KR102599485B1 - 광학 가변 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광학 가변 소자에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광학 가변 소자는, 돌기부; 및 돌기부의 하단이 연결되는 기재부;를 포함하고, 기재부 상에 돌기부의 일부와 선택적으로 반응 또는 흡착하는 반응부가 배치되며,외부에서 인가되는 에너지로 돌기부의 각도 또는 형태가 변화됨에 따라, 특정 각도에서 광특성이 변화하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 광학 가변 소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 외부에서 인가되는 에너지로 돌기부의 각도 또는 형태가 변화하여 광특성이 변화되는 광학 가변 소자에 관한 것이다.
외부에서 가해지는 자극에 따라 색상이 변화되는 다양한 표시 소자가 소개되고 있다. 유기발광 디스플레이(OLED)는 외부의 전기신호(전류)에 따라 발광색이 변화되고, 전자잉크 디스플레이(E-Ink)는 외부의 전기신호(전압)에 따라 반사색이 변화될 수 있다. 또 한편, 유체 내에 자성체를 포함하는 입자를 분산시킨 뒤 외부에서 자기장을 인가하여 색상 또는 정보를 표시하는 소자들도 개발 및 활용되고 있다.
위와 같은 표시 소자들은 색상을 구현하기 위해 사용자가 외부에서 전기장/자기장 등 에너지원을 인가할 수 있는 TFT 등의 복잡한 수단을 구비해야 하는 문제점이 있었다. 또는, 전기장/자기장 등의 에너지원을 인가할 수 있는 수단을 별도로 구비하거나, 소자 내에 부속시키는 경우 소자가 복잡해지고 크기가 커지게 되는 문제점이 있었다.
한편, 염료(pigment)를 이용하여 표시 소자를 구현하는 경우, 구현하려는 색상에 해당되는 다양한 염료를 적용해야 할 필요가 있다. 전자책 같은 경우 2가지의 색을 구현하기 위해 상이한 특성을 가지는 2가지의 염료를 사용해야 하므로 제조 공정이 복잡해지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 간단한 구조를 가지며, 외부의 에너지 인가에 따라 다양한 색 변화가 가능한 광학 가변 소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 상기의 목적은, 적어도 하나의 돌기부; 및 돌기부의 하단이 연결되는 기재부;를 포함하고, 기재부 상에 돌기부의 일부와 선택적으로 반응 또는 흡착하는 반응부가 배치되며, 외부에서 인가되는 에너지로 돌기부의 각도 또는 형태가 변화됨에 따라, 특정 각도에서 광특성이 변화하는, 광학 가변 소자에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌기부의 단부가 반응부를 매개로 기재부 상에 세워진 상태에서, 돌기부의 각도 또는 형태가 변화될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌기부는 아래 (1) 내지 (4) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
(1) OVP(Optical Variable Pigment), (2) 광결정 구조, (3) 상이한 광특성을 가지는 복수층의 판상(flake) 구조, (4) 운모(Mica), TiOx, AgOx, SiOx, FeOx, AlOx, Fe, Ni, Co, Al, Ag 중 적어도 하나의 재질.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌기부는 상이한 광특성을 가지는 적어도 두개의 면을 포함하고, 돌기부가 기울어지며 소정 각도에서 광특성이 변화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌기부의 면은 각각 상이한 자성과 상이한 광특성을 가지는 적어도 두개의 면을 포함하고, 외부에서 인가되는 자성에 따라 돌기부가 기울어지며 소정 각도에서 광특성이 변화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌기부의 하단에는 연결부가 형성되고, 연결부는 반응부와 선택적으로 반응 또는 흡착할 수 있다.
그리고, 본 발명의 상기의 목적은, 복수의 돌기부; 및 복수의 돌기부의 하단과 일체로 연결된 기재부;를 포함하고, 외부에서 인가되는 에너지로 돌기부의 각도 또는 형태가 변화됨에 따라, 특정 각도에서 광특성이 변화하는, 광학 가변 소자에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌기부 및 기재부는 아래 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 방법으로 형성할 수 있다.
(1) 돌기부의 역상인 패턴을 가지는 모재로 기재를 임프린팅(imprinting)하여 형성, (2) 돌기부의 역상인 패턴을 가지는 몰딩에 유체 기재를 부은 후 굳혀서 형성, (3) 기재 상에 마스크 패턴을 형성한 후 마스크 패턴 사이로 기재를 에칭하여 형성.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌기부의 적어도 두개의 면 상에 상이한 컬러 물질을 분사 또는 증착하여, 돌기부의 적어도 두개의 면이 상이한 광특성을 가지도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광특성은 색상, 반사도, 투과율, 굴절율 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 외부에서 인가되는 에너지는 압력, 자기장, 전기장, 습도, 온도, 광 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 외부에서 인가된 에너지로 돌기부가 변형되거나, 기재부 상으로 기울어지면서 광특성이 변화될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 돌기부가 패턴을 이루며 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌기부는 가역적 탄성을 가지며, 외부 에너지의 인가가 해제되면 원래 상태로 복원될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌기부는 비가역적 탄성을 가지며, 외부 에너지의 인가가 해제되어도 외부 에너지의 인가에 의해 변형된 상태가 유지될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 간단한 구조를 가지며, 외부의 에너지 인가에 따라 다양한 색 변화가 가능한 효과가 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 가변 소자를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1의 광학 가변 소자의 광특성이 변화하는 상태를 나타내는 개략 측단면도 및 평면도이다.
도 3은 본 발명의 여러 실시예에 따른 광학 가변 소자의 돌기부가 변화하는 상태를 나타내는 개략 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 돌기부가 패턴을 이루며 배치되는 것을 나타내는 개략 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 가변 소자를 나타내는 개략도이다.
도 6은 도 5의 광학 가변 소자의 돌기부 및 기재부를 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 7은 도 5의 광학 가변 소자의 광특성이 변화하는 상태를 나타내는 개략 측단면도 및 평면도이다.
도 2는 도 1의 광학 가변 소자의 광특성이 변화하는 상태를 나타내는 개략 측단면도 및 평면도이다.
도 3은 본 발명의 여러 실시예에 따른 광학 가변 소자의 돌기부가 변화하는 상태를 나타내는 개략 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 돌기부가 패턴을 이루며 배치되는 것을 나타내는 개략 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 가변 소자를 나타내는 개략도이다.
도 6은 도 5의 광학 가변 소자의 돌기부 및 기재부를 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 7은 도 5의 광학 가변 소자의 광특성이 변화하는 상태를 나타내는 개략 측단면도 및 평면도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 하여 과장되어 표현될 수도 있다.
본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 가변 소자(100)를 나타내는 개략도이다. 도 1 (a)는 돌기부(110)와 기재부(120)가 연결되어 광학 가변 소자(100)를 구성한 형태, 도 1 (b)는 돌기부(110), 기재부(120)가 연결되기 전의 상태를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학 가변 소자(100)는 돌기부(110) 및 기재부(120)를 포함할 수 있다. 광학 가변 소자(100)는 그 자체가 광학 가변 안료(Optical Variable Pigment)로서 사용될 수 있다. 즉, 광학 가변 소자(100)는 용매에 분산되어 사용되거나, 그 자체로서 색상을 구현하는 안료로 사용될 수 있다. 도 1에서 광학 가변 소자(100)의 돌기부(110)의 높이는 nm 내지는 ㎛ 스케일의 사이즈인 안료 입자 하나를 도시한 것이며, 제품에 광학 가변 소자(100)를 적용하여 색상을 구현할 수 있다. 이때, 기재부(120)에 하나 또는 복수의 돌기부(110)를 적용하여 색상을 구현할 수 있게 된다. 광학 가변 소자(100)에서 돌기부(110), 기재부(120)에 대응하는 각각의 색이 구현될 수 있고, 돌기부(110)와 기재부(120)의 색이 조합된 색이 구현될 수도 있다.
돌기부(110)는 광학 가변 소자(100)에서 외부의 에너지 인가에 따라 기울어지는 각도 또는 형태가 변화할 수 있는 부분이다. 돌기부(110)는 반드시 뾰족하게 튀어나온 형태뿐만 아니라, 이와 유사한 플레이크(flake), 막대(rod) 등의 형태를 포함하는 개념으로, 폭/직경 대비 수직 길이의 비율이 큰 형태라면 돌기부(110)로 적용할 수 있다.
돌기부(110)는 상이한 광특성을 가지는 적어도 두개의 면(111, 113)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서는 돌기부(110)가 두개의 면(111, 113)을 가지는 것을 예시로 설명하나, 상이한 광특성을 갖는 목적의 범위 내에서라면 돌기부(110)는 그 이상의 면을 가져도 무방하다. 이하에서는, 좌측면을 제1 면(111), 우측면을 제2 면(113)으로 지칭하여 설명한다. 또한, 광특성이라 함은 색상, 반사도, 투과도, 굴절율 등, 광학 가변 소자(100)가 나타내는 광학적인 특성을 통칭하는 개념으로 이해될 수 있다. 일 예로, 돌기부(110)는 상이한 색을 가지는 두개의 면(111, 113)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 돌기부(110)의 제1, 2 면(111, 113)이 상이한 광특성을 가지도록, 돌기부(110)는 각도에 따라 광특성이 변화되는 OVP(Optical Variable Pigment)를 이용할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면, 돌기부(110)는 각도 변화 및 형태 변형에 따라 색상이 변화되는 광결정 구조를 사용할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면, 돌기부(110)는 서로 다른 광특성을 가진 이종(異種)의 복수층 판상(flake) 구조를 가질 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면, 돌기부(110)는 운모(Mica), TiOx, AgOx, SiOx, FeOx, AlOx, Fe, Ni, Co, Al, Ag 중 적어도 하나의 재질을 포함할 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따르면, 돌기부(110)의 면(111, 113)은 각각 상이한 자성을 가질 수 있다. 일 예로, 제1 면(111)은 N극 자성, 제2 면(113)은 S극 자성을 가질 수 있다. 반대도 예도 마찬가지이다.
돌기부(110)는 제1, 2 면(111, 113)의 하단에 연결부(115)가 형성될 수 있다. 연결부(115)는 기재부(120)와 돌기부(110)를 연결시키는 매개체가 될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 연결부(115)와 후술할 반응부(123)는 상호 반응하거나 흡착함에 따라 돌기부(110)가 기재부(120)에 연결되도록 할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면, 연결부(115)가 기재부(120) 상의 반응부(123)와 선택적으로 반응 또는 흡착함에 따라 돌기부(110)가 기재부(120)의 특정 위치에 연결되도록 할 수 있다.
돌기부(110)의 단부[또는, 연결부(115)]와 반응부(123)를 매개로 하여, 돌기부(110)는 기재부(120) 상에 세워진 상태로 연결될 수 있다. 여기서, 세워진 상태는 수직의 각도를 유지하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 소정의 각도를 가진 상태라고 하더라도 돌기부(110)의 하단부만 기재부(120) 상에 연결되고, 상단부의 위치는 기재부(120)와 간격을 이루는 것을 의미할 수 있다.
기재부(120)는 연결된 돌기부(110)를 지지하는 역할을 할 수 있다. 기재부(120)의 기재(121)는 금속, 폴리머, 세라믹 등 공지의 염료 성분을 사용할 수 있다. 다만, 기재(121)는 돌기부(110)처럼 외부의 에너지 인가에 따라 두가지 이상의 광특성을 나타내지 않는 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
기재부(120)의 기재(121)는 돌기부(110)가 표시하는 광특성과 상이한 광특성을 나타낼 수 있다. 일 예로, 돌기부(110)와 육안으로 구분될 수 있도록, 돌기부(110)의 제1, 2 면(111, 113)과는 다른 색상을 가지는 것이 바람직하다.
기재(121) 상의 특정 부분에는 반응부(123)가 형성될 수 있다. 반응부(123)는 돌기부(110)의 특정 부분[또는, 연결부(115)]과 반응하거나 흡착됨에 따라 기재부(120) 상에 돌기부(110)가 연결되도록 매개할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 반응부(123)는 돌기부(110)가 기재부(120) 상에 접착/부착될 수 있는 접착/부착 수단일 수 있다.
또한, 다른 일 실시예에 따르면, 반응부(123), 연결부(115) 중 적어도 하나는 자기조립단분자막(SAM, Self-Assembled Monolayer)을 포함할 수 있다. 일 예로, 반응부(123), 연결부(115) 중 적어도 하나는 알칸싸이올(Alkanethiols), 알킬실록산(Alkylsiloxanes), 알칸인산(Alkanephosphonic Acid), 도파민(3,4-Dihydroxyphenylethylamine(dopamine) 중 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 금속 기재부(120)의 표면 특정 부분에 반응부(123)의 헤드 그룹(Head group)이 흡착되어 단분자막이 형성될 수 있고, 헤드 그룹에 이어서 알킬 사슬 등의 긴 사슬이 반데르발스(van der Waals) 상호작용으로 정렬된 단분자막을 형성할 수 있다. 사슬의 말단기에는 필요한 작용기를 도입할 수 있다. 이러한 반응부(123)의 작용기와 연결부(115)가 상호작용하여 자발적인 인력으로 결합됨에 따라 기재부(120) 상에 돌기부(110)가 연결될 수 있다. 연결부(115)가 SAM을 포함하고 연결부의 작용기와 반응부(123)가 상호작용하는 경우도 마찬가지이다.
또한, 다른 일 실시예에 따르면, 연결부(115)와 반응부(123)는 동일한 친수성(hydrophilic) 또는 소수성(hydrophobic)을 가질 수 있다. 예를 들어, 돌기부(110)의 제1, 2 면(111, 113) 및 기재(121)가 친수성이라면, 연결부(115), 반응부(123)는 소수성을 가져, 연결부(115)와 반응부(123)끼리만 상호 반응하거나 흡착되도록 할 수 있다.
또한, 다른 일 실시예에 따르면, 연결부(115)는 외부 에너지(화학, 전기, 자기, 광, 열 등)에 따라 반응부(123)와 선택적으로 반응 또는 흡착할 수 있는 기능을 형성하고, 외부 에너지를 인가함에 따라 돌기부(110)와 기재부(120)를 연결할 수 있다.
도 2는 도 1의 광학 가변 소자(100)의 광특성이 변화하는 상태를 나타내는 개략 측단면도 및 평면도이다. 도 3은 본 발명의 여러 실시예에 따른 광학 가변 소자(100)의 돌기부(110)가 변화하는 상태를 나타내는 개략 측단면도이다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 물리적/기계적 힘(압력), 자기장, 전기장, 습도, 온도, 광 등의 외부 에너지에 따라서 돌기부(110)의 각도 또는 형태가 변화될 수 있다.
도 2 (a)를 참조하면, 광학 가변 소자(100)는 기재부(120) 상에 돌기부(110)가 세워진 상태로 연결될 수 있다. 이때, 상부에서는 돌기부(110)의 제1, 2 면(111, 113)의 색을 관찰하기 어렵고, 기재부(120)의 기재(121) 색이 주로 관찰될 수 있다.
다음으로, 도 2 (b)를 참조하면, 외부에서 에너지가 인가되면 돌기부(110)의 각도 또는 형태가 변화(110 -> 110')될 수 있다. 일 예로, 돌기부(110')의 제1 면(111)이 기재부(120) 상으로 기울어지면서, 즉, 좌측으로 기울어지면서, 상부에 돌기부(110')의 제2 면(113)의 색이 나타날 수 있다.
다음으로, 도 2 (c)를 참조하면, 외부에서 다른 에너지가 인가되면 돌기부(110)의 각도 또는 형태가 다시 변화(110' -> 110")될 수 있다. 일 예로, 돌기부(110")의 제2 면(113)이 기재부(120) 상으로 기울어지면서, 즉, 우측으로 기울어지면서, 상부에 돌기부(110")의 제1 면(111)의 색이 나타날 수 있다.
여기서, 외부의 에너지는 물리적, 기계적 힘일 수 있다. 외부에서 물리적으로 돌기부(110)에 힘, 압력을 가하여 기울어지거나 휘어지게 함에 따라 각도 또는 형태를 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 특정 각도(일 예로, 90도 상부 방향), 특정 시야각, 특정 관점에서 광특성이 변화하게 할 수 있다.
한편, 돌기부(110)는 외부에서 인가된 물리적 힘을 제거하더라도 변형된 상태를 유지할 수 있다. 즉, 광학 가변 소자(100)는 비가역적 탄성을 가져, 외부 에너지가 제거되더라도 변형된 상태가 유지될 수 있다.
또는, 돌기부(110)는 외부에서 인가된 물리적 힘을 제거하는 경우 원래 상태로 복원될 수 있다. 즉, 광학 가변 소자(100)는 가역적 탄성을 가져, 외부 에너지가 제거되면 탄력에 의해 원래 상태로 복원될 수 있다.
도 3 (a)를 참조하면, 외부의 에너지는 자장, 자기 에너지(N, S)일 수 있다. 돌기부(110)의 제1 면(111)이 N극 자성, 제2 면(113)이 S극 자성을 가지는 경우, 기재부(120) 아래에서 외부의 S극 자기 에너지가 인가되면, N극 자성인 제1 면(111)이 기재부(120) 상으로 기울어지면서, 상부에 제2 면(113)의 색이 나타날 수 있다. 반대로, 기재부(120) 아래에서 외부의 N극 자기 에너지가 인가되면, S극 자성인 제2 면(113)이 기재부(120) 상으로 기울어지면서, 상부에 제1 면(111)의 색이 나타날 수 있다.
도 3 (b)를 참조하면, 외부의 에너지는 습도, 온도, 광 등일 수 있다. 예를 들어, 돌기부(110)의 제1 면(111), 제2 면(113)은 습도, 온도, 광 중 적어도 어느 하나에 의해 신장, 팽윤하거나 수축될 수 있다. 특정 습도(W1), 온도(T1), 광(L1)이 인가되는 경우, 제1 면(111)은 길이(D1)가 그대로인 반면, 제2 면(113)은 길어지거나 팽윤할 수 있다(D2 -> D2'). 이에 따라, 돌기부(110)가 좌측으로 기울어지면서 상부에 제2 면(113)의 색이 나타날 수 있다. 반대로, 다른 습도(W2), 온도(T2), 광(L2)이 인가되는 경우, 제1 면(111)은 길이(D1)가 그대로인 반면, 제2 면(113)은 짧아지거나 수축할 수 있다(D2 -> D2"). 이에 따라, 돌기부(110)가 우측으로 기울어지면서 상부에 제1 면(111)의 색이 나타날 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 돌기부(110)가 패턴(P)을 이루며 배치되는 것을 나타내는 개략 평면도이다.
제품 상에 복수의 광학 가변 소자(100)가 적용될 수 있다. 광학 가변 소자(100)는 광학 가변 안료로서 적용될 수 있다. 이때, 광학 가변 소자(100)는 특정 기재 상에 패턴(P)을 이루며 배치될 수 있다. 패턴(P)은 문자, 로고, QR코드, 바코드 등 특정 정보를 표시할 수 있는 어떠한 형태도 가능하다.
예를 들어, 'HOT' 패턴(P) 영역에 대해서만 광학 가변 소자(100)가 적용될 수 있다. 또는, 도 4와 같이 커다란 기재(121) 상에 복수의 돌기부(110)가 연결되고, 복수의 돌기부(110)는 'HOT' 패턴(P) 영역 상에만 연결될 수도 있다. 복수의 돌기부(110)는 세워져있는 상태이므로, 상부에서는 기재(121)의 색만이 나타나고, 패턴(P) 영역에는 어떠한 표시도 관찰되지 않는다.
이어서, 제품 상에 특정 온도(T)가 인가되고, 제2 면(113)이 기재부(120) 상으로 기울어지면 상부에서는 제1 면(111)의 색이 나타날 수 있다. 복수의 돌기부(110)는 패턴(P) 영역 상에만 배치되므로, 패턴(P) 영역은 제1 면(111)의 색을 나타내고 나머지는 기재(121)의 색이 나타난다. 따라서, 상부에서는 'HOT' 패턴(P)이 제1 면(111)의 색으로 명확히 관찰될 수 있다.
위조방지 장치, 기능성 패키지, 기능성 포장재, 인테리어, 필기구, 의복, 가구 등의 제품이 광학 가변 소자(100)를 적용할 수 있다. 예를 들어, 위조방지 스티커에 광학 가변 소자(100)가 적용되면, 자기 에너지의 인가에 따라 정품 패턴(P)이 표시되어 정품 여부를 확인할 수 있다ㅏ. 다른 예로, 기능성 포장재에 광학 가변 소자(100)가 적용되고, 패턴(P)이 표시되면, 포장을 직접 뜯어보지 않고도 외부에서 포장 내부 제품의 온도(T)를 육안으로 쉽게 예측할 수 있다. 또 다른 예로, 인테리어에 광학 가변 소자(100)가 적용되면, 실내 온도(T)나 습도(W)에 따라 벽의 색이 변화되도록 할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 가변 소자(200)를 나타내는 개략도이다. 도 6은 도 5의 광학 가변 소자(200)의 돌기부(223) 및 기재부(221)를 제조하는 과정을 나타내는 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학 가변 소자(200)는 돌기부(223) 및 기재부(221)를 포함할 수 있다. 다만, 도 1의 실시예와는 다르게, 복수의 돌기부(223)가 기재부(221)에 연결되고, 돌기부(223)는 기재부(221)와 일체의 구성일 수 있다. 즉, 별도의 기재부(221)와 복수의 돌기부(223)는 연결부(115)/반응부(123) 등의 매개체를 사용함이 없이 연결된 상태이다. 광학 가변 소자(200)는 광학 가변 기둥(Optical Variable Pillar)로서 사용될 수 있다. 즉, 광학 가변 소자(200)는 그 자체로서 색상을 구현하는 장치로 사용될 수 있다. 도 5의 광학 가변 소자(200)에서 돌기부(223)의 높이는 nm 내지는 ㎛ 스케일로 구현될 수 있다. 돌기부(223), 기재부(221)는 각각의 색이 구현될 수 있고, 돌기부(223)와 기재부(221)의 색이 조합된 색이 구현될 수도 있다.
돌기부(223)는 광학 가변 소자(200)에서 외부의 에너지 인가에 따라 기울어지는 각도 또는 형태가 변화할 수 있는 부분이다. 돌기부(223)는 반드시 뾰족하게 튀어나온 형태뿐만 아니라, 이와 유사한 기둥, 막대(rod) 등의 형태를 포함하는 개념으로, 폭/직경 대비 수직 길이의 비율이 큰 형태라면 돌기부(223)로 적용할 수 있다.
돌기부(223)는 상이한 광특성을 가지는 적어도 두개의 면(210: 211, 213)을 포함할 수 있다. 일 예로, 돌기부(223)는 상이한 색을 가지는 두개의 면(211, 213)을 포함할 수 있다. 돌기부(223)는 적어도 두개의 면(210: 211, 213) 상에 상이한 컬러 물질이 형성될 수 있다. 공지의 분사 또는 증착을 이용하여 돌기부(223)의 면(210) 상에 상이한 컬러 물질을 형성할 수 있다.
돌기부(223) 및 기재부(221)는 이하의 방법으로 형성할 수 있다.
도 6 (a)를 참조하면, 원 기재(225)를 준비하고, 형성하려는 돌기부(223)와 역상(易象)인 패턴(311)을 가지는 모재(310)를 준비할 수 있다. 이어서, 모재(310)로 기재(225)를 압착(P)하는 임프린팅(imprinting)을 통해 복수의 돌기부(223)와 일체로 연결된 기재부(221)를 형성할 수 있다.
도 6 (b)를 참조하면, 형성하려는 돌기부(223)와 역상(易象)인 패턴(321)을 가지는 몰딩(320)을 준비할 수 있다. 이어서, 몰딩(320)에 유체 기재(226)를 부은 후 고체로 굳히는 마이크로-몰딩(micro-molding)을 통해 복수의 돌기부(223)와 일체로 연결된 기재부(221)를 형성할 수 있다.
도 6 (c)를 참조하면, 원 기재(227) 상에 포토레지스트(PR) 등으로 마스크 패턴(330)을 형성할 수 있다. 이어서, 마스크 패턴(330) 사이(331)로 노출된 기재(227)에 대해 에칭(etching; ET)을 수행하여 기재(227) 부분을 제거함에 따라, 복수의 돌기부(223)와 일체로 연결된 기재부(221)를 형성할 수 있다.
복수의 돌기부(223) 및 기재부(221)를 형성한 후, 돌기부(223)의 면(210) 상에 각각 다른 각도에서 각각 서로 다른 컬러 물질을 분사, 증착하여 광학 가변 소자(200)를 제조할 수 있다.
도 7은 도 5의 광학 가변 소자(200)의 광특성이 변화하는 상태를 나타내는 개략 측단면도 및 평면도이다.
도 7 (a)를 참조하면, 광학 가변 소자(200)는 기재부(221) 상에 돌기부(223)가 세워진 상태로 연결될 수 있다. 이때, 상부에서는 돌기부(223)의 제1, 2 면(211, 213)의 색을 관찰하기 어렵고, 기재부(221)의 색이 주로 관찰될 수 있다.
다음으로, 도 7 (b)를 참조하면, 외부에서 에너지가 인가되면 돌기부(223)의 각도 또는 형태가 변화(200 -> 200')될 수 있다. 일 예로, 돌기부(223)의 제1 면(211)이 기재부(221) 상으로 기울어지면서, 즉, 좌측으로 기울어지면서, 상부에 돌기부(223)의 제2 면(213)의 색이 나타날 수 있다.
다음으로, 도 7 (c)를 참조하면, 외부에서 다른 에너지가 인가되면 돌기부(223)의 각도 또는 형태가 다시 변화(200' -> 200")될 수 있다. 일 예로, 돌기부(223)의 제2 면(213)이 기재부(221) 상으로 기울어지면서, 즉, 우측으로 기울어지면서, 상부에 돌기부(223)의 제1 면(211)의 색이 나타날 수 있다.
제1 실시예의 광학 가변 소자(100)와 마찬가지로, 광학 가변 소자(200)의 돌기부(223)의 제1, 2 면(211, 213)은 자성을 가질 수도 있다. 또한, 돌기부(223)의 제1, 2 면(211, 213)은 습도, 온도, 광 중 적어도 어느 하나에 의해 신장, 팽윤하거나 수축될 수 있다. 또한, 돌기부(223)는 패턴(P)을 이루며 배치될 수 있다. 이 외에도, 제1 실시예의 광학 가변 소자(100)의 특징과 동작 원리는 제2 실시예의 광학 가변 소자(200)에 동일하게 적용될 수 있다.
위와 같이, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 간단한 구조를 가지며, 외부의 에너지 인가에 따라 다양한 색 변화가 가능한 효과가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
100: 광학 가변 소자
110: 돌기부
111, 113: 제1, 2 면
115: 연결부
120: 기재부
121: 기재
123: 반응부
200: 광학 가변 소자
221, 223: 제1, 2 면
221: 기재부
223: 돌기부
110: 돌기부
111, 113: 제1, 2 면
115: 연결부
120: 기재부
121: 기재
123: 반응부
200: 광학 가변 소자
221, 223: 제1, 2 면
221: 기재부
223: 돌기부
Claims (14)
- 적어도 하나의 돌기부; 및 돌기부의 하단이 연결되는 기재부;를 포함하고,
기재부 상에 돌기부의 일부와 선택적으로 반응 또는 흡착하는 반응부가 배치되며,
돌기부의 단부가 반응부를 매개로 기재부 상에 세워진 상태에서, 외부에서 인가되는 에너지로 돌기부의 각도 또는 형태가 변화됨에 따라, 특정 각도에서 광특성이 변화하고,
기재부와 돌기부의 면이 적어도 상이한 색을 가지며, 돌기부가 세워진 상태에서 기재부의 색이 나타나고, 돌기부의 각도 또는 형태가 변화되면 돌기부의 면의 색이 나타나는, 광학 가변 소자. - 삭제
- 제1항에 있어서,
돌기부는 아래 (1) 내지 (4) 중 어느 하나를 포함하는, 광학 가변 소자.
(1) OVP(Optical Variable Pigment),
(2) 광결정 구조,
(3) 상이한 광특성을 가지는 복수층의 판상(flake) 구조,
(4) 운모(Mica), TiOx, AgOx, SiOx, FeOx, AlOx, Fe, Ni, Co, Al, Ag 중 적어도 하나의 재질. - 제1항에 있어서,
돌기부는 상이한 광특성을 가지는 적어도 두개의 면을 포함하고,
돌기부가 기울어지며 소정 각도에서 광특성이 변화하는, 광학 가변 소자. - 제1항에 있어서,
돌기부의 면은 각각 상이한 자성과 상이한 광특성을 가지는 적어도 두개의 면을 포함하고,
외부에서 인가되는 자성에 따라 돌기부가 기울어지며 소정 각도에서 광특성이 변화하는, 광학 가변 소자. - 제1항에 있어서,
돌기부의 하단에는 연결부가 형성되고, 연결부는 반응부와 선택적으로 반응 또는 흡착하는, 광학 가변 소자. - 복수의 돌기부; 및 복수의 돌기부의 하단과 일체로 연결된 기재부;를 포함하고,
돌기부가 기재부 상에 세워진 상태에서, 외부에서 인가되는 에너지로 돌기부의 각도 또는 형태가 변화됨에 따라, 특정 각도에서 광특성이 변화하고,
기재부와 돌기부의 면이 적어도 상이한 색을 가지며, 돌기부가 세워진 상태에서 기재부의 색이 나타나고, 돌기부의 각도 또는 형태가 변화되면 돌기부의 면의 색이 나타나는, 광학 가변 소자. - 제7항에 있어서,
돌기부 및 기재부는 아래 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 방법으로 형성하는, 광학 가변 소자.
(1) 돌기부의 역상인 패턴을 가지는 모재로 기재를 임프린팅(imprinting)하여 형성,
(2) 돌기부의 역상인 패턴을 가지는 몰딩에 유체 기재를 부은 후 굳혀서 형성,
(3) 기재 상에 마스크 패턴을 형성한 후 마스크 패턴 사이로 기재를 에칭하여 형성. - 제1항 또는 제7항에 있어서,
돌기부의 적어도 두개의 면 상에 상이한 컬러 물질을 분사 또는 증착하여, 돌기부의 적어도 두개의 면이 상이한 광특성을 가지도록 하는, 광학 가변 소자. - 제1항 또는 제7항에 있어서,
광특성은 색상, 반사도, 투과율, 굴절율 중 어느 하나를 포함하는, 광학 가변 소자. - 제1항 또는 제7항에 있어서,
외부에서 인가되는 에너지는 압력, 자기장, 전기장, 습도, 온도, 광 중 적어도 어느 하나를 포함하며,
외부에서 인가된 에너지로 돌기부가 변형되거나, 기재부 상으로 기울어지면서 광특성이 변화되는, 광학 가변 소자. - 제1항 또는 제7항에 있어서,
복수의 돌기부가 패턴을 이루며 배치되는, 광학 가변 소자. - 제1항 또는 제7항에 있어서,
돌기부는 가역적 탄성을 가지며, 외부 에너지의 인가가 해제되면 원래 상태로 복원되는, 광학 가변 소자. - 제1항 또는 제7항에 있어서,
돌기부는 비가역적 탄성을 가지며, 외부 에너지의 인가가 해제되어도 외부 에너지의 인가에 의해 변형된 상태가 유지되는, 광학 가변 소자.
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