KR101899110B1 - 유가증서 보안요소용 광학 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 본 발명은 유가증서의 위조 방지 및 진위여부 판별을 위한 보안요소로 사용되는 광학 소자에 관한 것으로, 상세하게 본 발명에 따른 광학 소자는 형광물질층; 및 형광물질층 상부에 적층되어 광밴드갭을 제공하는 광결정층;을 포함하는 특징이 있다.
Description
본 발명은 유가증서의 위조를 방지하며 진위 여부의 판별을 가능하게 하는 유가 증서 보안요소용 광학 소자에 관한 것이다.
법정 통화 지폐, 은행권, 수표, 증권 또는 채권을 포함하는 유가 증서는 일정한 경제적 가치를 내포하고 있기 때문에, 유가증서의 위조는 끊임없이 시도되고 있다.
이러한 위조를 방지하고, 위조 여부를 감별하기 위해, 유가 증서의 제조시 위조 방지와 인증을 위해 보안 요소를 사용한다.
대표적인 보안 요소는 대한민국 공개특허 제2008-0005916호, 대한민국 공개특허 제2006-0131966호, 대한민국 공개특허 제2001-0071067호와 같이, 보안 실(security thread), 홀로그램, 워터마크, 간섭 요소 층, 또는 시야각에 따라 상이한 칼라 효과를 제공하는 액정 물질과 같은 광학적 요소; 미세문자(Micro lettering)와 같은 인쇄 마크, 지질 특성 또는 국부 미세 요철과 같은 표면 특성과 같은 시각적 요소; 자외선잉크, 적외선잉크, 자성잉크 또는 변색성잉크와 같은 특정한 물질의 물리화학적 성질을 이용한 특수잉크 요소;를 들 수 있다.
특수잉크 요소의 대표적 예로, 자연상태에서는 대부분 단일 색상으로 나타나지만 자외선 또는 적외선 등과 같은 특수 영역의 파장을 가지는 광의 조사에 의해 특정한 색상이 발현되는 성질을 이용하거나, 자성을 띠는 물질을 유가 증서 내부에 함유하여 위치에 따른 자기저항(magnetoresistance; MR)값을 가지는 성질을 이용하거나, 유가 증서에 가해지는 미세한 열에 의해서 색상의 변화를 가져오는 성질 등을 이용한다.
그러나, 보안 요소로 사용하는 물성의 종류가 자성, 적외선 또는 자외선에의 반응, 열로 국한되어 있어, 실질적으로 몇몇 물성을 측정할 수 있는 장치를 이용하여 해당 자극에 대한 반응 영역 및 반응 결과를 알아내고, 해당 영역의 화학적 분석을 수행하거나 이러한 물성을 갖는 안료를 입수하면 쉽게 공지의 인쇄수단을 사용하여 위조할 수 있는 결점이 있어 위조 방지 효과가 불충분할 뿐만 아니라, 고가의 장비 또는 보안이 유지되는 정보의 획득 없이는 사용자가 유가증서가 실질적으로 사용되는 시점에 바로 유가증서의 진위 여부를 판별하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 위조가 어려우면서도, 유가증서의 위조 여부를 고가의 장비 없이 극히 용이하게 육안으로 판별 할 수 있는 광학 소자를 제공하는 것이며, 용이한 육안 판별과 함께 고도의 보안성을 갖는 광학 소자를 제공하는 것이며, 이러한 광학 소자가 구비된 유가증서 및 이를 이용한 유가증서의 진위 판별 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 광학소자는 유가증서의 보안요소로 사용되는 광학소자이며, 형광물질층; 및 상기 형광물질층 상부에 적층되어 광밴드갭을 제공하는 광결정층;을 포함하는 특징이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학소자에 있어, 상기 형광물질층은 서로 다른 발광 파장을 발생하는 하나 또는 둘 이상의 형광물질을 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학소자는 상기 여기광의 입사 각도에 따라 발광 파장이 변할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학소자는 상기 여기광의 입사 각도에 따라 발광 세기가 변할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학소자에 있어, 상기 광결정층은 투명 매트릭스 내부에 상기 매트릭스와 상이한 굴절률을 갖는 단분산 입자가 규칙적으로 적층된 것일 수 있으며, 광결정층의 광밴드갭이 각도에 따라 변할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학소자에 있어, 상기 광결정층은 투명 플렉시블 매트릭스 내부에 상기 매트릭스와 상이한 굴절률을 갖는 단분산 입자가 규칙적으로 적층된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학소자는 상기 형광물질층과 상기 광결정층 사이에 상기 형광물질층에 함유된 형광물질을 여기시키는 여기파장 및 형광물질층에서 발생하는 발광 파장을 투과하는 기재층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학소자에 있어, 상기 광밴드갭은 단분산 입자의 굴절률, 투명 매트릭스의 굴절률, 단분산 입자의 크기 및 단분산 입자의 충진율에서 하나 이상 선택된 인자에 의해 제어될 수 있다.
본 발명은 상술한 광학소자가 구비된 유가증서를 포함한다.
본 발명은 상술한 광학소자를 이용한 유가증서의 진위 판별 방법을 포함한다.
본 발명에 따른 광학 소자는 법정 통화 지폐를 포함한 유가 증서의 위조 또는 진위 여부 판별에 사용 가능하며, 형광 램프를 이용하여 위조로 의심되는 유가증서를 신속하고 용이하게 위조 여부를 판별할 수 있는 장점이 있으며, 장시간동안 고도의 내구성을 유지하며, 표면이 매끄럽지 못한 유가 증서의 용지에 적합하고, 색상의 변화 또는 발광 강도의 변화가 현저하여 육안으로 극히 용이하고 단시간 내에 유가 증서의 위조 또는 진위 여부 판별이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 보안 소자의 일 예를 도시한 단면도이며,
도 2는 본 발명에 따른 보안 소자의 다른 예를 도시한 단면도이며,
도 3은 본 발명에 따른 보안 소자의 또 다른 예를 도시한 단면도이며,
도 4는 본 발명에 따른 보안 소자의 또 다른 예를 도시한 단면도이며,
도 5는 본 발명에 따른 보안 소자의 광결정층의 일 예에서 입사광의 입사각도에 따른 광결정층의 광투과율을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 보안 소자의 다른 예를 도시한 단면도이며,
도 3은 본 발명에 따른 보안 소자의 또 다른 예를 도시한 단면도이며,
도 4는 본 발명에 따른 보안 소자의 또 다른 예를 도시한 단면도이며,
도 5는 본 발명에 따른 보안 소자의 광결정층의 일 예에서 입사광의 입사각도에 따른 광결정층의 광투과율을 도시한 도면이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 광학 소자를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 소자의 단면을 도시한 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 소자는 유가 증서의 보안요소로 사용되는 광학 소자이며, 형광물질을 함유하는 형광물질층(100) 및 상기 형광물질층(100) 상부에 형성되며, 광밴드갭을 제공하는 광결정층(200)을 포함하는 특징이 있다.
상세하게, 상기 형광물질층(100)은 상기 형광물질층(100) 상부에 위치하는 광결정층(200)을 통해 입사되는 일정한 파장의 광(여기광)을 흡수하여 여기광과 상이한 파장의 광을 발생하는 형광물질을 함유한다. 상기 광결정층(200)은 광밴드갭을 제공함에 따라, 상기 광결정층(200)에 조사되는 여기광을 각도에 따라 선택적으로 반사 및/또는 투과시킨다.
본 발명에 따른 광학 소자는 상술한 바와 같이, 형광물질층(100) 및 상기 형광물질층(100) 상부에 위치하며 광학적 밴드갭을 제공하는 광결정층(200)을 포함하며, 일정 파장의 광을 일정 각도(광결정층 표면에 입사되는 입사광의 각도)에서 반사 및/또는 투과하게 된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 광학 소자가 보안요소로써 유가 증서에 구비되는 경우, 형광 램프를 유가 증서에 조사하며, 단지 유가 증서를 물리적으로 단순 틸팅(tilting) 시키는 극히 간단하고 용이한 방법을 통해 위조로 의심되는 유가증서의 위조 여부를 신속하게 판별할 수 있다.
또한, 광학적 밴드갭을 제공하는 광결정층(200)과 형광물질층(100)이 독립적으로 구비됨에 따라, 물리적 틸팅에 의한 형광 강도 변화가 매우 뚜렷하여 시인성이 매우 좋으며, 화학적/물리적 내구성이 우수한 무기 형황물질로 형광물질층을 제조함으로써, 소자의 화학적/물리적 내구성을 향상시킬 수 있으며, 광결정층(200)이 형광물질층과 독립적으로 제조됨에 따라 결함이 적은 광결정층의 제조가 가능하고, 광 밴드갭의 조절이 보다 용이한 장점이 있다.
도 2는 본 발명에 따른 광학 소자의 다른 예를 도시한 단면도이다. 상기 광결정층(200)은 광밴드갭을 제공함에 따라, 광결정층(200)에 입사되는 광을 브래그 법칙(bragg's law)에 따라 반사 및/또는 투과시킨다.
상기 광결정층(200)에 광을 제공하는 광원(300)은 상기 형광물질층(100)의 형광물질을 여기시키는 여기 파장을 포함하는 광을 발생시키며, 상기 광결정층(200)은 상기 광원(300)에서 발생하는 광이 특정 각도로 입사될 때, 상기 여기 파장을 포함하는 특정 파장의 광을 반사시킨다. 이때, 육안으로 유가 증서의 물리적 틸팅에 따라 발광 특성이 변화되는 것을 보다 명료하게 판별하기 위해, 상기 광원(300)은 평행광을 발생하는 광원인 것이 바람직하며, 일 예로, 콜리메이트 렌즈가 구비된 광원일 수 있으며, 상기 광결정층(200)에 조사되는 광은 평행광일 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 광원(300)은 적어도 상기 형광물질층(100)에 함유된 형광물질을 여기시키는 파장의 광(여기광)을 포함하는 단파장 또는 다파장의 광을 발생할 수 있다. 상기 광원(300)은 상기 광결정층(200)에 여기광을 포함하는 광을 조사하며, 상기 광결정층(200)은 입사되는 광중 특정 파장의 광을 특정 각도에서 반사시키며, 상기 형광물질층(100)에는 상기 광결정층(200)에서 투과된 광이 입사된다. 즉, 상기 광결정층(200)은 입사되는 광의 파장 및 입사되는 광의 각도가 브래그 조건을 만족할 때 광을 선택적으로 반사하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 소자는 상기 광원(300)에 의해 조사되는 광(입사광)이 상기 광결정층(200)에 의해 입사광의 각도 및 입사광의 파장에 따라 선택적으로 반사되며, 상기 광결정층(200)에서의 각도에 따른 선택적 광 반사에 의해, 상기 형광물질층(100)에 입사되는 광이 제어되어, 형광물질층(100)의 발광특성이 조절된다. 즉, 상기 광결정층(200)에 의해, 상기 광학 소자의 발광 세기 및/또는 발광 파장이 변화되게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 소자는 동일한 광학적 특성을 갖는 광결정층(200)의 제조상 난점 및 광결정층(200)의 반사 조건, 형광물질층(100)의 발광특성 및 형광물질층(100)의 발광 발생 조건을 보안 인자로 하여, 법정통화지폐, 은행권, 수표 또는 증채권을 포함한 유가 증서의 위조 방지 및 위조된 유가증서의 진위 판별을 위해 사용될 수 있다.
상기 형광물질층(100)에 함유된 형광물질은 일정한 파장의 광을 흡수하여, 다른 일정 파장의 광을 생성하는 형광물질이면 사용가능하다.
상기 형광물질층(100) 및 광결정층(200)을 포함하는 광학소자가 구비된 유가증서를 형광램프 하에 단지 물리적으로 틸트(tilt)시킴으로써 육안으로 신속하게 유가증서의 진위 여부를 판별 할 수 있도록, 상기 형광물질층(100)에 함유된 형광물질은 가시광 영역에 속하는 발광파장을 갖는 물질인 것이 바람직하다.
또한, 상기 형광물질층(100)은 서로 다른 여기 파장에 의해 서로 다른 파장의 광을 생성하는 둘 이상의 형광물질을 함유할 수 있으며, 서로 다른 둘 이상의 형광물질이 각각 박막으로 적층된 적층층일 수 있다. 이때, 육안 판별의 용이함을 위해, 상기 서로 다른 발광 파장은 모두 가시광 영역에 속하는 것이 바람직하다.
상세하게, 상기 형광물질층(100)은 서로 다른 여기 파장에 의해 서로 다른 파장의 광을 생성하는 둘 이상의 형광물질(제1형광물질 및 제2형광물질)을 함유하는 단일층일 수 있으며, 제1형광물질을 함유하는 제1층과 제2형광물질을 함유하는 제2층을 포함하는 둘 이상의 형광물질층이 적층된 적층층일 수 있다. 상기 형광물질층(100)이 서로 다른 둘 이상의 형광물질을 함유함으로써, 상기 광학 소자의 물리적 틸팅에 의해 광학소자에서 선명한 색의 변화가 나타나게 된다. 이에 따라, 색(형광물질의 발광에 의한 색)의 사라짐 뿐만 아니라, 색깔의 변화 또한 보안 요소로 작용하여, 유가증서의 보안성을 높이면서도, 물리적 틸팅에 의한 육안 식별이라는 판별의 용이성을 획득할 수 있다.
상기 광결정층(200)은 광밴드갭을 제공하여, 특정 파장의 광을 특정 입사 각도에서 반사시키는 물질이면 족하나, 조사되는 광의 파장별 반사 각도의 설계가 용이하고 고도의 내구성을 가질 수 있도록, 광결정층(200)은 매트릭스 내부에 상기 매트릭스와 상이한 굴절률 또는 유전상수를 갖는 단분산 입자가 3차원으로 규칙적으로 적층된 적층체인 것이 바람직하다.
상세하게, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 광결정층(200)은 매트릭스(220) 내부에 상기 매트릭스(220)와 상이한 굴절률 또는 유전상수를 갖는 단분산 입자(210)가 3차원적으로 규칙적으로 배열되어 적층된 적층체를 포함한다.
상기 광결정층(200)에서 반사되는 광의 파장 및 반사가 발생하는 입사광의 각도는 상기 광결정층(200)에 포함된 상기 단분산 입자(210)의 굴절률, 매트릭스(220)의 굴절률, 상기 단분산 입자(210)의 직경 및 상기 단분산 입자(210)의 규칙적 배열 상태에 따른 충진율에서 하나 이상 선택된 인자에 의해 조절될 수 있다.
이때, 상기 매트릭스(220)는 빈 공간(air)일 수 있으나, 광학 소자의 내구성 향상을 위해, 상기 매트릭스(220)는 상기 단분산 입자(210)와 서로 다른 굴절률 또는 유전상수를 갖는 투명 물질인 것이 바람직하다.
상기 광결정층(200)이 상기 매트릭스(220) 내 규칙적으로 충진된 단분산 입자(210)를 포함하여 이루어지는 경우, 상기 투명 매트릭스(220)는 상기 단분산 입자(210)와 상이한 굴절률을 가지며, 상기 단분산 입자(210) 사이의 빈 공간을 기공 없이 채울 수 있는 점도를 갖는 용액으로 제조 가능하며, 열, 광 또는 화학적으로 경화 가능한 고분자 물질일 수 있다.
일반적으로, 유가증서에는 충격, 굽힘, 압력등과 같은 물리적 변형이 장시간 반복적으로 인가되는 것이 보통이다. 이러한 물리적 변형이 야기되는 유가증서에 구비되는 보안요소들은 고도의 내구성이 요구된다. 상술한 바와 같이, 상기 광결정층(200)이 투명 매트릭스(220) 내 규칙적으로 충진된 단분산 입자(210)를 포함하여 이루어짐으로써, 유가 증서에 결합 또는 부착된 후 충격, 굽힙, 압력등과 같은 물리적 변형이 반복 인가되어도, 광학적 밴드갭이 안정적으로 제공되어, 광학 소자의 내구성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 이러한 내구성을 보다 더 향상시킬 수 있도록, 상기 매트릭스(220)는 투명 플렉시블(flexible) 매트릭스일 수 있다. 상기 광결정층(200)이 투명 플렉시블 매트릭스 내에 규칙적으로 충진된 단분산 입자를 포함하여 구성됨에 따라, 특히 유가증서의 물리적인 굽힘이 장시간 반복되어도, 광결정층(200)의 손상이 방지될 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 투명 플렉시블 매트릭스는 실리콘계 고무, 폴리우레탄우레아, (메타)아크릴레이트계 중합체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 트리아세틸셀룰로오스, 폴리에테르술폰 및 3차원 망상 구조의 유기 변형 실리케이트에서 하나 또는 둘 이상 선택된 물질일 수 있으나, 신축성 내지 유연성을 갖는 투명 물질이면 족하며, 신장, 구부림 또는 휨과 같은 변화시 변형되었다가 다시 본래대로 회복되는 특성을 갖는 투명 물질이면 족하며, 그 재질에 각별히 한정이 있는 것은 아니다.
형광물질층의 형광물질은 육안 인식에 영향을 미치는 형광 강도, 수명, 보안 성과 관련된 파장 조절의 용이성등의 이유에 따라, 무기계 형광물질인 것이 바람직하다. 일 예로, 무기계 형광물질은 양자점, 나노입자 또는 입자의 형태일 수 있다. 상세하게, 무기계 형광물질은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe 및 HgTe에서 하나 이상 선택되는 II-VI족 화합물; GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP 및 InAs에서 하나 이상 선택되는 III-V족 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS,CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe,CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs,GaInPAs, InAlNP, InAlNAs 및 InAlPAs에서 하나 이상 선택되는 화합물; 또는 이들의 혼합물;이거나, Eu, Ba, Mn, Y, Gd, Tb, Nd, La 및 Ce에서 하나 이상 선택된 활성 원소(activator)가 도핑된 복합산화물일 수 있다. 보다 상세하게, 복합금속산화물은 Mg, Al, Ba, Ca, Si, Zn, B, Y 및 P에서 하나 또는 둘 이상 선택된 원소의 산화물일 수 있으며, 실질적인 일 예로, YBO3:Eu, Zn2SiO4:Mn, YBO3:Tb, Y2O3:Eu, CaMgSi2O6:Eu, MgGa2O4:Mn, Y3Al5O12:Ce, Y3Al5O12:Eu, Y3Al5O12:Tb 및 Y3Al5O12:Nd에서 하나 또는 둘 이상 선택된 것일 수 있다.
상술한 바와 같이, 형광물질층이 무기계 형광물질을 함유하는 경우, 광학소자의 발광강도, 발광파장 조절 및 수명을 향상시킬 수 있으나, 무기계 형광물질(입자상)을 함유하는 슬러리를 유가 증서에 도포 및 건조하여 형광물질층을 제조하는 경우, 유가 증서가 사용되거나 유통되는 과정에서 형광물질층의 유연성이 떨어져 형광물질층의 내구성 및 물리적 충격에 의한 손상이 야기될 수 있다.
이러한 형광물질층에 의한 내구성 감소 또한 상기 투명 플렉시블 매트릭스에 의해 방지될 수 있다. 상세하게, 상기 형광물질층은 상기 투명 플렉시블 매트릭스를 포함하는 광결정층 하부에 구비되는데, 본 발명에 따른 광학소자가 유가 용지에 구비되는 경우, 광결정층(즉, 광결정층의 투명 플렉시블 매트릭스)이 형광물질이 유가용지에서 떨어져 나가는 것을 방지하는 봉지재 역할을 수행할 수 있다. 보다 상세하게, 광학소자의 상기 광결정층은 상기 형광물질층의 상부 및 측면을 덮도록부착될 수 있으며, 이를 통해 유가증서에 충격, 굽힘, 압력등과 같은 물리적 변형이 장시간 반복적으로 인가되어도, 형광물질층을 이루는 무기계 형광입자가 유가증서로부터 물리적으로 탈착되는 것을 방지할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 소자는 상기 형광물질층(100) 및 광결정층(200)과 함께, 상기 형광물질층(100)과 광결정층(200) 사이에, 상기 광결정층(200)의 단분산 입자(210)가 적층된 적층체를 지지하는 기재층(230)을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 기재층(230)은 상기 단분산 입자(210)가 적층된 적층체를 지지할 뿐만 아니라, 상기 형광물질층(100)과 상기 단분산 입자(210)가 적층된 적층체와 상기 형광물질층(100)을 물리적으로 부착시키는 역할을 수행할 수 있다.
상기 도 1 내지 도 3은 연속되는 단일 층으로 상기 형광물질층(100)을 도시하였으나, 상기 형광물질층(100)는 유가 증서에 기 존재하거나 존재하지 않았던 글자, 상징, 기호, 심상 또는 형상을 포함한 이미지의 형태를 가질 수 있으며, 상기 광결정층(200)은 상기 형광물질층(100)의 상부를 모두 덮도록 형성된 것이 바람직하다.
도 4를 기반으로, 본 발명에 따른 광학 소자의 보안 기작을 보다 상세히 설명한다. 이때, 도 4의 도면에서 상기 광원(300)에 의해 조사되는 평행광은 푸른색으로, 상기 형광물질층(100)에서 발생하는 발광은 녹색으로 표시하였다.
본 발명에 따른 광학 소자에 있어, 상기 광결정층(200)은 여기광이 특정 각도로 입사되는 경우 이를 반사시키는 특성을 가짐에 따라, 상기 광원(300)으로부터 상기 형광물질층(100)의 형광물질을 여기시키는 여기광을 포함한 광(입사광)이 상기 광결정층(200)에 조사될 때, 입사광의 입사각(α)이 달라짐에 따라, 특정 각도의 입사각에서 여기광을 선택적으로 반사시키게 된다. 여기광이 광결정층(200)에 의해 반사되는 경우, 형광물질층(100)에서는 발광이 발생되지 않거나 매우 미약한 발광만이 발생하게 된다.
이에 따라, 입사광의 입사각이 변화될 때, 특정 각도에서 상기 형광물질층(100)의 발광이 사라지게 된다.
본 발명에 따른 광학 소자에 있어, 입사광에 의해 발광이 발생하는 구성 및 특정 조건에서 발광 특성이 사라지는 구성뿐만 아니라, 발광 특성이 사라지는 입사광의 각도 또한 위조 또는 진위 여부 판별을 위해 사용될 수 있다.
도 4는 여기광을 포함한 입사광이 90도로 입사되는 경우, 상기 광결정층(200)이 여기광을 반사시켜 발광특성이 사라지는 일 예를 도시한 것이나, 상기 광결정층(200)에서 여기광이 반사되는 입사광의 각도에 의해 본 발명이 한정될 수 없음은 물론이다.
또한, 도 4의 일 예에 있어, 상기 형광물질층(100)에 함유된 형광물질이 단일한 파장의 여기광에 의해 단일한 파장의 광을 발생하는 일 예를 도시하였으나, 상기 형광물질층(100)이 서로 다른 파장을 여기광으로 하여, 서로 다른 파장의 발광을 발생하는 n(n>1인 자연수)개의 형광물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 형광물질층(100)은 서로 다른 파장의 발광을 발생하는 n(n>1인 자연수)개의 형광물질이 각각 n개의 박막으로 적층된 적층층일 수 있다.
상기 형광물질층(100)에서 n개의 발광이 발생하는 경우, 상기 광원(300)은 n개의 형광물질 각각을 여기시키는 파장의 광을 발생하는 광원인 것이 바람직하며, 상기 광원(300)에서 발생하는 입사광이 입사되는 각도가 변화됨에 따라, 상기 형광물질층(100)은 n개의 서로 다른 파장의 발광을 발생하거나, n-1개의 발광을 발생한다.
상세하게, 상기 형광물질층(100)이 서로 다른 파장의 광을 발생하는 두 형광물질을 포함하는 경우, 제1형광물질의 여기광 및 제2형광물질의 여기광을 포함하는 입사광이 상기 광결정층(200)에서 모두 반사되지 않는 경우, 상기 형광물질층(100)은 두 파장의 광을 발생하며, 입사광의 각도가 변화됨에 따라, 입사광의 제1입사각도에서 상기 광결정층(200)이 상기 제1형광물질의 여기광을 반사시키는 경우, 상기 형광물질층(100)은 제2형광물질에 의한 발광만을 발생할 수 있다. 또한, 입사광의 제2입사각도에서 상기 광결정층(200)이 상기 제2형광물질의 여기광을 반사시키는 경우, 상기 형광물질층(100)은 제1형광물질에 의한 발광만을 발생하게 된다. 즉, 상기 형광물질층(100)이 서로 다른 형광물질을 함유하는 경우, 광이 조사되는 각도에 따라 광학 소자가 갖는 색이 달라지게 되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학소자에 있어, 상기 단분산 입자(210)는 고분자, 금속 수산화물, 금속 산화물, 양자점, 및 이들 중 둘 이상의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 단분산 입자(210)가 고분자일 경우, 상기 고분자는, 폴리에스테르계 고분자, 폴리스티렌계 고분자, 폴리아크릴레이트계 고분자, 폴리메타크릴레이트계 고분자, 폴리카보네이트계 고분자, 폴리에테르계 고분자, 폴리알킬렌옥사이드계 고분자, 폴리아미드계 고분자 및 폴리실록산계 고분자에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 실질적인 일 예로, 상기 고분자는, 폴리스티렌, 폴리메틸스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리벤질메타크릴레이트, 폴리페닐메타크릴레이트, 폴리-1-메틸시클로헥실메타크릴레이트, 폴리시클로헥실메타크릴레이트, 폴리클로로벤질메타크릴레이트, 폴리-1-페닐에틸메타크릴레이트, 폴리-1,2-디페닐에틸메타크릴레이트, 폴리디페닐메틸메타크릴레이트, 폴리퍼푸릴메타크릴레이트, 폴리-1-페닐시클로헥실메타크릴레이트, 폴리펜타클로로페닐메타크릴레이트, 폴리펜타브로모페닐메타크릴레이트, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리디메틸실록산, 폴리-N-이소프로필아크릴아미드, 및 이들을 이루는 모노머들 중 둘 이상으로 이루어진 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 단분산 입자(210)가 금속 수산화물일 경우, 상기 금속 수산화물은, 철 수산화물, 알루미늄 수산화물, 아연 수산화물, 티타늄 수산화물, 세륨 수산화물, 주석 수산화물, 탈륨 수산화물, 바륨 수산화물, 이트륨 수산화물, 지르코늄 수산화물 및 구리 수산화물에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 단분산 입자(210)가 금속 산화물일 경우, 상기 금속 산화물은, 철 산화물, 알루미늄 산화물, 아연 산화물, 티타늄 산화물, 세륨 산화물, 주석 산화물, 탈륨 산화물, 바륨 산화물, 이트륨 산화물, 지르코늄 산화물 및 구리 산화물에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 단분산 입자(210)가 양자점일 경우, 상기 양자점은 Mg, Cd, Ti, Li, Cu, Al, Ni, Y, Ag, Mn, V, Fe, La, Ta, Nb, Ga, In, S, Se, P, As, Co, Cr, B, N, Sb, H 및 이들의 화합물로부터 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있으며, 구체적으로 상기 양자점은 CdS, CdSe, GaAs, GaN, AlN, 또는 InN일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같은 단분산 입자는 공지된 다양한 방법을 이용하여 합성 및 수득할 수 있다. 일 예로, 폴리스티렌 입자는, 탈이온수, 유화제, 계면활성제 및 중화제등을 포함한 혼합물을 가열한 다음 교반한다. 이로부터 수득한 혼합물에 스티렌 모노머를 투입한 후, 개시제를 투입한 후, 질소 분위기 하에서 중합 반응을 진행시켜 얻을 수 있다.
상기 단분산 입자(210)는 구형일 수 있으며, 평균 입경이 0.1nm 내지 1000nm, 예를 들면, 1nm 내지 300nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
3차원적으로 규칙적으로 배열된 단분산 입자(210)의 구조는 조밀육방구조 또는 면심입방구조의 최밀충전구조; 단순입방구조; 또는 면심입방구조;를 포함할 수 있다. 상기 광결정층(200)은 단분산 입자(210)의 규칙적 구조에 따른 주기적인 굴절률 분포로 인해 광 밴드갭(photonic bandgap)을 제공하게 된다.
상기 광결정층(200)은 단분산 입자(210) 및 분산매를 포함하는 분산액을 공지된 다양한 방법을 이용하여 상기 기재층(230)에 도포하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 스핀 코팅법, 스프레잉법, 잉크젯 프린팅법, 디핑법, 캐스팅, 그라비아 코팅, 바코팅, 롤코팅, 와이어 바 코팅, 스크린 코팅, 플렉소 코팅, 오프셋 코팅 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 단분산 입자(210) 및 분산매를 포함하는 분산액의 도포시, 분산매의 증발과 모세관력(capillary force)에 의하여, 단분산 입자(210)들은 자체적으로 서로 밀착되어 소정의 격자 구조를 이룰 수 있다.
이때, 광결정층(200)의 매트릭스(220)가 공기일 경우, 상기 분산매를 모두 제거하여 광결정층(200)이 제조될 수 있다. 매트릭스(220)가 투명 고분자 물질(유연성 투명 고분자 물질을 포함함)인 경우, 상기 분산액은 투명 매트릭스 형성용 고분자 전구체(모노머 또는 올리고머) 또는 투명 매트릭스 형성용 고분자를 더 함유할 수 있으며, 이들을 용해시키는 용매를 더 함유할 수 있다.
상기 도포에 의해 단분산 입자(210)를 자가 정렬(self assembled)시킨 후, 이를 열처리하여, 분산매를 제거하고, 단분산 입자(210)를 가교결합 시키거나 및/또는 투명 매트릭스 형성용 고분자 전구체를 중합 반응시킬 수 있다. 이때, 열처리 조건은 매트릭스 물질, 단분산 입자 종류 및 분산매의 종류에 따라 적절히 가변될 수 있으나, 일 예로, 50℃ 내지 150℃의 온도 범위 및 1분 내지 1시간동안 열처리 될 수 있다.
도 5는 실 제조된 광결정층(200)의 입사광의 입사 각도에 따른 광투과율을 측정도시한 일 예이다. 도 5의 광결정층은 증류수 230 ml에 NaSS(Sodium styrene sulfonate) 0.05 g 및 NaHCO3 0.12 g을 넣고 질소 퍼지를 하면서 10분간 교반한 후, 50℃로 온도를 올리고 스티렌(Styrene) 25 ml 및 SDBS(sodium dodecylbenzene sulfonate)를 1ml를 첨가한 후, 질소 퍼지를 하면서 70 ℃로 온도를 올리고 30분간 교반하고, 이에 KPS(potassium persulfate) 0.12 g 첨가하고 질소 퍼지를 하면서 6시간동안 교반하여 폴리스티렌 콜로이드 입자를 제조한 후, 콜로이드 입자를 규칙적으로 적층하여, 폴리스티렌을 이용한 콜로이드 광결정층(겔 필름)을 제조하였다. 상세하게, 모세관 셀 안으로 콜로이드 입자 분산 액에 압력 펄스를 가해서 순간적으로 유동을 발생시켜, 유동 효과에 의해 셀에 최밀충진구조를 갖는 콜로이드 광결정층을 제조하였다.
도 5에서 알 수 있듯이, 340 내지 380nm의 광이 45도의 입사 각도로 광결정층에 조사된 경우, 45도의 입사 각도에서 브래그(Bragg) 반사식을 만족하는 330nm 파장을 중심 반사파장으로 하여 광의 반사가 발생하며, 90도의 입사각도에서는 360nm 파장을 중심 반사파장으로 하여 광의 반사가 발생한다. 이에 따라, 상기 형광물질층(100)이 360nm의 파장을 중심 여기 파장으로 갖는 형광물질을 함유하는 경우, 90도로 광이 조사될 때 여기광이 광결정층에 의해 반사되어 형광물질층까지 투과되지 못함에 따라, 그 발광 특성이 소멸됨을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 광학 소자가 구비된 유가 증서를 제공하며, 상기 유가 증서는 법정통화지폐, 은행권, 수표 또는 증채권을 포함한다.
본 발명에 따른 유가 증서는 상술한 광학 소자가 구비되어 있음에 따라, 육안으로도 손쉽게 유가증서의 진위 여부를 필요시 즉석에서 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 특정한 광밴드갭을 제공하는 광결정층(200)에 의해 유가증서의 위조를 방지할 수 있다.
본 발명은 상술한 광학 소자를 이용한 유가증서의 진위 판별 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 진위 판별 방법은 보안성이 요구되는 용지의 일정 영역(제1영역)에 상술한 광학 소자가 형성된 유가 증서에 형광물질층의 형광물질을 여기하는 여기 파장을 포함하는 광을 조사하는 단계; 상기 유가 증서의 제1영역에 조사되는 광의 입사각을 변화시켜 상기 입사각의 변화에 의해 제1영역에서 발생하는 발광특성의 변화를 검출하는 단계;를 포함하여 수행되며, 상기 발광특성의 변화 여부 및 발광특성이 변화되는 입사각에서 하나 이상 선택된 인자를 판별 인자로 하여, 유가 증서의 진위 여부를 판별한다.
형광 램프를 이용하여, 위조로 의심되는 유가증서의 신속하고 용이한 진위 여부 판별을 위해, 상기 입사각의 변화는 판별자에 의한 유가증서의 물리적 틸딩일 수 있으며, 상기 발광특성이 변화되거나(제1영역의 색이 달라지거나), 발광특성이 사라지거나, 발광 강도가 변화되는 발광특성의 변화 여부만으로도 유가 증서의 진위 여부의 판별이 이루어 질 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Claims (10)
- 형광물질층; 및 상기 형광물질층 상부에 적층되어 광밴드갭을 제공하는 광결정층;을 포함하는 유가증서 보안요소용 광학소자.
- 제 1항에 있어서,
상기 형광물질층은 하나 또는 둘 이상의 형광물질을 함유하되, 둘 이상의 형광물질은 서로 다른 발광 파장을 발생하는 유가증서 보안요소용 광학소자. - 제 1항에 있어서,
상기 광학소자는 여기광의 입사 각도에 따라 발광 파장이 변하는 것을 특징으로 하는 유가증서 보안요소용 광학소자. - 제 1항에 있어서,
상기 광학소자는 여기광의 입사 각도에 따라 발광 세기가 변하는 것을 특징으로 하는 유가증서 보안요소용 광학소자. - 제 1항에 있어서,
상기 광결정층은 투명 매트릭스 내부에 상기 매트릭스와 상이한 굴절률을 갖는 단분산 입자가 규칙적으로 적층되고, 광결정층의 광밴드갭이 각도에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 유가증서 보안요소용 광학소자. - 제 1항에 있어서,
상기 광학소자는 상기 형광물질층과 상기 광결정층 사이에 상기 형광물질층에 함유된 형광물질을 여기시키는 여기파장 및 형광물질층에서 발생하는 발광 파장을 투과하는 기재층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유가증서 보안요소용 광학소자. - 제 5항에 있어서,
상기 광밴드갭은 단분산 입자의 굴절률, 투명 매트릭스의 굴절률, 단분산 입자의 크기 및 단분산 입자의 충진율에서 하나 이상 선택된 인자에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 유가증서 보안요소용 광학소자. - 제 1항에 있어서,
상기 광결정층은 투명 플렉시블 매트릭스 내부에 상기 매트릭스와 상이한 굴절률을 갖는 단분산 입자가 규칙적으로 적층된 것을 특징으로 하는 유가증서 보안요소용 광학소자. - 제 1항 내지 제 8항에서 선택된 어느 한 항의 광학소자가 구비된 유가증서.
- 제 1항 내지 제 8항에서 선택된 어느 한 항의 광학소자를 이용한 유가증서의 진위 판별 방법.
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