KR20060107324A - 고채도 광학적 가변 색상 전이 글리터 - Google Patents

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KR20060107324A
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알베르토 아르고이티아
켄트 이. 콜터
로저 더블유. 필립스
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제이디에스 유니페이즈 코포레이션
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Abstract

본 발명은, 형상과 크기가 실질적으로 균일하게 커팅된 입자들을 포함하는 불투명 색상 전이 글리터로서, 상기 입자들 각각은 가시광 스펙트럼에서 관찰각 또는 입사광의 각의 변화에 따라 지각할 수 있는 색상 전이를 제공하는 무기 박막 광학적 간섭 구조를 구비하고, 각 입자의 상기 무기 박막 간섭 구조는 강도를 제공하고 입자들이 말리는 것을 방지하기 위한 유기 지지층에 의해 지지되는 불투명 색상 전이 글리터와 유기 지지층과; a)유기 지지층의 각 면 상에 하나의 일주기 또는 이주기 페브리-페로트 구조들, 또는 b)유기 지지층의 일 면에 같은 반사층을 공유하는 두 개의 일주기 또는 이주기 페브리-페로트 구조, 또는 c)유기 지지층의 일면 상에 광학적 가변 색상 전이 잉크;를 가지는 입자들을 구비하는 것을 특징으로 하는 불투명 색상 전이 글리터를 제공한다.

Description

고채도 광학적 가변 색상 전이 글리터{High chroma optically variable color-shifting glitter}
본원은 적어도 하나의 컬러로 된 도면을 포함한다. 컬러 도면을 가진 본 특허나 출원 포대의 출판 사본은 요청과 필요한 비용을 지급함에 따라 특허청에 의해 제공될 것이다.
발명의 예시적인 구현은 도면을 참조하여 기술될 것이다.
도 1은 유기 지지층의 양 면 상에 비 대칭적인 일주기 페브리-페로트 필터를 가진 본 발명에 따른 글리터 입자를 도시한다.
도 2는 유기 지지층의 양 면 상에 비 대칭적인 이주기 페브리-페로트 필터를 가진 본 발명에 따른 글리터 입자를 도시한다.
도 3a는 두 개의 페브리-페로트 구조가 공통의 반사층을 공유하는 투명한 유기 지지층의 일 면 상에 있는 두 개의 일주기 페브리-페로트 구조를 가진 본 발명에 따른 글리터 입자 도시한다.
도 3b는 투명한 유기 지지층의 일 면 상의 일주기의 비대칭 페브리-페로트 필터와 지지층의 제 2면의 반사층을 가진 본 발명에 따른 글리터 입자를 도시한다.
도 3c는 두 개의 페브리-페로트 구조가 공통의 반사층을 공유하는 투명한 유기 지지층의 회절면 상에 있는 두 개의 일주기 페브리-페로트 구조를 가진 본 발명 에 따른 글리터 입자를 도시한다.
도 4는 투명한 유기 지지층의 일 면 상에 두 개의 이주기 페브리-페로트 구조를 가진 본 발명에 따른 글리터 입자를 도시한다. 두 개의 이주기 페브리-페로트 구조는 공통의 반사층을 공유한다.
도 5는 유기 지지층의 일 면 상에 색상 전이 잉크를 가진 본 발명에 따른 글리터 입자를 도시한다.
도 6은 반사층이 유기 지지층의 일면 상에 있고 다른 면은 도 1 내지 5에 도시된 것과 같은 간섭 코팅이 타면 상에 있는 본 발명에 따른 결합 글리터 입자를 도시한다.
도 7은 투명한 유기 지지층 일 면 상의 공통의 반사층을 공유하며, 유전체층의 두께가 실질적으로 상이한 두 개의 이주기 페브리-페로트 구조를 가진 본 발명에 따른 글리터 입자를 도시한다.
도 8은 각각의 냉각 드럼 아래의 코팅 소스를 도시하는, 두 개의 드럼을 가진 진공 롤 도포기의 개략도이다.
도 9a,9b 및9c는 1 mil의 PET 금속박 기판 상에 상이한 색상 전이 디자인을 가지며 육각형으로 잘린 글리터 입자들을 설명하는 세 개의 광학 현미경 사진들이다.
도 10은 큰 각도 및 수직각으로 쉬프트된, 색상 전이 크로마플레어 (ChromaflairTM)(좌측)와 색상 전이 글리터(우측)의 사진들이다.
도 11은 DataColor SF600+ 분광 광도계로 얻은 다른 크로마플레어 (ChromaflairTM)와 색상 전이 입자의 색 특성 자료 표이다.
도 12, 13 및 14는 색상 전이 글리터와 색상 전이 플레이크를 위한 다른 물질 디자인에 대한 파장 영역 대 반사율을 도시한 그래프들이다.
도 15는 증가하는 입사각과 관찰각에서 거울반사(specular reflection)에 가까운, 입자들의 색상 전이 특성을 특정하기 위하여 사용된 지오메트리를 도시하는데, 맑게 코팅된 샘플들과 관련된 강한 광택구성요소를 피하기 위해서 상기 조명각과 관찰각은 거울반사로부터 10도 정도 차이가 나며, 상기 묘사된 샘플들은 (15˚/5˚)부터 (65˚/55˚)까지 5˚씩 증가하는 11개의 조명각/관찰각을 사용하여 특정되었다.
도 16은 도 15에 제시된 지오메트리를 사용한 색상 전이 글리터와 플레이크에 대한 GO-SL 디자인을 사용하여 얻어진 결과를 설명한 그래프이다.
도 17은 "금속성의" 외관과 "글리터나 번쩍거리게" 보이는 외관 사이의 차이를 설명하는 데 사용되는 다른 지오메트리를 도시한다.
도 18은 도 17에 제시된 지오메트리를 사용한 색상 전이 글리터와 플레이크에 대하여 GO-SL 디자인을 사용하여 얻어진 결과를 설명하는 그래프이다.
도 19a, b 및 c는 육각형의 모양과 각각 100, 150 및 400 마이크론의 입자크기를 가진 GO-SL디자인 색상 전이 글리터의 광학 현미경 사진들이다.
본 발명은 본 발명의 참조로서 포함되는, 2005년 4월 6일 출원된 미국 특허 출원 No.60/668,852와 2005년 6월 27일 출원된 미국 특허 출원 No.60/694,407을 기초로 우선권을 주장한다.
본 발명은 불투명한, 광학적 가변 색상 전이 글리터 입자에 관련된 것이다.
글리터는 세계 도처에 존재하며, 포장, 의류, 인간의 신체, 스포츠 용품 그리고 많은 다른 물품을 장식하는 데 사용되고 있다. 글리터는 규칙적이거나 비 규칙적인 표면을 가진 복수 개의 입자들인데, 빛을 반사하거나 빛을 굴절시키는 물질을 포함하는 형태로 알려져 있다. 예컨대 글리터는 미국 등록 특허 RE 31,780(Cooper 등), 미국 등록 특허 3,764,067(Coffey 등), 미국 등록 특허4,310,584(Coffey 등), 미국 등록 특허 5,294,657(Melendy 등)등에 기재되어 있다.
글리터로 유용한 물질은 알루미늄, 구리, 은, 금, 황동과 같은 금속 입자와 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리메타아크릴레이트(polymethacrylate), 폴리비닐부티랄(polyvinylbutyral)과 같은 투명, 또는 유색 고체 유기 물질 입자와, 금속 입자가 코팅된 필름이나 종이(즉, 알루미늄이 코팅된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름)를 포함한다.
글리터는 투명하거나, 은색, 금색, 청색, 적색 등의 다양한 색으로 또는 이들이 혼합되어 제공될 수도 있으며, 원형, 정사각형, 사각형, 삼각형, 다이아몬드형, 별형, 기호들, 문자와 숫자를 조합한 것(즉, 문자 및/또는 숫자) 또는 다른 형 상들을 혼합한 형태와 같은 다양한 형상으로 제공될 수 있다.
글리터로 코팅된 물품에 대해 가장 주목할 만한 것은, 광원, 코팅된 물품 및 관찰자가 멈추어 있을 때조차도 반짝이거나 빛을 발한다는 것이다. 코팅된 물품의 반짝임 효과를 인지하기 위해 광원과 코팅된 물품과 관찰자 사이의 상대적인 움직임이 필요하지는 않다. 글리터 입자 각각은 반사에 이용될 수 있는 큰 표면적을 가지고 있고, 반짝임 효과는 이러한 입자들의 부정렬(misalignment)에 기인한다. 그러나, 상대적인 움직임이 있을 때, 글리터로 동적인 방식으로 반짝이는 경향이 있는데, 코팅된 물품은 반짝이는 효과가 관찰되는 곳으로부터 위치한 점에서, 반짝이는 효과가 관찰되는 지점이 움직임에 따라 지속적으로 변하는 것처럼 나타난다. 글리터 입자가 불투명할 때 글리터는 가장 눈에 띈다. 따라서, 최상의 글리터는 불투명한 반사 물질로 형성된다. 불투명하지 않은 글리터 입자는 외관이 희미하거나 낡아보이는 경향이 있다.
글리터는 다양한 색, 모양 및 크기로 상업적으로 이용가능하다. 인간의 눈은 직경 20 마이크론 이하의 반사 입자로부터의 반짝임 효과는 거의 인지할 수가 없기 때문에, 실재의 글리터 입자들은 직경 50 마이크론보다 큰 경향이 있다. 또한 만족스러운 시각적 효과를 위해서는, 글리터 입자들이 형상과 크기에 있어서 충분히 균일한 것이 바람직하다. 눈은 관찰자를 분산시키는 더 큰 입자에 순간적으로 집중하는 경향이 있기 때문에, 너무 크고 다른 인접한 입자들보다 상당히 큰 몇몇 입자들을 갖는 것은 글리터가 제공하는 흥미로운 효과를 감소시킨다. 반대로, 입자들이 너무 작으면, 그것들은 인지할 수 있는 어떤 반짝임 효과를 제공하지 않으면서 가 치있는 공간을 단순히 차지하는 것이다.
효과 안료의 금속성 외관이 최근 몇 년간 인기를 얻어 급속히 증가하였다. 그러나, 고객들은 새롭고 흥미로운 시각적 외관을 고대하여, 새로운 코팅과 페인트, 잉크, 겔 등의 적용에 대한 연구 개발을 요구하고 있다.
지속적인 연구가 진행되어 코팅의 외관과 성능은 향상되었다. 최근에는 새로운 특징이 강화된 글리터 입자가 요구되고 있다. 예컨대, 본원에 참조로서 포함되는 휘트니(Whiteney) 등의 이름으로 된 미국 등록 특허 6,475,609에서는 교번하는 상이한 유기 고분자 물질 층들 복수 개로 만들어진 글리터를 기술하는데, 적어도 하나의 고분자는 복굴절인 것이다. 비록 휘트니(Whiteney) 등에 의해 기술된 그 발명이 의도한 대로 기능하는 것으로 나타나더라도, 그 구조는 불투명한 것이 아니며, 아주 높은 채도나 반사성을 제공하지는 않는다. 제공되는 색상 전이는 낡아보이는 두 가지 색의 범위 내에 있는 경향이 있고, 따라서 전반적인 효과는 특별히 현저하지 않다. 글리터는 영향을 미치지 않고, 색상전이 효과는 특별히 양호하지 않다.
불투명, 무기물을 기초로하는 색상 전이 페브리-페로트(Fabry-Perot)구조는 수 년간 사용되어 왔으며 탁월한 색상 전이의 시각적 효과를 가지고 있다. 전형적으로 금속박(foil) 형태로 된 이러한 유형의 구조는 기판 상에, 유전체 층을 수반하는 반사층을 증착함으로써 만들어 지는데 유전체층은 흡수층을 수반한다. 이러한 금속박은 반사층의 존재로 인해 한쪽 면에서 고 반사성으로 나타나고, 페브리-페로트(Fabry-Perot)구조로 인해 그 반대 면으로부터 관찰될 때는 각에 의존하는 방식 으로 변하는 색깔로 고 반사성으로 나타난다. 페인트와 잉크에 사용하기 위한 박편(flakes)들은 기판으로부터 플레이크 형태로 증착된 층을 벗겨내고 연속적으로 박편을 건조시킴으로써 흡수층/유전체층/반사층/유전체층/흡수층의 대칭적인 페브리-페로트 구조로부터 얻을 수 있는데, 두 개의 일주기 페브리-페로트 구조는 동일한 반사층을 공유한다. 이러한 색상 전이 박편을 약 2 마이크론에서 약 20 마이크론까지 크기가 변하며, 담체(carrier)에 첨가되어 색상 전이 효과를 전시하는 잉크나 페인트를 만들 수 있다. 통상 직경이 대략 20 마이크론 이하의 크기로, 실질적으로 크기가 균일한 박편의 고수율을 달성하기 위하여 기술에 많은 노력이 들어갔다. 크로마플레어(Chromaflair TM)는 제이디에스 유니페이즈 주식회사에 의해 판매된 상업적으로 성공한 제품인데, 이곳에서는 대락 17 마이크론의 평균 직경을 갖는 작은 박편들이 담체에 분산되어 페인트나 잉크를 형성한다. 이 페인트는 매우 매력적인 호소력 때문에 인기를 획득하여 자동차, 장난감, 및 다양한 다른 기구와 포장물을 코팅하는데 사용된다.
만약 크로마플레어(ChromaflairTM)로 코팅된 물체를 매우 가까이에서 본다면, 반짝이는 외관은 희미하게 식별되고 거의 인지할 수가 없다. 사실, 반짝임 효과를 의도적으로 찾도록 눈을 긴장시키지 않으면, 반짝임 효과는 거의 알아챌 수 없을 것이다. 반대로, 강한 금속성 효과는 관찰되는데, 우세한 효과는 담체 내의 불투명 박편들로부터의 색상 전이이다. 크로마플레어(ChromaflairTM)에 사용된 박편 입자 크기 때문에 관측자는 글리터라기 보다는 약간의 무지개 빛을 보게된다. 크 로마플레어(ChromaflairTM)의 샘플들은 현재 www.jdsu.com에서 인터넷 상에서 볼 수 있다.
이러한 페인트와 잉크가 실제로 "글리터로" 보이기 위해서는, 통상적인 글리터와 비슷한 직경을 가져야 하는 데, 즉, 입자들은 적어도 대략 30 마이크론보다 크거나 바람직하게는 50 마이크론 이상이고, 2000 마이크론에 이르거나 혹은 더 커야한다.
상술한 바와 같이, 잉크나 페인트를 만드는 데 사용되는 종래의 광학적 가변(OV;optically variable) 박편은 대칭적인 다층 불투명 색상 전이 필름으로 코팅된 금속 박을 조각 냄(scraping)으로써 얻어진다. 조각 내기에 앞서 금속 박은 통상적으로 화학물질 탕(bath)에, 예컨대 아세톤 탕에 놓여지는데, 증착된 층들을 기판으로부터 느슨하게 하기 위함이다. 조각내는 공정 중에 박편들은 그들의 담체 기판으로부터 입자 크기에서 큰 분포를 가지는 여러 조각으로 떨어져 부서지는 경향이 있다. 어떤 박편들은 약 1-5 마이크론과 동등한 직경을 가질 수도 있고 반면에 다른 박편들은 125 마이크론에 이르는 동등한 직경을 가질 수도 있다. 비록 글리터로 사용되기에는 큰 입자들이 바람직하지만, 입자들이 부서져서 된 크기는 실제로 제어될 수 없고, 평균적으로 너무 작은 경향이 있다. 더군다나, 큰 직경을 가지는 입자들은 말리는 경향이 있고, 상대적으로 편평해야 할 필요가 있는 양질의 글리터로서 기능하는 능력을 잃는다.
요약하면, 대체로 편평하고, 크기나 형상이 균일하고, 불투명한 글리터 입자 를 가지는 것이 좋다.
또한 크기가 최소 30 마이크론이고, 색상 전이의 질이 탁월하고 높은 반사성 뿐만 아니라 높은 채도의 글리터 입자를 가지는 것이 바람직하다.
출원인은, 페인트나 잉크에 사용되는 색상 전이 안료를 만드는 데 사용되던 종래 기술을 사용하여서는 글리터에 요구되는 입자 분포, 크기 및 편평도를 충족 시킬 수 없기 때문에 양질의 글리터는 만들 수 없음을 발견했다.
본 발명의 목적은 고 채도를 가지며, 불투명하며, 매우 균일한 크기 분포를 가지는 바람직한 형상으로 제조될 수 있고, 입자들은 글리터로 인식될 수 있을 정도로 충분히 크고 충분히 편평한 글리터를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 물체가 정지해 있을 때 강한 반짝임 효과를 제공하고, 물체나 물체 위의 광원이 움직일 때도 높은 정도의 채도와 강한 색상 전이를 제공하는 글리터를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 평균 크기가 글리터의 요구사항을 충족시키면서, 입자들은 대체로 편평한 색상 전이 글리터 입자를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 불투명한 색상 전이 글리터로서, 유기 지지층;과 a)유기 지지층의 각 면 상의 하나의 일주기 또는 이주기 페브리-페로트 구조, 또는 b)동일한 반사층을 공유하는 유기 지지층의 일 면 상의 두 개의 일주기 또는 이주기 페브리-페로트 구조, 또는 c)유기 지지층의 일 면 상의 광학적 가변 색상 전이 잉크를 구비하는 구조가 제공된다.
본 발명에 따르면, 글리터 입자 각각은 바람직하게는 적어도 30 마이크론의 직경 "d"와 6 마이크론 이상의 두께 "t" (여기서 t < d/2)를 갖는다. 유기 지지층은 색상 전이 코팅이 말리는 것을 방지하고, 글리터 기판을 식별 입자 크기로 정확하게 자르는 것을 가능하게하며, 간섭 코팅의 쪼개짐과 파손을 감소시키기 위한 강도를 제공한다.
다른 구현예에서, 불투명한 색상 전이 글리터는 회절성 미세구조를 갖는데, 이 미세구조는 박막과 회절성 광 간섭에 의해 불투명한 색상 전이를 동시에 나타내는 글리터를 제공한다. 이 결합된 간섭은 색체 안료와 금속 박에 관련한 미국 등록 특허 6,841,238에 개시되어 있다.
본 발명의 범위에 속하는 또 다른 구현예는, 상기 기술한 구조 (a),(b)또는 (c)를 모두 동일한 크기를 갖는 사전 설정된 크기의 기판 상에 즉, 위의 규격을 따르는 유리 박편, 운모, 보론나이트라이드, 알루미늄옷사이드 상에 두는 것이다. 이러한 공정은 입자의 코팅에 관련된 미국 등록 특허 6,524,381과 미국 특허 6,777,085에 개시되어 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 복수 개의 글리터 입자를 구비하는 불투명한 색상 전이 글리터가 제공되는 데, 각각의 글리터 입자들은 각 면 상에 반사층, 유전체층 및 흡수층을 수반하는 유기 지지층를 구비하는데, 상기 입자들은 최소 30 마이크론의 직경 "d" 와 6 마이크론 이상의 두께 "t" (여기서 t < d/2)를 가지며, 상기 유기 지지층은 입자들이 말리는 것을 방지하고 입자들의 쪼개짐과 파손을 줄 이기 위한 강도를 제공한다.
본 발명에 따르면, 형상과 크기가 실질적으로 균일하도록 기계적 수단이나 레이져 새김 도구로 제조된 글리터 입자들로 구성된 불투명한 색상 전이 글리터가 제공되는데, 상기 글리터 입자들 각각은 시야각(viewing angle) 또는 가시영역의 입사광의 각도에 따라 변하는 인지가능한 색상전이를 제공하는 무기 박막 광학적 간섭 구조를 구비하며, 각 입자의 상기 무기 박막 광학적 간섭 구조는 입자들의 말림을 방지하기 위한 강도를 제공하는 유기 지지층에 의해 지지된다.
도 1은 직경이 적어도 50 마이크론이고 바람직하게는 150 마이크론이나 그 이상이 되도록 사전 설정된 크기와 형상으로 기계적으로 절단한 글리터 입자를 도시한다. 입자는 투명하거나 불투명할 수 있는 유기 지지층(12)의 반대쪽 면들에 증착된 두 개의 일주기 페브리-페로트 구조들(10a, 10b)을 구비한다. 일주기 페브리-페로트 구조들(10a, 10b) 각각은 유기 기판(12) 상에 증착된 반사층(14), 유전체층(16) 및 흡수층(18)을 갖는데, 유기 기판은 그 위에 증착되는 층들(14, 16, 18)의 각각 보다 상당히 두껍다. 도 1 내지 4와 도 6 및 7에 도시된 구조에서 예시된 구현예는, 플렉서블한 투명 또는 불투명한 유기 물질 시트를 이용하여 진공 롤 도포기에서 만들어질 수 있다. 기판의 투명성과 불투명성은 광학적 가변 코팅을 보기 위하여 지지하는 기판을 통해서 보는 것이 필요한지 여부에 달려있다. 통상적으로, 1 mil 폴리에스터가 지지 기판(12)으로 사용되지만, 다른 유기웹(organic web)과 다른 두께도 사용될 수도 있다. 유기웹은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌(polyethylene), 정향된 폴리프로플렌(oriented polypropylene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리비닐부탈(poly vinylbutal), 폴리헥사디엔(polyhexadiene), 폴리이미드(polyimide)를 포함할 수 있다. 또한, 투명성을 요하지 않는 웹이 사용될 수 있으나 글리터로 절단될 수 있어야 한다. 웹이나 기판의 두께는 0.5 mil에서 5 mil의 범위일 수 있다.
진공 롤 도포 기술은 잘 알려져 있으며, 특히 진공 롤 도포기에서의 광학적 가변 박막의 제조도 잘 알려져 있다. I.M.Boswarva등은 여기에 참조로써 포함된, 미국 LA 뉴올리언즈에서 열린 제 33회 진공 도포 기술 협회의 연중 컨퍼런스의 회보 p103-109(1990)에서, 플라스틱 웹 위의 모든 유전체 디자인에 기초한 광학적 가변 코팅 제조를 기술했다. 코팅은 릴리즈 코팅된 담체 웹에 증착된 ZnO2와 SiO2층으로 만들어지고 UV 경화 접착제로 제거되어, 캐나다 은행권 상의 광학적으로 변하는 패치를 형성한다. 이러한 패치는 대략 1/2 제곱 인치였다.
광학적 가변 안료(OVP: optically variable pigment)를 만들기 위하여 릴리즈 코팅된 기판을 진공 롤 도포기에서 사용하는 것은 잘 알려져 있으며, 다음의 미국 등록 특허들 US 5,383,995, US 5,281,480, US 5,059,245, US 5,084,351, US 5,214,530, US 6,243,204, US6,569,529, US 6,744,559 및 US 5,135,812은 본원의 참조로 인용된다. 또한, 전술한 특허에 기술된 물질과 코팅 디자인은 본 발명에 사용될 수도 있는 물질 형태를 위한 참조로도 포함될 수 있다.
Boswarva와는 달리, 본 발명은 릴리즈 코팅한 기판을 박막의 광학적 스택으로 이용하지 않으며, 투명한 모든 유전체 디자인이 이용되는 것은 아니다. 전술한 미국 등록 특허들과는 달리 본 발명은 릴리즈 코팅된 기판의 사용을 요하지 않으 며, 안료(즉,플레이크)를 만들기 위해 웹으로부터 코팅을 제거하지 않는다. 더구나 본 발명에 따른 글리터 입자들은 일반적으로 대략 17 마이크론을 중심으로 하는 정규분포를 갖는 종래 기술의 안료 입자들과는 달리, 바람직하게는 모두 동일한 크기를 갖는다. 바람직한 실시예에서 글리터 입자들은 비교적 상대적으로 큰 데, 즉 크기가 약 100 마이크론이나 그 이상이다.
사시각도에서 관찰할 때, 광학적 가변 안료는 광학적 가변 글리터 입자들과는 전혀 다르게 보인다. 광학적 가변 안료의 색은 단독으로 또는 잉크나 페인트에 섞였을 때 주어진 각에서의 색깔이 균일하다. 반면에 광학적 가변 글리터 입자들은 잉크나 페인트에 섞였을 때 색의 개개의 점들로서 반짝거린다. 두 사안에서, 각을 바라보는 각에 따른 색상 전이가 있는 것이다.
글리터에서의 금속과 유전체의 무게 집중(weight concentration)은 안료에서의 경우보다 낮다. 이것은 글리터를 화장품 산업에 더 흥미롭게 한다.
바람직한 실시예에서, 흡수층, 유전체층 및 반사층의 동시 증착이 달성되도록 도 8에 되시된 바와 같이 롤-투-롤(roll-to-roll) 이중 증착 시스템이 이용될 수 있다.
도 1 내지 7에 도시된 구조를 갖는 시트를 형성함으로써, 환경과 관련되고 개인적인 보호가 요구되는 부담을 가진채 페브리-페로트 코팅된 릴리즈 타입의 폴리에스트 필름으로부터 전통적인 플레이크의 수확과 보통 관련된 벗겨내는 용매의 필요없이 시트 물질들이 입자들로 절단될 수 있다. 여기서 코팅 챔버로부터 롤을 간단히 제거하고 잘 알려진 콘페티(confetti) 타입의 절삭 기계를 사용하여 웹을 글리터 입자들로 자른다. 정사각형, 사각형, 삼각형 및 육각형을 포함한 다양한 형상으로 절단될 수 있다.
이와 같이 광학적 가변 글리터에 대한 적용은 반짝임 효과가 요망되는 곳, 즉 보트, 스키, 스노브드, 개인 선박의 페인트를 포함한다. 그러한 글리터 입자들은 머리 빗, 장난감 및 기구와 같은 플라스틱 제품에도 사용될 수 있다.
도 2는 투명하거나 불투명할 수 있는 중앙의 유기 지지층(20)의 각 면 상에 이주기 페블리-페로트 구조를 가진 글리터 입자를 보여준다. 각각의 페브리-페로트 구조는 반사층(22), 유전체 공간들(24a, 24b), 두 개의 흡수층들(26a, 26b)으로 구성된다. 도 1과 도 2는 이중 공동(空洞)이 하나의 공동으로는 가능하지 않은 색상을 만든다는 점에서 매우 다르다. 도 1에 도시된 구조보다 도 2에 도시된 구조에서 더 높은 채도를 가능하게 하는 이중 공동에 대한 스펙트럼에 피크 억제가 존재한다.
또 다른 실시예가 도 3에 도시되어 있는데, 거기서 글리터 입자는 투명한 유기 지지층의 한쪽 면 상의 동일 반사층을 공유하는 두 개의 일주기 페브리-페로트 구조를 갖는 것으로 도시되어 있다. 흡수층(32)은 기판 상에 증착되고, 층(32) 상부에 유전 공간층(34), 반사층(36), 유전공간층(38) 그리고 및 흡수층(39)이 상호 상에 증착된다. 이 비대칭적 글리터 입자는 투명한 지지층의 어느 한 면으로부터 볼 때 광학적으로 변하지만, 불투명한 층의 경우에는 밝기가 감소된 채, 광학적 가 변 효과를 볼 수 있다. 후자의 경우, 몇몇 입자들은 관측자쪽으로 불투명한 측이 향해지도록 배열될 수 있고, 반면 다른 입자들은 관찰자쪽으로 광학적 가변 코팅이 향하도록 배열될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 유기 지지층(30b)이 바닥면의 반사 코팅(37c)과 윗면의 흡수층(39b)으로 된 하나의 페브리-페로트 구조를 가진 글리터 입자가 도시되어 있다.
도 3c를 참조하면, 두 개의 페브리-페로트 구조가 공통의 반사층을 공유하는 투명한 유기 지지층의 회절하는 면 상에 있는 두 개의 일주기 페브리-페로트 구조를 가진 글리터 입자가 도시되어 있다. 투명한 유기 기판은 압인된 회절 격자를 가지며, 그 상부에 증착된 연속적인 무기 박막층은 흡수층, 유전체층 및 반사층으로 인한 색상 전이 박막 효과 및 회절 효과를 가진 구조를 나타내는 격자의 형태를 갖는다. 증착된 박막층들의 중앙 반사층을 중심으로 한 대칭성은, 만일 투명 유기 기판이 제공된다면 양쪽 면으로부터 관찰될 때, 얇은 광학적 가변 효과를 제공한다. 절단하는 동안 그러한 큰 직경의 회절하는 플레이크가 말리거나 부서지는 경향은 흡수층, 유전층 및 반사층에 대한 지지로 인해 두꺼운 안정적인 유기층을 가짐으로써 상당히 감소한다. 두 개의 일주기 페브리-페로트 구조가 지지층의 비 회절면 상에 위치할 때, 글리터 입자는 격자 면으로부터 관찰될 때에는 회절과 박막 간섭의 조합을, 편평한 면으로부터 관찰될 때에는 단지 박막 간섭만을 나타낼 것이다. 이런 변화의 글리터로 코팅된 제품은 이들 효과의 조합을 보여 줄 것인데, 정적으로글리터 입자는 50%의 시간은 평평한 면 상에, 50%의 시간은 회절면 상에 작용할 것이기 때문이다.
도 4는 투명 유기 지지층(40)위에 배치된 두 개의 이주기 페브리-페로트 필 터가 발생하게 하는 실시예이다. 이주기 페브리-페로트 구조 각각은 두 개의 흡수층(43), 두 개의 유전 공간(45)을 가지며, 이주기 페브리-페로트 구조(44)의 사이에 가운데 배치된 반사층(47)을 공유한다. 도 2에 도시된 실시예를 능가하는 본 실시예의 장점은 단지 한 면만 코팅되어야만 하기 때문에 제조하기가 쉽다는 것이다. 도 2에서, 종래 코팅 기계장치를 사용하면 다른 면을 코팅하기 위하여 롤은 진공 코팅 챔버로부터 제거되어야만 한다. 명백히 한 면을 코팅하는 것은 좀 더 경제적이다.
상술한 도 1내지 도 4에 도시된 실시예와 상이한 다른 실시예가 도시된다. 도 5에 제시된 글리터 입자는 지지층의 일 면위에 색상 전이 잉크나 페인트(52)를 가진 유기 지지층(50)을 구성한다. 투명층(50)을 제공함으로써 색상 전이 잉크나 페인트는 양면으로부터 보여 질 수 있다. 비록 본 실시예는 보는 각도에 따라 변하거나 광원의 방향의 변화에 따른 색상 전이 이지만, 균일하고 편평한 반사층을 가지는 전술한 실시예보다 글리터 입자로서 덜 반사된다.
도 6은 유기 지지층(60)이 앞의 실시예들에서 기술된 코팅(62)들 중의 하나를 지지하는 본 발명에 따른 실시예를 도시한다. 유기 지지층(60)의 다른 면은 반사 코팅(64)로 도포되어 있다. 이 입자는 반사 코팅(64)를 가진 면으로부터 볼 때 높게 반사하며 코팅(62)을 가진 다른 면으로부터 볼 때 광학적으로 변하는 성질을 가진다.
도 7은 투명한 유기 지지층(70)의 일면 상에 있는 공통의 반사층을 공유하는 두 개의 일주기 페브리-페로트 구조(79)를 가진 본 발명에 따른 글리터 입자를 보 여준다. 이중 구조는 흡수층(72a), 유전 공간층(74a), 반사층(75), 유전 공간층(74b) 및 외측의 흡수층(72a)을 지지하는 투명한 유기 지지층을 포함한다. 유전층74a의 두께는 유전층74b과 다르다는 것을 주목해야 한다. 유전층 두께의 적당한 조합으로, 글리터 입자는 한 각에서 같은 색과 다른 각으로 전이 될 때 두 개의 다른 색을 가질 수 있다(박막 간섭에 의한 조건등색; Metamerism:메타메리즘). 글리터 입자의 크기 때문에, 이러한 두 색은 색의 개개의 점으로서 번쩍거리는 글리터 입자들 사이에서 쉽게 구별될 것이다. 이런 비 대칭의 개념은 도 1 내지 4에 대응하는 형상에도 적용될 수 있다.
바람직한 실시예에서 롤-투-롤 이중 증착 시스템이 도 8에 도시된 대로 이용된다. 푸는 얼레(81a)는 드럼들(83a, 83b) 하부를 지나 텐션 휠(85)을 경유하여 감는 얼레(81b)까지 이동하는 유기 시트 물질(80)을 공급하며, 여기서 흡수층, 유전체층 및 반사층의 동시 증착이 이용될 수 있다. 예로서, 소스 1은 하나 이상의 물질을 보유하는 멀티-포켓(multi-pocket) 증발 도가니일 수 있고, 소스 1과 소스 2에서의 증발 형태는 저항성 전자 빔 또는 직류 마그네트론 스퍼터링(DC magnetron sputtering)일 수 있다.
따라서, 본 발명은 색상 전이 입자로서의 탁월한 성능을 가짐과 동시에 높게 반사하는 글리터로서 기능하는 광학적으로 변하는 고 반사 글리터를 제공한다.
< 예1 >
광학적 가변 플레이크와 색상 전이 글리터 입자 사이의 비교 연구:
시료들이 다음과 같이 페인팅된 드로우다운(drow-down)으로 준비되었다.
금색으로부터 은색(GO-SL)으로, 청색으로부터 적색(BL-RD)으로 및 적색으로부터 금색(RD-GO)으로 광학적으로 변하는 박막 코팅이 광학적 가변 플레이크와 광학적 가변 글리터로 준비되어 있다. 디자인은 Cr/MgF2/Al/MgF2/Cr;의 구조를 가지는 패브리-페로트이다. 공간층의 두께는 전술한 특허에서 알려진 구조와 같이 정확한 색상 전이를 얻기 위해 조정된다.
도 9a,9b 및 9c에 도시된 현미경 사진의 글리터 시료들과 그 각각은 무기 광학 다중 층 스택에 붙은 1 mil 두께의 폴리에스트 호일을 갖는다. 선행 기술에서 광학적으로 변하는 플레이크는 유기 폴리에스트 필름이 결여된다. 광학적 가변 플레이크 시료들은 20 마이크론의 D50(20 마이크론보다 큰 입자가 50%,작은 입자가 50%), 4 마이크론의 D99.99(4 마이크론보다 큰 입자가 99.9%)과 80 마이크론의 D99.99(80 마이크론보다 작은 입자가 0.01%)를 가지고 있다. 따라서, 두께에 대한 측면 비율은 4와 80 사이의 종횡비(aspect ratio)에 대응한다. 대조적으로 글리터 샘플들은, 글리터 입자들의 98% 이상에 대해 대략 6의 종횡비에 대응하는, 육각형 형상으로 0.006"(150 마이크론)까지 절단되었다.
< 페인트 공식 >
72약 1.4 gm/cc의 폴리에스테르 밀도와 평균 3 gm/cc의 Al과 MgF2의 밀도를 고려하여, 광학적 가변 플레이크와 광학적 가변 글리터를 위해 페인트가 준비되었다. 페인트는 광학적 가변 플레이크에 대하여 웨이트 베이스 상에 3 ptb(particle to binder)로 준비되었고, 글리터 입자에 대해 25 ptb에 준비되어 잉크를 통하여 관찰되는 것을 방지하여 기판이 관찰될 수 있도록 하는 유사한 "은폐"효과를 얻으 며 두께를 보상한다.
양 입자 유형을 위하여 페인트는 투명한 카드 상에 상호 90도 방향으로 아홉개의 연속적인 경로 상에 도포되었다. 글리터 또는 광학적 가변 플레이크가 칠해 진 후, 코팅의 절반은 흑색 페인트로 코팅되어, 직각 및 상이한 각도의 입사각 및 관찰각이 측정될 수 있다. 도 10은 다른 각에서의 GO-SL로광학적으로 변하는 플레이크와 글리터 시료를 보여준다. 볼 수 있는 바와 같이, 시각적으로 두 제품은 매우 다른 광학적 효과를 가진다.
< 광학적 특성의 결과 >
방법 1; 확산 조명; 통합된 반사
74확산 조명 하에서,색 성능은 DataColor SF600+ 분광 광도계를 사용하여 특정된다. 이 기구는 적분구(intergrating sphere)를 사용하여 확산/8도(degree) 조명/거울이 포함된 관찰 지오메트리의 결과를 가져온다. 데이터는 도 11의 도표에 있는 1976년 CIELab 색공간에 제시되어 있다. 이 표는 또한 흑색 페인트로 상에 코팅되지 않은 면 상에서 측정된 샘플의 광학 밀도를 보여준다. 이것은 3 및 25ptb 페인트 공식이 비슷한 분무 조건에 대하여 근접한 광학 밀도를 만든다는 것을 보여준다. 따라서, 광학적 가변 플레이크와 글레이터 입자들에 관한 양 샘플에서의 입자 밀도는 비슷하다. 도 12,13 및 14는 색상 전이 디자인 각각을 비교하기 위한 파장 스펙트럼 대 반사율을 보여준다.
일반적으로, SF600 결과에 기초하여 광학적 가변 플레이크 샘플과 대비하여 글리터 입자를 포함하는 페인트는 비슷한 광학 특성을 갖는다. 특히, 은색-금색 비교는 특성이 본질적으로 동일하기 때문에 놀랍다. 이것은 비록 빛이 눈에는 다르게 나타나더라도, 각 시료 표면으로부터 반사되는 빛의 전체 양은 동일하다는 개념을 지지한다.
방법 2: 오프(off) 광택 측정
오프 광택 측정으로 금색-은색 색상 전이를 위하여 광학적 가변 플레이크와 글리터 입자들을 설명하는 관찰각은 거울 반사 각으로부터 10도이다.
입사각과 관찰각을 증가시키면서 거울 반사에 근접한 입자들의 색상 전이 특성을 특정하기 위하여 지오메트리가 사용되었다. 도 15에 도시된 이 기하에서, 조명과 관찰 각은, 맑게 코팅된 시료들과 연합된 강한 광택 성분을 피하기 위혀여 거울 반사로로부터 10도 떨어져 있다. 샘플들은 (15°/5°)에서 (65°/55°)까지 5°씩 증가하는 11개의 조명/관찰각을 사용하여 특성이 기술되어 있다.
도 16은GO-SL디자인의 경우에 있어서 이 기하를 사용하여 얻어진 결과를 보여준다. 이러한 시료들(도 10을 참조)의 시각적 외관에도 불구하고, 색상 궤적은 비슷한 경로를 따르는 것처럼 보이고, 수직 근처(15°/5°)와 높은 각(65°/55°)에서의 서로 가까운 색조 값을 보여준다. 통상 이용되는 장점의 다른 특성은 소위 DCA(Dynamic Color Area)이다. 이 값은 (0,0)좌표에 관하여 a,b 색상 전이 궤적아래에 있는 영역을 표시한다. DCA는 (15°/5°)와 (65°/55°)값과 제로 좌표에 대응하는 색조를 위한 선으로 제한된다. DCA값은 광학적으로 변하는 플레이크와 광학적으로 변하는 글리터 입자들로 페인트하는 데에 각각 3,496과 4,079로 서로 가깝 다. 이 기하를 위해서, 우리는 또한 색 이동과 DCA값이 본질적으로 일치한다는 것을 알 수 있다.
방법3. 0도에서의 조명과 다른 모든 각에서의 반사:
도 18은 도 17과 같은 지오메트리를 사용했을 때 얻어지는 결과를 보여준다. 이 특정 방법은 "금속같이" 보이는 것 대비 "글리터나 번쩍이게" 보이는 외관 사이의 차이를 설명한다. 이 지오메트리에서 샘플들을 수직 입사로 조명되고, 관찰차는 수직 입사하는 조명의 양측에서 -80도에서 -12도로, 그리고 12도에서 80도로 2도씩 등가하며 스캐닝한다. 광학적 가변 플레이크를 가지는 금색-은색 페인트는 관찰각이 수직선에 가까울 때 고 채도를 보여 주고 , 수직선으로부터 멀어질 때 점차적으로 희미해 진다. -80˚/80˚, -70˚/70˚ 등으로부터 수직입사에 가까운 -12˚/12˚까지와 같이, 수직성의 각 측에 대응하는 점들은 기본적으로 동일하다는 것을 주목하라. 이것은 금속성 외관의 특성이다. 수직선의 각 측 상의 모든 점들(12˚부터 80˚ 대(vs) -12˚부터 -80˚)에 대하여 색상 변이는 작지만, 관찰각이 거울 반사로부터 떨어져 증가함에 따라 각 측에 대한 강도는 감소한다. 또한 수직선 각 측에서의 점들이 플레이크의 우수한 잎상과 편평한 정렬을 도시하는 평행한 궤적을 따른다는 것을 주목하라. 금색-은색 글리터 입자를 가진 페인트의 경우 광학적 성능이 매우 다르다. 비록 샘플이 수직 입사로부터 멀어져 큰 각으로 관찰될 때 색이 흐려지는 것이 전체적인 경향이지만; 수직선 각 측 상의 곡선의 궤적은 대칭적이지 않다. 글리터 입자는 광학적 가변 플레이크 만큼 편평하게 놓여 있지 않고 , 플레이크의 집합이 샘플의 수직선에 관하여 정렬이 흐트려질 때마다 이 집합은 다른 방 향으로 빛을 반사할 것인데, 그것은 장비의 감지기에 의해 상이한 색으로 감지되는 수직선으로부터 멀어진 큰 관찰각에서의 글리터링 또는 반짝이는 효과이다.(예로서,12˚및 -12˚와 14˚및 24˚에 대응하는 점들을 보라)
마지막으로, 통상적인 방법으로 플레이크를 얻기 위해 벗기는 공정을 끝낸 직후에, 단지 약 50 마이크론의 D50을 가진 입자들이 얻어진다는 것을 주목하는 것이 중요한데, 페인트 및 잉크에 관련된 대부분의 통상적 응용예에서는 20 마이크론의 D50 정도로 갈아진다.
즉, 페브리-페로트 간섭 필터의 유형의 완전 불투명 색상 전이 플레이크를 얻기 위햐여 벗겨내기, 갈기 및 분류하기를 수반하는 무기 물질의 다층 스택(금속/유전체/금속)을 증착하는 진공 방법은 글리터처럼 유기/무기 혼합물질에서 얻어질 수 있는 입자들 만큼 큰 입자를 생산하지 않는다. 따라서 이것은 지지되지 않는 불투명한, 모든 무기 색상 전이 입자들의 몇몇 한계를 나타낸다.
본 발명은 불투명하고 균일한 색상 전이 입자들을 값싸게 제공하는 제품과 방법을 제공한다.
본 발명은 입사광의 각의 변화에 따라 광학적으로 변하는 색깔을 가지고, 크기와 형태가 균일한 불투명 글리터 입자를 개시한다. 글리터 입자들은 유기 지지층과 상기 유기 지지층의 일면이나 양면에 광학적 간섭 구조를 가진다. 광학적 간섭 디자인은 페브리-페로트 구조이거나 광학적으로 변하는 잉크일 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예 시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 형상과 크기가 실질적으로 균일하게 커팅된 입자들을 포함하는 불투명 색상 전이 글리터로서,
    상기 입자들 각각은 가시광 스펙트럼에서 관찰각 또는 입사광의 각의 변화에 따라 지각할 수 있는 색상 전이를 제공하는 무기 박막 광학적 간섭 구조를 구비하고,
    각 입자의 상기 무기 박막 간섭 구조는 강도를 제공하고 입자들이 말리는 것을 방지하기 위한 유기 지지층에 의해 지지되는 불투명 색상 전이 글리터.
  2. 제 1항에 있어서,
    각 입자는 그 표면에 걸쳐 30 마이크론 이상의 길이를 가지며, 입자들의 두께는 최소 6 마이크론인 것을 특징으로 하는 불투명 색상 전이 글리터.
  3. 제 2항에 있어서,
    박막 간섭 구조는 한 개의 패브리-페로트 간섭 구조인 것을 특징으로 하는 불투명 색상 전이 글리터.
  4. 제 2항에 있어서,
    박막 간섭 구조는 두 개의 페브리-페로트 간섭 구조를 포함하는 것을 특징으 로 하는 불투명 색상 전이 글리터.
  5. 제 4항에 있어서,
    두 개의 패브리-페로트 구조는 공통의 반사층을 공유하는 것을 특징으로 하는 불투명 색상전이 글리터.
  6. 제 4항에 있어서,
    페브리-페로트 구조는 유기 지지층의 같은 면 상에 있는 것을 특징으로 하는불투명 색상 전이 글리터.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 두 개의 페브리-페로트 구조는 유기 지지층의 반대 면 상에 있는 것을 특징으로 하는 불투명 색상 전이 글리터.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 유기 지지층의 반대 면 상에 있는 각각의 페브리-페로트 구조는 복수의 페브리-페로트 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 불투명 색상 전이 글리터.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 반사층이 페브리-페로트 구조로부터 유기 지지층의 반대 면 상에 증착 된 것을 특징으로 하는 불투명 색상 전이 글리터.
  10. 제 4항에 있어서,
    페브리-페로트 구조 각각은 흡수층을 가지고,
    흡수층들의 두께는 실질적으로 상이한 것을 특징으로 하는 불투명 색상 전이 글리터.
  11. 제 1항에 있어서,
    무기 박막 광학 간섭 구조는 광학적 가변 잉크의 층인 것을 특징으로 하는 불투명 색상 전이 글리터.
  12. 제 1항에 있어서,
    무기 박막 광학 간섭 구조가 유기 지지층의 제 1 면 상에 있고,
    반사층이 유기 지지층의 반대 면 상에 있는 것을 특징으로 하는 불투명 색상 전이 글리터.
  13. 제 4항에 있어서,
    페브리-페로트 구조는 각각은 유전층을 가지며,
    유전층의 두께는 실질적으로 상이한 것을 특징으로 하는 불투명 색상 전이 글리터.
  14. 유기 지지층과;
    a)유기 지지층의 각 면 상에 하나의 일주기 또는 이주기 페브리-페로트 구조들, 또는
    b)유기 지지층의 일 면에 같은 반사층을 공유하는 두 개의 일주기 또는 이주기 페브리-페로트 구조, 또는
    c)유기 지지층의 일면 상에 광학적 가변 색상 전이 잉크;를 가지는 입자들을 구비하는 것을 특징으로 하는 불투명 색상 전이 글리터.
  15. 제 14항에 있어서,
    입자들은 두 개의 대칭적인 광학적 가변 구조(SOVSs:symetrical optically variable structures)를 구비하고,
    각 SOVS는 내부 반사층과 외측을 향하는 흡수층 및 그 양자사이에 증착된 유전층을 포함하고,
    상기 입자들 각각은 적어도 30 마이크론의 직경 "d"와 6 마이크론 이상의 두께 "t"(여기서 t < d/2)를 가지며, 유기 지지층은 입자들이 말리는 것을 방지하고 입자들의 쪼개짐과 파손을 줄이기 위한 강도를 제공하는 것을 특징으로 하는 불투명 색상 전이 글리터.
  16. 제 15항에 있어서,
    두 개의 대칭적인 SOVSs는 내부 반사층을 공유하는 것을 특징으로 하는 불투명 색상 전이 글리터.
  17. 제 1항에 있어서,
    유기 지지층은 내뷰에 형성된 회절격자나 홀로그램 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 불투명 색상 전이 글리터.
  18. 제 17항에 있어서,
    회절 격자나 홀로그램 구조는 유기 지지층의 표면에 형성되고,
    유기 지지층에 의해 지지 되는 무기 박막 광학적 간섭 구조는 적어도 그 층 에 형성되는 회절격자나 홀로그램 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 불투명 색상 전이 글리터.
  19. 제 17항에 있어서,
    회절 격자나 홀로그램 구조는 유기 지지층의 제 1 면 상에 형성되고,
    무기 박막 광학적 간섭 구조는 유기 지지층의 반대 면 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 불투명 색상 전이 글리터.
  20. 제18항에 있어서,
    유기 지지층은 투과성이고,
    무기 박막 간섭 구조는 입자의 양면에서 볼 수 있는 색상 전이 페브리-페로트 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 불투명 색상 전이 글리터.
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