(凸)부(124)에 입사되면, 철(凸)부(124)의 두께(Λ/2, Λ/4 등)에 따라 특정 색상이 선택적으로 철(凸)부(124)를 투과하게 되고, 나머지 색상의 빛은 반사된다.
이때, 도 9에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 구조체의 경우 전반사부(110)가 서로 대칭되도록 형성되므로 전반사부(110) 중 다른 하나{도면상 우측의 전반사부(110)}에 의해 기재(100)에 빛을 조사하는 광원측으로 특정 색상이 발현된다.
그리고, 도 10에 나타나는 본 발명의 제3 실시예에 따른 구조체의 경우 전반사부(110)가 기재(100)의 양측말단에 서로 평행하도록 형성되어 있어서 전반사부(110) 중 다른 하나{도면상 우측의 전반사부(110)}에 의해 광원으로부터 조사되는 빛과 같은 방향으로 특정 색상이 발현된다.
도 9 및 도 10에서는 전반사부(110)에서 전반사된 빛이 요철패턴(120)을 투과하여 빨간색(R)이 발현되는 상태를 도시하였다.
한편, 광원으로부터 조사되는 빛(L)은 기재(100) 양측말단의 전반사부(110) 모두에 입사하게 되나, 이는 기재(100)에 수직으로 입사되는 빛이라서 기재(100)를 투과하기 때문에 선택된 색상을 발현시키는데 별다른 문제가 되지 않는다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 제5 내지 제7 실시예에 따른 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체에 빛이 입사되어 특정 색상이 발현되는 상태를 나타낸 상태도이다.
도 11과 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 구조체는 패널(P) 형태로 이루어지는 기재(100)의 일면에 요철패턴(120)과 전반사부(110)가 상호 엇갈리도록 반복 형성되고, 서로 이웃하는 요철패턴(120)의 요(凹)부(122)와 철(凸)부(124) 중 어느 하나 또는 둘의 두께(T1, T2)가 서로 같게 구성된다(T1=T2, T1=T1, T2=T2; 도 6 참조).
이에 따라, 각각의 요철패턴(120)에 입사되어 투과한 빛은 모두 동일한 색상을 기재(100)의 외측으로 발현하게 되며, 도 11에서는 모두 빨간색(R)이 발현되는 상태를 도시하였다.
이처럼 본 발명의 제5 실시예에 따른 구조체는 요철패턴(120)을 투과한 빛이 모두 같은 색상, 예를 들어 모두 빨간색(R)이 표현되어야 하는 장소 등에 적절히 배치하여 사용할 수 있다.
이에 반해, 도 12에 도시된 본 발명의 제6 실시예에 따른 구조체의 경우 본 발명의 제5 실시예에 따른 구조체와는 달리 서로 이웃하는 요철패턴(120) 사이에서 각각의 요(凹)부(122) 두께(T1-1, T1-2, T1-3)와 철(凸)부(124) 두께(T2-1, T2-2, T2-3)가 서로 다르다(T1-1<T1-3<T1-2, T2-1<T2-3<T2-2; 도 7 참조).
따라서, 각각의 요철패턴(120)을 투과한 빛은 서로 다른 색상을 외측으로 발현하게 된다.
즉, 도면상 좌측의 요철패턴(120)에서는 빨간색(R)이 발현되고, 빨간색(R)이 발현되는 요철패턴(120)으로부터 도면상 우측으로 가면서 초록색(G)이 발현되는 요철패턴(120), 파란색(B)이 발현되는 요철패턴(120), 그리고 광원으로부터 입사된 빛(L)이 거의 그대로 발산되는 요철패턴(120)이 배열되는 것이다.
도 13은 본 발명의 제7 실시예에 따른 구조체에 대한 것으로, 제6 실시예에 따른 구조체가 다수 적층된 다층 구조의 구조체이므로 도 12에서 설명한 것과 유사하다.
다만, 제6 실시예에 따른 구조체에서 발현되는 특정 색상, 즉 빨간색(R), 초록색(G), 파란색(B) 등이 다수 적층된 다층 구조에 의해 좀 더 선명하고 밝게 표현되는 것을 기대할 수 있다.
지금부터는 본 발명에 따른 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체를 이용한 색상 발현 구조물에 대하여 설명한다.
도 14는 본 발명에 따른 색상 발현 구조물의 제조 순서를 나타낸 제조 순서 블록도이고, 도 15의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 색상 발현 구조물을 제조하는 상태를 나타낸 제조 상태도이다.
도 14 및 도 15에 나타나는 것과 같이, 본 발명에 따른 색상 발현 구조물을 제조하기 위해서 먼저 구조체, 즉 특정 색상의 발현이 가능한 구조체를 제조하게 된다(구조체 제조단계, S10).
우선, 유리나 아크릴 등과 같은 합성수지 등의 투명 재질로 이루어지는 기재(100)를 준비한다. 이러한 기재(100)는 플랙시블(Flexible)한 특성을 갖는 소재로 이루어져 구성될 수 있다.
다음, 준비된 기재(100)의 양측말단에 태양빛이나 형광등, 백열전구, 엘이디(LED) 등과 같은 조명기구 등과 같은 광원으로부터 기재에 조사되는 빛을 전반사시키는 전반사부(110)를 형성한다.
그리고, 광원으로부터 조사되는 빛이 기재(100)에 입사되는 면의 반대측 표면에 전반사부(110)를 통해 전반사되는 빛이 입사되어 기재(100)의 외측으로 특정 색상을 발현시키게 되는 패턴, 즉 요철패턴(120)을 형성한다.
이때, 요철패턴(120)을 먼저 형성한 후 전반사부(110)를 형성할 수도 있다.
즉, 요철패턴(120)을 중심으로 하여 요철패턴(120)의 요(凹)부(122)와 철(凸)부(124) 길이방향에 대해 직교하는 방향측의 한쪽과 다른쪽 모두에 전반사부(110)를 형성한다.
이와 같이 제조된 구조체는, 전술한 본 발명의 제1 내지 제7 실시예에 따른 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체 중 어느 하나의 특성을 갖는다.
다음, 접착제(A)를 요철패턴(120)이 형성된 기재(100)의 일면 또는 구조체와 결합되는 이종부재, 예를 들어 벽체(W) 등에 도포한다(접착제 도포단계, S20). 이러한 접착제(A)의 도포는 분무기 등을 이용하여 수행할 수 있다.
여기서, 접착제(A)는 공지되어 있는 다양한 제품을 사용할 수 있으나, 접착제(A)가 요철패턴(120)에 도포되므로 전반사부(110)를 통해 전반사되는 빛이 요철패턴(120)을 통해 기재(100)의 외측으로 특정 색상을 발현하게 되는 것을 방해하지 않도록 기재(100)의 굴절률(Refractive Index)보다 낮은 굴절률을 갖는 접착제(A)를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 접착제 도포단계(S20)에서 도포된 접착제(A)를 이용하여 구조체와 이종부재(W)를 결합(이종부재 결합단계, S30)시키게 되면, 본 발명에 따른 색상 발현 구조물이 제조되게 된다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 기재 110: 전반사부
120: 요철(凹凸)패턴 122: 요(凹)부
124: 철(凸)부
P: 패널 L: 광원의 빛
A: 접착제 W: 벽체

Claims (17)

  1. 투명 재질로 이루어지는 기재;
    상기 기재의 일면에 요(凹)부와 철(凸)부가 상호 엇갈리도록 반복 형성되어 입사된 빛이 파장에 따라 선택적으로 투과되는 요철패턴; 및,
    상기 요철패턴의 가장자리부에 상기 요철패턴과 이격하여 형성되고, 광원으로부터 조사된 빛의 경로를 변경하여 상기 요철패턴으로 통과하도록 입사시키는 전반사부;를 포함하며,
    상기 요철패턴을 투과한 빛은 상기 기재의 외측으로 특정 색상으로 발현되며,
    상기 요철패턴을 투과하여 발현되는 특정 색상은, 상기 요(凹)부, 상기 철(凸)부 중 어느 하나 또는 둘의 두께에 따라 변경 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 요철패턴은,
    빛이 상기 기재에 입사되는 면의 반대면에 형성되고,
    상기 전반사부는,
    상기 기재의 일측 또는 양측말단에 빛의 입사 방향에 대하여 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전반사부는,
    상기 기재의 양측말단에 서로 대칭되도록 형성되고,
    상기 전반사부 중 어느 하나에 의해 전반사되어 상기 요철패턴을 투과한 빛은,
    상기 전반사부 중 다른 하나에 의해 상기 기재의 외측으로 전반사되어 특정 색상이 발현되는 것을 특징으로 하는 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전반사부는,
    상기 기재의 양측말단에 서로 평행하도록 형성되고,
    상기 전반사부 중 어느 하나에 의해 전반사되어 상기 요철패턴을 투과한 빛은,
    상기 전반사부 중 다른 하나에 의해 상기 기재의 외측으로 전반사되어 특정 색상이 발현되는 것을 특징으로 하는 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전반사부는,
    상기 기재에 조사되어 전반사되는 빛이 상기 철(凸)부의 높이방향에 대해 직교하여 입사되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기재는,
    플랙시블(Flexible)한 특성을 갖는 소재로 이루어져 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 요철패턴의 요(凹)부와 철(凸)부 중 적어도 어느 하나는,
    외부 압력에 의해 상기 기재가 수축 또는 확장되어 두께가 조절되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 요(凹)부의 두께는,
    상기 철(凸)부의 두께와 같은 두께를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 요(凹)부의 두께는,
    상기 철(凸)부의 두께보다 작은 두께를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 요철패턴은 나노패턴으로 이루어지고,
    상기 전반사부는 마이크로패턴으로 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 기재는 굴절률(Refractive Index)이 1.4 이상인 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체.
  14. 제1항 내지 제4항, 제6항 및 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 필름 또는 패널 형태를 갖고,
    상기 요철패턴과 상기 전반사부가 상기 기재의 일면에 상호 엇갈리도록 반복 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체.
  15. 제14항에 따른 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체; 및
    상기 구조체와 접착제로 접착되어 결합되는 이종부재;
    를 포함하는 색상 발현 구조물.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 이종부재는,
    상기 요철패턴이 형성되는 상기 기재의 일면에서 결합되는 것을 특징으로 하는 색상 발현 구조물.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 접착제는,
    상기 기재의 굴절률(Refractive Index)보다 낮은 굴절률을 갖는 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 색상 발현 구조물.
KR1020160045673A 2016-04-14 2016-04-14 선택적으로 특정 색상의 발현이 가능한 구조체 및 이를 이용한 색상 발현 구조물 KR101689992B1 (ko)

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KR20110070574A (ko) * 2009-12-18 2011-06-24 엘지디스플레이 주식회사 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법
KR20130066071A (ko) 2011-12-12 2013-06-20 한국전자통신연구원 비대칭 기본 단위체를 이용한 광발색 광결정 구조체 및 제작 방법
KR101501005B1 (ko) * 2014-05-16 2015-03-12 한국기계연구원 광결정 나노 구조물 제작방법

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