KR20040083078A

KR20040083078A - 광학 도파관을 구비한 회절 보안 부재

Info

Publication number: KR20040083078A
Application number: KR10-2004-7010869A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 실링; 웨인로버트 톰킨; 리네 스타우프
Original assignee: 오우브이디이 키네그램 악티엔개젤샤프트
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2002-11-02
Publication date: 2004-09-30
Also published as: WO2003059643A1; DE50212303D1; CN1615224A; EP1465780A1; TW200302358A; AU2002367080A1; RU2004125166A; CN100519222C; TWI265319B; EP1465780B1; PL370298A1; US7102823B2; US20050128590A1; ATE396059T1; JP2005514672A; PL202810B1; RU2309048C2

Abstract

본 발명에 따른 회절 보안 부재(2)는 플라스틱으로 이루어진 층 복합체(1)의 2개의 층 사이에 매립될 때 경계면에 광활성 구조물(9)을 갖는 부분면들로 세분된다. 적어도 층 복합체(1)의 조사될 베이스층(4)은 투과적이다. 광활성 구조물(9)은 기본 구조물로서 최대 500 nm의 주기 길이(period length)를 갖는 0 차수(zero order)의 회절 격자를 포함한다. 부분면들 중에서 적어도 하나의 부분면 내에는 투과성 유전체로 이루어지고 층 두께(s)를 갖는 통합된 광학 도파관(5)이 상기 베이스층(4)과 층 복합체(1)의 접착층(7) 및/또는 층 복합체(1)의 보호층(6) 사이에 매립되어 있으며, 이 경우 광활성 구조물(9)의 단면 깊이(profile depth)는 상기 층 두께(s) 중에서 미리 결정된 비율을 차지한다. 0 회절 차수의 백색 입사광(13)으로 조사될 때, 보안 부재(2)는 짙은 색의 고강도(high intensity) 회절광(14)을 발생시킨다.

Description

광학 도파관을 구비한 회절 보안 부재 {DIFFRACTIVE SECURITY ELEMENT HAVING AN INTEGRATED OPTICAL WAVEGUIDE}

서문에 언급한 유형의 회절 보안 부재는 유럽 공개 특허공보 EP 0 105 099 A1호 및 유럽 공개 특허공보 EP 0 375 833 A1호에 공지되어 있다. 상기 보안 부재들은 모자이크 형태로 배치된 표면 부재로 이루어진 하나의 패턴을 가지며, 상기 표면 부재들은 회절 격자를 포함한다. 상기 회절 격자가 방위상으로 예정된 상태로 배치됨으로써, 회전시에는 회절광에 의해 형성된 상기 가시 패턴이 예정된 동작을 실행한다.

미국특허 제4,856,857호는 현미경적으로 미세한 릴리이프 구조(reliefstructures)가 새겨진 투과적 보안 부재의 구성을 기술한다. 일반적으로 상기 회절 보안 부재는 플라스틱으로 이루어진 얇은 층 복합체의 한 부분으로 이루어진다. 2개 층 사이의 경계층은 광을 회절시키는 구조의 현미경적으로 미세한 릴리이프를 갖는다. 반사율을 높이기 위해 상기 2개 층 사이의 경계층은 대부분 금속으로 이루어진 하나의 반사층으로 덮인다. 상기 얇은 층 복합체의 구조 및 이와 같은 구조를 위해 사용될 수 있는 재료는 예를 들어 미국특허 제 4,856,857호 및 국제 공개공보 WO 99/47983호에 기술되어 있다. 독일 공개 특허공보 DE 33 08 831 A1호에는, 캐리어 박막(carrier foil)을 이용하여 상기 얇은 층 복합체를 대상물 상에 제공하는 것이 공지되어 있다.

공지된 회절 보안 부재의 단점은, 입체각(solid angle)이 좁고 표면 광도(surface luminosity)가 극도로 높으며 광학적으로 변동되는 복잡한 패턴을 시각적으로 재인식하는 것이 어렵다는 것이며, 상기 패턴들 중에서 회절 격자가 배치된 표면 부재는 관찰자가 볼 수 있다. 또한 상기 높은 표면 광도는 표면 부재의 형상의 인식 가능성을 어렵게 할 수 있다.

간단하게 인식될 수 있는 보안 부재는 국제 공개공보 WO 83/00395호에 공지되어 있다. 상기 보안 부재는 회절 감색 여광기(diffractive subtractive color filter)로 이루어지며, 상기 여광기는 예를 들어 일광을 관찰 방향으로 조사할 때 적색광을 반사하고, 보안 부재의 회전 후에는 자신의 평면에서 다른 색의 광을 90°만큼 반사한다. 상기 보안 부재는, 플라스틱 내에 매립되어 있고 투과성 유전체로 이루어진 미세한 얇은 층들로 이루어지며, 상기 유전체는 상기 플라스틱의 굴절율보다 훨씬 더 큰 굴절율을 갖는다. 상기 얇은 층들은 2500 라인/mm의 공간 주파수(spatial frequency)를 갖는 격자 구조물을 형성하며, 상기 얇은 층 구조물 상에 입사되는 백색광이 상기 입사광의 E-벡터가 얇은 층들과 평행하게 정렬되도록 편광되면 상기 얇은 층은 효율이 매우 높은 0 회절 차수의 적색광을 반사한다. 공간 주파수가 3100 라인/mm인 경우에는 상기 얇은 층 구조물이 0 회절 차수의 녹색광을 반사하고, 공간 빈도가 더 높은 경우에는 반사된 색이 스펙트럼 내에서 청색 영역으로 옮겨간다. 반 레네쎄(van Renesse)의 "Optical Document Security", 제 2 판, 274-277 페이지, ISBN 0-89006-982-4에 따르면, 상기와 같은 구조물을 저렴한 비용으로 대량으로 제조하는 것은 어렵다.

미국 특허 출원서 제 4,426,130호는 반사 작용하는 투과적 사인파 위상 격자(phase grid) 구조물을 기술한다. 상기 위상 격자 구조물은, 2개의 제 1 회절 차수들 중 하나의 차수에서는 상기 구조물이 가급적 큰 회절 효율을 갖도록 설계되어 있다.

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 회절 보안 부재에 관한 것이다.

상기와 같은 회절 보안 부재는 큰 비용 없이 대상물의 진품 여부를 검출할 목적으로 은행권, 모든 종류의 증명서, 귀중 문서 등과 같은 목적물을 인증하기 위해서 사용된다. 상기 회절 보안 부재는 대상물의 발행시 얇은 층 복합체로부터 절단된 마크의 형태로 대상물과 견고하게 결합된다.

도 1은 보안 부재의 횡단면이고,

도 2는 회절 평면 및 회절 격자의 개략도이며,

도 3은 도 1의 횡단면의 부분 확대도이고,

도 4는 다른 보안 부재의 횡단면이며,

도 5는 광활성 구조물의 격자 벡터이고,

도 6은 방위각 0°로 위에서 바라본 보안 마크이며,

도 7은 방위각 90°로 위에서 바라본 보안 마크이다.

본 발명의 과제는, 일광에서도 간단히 시각으로 확인이 가능하며, 저렴하고 간단한 방식으로 인식되는 회절 보안 부재를 제조하는 것이다.

상기 과제는 본 발명에 따른 청구항 1의 특징부에 기술된 특징들에 의해서 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들에서 기술된다.

본 발명의 실시예들은 도면에 도시되어 있고 하기에서 자세히 설명된다.

도 1에서 도면 부호 (1)은 층 복합체를, (2)는 보안 부재를, (3)은 기판을, (4)는 베이스층을, (5)는 광학 도파관을, (6)은 보호층을, (7)은 접착층을, (8)은 증명인(證明印, Indicia)을 그리고 (9)는 베이스층(4)과 도파관(5) 사이의 경계층에 있는 광활성 구조물을 각각 나타내는 것이다. 층 복합체(1)는 도면에 도시되지 않은 캐리어 박막 상에 연속으로 제공되는 다양한 유전층으로 구성된 다수의 층으로 이루어지고, 계획된 순서로 적어도 베이스층(4), 도파관(5), 보호층(6) 및 접착층(7)을 포함한다. 특히 얇은 층 복합체(1)의 경우에는 보호층(6) 및 접착층(7)이 동일한 재료, 예컨대 고온 용융 접착제로 이루어진다. 한 실시예에서는 캐리어 박막이 베이스층(4)의 부분이고, 도파관(5)을 향하고 있는 안정화층(10)의 표면에 배치된 성형층(11)을 위해 안정화층(10)을 형성한다. 상기 안정화층(10)과 성형층(11) 사이의 결합부는 매우 높은 접착 강도를 갖는다. 다른 한 실시예에서 베이스층(4)과 캐리어 박막 사이에는 도면에 도시되지 않은 분리층이 배치되어 있는데, 그 이유는 캐리어 박막이 다만 얇은 층 복합체(1)을 기판(3) 상에 제공하기 위해서만 이용되고, 그 후에는 층 복합체(1)로부터 제거되기 때문이다. 안정화층(10)은 예를 들어 보다 부드러운 성형층(11)을 보호하기 위한 스크래칭에 강한 래커 코팅이다. 이와 같은 층 복합체(1)의 구현예는 서문에 언급된 독일 공개 특허공보 DE 33 08 831호에 기술되어 있다. 베이스층(4), 도파관(5), 보호층(6) 및 접착층(7)은 적어도 가시 스펙트럼의 일부분에 대해서는 투과적이며, 바람직하게는 유리처럼 투명하다. 그렇기 때문에 기판 상에서 경우에 따라 층 복합체(1)로 덮인 증명인(8)은 층 복합체(1)을 통해 볼 수 있다.

투명도가 필요없는 보안 부재의 다른 한 실시예에서는 보호층(6) 및/또는 접착층(7)이 채색되어 있거나 혹은 흑색이다. 보안 부재의 한 추가 실시예는, 본 실시예가 접착용으로 규정되어 있지 않다면, 다만 보호층(6)만을 포함한다.

층 복합체(1)은 예를 들어 나란히 배치된 다수의 보안 부재(2) 복사본(copies)을 갖는 긴 박막 스트립 형태의 플라스틱 적층물(laminate)로서 제조된다. 상기 박막 스트립으로부터 보안 부재(2)가 절단되어 접착층(7)에 의해서 기판(3)과 결합된다. 대부분 문서, 은행권, 은행 카드, 증명서 또는 중요하거나 값비싼 다른 대상물의 형태로 된 기판(3)에는, 대상물의 진품 여부를 인증하기 위해서 보안 부재(2)가 제공된다.

도파관(5)이 광학적으로 작용하도록 하기 위해, 상기 도파관(5)은 투과성 유전체로 이루어지며, 상기 유전체의 굴절율은 베이스층(4), 보호층(6) 및 접착층(7)을 위한 플라스틱의 굴절율보다 훨씬 더 높다. 적합한 유전성 재료는 예를 들어 서문에 언급된 국제 공개공보 WO 99/47983호 및 미국특허 제4,856,857호, 표 1 및 6에 기술되어 있다. 바람직한 유전체는 n2.3의 굴절율을 갖는 ZnS, TiO₂등이다.

도파관(5)은 광활성 구조물(9)을 포함하는 성형층(11)과의 경계면에 밀착되기 때문에 광활성 구조물(9)에 따라 변조된다. 상기 광활성 구조물(9)은, 보안 부재(2)의 표면 법선(12)에 대한 입사각(α)으로 입사되는 광(13)이 보안 부재(2)에 의해서 다만 0 회절 차수로만 회절되고 상기 회절된 광(14)이 반사각(β)으로 반사될 정도로 높은 공간 주파수(f)를 갖는 회절 격자이며, 이 경우에는 다음의 식이 적용된다: 입사각(α) = 반사각(β). 따라서, 상기 공간 주파수(f)에 대해서는 대략 2200 라인/mm의 하부 한계가 정해져 있고, 450 nm의 주기 길이(d)에 대해서는 상부 한계가 정해져 있다. 상기 회절 격자들은 "0 차수의 회절 격자"로 불리고, "회절 격자"의 의미로 사용된다. 회절 격자가 도 1의 도시에서는 예를 들어 사인파 형상 단면을 갖지만, 다른 공지된 단면들도 사용 가능하다.

도파관(5)이 광활성 구조물(9)의 적어도 10 내지 20 주기를 포함함으로써 상기 주기 길이(d)에 의존하고 L > 10d인 길이(L)를 가지게 되면, 상기 도파관(5)은 반사광(14)에 영향을 미치기 위한 자체적인 기능의 수행을 시작한다. 도파관(5)이최상의 효과를 나타내기 위해서는, 상기 도파관(5)의 길이(L)의 하부 한계가 50 내지 100 주기 길이(d)의 범위에 있는 것이 바람직하다.

하나의 실시예에서 보안 부재(2)는 자신의 전체 표면 상에, 동일한 형태의 층 두께(s)를 갖는 광활성 구조물(9) 및 도파관(5)을 위해 통일된 회절 격자를 포함한다. 다른 실시예에서는 모자이크 형태로 배치된 표면부가 광학적으로 인식이 용이한 패턴을 형성한다. 상기 모자이크의 한 표면부의 외부 윤곽이 관찰자의 육안으로 인식될 수 있도록 하기 위해서는 치수가 0.3 mm보다 크게 선택되어야 한다. 즉, 도파관(5)은 어떤 경우에도 충분한 최소 길이(L)를 갖게 된다.

관찰 방향에 대한 보안 부재의 방위가 기울기 동작 또는 회전 동작에 의해서 변동되면, 백색의 산란 입사광(13)으로 조사된 보안 부재(2)는 반사된 회절광(14)을 변동시킨다. 회전 동작은 회전축으로서 표면 법선(12)을 가지며, 기울기 동작은 보안 부재(2)의 평면에 배치된 회전축을 중심으로 이루어진다.

0 차수의 회절 격자는 편광된 광(13)에 대해서 회절 격자의 방위적인 방향 설정에 의존하는 두드러진 반응을 나타낸다. 광학 특성들을 기술하기 위해 도 2에서 회절 평면들(15, 16)은 평행하게, 그리고 격자 라인에 대해 가로로 규정되어 있으며, 이 경우 상기 회절 평면들(15, 16)은 또한 보안 부재(2) 상에(도 1) 표면 법선(12)을 포함한다. 입사광(13)(도 1)의 광선(B_p, B_n)의 명칭들 및 상기 입사광(13)의 편광 방향의 식별명들은 아래와 같이 정해져 있다:

- 아래 첨자 "p"는 격자 라인과 평행하게 입사되는 광선(B_p)을 지시하는 한편, 아래 첨자 "n"은 격자 라인에 대해 수직으로 입사되는 광선(B_n)을 나타내며;

- 광선(B_p, B_n)에서 아래 첨자 "TE"는 상응하는 회절 평면(15 또는 16)에 대해 수직인 전기장의 편광을 나타내고, 아래 첨자 "TM"은 상응하는 회절 평면(15 또는 16)에서의 전기장의 편광을 나타낸다.

예를 들어 회절 평면(16)에 있는 광선(B_nTM)은 상기 회절 평면(16)에서의 전기장의 편광에 의해 보안 부재(2)의 격자 라인에 수직으로 입사된다.

광활성 구조물(9) 및 도파관(5)의 파라미터에 따라(도 1), 보안 부재(2)의 각 실시예들은 상이한 광학적 특성을 갖는다. 상기와 같은 구현예들은 미종결 상태로 실연된 하기 실시예들에서 기술된다.

< 실시예 1: 회전시의 색 변동 >

도 3에는 도파관(5)의 횡단면이 확대 도시되어 있다. 플라스틱층들, 즉 안정화층(10), 성형층(11), 보호층(6) 및 접착층(7)은 미국특허 제4,856,857호의 표 6에 따라 1.5 내지 1.6 범위의 굴절율(n₁)을 갖는다. 성형층(11) 내에 삽입된 광활성 구조물(9) 상에 가시 광선(13)(도 1)에 대해 투과적이고 굴절율(n₂)을 갖는 유전체가 층 두께(s)로 균일하게 적층됨으로써, 보호층(6)에 대한 경계면에서는 도파관(5)의 표면이 마찬가지로 광활성 구조물(9)을 갖게 된다. 상기 유전체는 예컨대 미국특허 제4,856,857호의 도 1 및 국제 공개공보 WO 99/47983호에 언급된 바와 같은 무기 화합물이고, 굴절율(n₂)에 대해 적어도 n₂= 2의 값을 갖는다.

보안 부재(2)의 한 실시예에서는 광활성 구조물(9) 및 층 두께(s)의 단면 깊이(t)에 대한 값이 대략 동일하다. 즉, st이며, 이 경우 도파관(5)은 주기 d = 370 nm로 변환된다. 바람직하게 층 두께는 st = 75±3 nm이다. 하나의 회절 평면(16)(도 2)에서 입사되는 광선(B_nTE)이 α= 25°의 입사각으로 보안 부재(2)에 입사되면, 상기 보안 부재(2)는 녹색의 회절광(14)(도 1)을 반사한다. 직각으로 편광된 광선(B_nTM)에 의해서는 다만 스펙트럼의 비가시 적외선 부분에서만 광(14)이 반사된다. 다른 회절 평면(15)에서 동일한 입사각(α=25°)으로 입사되는 광선(B_pTM)은 적색의 회절광(14)으로서 보안 부재(2)를 떠나는 한편, 광선(B_pTM)에 의해 발생되는 회절광(14)은 상기 광선(B_pTM)의 반사광(14)에 비해 세기가 약한 오렌지 혼색을 갖는다. 편광되지 않은 백색의 입사광(13)이 조사되는 경우 관찰자 입장에서 보안 부재(2)의 색은, 보안 부재(2)가 90°만큼 회전될 때 녹색에서 적색으로 변환된다. 보안 부재(2)가 α=25°± 5°의 범위에서 기울어지면, 색은 단지 약간만 변동된다; 상기 변동은 육안으로는 거의 느낄 수 없다. 0°± 20°의 회전각 범위에서는 다만 적색의 B_pTM반사만을 볼 수 있고, 90°± 20°의 회전각 범위에서는 다만 녹색의 B_nTE반사만을 볼 수 있다. 20°내지 70°의 중간 범위에는 이웃하는 2개의 스펙트럼 영역으로 이루어진 하나의 혼색이 존재하며, 상기 2개의 스펙트럼 영역 중에서 하나는 B_nTE의 성분을 위한 영역이고, 다른 하나는 B_pTM의 성분을 위한 영역이다.

도파관(5)의 층 두께(s)가 65 nm 내지 85 nm에서 변동되고 단면 깊이(t)가 60 nm 내지 90 nm에서 변동되면, 상기와 같은 보안 부재(2)의 특성은 경미한 색 이동을 제외하고는 크게 변동되지 않는다.

다른 실시예에서 주기 길이(d)가 260 nm로 단축되면, 입사 광선(B_nTE)의 경우에는 회절광(14)의 색이 녹색으로부터 적색으로 이동하고, 입사 광선(B_pTM)의 경우에는 회절광(14)의 색이 적색으로부터 녹색으로 이동한다. 광선(B_nTE)에 의해 발생되는 적색은 보안 부재(2)가 α=20。 범위의 보다 작은 각도의 방향으로 기울어질 때 오렌지색으로 변동된다.

< 실시예 2: 기울기에 불변하는 색 >

보안 부재(2)의 다른 한 실시예는 바람직한 광학 특성을 보여주는데, 그 이유는 편광되지 않은 백색의 광(13)으로 조사될 때에는 α=10°내지 α=40°의 입사각에 상응하는 작은 경사각에 대해서 회절광(14)의 색이 실제로 불변하기 때문이다. 이 경우 도파관(5)의 파라미터, 즉 층 두께(s) 및 단면 깊이(t)는 관계식 s2t에 의해서 연산된다. 예를 들어 층 두께 s = 115 nm이고, 단면 깊이 t = 65 nm이다. 광활성 구조물(9)의 주기 길이(d)는 d = 345 nm이다. 백색의 편광되지 않은 광(13)이 광활성 구조물(9)의 격자 라인과 평행하게 조사되는 경우, 경사 각도의 계획된 범위에서는 회절광(14)이 적색을 가지며, 상기 적색을 위해서는 주로 광선(B_pTM)이 이용된다. 보안 부재(2)가 근소한 방위 각도만큼 회전 이동하는 경우에는 반사된 적색이 지속되며, 회전각이 더욱 증가하면서 적색에 대해 대칭으로 2가지 색이 반사되며, 그 중에서 파장이 상대적으로 짧은 색은 자외선 방향으로 이동되고, 파장이 상대적으로 긴 색은 신속하게 자외선 영역에서 사라진다. 예를 들어 방위각이 30°인 경우 파장이 상대적으로 짧은 색은 오렌지색이다; 파장이 상대적으로 긴 색은 관찰자가 볼 수 없다.

< 실시예 3: 기울어질 때의 색 변동 >

입사광(13)이 격자 라인에 대해 수직으로 정렬되도록 보안 부재(2)가 회전되면, 상기 실시예 2의 보안 부재(2)는 회절 격자의 격자 라인과 평행하게 축을 중심으로 기울어질 때 색 이동을 보여준다: 예를 들어 관찰자는 광이 수직으로 입사되는 경우, 즉 입사각 α=0°인 경우에는 보안 부재(2)의 표면을 오렌지색으로 인식하고, 입사각 α=10°인 경우에는 대략 67%의 녹색과 33%의 적색으로 이루어진 혼색으로 인식하며, 입사각 α=30°인 경우에는 거의 스펙트럼적으로 순수한 청색으로 인식한다.

< 실시예 4: 기울어질 때 회전에 불변적인 색 변동 >

보안 부재(2)의 한 다른 실시예에서는 광활성 구조물(9)이 적어도 2개의 교차되는 회절 격자로 이루어진다. 상기 회절 격자는 바람직하게 10° 내지 30° 범위의 교차각으로 교차된다. 각각의 회절 격자는 예를 들어 150 nm의 단면 깊이(t) 및 d = 417 nm의 주기 길이에 의해서 결정된다. 도파관(5)의 층 두께(s)가 s = 60 nm임으로써, 도파관(5)의 파라미터 s 및 t는 관계식 t3s를 충족시킨다. 편광되지 않은 백색의 입사광(13)으로 제 1 회절 격자의 격자 라인에 대해 수직으로 조사되는 경우, 상기 제 1 회절 격자의 격자 라인과 평행하게 축을 중심으로 기울어질 때는, 예를 들어 적색으로부터 녹색으로 또는 그 반대로 색이 이동된다. 이와 같은 특성은 상기 교차각만큼 회전 후에도 유지되는데, 그 이유는 경사축이 이 때에는 제 2 회절 격자의 격자 라인과 평행하게 정렬되어 있기 때문이다.

< 실시예 5: 비대칭 톱니-릴리이프 프로필을 가짐 >

도 4에 횡단면도로 도시된 보안 부재(2)의 추가 실시예에서는 광활성 구조물(9)이 회절 격자 벡터(19)(도 5) 및 F ≤ 200 라인/mm의 낮은 공간 주파수의 톱니형 비대칭 릴리이프 프로필(17)을 갖는 0 차수 회절 격자의 중첩이다. 이와 같은 사실은 보안 부재(2)를 관찰할 때 장점이 되는데, 그 이유는 전술한 보안 부재(2)를 반사각(β)(도 1)에서 관찰하는 것이 많은 사람에게 익숙하지 않기 때문이다. 최고로 허용되는 공간 주파수(F)는 광활성 구조물(9)의 주기 길이(d)(도 3)에 의존한다. 우수한 효율을 위한 전술한 기준들에 따르면, 상기 릴리이프 프로필(17)의 주기 내부에서 도파관(5)의 길이(L)는 적어도 L = 10d 내지 20d이고, 바람직하게는 L = 50d 내지 100d이다. 최대 주기 길이 d = 450 nm인 경우에, L = 10d 내지 20d인 경우에는 상기 릴리이프 프로필(17)의 공간 주파수(F)가 그에 상응하게 F = 1/L < 220 라인/mm 또는 110 라인/mm보다 작게 선택되어야 한다.

상기 릴리이프 프로필(17)의 높이 또는 톱니 프로필의 블레이즈 각(γ)(blaze angle)에 상응하게, 보안 부재(2)가 표면 법선(12)에 대해 측정된 입사각(α)으로 입사되는 광(13)에 의해 조사되는 경우에는, 회절광(14)이 보다 큰 입사각(β₁)으로 반사된다. 상기 입사광(13)은 수직선(18)에 대해 각(γ+α)으로, 상기 릴리이프 프로필(17) 때문에 기울어진 도파관(5)의 평면으로 입사되고, 회절광(14)으로서 상기 수직선(18)에 대해 동일한 각으로 반사된다. 상기 표면 법선(12)을 기준으로 한 입사각(β₁)은 β₁= 2γ + α이다. 이와 같은 배열의 장점은, 보안 부재(2)에 의해 발생되는 광학 효과의 관찰이 용이하다는 것이다. 여기서, 도 4의 도시에서는 층 복합체(1)(도 1) 재료 내에서의 굴절이 무시되었다는 것을 알 수 있다. 층 복합체(1)내에서의 굴절 효과를 고려할 때, 주기 길이(d)는 대략 d = 500 nm까지 보안 부재(2)를 위해 사용될 수 있는데, 그 이유는 상기 주기 길이에서는 제 1 차수로 회절된 광(14)의 청색 부분조차도 전체 반사 때문에 층 복합체(1)(도 1)을 떠날 수 없기 때문이다. 블레이즈 각(γ)은 γ=1° 내지 γ=15° 범위의 값을 갖는다.

도 5는 비대칭 톱니형 릴리이프 프로필(17)을 갖는 회절 격자의 중첩인 광활성 구조물(9)을 보여준다. 상기 회절 격자의 방위 방향은 상기 격자의 회절 격자 벡터(19)를 이용하여 결정된다. 상기 릴리이프 구조(17)는 릴리이프 벡터(20)에의해 지시된 방위 방향을 갖는다. 광활성 구조물(9)은 추가 파라미터, 즉 회절 격자 벡터(19) 및 릴리이프 벡터(20)에 의해 형성된 방위 미분각(Ψ)(differential angle)에 의해서 규정된다. 상기 방위 미분각에 대한 바람직한 값들은 Ψ = 0°, 45°, 90° 등이다.

아주 일반적으로, 상기 보안 부재(2)(도 3)의 경우에는 적어도 편광에 대해 거의 100%의 높은 회절 효과가 적합하다. 색 이동 능력을 위한 보안 부재(2)의 가장 중요한 파라미터는 주기 길이(d)(도 3)이다. 도파관의 층 두께(s)(도 3) 및 단면 깊이(t)(도 3)는 유전체 ZnS 및 TiO₂에 대해 그다지 중요하지 않고, 회절 효과 및 가시 스펙트럼 내에서의 색의 정확한 위치에는 단지 약간만 영향을 미치지만, 반사된 회절광(14)(도 4)의 스펙트럼적 순도에는 영향을 미친다.

상기 보안 부재(2)를 위해서는 표 1에 따른 파라미터들이 사용될 수 있다.

파라미터, 즉 주기 길이(d)는 0 차수로 반사된 회절광(14)의 색을 결정한다. 파라미터, 즉 도파관(5)의 층 두께(s)(도 4)의 변동은 주로 상기 회절광(14)의 색의 스펙트럼적 순도에 영향을 미치고, 스펙트럼 내에서의 상기 색의 위치를 약간 이동시킨다. 단면 깊이(t)는 도파관(5)의 변조 및 그와 더불어 효율에 영향을 미친다. 실시예들에 지시된 d, s, t 및 Ψ에 대한 값들로부터의 ±5%의 편차는 기술된 광학적 효과에 대해 육안으로는 느낄 수 없을 정도의 영향을 미친다. 이와 같은 큰 허용 오차는 보안 부재(2)의 제조를 매우 용이하게 한다.

파라미터(단위; nm)	한계값 범위	선호되는 범위
파라미터(단위; nm)	최소	최대	최소	최대
주기 길이(d)	100	500	200	450
단면 깊이(t)	20	1000	50	500
층 두께(s)	5	500	10	100

도 6 및 7에는, 조합된 다수의 부분면들(21, 22)이 그 표면에 배치된 보안 부재(2)(도 3)의 한 실시예가 도시되어 있다. 상기 부분면들(21, 22)은 도파관(5)(도 3)을 포함하고, 광활성 구조물(9)(도 3) 및 회절 격자 벡터(19)(도 5)의 방위 방향이 상이하다. 층 복합체(1)(도 1) 내에서 도파관(5)의 층 두께(s)를 상이하게 구현하는 것은 기술적으로 어렵다; 그러나 이와 같은 상이함이 본 명세서에서는 명확하게 제외되지 않았다. 층 복합체(1)로부터 마크(23)가 절단되어 기판(3) 상에 접착되었다. 도시된 실시예에서 마크(23)는 2개의 부분면들(21, 22)을 갖는다. 도시를 위해 도 6에서는 전술한 실시예 1의 보안 부재(2)가 사용되었으며, 이 경우 제 1 부분면(21)의 회절 격자 벡터(19)(도 5)의 방향은 제 2 부분면(22)의 회절 격자 벡터(19)에 대해 직각이다. 관찰 방향은 표면 법선(12)을 포함하는 한 평면에 있으며, 상기 법선의 자취(track)는 도 6 및 7의 투영면에 파선(24)으로 표시되어 있다. 상기 제 1 부분면(21)의 경우에는 편광되지 않은 백색의 입사광(13)(도 1)이 격자 라인에 대해 수직으로 입사되고, 제 2 부분면(22)의 경우에는 입사광(13)이 격자 라인과 평행하게, α=25°의 입사각으로 입사된다. 그렇기 때문에 관찰자는 제 1 부분면(21)을 녹색으로 인식하고, 제 2 부분면(22)을 적색으로 인식한다. 층 복합체(1)(도 1)이 투과적이기 때문에, 마크(23) 아래에 있는 기판의 증명인(8)을 인식할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 마크(23)를 갖는 기판(3)이 90°의 각도만큼 회전된 후에는, 상기 부분면(21, 22)의 빗금친 부분과 라인(24) 사이의 각에 의해서 도 7에 지시된 바와 같이 입사광(13)(도 1)이 제 1 부분면(21)에는 회절 격자의 격자 라인에 대해 수직으로 입사되고, 제 2 부분면(22)에는 격자 라인과 평행하게 입사된다. 기판(3)이 90°만큼 회전되면, 상기 부분면들(21, 22)의 색이 상호 교환된다; 즉, 제 1 부분면(21)은 적색으로 빛나고, 제 2 부분면(22)은 녹색으로 빛난다.

보안 부재(2)의 다른 한 실시예에서는 마크(23) 상에 다수의 동일한 부분면(21)이 배치됨으로써 원형 링이 형성되며, 이 경우 회절 격자 벡터(19)는 상기 원형 링의 중심에 정렬되어 있다. 관찰 방향이 상기 원형 링의 직경을 따라 설정된 경우에는, 기판(3)의 방위 위치와 무관하게, 상기 원형 링의 가장 멀리 떨어진(0°± 20°) 및 가장 가까이 배치된(180°± 20°) 부분 영역들은 녹색의 빛을 방출하고, 직경으로부터 가장 멀리 떨어진 영역들은 상기 원형 링의 90°± 20° 또는 270°± 20°에서 적색의 빛을 방출한다. 그 사이에 있는 영역들은 2개의 이웃하는 스펙트럼 영역으로 이루어진 전술한 혼색을 갖는다. 상기 색 패턴은 기판(3)의 회전에 대해 불변이고, 경우에 따라 존재할 수 있는 증명인(8)(도 1)에 대해 상대적으로 움직이는 것처럼 보인다. 격자 라인이 원형 링의 중심점에 대해 동심으로 배치되면, 곡선의 격자 라인을 갖는 원형 링은 동일한 효과를 발생시킨다.

도 7의 추가 실시예에서는 예를 들어 부분면들(21, 22)이 배경(25) 상에 배치되어 있다. 상기 부분면들(21 및 22)은 실시예 5의 광활성 구조물(9)(도 4)을포함하며, 이 경우 한 부분면(21)의 릴리이프 벡터(20)(도 5)는 다른 부분면(22)의 릴리이프 벡터(20)에 반대이다. 배경(25)의 광활성 구조물(9)은 릴리이프 구조(17)(도 5)에 의해 변조되지 않은 회절 격자로만 이루어진다. 회절 격자 벡터(19)는 릴리이프 벡터(20)와 평행하게 또는 상기 벡터에 대해 수직으로 정렬될 수 있다; 각(γ)(도 5)은 완전히 다른 값을 가질 수도 있다.

보안 부재(2)의 전술한 모든 실시예들은 제한 없이 바람직하게 조합될 수 있는데, 그 이유는 방위 또는 경사각에 의존하는 특성적인 광학 효과들은 상호 대응 참조(referencing)에 의해서 훨씬 더 잘 눈에 띄고, 따라서 인식하기가 더 용이하기 때문이다.

마지막으로, 보안 부재(2)의 다른 실시예들은 또한 300 라인/mm 내지 1800 라인/mm 범위의 공간 주파수 및 0。 내지 360。 범위의 방위각을 갖는 격자 구조물을 구비한 패널(panel) 부분들(26)(도 6)도 포함하며, 상기 패널 부분들은 서문에 언급된 유럽 공개 특허 출원서 제 0 105 099호 및 유럽 공개 특허 출원서 제 0 375 833호에 기술된 표면 패턴에 사용되었다. 상기 패널 부분들(26)은 보안 부재(2) 또는 부분면들(21, 22, 25)에 걸쳐 있고, 광학적으로 변동 가능한 공지된 패턴들 중에서 하나의 패턴을 형성하며, 상기 패턴은 회전시 또는 기울어질 때 도파관 구조물의 광학 효과와 무관하게 동일한 관찰 조건들 하에서 예정된 대로 변동된다. 이와 같은 조합의 장점은, 표면 패턴이 보안 부재(2)의 위조에 대한 안전성을 높여준다는 것이다.

Claims

플라스틱으로 이루어진 층 복합체(1)의 2개의 층 사이에 매립될 때 경계면에 광활성 구조물(9)을 갖는 부분면들로 세분되는 회절 보안 부재(2)로서, 적어도 상기 층 복합체(1)의 조사될 베이스층(4)은 투과적이고, 상기 광활성 구조물(9)이 기본 구조물로서 최대 500 nm의 주기 길이(d)를 갖는 0 차수의 회절 격자를 포함하도록 구성된 회절 보안 부재(2)에 있어서,

상기 부분면들(21; 22; 25) 중에서 적어도 하나의 부분면 내에는 투과성 유전체로 이루어지고 층 두께(s)를 갖는 통합된 광학 도파관(5)이 상기 베이스층(4)과 상기 층 복합체(1)의 접착층(7) 및/또는 보호층(6) 사이에 매립되어 있으며, 상기 광활성 구조물(9)의 단면 깊이(t)는 상기 층 두께(s) 중에서 미리 결정된 비율을 차지하는 것을 특징으로 하는, 회절 보안 부재.
제 1 항에 있어서,

±5%의 허용 오차 내에서 상기 단면 깊이(t)가 상기 층 두께(s)와 같은 것을 특징으로 하는 회절 보안 부재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 층 두께(s)는 65 nm 내지 85 nm 범위의 값을 가지고, 상기 단면 깊이(t)는 60 nm 내지 90 nm 범위의 값을 가지며, 상기 주기 길이(d)에 대해서는 260 nm 내지 370 nm 범위의 값이 선택되는 것을 특징으로 하는 회절 보안 부재.
제 1 항에 있어서,

±5%의 허용 오차 내에서 상기 단면 깊이(t)가 상기 층 두께(s)의 3배인 것을 특징으로 하는 회절 보안 부재.
제 4 항에 있어서,

상기 층 두께(s)가 60 nm의 값을, 상기 단면 깊이(t)가 150 nm의 값을 그리고 상기 주기 길이(d)가 417 nm의 값을 가지며, 상기 각각의 값들(d; s; t)이 5%의 허용 오차를 갖는 것을 특징으로 하는 회절 보안 부재.
제 1 항에 있어서,

±5%의 허용 오차 내에서 상기 층 두께(s)가 상기 단면 깊이(s)의 2배인 것을 특징으로 하는 회절 보안 부재.
제 6 항에 있어서,

상기 층 두께(s)를 위해서는 115 nm의 값이, 상기 단면 깊이(t)를 위해서는 65 nm의 값이 그리고 상기 주기 길이(d)를 위해서는 345 nm의 값이 선택되며, 상기 각각의 값들(d; s; t)이 5%의 허용 오차를 갖는 것을 특징으로 하는 회절 보안 부재.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광활성 구조물(9)은 릴리이프 구조(17)를 갖는 0 차수 회절 격자의 중첩이며, 상기 릴리이프 구조(17)는 220 라인/mm 미만의 공간 주파수(F) 및 1°내지 15°범위의 블레이즈 각(γ)의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 회절 보안 부재.
제 8 항에 있어서,

상기 0 차수 회절 격자의 회절 격자 벡터(19) 및 상기 릴리이프 구조(17)의 릴리이프 벡터(20)가 0°, 45°, 90°등의 값들 중에서 하나의 값을 갖는 방위 미분각(Ψ)을 형성하는 것을 특징으로 하는 회절 보안 부재.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유전체가 2.3의 굴절율(n₂)을 갖는 것을 특징으로 하는 회절 보안 부재.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 부분 영역들(21; 22; 25) 내에는 300 라인/mm 내지 1800 라인/mm 범위의 공간 주파수 및 0°내지 360°범위의 방위각을 갖는 격자 구조물을 구비한 패널 부분(26)이 배치되는 것을 특징으로 하는, 회절 보안 부재.