KR102212222B1 - 광결정을 이용한 정보 제공 시스템 및 이를 이용한 정보 제공 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광결정을 이용한 정보 제공 시스템에 관한 것으로, 대상물의 정보를 색을 통해 제공하기 위하여, 다수의 마이크로 또는 나노 파티클들이 구조체 내에 그레이팅되어 외부로부터 가해지는 압축, 인장 또는 굽힘 하중에 의해 상기 파티클들의 상대 위치가 변화된 상태에서 구조색이 나타나는 광결정을 제공하는 생산자 모듈; 및 상기 구조색들의 색상정보 또는 색상의 패턴정보를 감지하여 상기 대상물의 정보를 사용자에게 제공하는 사용자 모듈을 포함하는 정보 제공 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면, 구조색의 위치, 구조색의 지수(RGB, 28*28*28), 빛의 세기(25), 빛의 각도, 사용자의 보기 각도 등에 따라 늘어나는 경우의 수에 의해 무수히 많은 정보를 광결정 내 포함할 수 있어, 보다 다양한 정보를 제공할 수 있다.

Description

광결정을 이용한 정보 제공 시스템 및 이를 이용한 정보 제공 방법{Information providing system using photonic crystal and information providing method using the same}
본 발명은 광결정을 이용한 정보 제공 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광결정의 형태 변화에 따라 발현되는 다양한 구조색을 이용하여 보다 많은 양의 정보를 전달할 수 있는 정보 제공 시스템 및 방법에 관한 것이다.
색은 무수히 많은 정보를 포함하고 있다. 색상, 채도, 명도, 대비, 파장 등의 다양한 정보를 포함하고 있어, 이러한 정보들을 적절히 활용할 수 있다면 정보 전달 매체로서의 기능을 수행함에 있어 부족함이 없을 것으로 보인다.
일반적으로 색의 구현방법은 자체 광원의 빛을 Red, Green, Blue 컬러필터를 투과시켜 색을 구현하거나, 플라즈마로부터 나오는 자외선을 형광체와 충돌시키는 방법, 또는 재료 자체에서 전류 흐름에 따라 발광되는 빛을 혼합하는 방법 등의 발광형 방법이 널리 알려져 있으며, 이에 반해 광결정(Photonic Crystal)을 이용하여 자체 광원을 필요로 하지 않고서도 입사되는 특정 파장의 빛을 배제 또는 반사시켜 구조색(structure color)이 발현되는 반사형 방법 등이 알려져 있다.
그러나, 발광형 방법은 컬러필터의 존재와 여러 색을 구현하기 위해 전력이 지속적으로 공급되어야 하는 중대한 문제를 가지고 있고, 기존의 구조색을 이용한 반사형 방법은 컬러 필터 없이 임의의 색상을 구현할 수 있기 때문에 간단한 소자제작 공정으로 야외 시인성이 우수한 초저전력 디스플레이 구현이 가능하다.
다만, 구조색을 이용한 반사형 방법은 광밴드갭에 의해 나타나는 구조색이 고정적일 수밖에 없는 문제를 가지고 있다. 비록 빛의 세기나 각도, 그리고 그와 연계되어 구조색을 바라보는 사용자의 보기 각도에 따라 구조색이 각각 달라 보일 수 있으나, 이 또한 정보를 전달하는 수단으로서의 역할을 수행하는 데에는 한계를 가지고 있다.
특허문헌 (0001) 『대한민국등록특허공보 제10-1672392호, 발명의 명칭: 광결정 표시 장치, (공고일: 2016년11월13일, 출원인: 삼성전자(주)/주식회사 나노브릭)』
본 발명은 광결정의 형태 변화에 따라 발현되는 다양한 구조색을 이용하여 보다 많은 양의 정보를 전달할 수 있는 정보 제공 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명은, 대상물의 정보를 색을 통해 제공하기 위하여, 다수의 마이크로 또는 나노 파티클들이 구조체 내에 그레이팅되어 외부로부터 가해지는 압축, 인장 또는 굽힘 하중에 의해 상기 파티클들의 상대 위치가 변화된 상태에서 구조색이 나타나는 광결정을 제공하는 생산자 모듈; 및 상기 구조색들의 색상정보 또는 색상의 패턴정보를 감지하여 상기 대상물의 정보를 사용자에게 제공하는 사용자 모듈을 포함하는 광결정을 이용한 정보 제공 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 대상물의 정보를 색을 통해 제공하기 위하여, 생산자 모듈이 다수의 마이크로 또는 나노 파티클들이 그레이팅되어 외부로부터 가해지는 압축, 인장, 또는 굽힘 하중에 의해 상기 파티클들의 상대 위치가 변화된 상태에서 구조색이 나타나는 광결정을 제공하는 단계; 및 사용자 모듈이 상기 구조색들의 색상정보 또는 색상의 패턴정보를 감지하여 상기 대상물의 정보를 사용자에게 제공하는 단계를 포함하는 광결정을 이용한 정보 제공 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 구조색의 위치, 구조색의 지수(RGB, 28*28*28), 빛의 세기(25), 빛의 각도, 사용자의 보기 각도 등에 따라 늘어나는 경우의 수에 의해 무수히 많은 정보를 광결정 내 포함할 수 있어, 보다 다양한 정보를 제공할 수 있다.
둘째, 굽힘 정도 및 늘림 정도에 따라 그레이팅 정도를 조절할 수 있고, 구조색 역시 그레이팅 정도에 따라 발현되는 색이 다양해지므로, 굽힘 또는 늘림 정도를 통해 더욱 다양한 색을 발현할 수 있다.
셋째, 구조체와 광결정 사이의 탄성계수의 현격한 차이로 인하여 광결정이 외부 자극에 민감하게 반응함으로써, 더욱 다양한 굽힘 정도에 따른 구조색을 나타낼 수 있다.
넷째, 구조체와 광결정의 굴절율을 유사하게 형성하며, 마이크로/나노 파티클들이 광밴드갭이 형성된 위치에 도달하거나 이탈하게 함으로써, 외부자극에 따라 구조색의 보임과 숨김 등의 동작을 능동적으로 제어할 수 있어 보다 높은 보안성을 유지할 수 있는 효과가 있다.
다섯째, 구조체에 가해지는 이방성 하중은 물론 등방성 하중에 따라 각각 구조색이 발현되게 할 수 있어, 다양한 입력-반응형 광결정 구조체를 제공할 수 있다.
여섯째, 하나의 구조체에 복수개의 광결정이 형성될 수 있어, 구조체의 형태 변화에 각각 매칭된 복수개의 문자, 이미지, 바-코드(Bar-code), QR-코드(QR-code) 등의 다양한 형식의 정보를 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 구조체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 구조체의 기계적/광학적 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 15 및 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정을 이용한 정보 제공 시스템 및 방법을 설명하기 위한 도면이다.
아래에서, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 광결정 구조체(10)을 제조하는 방법에 대해 설명한다.
도 1(a)를 참조하면, 우선 광결정을 통해 드러나야 할 컬러 이미지를 흑백 이미지로 변환하여, 잉크젯 프린터의 매트릭스 구조의 인쇄를 위해 바이너리 패턴을 생성한다.(S1100) 이때, 도 1(b)와 같이, 액적 기반 바이너리 패턴 생성을 위한 기본 픽셀 단위의 결정 구조는 높은 종횡비의 커피-링 모양의 마이크로 또는 나노 구조이다. 여기서, 커피-링의 형상은 도넛(doughnut) 형태 또는 링(ring) 형상을 의미한다.
이후, 상기 잉크젯 프린터의 잉크로 사용되어질 나노 파티클(11)들이 포함된 현탁액을 준비한다.(S1200)
여기서, 상기 현탁액을 준비하는 과정은 300, 500, 또는 700nm 직경의 단분산(mono-dispersed) 실리카 나노 입자(20%, w/v) 용액을 6500rpm에서 10분간 원심 분리하여 솔벤트를 제거하는 과정(S1210)과, 솔벤트가 제거되어 남은 나노 입자 펠릿(Pellet)을 수집하고 포름아미드(Formamide, FA)와 혼합하여 20%의 나노 입자 현탁액을 제조하는 과정(S1220)과, 혼합되어 제조된 나노 입자 현탁액 내 파티클(11)들을 완전히 분산시키기 위해 소니케이터를 사용하여 용액을 초음파 처리하는 과정(S1230)을 포함한다. 이때, 단분산 실리카 나노 입자 용액은 20w%의 파티클(11) 농도를 가지는 증류수를 지연증발 시키기 위한 Formamide를 혼합하며, 물과 Formamide의 비율은 3:1 정도로 설정하는 것이 바람직하다.
이후, 상기 현탁액이 바이너리 패턴을 따라 도포되어 질 습윤성(wettability) 유리기판(ws)을 준비한다.(S1300)
상기 습윤성 유리기판(ws)을 준비하는 과정은, 화학적 처리가 전혀 되지 않은 유리기판(ws)을 준비하는 과정(S1310)과, 화학적 처리가 전혀 되지 않은 유리기판(ws)에 피라니아(piranha) 용액을 처리하여 친수성을 증가시킨 유리기판(ws)을 준비하는 과정(S1320)과, 화학적 처리가 전혀 되지 않은 유리기판(ws)을 실레인(Silane) 처리하여 소수성을 증가시킨 유리기판(ws)을 준비하는 과정(S1330)이 선택적으로 포함된다.
상술한 습윤성 유리기판의 컨택 앵글은 커피-링 형상의 자기조립체(12)를 만드는데 중요한 역할을 수행한다. 구체적으로, 현탁액의 성분인 물(water), 입자(particle), 포름아미드(formamide)의 비율이 일정할 경우, 표면의 접촉각에 따라 형성되는 패턴을 3종류로 분류할 수 있다. 컨택 앵글이 0° ~ 15°에서는 단층(monolayer)에 가까운 패턴이 형성되고, 15° ~ 60° 내외까지는 커피링 구조가 형성되며, 그 이상의 소수성 표면에서는 돔 구조가 형성된다.
여기서, 잠시 피라니아 세정 공정(piranha cleaning)을 약술하면, 수산화 암모늄(70 ml), 과산화수소(70 ml) 및 탈 이온수(350 ml)로 구성된 피라니아 용액을 서서히 190℃로 가열한 후, 유리 슬라이드를 가열된 피라니아 용액에 1시간 동안 담그고, 탈이온수로 세척하여 N2 가스로 건조시키는 과정을 거친다.
도 1(c)를 참조하면, 앞서 준비된 나노 파티클(11)들이 포함된 현탁액을 상기 습윤성 유리기판(ws)에 도포 및 인쇄하여, 사전 정의된 패턴으로 상기 나노 파티클(11)들을 그레이팅(graiting)함으로써, 복수개의 자기조립체를 형성한다.(S1400)
도 2 참조하면, 상기 자기조립체를 형성하는 단계는 유리기판(ws)의 온도를 32℃ 이상으로 유지하는 과정(S1410)과 접촉각이 15° 내지 60°로 형성된 상태에서 액적 간의 간섭을 방지하기 위해 액적 간 150㎛ 이상의 간격으로 현탁액을 유리기판(ws)에 도포하는 과정(S1420)과, 현탁액이 도포된 유리기판(ws)을 10분간 100℃의 오븐에 보관하여 Formamide를 충분히 증발시켜 커피-링 구조의 비정질(amorphorous) 자기조립체(12)를 형성하는 과정(S1430)을 포함한다.
여기서, 실리카 나노 파티클(11)의 인쇄 과정을 위해 Dimatix 카트리지가 있는 압전식 드롭-온-디맨드 잉크젯 프린터가 준비되며, 이러한 잉크젯 프린터는 약 21.5㎛의 직경과 254㎛의 간격을 갖는 16개의 독립적인 작동 노즐을 구비하고, 10pℓ의 액적을 지지하며, 액적 중심 간격을 해상도 설정(9dpi)에 따라 5㎛에서 254㎛까지 1㎛ 단위로 프린터 헤드의 각도를 조절할 수 있고, 진공 펌프가 장착되고 60℃까지 가열할 수 있는 A4 크기의 기판 테이블이 구비되도록 한다.
도 1(d)를 참조하여, 도포된 현탁액에서 Formamide를 증발시켜 커피-링 구조의 자기조립체(12)가 형성되면, 모르타르 형태의 고분자 폴리머(Macromolecule Polymer)를 자기조립체(12)들 위에 부어, 고분자 폴리머가 자기조립체(12)들 각각을 수용하거나 일부분이 노출되도록 감싸는 구조의 제1 구조체(13)를 형성한다.(S1500)
상기 제1 구조체(13)를 형성하는 과정은 모르타르 형태의 고분자 폴리머를 경화시키기 위해 75℃에서 3시간 가열하는 과정(S1510)과, 경화된 고분자 폴리머를 30분간 냉각되도록 하는 과정(S1520)을 포함한다. 여기서, 고분자 폴리머는 PDMS(polydimethylsiloane)가 사용되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 제1 구조체(13)로부터 유리기판(ws)을 제거함으로써,(S1600) 제1 구조체(13)에 입사되는 빛을 배제 또는 반사하여 구조색을 나타낼 수 있는 제1 광결정 구조체(100)가 형성된다.
도 3을 참조하면, 자기조립체(12)와 제1 구조체(13)의 굴절율은 굴절율의 차가 0.04 이내(즉, 제1 구조체(13)의 굴절율이 자기조립체(12)의 굴절율의 96% 내지 104% 값을 갖는다)로 형성되도록 마련됨으로써, 마이크로 또는 나노 파티클(11)들이 PDMS 매트릭스 상에서 경화되어 자기조립체(12)로 캡슐화되었을 때, 전혀 보이지 않고 동일한 배경에서 매우 투명한(숨겨진) 상태로 유지될 수 있다.
이하에서, 도 4 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 광결정 구조체(10)의 기계적 특성과 광학적 특성에 대해 설명한다.
도 4(a)를 참조하면, 외부 자극이 가해지지 않는 광결정 구조체(10)는 기본적으로 0차원 격자를 형성한다. 이는 PDMS와 실리카 파티클(11)들이 가지는 구조적 투명성(photonic glasses)와 비슷한 굴절율(R/silica - R/PDMS = 0.04)로 인하여 빛이 대부분 그대로 투과되기 때문이다. 따라서, 광밴드갭에 의해 나타나는 이미지는 외부 자극이 없는 상태에서 완전하게 숨겨질 수 있다.
도 4(b)를 참조하면, 광결정 구조체(10)의 나노 파티클(11)들이 수용된 면에 굽힘 하중에 따른 압축된 변형이 일어나는 경우, 나노 파티클(11)들의 상대적 위치가 광밴드갭이 형성된 위치에 도달함으로써, 설정된 광밴드갭에 의한 구조색이 드러나는(Overt) 1차원 격자로 변형되고, 굽힘 하중에 따른 인장된 변형이 일어나는 경우, 도 4(c)와 같이, 나노 파티클(11)들의 상대적 위치가 광밴드갭이 형성된 위치에서 이탈함으로써, 설정된 광밴드갭에 의한 구조색이 나타나지 않는(Covert) 상태가 된다.
한편, 광결정 구조체(10)은 1차원 하중과 그에 따른 변형에 의한 광밴드갭에 의한 구조색이 나타나는 것 뿐만 아니라, 2차원 하중과 그에 따른 변형에 의해서도 광밴드갭에 의한 구조색이 나타날 수 있다.
도 5(a)를 참조하면, 광결정 구조체(10)은 x 축을 기준으로 하는 굽힘 모멘트 하에서 광밴드갭에 의한 이미지인 무지개와 같은 색상이 y 축을 따라 나타난다. 그러나, y 축을 기준으로 하는 굽힘 모멘트 하에서는 동일한 이미지가 희미하게 나타나게 되므로, 이는 광결정 구조체(10)에 나노 파티클(11)들이 1차원 구조의 그레이팅된 광밴드갭이 형성되어 있는 것을 의미한다.
또한, 도 5(b)를 참조하면, 광결정 구조체(10)은 투명한 아크릴을 이용하여 나노 파티클(11)들이 수용된 면에 등방향의 굽힘 하중에 따른 압축된 변형이 일어나는 경우, 역시 나노 파티클(11)들의 상대적 위치가 광밴드갭이 형성된 위치에 도달하여 구조색이 나타나며(Overt), z 축을 기준으로 하는 회전에 의해서도 그 색이 변하지 않는다. 이는 광결정 구조체(10)에 나노 파티클(11)들이 2차원 구조로 그레이팅된 광밴드갭이 형성되어 있는 것을 의미한다. 반면, 인장된 변형이 일어나는 경우, 기존 비정질(amorphorous) 구조가 더 벌어져 나노 파티클(11)들의 그레이팅이 0차원 구조로 변형됨으로써, 광밴드갭에 의한 구조색이 나타나지 않게 된다.
나아가, 서로 다른 이미지의 광밴드갭이 형성된 두 가지의 광결정 구조체(10, 20)를 대칭형으로 cohesion bonding(Plasma bonding)을 이용하여 구조체 간 마주보게 접합함으로써, 두 가지 종류의 설정된 이미지가 나타나게 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1 광결정 구조체(10)에 의한 이미지(패턴-A)와 제2 광결정 구조체(20)에 의한 이미지(패턴-B)가 형성된 제1 및 제2 광결정 구조체(10, 20)가 구조체 간 마주보게 접합된 상태에서, 외부 자극에 의해 일면이 압축되고 타면이 인장되는 변형이 일어나게 되는 경우, 구조색이 발현되어 패턴-A가 나타나게 되고, 반대로 일면이 인장되고 타면이 압축되는 변형이 일어나게 되는 경우, 형태와 색깔이 다른 패턴-B가 나타나게 할 수 있다.
다시 말해, 상술한 압축 변형 시 일면에 패턴이 나타나고, 타면의 패턴이 숨겨지게 되며, 인장 변형 시 타면에 패턴이 나타나고, 다시 일면의 패턴이 숨겨지게 되어, 외부 자극에 따른 굽힘 조건에 따라 다양한 천연색과 이미지를 나타나게 할 수 있다. 이는, 제조되는 광결정 레이어 수에 따라 더 다양한 패턴을 하나의 디바이스 내에 내장할 수 있는 가능성을 보여준다.
도 7을 참조하면, 패턴과 수평한 방향을 x 축으로, 수직한 방향을 y 축으로, 빛이 입사되는 방향을 z 축으로 설정하면, 그레이팅되어 형성된 스펙트럼 띠에 의해 사용자의 보기각에 따라 동일한 이미지의 다양한 구조색이 관측될 수 있다. 이때, 사용자는 사람의 시각일 수 있으나, CCD 카메라와 같은 이미지의 관측 장치일 수 있다.
또한 도 8을 참조하면, 광밴드갭에 의한 2차원 이미지를 구현할 경우, 복수개의 파티클(11)들을 매트릭스 구조로 배열되게 함으로써, 그레이팅이 등방성을 갖도록 하여 보기 방향과 상관없이 동일한 grating 효과를 얻을 수 있다.
도 9(a)을 참조하면, x 방향 굽힘 모멘트로 인하여 형성되는 광결정 구조체(10)는 굽힘 반경에 대하여 동일한 힘을 작용 받는다. 이는 중립축의 아래쪽은 동일한 압축응력을 받고 위쪽은 동일한 인장 응력을 받아 압축 변형과 인장 변형이 일어나게 된다.
즉, 동일한 계층(Layer)에서 동일한 변형이 일어나게 되어, 도 8(b) 및 도 8(c)에 도시된 바와 같이, 계층을 7단계로 나누었을 경우, 1st 계층에서 파티클(11)들이 가장 크게 좁아지게 되어 1st 계층이 그레이팅 효과를 일으킬 수 있는 구조로 변하게 된다. 즉, 광결정 구조체(10)에 가해지는 압축, 인장 또는 굽힘 하중에 의해 형태가 가장 크게 변화되는 계층에 위치된 자기조립체(12)들이 광밴드갭이 형성된 위치에 도달하여 광결정의 구조색이 나타나게 한다.
도 10 및 도 11에는 각각 일면에 그레이팅이 형성된 광결정 구조체(10)과 양면에 그레이팅이 형성된 광결정 구조체(10, 20)의 압축과 인장에 따른 나노 파티클(11)들의 상대 위치의 변화가 도시되어 있다.
도 12 및 도 13에는 광결정 구조체(10)에 가해지는 기계적 압축, 인장 또는 굽힘 하중에 의한 자기조립체(12)의 커피-링 형상의 내부 구조가 변형되어 각 파티클(11)들의 상대적인 위치 변화가 나타나 있다.
도 12(a)와 같이 홀더에 고정된 광결정 구조체(10)을 도 12(b)와 같이 인장시키면 자기조립체(12)의 커피-링 구조는 각각 도 11(c)와 같이 x 축 방향으로 인장되고, y 축 방향으로 압축된다. 따라서, 자기조립체(12) 내 커피-링 구조를 이루는 각각의 나노 파티클(11)들은 인접한 파티클(11)들과의 상대적 위치가 가까워져 광밴드갭이 형성된 위치에 근접할 수 있다. 이에, 도 11(d)와 같이 인장력에 의한 변형량이 증가할수록 그레이팅된 이미지가 선명하게 드러나게 된다. 즉, x 축방향 하중에 의한 변형 시, x 축 방향의 변위를 갖는 부분은 비정질 구역이며, y 축방향의 변위를 갖는 부분은 1차원 그레이팅 구역이다.(도 13 참조)
도 14(a)는 광결정 구조체(10)에 인장 하중이 가해지는 경우, 자기조립체(12)의 변화 모식도이고, 도 14(b)는 압축방향 굽힘, 중성 및 인장방향 굽힘과 같은 xz 평면에서 나노 파티클(11)의 3가지 대표적인 단면 분포를 보여주고 있다. 또한, 도 14(c)는 수치 시뮬레이션에 사용된 인접 파티클(11)들 사이의 중심 간 거리 변화를 나타낸 것이며, 도 14(d)에는 인장 및 압축과 같은 기계적 응력이 있을 때 중심 간 입자 거리 분포의 변화를 나타내고 있다.
본 발명의 광결정 구조체(10)은 입력-반응형 또는 숨김-보임 특성을 이용할 뿐만 아니라, 1차원과 2차원의 차원전환이 가능한 광결정의 기술적 특징을 내재하고 있어, 기존 광결정의 위조방지 수단으로서의 활용도를 한층 높일 수 있어, 보다 높은 수준의 위조방지 시스템을 구현할 수 있다.
또한, 전통적으로 광결정을 제조하는 방법은 콜로이드 서스펜젼(suspension)을 가만히 놓아 두어 자연적으로 중력에 의해 침전을 시켜서 결정을 형성하는 침전법(natural sedimentation), 젖음성(wettable)이 있는 기판을 콜로이드 서스펜젼 용액에 수직으로 침적한 후, 콜로이드 서스펜젼의 용매가 증발함에 따라 기판 위에 결정이 형성되는 대류조립법(convective assembly) 및 외부 전기장을 이용하여 한쪽 기판 위에 결정을 형성하는 전기 영동법(electrophoretic deposition) 등이 알려져 있으며, 전기 영동법을 제외한 나머지 광결정 형성 방법은 수 cm2 크기의 결정을 형성하기 위해서 1~2일 정도의 시간을 소요로 한다. 반면 전기 영동법은 빠른 공정시간 안에 3차원 콜로이드 결정을 형성할 수 있지만, 형성되는 콜로이드 결정의 완성도가 다소 떨어지는 단점 등이 있었으나, 본 발명의 광결정 구조체(10)는 잉크젯 프린터의 잉크젯 기술을 이용하여 마이크로/나노 파티클(11)들을 액적 형태로 분사 및 인쇄함으로써, 광밴드갭이 형성된 광결정을 용이하게 제조할 수 있다.
아래에서는, 상술한 광결정 구조체(10)를 이용하여 정보를 제공하는 시스템 및 방법에 대해 설명하기로 한다. 다만, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 15 내지 도 17을 참조하면, 상술한 광결정 구조체(10)는 대상물의 생산자가 필름형태로 제작하여 대상물의 사용자가 대상물과 관련된 정보를 생산자로부터 제공받는 것은 물론, 대상물의 취득에 따른 인증 여부 또는 위조 여부를 판별하는 수단으로서의 역할을 수행할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 정보 제공 시스템은 생산자 모듈(100), 정보제공 DB(200) 및 사용자 모듈(300)을 포함한다.
생산자 모듈(100)은 상술한 바와 같이, 나노 파티클(11, 12)들과 용매를 혼합하고, 혼합된 나노 파티클(11, 12)들과 용매를 잉크젯 방식으로 대상물의 친수성 표면에 자기제어 조립방식을 통하여 단층 또는 커피-링 형상의 나노 구조를 갖는 광결정 구조체(10)를 필름 형태로 제작한다.
정보제공 DB(200)는 생산자 모듈(100)로부터 상기 구조색이 나타날 때의 하중에 의한 상기 파티클(11, 12)들의 상대 위치 정보, 상기 광결정에 입사되는 빛의 세기, 그때의 각도 및 사용자의 보기 각도에 따라 달라지는 구조색의 색상정보 및 색상의 패턴정보를 포함하는 사양정보를 전송받아 상기 사용자 모듈(300)에 제공한다. 이때, 상술한 사양정보는 생산자 모듈(100)에 의해 기설정된 구조체(13)의 굽힘 정도, 조도 각도, 보기 각도 등이 제공되어 사용자 모듈(300)을 통해 확인할 수 있는 구조색들의 색상 정보들이거나, 구조색들의 집합체가 나타내는 패턴화된 이미지 형태 또는 바코드, QR코드 등의 정보를 내장한 특수한 이미지 패턴일 수 있다.
또한, 정보제공 DB(200)는 생산자 모듈(100)로부터 사용자 모듈(300)에 사양정보를 제공하기 위한 저장공간으로 사용되는 것 뿐만 아니라, 사용자 모듈(300)로부터 대상물의 인증 여부 또는 위조 여부를 판단하기 위한 정보를 제공하거나, 정보 제공 플랫폼으로서의 역할을 수행할 수 있다.
참고로, 정보제공 DB(200)는 일반적으로 다수의 이동 통신사가 운영하는 하나 이상의 통신망에 포함된 기지국 서버 또는 중계기 장치를 의미하며, 유·무선 통신에 의해 상기 생산자 모듈(100)과 사용자 모듈(300)에 연결되어 정보를 송수신할 수 있다.
사용자 모듈(300)은 광결정이 나타내는 구조색의 색상정보 또는 색상패턴정보 등을 인식하여 상기 사양정보에 대응되는 감지정보를 생성하여 사용자에게 제공함은 물론, 대상물의 위조여부 판별, 정보제공 DB(200)가 정보 제공 플랫폼으로서의 역할을 하게 하는 입력 파라미터를 전송하는 역할, 및 구조색의 색상정보 또는 색상의 패턴정보를 연산하여 연계된 산출 정보를 제공함으로써, 이중화된 보안 시스템을 구현하게 할 수 있다.
여기서, 사용자 모듈(300)은 상기 정보제공 DB(200)에 LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network)을 통해 접속할 수 있는 단말을 의미하며, 데스크탑 PC(Desktop PC), 스마트폰(Smart Phone), 노트북 컴퓨터(Laptop Computer), 태블릿 장치(Tablet Device) 등이 포함될 수 있다. 또한, 상기 정보제공 DB(200)는 저장된 데이터를 인터넷을 통해 용이하게 접속하여 열람 또는 수정할 수 있는 웹 서버, 웹 사이트 또는 클라우드 시스템을 포함할 수 있다.
도 18을 참조하면, 구체적으로 사용자 모듈(300)은 구조색 감지부(310), 데이터 매칭부(320), 위조여부 감별부(330), 기초정보 교환부(340) 및 산출정보 제공부(350)의 구성을 포함한다.
구조색 감지부(310)는 광결정을 통해 나타나는 구조색의 색상정보 및 색상의 패턴정보들을 인식하여 파티클(11, 12)들의 상대 위치에 따른 구조체(13)의 굽힘 정도, 광결정에 입사되는 빛의 세기와 그 빛의 각도, 및 광결정을 바라보는 사용자의 보기 각도 정보를 포함하는 감지정보를 생성하여 사용자에게 제공한다. 이때, 제공되는 데이터는 숫자, 문자 또는 기호 등의 식별 정보로 환산되어 데이터 저장부(미도시)에 저장될 수 있다.
여기서, 광결정을 통해 나타나는 구조색들은 유사한 톤을 갖는 단일한 색상 또는 그라데이션이 포함된 색의 집합이거나, 특정 메시지가 내재된 문자, 숫자, 기호 또는 이미지일 수 있다.
데이터 매칭부(320)는 정보제공 DB(200)에 생산자 모듈(100)로부터 전송된 굽힘 정도(파티클(11, 12) 간의 상대 위치), 빛의 세기, 빛의 각도 및 사용자의 보기 각도 정보가 전송되어 광결정의 사양정보로 저장된 경우, 상기 구조색 감지부(310)에 인식된 데이터 중 상기 사용정보와 대응되는 감지정보의 구조색의 색상정보, 그 색상의 패턴정보를 도출하여 사용자에게 제공한다. 이를 통해 생산자가 대상물과 관련된 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
이때, 광결정 구조체(10)에는 사용자 모듈(300)과 정보제공 DB(200)를 상호 접속 및 연결하게 할 수 있는 안내 정보를 포함하고 있는 것이 바람직하다.
위조여부 감별부(330)는 상술한 데이터 매칭부(320)에 의해 정보제공 DB(200)에 기저장된 구조색의 사양정보와 구조색 감지부(310)에 의해 생성된 감지정보를 비교하여 대상물의 인증 또는 대상물의 위조 여부를 판별할 수 있다.
기초정보 교환부(340)는 구조색 감지부(310)에 의해 생성된 감지정보를 파라미터화하여 정보제공 DB(200)에 입력하며, 출력 파라미터로 상기 감지정보에 대응되는 또 다른 사용정보를 제공받는다. 이는 정보제공 DB(200)가 정보 제공 플랫폼의 역할로 사용될 수 있음을 의미한다.
산출정보 제공부(350)는 광결정을 통해 나타나는 구조색의 색지수(color index)를 기반으로 하여 산출된 구조색의 위치별 색대비 정보 및 구조색이 나타내는 색의 파장 정보를 숫자, 문자 또는 기호를 포함하는 식별 정보로 변환하여 정보제공 DB(200)에 전송함으로써, 상술한 기초정보 교환부(340)가 수행하는 입력 파라미터 대비 출력 파라미터 형식의 최종 정보에 접근할 수 있는 키워드 역할을 수행 할 수 있다.
이는, 생산자와 사용자가 연계된 정보를 상호 교환하여 각각 매칭된 정보를 서로 확인함으로써, 대상물에 대한 정보를 복수회에 걸쳐 인증하거나, 위조 여부를 판별하게 할 수 있는 근거를 제공한다.
보다 상세히 설명하면, 본 발명의 광결정은 그 형태를 지지하는 구조체(13)에 비해 탄성계수가 현격히 높게 형성된다. 이는, 외력에 의한 구조체(13)의 작은 변형에도 광결정의 형태는 크게 변할 수 있어 광결정은 외부 자극에 민감하게 반응하게 되며, 이에, 굽힘 정도에 따른 다양한 구조색을 발현할 수 있다. 또한, 구조색은 빛의 세기, 빛의 입사 각도 그리고, 사용자의 보기 각도에 따라서도 색이 달라 보일 수 있다. 따라서, 나타나는 구조색은 파티클(11, 12)의 위치별로 등방성 하중에 의한 굽힘 정도, 빛의 세기 및 각도, 보기 각도, 색지수 등을 변수로 하여 발현되는 것으로 굽힘 하중에 따른 구조색이 나타나는 본 발명의 광결정 구조체(10)는 다양한 정보를 포함하는 정보제공 수단으로서의 기능을 적절히 수행할 수 있을 것으로 보인다.
더불어, 본 발명의 광결정 구조체(10)는 광결정과 구조체(13)의 굴절율이 매우 유사하게 형성되어 외부 자극 없이는 광결정의 구조색이 숨겨진 상태(Covert)로 존재하기 때문에 초기 보안성을 확보할 수 있다.
또한, 구조색 감지부(310)와 위조여부 감별부(330)를 통해 감지정보와 사양정보를 비교하여 1차적인 인증 또는 위조여부를 판별할 수 있고, 나아가, 앞서 설명한 산출정보 제공부(350)가 광결정에 나타나는 구조색을 기반으로 하여 산출된 파티클(11, 12)의 위치별 색대비 정보 및 구조색이 나타내는 색의 파장 정보 등을 산출하고, 이를 숫자, 문자 또는 기호를 포함하는 식별 정보로 변환 및 정보제공 DB(200)에 전송함으로써, 사용자가 그에 매칭된 생산자의 정보를 열람 또는 제공받을 수 있어 제공되는 정보의 2차적인 위조여부를 판별할 수 있다.
도 19를 참조하여, 상술한 정보 제공 시스템을 이용하여 정보를 제공하는 방법을 설명한다.
우선, 상술한 바와 같이 사용자는 사용자 모듈(300)을 통해, 압축, 인장 또는 굽힘 하중에 의해 그 형태가 변화된 상태에서 광밴드갭에 따른 구조색이 나타나는 광결정 구조체(10)를 제조한다.(S2100) 이때, 광밴드갭에 의해 설정된 구조색은 단일 또는 그라데이션이 가미된 유사한 색상일 수 있고, 문자, 숫자, 이미지, 또는 바-코드, QR-코드 형태의 조합된 패턴일 수 있다.
여기서, 광결정 구조체(10)를 제조하는 과정은, 나노 파티클(11, 12)을 준비하고, 유리기판을 준비하며, 광결정을 유리기판에 생성 및 구조체(13)에 의해 지지결합되는 과정을 포함하나, 그 상세한 설명은 상술한 바 있으므로 생략한다.
대상물은 생산자 모듈(100)에 의해 제조된 광결정 구조체(10)와 함께 사용자에게 제공되며,(S2200) 사용자 모듈(300)은 대상물의 정보를 사용자에게 제공하기 위하여, 광결정 구조체(10)에 압축, 인장 또는 굽힘 하중을 부가하여 그 때에 나타나는 구조색의 색상정보 또는 색상의 패턴정보를 수집하여 감지정보를 생성한다.(S2300) 이러한 색상정보 또는 색상의 패턴정보는 사용자의 육안을 통해 수집되어 인식될 수 있으나, 사용자 모듈(300) 내 구조색 감지부(310)를 통해 인식되어 수집될 수 있다.
이때의 광결정 구조체(10)는 하나의 구조체(13)에 다양한 광밴드갭이 형성되어 복수개의 색상정보 또는 색상의 패턴정보가 사용자에게 제공될 수 있다. 또한, 나타나는 구조색은 구조체(13)에 비해 현격히 높은 탄성계수를 포함하는 광결정에 의해 구조체(13)에 가해지는 외부 자극에 굉장히 민감하게 반응하여 다양한 구조색을 발현할 수 있어, 그에 따라 광결정 구조체(10)가 보다 많은 정보를 포함하는 정보제공 수단으로서의 역할을 가능하게 한다.
또한 대상물의 인증 또는 위조 방지를 위해, 대상물의 진위 여부를 판단할 수 있는 정보가 정보제공 DB(200)에 사양정보로 사용자 모듈(300)을 통해 등록된다.(S2400)
사용자 모듈(300)은 광결정 구조체(10)에 나타나는 구조색을 상기 정보제공 DB(200)에 등록된 사양정보와 비교하여 대상물의 인증 또는 위조 여부를 판별한다.(S2500)
여기서, 위조 여부를 판별하는 단계는, 구조색 감지부(310)를 통해 광결정 구조체(10)에 나타나는 구조색의 색상정보 및 색상의 패턴정보들을 감지하여 수집하는 과정(S2510)과, 데이터 매칭부(320)를 통해 수집된 감지 정보와 정보제공 DB(200)에 기저장된 사양 정보를 구조체(13)의 굽힘정도, 빛의 세기, 빛의 각도 및 사용자의 보기 각도 등을 기준으로 각각 매칭시키는 과정(S2520)과, 매칭된 감지 정보와 사양 정보의 동일성을 타진하여 대상물의 위조 여부를 판별하는 과정(S2530)을 포함한다.
또한, 정보제공 DB(200)는 위조방지를 위한 설정된 기준 데이터만을 저장하는 역할을 하는 것이 아니라, 정보 제공 플랫폼으로서의 역할을 수행할 수도 있다.
사용자 모듈(300)은 기초정보 교환부(340)를 통해 구조색의 색상정보 및 색상의 패턴정보와 함께 광결정 구조체(10)의 굽힘정도, 빛의 세기, 빛의 각도 및 사용자의 보기 각도 등의 감지정보들을 숫자, 문자 및 기호 등을 포함하는 식별정보로 변환하여 정보제공 DB(200)에 파라미터화하여 입력함으로써, 사용자가 정보제공 DB(200)에 기저장되어 있던 생산자의 정보들을 열람하게 할 수 있다.(S2600) 이때의 광결정에 구조색이 나타나는 과정 속의 변수들은 입력 파라미터로서 수단화되며, 하나의 인증 수단의 기능을 수행할 수 있다.
나아가, 정보제공 DB(200)는 단순히 생산자 모듈(100)과 사용자 모듈(300) 사이에 인증 또는 위조 여부를 판단하는 1차적인 기준 데이터만을 저장하는 것이 아니라, 1차 판단 과정을 거친 2차 또는 3차의 인증 또는 위조 여부 판단 과정을 수행하는 기준 데이터를 저장할 수 있으며, 이러한 위조 여부 판단 과정은 정보제공 DB(200)를 매개로 하여 생산자 모듈(100)과 사용자 모듈(300) 사이에 쌍방향의 상호작용을 통해 이루어질 수 있다.
구체적으로, 생산자 모듈(100)에 의해 제조된 광결정 구조체(10)가 제공되고, 정보제공 DB(200)에 구조색이 나타나는 굽힘정도, 빛의 세기, 빛의 각도 또는 사용자의 보기 각도 등의 사양정보가 등록된 후, 사용자 모듈(300)은 구조색 감지부(310)의 감지정보와 정보제공 DB(200)에 기저장된 사양정보를 매칭시켜 위조 여부를 판단한다.
이러한 1차적인 위조 여부가 판단되면, 사용자 모듈(300)은 색지수를 기반으로 하여 산출된 파티클(11, 12)의 위치별 색대비 정보 및 파장 정보 등을 숫자, 문자 및 기호를 포함하는 식별 정보로 변환하여 정보제공 DB(200)에 전송하고, 정보제공 DB(200)에 기저장된 정보와 매칭 및 위조 여부를 다시 한 번 판단한다.(S2700)
다시 말해, 1차적으로 숨겨진 상태의 광결정 구조색이 굽힘 정도에 따라 드러나게 되어 정보제공 DB(200)에 저장된 사양정보를 기준으로 위조 여부가 판단되며, 2차적으로 구조색을 통해 산출된 가공 데이터가 다시 정보제공 DB(200)에 전송되어 저장된 또 다른 사양정보를 기준으로 위조 여부가 판단되어 대상물의 진위 여부를 명확히 확인하게 함으로써, 정보제공 DB(200)를 매개로 하여 이중 위조 방지 시스템을 구현할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10 : 제1 광결정 구조체
11 : 파티클 12 : 자기조립체
13 : 제1 구조체
20 : 제2 광결정 구조체
WS : 습윤성 유리기판
100 : 생산자 모듈
200 : 정보제공 DB
300 : 사용자 모듈
310 : 구조색 감지부 320 : 데이터 매칭부
330 : 위조여부 감별부 340 : 기초정보 교환부
350 : 산출정보 제공부

Claims (20)

  1. 대상물의 정보를 색을 통해 제공하기 위하여, 다수의 마이크로 또는 나노 파티클들이 구조체 내에 그레이팅되어 외부로부터 가해지는 압축, 인장 또는 굽힘 하중에 의해 상기 파티클들의 상대 위치가 변화된 상태에서 구조색이 나타나는 광결정을 제공하는 생산자 모듈; 및
    상기 구조색들의 색상정보 또는 색상의 패턴정보를 감지하여 상기 대상물의 정보를 사용자에게 제공하는 사용자 모듈을 포함하고,
    상기 구조색은 상기 파티클들의 상대 위치, 상기 광결정에 입사되는 빛의 세기, 상기 광결정에 입사되는 빛의 각도 및 상기 광결정을 바라보는 사용자의 보기 각도에 따라 각각 다른 색으로 나타나고,
    상기 구조체의 탄성계수(Young`s Modulus)보다 상기 파티클의 탄성계수가 더 크게 형성된 광결정을 이용한 정보 제공 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 파티클들의 상대 위치는 1차원 형태의 이방성 하중 또는 2차원 형태의 등방성 복합 하중이 가해져 변화되는 광결정을 이용한 정보 제공 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 색상의 패턴정보는 문자, 이미지, 바-코드(Bar-code), QR-코드(QR-code)를 포함하며, 상기 파티클들의 변화되는 상대 위치 각각에 매칭된 복수개의 색상패턴정보를 포함하는 광결정을 이용한 정보 제공 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 생산자 모듈로부터 상기 구조색이 나타날 때의 상기 파티클들의 상대 위치 정보, 상기 광결정에 입사되는 빛의 세기, 빛의 각도 및 사용자의 보기 각도에 따라 달라지는 구조색의 색상정보 및 색상의 패턴정보를 포함하는 사양정보를 전송받아 상기 사용자 모듈에 제공하는 정보제공 DB를 더 포함하는 광결정을 이용한 정보 제공 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 사용자 모듈은,
    상기 광결정으로부터 반사되는 구조색들을 감지하여, 상기 구조색의 광결정 내 위치별 색상정보와 색상의 패턴정보가 포함된 감지정보를 생성하는 구조색 감지부; 및
    상기 감지정보와 상기 사양정보를 비교하여, 상기 대상물의 인증 여부 또는 상기 대상물의 위조 여부를 판별하는 위조여부 감별부를 포함하는 광결정을 이용한 정보 제공 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 사용자 모듈은,
    상기 색상정보로부터 색지수(Color index)를 기반으로 산출된 위치별 색대비 정보 및 파장 정보를 숫자, 문자 및 기호를 포함하는 식별정보로 변환하여, 상기 정보제공 DB에 기 저장된 식별정보와 비교함으로써 상기 대상물의 인증 여부 또는 위조 여부를 재차 판별하는 산출정보 제공부를 포함하는 광결정을 이용한 정보 제공 시스템.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 사용자 모듈은,
    상기 광결정으로부터 반사되는 구조색들을 감지하여, 상기 구조색의 광결정 내 위치별 색상정보와 색상의 패턴정보가 포함된 감지정보를 생성하는 구조색 감지부; 및
    상기 감지정보를 상기 정보제공 DB에 입력 파라미터로 제공함으로써, 감지정보에 매칭되는 생산자의 정보를 출력 파라미터로 제공 받는 기초정보 교환부를 포함하는 광결정을 이용한 정보 제공 시스템.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 광결정은 상기 사용자 모듈과 상기 정보제공 DB의 연결을 위한 안내정보를 제공하는 광결정을 이용한 정보 제공 시스템.
  11. 대상물의 정보를 색을 통해 제공하기 위하여, 생산자 모듈이 다수의 마이크로 또는 나노 파티클들이 구조체 내에 그레이팅되어 외부로부터 가해지는 압축, 인장, 또는 굽힘 하중에 의해 상기 파티클들의 상대 위치가 변화된 상태에서 구조색이 나타나는 광결정을 제공하는 단계; 및
    사용자 모듈이 상기 구조색들의 색상정보 또는 색상의 패턴정보를 감지하여 상기 대상물의 정보를 사용자에게 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 구조색은 상기 파티클들의 상대 위치, 상기 광결정에 입사되는 빛의 세기, 상기 광결정에 입사되는 빛의 각도 및 상기 광결정을 바라보는 사용자의 보기 각도에 따라 각각 다른 색으로 나타나고,
    상기 구조체의 탄성계수(Young`s Modulus)보다 상기 파티클의 탄성계수가 더 크게 형성된 광결정을 이용한 정보 제공 방법.
  12. 삭제
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 파티클들의 상대 위치는 1차원 형태의 이방성 하중 또는 2차원 형태의 등방성 복합 하중이 가해져 변화되는 광결정을 이용한 정보 제공 방법.
  14. 삭제
  15. 청구항 11에 있어서,
    기 색상의 패턴정보는 문자, 이미지, 바-코드, QR-코드를 포함하며, 상기 파티클들의 변화되는 상대 위치 각각에 매칭된 복수개의 색상패턴정보를 포함하는 광결정을 이용한 정보 제공 방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 광결정을 제공하는 단계 이후,
    정보제공 DB가 상기 생산자 모듈로부터 상기 구조색이 나타날 때의 상기 파티클들의 상대 위치 정보, 상기 광결정에 입사되는 빛의 세기, 빛의 각도 및 사용자의 보기 각도에 따라 달라지는 구조색의 색상정보 및 색상의 패턴정보를 포함하는 사양정보를 전송받아 상기 사용자 모듈에 제공하는 단계를 더 포함하는 광결정을 이용한 정보 제공 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 사용자 모듈이 대상물의 정보를 사용자에게 제공하는 단계는,
    구조색 감지부가 상기 광결정으로부터 반사되는 구조색들을 감지하여, 상기 구조색의 광결정 내 위치별 색상정보와 색상의 패턴정보가 포함된 감지정보를 생성하는 단계; 및
    위조여부 감별부가 상기 감지정보와 상기 사양정보를 비교하여, 상기 대상물의 인증 여부 또는 상기 대상물의 위조 여부를 판별하는 단계를 포함하는 광결정을 이용한 정보 제공 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 사용자 모듈이 대상물의 정보를 사용자에게 제공하는 단계는,
    산출정보 제공부가 상기 색상정보로부터 색지수(Color index)를 기반으로 산출된 위치별 색대비 정보 및 파장 정보를 숫자, 문자 및 기호를 포함하는 식별정보로 변환하여, 상기 정보제공 DB에 기 저장된 식별정보와 비교함으로써 상기 대상물의 인증 여부 또는 위조 여부를 재차 판별하는 단계를 포함하는 광결정을 이용한 정보 제공 방법.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 사용자 모듈이 대상물의 정보를 사용자에게 제공하는 단계는,
    구조색 감지부가 상기 광결정으로부터 반사되는 구조색들을 감지하여, 상기 구조색의 광결정 내 위치별 색상정보와 색상의 패턴정보가 포함된 감지정보를 생성하는 단계; 및
    기초정보 교환부가 상기 감지정보를 상기 정보제공 DB에 입력 파라미터로 제공함으로써, 감지정보에 매칭되는 생산자의 정보를 출력 파라미터로 제공 받는 단계를 포함하는 광결정을 이용한 정보 제공 방법.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 광결정을 제공하는 단계 이후,
    상기 광결정이 상기 사용자 모듈과 상기 정보제공 DB의 연결을 위한 안내정보가 제공하는 단계를 더 포함하는 광결정을 이용한 정보 제공 방법.
KR1020190020636A 2018-12-31 2019-02-21 광결정을 이용한 정보 제공 시스템 및 이를 이용한 정보 제공 방법 KR102212222B1 (ko)

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