KR102012526B1 - 레이저 마킹된 소자 - Google Patents

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KR102012526B1
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조나단 디. 고스넬
카이 마르쿠스 헬미넨
그레고리 알. 조던
스캇 케이. 팜
길스 디. 프랫
티모시 더블유. 슈나이더
안토니 제이. 주케로
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크레인 앤 코, 인크
비쥬얼 피직스 엘엘씨
크레인 에이비
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Abstract

하나 이상의 이차원(2D) 정지 화상으로 레이저 마킹된 하나 이상의 합성 확대 화상 투영 광학 소자가 제공된다. 본 소자 상에 또는 그 내부에 레이저 마킹되는 2D 정지 화상(들)과 본 소자에 의해 투영되는 합성 확대 화상은 문서(예컨대 여권의 데이터 페이지) 및 해당 문서를 사용하는 제품의 진위를 판정한다. 본 발명의 소자의 여러 실시형태는 또한 향상된 변조 또는 변경 방지성과 내마모성을 제공한다.

Description

레이저 마킹된 소자{A LASER MARKED DEVICE}

본 출원은 2001년 1월 28일 출원된 미국 가특허 출원 제61/437,157호의 우선권을 주장하고 있으며, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 포함된다.

본 발명은 일반적으로 레이저 마킹된 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 하나 이상의 이차원(2D) 정지 화상으로 레이저 마킹된 하나 이상의 합성 확대 화상 투영 광학 소자에 관한 것이다.

합성 화상을 투영하는 마이크로 광학 필름재는 일반적으로 (a) 광투과성 폴리머 기판과, (b) 폴리머 기판 상에 또는 폴리머 기판 내부에 배치되는 마이크로 크기의 화상 아이콘 배열체와, (c) 집속 요소(예컨대 마이크로 렌즈) 배열체를 포함한다. 화상 아이콘 및 집속 요소 배열체는 집속 요소 배열체를 통해 화상 아이콘 배열체를 바라볼 때 하나 이상의 합성 화상이 투영되도록 구성된다. 이들 투영 화상은 다양한 광학 효과를 나타낼 수 있다. 이런 효과를 나타낼 수 있는 재료 구성은 Steenblik 등의 미국 특허 제7,333,268호, Steenblik 등의 미국 특허 제7,468,842호, Steenblik 등의 미국 특허 제7,738,175호, Commander 등의 미국 특허 제7,830,627, Kaule 등의 미국 특허 출원 공개 제2009/0008923호, Kaule 등의 미국 특허 출원 공개 제2010/0177094호, Kaule 등의 미국 특허 출원 공개 제2010/0182221호, Kaule 등의 유럽 특허 출원 제08784548.3호(또는 유럽 공개 제2162294호) 및 Kaule의 유럽 특허 출원 제08759342.2호(또는 유럽 공개 제2164713호)에 설명되어 있다.

이들 필름재는 은행권, 보안 문서 및 제품 인증용 보안 소자로서 사용될 수 있다. 은행권과 보안 문서의 경우, 이들 재료는 통상적으로 스트립 또는 스레드의 형태로 사용되며 은행권 또는 문서의 내부에 부분적으로 매립되거나 은행권 또는 문서의 표면에 도포된다. 여권 또는 여타의 신원확인(ID) 문서의 경우, 이들 재료는 완전 적층체(full laminate)로서 사용되거나 폴리카보네이트 여권에 위조방지 형상부로서 매립될 수 있다.

융합(fused) 다층 폴리머 필름재로 구성되는 보안 문서는 최근에 더욱 인기가 높아졌다. 이들 보안 문서의 공통된 형태는 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETG) 및 여타의 열가소성 폴리머의 다층이 융합되어 견고한 불가분의 구조를 형성한 ID 카드와 여권 정보 페이지를 포함한다. 이런 제품은 대개 폴리카보네이트와 같은 싱글 타입 폴리머로 이루어진 다수의 층으로부터 형성되며, 이들 층 중 몇몇은 상이한 폴리카보네이트 조성물을 함유한다. 상이한 층 조성물 중 몇몇은 불투명층과 투명층을 포함한다. 투명층은 레이저 마킹가능 재료를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.

본 발명의 목적은 레이저 마킹가능 또는 레이저 마킹된 광학(예컨대 마이크로 광학) 필름재를 합체함으로써 보안 문서의 복잡도 및 이에 따른 위조 방지성을 향상시키는 것이다. 이들 필름재 상에, 또는 그 내부에, 또는 그 하부에 레이저 마킹된 2D 정지 화상은 문서(예컨대 금전적 가치를 갖는 문서, 신분증명서, 비보안 문서)와 해당 문서를 사용하는 제품의 진위 판정에 도움을 준다. 본 발명의 재료는 예컨대 회사 로고 또는 여타의 브랜드 식별자를 제공하는 레이저 마킹된 2D 화상에 의해 (예컨대 제품 라벨(또는 그 일부)로서) 브랜드 제고(brand enhancement)의 목적으로만 사용될 수도 있다.

레이저 개인화는 발행 시점에서 보안 문서에 맞춤형 개인화 데이터를 부가하는 수단으로 널리 사용된다. 이 개인화 특징부는 발행인이 대상 수령인의 개인 정보로 문서를 개인화할 수 있도록 함으로써 정부나 기업체에서 발행하는 보안 문서를 추가로 보호한다. 본 발명에서는, 이 유형의 개인화 형상부가 보안 문서에 사용하기에 적절한 광학 필름재 상에, 또는 그 내부에 또는 그 하부에 합체되어 문서의 보안성을 강화한다. 과거에는 합성 화상을 나타낼 수 있는 마이크로 광학 시스템이 레이저 마킹가능 기판 재료를 포함하지 않았다. 또한, 현 시점까지도 레이저 마킹가능 제품은 합성 화상을 나타낼 수 있는 마이크로 광학 시스템을 포함하지 않았다.

레이저 마킹 마이크로 광학 필름재는 과거에는 이들 재료에 영구적인 손상을 초래할 위험성으로 인해 실현 불가능한(즉, 실행 불가능한) 것으로 간주되었다. 기술분야의 기술자에 공지된 바와 같이, 레이저 표기는 이들 필름재의 과열과 팽윤을 초래하는데, 이로 인해 구조물 내부의 계면에서의 기포 생성(bubbling), 분리 또는 박리가 일어나고/일어나거나 마이크로렌즈 및/또는 마이크로 크기의 화상 아이콘이 영구적인 손상을 입게 되어 합성 화상의 영구적인 왜곡을 야기한다.

본 발명자는 재료를 물리적으로 손상하거나 재료에 의해 투영되는 화상(들)을 왜곡하지 않으면서 광학 필름재를 구현하거나 포함하는 소자를 레이저 마킹하는 방법을 개발하였다.

특히, 본 발명은 적어도 하나의 합성 확대 화상을 투영하는 광학 필름재를 구현하거나 포함하는 소자 상에 또는 소자의 내부에 하나 이상의 2D 정지 화상을 레이저 마킹하는 방법으로서,

레이저 에너지에 의해 손상될 수 있거나 레이저 수광층 내부에서 레이저 흡수에 의해 생성되는 열과 가스에 의해 손상될 수 있는 광학 필름재 내부의 하나 이상의 층 또는 계면(이하 "레이저 민감층 또는 계면"이라 칭함)을 식별하는 단계와,

레이저 민감층 또는 계면 상부에 레이저 에너지에 의해 마킹가능한 하나 이상의 층(이하 "레이저 마킹가능층"이라 칭함)을 배치하거나, 광학 필름재 하부에 하나 이상의 열 스페이서(thermal spacer)층과 하나 이상의 레이저 마킹가능층을 배치하되 열 스페이서층(들)이 광학 필름재와 하나 이상의 레이저 마킹가능층 사이에 위치하도록 배치하거나, 계면의 접합 강도 및/또는 내열성을 증가시키기 위해 레이저 민감 계면을 개질하거나, 보다 높은 접합 강도 및/또는 보다 높은 내열성을 갖는 재료로 제조되는 층으로 레이저 민감층을 대체하는 단계와,

선택적으로, 광학 필름재를 구현하는 소자(예컨대 카드 또는 복합 구조물)를 형성하기 위해 열과 압력을 이용하여 층들을 함께 성형하는 단계와,

하나 이상의 레이저 마킹가능층 상에 또는 그 내부에 하나 이상의 2D 정지 화상을 마킹하기 위해 레이저 에너지에 소자를 노출시키는 단계를 포함하는 레이저 마킹 방법을 제공한다.

본 명세서에 사용되는 용어 "상부(above)"는 본 발명의 소자의 다른 층보다 레이저 에너지원에 가까운 층을 의미하는 반면, 본 명세서에 사용되는 용어 "하부(below)"는 본 발명의 소자의 다른 층보다 레이저 에너지원에서 먼 층을 의미하도록 의도되어 있다.

본 명세서에 사용되는 용어 "레이저 마킹가능" 또는 그 임의의 변형은 탄화, 인각, 변색을 수반하거나 수반하지 않는 인각, 표면 탄화를 수반하는 인각, 변색 또는 내부 흑화, 코팅 제거에 의한 레이저 마킹, 융삭, 표백, 용융, 팽윤 및 증발 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는 것으로, 레이저에 의해 유도되거나 형성되는 물리적 또는 화학적 개질이 가능하다는 것을 의미하도록 의도되어 있다. 본 명세서에 사용되는 용어 "레이저 마킹된"은 레이저 또는 레이저형 장치에 의해 형성되는 임의의 마크를 구비하거나 표시하는 것을 의미하도록 의도되어 있다.

본 발명은 또한, 광학 스페이서층의 양측 대향면에 배치되는 하나 이상의 선택적으로 캡슐화된 집속 요소 배열체와 하나 이상의 화상 아이콘 배열체를 포함하고, 집속 요소의 적어도 일부가 화상 아이콘의 적어도 일부의 적어도 하나의 합성 확대 화상을 형성하는 광학 필름재와,

선택적으로, 광학 필름재 상부 및/또는 하부에 배치되는 하나 이상의 층을 포함하되,

광학 필름재의 내부의 적어도 하나의 배열체 또는 층이나, 광학 필름재 상부 또는 하부의 층이 레이저 에너지에 의해 마킹가능하며,

광학 필름재의 집속 요소나 화상 아이콘을 손상하지 않고 소자 내의 어떤 계면에서도 기포 생성, 분리 또는 박리를 야기하지 않으면서 2D 정지 화상이 레이저 마킹가능 배열체(들) 또는 층(들) 상에 또는 그 내부에 레이저 마킹될 수 있는 레이저 마킹가능 광학 소자를 제공한다.

제1 예시적인 실시예에서, 레이저 마킹가능 광학 소자의 광학 필름재는 필름재 상부 및/또는 하부에 배치되는 하나 이상의 층을 가진다(이하, 광학 필름재가 필름재 상부 및 하부에 배치되는 층을 가지는 본 발명의 소자는 때로는 "복합 보안 구조물"로 지칭됨)

이와 같은 일 실시형태에서, 레이저 마킹가능 소자는 광학 스페이서층에 의해 분리되는 캡슐화 굴절 집속 요소 배열체와 화상 아이콘 배열체를 포함하는 광학 필름재와, 광학 필름재 상부에 또는 광학 필름재 상부 및 하부에 배치되는 하나 이상의 층으로 구성되되, 화상 아이콘 배열체 상부에 배치되는 하나 이상의 배열체 또는 층은 레이저 마킹가능 배열체 또는 층이다.

이와 같은 다른 실시형태에서, 집속 요소 배열체(들)는 반사 집속 요소 배열체이고, 반사 집속 요소 배열체 상부에 배치되는 하나 이상의 배열체 또는 층은 레이저 마킹가능 배열체 또는 층이다.

이와 같은 또 다른 실시형태에서, 레이저 마킹가능 소자는 광학 필름재, 하나 이상의 하부(underlying) 레이저 마킹가능층 및 광학 필름재와 하나 이상의 하부 레이저 마킹가능층 사이에 배치되는 하나 이상의 열 스페이서층으로 구성된다. 이 실시형태에서, 레이저 마킹은 광학 필름재를 통해 이루어진다.

이와 같은 또 다른 추가 실시형태에서, 레이저 마킹가능 소자는 점착재 내부에 매립되는 집속 요소 배열체를 포함하는 광학 필름재, 하나 이상의 하부 레이저 마킹가능층 및 광학 필름재와 하나 이상의 하부 레이저 마킹가능층 사이에 배치되는 점착제층으로 구성된다. 이 실시형태에서, 레이저 마킹은 광학 필름재를 통해 이루어진다.

제2 예시적인 실시형태에서, 레이저 마킹가능 광학 소자의 광학 필름재는 피복되거나 매립되지 않는 독립형(stand-alone) 필름재이다.

예시적인 "독립형" 실시형태에서, 레이저 마킹가능 소자는 광학 스페이서로서의 기능도 수행하는 레이저 마킹가능층에 의해 분리되는 굴절 또는 반사 집속 요소 배열체와 화상 아이콘 배열체를 포함하는 광학 필름재로 구성된다.

본 발명은 전술한 바와 같은 광학 필름재를 기본적으로 포함하고 광학 필름재 상부 및/또는 하부에 배치되는 하나 이상의 층을 선택적으로 포함하되, 광학 필름재의 적어도 하나의 배열체 또는 층이나, 광학 필름재 상부 또는 하부의 적어도 하나의 층은 레이저 마킹가능 배열체 또는 층이며, 레이저 마킹가능 배열체(들) 또는 층(들)은 그 위에 하나 이상의 레이저 마킹된 2D 정지 화상을 가지는 레이저 마킹된 광학 소자를 추가로 제공한다.

본 발명은 또한 본 발명의 레이저 마킹가능 광학 소자나 레이저 마킹된 광학 소자로 제조되거나 이들 소자를 사용하는 시트재 및 해당 시트재로 제조되는 문서를 제공한다. 본 명세서에 사용되는 용어 "문서"는 은행권이나 화폐와 같은 금전적 가치를 갖는 임의의 종류의 문서나, 여권, ID 카드, 운전면허증 등과 같은 신분 증명서나, 태그 및 라벨과 같은 여타의 문서를 가리킨다. 본 발명의 광학 시스템은 소비재는 물론 감자칩 봉지와 같은 소비재에 사용되는 봉지 또는 포장물 용도로도 고려된다.

본 발명의 다른 특징과 장점은 하기 상세한 설명과 첨부도면을 통해 기술분야의 기술자에게 명확하게 이해될 것이다.

달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속한 기술분야의 기술자가 보편적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에 언급된 모든 공개문서, 특허 출원, 특허 및 여타의 참조문헌은 그 전체 내용이 본 명세서에 원용된다. 다툼이 있을 경우에는, 개념 정의를 포함하여 본 특허명세서가 기준이 된다. 또한 재료, 방법 및 실시예는 단지 예시적인 것으로 제한의 의도를 갖지 않는다.

본 개시는 하기 도면을 참조함으로써 보다 잘 이해될 수 있을 것이다. 도면 전반에 걸쳐 일치하는 참조 번호는 대응하는 부품을 가리키고, 도면의 구성요소는 반드시 일정 비례로 그려지지는 않았으며, 대신에 본 개시의 원리를 명확하게 예시하는 데 주안점을 두었다. 예시적인 실시형태가 도면과 연계하여 개시되긴 하지만, 본 명세서에 개시된 실시형태 또는 실시형태들에 본 개시를 제한하려는 의도는 없다. 오히려 모든 대체예, 변경례 및 균등례를 망라하도록 의도되어 있다.
개시된 발명의 특정한 형상부는 첨부도면에 의해 예시되어 있다.
도 1은 광학 필름재가 캡슐화 굴절 집속 요소를 사용하는 복합 보안 구조물 형태를 취하는 본 발명의 레이저 마킹가능 소자의 예시적인 실시형태의 단면도이다.
도 2는 광학 필름재가 반사 집속 요소를 사용하는 복합 보안 구조물 형태를 취하는 본 발명의 레이저 마킹가능 소자의 다른 예시적인 실시형태의 단면도이다.
도 3은 광학 필름재가 레이저 마킹가능 광학 스페이서층에 의해 분리되는 굴절 집속 요소 배열체와 화상 아이콘 배열체를 포함하는 본 발명의 레이저 마킹가능 소자의 예시적인 "독립형" 실시형태의 단면도이다.
도 4는 광학 필름재가 레이저 마킹가능 광학 스페이서층에 의해 분리되는 반사 집속 요소 배열체와 화상 아이콘 배열체를 포함하는 본 발명의 레이저 마킹가능 소자의 다른 예시적인 "독립형" 실시형태의 단면도이다.
도 5는 광학 필름재, 하부 레이저 마킹가능층 및 광학 필름재와 하부 레이저 마킹가능층 사이에 배치되는 열 스페이서층으로 구성되는 본 발명의 레이저 마킹가능 소자의 또 다른 예시적인 실시형태의 단면도이다.
도 6은 점착제 매립형 집속 요소를 구비한 광학 필름재와, 하부 레이저 마킹가능층 및 불투명 백색층과, 광학 필름재와 하부 레이저 마킹가능층 사이에 배치되는 점착제층으로 구성되는 본 발명의 레이저 마킹가능 소자의 추가 예시적인 실시형태의 단면도이다.

본 발명에 의해, 공지된 광학(예컨대 마이크로 광학) 필름재 및 이들 재료를 사용하는 문서의 복잡도가 증가하고 이에 따라 위조 방지성이 증가한다. 또한 본 명세서에서 설명되는 본 발명의 소자의 여러 실시형태는 향상된 변조(tampering) 또는 변경 방지성 및 내마모성을 제공한다. 본 명세서에서 설명되는 실시형태는 광학 필름재 상부, 내부 또는 하부에 배치되는 하나 이상의 레이저 마킹가능층을 가지지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명은 또한 경우에 따라서는 복합 보안 구조물의 필름재 위에 배치되는 투명 또는 레이저 수광 창과 조합하여 레이저 마킹가능층이 광학 필름재의 양면에 배치되는 장치도 고려한다.

앞에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 레이저 마킹가능 소자는, 적어도 하나의 합성 확대 화상을 투영하기 위한 것으로 광학 스페이서 층의 양측 대향면에 배치되는 하나 이상의 선택적으로 캡슐화된 집속 요소 배열체와 하나 이상의 화상 아이콘 배열체를 포함하는 광학 필름재를 기본적으로 포함하고, 광학 필름재 상부 및/또는 하부에 배치되는 하나 이상의 층을 선택적으로 포함하되, 광학 필름재 내부의 적어도 하나의 배열체 또는 층이나, 광학 필름재 상부 또는 하부의 층은 레이저 마킹가능 배열체 또는 층이다. 이하, 본 발명을 설명하는 내용에서 용어 "a", "an", "the" 및 유사한 지시어의 사용은 본 명세서에 달리 명시되거나 문맥상 명백히 모순되지 않는 한, 단수형과 복수형을 모두 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 용어 "층"은 광학 필름재 상부, 하부 또는 내부에 배치되는 배열체와 층 양쪽 모두를 가리킨다.

2D 정지 화상(예컨대 문자, 숫자, 기호, 사진, 디지털 사진, 문양 또는 기계 판독가능 정보)은 레이저 마킹가능 소자의 레이저 마킹가능층 상에 또는 그 내부에 레이저 마킹된다. 본 발명의 소자는 광학 필름재의 집속 요소나 화상 아이콘을 손상하지 않고 소자의 어떤 계면에도 기포 생성, 분리 또는 박리를 야기하지 않으면서 레이저가 레이저 마킹가능층을 뚜렷하게 변경할 수 있도록 구성된다.

레이저 마킹가능층(들)의 위치에 따라 어느 층 또는 계면이 레이저 에너지에 대한 노출에 기인한 손상으로부터 보호될 필요가 있는 취약하거나 민감한 층을 구성하는지가 결정된다. 레이저 마킹가능층(들)이 레이저 방사선을 흡수함에 따라 열과 가스가 생성되기 때문에, 레이저 마킹가능층(들)에 가장 가까운 층과 계면은 손상(예컨대 기포 생성, 분리 또는 박리)을 입기 쉽다.

광학 필름재 상부에 배치되는 레이저 마킹가능층 내부에 마킹하는 것이 바람직한 경우에는 광학 필름재 및 광학 필름재 상부의 계면이 레이저 마킹가능층(들)이 레이저 에너지를 흡수하고 암화되어 레이저 에너지의 흡수에 기인하는 열과 가스를 생성함에 따라 발생하는 손상을 입기 쉬운 반면, 광학 필름재 하부에 배치되는 레이저 마킹가능층 내부에 마킹하는 것이 바람직한 경우에는 광학 필름재 및 광학 필름재 하부의 계면이 특히, 손상을 입기 쉽다.

집속 요소가 반사 집속 요소인 경우에는, 반사 집속 요소 배열체가 반사 물질의 불투명성으로 인해 취약하거나 민감한 층을 구성하게 된다.

레이저 에너지에 대한 노출과 레이저 마킹가능층(들)의 레이저 흡수의 부산물에 의해 야기되는 손상으로부터 민감층 및 계면을 보호하기 위해 레이저 마킹가능층의 본 발명의 소자 내에서의 상대 위치가 고려되고, 이들 층 내부의 레이저 에너지 흡수 성분의 농도, 계면의 접합 강도 및 레이저 마킹 중에 사용되는 레이저 광의 세기가 선택되고, 몇몇 예시적인 실시형태에서는 열 스페이서층이 사용됨으로써, 민감층 또는 계면에 대한 손상을 방지하면서 충분한 레이저 에너지가 레이저 마킹가능층에 흡수되어 이들 층에 마킹을 할 수 있게 된다. 다른 예시적인 실시형태에서는, 레이저 민간 계면이 계면의 접합 강도 및/또는 내열성을 증가시키기 위해 개질되거나, 레이저 민감 계면이 보다 높은 접합 강도 및/또는 보다 높은 내열성을 갖는 재료로 제조되는 층으로 대체된다. 예로서, 레이저 민감 계면은 점착성 필름이나, 강력한 계면 접합제를 형성하는 용매 용접 프라이머 조성물 또는 이액형 에폭시나, 본 발명의 방법의 광학 성형 단계 중에 접합제를 형성하는 열가소성 재료를 계면에 사용함으로써 개질될 수 있다.

적절한 레이저 마킹가능층은 열가소성 폴리머를 사용하여 제조될 수 있다. 첫 번째 범주에서는, 우수한 흡수성과 탄화성을 갖는 열가소성 폴리머가 사용될 수 있다. 이들 폴리머는 사용되는 레이저의 파장에서 광을 흡수하여 열로 변환하는 화합물인 소위 레이저 첨가제 없이도 레이저 마킹이 가능하다. 레이저에 노출되는 영역에 광범위한 흑화를 일으키는 이들 폴리머의 예로는 폴리에테르설폰(PES), 폴리설폰(PSU), 폴리카보네이트(PC) 및 폴리페닐렌 설파이드(PPS)가 있다. 두 번째 범주에서는, 레이저 첨가제(예컨대 안료 또는 특수 첨가제)를 함유한 열가소성 폴리머가 사용될 수 있다. 우수한 품질로 균일하게 마킹될 수 있는 이들 폴리머의 예로는 폴리스티렌(PS), 스티렌 아크릴로니트릴(SAN), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), PET, PETG, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 및 폴리에틸렌가 있다. 레이저 첨가제의 예로는 카본 블랙, 안티몬 금속, 안티몬 산화물, 주석-안티몬 혼합 산화물, 철, 구리, 주석 및/또는 안티몬으로 이루어진 인-함유 혼합 산화물, 금속 산화물로 코팅된 운모(시트 규산염)가 있다. 레이저 마킹가능층은 바람직하게는 약 5 미크론(micron) 내지 약 500 미크론 범위, 보다 바람직하게는 약 25 미크론 내지 약 200 미크론 범위의 두께를 가진다. 광학 필름재가 피복되거나 복합 보안 구조물의 일부를 형성하는 바람직한 실시형태에서, 본 발명의 레이저 마킹가능 소자의 레이저 마킹가능층은 메사추세츠주 01201, 피츠필드,원 플라스틱 애브뉴에 소재하는 SABIC Innovative Plastics("SABIC)에서 제품명 Lexan SD8B94 필름으로 판매하는 레이저 마킹가능한 투광성 폴리카보네이트 필름(약 5 미크론 내지 약 500 미크론 범위의 두께)이다. 광학 필름재가 피복되거나 매립되지 않는 "독립형" 실시형태를 위한 바람직한 실시형태에서, 레이저 마킹가능 광학 스페이서는 미네소타주 55144-100, 세인트폴, 3M 센터의 3M("3M)에서 제품명 Clear LE 투명 폴리카보네이트 필름으로 판매하는 투명 폴리카보네이트 시트(약 5 미크론 내지 약 500 미크론 범위의 두께)이다.

본 발명의 레이저 마킹가능 소자의 예시적인 실시형태는 1064, 532 또는 355 나노미터(nm)의 레이저 파장과, 검류계 장착 미러와, 이차원 필드에 걸친 마킹을 가능하게 하는 스캔 렌즈를 통상적으로 가지는 펄스형 Nd;YAG, Nd:YO4 또는 FAYb 레이저와 같은 임의의 적절한 레이저를 사용하여 마킹된다. (보다 높고 보다 낮은 파장은 물론) 해당 범위 내의 파장을 갖는 임의의 레이저와 다양한 제어 메커니즘이 이 목적을 위해 사용될 수 있다. 적절한 레이저의 다른 예로는 CO2, 엑시머 또는 이중 Nd:YAG 레이저가 있다. 본 발명의 소자는 지정된 위치 및 펄스 에너지에서 집속 레이저빔으로 조사된다. 레이저에 의해 조사되는 영역은 레이저 에너지를 흡수하여 열을 생성하며, 그 결과 레이저 마킹가능 배열체(들) 또는 층(들)에 뚜렷한 변색 또는 암화를 초래하는 탄화가 일어난다. 뚜렷한 변색은 "마크"로서의 역할을 하며, 대개 회색 색조 내지 불투명 흑색 범위의 색으로 나타난다.

바람직한 레이저 마킹 기술에서는, V-레이즈 10 와트 Q-스위치 1064 나노미터(nm)의 레이저 마킹 시스템이 본 발명의 레이저 마킹가능 소자를 마킹하기 위해 사용되는데, 본 레이저 마킹 시스템은 30,000 헤르츠(Hz)의 설정 하에서 레이저 발광을 일으킨다. 레이저 마킹 시스템은 최대 출력의 80% 및 초당 200 mm(200 mm/sec)의 스캔 속도로 설정된다. 이러한 설정은 연소 또는 과다노출 없이 본 발명의 레이저 마킹가능 소자 내의 바람직한 위치에 고 대비(high contrast)의 마크를 생성한다. 레이저 마킹 대상 소자는 자동 로딩 메커니즘이나 수동 배치에 의해 레이저 마킹 시스템의 레이저 스캐닝 헤드 밑에 배치된다. 다음으로, 레이저는 마킹 패턴이 들어있는 데이터 파일을 사용하여 컴퓨터에 의해 제어된다. 저출력 조준빔이 소자의 올바른 배치상태를 확인하기 위해 마킹 단계 전에 선택적으로 사용된다. 레이저 마킹 시스템에 명령이 수신되면, 집속 레이저가 제어 데이터 파일에 따라 변조되는 펄스형 레이저 출력, 스캔 속도, 펄스 주파수 및 출력 출력로 마킹 대상 영역을 스캔한다. 이들은 소자의 유형, 두께 및 표기되는 마크(들)의 바람직한 미적 특질에 따라 조절되는 입력 변수이다. 이들 변수를 조절함으로써 보다 밝거나 보다 어두운 마크가 제조될 수 있다. 설정은 특정 재료와 마크에 맞게 최적화되며, 소자의 과도-암화, 팽윤 또는 연소를 방지하기 위해 모든 설정 조절이 모니터된다.

앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 레이저 마킹가능 광학 소자의 광학 필름재는 피복되거나 내장될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.

일 예시적인 실시형태에서, 레이저 마킹가능 소자는 광학 스페이서에 의해 분리되는 캡슐화 굴절 집속 요소 배열체와 화상 아이콘 배열체를 포함하는 광학 필름재와, 광학 필름재 상부 및/또는 하부에 배치되는 하나 이상의 층으로 구성된다. 이런 일 실시형태에서, 화상 아이콘 배열체 상부에 배치되는 하나 이상의 층은 레이저 수광층이며 최외측 층은 투명 열가소성 재료층이다. 최외측 투명 열가소성 재료층은 향상된 변조 또는 변경 방지성과 내마모성을 본 발명의 소자에 제공한다.

이 예시적인 실시형태의 광학 필름재는 그 전체 내용이 본 명세서에 원용되는 Steenblik 등의 미국 특허 제7,333,268호, Steenblik 등의 미국 특허 제7,468,842호 및 Steenblik 등의 미국 특허 제7,738,175호의 설시에 따라 제조될 수 있다. 이들 참조문헌에 설명된 바와 같이, 집속 요소 및 화상 아이콘의 어레이는 압출(예컨대 압출 엠보싱, 소프트 엠보싱), 방사선 경화형 주조, 사출 성형, 반응 사출 성형 및 반응 주조를 포함하는 마이크로 광학 및 마이크로구조 복제 기술분야에 공지된 다양한 방법을 사용하여 예컨대 아크릴, 아크릴레이트 폴리에스테르, 아크릴레이트 우레탄, 에폭시, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 우레탄 등과 같은 실질적으로 투광성이거나 투명한 유색 또는 무색 폴리머와 같은 다양한 재료로부터 형성될 수 있다. Hoffmuller 등의 미국 특허 출원 공개 No.US 2010/0109317호에 설명된 것과 같은 것으로, (20℃, 589 nm에서) 1.5을 초과하거나, 1.6을 초과하거나, 1.7을 초과하거나 아니면 더 높은 굴절률을 가지는 고굴절률의 유색 또는 무색 재료가 본 발명의 실시에 사용될 수도 있다.

예시적인 광학 필름재의 제조 방법은 75 게이지 점착력 증대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름과 같은 기재 필름(즉, 광학 스페이서)에 대해 캐스팅되는 방사선 경화형 액체 폴리머(예컨대 아크릴레이트 우레탄)에 공극인 아이콘을 형성하고, 이어서 아이콘에 대해 정확히 정렬되거나 경사지는 기재 필름의 대향면에 방사선 경화형 폴리머로부터 렌즈인 집속 요소를 형성하고, 이어서 필름 표면에 대한 그라비아형 닥터 블레이딩에 의해 초미세(submicron)입자 착색 컬러링 재료로 아이콘 공극을 충전하고, 적절한 수단(예컨대 용매 제거, 방사선 경화 또는 화학 반응)을 사용하여 고화하는 것이다.

광학 필름재의 굴절 집속 요소는 집속 요소를 형성하기 위해 사용되는 재료의 굴절률과 실질적으로 또는 측정가능하게 차이가 있는 굴절률을 갖는 재료를 사용하여 캡슐화된다. 특히, 이런 굴절률의 차로 인해 집속 요소의 초점 거리가 화상 아이콘 배열체(들) 상에 수렴하게 된다.

캡슐화 재료는 투광성이거나 반투명하거나 색조를 띠거나 착색될 수 있고, 광학 효과, 전기 도전성 또는 정전 용량 및 자기장 검출에 의존하는 자동 화폐 인증, 확인, 추적, 계수 및 검출 시스템에 대한 지원을 포함하여 보안 및 인증 목적을 위한 추가적인 기능을 제공할 수 있다. 광의 굴절이 완전히 방해받지 않는다는 것을 전제로, 적절한 재료는 점착제, 겔, 접착제, 래커, 성형 폴리머 및 유기 또는 금속성 분산제를 함유하는 폴리머 또는 여타의 재료를 포함할 수 있다.

캡슐화 재료는 투광성 인쇄, 성형, 졸-겔(화학 용액 증착), 커튼 코팅 또는 블레이딩, 플러드 코팅 및 외기(open air) 건조/경화, 평활한 실린더에 대한 코팅 및 자외선(UV)/에너지 경화, 배면 점착 필름에 의한 라미네이팅, 아닐록스 또는 미터링 롤러, 증발, 화학적 기상 증착(CVD), 물리적 기상 증착(PVD) 또는 그 전체 내용이 본 명세서에 원용되는 Steenblik 등의 미국 특허 제7,333,268호, Steenblik 등의 미국 특허 제7,468,842호 및 Steenblik 등의 미국 특허 제7,738,175호에 설명된 수단을 포함하여 표면에 물질을 도포하는 임의의 다른 수단에 의해 집속 요소 배열체(들)에 도포된다.

이 예시적인 실시형태의 광학 필름재는 Steenblik 등의 미국 특허 제7,333,268호, Steenblik 등의 미국 특허 제7,468,842호, Steenblik 등의 미국 특허 제7,738,175호 및 Crane 등의 미국 특허 출원 공개 제2007/0273143호에 설명된 것과 같은 추가적인 특징을 추가로 포함할 수 있다. 예컨대 Crane 등의 미국 특허 출원 공개 제2007/0273143호에 설명된 효과와 같은 강화된 광학적 가변 효과가 2D 정지 화상을 구비한 광학 필름재에 의해 생성되는 합성 확대 화상을 조합하거나 정렬(registering)함으로써 형성될 수 있다.

다른 예시적인 실시형태에서, 본 발명의 레이저 마킹가능 광학 소자의 집속 요소 배열체(들)는 반사 집속 요소 배열체이고, 반사 집속 요소 배열체 상부에 배치되는 하나 이상의 층은 레이저 마킹가능층이며, 광학 필름재 바로 상부에 배치되는 층은 선택적으로 투광성 열가소성 재료층이다. 반사 집속 요소는 황화아연(ZnS)이나 산화인듐주석(ITO)과 같은 고굴절률 비금속성 재료의 코팅 또는 금속화에 의해 반사성이 될 수 있다.

이 예시적인 실시형태의 광학 시스템은 Steenblik 등의 미국 특허 제7,333,268호, Steenblik 등의 미국 특허 제7,468,842호 및 Steenblik 등의 미국 특허 제7,738,175호에 설명된 재료와 제조 기술을 사용하여 제조될 수 있으며, 이들 참조 문헌 및 Crane 등의 미국 특허 출원 공개 제2007/0273143호에 설명된 바와 같은 추가적인 특징을 구비할 수도 있다.

각각의 이들 실시형태에서 광학 필름재 상부에 배치되는 투광성 열가소성 재료층은 구조상의 이유 또는 여타의 기능상의 이유로 복합 소자의 바람직한 두께를 달성하기 위해 부가되며, 복합 소자의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 최외측층으로서 배치되는 경우에는 강화된 변조 또는 변경 방지성 및 내마모성을 본 발명의 소자에 제공하는 역할도 한다. 이 선택층은 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리우레탄, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐리덴 클로라이드 등과 같은 재료로 제조될 수 있다. 투광성 열가소성 재료층은 약 5 미크론 내지 약 500 미크론의 범위, 바람직하게는 약 50 미크론 내지 약 120 미크론의 범위와 약 80 미크론 내지 약 100 미크론의 범위를 포함하는 약 25 미크론 내지 약 150 미크론 범위의 두께를 가진다. 바람직한 실시형태에서, 투광성 열가소성 재료층은 제품명 Lexan SD8B14 필름으로 SABIC에서 판매하는 투명 폴리카보네이트 필름이다.

기재층 또는 지지층으로서 광학 필름재 하부에 선택적으로 배치되는 불투명 또는 투광성, 열가소성 또는 열경화성 재료층은 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리우레탄, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐리덴 클로라이드 등과 같은 재료로 제조될 수 있다. 불투명해지기 위해 유기 또는 무기 첨가제나 충전재를 함유할 수 있는 불투명 또는 투광성 기재층은 바람직하게는 약 5 미크론 내지 약 500 미크론 범위, 보다 바람직하게는 약 25 미크론 내지 약 150 미크론 범위의 두께를 가진다. 바람직한 실시형태에서, 이 불투명층은 제품명 Lexan SD8B24 필름으로 SABIC에서 판매하는 불투명 백색 폴리카보네이트 필름이다.

또 다른 예시적인 실시형태에서, 본 발명의 레이저 마킹가능 소자는 광학 필름재, 하나 이상의 하부 레이저 마킹가능층 및 광학 필름재와 하부 레이저 마킹가능층(들) 사이에 배치되는 하나 이상의 열 스페이서층으로 구성된다. 이 예시적인 실시형태에서, 레이저 마킹은 광학 필름재를 통해 이루어진다.

열 스페이서층은 레이저 마킹 공정 중에 생성되는 열로부터 광학 필름재를 격리하는 역할을 한다. 이 층(들)은 레이저 마킹 방사선에 대해 투과성이고 레이저 마킹 첨가제를 함유하지 않는 점착재(예컨대 투명 아크릴 열가소성 점착재)나 시트재(예컨대 투명 열가소성 시트재)의 형태로 아크릴, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리우레탄, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐리덴 클로라이드 등과 같은 재료로 제조될 수 있다. 열 스페이서층은 약 5 미크론 내지 약 500 미크론 범위, 바람직하게는 약 25 미크론 내지 약 150 미크론 범위의 두께를 가진다. 위에 기재된 보다 넓은 범위를 벗어나는 두께를 갖는 열 스페이서층은 너무 얇아서 광학 필름재를 열 격리하지 못하거나 너무 두꺼워서 ID 카드나 보안 문서용으로는 적합하지 않다. 바람직한 실시형태에서, 열 스페이서층은 제품명 Lexan SD8B14로 SABIC에서 판매하는 투명 폴리카보네이트 필름이다.

광학 필름재 상부 및/또는 하부에 배치되는 층은 창, 추가 광학적 가변 소자, RFID 칩 및 폴리머 보안 소자에 사용되는 다양한 형상부와 같은 여타의 형상부를 포함할 수 있다는 것에 주의해야 한다.

예시적인 "독립형" 실시형태에서, 레이저 마킹가능 소자는 광학 스페이서로서의 기능도 수행하는 레이저 마킹가능층에 의해 분리되는 굴절 또는 반사 집속 요소 배열체와 화상 아이콘 배열체를 포함하는 광학 필름재로 구성된다.

앞서 설명된 통칙은 이들 실시형태에도 동일하게 적용된다. 특히, 집속 요소가 굴절 집속 요소인 경우에는 레이저 마킹가능층(즉, 레이저 마킹가능 광학 스페이서)이 화상 아이콘 배열체 상부에 배치되는 반면, 집속 요소가 반사 집속 요소인 경우에는 레이저 마킹가능층(즉, 레이저 마킹가능 광학 스페이서)은 반사 집속 요소 배열체 상부에 배치된다.

본 발명의 소자의 광학 필름재는 광학 스페이서가 레이저 마킹이 가능하다는 점과, 추가로 집속 요소가 굴절 집속 요소일 경우 집속 요소가 외기에 개방될 수 있거나 폴리머 내에 캡슐화될 수 있다는 점을 제외하고는 앞서 언급한 바와 같이 제조될 수 있다. 본 발명의 소자의 광학 필름재는 열거된 참조문헌에 설명된 바와 같은 추가적인 특징을 포함할 수 있다.

화상은 어두운 판독가능 마크를 제공하는 출력 레벨로 설정된 레이저 마킹 시스템을 사용하여 본 발명의 소자의 레이저 수광층(들)에 마킹된다. 출력 레벨은 주파수, 스캔 속도 및 집속 레이저 스폿 크기 이외에도 레이저 마킹 시스템의 최대 출력 출력 및 그 작동 파장에 고유한 것이다. 너무 밝아서 판독할 수 없거나 너무 선명한 판독가능 마크를 남겨서 마크의 영역에 손상을 초래하는 설정은 적절하지 않다.

이제 도면을 상세히 참조하면, 앞서 설명한 예시적인 실시형태 중 여러 개가 도시되어 있다. 이들 실시형태에 대한 다음의 설명은 해당 설명부에서 묘사되는 특정 형태 이외에 대해 배타적이거나 이들 형태에로만 본 발명을 한정하도록 의도되지 않았다.

도 1에 도시된 이 실시예에서는, 열경화성 폴리머층(14) 하부에 캡슐화된 굴절 렌즈(12), 광학 스페이서(16) 및 화상 아이콘(18)을 포함하는 광학 필름재(10)를 제조한 후, 제품명 Lexan SD8B24 필름으로 SABIC에서 판매하는 불투명 백색 폴리카보네이트 필름을 사용하여 제조되는 150 미크론 두께의 기재층(20)과, 제품명 Lexan SD8B94 필름으로 SABIC에서 판매하는 150 미크론 두께의 레이저 마킹가능한 투광성 폴리카보네이트 필름으로 제조되는 세 개의 레이저 마킹가능층(22a, 22b, 22c) 및 제품명 Lexan SD8B14 필름으로 SABIC에서 판매하는 투명 폴리카보네이트 필름을 사용하여 제조되는 150 미크론 두께의 외층(24)으로 구성되는 다층 구조물 사이에 매립하였다.

이어서 80%의 출력 설정과 200 mm/sec의 스캔 속도로 30,000 Hz에서 레이저 발광을 일으키는 V-레이즈 10 와트 Q-스위치 1064 nm 레이저 마킹 시스템을 사용하여 레이저 마킹가능한 투광성 폴리카보네이트 필름층(22a, 22b, 22c)에 화상을 마킹하였다. 이로써 얻은 재료 또는 소자는 광학 필름재나 내부의 계면에 검출가능한 손상 없이 레이저 마킹된 화상을 포함하였다.

도 2에 도시된 이 실시예에서는, 금속화 반사 렌즈(28), 광학 스페이서(30) 및 화상 아이콘(32)을 포함하는 광학 필름재(26)를 제조한 후, 150 미크론 두께의 Lexan SD8B24 불투명 백색 폴리카보네이트 필름 기재층(34)과, 150 미크론 두께의 Lexan SD8B14 투명 폴리카보네이트 내층(36) 및 세 개의 150 미크론 두께 Lexan SD8B94 레이저 마킹가능한 투광성 폴리카보네이트 필름 덧층(overlayer)(38a, 38b, 38c)으로 구성되는 다층 구조물 사이에 매립하였다.

이어서 실시예 1에 기재된 것과 동일한 레이저 마킹 시스템과 설정을 사용하여 레이저 마킹가능한 투광성 폴리카보네이트 필름층(38a, 38b, 38c)에 화상을 마킹하였다. 이로써 얻은 재료 또는 소자 역시 광학 필름재나 내부 계면에 검출가능한 손상 없이 레이저 마킹된 화상을 포함하였다.

도 3에 도시된 이 실시예에서는, 굴절 렌즈(42), 레이저 마킹가능 광학 스페이서(44) 및 화상 아이콘(46)을 포함하는 광학 필름재(40)를 제조하였다. 레이저 마킹가능 광학 스페이서(44)는 제품명 Clear LE 투명 폴리카보네이트 필름으로 미네소타주 55144-100, 세인트폴, 3M 센터의 3M("3M")에서 판매하는 50 미크론 두께의 투명 폴리카보네이트 시트였다. 58 미크론의 초점 거리를 갖는 굴절 렌즈(42)의 어레이를 광학 스페이서(44)의 최상측 표면에 형성하고, 3 미크론 두께의 착색 화상 아이콘(46) 배열체 또는 층을 광학 스페이서(44)의 최하측 표면에 형성하였다. 제조된 마이크로 광학 필름은 초점이 정확한 합성 확대 화상을 투영하였다.

실시예 1에 기재된 것과 동일한 레이저 마킹 시스템과 설정을 사용하여 광학 스페이서(44)에 화상을 마킹하였다. 이로써 얻은 재료 또는 소자는 굴절 렌즈(42)에 검출가능한 손상 없이 레이저 마킹된 화상을 포함하였다. 이 실시예에서, 렌즈는 렌즈(42)에 대한 손상이나 합성 화상의 현저한 팽윤 또는 왜곡을 초래하지 않고 구조물 내에 지워지지 않는 마킹 또는 흑화를 야기하면서 레이저가 레이저 마킹가능 광학 스페이서(44) 내로 투과될 수 있도록 1064 nm 레이저광에 대해 충분한 투광성을 가졌다.

도 4에 도시된 이 예에서는, 반사 렌즈(50), 레이저 마킹가능 광학 스페이서(52) 및 화상 아이콘(54)을 포함하는 광학 필름재(48)를 제조하였다. 레이저 마킹가능 광학 스페이서(52)는 제품명 Clear LE 투명 폴리카보네이트 필름으로 미네소타주 55144-100, 세인트폴, 3M 센터의 3M("3M")에서 판매하는 50 미크론 두께의 투명 폴리카보네이트 시트였다. 52 미크론의 초점 거리를 갖는 반사 렌즈(50)의 어레이를 광학 스페이서(52)의 최하측 표면에 형성하고, 3 미크론 두께의 착색 화상 아이콘(54) 배열체 또는 층을 광학 스페이서(52)의 최상측 표면에 형성하였다. 제조된 마이크로 광학 필름은 초점이 정확한 합성 확대 화상을 투영하였다.

실시예 1에 기재된 것과 동일한 레이저 마킹 시스템과 설정을 사용하여 광학 스페이서(52)에 화상을 마킹하였다. 이로써 얻은 재료 또는 소자는 반사 렌즈(50)에 검출가능한 손상 없이 레이저 마킹된 화상을 포함하였다. 이 실시예에서, 렌즈는 화상 아이콘(54)에 대한 손상이나 합성 화상의 현저한 팽윤 또는 왜곡을 초래하지 않고 구조물 내에 지워지지 않는 마킹이나 흑화를 야기하면서 레이저가 레이저 마킹가능 광학 스페이서(52) 내로 투과될 수 있도록 1064 nm 레이저광에 대해 충분한 투광성을 가졌다.

도 5에 도시된 이 실시예에서는, 열경화성 폴리머(60)층 하부에 캡슐화된 굴절 렌즈(58), 광학 스페이서(62) 및 화상 아이콘(64)을 포함하는 광학 필름재(56)를 제조하였다. 이어서 아크릴 열가소성 점착제를 사용하여 제품명 SD8B14로 SABIC에서 판매하는 투명 폴리카보네이트 필름 형태를 취하는 150 미크론 두께의 열 스페이서층(66)을 광학 필름재(56)의 저면에 도포하였다. 이어서 제품명 Lexan SD8B94 필름으로 SABIC에서 판매하는 150 미크론 두께의 레이저 마킹가능한 투광성 폴리카보네이트 필름(68)을 열 스페이서층(66)의 저면에 도포하였다.

30,000 Hz, 80%의 출력 및 200 mm/sec의 스캔 속도를 설정 조건으로, V-레이즈 10 와트 Q-스위치 1064 nm 레이저 마킹 시스템을 사용하여 레이저 마킹가능 필름(68)에 화상을 마킹하였다. 이로써 얻은 재료 또는 소자는 광학 필름재(56)에 대한 검출가능한 손상이나 소자의 층 간의 박리 없이 레이저 마킹된 화상을 포함하였다.

도 6에 도시된 이 실시예에서는, 아크릴 열가소성 점착제층(74) 하부에 캡슐화된 굴절 렌즈(72), 광학 스페이서(76) 및 화상 아이콘(78)을 포함하는 광학 필름재(70)를 제조하였다. 5 미크론 두께의 아크릴 점착제층(80)으로 광학 필름재(70)를 배면코팅한 후, 19 mm(0.75 인치) 직경의 원으로 다이 커팅하였다. 다이 커팅된 광학 필름재(70) 상부에 제품명 Lexan SD8B14 필름으로 SABIC에서 판매하는 150 미크론 두께의 투명 폴리카보네이트 필름(82)을 배치하였다. 이어서 광학 필름재(70)의 저면에 코팅된 점착제에 제품명 Lexan SD8B94 필름으로 SABIC에서 판매하는 150 미크론 두께의 레이저 마킹가능한 투광성 폴리카보네이트 필름(84)을 도포한 후, 제품명 Lexan SD8B24 필름으로 SABIC에서 판매하는 150 미크론 두께의 불투명 백색 폴리카보네이트 필름층(86)을 도포하였다. 이 구조물을 89 mm×127 mm의 사이즈로 재단(trimming)한 후 열간 압반 프레스에 배치하여 10분 동안 15.8메가파스칼(2,286 psi)의 압력과 177℃(350℉)의 온도에서 층을 함께 성형하였다. 그 결과물은 광학 필름재(70)의 패치가 그 내부에 성형된 복합 카드였다.

30,000 Hz, 200 mm/sec의 스캔 속도 및 50%의 출력 설정으로, V-레이즈 10 와트 Q-스위치 1064 nm 레이저 마킹 시스템을 사용하여 레이저 마킹가능 필름(84)에 화상을 마킹하였다. 이로써 얻은 복합 카드는 광학 필름재(70)에 대한 검출가능한 손상이나 카드의 층 간의 박리 없이 레이저 마킹된 화상을 포함하였다.

본 발명의 레이저 마킹가능 소자와 레이저 마킹된 소자는 예컨대 은행권, 여권 등을 제조하기 위해 사용되는 시트재의 형태로 사용될 수 있거나, 예컨대 ID 카드, 고가 또는 여타의 보안 문서용 기부 플랫폼으로서 사용하기 위해 보다 두껍고 견고한 형태를 취할 수 있다. 또한 본 발명의 소자는 보안 스트립, 스레드, 패치 또는 오버레이의 형태로 사용될 수도 있으며, 인증 목적을 위해 섬유질 또는 비섬유질 시트재(예컨대 은행권, 여권, ID 카드, 신용카드, 라벨) 또는 상품(예컨대 광학 디스크, CD, DVD, 의약품 패키지) 등의 표면에 장착되거나 그 내부에 적어도 부분적으로 매립될 수 있다.

ID 카드, 고가 또는 여타의 보안 문서용 기부 플랫폼의 형태로 사용되는 경우, 광학 필름재의 굴절 또는 반사 집속 요소의 기부 직경은 바람직하게는 약 50 미크론 미만, 바람직하게는 약 5 미크론 내지 약 30 미크론, 보다 바람직하게는 약 10 미크론 내지 약 25 미크론인 반면, 본 발명의 소자의 총 두께는 (이에 한정되지는 않지만) 바람직하게는 약 1 mm 내지 약 3 mm의 범위, 약 500 미크론 내지 약 1 mm의 범위, 약 200 미크론 내지 약 500 미크론의 범위, 약 50 미크론 내지 약 199 미크론의 범위 및 약 50 미크론 미만의 두께를 포함하는 약 3 밀리미터(mm) 이하이다.

보안 스트립, 스레드(thread), 패치 또는 오버레이의 형태로 사용되는 경우, 굴절 또는 반사 집속 요소의 기부 직경은 바람직하게는 약 50 미크론 미만, 바람직하게는 약 5 미크론 내지 약 30 미크론, 보다 바람직하게는 약 10 미크론 내지 약 25 미크론인 반면, 본 발명의 소자의 총 두께는 바람직하게는 약 50 미크론 미만(보다 바람직하게는 약 45 미크론 미만, 가장 바람직하게는 약 10 미크론 내지 약 40 미크론)이다.

보안 스트립, 스레드, 패치 또는 오버레이는 문서의 내부에 부분적으로 매립되거나 문서의 표면에 장착될 수 있다. 부분적으로 매립되는 스트립과 스레드의 경우, 그 일부는 문서의 창 또는 개구에 위치한 스트립 또는 스레드의 길이를 따라 소정 간격으로 문서의 표면에 노출된다.

본 발명의 소자는 제지 산업에 보편적으로 사용되는 기술에 의해 제조 중에 보안 용지에 적어도 부분적으로 합체될 수 있다. 예컨대 스트립 또는 스레드 형태를 취하는 본 발명의 소자는 실린더 몰드 제지 기계, 실린더 바트(vat) 기계 또는 공지된 유형의 유사한 기계에 공급되며, 그 결과 스트립 또는 스레드가 완성된 용지의 몸체 내부에 전체적 또는 부분적으로 매립된다.

보안 스트립, 스레드, 패치 및 오버레이는 점착제를 사용하거나 점착제를 사용하지 않고 문서의 표면에 점착되거나 접합될 수 있다. 점착제를 사용하지 않는 접합은 예컨대 열간 압반 프레스와 같은 열 용접 기술, 초음파 용접, 진동 용접 및 레이저 융착을 사용하여 실현될 수 있다. 문서의 표면에 본 발명의 소자를 점착하는 점착제는 핫멜트 점착제, 열 활성 점착제, 감압 점착제 및 폴리머 라미네이팅 필름 중 하나일 수 있다. 이들 점착제는 바람직하게는 UV 경화형 아크릴 또는 에폭시처럼 자연 상태에서 가교결합 가능한 것이다.

고려된 다른 실시형태에서, 본 발명의 소자는 투광성 또는 반투명 점착제(즉, 투광성 열가소성 재료층)을 포함하는 라벨 구조물의 일부를 형성한다. 본 발명의 소자는 패키지의 내측면에 배치될 수 있으며, 따라서 합성 화상과 2D 정지 화상은 여전히 뚜렷이 보일 수 있다. 이 실시형태에서, 광학 필름재의 굴절 또는 반사 집속 요소의 기부 직경은 바람직하게는 약 50 미크론 미만, 바람직하게는 약 5 미크론 내지 약 30 미크론, 보다 바람직하게는 약 10 미크론 내지 약 25 미크론인 반면, 본 발명의 소자의 총 두께는 바람직하게는 약 200 미크론 미만(보다 바람직하게는 약 75 미크론 미만, 가장 바람직하게는 약 10 미크론 내지 약 50 미크론)이다.

본 발명의 다양한 실시형태가 위에서 설명되긴 했지만 이들 실시형태는 제한이 아니라 단지 예로서 제시된 것이다. 따라서 본 발명의 폭과 범위는 예시적인 실시형태 중 어떤 것에 의해서도 제한되어서는 안 된다.

Claims (46)

  1. 적어도 하나의 합성 확대 화상을 투영하는 광학 필름재를 구현하거나 포함하는 소자 상에 또는 소자의 내부에 하나 이상의 이차원 정지 화상을 레이저 마킹하는 방법으로서,
    레이저 에너지에 의해 손상될 수 있거나 레이저 수광층 내부의 레이저 흡수에 의해 생성되는 열과 가스에 의해 손상될 수 있는 광학 필름재 내부의 하나 이상의 레이저 민감층 또는 레이저 민감 계면을 식별하는 단계와,
    상기 레이저 민감층 또는 레이저 민감 계면 상부에 레이저 에너지에 의해 마킹가능한 하나 이상의 층을 배치하거나, 상기 광학 필름재 하부에 하나 이상의 열 스페이서층과 하나 이상의 레이저 마킹가능층을 배치하되 상기 하나 이상의 열 스페이서층이 상기 광학 필름재와 상기 하나 이상의 레이저 마킹가능층 사이에 위치하도록 배치하거나, 상기 레이저 민감 계면의 접합 강도 및/또는 내열성을 증가시키기 위해 상기 레이저 민감 계면을 개질하거나, 보다 높은 접합 강도 및/또는 보다 높은 내열성을 갖는 재료로 제조되는 층으로 상기 레이저 민감층을 대체하는 단계와,
    선택적으로, 상기 광학 필름재를 구현하는 소자를 형성하기 위해 열과 압력을 이용하여 상기 층을 함께 성형하는 단계와,
    상기 하나 이상의 레이저 마킹가능층 상에 또는 그 내부에 하나 이상의 이차원 정지 화상을 마킹하기 위해 레이저 에너지에 상기 소자를 노출시키는 단계를 포함하는 레이저 마킹 방법.
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 레이저 마킹가능층이 상기 레이저 민감층 상부에 배치되고,
    선택적으로, 상기 광학 필름재는 광학 스페이서층의 양측 대향면에 배치되는 하나 이상의 선택적 캡슐화 굴절 집속 요소 배열체와 하나 이상의 화상 아이콘 배열체로 구성되고, 상기 하나 이상의 화상 아이콘 배열체는 레이저 에너지에 의해 손상될 수 있는 상기 광학 필름재 내부의 하나 이상의 층을 구성하고, 또는
    선택적으로, 상기 광학 필름재는 광학 스페이서층의 양측 대향면에 배치되는 하나 이상의 선택적으로 캡슐화된 반사 집속 요소 배열체와 하나 이상의 화상 아이콘 배열체로 구성되고, 상기 하나 이상의 선택적으로 캡슐화된 반사 집속 요소 배열체는 레이저 에너지에 의해 손상될 수 있는 상기 광학 필름재 내부의 하나 이상의 층을 구성하고, 또는
    선택적으로, 상기 소자는 레이저 마킹가능층 내부에 판독가능 마크를 형성하기에 충분한 양의 레이저 에너지에 노출되는 레이저 마킹 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 레이저 에너지에 의해 마킹가능한 하나 이상의 층은 폴리에테르설폰, 폴리설폰, 폴리카보네이트 및 폴리페닐렌 설파이드로 이루어진 그룹에서 선택되는 열가소성 폴리머를 사용하여 제조되고,
    선택적으로, 상기 레이저 에너지에 의해 마킹가능한 하나 이상의 층은 레이저 마킹가능한 투광성 폴리카보네이트 필름이고, 또는
    선택적으로, 상기 레이저 에너지에 의해 마킹가능한 하나 이상의 층은 레이저 마킹가능 투명 폴리카보네이트 시트인 레이저 마킹 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 레이저 에너지에 의해 마킹가능한 하나 이상의 층은 폴리스티렌, 스티렌 아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상의 열가소성 폴리머와 하나 이상의 레이저 첨가제를 사용하여 제조되고,
    선택적으로, 상기 하나 이상의 레이저 첨가제는 카본 블랙을 포함하는 레이저 마킹 방법.
  5. 제1항에 있어서, 하나 이상의 열 스페이서층과 하나 이상의 레이저 마킹가능층이 상기 광학 필름재 하부에 배치되며, 상기 하나 이상의 열 스페이서층은 상기 광학 필름재와 상기 하나 이상의 레이저 마킹가능층 사이에 배치되고,
    선택적으로, 상기 광학 필름재는 광학 스페이서층에 의해 분리되는 캡슐화 굴절 집속 요소 배열체와 화상 아이콘 배열체를 포함하고, 또는
    선택적으로, 상기 하나 이상의 열 스페이서층은 투명 열가소성 재료를 사용하여 제조되고, 또는
    선택적으로, 상기 하나 이상의 열 스페이서층은 5 미크론 내지 500 미크론 범위의 두께를 갖고, 또는
    선택적으로, 상기 소자는 레이저 마킹가능층 내부에 판독가능 마크를 형성하기에 충분한 양의 레이저 에너지에 노출되는 레이저 마킹 방법.
  6. 광학 스페이서층의 양측 대향면에 배치되는 하나 이상의 선택적으로 캡슐화된 집속 요소 배열체와 하나 이상의 화상 아이콘 배열체를 포함하고 상기 집속 요소의 적어도 일부는 상기 화상 아이콘의 적어도 일부의 적어도 하나의 합성 확대 화상을 형성하는 광학 필름재와,
    선택적으로, 상기 광학 필름재 상부 및/또는 하부에 배치되는 하나 이상의 층을 포함하되,
    상기 광학 필름재 내부의 적어도 하나의 배열체 또는 층이나, 상기 광학 필름재 상부 또는 하부의 층이 레이저 에너지에 의해 마킹가능하며,
    상기 광학 필름재의 상기 집속 요소나 상기 화상 아이콘을 손상하지 않고 이차원 정지 화상이 상기 하나 이상의 레이저 마킹가능 배열체 또는 층 상에 또는 그 내부에 레이저 마킹될 수 있는 레이저 마킹가능 광학 소자.
  7. 제6항에 있어서, 상기 광학 필름재는 광학 스페이서층에 의해 분리되는 선택적 캡슐화 굴절 집속 요소 배열체와 화상 아이콘 배열체를 포함하되, 상기 화상 아이콘 배열체 상부에 배치되는 하나 이상의 배열체 또는 층이 레이저 마킹가능 배열체 또는 층인 레이저 마킹가능 광학 소자.
  8. 제6항에 있어서, 하나 이상의 층이 상기 광학 필름재 상부 및/또는 하부에 배치되고,
    선택적으로, 상기 광학 필름재 상부 및/또는 하부에 배치되는 상기 하나 이상의 층은 상기 소자의 바람직한 전체 두께를 달성하는 역할을 하거나 최외측층으로서 배치되는 경우에는 상기 소자에 향상된 변조 또는 변경 방지성 및 내마모성을 제공하는 하나 이상의 투광성 열가소성 재료층을 포함하고, 또는
    선택적으로, 상기 광학 필름재는 광학 스페이서층에 의해 분리되는 캡슐화 굴절 집속 요소 배열체와 화상 아이콘 배열체를 포함하되, 상기 화상 아이콘 배열체 상부에 배치되는 하나 이상의 배열체 또는 층은 레이저 마킹가능 배열체 또는 층이고,
    선택적으로, 상기 광학 필름재 상부에 배치되는 최외측층은 투광성 열가소성 재료층이고,
    선택적으로, 상기 투광성 열가소성 재료층은 5 미크론 내지 500 미크론 범위의 두께를 갖고, 또는
    선택적으로, 상기 굴절 집속 요소는 상기 집속 요소를 형성하기 위해 사용되는 재료의 굴절률과 실질적으로 또는 측정가능하게 다른 굴절률을 가지는 캡슐화 재료를 사용하여 캡슐화되고,
    선택적으로, 상기 굴절률의 차이로 인해 상기 집속 요소의 초점 거리가 상기 하나 이상의 화상 아이콘 배열체 상에 수렴하게 되고, 또는
    선택적으로, 상기 캡슐화 재료는 투광성이거나 반투명하거나 색조를 띠거나 착색되며, 광학 효과, 전기 전도도 또는 정전용량 및 자기장 검출에 의존하는 자동 화폐 인증, 확인, 추적, 계수 및 검출 시스템의 지원을 포함하여 보안 및 인증 목적을 위한 추가적인 기능을 선택적으로 제공하고,
    선택적으로, 상기 캡슐화 재료는 광의 굴절이 완전히 방해받지 않는다는 것을 전제로, 점착제, 겔, 접착제, 래커, 액체, 성형 폴리머 및 유기 또는 금속성 분산제를 함유하는 폴리머 또는 여타의 재료로 구성되는 그룹에서 선택되는 레이저 마킹가능 광학 소자.
  9. 제6항에 있어서, 상기 광학 필름재는 광학 스페이서층에 의해 분리되는 선택적으로 캡슐화된 반사 집속 요소 배열체와 화상 아이콘 배열체를 포함하되, 상기 선택적으로 캡슐화된 반사 집속 요소 배열체 상부에 배치되는 하나 이상의 배열체 또는 층은 레이저 마킹가능 배열체 또는 층이고,
    선택적으로, 상기 반사 집속 요소는 고굴절률 비금속성 재료로 코팅되거나 금속화되고,
    선택적으로, 상기 반사 집속 요소는 황화아연, 산화인듐주석 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되는 고굴절률 비금속성 재료로 코팅되는 레이저 마킹가능 광학 소자.
  10. 제6항에 있어서, 레이저 마킹가능 광학 스페이서층에 의해 분리되는 선택적 캡슐화 굴절 또는 반사 집속 요소 배열체와 화상 아이콘 배열체를 포함하는 광학 필름재를 포함하는 독립형 소자인 레이저 마킹가능 광학 소자.
  11. 제6항에 있어서, 상기 레이저 에너지에 의해 마킹가능한 하나 이상의 배열체 또는 층은 폴리에테르설폰, 폴리설폰, 폴리카보네이트 및 폴리페닐렌 설파이드로 이루어진 그룹에서 선택되는 열가소성 폴리머를 사용하여 제조되고,
    선택적으로, 상기 레이저 에너지에 의해 마킹가능한 하나 이상의 층은 레이저 마킹가능한 투광성 폴리카보네이트 필름이고, 또는
    선택적으로, 상기 레이저 에너지에 의해 마킹가능한 하나 이상의 층은 레이저 마킹가능 투명 폴리카보네이트 시트인 레이저 마킹가능 광학 소자.
  12. 제6항에 있어서, 상기 레이저 에너지에 의해 마킹가능한 하나 이상의 층은 폴리스티렌, 스티렌 아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 글리콜 개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상의 열가소성 폴리머와 하나 이상의 레이저 첨가제를 사용하여 제조되고,
    선택적으로, 상기 하나 이상의 레이저 첨가제는 카본 블랙을 포함하는 레이저 마킹가능 광학 소자.
  13. 제6항에 있어서, 상기 광학 필름재와, 하나 이상의 하부 레이저 마킹가능층과, 상기 광학 필름재 및 상기 하나 이상의 하부 레이저 마킹가능층 사이에 배치되는 하나 이상의 열 스페이서층으로 구성되고,
    선택적으로, 상기 광학 필름재는 광학 스페이서층에 의해 분리되는 캡슐화 굴절 집속 요소 배열체와 화상 아이콘 배열체를 포함하고, 또는
    선택적으로, 상기 하나 이상의 열 스페이서층은 투명 열가소성 재료를 사용하여 제조되고, 또는
    선택적으로, 상기 하나 이상의 열 스페이서층은 5 미크론 내지 500 미크론 범위의 두께를 가지는 레이저 마킹가능 광학 소자.
  14. 제6항의 레이저 마킹가능 광학 소자로부터 제조된 레이저 마킹된 광학 소자로서, 상기 하나 이상의 레이저 마킹가능 배열체 또는 층은 그 위에 하나 이상의 레이저 마킹된 이차원 정지 화상을 가지는 레이저 마킹된 광학 소자.
  15. 제6항에 따른 레이저 마킹가능 광학 소자 또는 제14항에 따른 레이저 마킹된 광학 소자로 제조되는 시트재.
  16. 제6항에 따른 레이저 마킹가능 광학 소자 또는 제14항에 따른 레이저 마킹된 광학 소자로 제조되는 베이스 플랫폼.
  17. 제15항에 따른 시트재로 제조되는 문서.
  18. 제16항에 따른 베이스 플랫폼으로 제조되는 문서.
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