KR102434846B1

KR102434846B1 - 내수성 및 내오염성이 개선된 가변형 이종 표면 복합체 및 이를 이용한 위변조 방지 장치

Info

Publication number: KR102434846B1
Application number: KR1020210027537A
Authority: KR
Inventors: 김태성; 박준규; 정영훈; 이인숙; 김석형; 김광호
Original assignee: 엔비에스티(주); 울산과학기술원
Priority date: 2021-03-02
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2022-08-22
Also published as: CN113002205A; CN113002205B

Abstract

본 발명은 가변형 이종 표면 복합체에 관한 것으로, 본 발명은 가변형 이종 표면 복합체에 있어서, 플렉서블한 저경질소재로 형성되며, 고주름영역과 저주름영역을 포함하는 베이스기재; 상기 고주름영역의 상부에 패턴 형성되어 있으며, 상기 저경질소재보다 큰 영률을 가지는 고경질소재로 형성되는 고경질층; 및 상기 저주름영역과 상기 고경질층을 덮으며, 상기 저경질소재보다는 크고 상기 고경질소재보다는 작은 영률을 가지며 아크릴을 포함하는 중경질소재로 형성된 중경질층;을 포함하고, 상기 중경질소재는 동일한 시편을 기준으로 상기 아크릴 보다 항복강도와 인장강도와 충격강도 및 전단강도 중 적어도 어느 하나 가 더 큰 보강물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가변형 이종 표면 복합체에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 가변형 이종 표면 복합체는, 상기 중경질층과 상기 고경질층에 주름이 형성되도록 외력이 가해지면, 상기 영률 차에 따른 각 경질층의 상이한 응력분포와 표면 변형률에 의해 각 경질층에 버클링 효과가 나타나 상기 고경질층과 상기 중경질층에 서로 다른 크기의 파장을 갖는 주름들이 각각 형성되되, 고경질층의 주름들이 상기 중경질층의 주름들보다 큰 파장을 갖도록 형성되며, 상기 주름들의 배열에 의해 서로 다른 형태의 그레이팅 구조들이 각각 형성된 상기 고주름영역과 상기 저주름영역에서 입사광에 의한 서로 다른 구조색들이 발현되어 이미지를 형성하는 것을 특징으로 하며, 외부자극에 반응하여 위변조 여부를 판단하는 본 발명의 위변조 방지 장치에서 외부자극과 맞닿는 중경질층의 물성을 개선함으로써 위변조 방지 장치의 지문, 먼지 등에 의한 오염을 막을 수 있고, 내구도를 향상시킴으로써 불량품 발생률을 현저히 낮출 수 있다는 장점이 있다.

Description

내수성 및 내오염성이 개선된 가변형 이종 표면 복합체 및 이를 이용한 위변조 방지 장치 {Transfomable heterogeneous surfaces composite with improved water resistance and contamination resistance and anti-fake device using the same}

본 발명은 내수성 및 내오염성이 개선된 가변형 이종 표면 복합체 및 이를 이용한 위변조방지 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부자극에 의해 특정 정보의 발현/미발현의 전환이 가능한 가변형 이종 표면 복합체에서 외부자극을 직접적으로 받는 부분의 물성을 개선하여 제품의 유통 및 보관 환경에서 발생할 수 있는 오염, 불량품 발생률을 현저히 낮출 수 있는 가변형 이종 표면 복합체 및 이를 이용한 위변조방지 장치에 관한 것이다.

현대에 이르러 기술의 발전에 따른 다양한 신제품이 개발되고 있으며, 개발된 제품들의 거래는 온라인을 통해 활발히 이루어지고 있다. 그러나, 불행히도 복제기술 또한 큰 발전을 이루어 진품과 복제품의 구분이 어려워지고 있는 실정이다. 고가 제품의 경우 다양한 위조방지 기술이 적용되고 있으나, 대량유통이 불가피한 다소 저가의 제품의 경우, 이를 적용하기 어려운 문제가 있으며, 식품, 의료품, 화장품과 같은 품목의 경우 사람의 건강 나아가 생명과 직결되어 사회적인 관심이 필요할 것으로 보인다.

위변조 방지 기술 중 일반적으로 많이 사용되고 있는 포토닉 크리스탈 기반 패턴을 적용한 위변조 방지 시스템의 경우 빛의 존재 하에서 항상 시인이 되며, 이는 정보의 숨김에는 적합하지 않아 위변조방지 시스템으로서의 활용도는 제한된다는 단점이 있었다.

이에 다양한 외부자극(인장, 압축, 굽힘, 비틀림 등)에서 빠른 응답성을 가지는 새로운 방식의 위변조방지 장치에 대해서 많은 개발이 이루어지고 있다. 그러나, 외부자극에 대한 응답성을 가지는 위변조 방지 장치의 경우, 외부자극이 가해지는 부분의 지문, 먼지 등에 의한 오염이 쉽고, 또한 수분의 접촉에 취약하여 위변조 방지 시스템의 반영구적인 사용에는 일부 제약이 존재하였다. 한편, 이 같은 문제점을 해결하기 위해 다양한 재료를 적용하여 내오염성을 개선할 수 있더라도 외부자극에 의해 복합체의 변형이 쉽게 일어나는 문제점이 있었다. 따라서, 외부자극과 직접적으로 맞닿는 부분의 물성 개선이 필요한 실정이다.

(특허문헌 0001) 『대한민국공개특허공보 제10-2018-0126710호, 발명의 명칭: 광결정 필름과 이의 제조방법 및 이를 포함하는 위조방지 물품, (공개일: 2018년11월28일, 출원인: 한국조폐공사, 한국과학기술원)』

본 발명은 광 홀로그램 제공 수단을 외부자극에 따라 이미지가 숨겨지거나 보여지기도 함은 물론 외부자극에 의한 응력분포와 그에 따른 변형률이 설정된 영역마다 상이하게 형성되도록 함과 동시에 내수성 및 내오염성을 향상시킬 수 있는 소수성 재료의 사용을 통해 지문, 먼지 등에 의한 오염을 방지하고, 특정 물성을 갖는 경질소재를 사용하여 내구성 향상시켜 반영구적으로 사용할 수 있는 가변형 이종 표면 복합체 및 이를 이용한 위변조 방지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명은, 플렉서블한 저경질소재로 형성되며, 고주름영역 및 고주름영역과 인접한 저주름영역을 포함하는 베이스기재; 상기 고주름영역의 상부에 패턴으로 형성되며, 상기 저경질소재보다 큰 영률을 가지는 고경질소재로 형성되는 고경질층; 및 상기 저주름영역과 상기 고경질층을 덮으며, 상기 저경질소재보다는 크고 상기 고경질소재보다는 작은 영률을 가지며, 아크릴을 포함하는 중경질소재로 형성된 중경질층;을 포함하고 상기 중경질소재는 동일한 크기 및 형태의 시편을 기준으로 상기 아크릴보다 항복강도, 인장강도, 충격강도 및 전단강도 중 적어도 어느 하나가 더 큰 보강물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가변형 이종 표면 복합체를 제공한다.

본 발명에 다른 일 측면에 따르면, 본 발명은, 플렉서블한 저경질소재로 형성되며, 고주름영역 및 고주름영역과 인접한 저주름영역을 포함하는 베이스기재를 준비하는 단계; 상기 고주름영역의 상부에 패턴으로 형성되며, 상기 저경질소재보다 큰 영률을 가지는 고경질소재로 형성되는 고경질층을 형성하는 단계; 상기 저주름영역과 상기 고경질층을 덮으며, 상기 저경질소재 보다는 크고 상기 고경질소재보다는 작은 영률을 가지고, 아크릴을 포함하는 중경질소재로 형성된 중경질층을 형성하는 단계; 고경질층 및 중경질층을 경화시켜 복합체를 제작하는 단계를 포함하는 가변형 이종 표면 복합체 제조방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 상술한 해결수단의 가변형 이종 표면 복합체가 포함된 위변조 방지 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 외부자극에 의해 고경질층에 버클링 타입의 불안정성에 기반한 주름 패턴이 형성되는 특성을 이용하여 특정 이미지를 형성할 수 있는 구조색을 능동적으로 숨기거나 보이게 함으로써, 기존 수동적인 광 홀로그램 위변조 방지 장치의 위변조 방지를 위한 자유도를 높일 수 있다.

둘째, 외부자극에 반응하여 위변조 여부를 판단하는 본 발명의 위변조 방지 장치에서 외부자극과 맞닿는 중경질층의 물성을 개선함으로써 위변조 방지 장치의 지문, 먼지 등에 의한 오염을 막을 수 있는 장점이 있다.

셋째, 외부자극에 반응하여 위변조 여부를 판단하는 본 발명의 위변조 방지 장치의 내오염성 및 내구도를 향상시킴으로써 불량품 발생률을 현저히 낮출 수 있고, 반영구적 사용이 가능하다는 장점이 있다.

넷째, 중경질 소재로 아크릴만을 사용한 경우에 비해, 아크릴 및 아크릴보다 항복강도, 인장강도, 충격강도 및 전단강도 중 적어도 어느 하나 가 더 큰 보강물질과의 복합체를 사용하여 외부자극에 의한 변형에 대해 높은 파괴 응력 및 변형률을 가질 수 있으며, 아크릴과 유사한 투과율을 갖는 보강물질의 사용으로 인해 간의 유사한 투과율로 인해 빛의 투과도도 유지할 수 있다.

다섯째, 단단한 고경질층 패턴을 잉크젯 또는 실크 스크린 프린팅 방식으로 인쇄하면, 보다 저렴하고 간편한 그레이팅 복합체를 제작할 수 있는 효과를 포함한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 이종 표면 복합체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 중경질소재로 아크릴만을 단독으로 사용한 가변형 이종 표면 복합체에 외부자극(굽힘)을 가하였을 때, crack이 발생하는 것을 도식화하여 나타낸 것이며,
도 6은 crack이 발생했을 때의 가변형 이종 표면 복합체의 실제 표면을 나타낸 것으로, 필름 중간 영역을 투과하는 빛이 약하고 불투명한 색을 띄는 것을 통해 crack이 발생하였음을 확인할 수 있다.
도 7은 중경질소재로 아크릴과 셀룰로오스를 혼합한 복합체를 사용한 가변형 이종 표면 복합체(100)로, 외부자극이 가해지더라도 내부 소재에 crack이 발생하지 않아 가변형 이종 표면 복합체(100)의 표면이 깨끗한 것을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 이종 표면 복합체에서 내오염성 및 내수성 테스트를 진행한 결과를 나타낸다. 수차례 물에 세척 후에도 패턴이 그대로 유지가 되는 것을 확인할 수 있고, 또한 반복적으로 문질렀을 때에도 필름 성능에 영향을 주지 않고, 위조방지 기능이 제대로 작동하는 것을 확인할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 도 1 내지 도 4를 참조하여 내구성 및 내오염성이 향상된 가변형 이종 표면 복합체 (100)를 제조하는 방법에 대해 설명한다.

내구성 및 내오염성이 개선된 가변형 이종 표면 복합체(100)를 제조하기 위하여, 우선 본 발명의 가변형 이종 표면 복합체를 적층시킬 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 재질의 기판(RB)을 준비한다.

이후, 도 2(a)에 따라 기판(RB)의 상면에 에폭시 (Epoxy, EPU)를 경화시켜 베이스기재(111)를 형성한다. 여기서, 상기 베이스기재는 외부자극에 의해 기판과 분리되어 가변형 이종 표면 복합체가 파괴되지 않는 관점에서 200 내지 300 ㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 베이스기재는 외부자극에 의해 그 형태의 변형이 쉬운 구조(플렉서블)를 가져야 하는데, 상기 범위를 초과하는 두께를 가질 경우, 제조 원가가 상승되며, 두께가 두꺼워져 필름으로써 사용하기에 적합하지 않고, 나아가 외부자극, 예컨대 굽힘에 의한 자극이 있을 때, 가변형 이종 표면 복합체가 잘 구부러지지 않는 단점이 있다. 한편, 베이스기재가 상기 범위 미만의 두께를 가질 경우, 내구성이 약해져 외부자극에 의해 가변형 이종 표면 복합체가 파괴될 수 있고, 기재 자체의 안정성(stability)이 떨어져 굽힘에 의한 주름 형성 시, 균일한 사이즈의 주름이 아닌 random 사이즈의 주름이 형성될 수 있어, 필름 표면에서 패턴 발현 시 패턴의 시인성이 떨어진다는 단점이 있다.

여기서, 상기 가변형 이종 표면 복합체 가해질 수 있는 외부자극은 굽힘 하중을 비롯한 압축, 인장, 또는 비틀림 하중의 단일 하중이거나, 둘 이상의 복합 하중일 수 있으며, 복합체에 형성되는 압축된 변형은 이러한 압축, 인장, 굽 힘 또는 비틀림 하중에 의한 변형일 수 있다.

한편, 베이스기재(111)를 형성하는 단계는, EPU의 주재료와 경화제를 10:1의 비율로 섞은 후, 기포를 제거하는 과정과, EPU의 낮은 Surface energy 때문에 단일의 EPU는 접착성이 떨어지는 문제를 해결하기 위해, Vinyl기와 백금을 섞어준 후, 기포를 제거하여 상부에 형성될 고경질층(112)과의 접착력을 높여주는 과정과, 상술한 기판(RB) 위에 부어 경화시키는 과정을 포함한다. 아울러, 상부에 형성되는 고경질층(112) 과의 계면 결합을 강화하기 위해 경화된 베이스기재(111)를 플라즈마 처리하는 과정을 더 포함하는 것이 바람직하며, 이렇게 형성된, 베이스기재(111)의 영률은 10 내지 20 Mpa의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

다음으로, 베이스기재(111)의 상면 중 고주름영역(FHW)에 고경질소재를 프린팅하여 고경질층(112)을 패턴 형성한다. (도 2(b) 참조) 여기서, 상기 고경질소재는 베이스기재보다 훨씬 경질도가 높은 소재를 사용하며, 따라서 큰 영률 값, 예컨대 60 Gpa 내지 80Gpa 범위의 영률을 갖는 소재를 사용하는 것이 바람직하다. 고경질소재로 사용될 수 있는 대표적인 소재는 셀룰로오스이다.

본 발명의 어느 한 실시예를 기초로 고경질층을 형성하는 과정을 구체적으로 설명하면, 고경질층(112)을 형성하는 단계는 정제수(DI water)에 셀룰로오스(Cellulose) 분말과 아세트산(Acetic acid)을 혼합하여 고경질소재를 제조하는 단계(도 3 참조), 소수성 표면인 EPU 상부 표면에 친수성 셀룰로오스 용액을 프린팅 하기 전 EPU에 플라즈마 처리를 하여 셀룰로오스 액적이 접촉하는 면적을 넓히고, EPU와 셀룰로오스 사이의 접착력을 높이는 단계(도 2(a) 및 도 2(b) 참조), 잉크젯 프린터를 이용하여 상기 고경질소재를 베이스기재(111)에 생성된 바이너리 패턴대로 인쇄하는 단계를 포함한다. 이와 같이 형성된 고경질층은 200 내지 400 nm,바람직하게는 200 내지 300 nm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 고경질층의 두께는 고경질층에 형성되는 주름과도 밀접한 관계가 있다. 후술하는 바와 같이, 고경질층에 형성되는 주름은 Buckling theory의 공식에 따라 각 층을 이루는 소재의 영률 비 및 두께에 의해 결정이 되는데, 고경질층이 200 내지 300nm을 가질 경우, 필름 외부에 표시되는 패턴의 시인성이 매우 향상되는 것을 발견하였다.

도 2(c)를 참조하면, 아크릴(Acrylic) 용액과 아크릴보다 항복강도, 인장강도, 충격강도 및 전단강도 중 적어도 어느 하나가 더 큰 보강물질을 혼합하여 고경질소재보다 영률은 낮으나 굴절률은 대체로 유사한 중경질소재를 베이스기재(111)의 상면 전체에 함침시켜, 상술한 고주름영역(FHW)으로부터 고주름영역(FHW)에 인접한 저주름영역 (FLW)에 걸쳐 중경질층(113)을 형성한다. 상기 보강물질로 사용될 수 있는 대표적인 소재는 셀룰로오스이다. 즉, 보강물질은 고경질소재와 동일할 수도 있는데, 고경질소재와 동일한 소재를 사용함으로써 고경질층과 중경질층의 접착력을 높일 수 있다.

본 발명의 어느 한 실시예를 기초로 중경질층을 형성하는 과정을 구체적으로 설명하면, 정제수에 연성 소재(저경질소재)인 아크릴(Acrylic)을 혼합하고 뜨거운 물에 녹여 아크릴(Acrylic) 수용액을 만든다. 이후, 만들어진 아크릴(Acrylic) 수용액을 보강물질(셀룰로오스)과 혼합하여 상기 고경질소재보다 영률은 낮으나 굴절률은 대체로 유사한 중경질소재를 생성하는 단계(도 4 참조)과, 생성된 중경질소재를 고경질층(112)이 형성된 베이스기재(111)에 함침시키기 전, 베이스기재(111)를 플라즈마 처리하여 중경질층(113)과 고경질층(112) 및 베이스기재(111) 간의 계면 결합력을 높이는 단계, 생성된 중경질소재를 고주름영역(FHW)으로부터 고주름영역(FHW)과 인접한 저주름영역(FLW)에 걸쳐 함침시키기나, 베이스기재(111)의 상면 전체에 함침시키는 단계를 포함한다. 여기서, 중경질소재를 함침시키는 과정은 스핀 코팅(Spin coating) 방식, 블레이드(Blade) 코팅 방식, 스프레이(Spray) 코팅 방식 또는 딥(Dip) 코팅 방식 등을 이용할 수 있다. 이렇게 형성된 중경질층은 내구성 관점에서 2 내지 7㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 중경질층에 포함된 아크릴은 지문이나 수분 등에 강한 내오염성을 가지지만, 외부자극에 의해 소성변형이 발생하여 crack이 생성되기 쉬운 특징을 가지고 있다. 따라서, 중경질층이 상기 두께 범위를 초과하는 경우, 중경질층 내 아크릴 함량이 높아져 외부자극에 의해 crack이 생기기 쉽다는 단점이 있기 때문에 상기 두께범위를 갖는 것이 바람직하다. 마찬가지로 상기 중경질층의 두께는 중경질층에 형성되는 주름과도 밀접한 관계가 있다. 후술하는 바와 같이, 중경질층에 생성되는 주름도 Buckling theory의 공식에 따라 각 층을 이루는 소재의 영률 비 및 두께에 의해 결정이 되는데, 중경질층이 2 내지 7㎛의 두께를 가질 경우, 외부 자극이 가해질 때, 필름 표면에 표시되는 패턴의 시인성이 매우 향상되는 것을 발견하였다.

도 2를 참조하면, 상술한 바와 같이, 기판(RB) 위에 생성된 베이스기재(111)의 고주름영역(FHW)에 고경질소재가 프린팅되어 고경질층(112)을 형성하고, 고주름영역(FHW)으로부터 인접한 저주름영역(FLW)에 걸쳐 중주름소재를 함침시켜 중경질층(113)을 형성한 후, 고경질층(112)과 함께 중경질층(113)을 경화시켜 복합체(100)를 제작한다.

위 제조방법과 같이, 중경질소재로 아크릴 및 아크릴보다 항복강도, 인장강도, 충격강도 및 전단강도 중 적어도 어느 하나가 더 큰 보강물질을 혼합한 복합체를 사용하는 경우에는 내구성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다. 도 5는 중경질소재로 아크릴만 사용한 경우, 굽힘에 의한 외부자극 시, 소성변형이 발생하여 중경질층에 crack이 생성되는 것을 나타낸다. 이와 같이 형성된 crack은 가변형 이종 표면 복합체의 표면을 뿌옇게 만들어 내구성 및 위변조 방지 기능을 약화시킬 수 있다 (도 6 참조). 이에 반해 아크릴 및 아크릴보다 항복강도, 인장강도, 충격강도 및 전단강도 중 적어도 어느 하나가 더 큰 보강물질을 혼합한 복합체를 중경질소재로 사용하는 경우, 외부자극에 의한 변형에 대해 높은 파괴 응력 및 변형률을 가질 수 있고, 이와 동시에 둘 간의 유사한 투과율로 인해 빛의 투과도 역시 유지할 수 있는 장점이 있다. 도 7은 중경질소재로 아크릴과 셀룰로오스를 혼합한 복합체를 사용한 가변형 이종 표면 복합체(100)로, 외부자극이 가해지더라도 내부 소재에 crack이 발생하지 않아 가변형 이종 표면 복합체(100)의 표면이 깨끗한 것을 나타낸다.

이하에서는, 상술한 제조방법을 이용하여 제작된 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 이종 표면 복합체(100)에 대해 설명한다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명은 하중의 변형에 의해 형성되는 구조물 표면의 주름 구조가 구조 색을 나타내는 그레이팅 구조로 사용되도록 하되, 영률의 차이에 따른 다른 파장을 갖는 여러 주름 배열에 의한 그레이팅 구조로 생성되도록 함으로써, 여러 그레이팅 구조들이 서로 다른 구조색과 그 구조색에 의한 이미지를 형성하도록 하여 압력에 따라 반응하는 능동적인 숨김-보임되는 광 홀로그램을 제공함과 동시에 내수성 및 내오염성을 향상시킬 수 있는 소수성 재료의 사용을 통해 지문, 먼지 등에 의한 오염을 방지하고, 내구성 향상을 통해 반영구적으로 사용할 수 있는 위변조 방지 장치에 관한 것으로, 상술한 바와 같은 물성을 갖는 베이스기재(111), 고경질층(112) 및 중경질층(113)을 포함한다.

상기 베이스기재(111)는 연성물질인 저경질소재로 플렉서블하게 형성되어 외력에 의해 그 형태가 변형되기 쉽다. 이 때, 베이스기재(111)를 이루는 저경질소재는 EPU, 폴리우레탄(Polyurethane) 및 고무 계열의 고분자 물질 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 구체적으로, 저경질소재는 EPU, 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리우레아(polyurea), 멜라민수지(melamine resin), 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane) 중 1개 이상을 혼합한 고분자 중 어느 하나가 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 베이스기재는 200 내지 300 ㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 베이스기재는 외력에 의해 그 형태의 변형이 쉬워야 하는데, 상기 범위를 초과하는 두께를 가질 경우, 외부자극, 예컨대 굽힘에 의한 자극이 있을 때, 본 발명의 복합체가 잘 구부러지지 않는 단점이 있고, 베이스기재가 상기 범위 미만의 두께를 가질 경우, 외부자극에 의해 본 발명의 복합체가 파괴될 수 있다는 단점이 있다.
고경질층(112)은 경질물질인 고경질소재로 단단하게 형성되어 베이스기재(111)의 형태가 변형될 때 그 물성의 차이에 의해 표면에 마이크로 크기의 주름들이 형성되어, 그 주름들의 배열에 의한 그레이팅 구조를 형성한다. 이 때, 고경질소재는 베이스기재보다 훨씬 경질도가 높은 소재를 사용하며, 따라서 큰 영률 값, 예컨대 60 Gpa 내지 80Gpa 범위의 영률을 갖는 소재를 사용하는 것이 바람직하다. 고경질소재로 사용될 수 있는 대표적인 소재는 셀룰로오스이다. 한편, 상기 고경질층은 200 내지 300 nm의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

삭제

중경질층(113)은 고경질소재보다 영률이 낮은 중경질소재로 고경질소재보다는 조금 무르게 형성되어 베이스기재(111)의 형태가 외력에 의해 변형될 때, 그 물성의 차이에 의해 표면에 나노 크기의 주름들이 형성되어, 그 주름들의 배열에 의한 그레이팅 구조를 형성한다. 이 때, 중경질소재는 아크릴(Acrylic)과 아크릴보다 항복강도, 인장강도, 충격강도 및 전단강도 중 적어도 어느 하나가 더 큰 보강물질을 혼합하여 고경질소재보다 영률은 낮으나 굴절률은 대체로 유사한 중경질소재를 사용한다. 상기 보강물질로 사용될 수 있는 대표적인 소재는 셀룰로오스이다. 즉, 중경질소재에 포함되는 보강물질은 고경질소재와 동일할 수도 있는데, 고경질소재와 동일한 소재를 사용함으로써 고경질층과 중경질층의 접착력을 높일 수 있는 장점이 있다.

상술한 바와 같이, 베이스기재(111)에 비해 고경질층(112)과 중경질층(113)이 상대적으로 높은 영률을 가지며, 유사한 굴절률을 가지는 것이 바람직하다. 이 때, 베이스기재(111)와 고경질층, 중경질층의 영률의 차이는 100배 이상으로 형성되는 것이 나노 크기 이상의 주름을 형성하는 데 유리하다.

한편, 중경질층(113)이 고경질층(112) 또는 베이스기재(111)의 96% 내지 104%의 굴절률을 갖게 하여야 광 홀로그램 이미지를 입력에 따라 반응하도록 하는 능동적 숨김-보임 구조를 구현할 수 있다. 구체적으로, 두 경질층들(112, 113)은 외부에서 자극이 가해지지 않은 상태에서는 주름 배열에 따른 그레이팅 구조가 형성되지 않아, 구조색이 나타나지 않는 (Covert) 0차원 격자로 존재한다. 이는 베이스기재(111)와 두 경질층들 (112, 113)의 동일 또는 유사한 굴절률(R/Cellulose - R/EPU = 0.03)로 인한 투과적 투명성에 의해 입사광이 대부분 투과하기 때문이다. 이에, 주름 배열에 의해 형성되는 그레이팅 구조에 의한 구조색이 나타나지 않은 상태에서 두 경질층들 (112, 113)은 베이스기재(111)에 내 완전하게 숨겨질 수 있다.

또한, 본 발명의 복합체에서 그레이팅 구조를 형성하는 주름 형성 원리를 살펴보면, 플렉서블한 베이스기재에 외력이 가해져 경질층들(112, 113) 방향으로 굽힘 하중이 가해지면, 얇고 강성인 경질층들(112, 113)과 경질층들(112, 113)보다 두껍고 연성인 베이스기재의 기계적인 물성의 부조화로 인한 경질층들(112, 113)에서 버클링(Buckling) 타입의 불안정성(instability)에 의해 주기 적인 폭을 갖는 주름 배열 패턴이 형성된다.

여기서, 주름 배열의 주기성 λ는 두 경질층들(112, 113)의 두께(h)와, 두 경질층들(112, 113)의 탄성 계수(Ef) 및 선형 좌굴 이론을 통해 예측할 수 있는 베이스기재(111)의 탄성 계수(Es)에 의해 다음과 같이 결정된다.

[수학식 1]

여기서,

는 평면 변형 계수이며 E/(1-v ² ) 로 정의된다. v는 포아송 비율이다. 이러한 수학식 1은 표면 주기 현상의 모델을 보여주며 가변형 이종 표면 복합체(100)의 주기성을 예측하게 한다. 세부적으로, 본 발명의 두 경질층들(112, 113)과 베이스기재(111)가 복합된 가변형 이종 표면 복합체(100)는 베이스기재(111)의 영률에 비해 두 경질층들(112, 113)의 영률이 매우 높기 때문에 두 경질층(112, 113)을 강성을 가진 필름층으로 간주할 수 있으며, 주름의 각 파장의 크기(폭)는 두 경질층들(112, 113)과 베이스기재(111)의 영률(E)의 상대적인 차이와 두께(h)의 상대적인 차이에 따라 결정된다.

여기서, 베이스기재, 고경질층, 중경질층의 영률(E)과 두께(h)의 상대적인 차이가 있기 때문에 주름 배열 패턴은 상이하게 형성된다. 상기한 차이로 인해 고경질층(112)이 형성된 고주름영역(FHW)에 형성되는 주름 구조(마이크로 단위)와, 중경질층(113)이 형성된 저주름영역(FLW)에 형성되는 주름 구조(나노 단위)가 달라지게 되고, 이로 인해 구조색의 채도, 나타내는 이미지가 상이하게 된다.

100 : 가변형 이종 표면 복합체 111 : 베이스기재 112 : 고경질층
113 : 중경질층 FHW : 고주름영역 FMW : 저주름영역

Claims

플렉서블한 저경질소재로 형성되며, 고주름영역과 저주름영역을 포함하는 베이스기재;
상기 고주름영역의 상부에 패턴 형성되어 있으며, 상기 저경질소재보다 큰 영률을 가지는 고경질소재로 형성되는 고경질층; 및
상기 저주름영역과 상기 고경질층을 덮으며, 상기 저경질소재 보다는 크고 상기 고경질소재보다는 작은 영률을 가지며 아크릴을 포함하는 중경질소재로 형성된 중경질층;을 포함하고,
상기 중경질소재는
동일한 크기 및 형태의 시편을 기준으로 상기 아크릴보다 항복강도와 인장강도와 충격강도 및 전단강도 중 적어도 어느 하나가 더 큰 보강물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가변형 이종 표면 복합체.
제1항에 있어서,
상기 고경질소재는 셀룰로오스의 고분자 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는, 가변형 이종 표면 복합체.
제2항에 있어서,
상기 중경질층에 포함되는 보강물질은 상기 고경질소재와 동일한 것을 특징으로 하는, 가변형 이종 표면 복합체.
제2항에 있어서,
상기 중경질소재는 보강물질과 아크릴이 혼재되어 있는 복합체(composite)인 것을 특징으로 하는, 가변형 이종 표면 복합체.
제1항에 있어서,
상기 베이스기재는 200 내지 300 ㎛의 두께를 갖고,
상기 고경질층은 200 내지 400 nm의 두께를 갖고,
상기 중경질층은 2 내지 7㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 가변형 이종 표면 복합체.
제1항에 있어서,
상기 가변형 이종 표면 복합체는 압축, 인장, 굽힘 및 비틀림 중 어느 하나의 단일 하중 또는 둘 이상의 복합 하중에 의해 주름이 형성되고, 상기 주름으로 인해 그레이팅 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는, 가변형 이종 표면 복합체.
제6항에 있어서,
상기 가변형 이종 표면 복합체는, 상기 베이스기재가 상기 중경질층, 고경질층의 96% 내지 104%의 굴절률을 갖도록 형성되어, 하중에 의해 상기 그레이팅 구조가 형성되지 않으면, 고경질층과 상기 중경질층이 상기 베이스기재의 색과 유사 또는 동일한 색을 나타내어 상기 베이스기재에 숨겨(Covert)지는 것을 특징으로 하는, 가변형 이종 표면 복합체.
제1항에 있어서,
상기 베이스기재는, EPU, 폴리우레탄(Polyurethane) 및 고무 계열의 고분자 물질 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는, 가변형 이종 표면 복합체.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 가변형 이종 표면 복합체를 포함하는 위변조방지 장치.
제9항에 있어서, 상기 가변형 이종 표면 복합체는 필름 형태인 것을 특징으로 하는 위변조방지 장치.