KR20080099148A - 회전에 따른 색을 보여주는 구조화된 표면들 - Google Patents

Abstract

기판 위에 또는 그 내부에 형성된 피라미드 구조들의 배열을 갖는 그 기판을 가지는 광학적 가변 장치가 개시된다. 그 구조들은 광학적으로 가변하는 색-변화 코팅을 이용하여 코팅된다. 그 구조들의 각각은 적어도 세 개의 사면들을 가진 피라미드와 같은 구조를 형성하고 여기에서 그 피라미드들을 볼 때 볼 수 있는 하나 또는 그 이상의 색들은 기판이 그 기판에 직교하는 축에 대하여 적어도 30도 회전됨에 따라서 변한다. 색 변화를 보기 위해서, 광원에 대한 입사 각을 동일하게 유지하는 동안, 그리고 그 시야 각을 동일하게 유지하는 동안, 그 장치는 기판의 표면 법선 주위로 회전된다. 다양한 형태들의 피라미드들이 사용될 수 있으나, 평면적 면들을 가진 피라미드들이 가장 적당하다.

Description

회전에 따른 색을 보여주는 구조화된 표면들{Structured surfaces that exhibit color by rotation}

본 발명은 개괄적으로 기판이 회전됨에 따라 혹은 뷰어(viewer)가 그 기판 주위를 회전함에 따라 그 기판에 있는 구조들을 볼 때 인식되는 색이 변화하는 것으로서 그 기판의 부분을 형성하거나 또는 그 기판 상에 형성되는 그 구조들의 배열에 관한 것이다.

광학적으로 가변하는 색-변화 코팅들(optically variable color-shifting coatings)은, 입사 광의 각도 또는 시야 각이 변화함에 따라 관찰할 수 있는 색 변화를 제공하는 광학적 코팅으로 기판 위에 침착된(deposited) 다중-층 코팅들(multi-layer coatings), 색 변화 잉크 및 색 변화 페인트의 형태로 잘 알려져 있다.

색 변화 안료 및 착색제는 자동차 페인트에서부터 보안 문서 및 지폐를 위한 위조방지 잉크에 이르기까지 수많은 응용들에서 사용되었다. 이러한 안료 및 착색제들은 입사 광의 각도의 변화에 따라서 또는 관찰자의 시야 각이 바뀜에 따라서 색을 변화하는 특성을 나타낸다. 일반적으로 색에서의 변화를 볼 수 있기 위해서 관찰자는 광원에 관한 기판의 각을 바꾸어서 색 변화 효과를 만든다.

회전에 따라 변하는 색깔을 보여주는 물체를 산출하도록, 알려져 있는 색 변화 코팅들을 신규하고 창의적인 또는 진보적인 방식으로 활용하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 광학적 가변 장치(optically variable device)는, 기판(substrate)의 위에, 내부에 형성되는 또는 그 기판에 의해 지지되는 구조들의 배열을 갖는 그 기판을 포함하고, 상기 구조들은 광학적으로 가변하는 색-변화 코팅(color-shifting coating)을 이용하여 코팅되고, 상기 구조들의 각각은 피라미드 구조를 형성하고 각 피라미드 구조는 적어도 세 개의 사면들을 가지며 상기 기판이 상기 기판에 직교하는 축에 대하여 적어도 30도 회전됨에 따라서 상기 피라미드들을 볼 때 보여지는 하나 또는 그 이상의 색들이 변한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 구조들의 면들은 실질적으로 평면적(planar) 이면서/이거나 그 안에 형성되는 회절 격자를 구비할 수 있다.

본 발명의 넓은 측면에 따르면, 기판 내에 또는 위에 형성되는 구조들의 배열이 제공되고, 여기에서 상기 구조들은 적어도 세 개의 위로 선 벽들을 가지고, 각 벽은 그것이 이웃하는 위로 선 벽과 접촉하는 위치에서 접촉하면서 끝나고, 상기 벽들은 상기 기판으로 이루어진 또는 상기 기판 상에 형성된 베이스(base)에 대하여 안으로 기울어져 있고, 상기 벽들은 시야 각의 변화에 따라 색 변화를 보여주 는 색 변화 코팅으로 코팅된다.

그 피라미드 구조의 정점(apex)은 상기 기판의 면의 위에 또는 아래에 있을 수도 있다는 것; 말하자면, 그 피라미드 구조는 각각 일어서 있거나 오목하게 들어가 있을 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.

본 발명에 따르면, 기판의 부분을 형성하거나 또는 그 기판 상에 형성되는 구조들의 배열을 이용함으로써, 그 기판이 회전됨에 따라 혹은 뷰어(viewer)가 그 기판 주위를 회전함에 따라 그 기판에 있는 구조들을 볼 때 인식되는 색이 변화한다.

이제 본 발명의 바람직한 실시예들이 도면들과 관련하여 설명될 것이다.

본 발명의 한 측면에서 볼 때, 광학적으로 가변하여 색이 변화하는 동일한 특수 효과 코팅으로 그 구조들이 코팅되는 피라미드 구조들의 배열이 기판(substrate) 상에 제공된다. 그 코팅은 색 변화 잉크, 페인트 또는 다중-층 색 변화 코팅일 수 있다. 표준적인 피라미드 구조들은 다음의 예들에서 보여지지만, 프루스토(frusto)-피라미드들 또는 계단식(stepped) 피라미드 또는 다른 피라미드와 같은 구조들이 회전에 따른 신규한 색-변화를 일으키는데 활용될 수 있다. 게다가, 위로 선 피라미드 구조들의 배열을 제공하는 대신에, 코팅된, 반전된, 움푹 들어간 피라미드들이 회전에 따라 유사한 효과들을 제공하며 기판에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예의 놀라운 측면은, 같은 균일한 두께의 코팅이 균등하고 대칭적인 피라미드 구조의 모든 면들에 적용될 때, 그 피라미드 "정면의(head-on)" 면들(facets) 즉 면들(faces)을 볼 때와 그에 대비되는 측면들(side facets)을 볼 때 다른 색깔이 보여진다는 것이다. 예를 들면 정면은 그 피라미드의 측면들과 다른 색깔을 나타낸다. 그 피라미드가 그 기판에 직교한 축에 대해 회전됨에 따라, 예를 들면 30도만큼 작게 회전됨에 따라, 그 정면 및 측면들의 색깔이 변하고, 그리고 더 회전함에 따라, 그 측면들이 그 정면들의 색을 취하는 것이 보이게 되고 그 반대의 경우도 발생하게 되어 다른 색들이 보여지게 된다. 이러한 구조들의 배열이 제공될 때 이 효과는 특히 만족스러운데, 이는 그 효과가 각 피라미드에 의해 재현되고 눈이 다음의 도면들에서 보여질 바와 같이 그 효과를 통합하려고 하는 성향이 있기 때문이다.

도 1을 참조하면, 1 내지 4로 숫자가 표시된 4개의 위로 선 사벽들(slanted walls)을 구비한 피라미드 단위 셀(pyramidal unit cell)이 그 단위 셀을 지지하는 밑면(base) 상에서 보여진다. 그 단위 셀은 내부가 비어 있거나 차 있을 수 있다. 이러한 단위 셀은 본 발명에 따라 설명될 기본 구조이다. 그러나 이러한 단위 셀의 변형들도 설명될 것이고 이러한 단위 셀의 변형들은 본 발명의 실시예들을 포함한다.

- 회전에 따른 색을 보여주는 구조화된 표면들의 모델링

광학적 코팅 설계 소프트웨어 프로그램(optical coating design software program)을 이용한 맞춤 조명 모델(custom lighting model)을 통한 3차원 렌더링(3-D rendering) 소프트웨어 패키지를 이용하여, 광학적으로 가변하는 색 변 화 타입의 코팅 설계를 이용한 구조화된 표면들의 시각적 모델이 모델링(modeling)되고 시뮬레이션(simulation)되었다. 사용된 그 조명 모델은 완전히 발산되는 조명 환경(diffuse lighting conditions)을 가정하고, 따라서 그 면 법선들과 카메라 위치 사이의 각만이 그 모델의 뷰어(viewer)에 의해 관찰되는 색의 근사치를 구하는데 고려될 필요가 있다.

그 전술한 모델링은 회전 효과에 따른 색을 보여주는 구조화된 표면의 중요한 설계 파라미터들을 연구하는데 사용되었다.

그 모델링은 본질적으로 단순한 피라미드 구조로 이루어져 있는 마이크로적 반복 표면(micro replicated surface)에 초점을 맞추었다. 그럼에도 불구하고, 더욱 복잡한 기하학적 형상들(geometries)이 가능하고 이들 또한 회전 효과들에 따른 색을 보여줄 것이다. 그 모델링은 기판 및 코팅 설계 관점에서 중요한 키가 되는 설계 파라미터들을 밝히기(identify) 위해 사용된다.

- 코팅 설계(Coating Design)

그 구조의 퍼포먼스(performance)를 모델링하기 위해 사용되는 코팅 설계는 반사기(reflector), 유전체, 및 흡수체(absorber)로 이루어진 광학적 스택(optical stack)이었고 이를 통해 그 구조 상에서 광학적으로 가변하는 색 변화 코팅의 퍼포먼스를 시뮬레이션하였다.

고려된 광학적 설계들은 다음과 같았다:

(1) 알루미늄(100nm) / 플루오르화 마그네슘(Magnesium Fluoride, 가변 두께) / 크롬(Chrome, 6nm)

(2) 알루미늄(100nm) / 황화 아연(Zinc Sulfide, 가변 두께) / 크롬(6nm)

- 단위 셀( Unit Cell )

모델링은 도 1에서 보여지는 바와 같은 각 변에 대해 1 유니트(unit) 길이를 가진 정사각형 밑면을 구비한 4 측면의 단순한 피라미드 구조를 이용하여 수행되었다. 그 피라미드 구조의 정점(apex)는 그 밑면의 위에 그 밑면에 대해 가운데에 위치하였고, 설계에 따라 그 밑면 위의 높이는 가변적이다.

(1)과 (2)의 숫자로 표시된 면들을 가지는 도 1에서 보여지는 기본 단위 셀은 그 피라미드 구조의 맞은 편들 상의 면들이고 기계 방향(machine direction)으로 있도록 정해질 것이다. 그에 따라서 그 기계 방향은 웹 진행(web travel)의 방향을 참조한다. 제시되는 대부분의 모델들에서, 이러한 면들은 일반적으로 그 비-기계(non-machine) 방향으로 있는 면들 (3) 및 (4) 보다 더 큰 코팅 두께를 가지는 것이 가정될 것이다.

각 피라미드 면에 대한 관련 코팅 두께는 소스(source) 및 코팅하는 기하학적 형상들(coating geometry)의 복잡한 함수이다. 그러나, 훌륭한 시각적인 전체 외관을 제품 형태로 이루기 위하여 최적의 관련 코팅 두께들이 고려될 것이다.

제1 모델은 회전 효과에 따른 색을 보여주는 모델을 나타내고, 여기에서 그 피라미드의 면들(facets) 즉 면들(faces)은 각 면에 대해 같은 유전체 두께들을 갖는다. 따라서 그 코팅의 색은, 각 면이 같은 각도로 보여질 것이라면, 각 면에 대해 같다. 그 구조의 각 면에 대한 유전체 코팅 두께에서의 차이가 없을 때, 회전 효과에 따른 색이 피라미드 구조 상에서 관찰된다.

이 케이스에서, 녹색/청색의 광학적 가변 안료(Green/Blue optically variable pigment;OVP) 코팅 설계에 부합하는 360nm의 코팅 두께를 가진 유전체 간격장치의 층(dielectric spacer layer)에 관하여 MgF₂ 층이 사용되었다.

비-법선(non-normal) 위치에서 볼 때는 각도 색(angle color)이 보여지는 반면, 법선의(normal) 보는 위치에서는 어느 면을 볼 때에도 OVP 면 색깔(face color)이 관찰된다. 이 경우 모든 면 축들(face axes)과 각 축들(angle axes)은 같은 유전체 두께를 가진 각 면에 대해 등적(equivalent)이다. 제1 모델은 그 피라미드 구조의 면들 사이에서의 유전체 두께의 차이는 회전 효과에 따른 색을 만들기 위해 요구되지 않음을 예시하고 있다. 더욱 간단하게 말하면, 회전에 따른 색에 관한 원하는 효과를 달성하기 위해 모든 면들은 같은 코팅 두께로 코팅될 수도 있다.

아래 표 1은, 와이어 그리드 프레임(wire grid frame) 모델에서, 사용되는 피라미드 셀의 "면 도"(Face View) 및 "각 도"(Angle View)를 보여준다. 표 1의 아래에 색 변화 코팅을 이용한 "단위 셀 모델"(Unit Cell Model)의 전망도가 있고, 여기에서 면 도는 그 면 색이 녹색(green)임을 예시하고 그 각 도는 동일한 코팅된 셀에서 볼 때 밝은 청색(light blue)임을 예시하고 있다. 표 1에서 셀들의 가장 마지막 행은 "단위 셀 피라미드들의 배열에 관한 표면도"(Surface View of Array of Unit Cell Pyramids")를 보여준다. 그 면 도에 해당하는 피라미드들의 배열은 녹색의 피라미드들을 나타내고 있고 반면 각 도에서 보여지는 배열은 밝은 청색의 피라미드들을 나타내고 있다.

	면 도 ( Face View )	각 도 ( Angle View )
와이어 프레임 모델
단위 셀 모델
단위 셀 피라미드들의 배열에 관한 표면도

도 2는, 0도 즉 면 도에서부터 15도씩 증가하는 다양한 각도들을 통한 회전 그리고 0도에서의 원래 면 도로부터의 360도 회전까지, 제1 모델에 관한 색 진행(color travel)에서의 여러가지 각도들에서의 전망도들을 보여준다.

대조적으로, 제2 모델은 이웃 면들에 대한 동일하지 않은 두께를 가진 코팅을 이용하여 회전에 따른 색을 표현한다. 이 바람직한 실시예에서 다른 유전체 두께들이 다른 인접하는 면들(facets)에 대해 제공된다. 따라서 면들(facets) 즉 면들(faces) (1) 및 (2)는 동일한 코팅 두께로 코팅되고 면들 (3) 및 (4)는 다른 동일한 코팅 재료 두께로 코팅된다. 비록 제2 모델은 실제 코팅을 나타내는 시뮬레이션이지만, 이러한 설계 파라미터들을 가진 이러한 코팅은 진공 롤 코터(vacuum roll coater)에서의 마스킹의 기하학적 형태(masking geometry) 및 적절한 소스로 코팅될 수 있다. 이 실시예에서, 기계 방향 면들(1, 2)은 동일한 유전체 두께들을 가지고 있으나 비-기계 방향 면들(3,4)은 기계에서의 비스듬한(oblique) 코팅 각들에 기인하여 더 작은 유전체를 가진다.

이 실시예에서, 인접하는 피라미드 면들은 상당히 다른 유전체 두께들을 가지기 때문에, 모든 유전체 두께들이 동일한 제1 모델의 그 케이스에서처럼 매 45도의 회전 대신에 매 90도의 회전마다 최대 색 진행(maximum color travel)이 관찰된다. 제2 모델의 제1 케이스 그리고 제2 케이스에 의해 예시된 두 개의 다른 예들이 제공되고, 여기에서 다른 코팅들이 각각에 적용된다. 제2 모델의 제1 케이스에서, 제공되는 비율은 아주 적은 MgF2 설계 두께와 비교되는 각 면 상에 침착된 관련 코팅 량을 나타낸다. 예로서, 제2 모델의 제1 케이스에 대하여 그 밑면 설계는 Al / MgF2(360nm) / Cr(6nm)이다. 따라서 면 1 및 면 2 비율이 1인 이 예에서, 다음의 코팅 설계가 활용된다: Al / MgF2(360nm) / Cr(6nm). 그 비율이 0.8인 면 3 및 4에 대하여 다음의 코팅 설계가 활용된다: Al / MgF2(288nm) / Cr(6nm). 그 비율은 MgF2 유전체 간격장치의 층에서의 다른 두께에 관련된다.

제2 모델의 제1 케이스 - Green / Blue (0.8)
시야 각(Viewing Angle)	45도(Degrees)
MgF2 두께	360nm
면 (1) 및 (2) 비율	1.0
면 (3) 및 (4) 비율	0.8

제2 모델의 제1 케이스는 그 비 기계 방향 면들에 대하여 0.8의 비율을 사용하였다. 제2 케이스는 그 비-기계 방향 면들에 대하여 0.9 승수(multiplier)를 사용하는 유사한 구성을 보여준다.

제2 모델의 제2 케이스 - Green / Blue (0.9)
시야 각(Viewing Angle)	45도(Degrees)
MgF2 두께	360nm
면 (1) 및 (2) 비율	1.0
면 (3) 및 (4) 비율	0.9

그 비-기계 방향 면 비율을 0,7로 감소시키는 것은 그 90 및 270도 각도들에서 청색(blue)보다 불그스름한 마젠타 색(magenta color)으로의 변화를 발생시키게 된다.

제2 모델의 제3 케이스 - Green / Blue (0.7)
시야 각(Viewing Angle)	45도(Degrees)
MgF2 두께	360nm
면 (1) 및 (2) 비율	1.0
면 (3) 및 (4) 비율	0.7

- 제2 모델 관찰 결과( Model #2 Observations )

그 축으로부터 이탈된 면들, 즉 축이탈 면들(off-axis faces) (3) 및 (4)의 유전체 두께들을 변경하는 것은 이러한 면들이 시야의 대부분을 차지하게 되는 위치로 그 기판이 회전된 때 (90° 및 270°의 회전 각들) 관찰되는 색에 강한 영향을 끼친다. 그 축이탈된 면들 (3) 및 (4)의 유전체 두께를 변경하는 것은 반대하는 면들 (1) 및 (2)를 볼 때의 색에 대해서는 더 적은 영향을 끼치는데, 왜냐하면 이러한 면들은 경사지고(oblique), 더 적은 횡단면(cross section)을 제공하며, 광학적 코팅 설계의 더 높은 각 시야(angle view)에 기인하여 색도(chromaticity)를 손실하기 때문이다.

그 축이탈 면들 (3) 및 (4)에 대한 축이탈 색깔은 그 유전체 두께가 변화하기 때문에 그 두께 비율이 변화됨에 따라 강렬하게 변한다.

축 상 면들 및 축 이탈 면들 양쪽 모두가 같은 시각적 시야에서 관찰되는 것에 관한 또다른 중요한 결과는 그 축 상 면을 볼 때, 그 축이탈 면이 그 관찰되는 색에 중요한 기여를 한다는 것이다. 다음의 조건들 중 하나 또는 양쪽 모두가 발생할 수도 있기 때문에 더 매력적인 외관을 갖는 유전체 두께들과 축이탈 면의 비율들의 몇몇 조합들이 있다:

(1) 축 상에서 볼 때, 그 축이탈된 면들(facets)로부터의 관찰되는 변화 색은 그 축 상 면들(facets)의 면 색과 잘 조화되고 여기서 그 색들은 유사한 색상 각도(hue angle)를 갖는다.

(2) 축으로부터 이탈되어 볼 때, 그 축 상 면들(facets)로부터의 관찰되는 변화 색은 그 축이탈된 면들(facets)의 면 색과 잘 조화된다.

다음의 예들은 상기 조건들을 예시한다.

제2 모델의 제4 케이스에서, 같은 단위 셀이 사용되고, 그 같은 단위 셀은 마젠타색에서 녹색으로의(Magenta to Green) OVP 설계에 대응하는 480nm의 MgF2 두께의 밑면을 가진다. 제1 케이스에서처럼, 그 축이탈 면들에 대한 코팅 두께에 관해 0.80 비율이 사용된다. 이 특별한 케이스에서, 조건들 1 및 2 모두 충족된다. 이것은 도 6a 및 도 6b에 나타나 있다.

제2 모델의 제4 케이스 - Magneta to Green (0.8)
시야 각(Viewing Angle)	45도(Degrees)
MgF2 두께	480nm
면 (1) 및 (2) 비율	1.0
면 (3) 및 (4) 비율	0.8

이 예에서, 그 축 상 전망도는 그 축이탈 면들로부터의 그 청(blue) 변화 색과 조화하여 기능하는 마젠타색 설계를 보여준다. 축이탈 위치에서의 전망도에서, 그 녹색의 면 색은 그 마젠타색 면으로부터의 녹색 변화 색과 잘 조화된다.

전반적으로, 축 상에서의 그리고 축이탈 위치에서 보는 것은 결과적으로 양 쪽 모두의 보는 축들(viewing axes)에서 서로 강화하는 색들을 조화시키게 되므로 제2 모델의 제4 케이스는 매우 강렬한 회전 효과에 따른 색을 나타낸다.

이러한 요구조건들을 충족시키기 위해 요구되는 키 파라미터들은 유전체 굴절률, 유전체 두께, 축 상에서부터 축으로부터 이탈된 것까지의 유전체 두께, 그리고 단위 셀 설계이다. 낮은 굴절률, 즉 MgF₂와 같은 약 1.6 아래의 굴절률을 가진 유전체들이 선호되는데, 왜냐하면 그들은 그 축 상의 방향들 및 축으로부터 이탈된 방향들에서 유사한 색상 각도들로 색들을 조화시키는 것을 이룩하는데 요구되는 더 강렬한 색 변화를 보여주기 때문이다. 높은 굴절률을 가진 물질들 또한 기능적이지만 덜 드라마틱한 결과들로 회전에 따른 색을 만들기 위해 사용될 수도 있다.

도 8a, 8b 및 도 9에서 보여지는 제2 모델의 제5 케이스는 조화된 색들이 실현되지 않은 또다른 케이스의 예 - 말하자면 유사한 색상의 색들이 그 축 상의 방향에서의 관찰자에게 제공되지 않고 그 관찰되는 색이 아주 드라마틱하지는 않은 또다른 케이스의 예 -를 보여준다. 이 경우에서, 조화된 색들은 그 축이탈 위치에서의 전망도 상에서 강화된 금색(gold color)으로 나타나면서 그 축이탈 방향에서 여전히 존재한다.

제2 모델의 제5 케이스 - Blue to Red (0.8)
시야 각(Viewing Angle)	45도(Degrees)
MgF2 두께	270nm
면 (1) 및 (2) 비율	1.0
면 (3) 및 (4) 비율	0.8

- 제3 모델: 피라미드 높이 및 시야 각들의 최적화( Optimization of Pyramid Height and Viewing Angles )

도 10, 11, 12 및 13에 의해 예시되는 이 모델은 그 피라미드의 높이 및 제품 외관에 대한 시야 각(viewing angle)의 잠재적인 영향을 연구한다. 결정되어야 하는 그 파라미터들 중 하나는 그 표면 구조의 목표 높이(target height)이다. 이 모델에서, 전반적인 제품 외관에 대한 영향을 연구하기 위해 4개의 피라미드 높이들과 세 개의 시야 각들이 시뮬레이션되었다.

제3 모델 - Magneta to Green (0.8)
시야 각(Viewing Angle)	가변(Variable)
MgF2 두께	480nm
면 (1) 및 (2) 비율	1.0
면 (3) 및 (4) 비율	0.8

- 시야 각에 대한 결론들( Viewing Angle Conclusions )

본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 가장 이상적인 단위 셀의 높이 대 밑변 비율은 0.636의 높이 대 밑변 비율을 가진 "황금 피라미드"(Golden Pyramid) 비율임이 증명되었다. 우리의 시뮬레이션들에서 사용되는 비율들 중에서, 이 비율은 그 기판 면 상에서 25도부터 65도까지 이르는 기판 시야 각들의 전형적인 범위에 대하여 가장 적은 양의 외관 색 변화를 보였다. 또한 0.8의 높이 대 밑변 비율도 무난하다는 것을 발견하였다.

0.4의 비율을 가진 케이스와 같은 더 낮은 높이 대 밑변 비율들은 그 기판 면으로부터 시야 각의 함수로서 큰 색상 변화들을 발생시킨다. 이 실시예에서 그 시야 각이 증가함에 따라 그 축이탈 전망도에서의 극심한 황색화가 나타난다. 1.0과 같은 더 큰 높이 대 밑변 비율들 또한 그 기판 면으로부터 시야 각의 함수로서 상당한 색상 변화를 보여주기 시작하였다.

수행된 시뮬레이션들을 통해, 우리는 최적의 높이 대 밑변 비율은 0.6 내지 0.8의 범위에 있음이 보여지는 것을 알았다. 이 경우에서, 그 가정은 그 축이탈 면들은 항상 그 축 상 면들이 받고 있었던 코팅의 80%를 받고 있었다는 가정을 하였다. 이는, 그 높이 대 밑변 비율이 그 코팅의 기하학적형상에 관한 제약요소들(coating geometry constraints)에 기인하여 작아지게 되기 때문에, 아마 가능하지 않을 것이다. 그러나 그 기판 면으로부터 시야 각이 변함에 따라 가장 적은 양의 시각적 변화를 나타내는 단위 셀의 최적의 높이 대 밑변 비율이 있는 것은 명백하다.

그 모델링의 결과로써, 우리는 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다:

1) 피라미드 구조 상에서 회전 효과에 따른 색을 얻기 위하여, 면들 상에서의 MgF2 두께의 차이가 필요하지는 않다. 회전에 따른 색은 동일한 코팅 두께들을 이용하여도 관찰가능할 것이다. 최대 색 진행은 이 케이스에서 45도 축 상에서 일어날 것이다.

2) 면들(facets)의 동일하지 않은 MgF2 두께들에 관한 경우에서는, 90도 회전 축 상에서 최대 색 진행을 통한 더 강렬한 색 변화가 관찰된다.

3) 회전 효과에 따른 더 강렬한 색은, 면 색들(facet colors)이 유사한 색상 각도들을 가짐으로써 서로를 강화시키는 상황에서 관찰될 것이다.

4) 제3 모델은 여러가지 경사 각도들에서 그 기판을 볼 때 최적의 색 진행을 제공하기 위한 최적의 높이 대 밑변 비율과 관련된 정보를 제공한다.

그 피라미드 배열은 적절한 원판(master)으로부터 유연한 또는 딱딱한 변형가능 기판을 엠보싱(embossing)함으로써 형성될 수 있다. 그 원판은 다이아몬드 커팅(diamond cutting) 또는 전자 빔 리소프래피(lithography), 이온 평삭(ion milling)과 같은 다른 적합한 마이크로기계가공 기술(micromachining techniques), 또는 다른 마이크로복제 기술들(microreplication techniques)에 의해 만들어질 수 있다. 우리는 엠보싱 프로세스에서 사용될 수 있는 원판들을 만들기 위한 기술이 사용될 수 있다고 여긴다. 하나의 실시예에서 릴리즈 층(release layer)과 함께 일렉트로 리스(electro less) 니켈로 양의 니켈 원판(positive nickel master)을 만들기 위한 템플릿(template)으로서 움푹한 피라미드들 및 인쇄 업계에서 사용되는 다른 형상들을 가진 아니록스 롤러(anilox roller)를 사용하고, 여기서 양의 니켈 원판을 만든 이후에는 그 니켈 원판으로부터 니켈 자식 이미지(nickel daughter image)를 발전시키고 그 니켈 자식 이미지는 차례로 웹 상에 UV 경화(curable) 래커(pacquer)를 엠보싱하기 위해 사용되어 양의 피라미드 형상들(positive pyramidal shapes)을 만든다. 아니록스 롤러들에 관한 정보는 손쉽게 인터넷 http://www.harperimage.com/anilox-specify.asp 및 http://www.appliedlaser.co.uk/anilox.htm에서 찾을 수 있다.

지금까지 기술된 모든 실시예들에서, 그 피라미드들의 크기(dimensions)는 눈의 해상도(eye resolution) 이하인 것이 바람직하다. 따라서 그 피라미드들의 높이는 100 미크론(microns) 이하인 것이 바람직하다. 한 색 변화가 일어나는 이유에 대하여 그것은 관찰자에게 알기 쉽지 않을 것이기 때문에 보안의 관점에서 볼 때 이는 중요하다.

시각적으로 매력적인 보안 코팅들을 제공하는 것에 부가하여, 본 발명의 실시예들은 사용되는 변조(modulation)의 정도(degree)에 따라 현출되거나 위장된 판독가능한 "바 코드"(bar code) 효과를 발생시키는 선형 시퀀스(linear sequence)로 피라미드들의 높이들을 변화시킴에 의한 선형 코딩(linear coding)의 형태들을 이용한다. 현출되는 이미지, 기호, 단어(words)는 그 단위 셀에 대한 기하학적 변형들에 의한 패턴으로 작성될 수 있다. 셀 높이, 방향(orientation), 셀 크기, 면 각들(facet angles)의 변경은 모두 정보를 인코딩(encoding)하기 위해 사용될 수 있다. 도 17은 해당 영역에서 기판을 노출시킴에 의해 만들어지는 문자 "A"의 형태로 된 표시를 보여준다.

도면들에서 나타나지 않은 본 발명의 일 실시예에서, 로고를 형성하기 위한 특정한 피라미드들의 영역을 그 보안 장치 내의 대비되는 배경으로서 기능하는 다른 피라미드들에 대해 45도로 향하게 하고(orienting), 모든 피라미드들을 같은 색 변화 코팅으로 코팅함에 의해, 시각적 로고가 형성된다. 이와 같이, 그 로고를 형성하는 피라미드들은 그 배경 피라미드들의 색과 다른 제1의 색으로 보이게 된다. 그 장치가 회전됨에 따라 그 색들도 변화하고, 특정 각도에서, 그 두 영역들의 색들은 스위치하는 것처럼 보인다.

로고 또는 텍스트의 형태로 된 표시가 피라미드들의 배열 내에 또는 그 피라미드들 사이에 인코딩될 수 있도록 하는 다양한 다른 실시예들이 생각될 수 있다. 피라미드들의 영역들은 다른 것들과 다른 기하학적 형태들을 가질 수 있고, 이에 의해 로고나 텍스트를 한정하도록 시각적 특징을 제공한다. 특별한 일 실시예에서 웹 상의 대부분의 영역은 동일한 피라미드의 기하학적 형태들을 가지지만 일정한 영역들에서는 몇몇 피라미드들은 다른 면 각들(face angles)을 갖는 것을 포함하는 은선(security thread)이 있다. 이는 이미지가 그 장치가 회전될 때 나타나도록 할 것이다. 이와 다르게, 몇몇의 프루스토-피라미드들이 평평한 상단들을 가지고, 한 영역 내에 제공될 수 있고, 이에 의해 다른 보통 형상의 피라미드들과 구별가능한 로고 또는 표시를 한정한다. 본질적으로 모든 이러한 실시예들에서 요구되는 것은, 표시를 한정하는데 관하여 이러한 방식으로 시각적으로 구별가능한 더 큰 피라미드들의 영역 내에서의 어떤 영역이다.

지금까지, 평평한 평면적 표면들을 가진 피라미드들이 기술되었지만, 그러나 그 내부에 형성되는 회절성 홈(diffractive groove)들을 가진 하나 또는 그 이상의 면들을 가진 피라미드들이 기술된 색 변화에 대해 부가적인 효과들을 제공할 것이다. 예를 들면, 밑면부터 정점까지 면 홈(facial groove)들을 가지는 피라미드들이 제공될 수 있고, 계단식 피라미드들 또한 제공될 수 있다. 그 계단식 피라미드들은 작은 회절 폭들로 단(step)들을 가질 수 있거나 또는 더 클 수 있다. 이러한 피라미드들은, 특히 면들 상의 정반사성의 코팅들(specular coatings)로, 그 면들이 회전 움직임을 함에 따라 흥미로운 채색/소멸(color/extinction) 효과들을 제공할 것이다.

이러한 피라미드들은 거울 코팅(mirror coating)으로도, 예를 들면, 알루미늄의 거울 코팅으로도 흥미로운 효과들을 충분히 제공할 것이다. 알루미늄 도금 처리된(aluminized) 피라미드들이, 색 변화 코팅된 피라미드들과 구별가능한 로고 또는 표시를 형성하도록 광학적 가변 코팅된 피라미드들 내에 의도적으로 분산된 선택된 패턴으로, 제공될 수 있다.

피라미드들의 다양한 패킹(packing) 구성들이 제공될 수 있다. 예를 들면 도 15는 그 기판의 평면적 공간들이 위로 선 피라미드들 사이에 나타나 있는 일 실시예를 보여주고, 도 16에서, 위로 선 피라미드들과 반전된 피라미드들이 병치(juxtaposed)되어 보여진다.

또한 피라미드들은 도면들에서 보여지는 기계 방향에 관하여 비스듬하게(skewed) 제공될 수 있다.

또한 그 피라미드 면들은 그 피라미드 배열들 사이에 평평한 영역들일 수 있는 회절 표면들(diffractive surfaces)을 형성하도록 에칭(etching)될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 피라미드 셀의 등거리 도법(isometric drawing)이다.

도 2는 각각이 그 또는 선행하는 것으로부터 15도 만큼 변한 여러가지 시야 각들에서의 25개 전망도(view)들을 보여주는 제1 모델로서, 그 모델이 회전됨에 따라 색의 진행(color travel)이 보여지는 제1 모델을 도시한 도면이다.

도 3은 각각이 그 또는 선행하는 것으로부터 15도 만큼 변한 여러가지 시야 각들에서의 25개의 전망도들을 보여주는 제1 케이스를 보여주는 제2 모델로서, 그 모델이 회전됨에 따라 색의 진행이 보여지는 제2 모델을 도시한 도면이다.

도 4는 각각이 그 또는 선행하는 것으로부터 15도 만큼 변한 여러가지 시야 각들에서의 25개의 전망도들을 보여주는 제2 케이스를 보여주는 제2 모델로서, 그 모델이 회전됨에 따라 색의 진행이 보여지는 제2 모델을 도시한 도면이다.

도 5는 각각이 그 또는 선행하는 것으로부터 15도 만큼 변한 여러가지 시야 각들에서의 25개의 전망도들을 보여주는 제3 케이스를 보여주는 제2 모델로서, 그 모델이 회전됨에 따라 색의 진행이 보여지는 제2 모델을 도시한 도면이다.

도 6a는 제2 모델의 제4 케이스의 축 상 전망도(on axis view)를 보여주는 도면이다.

도 6b는 제2 모델의 제4 케이스의 축 이탈 전망도(off axis view)를 보여주는 도면이다.

도 7은 각각이 그 또는 선행하는 것으로부터 15도 만큼 변한 여러가지 시야 각들에서의 25개의 전망도들을 보여주는 제4 케이스를 보여주는 제2 모델로서, 그 모델이 회전됨에 따라 색의 진행이 보여지는 제2 모델을 도시한 도면이다.

도 8a는 제2 모델의 제5 케이스의 축 상 전망도(on axis view)를 보여주는 도면이다.

도 8b는 제2 모델의 제5 케이스의 축 이탈 전망도(off axis view)를 보여주는 도면이다.

도 9는 각각이 그 또는 선행하는 것으로부터 15도 만큼 변한 여러가지 시야 각들에서의 25개의 전망도들을 보여주는 제5 케이스를 보여주는 제2 모델로서, 그 모델이 회전됨에 따라 색의 진행이 보여지는 제2 모델을 도시한 도면이다.

도 10은 세 개의 다른 위치들에서 그리고 세 개의 다른 시야 각들로 회전된, 0.1인 높이/밑변(height/base) 비율을 가진 제3 모델을 예시하고 있는 도면이다.

도 11은 세 개의 다른 위치들에서 그리고 세 개의 다른 시야 각들로 회전된, 0.4인 높이/밑변(height/base) 비율을 가진 제3 모델을 예시하고 있는 도면이다.

도 12는 세 개의 다른 위치들에서 그리고 세 개의 다른 시야 각들로 회전된, 0.631인 높이/밑변(height/base) 비율을 가진 제3 모델을 예시하고 있는 도면이다.

도 13은 세 개의 다른 위치들에서 그리고 세 개의 다른 시야 각들로 회전된, 0.8인 높이/밑변(height/base) 비율을 가진 제3 모델을 예시하고 있는 도면이다.

도 14는 세 개의 다른 위치들에서 그리고 세 개의 다른 시야 각들로 회전된, 1.0인 높이/밑변(height/base) 비율을 가진 제3 모델을 예시하고 있는 도면이다.

도 15는 인접한 피라미드들 사이에 평평한 웹(web)이 존재하게 하는 3 측면 을 가진 피라미드들의 배열의 평면도를 보여주는 도면이다.

도 16은 도 15의 도면과 유사한 도면으로서, 피라미드들이 위로 서 있는 것을 보여주는 도면이고, 여기서 다른 색깔의 피라미드들은 반전된 피라미드들을 나타낸다.

도 17은 해당 영역에서 피라미드들이 존재하지 않음으로써 그 웹 내에 만들어지는 "A" 문자를 갖는 모델을 예시하고 있는 도면이다.

Claims (17)

1. 기판의 위에, 내부에 형성되는 또는 상기 기판에 의해 지지되는 구조들의 배열을 갖는 상기 기판(substrate)을 포함하고, 상기 구조들은 광학적으로 가변하는 색-변화 코팅(color-shifting coating)을 이용하여 코팅되고, 상기 구조들의 각각은 피라미드 구조를 형성하고 각 피라미드 구조는 적어도 세 개의 사면들(slanted faces)을 가지며 상기 기판이 상기 기판에 직교하는 축에 대하여 적어도 30도 회전됨에 따라서 상기 피라미드들을 볼 때 보여지는 하나 또는 그 이상의 색들이 변하는 것을 특징으로 하는 광학적 가변 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 피라미드들의 크기(dimensions)는 눈의 해상도(eye resolution) 이하인 것을 특징으로 하는 광학적 가변 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 피라미드들의 크기는 100미크론(microns)보다 작은 것을 특징으로 하는 광학적 가변 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 구조들의 배열과 다른 공간들 또는 구조들이, 확대없이 식별가능한 크 기로 만들어진 볼 수 있는 표시(visible indicia)를 형성하도록, 상기 구조들의 배열 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 광학적 가변 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 피라미드 구조들의 배열과 구별가능하고 그 안에서 형성된 볼 수 있는 표시를 가지는 것을 특징으로 하는 광학적 가변 장치.
6. 제2항에 있어서,

   상기 피라미드 구조들의 적어도 50%에 대한 높이 대 밑변 비율(height to base ratio)은 0.4부터 1.4까지의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광학적 가변 장치.
7. 제2항에 있어서,

   상기 피라미드 구조들 중 제1 복수 개는 제1의 미리 결정된 방향(orientation)으로 맞추어지고 여기서 상기 피라미드 구조들의 제2 복수 개는 제2의 다른 방향으로 맞추어져서 상기 제1 복수 개는 상기 제2 복수 개보다 다른 색인 것처럼 보이는 것을 특징으로 하는 광학적 가변 장치.
8. 제1항에 있어서,

   인접하는 피라미드 구조들의 제1 그룹은 인접하는 피라미드 구조들의 제2 그 룹과 다르고, 상기 제1 및 제2 그룹들은 시각적으로 구별가능한 표시를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학적 가변 장치.
9. 제1항에 있어서,

   피라미드 구조의 면들의 각각의 경사면(slope)은 상기 기판과 다른 각을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학적 가변 장치.
10. 제1항에 있어서,

    피라미드 구조의 면들 각각의 경사면은 상기 기판과 같은 각을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학적 가변 장치.
11. 제2항에 있어서,

    복수의 구조들은 피라미드 구조들의 배열을 형성하고 상기 면들의 각각 상에서의 상기 광학적으로 가변하는 코팅의 두께는 한가지의 실질적으로 균일한 두께인 것을 특징으로 하는 광학적 가변 장치.
12. 제2항에 있어서,

    상기 피라미드의 인접 면들 상에서의 상기 광학적으로 가변하는 코팅의 두께는 여러가지 두께임을 특징으로 하는 광학적 가변 장치.
13. 코팅은 단일 강(cavity) 패브리-페롯(Fabry-Perot) 구조임을 특징으로 하는 광학적 가변 장치.
14. 코팅은 다중 강(cavity) 패브리-페롯(Fabry-Perot) 구조임을 특징으로 하는 광학적 가변 장치.
15. 제1항에 있어서,

    복수의 피라미드들은 4면체 피라미드들, 4각형 피라미드들, 5각형 피라미드 및 평평한 상부들을 가진 절두체 피라미드들(frustum pyramids) 중 적어도 하나임을 특징으로 하는 광학적 가변 장치.
16. 제15항에 있어서,

    상기 피라미드들 중 적어도 복수 개 상에서의 상기 면들 중 적어도 하나는 그 안에 형성된 회절 격자(diffraction grating)를 갖추는 것을 특징으로 하는 광학적 가변 장치.
17. (a) 그안에 또는 그위에 형성된 작은 피라미드의 또는 역 피라미드(inverted pyramidal)의 구조들의 배열을 갖는 기판(substrate)을 제공하는 단계로서, 상기 피라미드 구조들은 그들이 단지 확대를 이용하여 인간의 눈으로 식별될 수 있도록 크기가 만들어지는 단계; 및

    (b) 다중층(multi-layer) 색 변화 코팅(color shifting coating)을 이용하여 상기 피라미드의 또는 역 피라미드의 구조들을 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전에 따라 색을 보여주는 장치를 제공하는 방법.

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