KR101984788B1

KR101984788B1 - 멜라닌 나노 입자를 포함하는 잉크 및 이를 이용한 보안 제품 및 컨택트 렌즈

Info

Publication number: KR101984788B1
Application number: KR1020170033909A
Authority: KR
Inventors: 김신현; 이건호; 조수정; 김주현; 심태섭
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2019-06-04
Also published as: KR20180107376A

Abstract

본 발명은 고도의 보안이 요구되는 제품에 암호를 도입하고 디코딩하는 보안 방지 소재를 제공하고 이를 응용하기 위한 것으로, 멜라닌 나노 입자를 합성하는 단계 및 상기 멜라닌 나노 입자를 분산매에 분산시키는 단계를 포함하는 잉크의 제조 방법 및 분산매에 분산된 합성 멜라닌 나노 입자를 포함하는 잉크를 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 잉크를 보안제품에 도입하여 쉽고 간단하게 위조를 방지하고 확인할 수 있다.

Description

멜라닌 나노 입자를 포함하는 잉크 및 이를 이용한 보안 제품 및 컨택트 렌즈{Ink containing melanin nanoparticles and security products and contact lenses using the same}

본 발명은 멜라닌 나노 입자를 포함하는 잉크 및 이를 이용한 보안 제품 및 컨택트 렌즈에 관한 것이다.

종래 위변조 방지 및 신원확인과 같이 보안성이 요구되는 제품에 암호를 도입함에 있어 일반적으로 사용되는 보안 기술은 홀로그램과 같은 패턴화된 구조체를 이용하거나, 각도 의존적 색 반사를 하는 광결정의 광학 특성에 주로 의존하였다.

그러나 최근 색상을 자유롭게 재현하는 기술들이 많이 개발되어 위변조 기술이 점차 고도화, 정교화되고, 세계적으로 은행권, 상품권, 여권, 주민등록증, 운전 면허증 등의 각종 신분증의 위조에 대한 사고 발생이 빈번하며, 은행권이 고액권화가 될수록 위조지폐가 많이 통용되고 있다.

이에, 우리나라에서 위조방지용 핵심소재의 원천기술 개발의 관심이 범국가적으로 이루어지고 있는 현실이며, 세계 여러 나라에서도 화폐, 유가증권, 신분증 등의 위조 방지기술에 대한 기술 개발을 진행하고 있다.

한국 공개특허공보 제10-2015-0040644호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고도의 보안이 요구되는 제품에 암호를 도입하는데 있어서 유용하게 사용될 수 있는 잉크 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 추가 장치 없이 간단히 보안 제품을 디코딩하는 보안 방지 소재 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시 예를 따르는 잉크의 제조 방법은 멜라닌 나노 입자를 합성하는 단계 및 상기 합성된 멜라닌 나노 입자를 분산매에 분산시키는 단계를 포함한다.

상기 멜라닌 나노 입자는 도파민, DOPA 또는 시스테인의 멜라닌 전구체로부터 합성된 것일 수 있다.

상기 분산매는 광경화성 수지, 열경화성 수지, 고분자 용액 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.

상기 멜라닌 나노 입자는 평균 직경이 130 nm 이상 360 nm 이하일 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 필름의 제조 방법은 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 잉크를 코팅하는 단계, 상기 잉크를 경화시키는 단계를 포함한다.

상기 잉크는 서로 다른 직경의 멜라닌 나노 입자를 하나 이상 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 잉크는 분산매에 분산된 합성 멜라닌 나노 입자를 포함한다.

본 발명의 실시 예를 따르는 보안 제품은 상기 잉크를 포함하는 코팅층을 포함한다.

상기 잉크는 마이크로 패턴을 따라 배치될 수 있다.

상기 보안제품은 공문서, 유가증권, 은행권, 신분증 및 신용카드로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 보안 제품 검사 방법은 보안 제품을 준비하는 단계, 상기 보안 제품에 백색광 빛을 조사하는 단계를 포함한다.

상기 빛의 조도는 67.8 klx 이상일 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 컨택트 렌즈는 상기 잉크를 포함한다.

본 발명의 실시 예를 따르는 잉크는 화폐나 신용카드, 공문서와 같은 고도의 보안 기술이 요구되는 분야에서 암호를 도입하는데 있어 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 잉크는 강한 빛을 조사할 경우 미 산란(Mie scattering)에 의한 반사색을 나타내는 멜라닌 나노 입자의 특성을 활용하여 쉽고 간단하게 위조를 확인할 수 있다.

도 1은 실시 예 1 내지 4에 의해 제조된 멜라닌 나노 입자에 주변광(상단) 및 백색광(하단)을 조사한 경우 사진을 나타낸 것이다.
도 2는 실시 예 1 내지 4에 의해 제조된 멜라닌 나노 입자의 직경 분포(DLS)를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시 예 1 내지 4에 의해 제조된 멜라닌 나노 입자의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는 실시 예1 내지 4에 따른 멜라닌 나노 입자의 반사 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 5는 실시 예1 내지 4에 따른 멜라닌 나노 입자의 반사 모드 광학 현미경(Optical microscope) 이미지를 나타낸 것이다.
도 6은 멜라닌 나노 입자를 함유한 PEGDA 필름의 단면을 보여주는 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 7은 230, 250 및 360 nm의 서로 다른 직경을 가진 멜라닌 나노 입자를 함유한 PEGDA 필름의 반사율을 나타낸 것이다.
도 8은 멜라닌 나노 구체를 포함하는 PEGDA 필름의 광학 현미경 이미지를 반사 모드에서 촬영한 것이다.
도 9는 수성 분산액과 PEGDA 필름에 대한 반사 스펙트럼의 딥 (dip) 또는 피크 위치의 직경 의존성을 나타낸 것이다.
도 10은 주변광(왼쪽) 및 백색광(오른쪽)에서 미세 패턴이 있는 필름을 나타낸 것이다.
도 11은 반사 모드에서 촬영한 마이크로 패턴의 광학 현미경 이미지를 나타낸 것이다.
도 12는 백색광 아래 음양 심볼의 선택적 미 산란(Mie scattering)을 보여주는 사진이다.
도 13은 서로 다른 직경에서 색상 및 후방 산란 효율을 도시한 것이다.
도 14는 실시 예 및 비교 예에 의해 제조된 용액의 흡수 효율(μ_a)을 비교한 것이다.
도 15는 멜라닌 농도에 따른 산란 효율을 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 실시 예를 따르는 잉크의 빛에 대한 조도 의존도를 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 실시 예를 따르는 잉크의 빛에 대한 각도 의존도를 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.　 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.　따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명의 실시 예를 따르는 잉크의 제조 방법은 멜라닌 나노 입자를 합성하는 단계 및 상기 멜라닌 나노 입자를 분산매에 분산시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 있어서, 멜라닌 나노 입자는 화학적으로 합성된 멜라닌 또는 멜라닌 유사체로서, 천연 멜라닌과 구별되는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 멜라닌 나노 입자는 도파민, DOPA 또는 시스테인의 멜라닌 전구체로부터 합성된 것일 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 멜라닌 나노 입자는 수용액 상에서 도파민의 자가산화(Self-oxidation)에 의해 유도되는 자가중합(Self-polymerization)에 의해 제조될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 멜라닌 나노 입자의 특성을 나타낸 것이다. 멜라닌 나노 입자는 가시광선 전 영역의 빛을 흡수하기 때문에 일반적으로 검은색을 나타내지만, 강한 빛을 조사하는 경우 멜라닌 나노 입자의 높은 흡광도로 인해 다중 산란이 억제되어 공명 미 산란(Mie scattering)에 의한 반사색을 나타낼 수 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의해 제조된 멜라닌 나노 입자가 분산된 수성 분산액은 주변 광에서 눈에 띄지 않는 검은 색을 나타내지만, 강한 빛을 조사하는 경우 구별 가능한 색상을 나타낸다. 상기 특성을 이용하여 보안 장치에 적용하면 강한 백색광을 비추는 경우에만 고유의 패턴이 나타나기 때문에 패턴을 암호화하는 데 유용할 수 있다.

또한, 미 산란(Mie scattering)에 의한 색 발현은 멜라닌 나노 입자의 직경에 의존하기 때문에 다양한 색을 구현하는 것이 가능하다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따라 서로 상이한 직경을 가지도록 합성된 멜라닌 나노 입자 분산액은 서로 다른 색상을 발현한다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 멜라닌 나노 입자의 크기는 도파민의 농도를 조절함으로써 조절될 수 있고, 상기 멜라닌 나노 입자의 평균 직경은 130 nm 이상 360 nm 이하일 수 있다. 직경이 120 nm보다 작은 경우, 멜라닌 나노 입자는 강한 빛에 노출되어도 색상을 나타내지 않을 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따라 제조되는 멜라닌 나노 입자를 포함하는 잉크는 주변 광 하에서 흑색이지만 강한 빛 아래에서 착색되는 새로운 유형의 잉크로서 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 예를 따르는 잉크는 착색제인 고체상 멜라닌 나노 입자를 분산매에 분산시켜 제조할 수 있다. 상기 분산매는 광경화성 수지, 열경화성 수지 또는 용액 상태의 고분자일 수 있다.

상기 광경화성 수지는 아크릴레이트 계열의 광경화성 고분자일 수 있으나, 광경화가 가능한 매질이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(PEGDA), 트리메틸올프로판 에톡실레이트 트리아크릴레이트 (ETPTA), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA), 글리세롤 프로폭실레이트, 글리세린 프로폭실화 트리아크릴레이트(GPTA), 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(PETA), 1, 6-헥산디올 디메틸아크릴레이트(HDDA), 폴리프로필렌글리콜 디아크릴레이트 (PPGDA), 글리세롤 1,3-디글리세롤레이트 디아크릴레이트(GPTA) 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

상기 열경화성 수지는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 실시 예를 따르는 필름의 제조 방법은 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 잉크를 코팅하는 단계, 상기 잉크를 경화시키는 단계를 포함한다. 상기 기판은 플라즈마 등으로 표면 처리된 것일 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 상기 분산매가 UV 경화성 수지인 경우, 기판 상에 상기 멜라닌 나노 입자가 분산된 분산액을 가하고 자외선을 노출시켜 경화시킬 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 포토 마스크를 이용하여 선택적으로 자외선을 노출시킴으로써 마이크로 패턴을 형성할 수 있다. 상기 분산매가 열경화성 수지인 경우, 기판 상에 상기 멜라닌 나노 입자가 분산된 분산액을 가하고 열경화 온도 이상으로 가열하여 경화시킬 수 있다. 상기 분산매가 고분자 용액인 경우, 기판 상에 상기 멜라닌 나노 입자가 분산된 분산액을 가하고 용매를 증발시켜 경화시킬 수 있다.

상기 마이크로 패턴은 간극 공간에 나노 입자가 없는 수지를 침투시키고 경화하여 프리스탠딩(freestanding) 필름에 적용될 수 있다. 또한, 마이크로 패턴의 간극 공간에 제2 분산액을 사용함으로써 서로 다른 반사색을 갖는 필름을 제조할 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 잉크는 응집되지 않은 분산 상태의 합성 멜라닌 나노 입자를 포함한다. 상기 잉크는 콜로이드 상태로 존재할 수 있다. 상기 잉크는 포토 리소그래피 기술을 통해 패턴을 형성할 수 있다. 본 발명의 실시 예를 따라 분산된 멜라닌 나노 입자 간 거리는 결정이 되지 않는 범위 내인 것이 바람직하다.

멜라닌 나노 입자 간 거리(IPS)는 하기 수학식 (1)에 의해 분산시 입자 부피 분율(Ø)로부터 구해질 수 있다.

(r: 입자 반경, Ø_m: 최대 입자 충진 분율(Ø_m은 무작위 고밀도 포장의 경우 0.63이다))

상기 입자 부피 분율(Ø)은 상기 멜라닌 나노 입자의 밀도를 통해 중량 분율로부터 계산될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 멜라닌 나노 입자의 밀도는 1.33 g/cm³일 수 있다. 상기 입자 부피 분율은 멜라닌 나노 입자 간에 결정을 이루지 않도록 최대 입자 충진 분율을 넘지 않는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시 예에 있어서, 잉크 내 멜라닌 나노 입자의 중량 분율이 0.025 내지 0.4 중량%인 경우, 멜라닌 나노 입자의 직경이 210 nm 내지 250 nm일 때 IPS는 1037 내지 3491 nm일 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 잉크는 강한 백색광 조명에서 멜라닌 나노 입자의 직경에 따라 발현되는 색이 달라지므로, 두 개 이상의 서로 다른 크기의 멜라닌 나노 입자를 포함하는 잉크를 사용하여 두 개 이상의 색상 패턴의 디자인을 형성할 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 보안 제품은 멜라닌 나노 입자를 포함하는 코팅층을 포함한다. 상기 코팅층에 포함되는 멜라닌 나노 입자는 분산된 상태로 존재할 수 있다. 상기 보안제품은 공문서, 유가증권, 은행권, 신분증 및 신용카드로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.

상기 잉크는 마이크로 패턴을 따라 배치될 수 있다. 본 발명의 실시 예를 따르는 잉크가 특정 패턴으로 암호화된 경우, 정상적인 조명 조건에서 패턴의 모든 멜라닌 나노 입자가 검은색이어서 디자인이 공개되지 않으나, 스마트폰에 구비된 것과 같은 손전등 조명을 비추어 디자인을 선택적으로 노출시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 보안 제품 검사 방법은 보안 제품을 준비하는 단계, 상기 보안 제품에 백색광과 같은 빛을 조사하는 단계를 포함한다.

상기 보안 제품은 2종류 이상의 서로 다른 크기를 가지는 멜라닌 나노입자를 포함할 수 있다. 이때, 상기 빛의 조도는 67.8 klx 이상일 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따라 제조되는 잉크는 미 산란(Mie scattering)을 통해 강한 백색광 하에서 멜라닌 나노 입자가 착색된다. 또한, 발현 색상은 멜라닌 나노 입자의 직경에 강하게 의존하여 다양한 색상의 개발이 가능하다. 또한, 멜라닌 나노 입자를 새로운 유형의 잉크로 사용하기 위해 분산액을 제조한 다음 이를 중합하여 마이크로 패턴을 형성함으로써, 일반적인 조명 조건에서는 패턴이 공개되지 않으나, 백색광 하에서 디자인을 선택적으로 드러낼 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 컨택트 렌즈는 멜라닌 나노 입자를 포함하는 코팅층을 포함한다. 상기 컨택트 렌즈는 멜라닌 나노 입자를 분산된 상태로 포함할 수 있다. 상기 컨택트 렌즈는 미 산란(Mie scattering)을 통해 강한 백색광 하에서 멜라닌 나노 입자가 착색됨으로써 색상이 발현될 수 있다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시 예 및 실험 예를 통하여 설명한다.

<실시 예 1>

단계 1: 멜라닌 나노 입자가 분산된 용액을 제조하는 단계

Sigma-Aldrich 사의 도파민 히드로 클로라이드(Dopamine hydrochloride)를 50 ℃에서 9.8 mM의 농도가 되도록 100 mL 증류수에 용해시키고, 1 M NaOH(Junsei제) 용액 528 μL를 첨가하였다. 첨가 용액을 3시간 동안 연속적으로 교반시켜 용액이 주황색에서 갈색으로 변하면 멜라닌 나노 입자가 형성됨을 확인하였다. 상기 용액에 분산된 멜라닌 나노 입자의 평균 직경은 210 nm 였다. 멜라닌 나노 입자 분산 용액을 12,000 rpm에서 원심 분리하여 세척하고 증류수 및 에탄올에 각각 분산시켰다.

단계 2: 광경화성 수지에 멜라닌 나노 입자를 분산시키는 단계

0.3 중량%의 멜라닌 나노 입자가 분산된 1mL 에탄올 용액 및 Sigma-Aldrich 사의 0.1 M CTAB(cetyltrimethyl ammonium bromide)의 250 μL 수용액을 먼저 혼합하고, 5 중량% Darocur 1173(Ciba Specialty Chemicals 제)을 함유하는 1 mL PEGDA와 추가로 혼합하였다. 상기 혼합물을 에탄올과 물이 완전히 증발할 때까지 오븐에서 75 ℃로 배양하였다.

<실시 예 2>

상기 실시 예1의 단계 1에서 도파민 히드로 클로라이드의 농도가 13.1 mM이고, 그에 따른 멜라닌 나노 입자의 평균 직경이 230 nm 인 것을 제외하고는 상기 실시 예1과 동일하게 반응을 수행하였다.

<실시 예 3>

상기 실시 예1의 단계 1에서 도파민 히드로 클로라이드의 농도가 14.7 mM이고, 그에 따른 멜라닌 나노 입자의 평균 직경이 250 nm 인 것을 제외하고는 상기 실시 예1과 동일하게 반응을 수행하였다.

<실시 예 4>

상기 실시 예1의 단계 1에서 도파민 히드로 클로라이드의 농도가 16.3 mM이고, 그에 따른 멜라닌 나노 입자의 평균 직경이 360 nm 인 것을 제외하고는 상기 실시 예1과 동일하게 반응을 수행하였다..

<실시 예 5>

상기 실시 예 1 내지 4에 의해 PEGDA에 분산된 멜라닌 나노 입자의 분산액을 2-메톡시(폴리에틸렌옥시)프로필 트리메톡시 실란(2-[methoxy (polyethyleneoxy)propyl] trimethoxy silane)으로 처리된 2개의 유리 슬라이드 사이에 형성된 140 ㎛ 간격에 침투시켰다. 이어서, 90 초 동안 자외선을 조사하여 중합된 필름을 유리 슬라이드로부터 분리하여 프리스탠딩(freestanding) 필름을 수득하였다.

<실시 예 6>

알파벳 K 형상의 마이크로 패턴을 만들기 위해 큰 "K"를 구성하는 작은 'K'의 마이크로 패턴을 준비하였다. 상기 실시 예 3에 의해 제조된 분산액을 유리 슬라이드와 비정질 실리콘 포토 마스크 사이의 간격이 140 ㎛가 되도록 침투시켰다. 포지티브 포토레지스트(positive photoresist), AZ5214(Clariant 제)를 비정질 실리콘 코팅 유리 웨이퍼에 스핀 코팅한 다음 포토 리소그래피(photolithography)에 의해 마이크로 패턴화하였다. 이어서, 노출된 영역에서 비정질 실리콘을 선택적으로 제거하는 반응성 이온 에칭을 수행하여 AZ5214를 아세톤으로 용해시킨 후 포토 마스크를 얻었다. 분산액은 90초 동안 UV로 포토 마스크를 통해 조사되었고, 중합되지 않은 분산액은 증류수로 세척되었다. 중합된 패턴은 포토 마스크 상에 남았다. 나노 입자가 분산되지 않은 PEGDA 또는 분산액을 새로운 유리 슬라이드와 중합된 마이크로 패턴을 포함하는 포토 마스크 사이의 200 ㎛ 간격에 침투시키고 120초 동안 UV로 조사했다. 마이크로 패턴을 포함하는 중합된 막을 유리 슬라이드 및 포토 마스크로부터 분리하였다.

<실시 예7>

상기 실시 예6에서, 실시 예2 및 실시 예4에 의해 제조된 분산액을 침투시킨 것을 제외하고 상기 실시 예6과 동일하게 반응을 수행하였다.

<실시 예8>

상기 실시 예6에서, 실시 예2 및 실시 예3에 의해 제조된 분산액을 침투시키고, 음과 양 문양의 패턴을 형성시킨 것을 제외하고 상기 실시 예6과 동일하게 반응을 수행하였다.

<비교 예1>

상기 실시 예1의 단계 1에서 도파민 히드로 클로라이드의 농도가 5 mM이고, 그에 따른 멜라닌 나노 입자의 평균 직경이 100 nm 인 것을 제외하고는 상기 실시 예1과 동일하게 반응을 수행하였다.

<비교 예2>

상기 비교 예1에서 도파민 히드로 클로라이드의 농도가 6 mM이고, 그에 따른 멜라닌 나노 입자의 평균 직경이 110 nm 인 것을 제외하고는 상기 비교 예1과 동일하게 반응을 수행하였다.

<비교 예3>

상기 비교 예1에서 도파민 히드로 클로라이드의 농도가 7 mM이고, 그에 따른 멜라닌 나노 입자의 평균 직경이 120 nm 인 것을 제외하고는 상기 비교 예1과 동일하게 반응을 수행하였다.

<비교 예4>

평균 직경이 210 nm, 230nm, 250nm, 및 360nm인 실리카 나노 입자(Sigma-Aldrich 사)를 NaOH 용액에 분산시킨 용액을 각각 제조하였다.

<실험 예1>

상기 실시 예 1 내지 4에 의해 제조된 멜라닌 나노 입자를 증류수에 분산시킨 분산액의 크기를 동적 광 산란 (DLS, Zetasizer Nano ZS90, Malvern Instruments Ltd)과 주사 전자 현미경(SEM, S-4800, 히타치)으로 측정하여 각각 도 2 및 도 3에 나타내었다.

<실험 예2>

멜라닌 나노 입자의 색은 강한 빛 아래 반사 모드에서 관찰되므로, 광학 현미경의 반사 모드 (L150, Nikon) 및 현미경에 구비된 섬유 결합 분광법 (USB4000, OceansOptics Inc., Dunedin, FL)을 사용하여 실시 예 1 내지 4의 나노 입자 및 PEGDA 필름의 수성 분산액의 반사 스펙트럼 및 광학 현미경 이미지를 관찰하여 각각 도 4 및 도 5에 나타내었다. 도 4에서, 나노 입자의 직경에 따라 달라지는 딥 (dip) 또는 피크(peak)를 확인하였다. 210, 230 및 250 nm의 직경을 갖는 나노 입자의 분산은 각각 489, 516 및 540 nm의 파장에서의 딥(dip)을 나타내고, 360 nm의 직경을 갖는 나노 입자의 분산은 가시 범위에서 579 nm의 파장에서 낮은 피크를 나타내었다. 도 5로부터, 상기 스펙트럼의 딥(dip) 또는 피크에 대응하는 색의 보색을 관찰할 수 있었다. 예를 들어, 청색 영역에서 489 nm에서 딥(dip)이 있는 210 nm 크기의 나노 입자의 분산은 상보적인 황색을 나타내고, 녹색 영역에서 540 nm에서 딥(dip)이 있는 250 nm 크기의 나노 입자의 분산은 보색인 적색을 나타냄을 확인할 수 있었다.

<실험 예3>

실시 예 6에 의해 분리된 필름을 관찰한 결과를 도 6 내지 도 8에 나타내었다. 도 6은 멜라닌 나노 입자가 PEGDA 필름에 무작위로 분산된 것을 나타낸다. PEGDA 필름은 도 8과 같이 반사 모드에서 광학 현미경으로 관찰할 때 색상을 표시하고, 필름의 색은 나노 입자의 직경에 의해 결정된다. 230, 250, 360 nm의 직경을 가진 멜라닌 나노 입자를 함유한 필름은 각각 적색, 청색 및 녹색을 나타내었다. 이는 분산 매질의 굴절률이 변화함에 따라 분산 매질이 물인 경우 도 5에서 관찰한 나노 입자의 색과 상이함을 알 수 있다. 필름의 반사 스펙트럼은 도 7에서와 같이 230, 250nm의 직경에서 각각 536nm, 552 nm의 딥(dip)을 가지고, 360 nm의 직경에서 592 nm의 피크를 가진다. 즉, 상보적인 적색 및 청색이 딥(dip)으로부터 발생되고, 녹색은 피크로부터 발생됨을 알 수 있다.

<실험 예4>

상기 실험 예3에서 관찰된 분산 매질에 따른 편이를 도 9에 나타내었다. 도 9에 도시된 바와 같이, 분산 매질의 굴절률이 1.33에서 1.467로 변화함에 따라 물에서 평균 15 nm만큼 적색 편이를 나타내었다. 상기 이동으로 인해 잉크의 반사 색상이 달라짐을 확인할 수 있다.

<실험 예5>

상기 실시 예 1 및 실시 예 3에서, 멜라닌의 농도를 0.025, 0.05, 0.1, 0.2 및 0.4 중량%로 변화시켜 색 변화를 관찰하여 하기 표 1에 나타내었다.

	멜라닌 나노 입자의 농도(중량%)
	0.025	0.05	0.1	0.2	0.4
실시 예1
실시 예3

그 결과, 상기 농도 범위에서 색 변화가 관찰되지 않았다. 또한, 도 15를 참조하면, 후방 산란 효율 스펙트럼의 딥 (dip) 또는 피크의 위치는 나노 입자의 농도와 변함없이 유지되는 것으로 나타났다. 따라서 반사색은 멜라닌 농도나 입자간 거리가 아닌 개별 나노 입자에 의해 발현됨을 확인할 수 있었다.

<실험 예 6>

상기 비교 예 1 내지 3에 의해 제조된 분산액의 색상 및 후방 산란 효율(μ_bs)을 도 13에 나타내었다. 직경이 120 nm보다 작은 멜라닌 분산액의 경우, 도 13(a)에 도시된 바와 같이, 강한 빛을 조사한 경우(우측), 조사하지 않은 경우(좌측)와 마찬가지로 색상을 나타내지 않았다. 이는 도 13(b)에 도시된 바와 같이 가시 범위 내의 특징적인 피크(peak) 또는 딥(dip)이 없어 파장에 의존하지 않는 것과 결과가 일치한다.

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<실험 예 7>

상기 실시 예 1 내지 4 및 비교 예4에 의해 제조된 용액의 흡수 효율(μ_a)를 도 14에 도시하였다. 실리카 입자는 비흡수성이고 실리카 입자의 산란 효율이 멜라닌 나노 입자보다 낮은 차수이기 때문에 흡수 효율은 거의 0에 해당하여 미 산란(Mie scattering)에 의한 반사색을 나타내지 않음을 확인할 수 있었다.

<실험 예 8>

상기 실시 예 6 내지 실시 예 8에 따라 제조된 패턴을 도 10 내지 도 12에 나타내었다. 도 10 및 도 12에서, 마이크로 패턴은 주위 빛 아래에서 검은 색을 띠고, 강한 조명 아래에서는 적갈색(도 10), 적색 및 푸른색(도 12)을 띤다. 또한, 도 10의 삽화에서 관찰되는 것처럼 반사 모드에서 광학 현미경으로 적갈색을 나타낸다. 실시 예 7에 따라 230nm 나노 입자를 함유하는 "K"마이크로 패턴과 360nm 나노 입자를 함유하는 배경은 도 11에서와 같이 반사 모드에서 녹색 배경에 녹색을 띠는 적갈색 "K"를 나타낸다.

<실험 예 9>

상기 실시 예 1 및 실시 예 3에 따라 제조된 2종류의 분산액에 2712cd의 광도를 가지는 광원을 조사한 결과를 도 16에 나타내었다. 분산액으로부터 10, 20cm 떨어진 거리에서 광원을 조사한 경우 상기 분산액이 서로 다른 색을 나타냄을 육안으로 구별할 수 있었으나, 30, 40cm의 거리에서 광원을 조사한 경우 상기 분산액이 모두 검은색으로 확인되었다. 따라서, 서로 다른 잉크의 별개의 분산에 의해 생성된 색상을 구별하는 임계 조도는 67.8 klx 임을 확인할 수 있었다.

<실험 예 10>

상기 실시 예 1 및 실시 예 3에 따라 제조된 분산액에 0°, 30°, 60°, 90°의 각도로 백색광을 조사한 결과를 도 17에 나타내었다. 그 결과, 0°내지 90°에서 동일한 색상이 관찰되어 잉크의 빛에 대한 각도 의존도는 낮은 것으로 나타났다.

본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims

평균 직경이 130 nm 이상 360 nm 이하의 멜라닌 나노 입자를 합성하는 단계; 및
상기 멜라닌 나노 입자를 경화성 수지를 포함하는 분산매에 분산시켜 잉크를 형성하는 단계;
상기 잉크를 경화시켜 필름을 형성하는 단계; 및
상기 필름에 대하여 67.8 klx 이상의 조도를 갖는 빛을 조사하는 단계;를 포함하는 발색방법.
제 1 항에 있어서,
상기 멜라닌 나노 입자는,
도파민, DOPA 또는 시스테인의 멜라닌 전구체로부터 합성된 것을 특징으로 하는 발색방법.
삭제
삭제
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제 1항에 있어서,
상기 잉크는 서로 다른 직경의 멜라닌 나노 입자를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 발색방법.
삭제
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제1항에 있어서,
상기 잉크는 마이크로 패턴을 따라 경화되는 것을 특징으로 하는 발색방법.
제1항에 따른 발색방법을 보안 제품에 적용하는 것을 특징으로 하는 보안 제품의 검사방법.
제10항에 있어서, 상기 보안 제품은 공문서, 유가증권, 은행권, 신분증 및 신용카드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 보안 제품의 검사방법.
삭제
제1항에 따른 발색방법을 컨택트 렌즈에 적용하는 것을 특징으로 하는 컨택트 렌즈의 발색방법.