KR20080109837A - 구조체, 구조체의 형성방법, 구조체 형성장치, 구조색 및/또는 회절광 판독방법 및 진위 판정방법 - Google Patents

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Abstract

구조색을 공업적으로 실용화하는 요건을 충족시키면서 재활용성이 뛰어난 물질의 가식(加飾)을 가능하게 한다. 또한, 대상물이 정품인지 여부의 검증을 용이하게 할 수 있으며, 또한 홀로그램 실과 같은 박리에 의한 재사용을 불가능하게 한다. 광회절을 일으키는 주기구조(13)를 계면에 가진 공극부(12)를 기재(11) 내부에 형성하는 동시에 기재(11) 표면의 일부 또는 전부에 광회절을 일으키는 주기구조(15)를 형성한다. 이들 공극부 계면 주기구조(13)와 기재면 주기구조(15)는 구조색을 발현하는 규칙적 배열을 가지고 있다. 그리고 기재면 주기구조(15)에 기능재(13)와 접촉시킴으로써 기재면 주기구조(15)에 의한 구조색의 발현을 억제하여 공극부 계면 주기구조(13)에 의하여 발현하는 구조색을 판독 가능하게 한다.
구조체, 구조색, 회절광, 주기구조

Description

구조체, 구조체의 형성방법, 구조체 형성장치, 구조색 및/또는 회절광 판독방법 및 진위 판정방법{STRUCTURE, FORMING METHOD OF STRUCTURE, STRUCTURE FORMING DEVICE, STRUCTURE COLOR AND/OR DIFFRACTION LIGHT READING METHOD, AND TRUTH/FALSE DISCRIMINATING METHOD}
본 발명은 회절·간섭 등의 광학 현상을 이용한 광제어 기능을 가진 구조체, 이 구조체의 형성방법, 이 형성방법을 실행하는 구조체 형성장치, 그 구조체에서 발현하는 구조색 및/또는 회절광의 판독방법 및 그 구조체를 이용한 진위 판정방법에 관한 것이며, 특히 물질 내부에 공극부가 형성되어 이 공극부의 계면에 형성된 주기구조에 의하여 구조색을 발현하는 동시에 부정한 재활용을 방지할 수 있으며, 또한 진위의 검증방법이 용이한, 위조방지효과를 가진 마킹이 되는 구조체, 구조체의 형성방법, 구조체 형성장치, 구조색 및/또는 회절광 판독방법 및 진위 판정방법에 관한 것이다.
근래 재활용성이나 환경 적성의 관점에서 안료물질을 이용하는 화학적 발색이 받아들여지지 않고 있다. 그러므로 미세구조 형성에 의하여 광의 회절·간섭 등 의 현상을 이용하여 발색하는 구조색이 그것을 대신하는 기술로서 중요시되고 있다.
이 구조색의 원인으로서는 예를 들면 박막 간섭, 다층막 간섭, 광의 산란현상, 회절격자, 광 결정 등을 들 수 있다.
이러한 구조색을 인공적으로 발현하는 것은 곤란하며, 공업적으로 실용화된 예는 아직 적다.
이 소수 사례 중의 하나로서 예를 들면 광조사에 의하여 미세주기구조를 형성하여 구조색을 발현하는 방법이 제안되고 있다.
그 광조사에 의하여 미세주기구조를 형성하는 방법에는 예를 들면 LIPS(Laser Induced Periodic Structures)가 있다(예를 들면 Sylvain Lazare 저 「Large scale excimer laser production of submicron periodic structures on polymer surface.」 Applied Surface Science 69(1993)31-37 North-Holland 참조). 이것은 레이저 조사에 의하여 물질 표면에 자기조직적으로 형성되는 미세주기구조이다.
또한, 다른 예로서 예를 들면 펨토 세컨드 레이저로 유리 내부에 회절격자를 기입하는 기술이 개시되어 있다(예를 들면 레이저 협회지 제30권 제2호 호소노 히데오, 가와무라 겐이치 저 「펨토 세컨드 레이저와 투명물질과의 상호작용: 싱글 펄스 간섭에 의한 투명물질에의 주기 나노구조의 가공」 레이저 협회, 2005년 5월, p.7-12 참조).
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
그러나 구조색을 공업적으로 실용화하는 요건에는 발색을 손상시키는 원인이 되는 흠이나 오염에 대한 내성을 갖는 것, 발색 효율이 높을 것, 저코스트로 제조할 수 있을 것의 3가지 점을 들 수 있으며, 이들을 충족시키는 것은 용이하지 않다.
예를 들면 Sylvain Lazare 저 「Large scale excimer laser production of submicron periodic structures on polymer surface.」 Applied Surface Science 69(1993)31-37 North-Holland에 개시된 기술은 미세주기구조를 물질의 표면에 생성하는 것이지만, 이 표면에 형성된 주기구조는 광회절, 나아가서는 발색성을 약화시키는 원인이 되는 흠이나 오염에 대한 내성이 없다는 문제가 있었다.
이에 대하여 레이저 협회지 제30권 제2호 호소노 히데오, 가와무라 겐이치 저 「펨토 세컨드 레이저와 투명물질과의 상호작용: 싱글 펄스 간섭에 의한 투명물질에의 주기 나노구조의 가공」 레이저 협회, 2005년 5월, p.7-12에 개시된 기술은 유리 내부에 회절격자를 기입하므로 흠 등 내성의 문제는 발생하지 않는다. 그러나 레이저 조사 1회에 대하여 1곳에만 형성할 수 있으므로 광범위를 가식(加飾)하고자 하는 경우에는 매우 시간이 걸려 생산성에 문제가 있었다.
그런데 상거리에 있어서 그 상품이 정품인 것은 거래질서를 유지하고 소비자를 보호하는 관점에서 엄수하여야 하는 것이다. 그러나 복제·모방한 위조품을 유통시켜 정품에 편승하여 부정하게 이익을 얻으려고 하는 행위는 끊이지 않는다. 위조품이 유통하게 되면 정품 제조자의 수익이 떨어질 뿐만 아니라 조악(粗惡)한 위조품에 의하여 소비자가 불신을 하게 된다. 그렇게 되면 기업 이미지의 저감, 바꿔 말하면 브랜드력의 손실로 이어진다.
위조품에 의한 피해를 막기 위하여 대상물에 정품과 위조품을 식별하기 위한 조치를 취하는 것이 잘 이루어지고 있다. 그 조치의 하나로 위조방지 마킹이 있다. 이것에는 위조곤란한 것을 정품의 증명으로서 대상물에 장착하는 것이 있으며, 그 일례로서 릴리프형 홀로그램으로 이루어진 화상이 형성된 홀로그램 실이 있다(예를 들면 일본국 특개평 6-059612호 공보, 특허 제3546975호 공보 참조).
홀로그램 실의 제작에는 고도의 광학설계 기술이 필요하며, 복잡한 재료구성과 고가의 원판 등이 필요하게 되므로 위조를 곤란하게 하고 있다. 그 곤란성에 의한 위조방지 효과와, 독특한 색조에 의하여 슬쩍 보아 식별할 수 있는 것이나 붙이기만 하면 된다는 취급하기 좋은 점 때문에 널리 이용되고 있다.
그러나 홀로그램 실은 기존의 대상물로부터는 비교적 용이하게 벗길 수 있으며, 또한 다른 대상물에 첨부하여 재활용하는 것이 가능하다는 결점이 있었다. 홀로그램 실은 붙어있는 것으로 정품을 의미하므로 박리한 진품 실을 위조품에 붙여 버리면 그것이 위조품인 것을 식별할 수 없게 된다.
이에 대하여 레이저 협회지 제30권 제2호 호소노 히데오, 가와무라 겐이치 저 「펨토 세컨드 레이저와 투명물질과의 상호작용: 싱글 펄스 간섭에 의한 투명물질에의 주기 나노구조의 가공」 레이저 협회, 2005년 5월, p.7-12에 개시된 홀로그램 실은 실 내층에 박리층을 형성하여 고의로 벗겼을 때에 실 자체가 파괴되는 구조로 되어 있다. 이것에 의하여 박리 후의 재활용을 방지할 수 있다. 그러나 그 때문에 재료 구성이나 제조기술이 복잡하게 되며, 원가상승으로 이어지는 결점이 있었다.
또한, 홀로그램 실이 정교하게 모방된 경우 붙여진 홀로그램 실이 진품이라는 검증을 하려면 미소한 부위를 비교하게 되어, 소비자가 용이하게 할 수는 없었다.
본 발명은 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 구조색을 공업적으로 실용화하는 요건을 충족시키는 동시에 미세주기구조를 고속으로 형성 가능하게 하여 생산성의 향상을 도모할 수 있으며, 또한 박리에 의한 재활용을 불가능하게 하며, 또한 그 자체가 진품인 것을 용이하게 검증하는 것을 가능하게 하는 구조체, 구조체의 형성방법, 구조체 형성장치, 구조색 및/또는 회절광 판독방법 및 진위 판정방법의 제공을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
이 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 구조체는 광회절을 일으키는 주기구조가 계면에 형성된 공극부를 기재 내부에 가진 구성으로 되어 있다.
구조체를 이와 같은 구성으로 하면 구조색을 공업적으로 실용화하는 요건을 충족시킬 수 있다.
예를 들면 미세주기구조가 물질 내부에 형성되므로 흠이나 오염에 대한 내성을 가지게 할 수 있다. 또한, 3차원적으로 주기구조가 형성됨으로써 발색 효율을 높일 수 있다. 또한, 레이저광을 여러 발 조사하는 등 광조사를 단시간 실시하는 것만으로 넓은 범위에 복수의 공극부를 형성할 수 있으므로 고속생산이 가능해지며, 저코스트로 제조할 수 있다. 이와 같이 구조색을 공업적으로 실용화하는 요건을 충족시킬 수 있다.
또한, 발색 원리가 공극부의 계면에 형성된 미세주기구조(공극부 계면 주기구조)에 의한 것이며, 안료나 염료와 같은 화학적 발색에 의한 것은 아니다. 그러므로 용융하면 용이하게 소색(消色)할 수 있다. 따라서, 재활용성이 뛰어난 플라스틱 용기 등의 가식 기술로서 공헌할 수 있다.
또한, 본 발명의 구조체는 기재 내부의 공극부 계면 주기구조가 구조색을 발현하는 규칙적 배열을 가진 구성으로 할 수 있다.
구조체를 이와 같은 구성으로 하면 주기구조가 가진 규칙적 배열에 의하여 구조색을 발현시킬 수 있다. 이것에 의하여 종래에 없었던 신규 가식 기술을 제안할 수 있다.
또한, 본 발명의 구조체는 복수의 공극부를 기재의 표면으로부터 각각 다른 깊이의 위치에 형성하는 구성으로 할 수 있다.
구조체를 이와 같은 구성으로 하면 복수의 공극부의 각각이 회절격자로서 작용하여 광의 입사각도나 관찰하는 각도에 따라 다른 색으로 발색시킬 수 있다.
즉, 복수의 공극부는 광이 조사된 범위 내에서 무작위의 위치에, 또한 각각 다른 깊이의 위치에서 복수 발생한다. 그러므로 조사범위 전체로서 3차원적으로 주기구조가 형성되어(3차원 주기구조), 발색성을 극적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 구조체는 광회절을 일으키는 주기구조를 계면에 가진 공극부를 기재에 내포하는 동시에 기재 표면의 일부 또는 전부에 광회절을 일으키는 주기구조를 가진 구성으로 되어 있다.
구조체를 이와 같은 구성으로 하면 구조체 그 자체에 주기구조가 형성되어 있으므로 이것을 박리하여 다른 곳에 재활용한다는 행위가 불가능해진다. 그러므로 홀로그램 실과 같이 기존의 대상품으로부터 떼어 위조품에 부착하여 정품으로서 유통시키는 행위를 저지할 수 있다.
또한, 공극부의 계면이나 기재의 표면에 주기구조를 형성한 구조로 하므로 재료구성이 간이해지고, 원가상승을 회피할 수 있다.
또한, 공극부의 계면이나 기재의 표면에 구조색을 발현하는 주기구조가 형성되어 있으므로 그들 주기구조에 의하여 각각 구조색이 발현한다. 그리고 기재 표면에 형성된 주기구조에 의한 구조색의 발현을 억제함으로써 공극부의 계면에 형성된 주기구조에 의하여 발현한 구조색을 판독할 수 있으므로 소비자라도 용이하게 대상물의 진위를 판정할 수 있다.
또한, 본 발명의 구조체는 기재의 표면에 형성된 주기구조(기재면 주기구조)가 구조색을 발현하는 규칙적 배열을 가진 구조로 할 수 있다.
구조체를 이와 같은 구성으로 하면 공극부 계면 주기구조나 기재면 주기구조가 규칙적 배열에 따라 구조색을 발현할 수 있다.
또한, 본 발명의 구조체는 기재의 표면에 형성된 주기구조를 보호하는 보호층을 형성할 수 있다.
구조체를 이와 같은 구성으로 하면 보호층에 의하여 기재면 주기구조의 손상을 방지할 수 있으며, 나아가서는 대상물의 진위판정 기능의 저하를 저지할 수 있다.
또한, 본 발명의 구조체는 공극부의 계면에 형성된 주기구조에 의한 구조색 및/또는 회절광을 은폐하는 위치에 기재의 표면에 있어서의 주기구조를 형성할 수 있다.
구조체를 이와 같은 구성으로 하면 기재면 주기구조에 의거한 구조색의 발현을 억제함으로써 그때까지 은폐되어 있던 구조색(공극부 계면 주기구조에 의하여 발현한 구조색)을 판독할 수 있다.
또한, 본 발명의 구조체는 공극부 계면의 주기구조 및/또는 기재 표면의 주기구조를 광의 조사에 의하여 형성할 수 있다.)
구조체를 이와 같은 구성으로 하면 공극부 계면 주기구조나 기재면 주기구조를 비교적 간이한 제조기술에 의하여 형성할 수 있으며, 원가상승을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 구조체는 주기적 강도분포를 발생시키면서 광을 조사함으로써 형성할 수 있다.
이와 같이 하면 주기적 강도분포가 발생함으로써 공극부 계면 주기구조나 기재면 주기구조를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 구조체의 형성방법은 구조체 형성장치를 이용하여 기재에 광조사하고, 기재 내부에 공극부를 발생시켜, 공극부의 계면에 주기구조를 형성하는 구성으로 할 수 있다.
구조체의 형성방법을 이와 같은 방법으로 하면 물질에 광을 조사함으로써 광회절을 일으키는 주기구조를 계면에 가진 공극부를 그 물질 내부에 형성할 수 있다. 이로써 공업적으로 실용화하는 요건을 충족시킨 구조색을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 구조체의 형성방법은 기재가 투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장의 광을 기재에 대하여 조사하는 방법으로 할 수 있다.
구조체의 형성방법을 이와 같은 방법으로 하면 기재가 투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장의 광을 조사함으로써 공극부 계면 주기구조를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 구조체의 형성방법은 공극부를 형성한 광과는 다른 파장의 광을 기재에 조사함으로써 기재 표면의 일부 또는 전부에 주기구조를 형성하는 방법으로 할 수 있다.
구조체의 형성방법을 이와 같은 방법으로 하면 공극부 계면 주기구조나 기재면 주기구조를 간이한 방법으로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 구조체의 형성방법은 기재가 투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장의 광과 불투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장의 광을 기재에 대하여 동시조사하는 방법으로 할 수 있다.
구조체의 형성방법을 이와 같은 방법으로 하면 기재가 투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장의 광을 조사함으로써 공극부 계면 주기구조를 형성할 수 있으며, 불투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장의 광을 조사함으로써 기재면 주기구조를 형성할 수 있다. 그리고 그들 광을 동시에 조사함으로써 따로따로 조사한 경우에 비하여 구조체의 제조시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명의 구조체의 형성방법은 기재가 투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장의 광을 조사한 후에 기재가 불투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장의 광을 조사하는 방법으로 되어 있다.
구조체의 형성방법을 이와 같은 방법으로 하면 공극부 계면 주기구조를 확실하게 형성하여 그 후에 기재면 주기구조를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 구조체의 형성방법은 주기적인 강도분포를 발생시키도록 구조체 형성장치가 기재에 광을 조사하는 방법으로 되어 있다.
구조체의 형성방법을 이와 같은 방법으로 하면 주기적인 광강도분포를 발생시킴으로써 공극부의 계면이나 기재의 표면에 주기구조를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 구조체의 형성장치는 기재에 광을 조사하는 구조체 형성장치로서 기재 내부에 형성되는 공극부의 계면에 광회절을 일으키는 주기구조가 형성되도록 조사 펄스 수 및/또는 레이저 출력을 조정하는 레이저 발진기를 구비한 구성으로 할 수 있다.
구조체 형성장치를 이와 같은 구성으로 하면 적절한 플루언스(fluence)나 조사 펄스 수로 조정하여 계면에 주기구조를 가진 공극부를 물질 내부에 형성할 수 있다. 이로써 공업적으로 실용화하는 요건을 충족시킨 구조색을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 구조체 형성장치는 레이저 발진기가 기재의 내부에 공극부를 형성하는 동시에 기재의 표면에 광회절을 일으키는 주기구조를 형성하도록 조사 펄스 수 및/또는 레이저 출력을 조정하는 구성으로 되어 있다.
구조체 형성장치를 이와 같은 구성으로 하면 레이저 발진기에 있어서 조사 펄스 수나 레이저 출력을 조정함으로써 광회절을 일으키는 주기구조를 계면에 가진 공극부를 기재 내부에 형성할 수 있으며, 또한 광회절을 일으키는 주기구조를 기재 표면에 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 구조색 및/또는 회절광 판독방법은 상기의 구조체에 기재와 동일 또는 유사한 굴절률을 가진 기능재를 접촉시켜 기재 표면의 주기구조에 의한 구조색 및/또는 회절광을 억제하고, 기재 내부의 공극부 계면 주기구조에 의한 구조색 및/또는 회절광을 판독하는 방법으로 되어 있다.
판독방법을 이와 같은 방법으로 하면 기능재를 접촉시킨다는 간단한 방법으로 그때까지 은폐되어 있던 공극부 계면 주기구조에 의한 구조색이나 회절광을 판독할 수 있다.
또한, 본 발명의 진위 판정방법은 상기 구조체에 이 구조체의 기재와 동일 또는 유사한 굴절률을 가진 기능재를 접촉시켜 기재 표면의 주기구조에 의한 구조색 및/또는 회절광을 억제하고, 기재 내부의 공극부 계면 주기구조에 의한 구조색 및/또는 회절광을 판독하여, 이 판독한 구조색 및/또는 회절광과 피(被)대조용 구조색 및/또는 회절광을 비교하여 이들이 일치하였을 때는 구조체를 가진 것이 정품이라고 판정하는 방법으로 할 수 있다.
진위 판정방법을 이와 같은 방법으로 하면 판독된 구조색 또는 회절광에 의하여 간이한 방법으로 대상물의 진위를 판정할 수 있다.
예를 들면 판독된 구조색으로 그려진 형상이 별모양이고, 피대조용의 구조색으로 그려진 형상이 동일한 별모양인 경우는 그 구조체를 가진 것이 정품이라고 판정할 수 있다. 한편, 판독된 구조색으로 그려진 형상과 피대조용 구조색으로 그려진 형상이 다른 경우는 그 구조체를 가진 것이 정품이라고 판정할 수 있다. 또한, 공극부가 본래부터 형성되어 있지 않으므로 기능재를 접촉시켜도 구조색이 판독되지 않는 경우도 위조품이라고 판정할 수 있다.
발명의 효과
이상과 같이 본 발명에 의하면 공업적으로 실용화하는 요건을 충족시킨 구조색을 실현할 수 있다.
또한, 재활용성이 뛰어난 플라스틱 용기 등의 가식 기술로서 공헌할 수 있다.
또한, 기재 그 자체에 공극부 계면 주기구조나 기재면 주기구조를 형성함으로써 이들을 박리하여 재활용하는 것이 불가능해진다. 그러므로 위조방지용 실과 같은 위조품에 대한 전용(轉用)으로 인한 피해를 방지할 수 있다.
또한, 기재 내부에는 공극부 계면 주기구조가 형성되고, 그 기재의 표면에는 기재면 주기구조가 형성되어 각 주기구조가 구조색을 발현하므로 기재면 주기구조로 인한 구조색에 의하여 공극부 계면 주기구조로 인한 구조색을 은폐할 수 있다.
또한, 기재면 주기구조에 기능재를 접촉시켜 구조색의 발현을 억제함으로써 공극부 계면 주기구조로 인한 구조색으로 그려진 형상을 판독할 수 있다. 그리고 이 판독한 형성과 피대조용 형상을 비교함으로써 대상물의 진위를 판정할 수 있다. 따라서, 기재면 주기구조에 기능재를 접촉시키는 간이한 방법에 의하여 소비자라도 용이하게 구조체를 가진 것의 진위를 판정할 수 있다.
도 1은 본 실시형태의 구조체의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 2a는 공극부가 형성된 구조체의 단면을 도시하는 모식도이다.
도 2b는 공극부가 형성된 구조체의 외관을 도시하는 사시 화상이다.
도 2c는 도 2b를 모식적으로 도시한 외관사시도이다.
도 2d는 구조체를 위쪽(도 2c의 A방향)에서 보았을 때의 공극부의 확대현미경상이다.
도 2e는 구조체를 옆쪽(도 2c의 B방향)에서 보았을 때의 공극부의 확대현미경상이다.
도 3a는 기재면 주기구조가 형성된 구조체의 단면을 도시하는 모식도이다.
도 3b는 기재면 주기구조가 형성된 구조체의 외관을 도시하는 사시 화상이다.
도 3c는 기재면 주기구조를 확대하여 도시한 AFM상이다.
도 4는 브래그 법칙을 설명하기 위한 회절격자의 배열도이다.
도 5는 본 실시형태의 구조체의 다른 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 투과형 회절광학소자를 이용한 구조체 형성장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 7은 투과형 회절광학소자를 이용한 구조체 형성장치 중 간섭광학계의 구성을 도시하는 모식적 사시도이다.
도 8은 기재에 조사되는 광의 간섭영역을 도시하는 도면이다.
도 9는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 구조체 형성장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 10은 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 구조체 형성장치 중 간섭광학계의 구성을 도시하는 모식적 사시도이다.
도 11은 주기적 광강도분포에서의 광조사를 도시하는 도면이다.
도 12는 기재의 투과 스펙트럼 및 소정의 파장의 광조사로 형성되는 주기구조를 도시하는 도면이다.
도 13은 주기적 광강도분포를 생성하는 방법을 도시하는 도면으로서, (a)는 입사광과 계면반사광과의 간섭에 의하여 주기적 광강도분포를 발생시키는 방법을 도시하는 도면, (b)는 주기적인 광강도분포를 가진 단광속의 광을 조사하는 방법을 도시하는 도면, (c)는 다광속 간섭에 의하여 주기적인 광강도분포를 발생시키는 방법을 도시하는 도면이다.
도 14는 투과형 회절광학소자를 이용하였을 때의 주기구조 패턴의 형성방법을 도시하는 도면이다.
도 15는 마이크로 렌즈 어레이를 이용하였을 때의 주기구조 패턴의 형성방법 을 도시하는 도면이다.
도 16은 광회절이 발생하는 상태를 도시한 모식도이다.
도 17은 본 실시형태의 구조체를 사용한 진위 판정방법을 설명하기 위한 도면으로서, (a1) 및 (a2)는 기재면 주기구조가 형성되었을 때에 발현하는 구조색을 도시하는 도면, (b1) 및 (b2)는 공극부 계면 주기구조가 형성되었을 때에 발현하는 구조색을 도시하는 도면, (c1) 및 (c2)는 기재면 주기구조 및 공극부 계면 주기구조가 형성되었을 때에 발현하는 구조색을 도시하는 도면, (d1) 및 (d2)는 기재면 주기구조에 기능재가 접촉하였을 때에 발현하는 구조색을 도시하는 도면이다.
도 18은 YAG-THG(355㎚), 247mJ/㎠, 30 shots의 조건 하에서 시료 30에 PET-INJ 시트를 사용하였을 때의 공극부(12)의 형성상태를 도시하는 도면이다.
도 19는 YAG-SHG(532㎚), 500mJ/㎠, 10 shots의 조건 하에서 시료 30에 PET 연신 시트를 사용하였을 때의 공극부(12)의 형성상태를 도시하는 도면이다.
도 20은 본 발명의 공극부와 비교예의 공동(空洞)부에 대한 평면관찰상 및 단면모식도를 도시하는 도표이다.
도 21은 본 발명과 비교예에 대한 시료 및 투과율의 비교를 도시하는 도표이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 있어서의 레이저광 조사 조건과 비교예에서의 레이저광 조사 조건과의 비교를 도시하는 그래프이다.
부호의 설명
10 구조체
11 기재
12 공극부
13 공극부 계면 주기구조
14 기재면
15 기재면 주기구조
16 보호층
20 투과형 회절광학소자를 이용한 구조체 형성장치
21 레이저 발진기
23 투과형 회절광학소자
25 마스크
30 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 구조체 형성장치
35 마이크로 렌즈 어레이
36 마스크
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하 본 발명에 관한 구조체, 구조체의 형성방법, 구조체 형성장치, 구조색 및/또는 회절광 판독방법 및 진위 판정방법의 바람직한 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
또한, 본 실시형태에 있어서 「가식(加飾)」이란, 포장체에 유채색의 착색을 하는 것이나 특정 파장영역의 광이 포장체 내부에 투과하지 않도록 차단하는 것 등을 포함한 의미이다.
[구조체]
먼저, 본 발명의 구조체의 실시형태에 대하여 도 1 내지 도 3c를 참조하여 설명한다.
도 1은 본 실시형태의 구조체의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 2a 내지 도 2e는 구조체의 기본이 되는 기재 내부에 형성된 공극부를 도시하는 단면으로서, 도 2a는 공극부가 형성된 구조체의 단면을 도시하는 모식도, 도 2b는 공극부가 형성된 구조체의 외관을 도시하는 사시 화상, 도 2c는 도 2b를 모식적으로 도시한 외관사시도, 도 2d는 구조체를 위쪽(도 2c의 A방향)에서 보았을 때의 공극부의 확대현미경상, 도 2e는 구조체를 옆쪽(도 2c의 B방향)에서 보았을 때의 공극부의 확대현미경상이다.
도 3a 내지 도 3c는 구조체의 표면(기재면)에 형성된 주기구조(기재면 주기구조)를 도시하는 도면으로서, 도 3a는 기재면 주기구조가 형성된 구조체의 단면을 도시하는 모식도, 도 3b는 기재면 주기구조가 형성된 구조체의 외관을 도시하는 사시 화상, 도 3c는 기재면 주기구조를 확대하여 도시한 AFM상이다.
(공극부, 공극부 계면 주기구조)
도 1 및 도 2a 내지 도 2e에 도시하는 바와 같이 구조체(10)의 기재(11) 내 부에는 공극부(12)가 형성되어 있다.
도 2a에 도시하는 바와 같이 하나의 공극부(12)는 거의 징 모양의 형상을 이루며, 직경은 긴 것이 40㎛ 정도로 되어 있다.
이 공극부(12)는 징 모양의 지름방향이 구조체(10)의 면 방향과 거의 평행하고, 징 모양의 두께방향이 구조체(10)의 두께 방향과 거의 평행으로 형성된다.
공극부(12)의 계면에는 도 1 및 도 2a 내지 도2e에 도시하는 바와 같이 광회절을 일으키는 주기구조(공극부 계면 주기구조(13))가 형성되어 있다. 그리고 그 주기구조(13)가 구조색을 발현하는 규칙적 배열을 가지고 있다.
여기서 주기구조란 소정의 형상이 거의 일정한 주기(간격)로 복수 형성된 구조를 말한다. 본 실시형태의 공극부 계면 주기구조(13)에 있어서는 도 2a, 도 2d에 도시하는 바와 같이 하나의 공극부(12)의 계면에 요(凹)부와 철(凸)부가 거의 등간격으로 종횡으로 복수 형성되어 있다. 이 주기구조(13)는 공극부(12)의 계면 전체에 걸쳐 형성되어 있다. 그러므로 공극부(12)의 계면의 단면(철부의 정점을 지나는 단면)은 도 2a에 도시하는 바와 같이 파형(波形)이 된다. 이와 같이 공극부(12)의 계면의 요부와 철부의 간격이 가시광 파장에 가까워서 구조색을 발현한다.
또한, 주기구조(13)의 파형의 1주기(인접하는 철부의 각 정점 간의 거리)는 1.5㎛ 내지 2.0㎛ 정도로 되어 있다.
또한, 주기구조에 광이 입사하면 회절이 일어나지만, 이때 어느 파장이 가장 강하게(광 에너지가 많이) 회절하는지는 격자 주기와의 비(比)에 따라 다르다. 일반적으로 회절은 격자 주기에 대한 광파장의 비가 약 1 이하일 때에 강해진다.
본 발명에서 말하는 「구조색을 발현하는 규칙적 배열」이란 격자 주기가 가시광 파장(약 400㎚ 내지 700㎚)에 가까울 때의 것이며, 약 2.0㎛ 이하의 것이다. 이때 가시광이 강하게 회절하므로 구조색이 관찰된다.
이 공극부(12)는 도 2b, 도 2c에 도시하는 바와 같이 구조체(10) 중 광이 조사된 부분에 형성된다.
그 조사범위 내(동일한 면 내)에서는 공극부(12)가 복수 형성된다.
그들 복수의 공극부(12)는 광의 조사범위 내에서 횡방향으로 무작위의 위치에 각각 형성되며, 또한 광의 조사면으로부터 각각 다른 깊이의 위치에 형성된다.
여기서 동일한 면 내로서 표면으로부터의 깊이가 다른 개개의 공극부(12)는 도 4에 도시하는 바와 같이 회절격자로서 작용하여 광의 입사각도나 관찰하는 각도에 따라 구조체(10)는 다른 색으로 발색한다(이후 개개의 공극부(12)가 동일면 내에서 존재하는 면을 회절면이라 한다).
다른 깊이, 즉 다층으로 회절면이 존재하면 각각의 회절면에서 회절이 일어난다. 이때 각 면으로부터의 회절광의 위상이 갖추어지지 않으면 발색은 약해지지만, 위상이 갖추어지면 발색은 강해진다. 구체적으로는 아래의 브래그 반사식(식 1)에 따른 파장의 광으로 박색이 강해진다.
Figure 112008070300170-PCT00001
이 식1에 있어서 m은 회절차수, λ은 파장, D는 회절면의 간격, n은 물질의 굴절률, θ는 시료면의 법선각도를 0℃로 하는 관찰각도를 나타낸다.
회절면이 식 1에 따른 간격으로 존재하는 구조체(10)의 형성이 가능하게 되 면 식 1을 충족시키는 특정 파장의 광만으로 발색하는 구조체(10)가 된다. 또한, 회절면이 증가하면 회절광 강도가 증가하게 되므로 발색은 보다 강해진다.
이와 같이 브래그의 법칙에 따라 발색을 일으키는 것으로서 3차원적으로 주기구조가 형성된 광결정이 알려져 있다.
또한, 도 2b의 사시 화상이나 도 2d 및 도 2e의 현미관찰상은 구조체(10)로서 PET 3×3 연신 시트를 사용한 것이다. 다만, 구조체(10)는 이것에 한정되는 것은 아니고 광의 조사에 의하여 내부에 공극부(12)가 형성되는 물질이면 된다.
(기재면 주기구조)
또한, 도 1 및 도 3a 내지 도 3c에 도시하는 바와 같이 구조체(10)의 기재(11)의 표면(기재면(14))에는 광회절을 일으키는 주기구조(기재면 주기구조(15))가 형성되어 있다. 그리고 그 주기구조(15)가 구조색을 발현하는 규칙적 배열을 가지고 있다. 또한, 여기서 말하는 「구조색을 발현하는 규칙적 배열」이란 격자 주기가 가시광 파장(약 400㎚ 내지 700㎚)에 가까울 때의 것을 말한다.
여기서 주기구조의 정의는 상술한 바와 같으나, 본 실시형태의 기재면 주기구조(15)에 있어서는 도 3a 및 도 3c에 도시하는 바와 같이 요부나 철부가 기재면(14)을 따라 거의 등간격으로 복수 형성되어 있다. 이 주기구조(15)는 기재면(14) 전체에 걸쳐서 형성되어 있다. 그러므로 기재면(14)의 단면(철부의 정점을 지나는 단면)은 도 3a에 도시하는 바와 같이 파형이 된다. 그리고 기재면(14)의 철부의 간격이 가시광 파장에 가까워서 구조색을 발현한다.
또한, 기재면 주기구조(15)의 파형의 1주기(인접하는 철부의 각 정점 간의 거리)는 약 1.0㎛ 정도로 되어 있다.
또한, 기재면 주기구조(15)는 기재면(14) 중 광이 조사된 부분에 형성된다.
그러므로 기재면(14)의 전체면에 주기구조를 형성하기 위해서는 도 3b에 도시하는 바와 같이 기재면(14)의 면적에 따라 광을 여러 부위에 틈을 두지 않고 조사하는 것이 바람직하다.
또한, 도 3b 및 도 3c의 화상은 구조체(10)로서 PET 3×3 연신 시트를 사용한 것이다. 다만, 구조체(10)는 이것에 한정되는 것은 아니고 광의 조사에 의하여 기재면 주기구조(15)가 형성되는 물질이면 된다.
이와 같이 본 실시형태의 구조체(10)는 미세주기구조를 계면에 가진 공극부(12)를 기재(11)에 내포하고, 또한 기재면(14)에 미세주기구조를 가진 구조로 되어 있다. 그리고 각각의 주기구조(13, 15)로부터 회절·간섭 등의 광학 현상에 의한 구조색을 발현시킴으로써 마킹을 이룬다.
여기서 마킹이란, 구조색 및/또는 회절광을 발현하는 부위가 똑같이 형성된 영역 또는 구조색 및/또는 회절광을 발현하는 부위를 적절히 배치함으로써 그려진 도형 또는 문자 등을 가리킨다.
이들 공극부 계면 주기구조(13) 및 기재면 주기구조(15)를 기재 자체에 형성함으로써 이들을 박리하여 다른 대상물에 부착하는 등의 재활용을 할 수 없게 되는 동시에 그들 주기구조(13, 15)의 소거나 정정이 불가능해진다.
(기재)
기재(11)란 구조체(10)의 기본이 되는 부재를 말한다.
기재(11)에는 예를 들면 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 나일론 수지, 아크릴 수지, 염화비닐 수지, 페놀 수지 등의 고분자 화합물, BK7, 석영 등의 광학 유리나 소다 유리 등을 재료로서 사용할 수 있다. 또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)나 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 등의 폴리에스테르 화합물 등을 재료로서 사용할 수 있다.
또한, 기재(11)는 상술한 재료에 한정되는 것은 아니고 종래 공지의 임의의 적합한 재료를 사용할 수 있다. 다만, 광의 조사에 의하여 공극부(12), 공극부 계면 주기구조(13), 기재면 주기구조(15)가 형성되는 것을 필요로 한다.
(보호층)
구조체(10)에는 도 5에 도시하는 바와 같이 보호층(16)을 형성할 수 있다.
보호층(16)은 기재면 주기구조(15)가 외상을 입는 등으로 인하여 구조색이 발현하지 않게 되는 것을 방지하기 위한 보호막이다.
이 보호층(16)은 예를 들면 아크릴아미노, 폴리에스테르아미노, 폴리에스테르아크릴아미노 등에 의하여 형성할 수 있다.
[구조체 형성장치]
다음으로, 구조체 형성장치에 대하여 설명한다. 구조체 형성장치에는 투과형 회절광학소자를 이용한 것과 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 것이 있다.
(투과형 회절광학소자를 이용한 구조체 형성장치)
먼저, 투과형 회절광학소자를 이용한 구조체 형성장치에 대하여 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한다.
도 6은 해당 구조체 형성장치의 구성을 도시하는 개략도, 도 7은 해당 구조체 형성장치 중 간섭광학계의 구성을 도시하는 모식적 사시도, 도 8은 기재(구조체) 주변에서 광속(光束)이 교차하고 간섭하여 고강도 영역을 형성하는 상태를 도시하는 도면이다.
투과형 회절광학소자를 이용한 구조체 형성장치(20)는 기재(11)(구조체(10))에 공극부 계면 주기구조(13)나 기재면 주기구조(15)를 형성하기 위한 장치로서 도 6, 도 7에 도시하는 바와 같이 레이저 발진기(21)와 미러(22)와 투과형 회절광학소자(23)와 볼록렌즈(24)와 마스크(25)와 볼록렌즈(26)를 구비하고 있다.
여기서 레이저 발진기(21)는 레이저를 출력하는 장치로서 예를 들면 Q-스위치 발진을 하는 YAG 레이저, YVO4 레이저, YLF 레이저, Ti: 사파이어 레이저 등의 펨토 세컨드 레이저 등을 이용할 수 있다. 이들 펄스 레이저는 수 ㎐ 내지 수십 ㎑의 반복주파수를 가지지만, 이 반복주기 동안 비축된 에너지를 수 fs 내지 수십 ㎱라는 매우 짧은 시간폭으로 방출한다. 그러므로 적은 입력 에너지로부터 높은 피크 파워를 효율적으로 얻을 수 있다.
또한, 기재(11)의 내부에 주기구조(13)를 형성하기 위해서는 레이저광을 5발 내지 20발 정도 조사하면 되며, 소요시간은 수초 정도이다. 이로써 고속생산이 가능해지며, 구조색을 발현하는 제품을 저코스트로 제조할 수 있다. 또한, 반복주파수가 큰 광원을 사용함으로써 더욱 시간단축을 도모할 수 있다.
이 레이저 발진기(21)는 조사 펄스 수를 조정하는 기능을 가지고 있다. 또한, 레이저 발진기(21)는 레이저의 출력을 조정함으로써 에너지 밀도(플루언스:1 펄스의 조사면적당 에너지)를 조절할 수도 있다.
또한, 에너지 밀도의 조절은 레이저 발진기(21)에 있어서의 레이저 출력의 조정 외에 예를 들면 레이저 출력이 같고 조사 빔 지름을 변화시키는 것에 의해서도 실현할 수 있다.
또한, 피조사재 내부에의 주기구조의 형성을 위해서는 조사하는 광이 재료 내부에 진입할 필요가 있다. 조사광이 극표면에서 흡수되지 않도록 피조사재에 있어서 알맞은 투과율을 가진 파장의 광을 사용하는 것이 바람직하다.
미러(22)는 레이저 발진기(21)로부터 출력된 레이저광을 반사한다. 또한, 도 6에 있어서 미러(22)는 2개 구비되어 있으나, 2개에 한정되는 것은 아니고 임의의 수를 구비할 수 있다.
투과형 회절광학소자(23)는 표면에 미세한 요부 또는 철부가 주기적으로 새겨져 있으므로 회절을 일으키는 투과형의 광학 소자로서 레이저광을 복수의 광속으로 분할한다.
볼록렌즈(24)는 예를 들면 초점거리가 200㎜의 합성 석영 평철(平凸) 렌즈를 사용할 수 있으며, 이 경우는 투과형 회절광학소자(23)로부터 200㎜의 위치에 놓여진다. 그리고 볼록렌즈(24)는 투과형 회절광학소자(23)로 분할된 복수의 광속을 통과시킨다.
마스크(25)는 볼록렌즈(24)를 통과한 광속이 초점을 맺는 위치에 놓여지며, 복수의 광속 중 간섭에 불필요한 광속을 차단하고 필요한 광속만을 통과시킨다.
볼록렌즈(26)는 예를 들면 초점거리가 100㎜의 합성 석영 평철렌즈를 사용할 수 있으며, 마스크(25)를 통과한 광속을 집광하고, 광속을 교차시켜 간섭시킨다. 이 간섭한 영역은 도 8에 도시하는 바와 같이 고강도 영역의 분포가 되며, 이 영역에서 기재(11)에 조사한다.
여기서 간섭 무늬의 주기(d)는 다음 식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112008070300170-PCT00002
λ: 파장광, θ: 광속의 교차각도
또한, 투과형 회절광학소자(23)에 의한 레이저의 분할과 마스크(25)에 의한 광속의 선택과의 관계에 대해서는 후기의 「주기구조 패턴의 형성방법」에 있어서의 「(투과형 회절광학소자를 이용한 주기구조 패턴의 형성방법)」에서 설명한다.
(마이크로 렌즈 어레이를 이용한 구조체 형성장치)
다음으로, 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 구조체 형성장치에 대하여 도 9, 도 10을 참조하여 설명한다.
도 9는 해당 구조체 형성장치의 구성을 도시하는 개략도, 도 10은 해당 구조체 형성장치 중 간섭광학계의 구성을 도시하는 모식적 사시도이다.
도 9, 도 10에 도시하는 바와 같이 구조체 형성장치(30)는 레이저 발진기(31)와 미러(32)와 오목렌즈(33)와 볼록렌즈(34)와 마이크로 렌즈 어레이(35)와 마스크(36)와 볼록렌즈(37)를 구비하고 있다.
여기서 레이저 발진기(31)는 도 6에 도시한 구조체 형성장치(20)에 있어서의 레이저 발진기(21)와 동일한 기능을 가지고 있다.
미러(32)는 레이저 발진기(31)로부터 출력된 레이저광을 반사한다. 또한, 도9에 있어서 미러(32)는 2개 구비되어 있으나, 2개에 한정되는 것은 아니고 임의의 수를 구비할 수 있다.
오목렌즈(33)는 레이저 빔 지름을 확대한다. 볼록렌즈(34)는 확대된 레이저 빔 지름을 원하는 지름으로 한다.
마이크로 렌즈 어레이(35)는 미소한 볼록렌즈가 바둑판 눈 형상으로 늘어선 구조의 광학 소자로서 레이저를 다수의 광속으로 분할한다.
마스크(36)는 분할된 광속 중 몇 개를 선택한다. 볼록렌즈(37)는 마스크(36)에서 선택된 광속을 모은다.
또한, 마이크로 렌즈 어레이(35)에 의한 레이저의 분할과 마스크(36)에 의한 광속의 선택과의 관계에 대해서는 후술하는 「주기구조 패턴의 형성방법」에 있어서의 「(마이크로 렌즈 어레이를 이용한 주기구조 패턴의 형성방법)」에서 설명한다.
[구조체의 형성방법]
다음으로, 본 실시형태의 구조체의 형성방법에 대하여 도 11, 도 12를 참조하여 설명한다.
도 11은 주기적 강도분포를 가진 광을 기재에 조사하는 것을 도시하는 도면, 도 12는 조사되는 광의 파장과 그 조사에 의하여 형성되는 주기구조와의 관계를 도시하는 도면이다.
도 11에 도시하는 바와 같이 주기적 강도분포를 가진 광(1)을 기재(11)에 조사함으로써 주기구조(13)를 계면에 가진 공극부(12)를 기재(11) 내부에 형성한다. 이때 미세주기구조(13)는 주기적 강도분포와 동일한 주기로 형성된다.
한편, 주기적 강도분포를 가진 광(2)을 기재(11)에 조사함으로써 기재면(14)에 주기구조(15)를 형성한다. 이때 미세주기구조(15)는 주기적 강도분포와 동일한 주기로 형성된다.
여기서 광(1)이란 기재(11)가 투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장의 광, 광(2)이란 기재(11)가 불투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장의 광이다. 이것은 즉 구조체(10)를 형성하는 방법으로서 기재(11)의 광학적 특성이 광파장에 의하여 다른 것을 이용하고 있다.
기재(11)는 특정 파장에 대하여 투과율이 70% 이상의 투명성, 투과율이 10% 이상 70% 미만의 반투명성, 투과율이 10% 미만의 불투명성의 어느 한 가지 성질을 나타낸다. 어느 파장에 대하여 기재(11)가 투명성을 나타내는 경우 광은 기재 내부 까지 진입한다. 한편, 불투명성을 나타내는 경우 광은 기재의 표면 근방에 밖에 진입하지 않는다.
구체적으로는 도 12에 도시하는 바와 같이 기재(11)가 투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장으로서 약 330㎚ 이상(예를 들면 355㎚)의 광을 조사하여 공극부(12) 및 공극부 계면 주기구조(13)를 형성하고, 기재(11)가 불투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장으로서 약 310㎚ 이하(예를 들면 266㎚)의 광을 조사하여 기재면 주기구조(15)를 형성한다.
기재(11)가 투명성을 나타내는 파장의 광과 불투명성을 나타내는 광과의 조사에 순서는 없다. 다만, 바람직하게는 먼저 투명성을 나타내는 파장의 광을 조사하고, 다음으로 불투명성을 나타내는 파장의 광을 조사하는 순서가 좋다.
이것은 기재면 주기구조(15)가 형성되어 있으면 공극부 계면 주기구조(13)를 형성할 때에 주기적 광강도분포가 흐트러져 버려서 갖추어진 주기구조가 형성되지 않고, 때문에 구조색 발색이 저감되는 것을 피하기 위해서이다.
또한, 투명성을 나타내는 파장의 광과 불투명성을 나타내는 파장의 광과의 동시조사라도 된다. 이때 구조체의 형성시간의 단축이 도모된다.
주기적 강도분포를 가진 광조사는 주기적으로 개구를 가진 마스크를 사용한 평행광선에 의한 조사, 또는 복수의 평행광선을 교차시킨 간섭영역에서의 조사에 의하여 실시할 수 있다.
기재면 주기구조(15)를 형성하기 위해서는 펄스 레이저광을 1발 정도, 공극부 계면 주기구조(13)를 형성하기 위해서는 펄스 레이저광을 5 내지 20발 정도 조 사하면 되며, 소요시간은 수초 정도이다. 또한, 펄스 반복 주파수가 큰 레이저 광원을 사용함으로써 더욱 시간단축을 도모할 수 있다.
기재면 주기구조(15)를 형성하는 방법은 상기 외에 예를 들면 LIPS(Laser Induced Periodic Structures)가 있다.
이것은 레이저 조사에 의하여 물질 표면에 자발적으로 주기적 강도분포를 발생하여 자체조직적으로 형성되는 미세주기구조이다. 또한, 주기구조를 가진 틀을 가열하여 기재에 압착하거나 가열한 기재에 압착시킴으로써 형 형상을 전사하는 핫 스탬프가 있다.
상술한 LIPS에 대해서는 다음의 비특허문헌에 개시되어 있다.
비특허문헌: Sylvain Lazare 저 「Large scale excimer laser production of submicron periodic structures on polymer surface.」 Applied Surface Science 69(1993)31-37 North-Holland
또한, 공극부(12)나 공극부 계면 주기구조(13)를 형성하는 경우의 주기적 광강도분포의 생성방법으로서는 예를 들면 아래의 3가지 방법이 있다.
제1의 방법으로서 도 13(a)에 도시하는 바와 같이 입사광과 계면반사광과의 간섭에 의하여 주기적인 광강도분포를 발생시키는 방법이 있다.
제2의 방법으로서 동도면 (a)에 도시하는 바와 같이 주기적인 광강도분포를 가진 단광속의 광을 조사하는 방법이 있다.
제3의 방법으로서 동도면 (c)에 도시하는 바와 같이 다광속 간섭에 의하여 주기적인 광강도분포를 발생시키는 방법이 있다.
이들 주기적 강도분포를 가진 광조사는 주기적인 개구를 가진 마스크를 이용한 평행광선에 의한 조사, 또는 복수의 광속을 교차시킨 간섭영역에서 조사함으로써 실현할 수 있다.
[주기구조 패턴의 형성방법]
다음으로, 광제어 소자로서 기능시켰을 때의 주기구조 패턴의 형성방법에 대하여 도 14, 도 15를 참조하여 설명한다.
주기구조에 광을 입사하면 주기성이 있는 방향으로 회절광이 나타난다.
광제어 소자란 회절광의 패턴(방향, 각도, 파장)을 제어하는 소자를 말한다. 이 제어는 주기구조의 패턴(주기축의 수, 주기 방향, 격자 주기)에 따라 실시한다. 이로써 회절을 이용한 1종류의 바코드로서 광 정보(회절 패턴)를 기록할 수 있다.
구조체의 주기구조 패턴은 광조사하는 주기적 강도분포와 동일한 패턴이 된다. 즉, 주기적 강도분포의 패턴을 다르게 함으로써 다양한 패턴의 주기구조를 형성할 수 있다.
주기적 강도분포 패턴의 변화는 개구를 가진 마스크를 이용하여 평행광선을 조사하는 경우는 개구의 위치에 따라, 복수의 광속을 공차(公差) 시킨 간섭영역에서 조사하는 경우는 광속의 수, 교차방향, 공차각도, 파장에 따라 제어할 수 있다.
또한, 전자의 경우 마스크에 입사한 평행광선은 개구 부분의 광만이 마스크를 통과하고, 그 후 직진하여 대상물에 입사한다. 따라서, 마스크의 개구 위치와 동일한 주기적 강도분포 패턴이 된다.
간섭영역에서 조사하는 경우에 1개의 광속을 분할함으로써 복수의 광속을 얻는 방법으로서 투과형 회절광학소자를 이용하는 방법과 마이크로 렌즈 어레이를 이용하는 방법이 있다.
이하 각각에 대하여 설명한다.
(투과형 회절광학소자를 이용한 주기구조 패턴의 형성방법)
투과형 회절광학소자를 이용하는 방법은 레이저 광속을 투과형 회절광학소자에 입사하고, 회절에 의하여 직진하는 광속과 회절하는 광속으로 분할한다. 또한, 회절하는 광속은 주기가 있는 방향으로 나타난다.
투과형 회절광학소자에 의한 광속의 분할과, 마스크의 개구와의 관계에서 형성되는 주기구조 패턴은 도 14(a), (b)와 같이 된다.
여기서 동도면 (a)에 도시하는 바와 같이 투과형 회절광학소자에 의하여 레이저가 3×3의 광속으로 분할되고, 그들 중 대각으로 위치하는 한 쌍의 광속이 마스크의 개구에 대응하여 통과하였을 때 사선무늬의 주기구조 패턴이 형성된다.
또한, 동도면(b)에 도시하는 바와 같이 대각으로 위치하는 2쌍의 광속 마스크의 개구에 대응하여 통과하였을 때 점 형상의 주기구조 패턴이 형성된다.
이와 같이 투과형 회절광학소자의 분할 패턴과 마스크의 개구 패턴과의 조합에 의하여 주기구조 패턴이 다르다. 이로써 회절을 이용한 1종류의 바코드로서 광 정보를 기록할 수 있다.
(마이크로 렌즈 어레이를 이용한 주기구조 패턴의 형성방법)
마이크로 렌즈 어레이를 이용하는 방법은 예를 든다면 우무 틀로 우무를 밀어내듯이 레이저 광속을 마이크로 렌즈 어레이에 입사함으로써 바둑판 눈 형상으로 복수의 광속으로 분할하는 방법이다.
예를 들면 마이크로 렌즈 어레이에 의한 광속의 분할과, 마스크의 개구와의 관계로부터 공극부 계면 주기구조(13)나 기재면 주기구조(15)로서 기록되는 주기구조 패턴은 도 15(a) 내지 (c)와 같이 된다.
여기서 동도면 (a)에 도시하는 바와 같이 마이크로 렌즈 어레이에 의하여 레이저가 36(6×6)의 광속으로 분할되고, 그들 중 세로 2-가로 2에 위치하는 광속과, 세로 5-가로 5에 위치하는 광속이 마스크의 개구에 대응하여 통과하였을 때 비스듬한 무늬의 주기구조 패턴이 기록된다. 이때의 주기구조는 1, 주기방향은 무늬 1줄이 뻗어나는 방향에 대하여 수직방향으로 된다.
또한, 예를 들면 동도면 (b)에 도시하는 바와 같이 마이크로 렌즈 어레이에 의하여 레이저가 25(5×5)의 광속으로 분할되고, 그들 중 세로 2-가로 2, 세로 2-가로 4, 세로 4-가로 2, 세로 4-가로 4에 각각 위치하는 광속이 마스크의 개구에 대응하여 통과하였을 때 점이 촘촘한 주기구조 패턴이 기록된다. 이때의 주기축의 수는 4, 주기방향은 1개의 요부를 중심으로 하여 상하좌우 비스듬한 8방향으로 된다.
또한, 예를 들면 동도면 (c)에 도시하는 바와 같이 마이크로 렌즈 어레이에 의하여 레이저가 25(5×5)의 광속으로 분할되며, 그들 중 세로 2-가로 2, 세로 2- 가로 4, 세로 3-가로 3, 세로 4-가로 2, 세로 4-가로 4로 각각 위치하는 광속이 마스크의 개구에 대응하여 통과하였을 때 점이 약간 성긴 주기구조 패턴이 기록된다. 이때의 주기축의 수는 4, 주기방향은 1개의 요부를 중심으로 하여 상하좌우 비스듬한 8방향으로 된다.
이와 같이 마이크로 렌즈 어레이의 분할 패턴과 마스크의 개구 패턴과의 조합에 의하여 주기구조 패턴이 달라진다. 이에 따라 회절을 이용한 1종류의 바코드로써 광 정보를 기록할 수 있다.
[마킹의 판독방법]
다음으로, 마킹의 판독방법에 대하여 설명한다.
여기서는 먼저 「구조색 또는 회절광의 판독방법」에 대하여 설명하며, 이어서 「구조체를 이용한 진위 판정방법」에 대하여 설명한다.
(구조색 또는 회절광의 판독방법)
도 16에 도시하는 바와 같이 1차원적 주기구조(예: 발 형상) 또는 2차원적 주기구조(예: 격자 형상)를 가진 면에 광이 입사하면 서로 다른 파장마다 다른 각도로 나뉘는(분산하는) 현상을 회절이라고 한다. 「회절광」이란 이들 회절한 모든 파장의 광을 말한다. 또한, 0차 광이란 회절하지 않고 남은 광을 말한다.
광원으로 자연광(예를 들면 태양광)을 사용한 경우 자외영역, 가시영역, 적외영역의 광이 서로 다른 각도로 회절한다. 이때 다시 (다른 파장영역에서도 마찬 가지이나) 가시영역의 회절광은 파장(색)마다 다른 각도로 회절하므로(즉, 분광하므로) 가시영역의 회절광을 보는 위치에 따라 다른 색채가 보인다. 본 발명의 「구조색」이란 가시영역의 회절광 또는 가시영역의 회절광에 의하여 인식하는 색채를 말한다.
또한, 가시영역이란 사람이 볼 수 있는 광의 파장영역이며, 파장 약 400 내지 700㎚이다. 그 이하의 파장영역을 자외영역, 그 이상을 적외영역이라고 하며, 사람은 볼 수 없다.
어느 파장의 광이 회절하는 각도(β)는 파장(λ), 입사각도(α), 주기구조의 주기(d)를 이용하여 다음 식으로부터 구해진다.
Figure 112008070300170-PCT00003
여기서 m은 회절 차수를 나타낸다.
예를 들면 레이저 광선과 같은 단파장의 스폿 광을 마킹에 입사하면 특정 각도에만 스폿 형상의 회절광이 나타난다. 또한, 마킹을 포함하는 면에 균일하게 단파장의 광을 조사하면 마킹 부위에만 회절이 일어나고, 특정 각도에만 마킹과 동일한 형상으로 회절광이 나타난다.
또한, 마킹이란 회절을 일으키는 부위가 균일하게 형성된 영역, 또는 회절을 일으키는 부위를 적절히 배치함으로써 그려진 도형 또는 문자 등을 가리킨다.
이로부터 「회절광을 판독한다」 또는 「구조색을 판독한다」는 것은 다음의 어느 한 방법이다.
ⅰ. 이미 알고 있는 단파장의 광을 특정 각도에서 입사하였을 때 이미 알고 있는 격자 주기를 이용하여 식 3으로부터 구해지는 회절 각도에 있어서 회절광을 검지하는 것.
ⅱ. 이미 알고 있는 단파장의 광을 특정 각도에서 입사하였을 때 회절광을 검지하는 각도를 측정하는 것.
ⅲ. 이미 알고 있는 격자 주기를 이용하여 식 3으로부터 구해지는 회절 각도에 있어서 회절광을 검지할 수 있는 이미 알고 있는 단파장의 광을 입사하는 각도를 측정하는 것.
ⅳ. 복수의 파장을 포함하는 광을 특정 각도에서 입사하였을 때 이미 알고 있는 격자 주기를 이용하여 식 3으로부터 구해지는 회절 각도에 있어서 특정 파장의 회절광을 검지하는 것.
ⅴ. 복수의 파장을 포함하는 광을 특정 각도에서 입사하였을 때 특정 파장의 회절광을 검지하는 각도를 측정하는 것.
ⅵ. 이미 알고 있는 격자 주기를 이용하여 식 3으로부터 구해지는 회절 각도에 있어서 특정 파장의 회절광을 검지할 수 있는 복수의 파장을 포함하는 광을 입사하는 각도를 측정하는 것.
상기에서의 회절광은 스폿 광을 입사한 경우는 스폿 형상, 마킹을 포함하는 면에 균일한 광을 입사한 경우는 마킹과 동일한 형상이다.
여기서 「회절광을 판독한다」는 것과 「구조색을 판독한다」는 것의 차이는 다음과 같다.
「회절광을 판독한다」는 것은 자외영역, 가시영역, 적외영역 중 어느 한 회 절광을 대상으로 하였을 때의 상기 방법을 말한다. 한편, 「구조색을 판독한다」는 것은 가시영역의 회절광을 대상으로 하였을 때의 상기 방법을 말한다.
또한, 「회절광을 판독하는」 경우 가시영역의 회절광은 수광기(검출기) 외에 사람의 눈으로 검지하지만, 자외영역 또는 적외영역의 회절광은 수광기로 검지한다. 한편, 「구조색을 판독하는」 경우는 수광기로도 사람의 눈으로도 검지할 수 있다.
「판독」함으로써 회절광 검지의 유무, 또는 측정각도에 따라 사용한 주기구조의 격자 주기값이 이미 알고 있는 것인지 또는 그렇지 않은 것인지를 판정할 수 있다.
또한, 마킹을 포함하는 면에 자연광을 입사하여 보는 각도에서 다른 색채가 되는 마킹 형상을 관찰하는 것은 상기 방법의 ⅳ에 해당한다.
「구조체를 이용한 진위 판정」이란 판정대상인 구조체와 피대조용의 구조체와의 기재면에 기능재를 접촉시키고, 양쪽의 공극부 계면 주기구조에 있어서의 「회절광을 판독하는」 또는 「구조색을 판독하는」 것을 실행하여, 그 결과(검지의 유무, 측정각도)를 대조하는 것이다. 결과가 일치하였을 때는 구조체를 가진 판정대상은 정품이라고 판정한다. 한편, 결과가 일치하지 않을 때는 위조품이라고 판정한다.
[구조체를 이용한 진위 판정방법]
도 17(a1), (a2)에 도시하는 바와 같이 구조체(10)의 기재면(14) 전체에 기 재면 주기구조(15)가 형성되어 있는 경우에는 그 기재면(14) 전체에 기재면 주기구조(15)에 의한 구조색이 발현한다.
한편, 동도면 (b1), (b2)에 도시하는 바와 같이 구조체(10) 기재면(14)의 일부인 별모양의 범위 내에서 기재 내부에 공극부 계면 주기구조(13)가 복수 형성되어 있는 경우에는 그 별모양의 범위에서 공극부 계면 주기구조(13)에 의한 구조색이 발현한다.
이들을 조합하여 기재면 주기구조(15)와 공극부 계면 주기구조(13)의 양쪽을 동일한 기재(11)로 형성한 경우에는 동도면 (c1), (c2)에 도시하는 바와 같이 기재면 주기구조(15)에 의한 구조색만을 볼 수 있으며, 공극부 계면 주기구조(13)에 의한 구조색은 은폐된다. 이것은 기재면 주기구조(15)에 의한 구조색과 공극부 계면 주기구조(13)에 의한 구조색과의 양쪽이 발현하고 있으나, 기재면 주기구조(15)에 의한 구조색 발색이 강하고, 공극부 계면 주기구조(13)에 의한 구조색 발색이 약하므로 사람의 눈으로는 양쪽이 발현하고 있을 때 상대적으로 충분히 강한 발색쪽 밖에 인식할 수 없기 때문이다. 또한, 회절광의 경우에서도 수광기를 사람의 눈과 마찬가지로 약한 광은 검지하지 않고, 강한 광을 검지하도록 설정하면 동일하다는 것을 말할 수 있다.
여기서 동도면 (d2)에 도시하는 바와 같이 기재(11)와 동일 또는 유사한 굴절률을 가진 기능재를 기재면(14)에 접촉시킨다. 이에 따라 기재면 주기구조(15)에 의한 구조색의 발현이 억제되고, 동도면 (d1)에 도시하는 바와 같이 공극부 계면 주기구조(13)에 의하여 발현한 구조색인 마킹을 볼 수 있게 된다.
이와 같이 기능재를 접촉시켰을 때에 마킹이 나타나는지 여부에 따라 또는 나타난 마킹의 도형이나 문자 등이 원하는 도형이나 문자 등과의 일치 여부를 판정함으로써 용이하게 대상물의 진위를 검증할 수 있다.
그러나 상술한 구조색의 억제는 접하는 2개의 매질의 굴절률 차이를 작게 하면 계면에서의 반사율이 감소하는 것을 이용하고 있다. 이것은 반사율의 감소에 의하여 반사광량이 저감하여 그 결과 주기구조로부터의 회절광량(구조색)이 저감하기 때문이다.
기능재란 기재면에 접촉 또는 밀착시키면 기재면 주기구조의 세부까지 덮고, 또한 기재면에 접하는 면과 반대쪽은 매끄러운 면으로 되는 것이다. 매끄러운 면은 미시적으로 보아 평평하면 되며, 거시적으로 보면 평면이라도 곡면이라도 된다.
기능재에는 예를 들면 물, 글리세린 등의 오일이나 벤젠, 아세톤, 이소프로필알코올, 크실렌, 톨루엔, 에틸알코올, 메틸알코올 등의 유기용제 등의 액체와, 실(seal)체 등이 가진 접착체 또는 점착체 등의 고체이다. 다만, 이들에 한정되는 것이 아니다.
또한, 상기 판독방법의 적용은 본 발명의 구조체에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면 복수의 층을 가진 구조체의 외표면과 층계면에 릴리프형 홀로그램이 형성된 다중 홀로그램 구조체에도 적용할 수 있다.
또한, 도 17(a1), (a2)에 있어서는 기재면(14) 전체에 주기구조를 형성하고 있으나, 전체에 한정하는 것이 아니라 예를 들면 공극부 계면 주기구조(13)가 형성된 범위를 덮는 정도의 범위에서 형성하도록 하여도 된다. 즉, 기재면 주기구 조(15)에 의한 구조색이 발현함으로써 공극부 계면 주기구조(13)에 의하여 발현한 구조색에 의한 도형이나 문자 등이 판별 불가능하게 되면 된다.
또한, 공극부 계면 주기구조(13)에 의한 마킹은 도 17(b1)에 도시한 별모양에 한정하는 것이 아니라 예를 들면 도형, 기호, 문자 등 임의의 형상으로 형성할 수 있다.
또한, 도 5에 도시하는 바와 같이 보호층(16)을 가진 구조체(10)의 경우는 아래의 방법으로 대상물의 진위를 판정한다.
보호층(16)이 형성되어 있으면 상술한 마킹 판독방법은 실시할 수 없다. 그러므로 내부의 마킹을 은폐하지 않도록 기재면(14)과 기재 내부에 서로 다른 마킹을 한다. 이때 보는 방향이나 각도에 따라 다른 마킹이 나타난다. 다른 마킹이 나타나는지 여부 또는 나타나는 도형이나 문자에 의하여 진위의 검증을 한다.
또는 보호층(16)을 필요에 따라 제거함으로써 상술한 마킹 판독방법을 실시한다. 예를 들면 보호층(16)이 최외면에 첩부된 박리 가능한 실 형상의 것, 마찰에 의하여 박리하는 막 등이 있다.
[구조체 형성의 실시예]
다음으로, 구조체 형성의 실시예에 대하여 설명한다.
실시예 1
Q-스위치 펄스 YAG 레이저의 광속을 투과형 회절광학소자를 통과시킴으로써 복수의 광속으로 분할한다. 각각의 광속을 회절광학소자로부터 200㎜의 거리에 놓여진 초점거리 200㎜의 합성 석영 평철렌즈에 통과시킨다. 통과한 광속이 초점을 맺는 위치에 있어서 마스크에 의하여 간섭에 불필요한 광속을 차단하여 필요한 광속만을 통과시킨다. 통과한 광속을 초점거리 100㎜의 합성 석영 평철렌즈를 이용하여 집광하여 광속을 교차시켜 간섭시킨다. 간섭한 영역에서 2축 연신한 PET 시트에 조사하였다. 먼저, 레이저 파장 355㎚(PET 시트 투과율 83%)에서 조사하였다.
다음으로, 동파장 266㎚(동투과율 0.3%)로 전환하여 조사하였다. 동절광학소자의 2차원 격자주기는 6㎛이다. 펄스 YAG 레이저의 사양은 펄스 폭 5㎱, 반복주파수 10㎐이다. 레이저 파장 355㎚일 때 조사한 평균광 파워는 1.35W이며, 조사면적은 4.5㎜Φ이므로 단위면적당 광파워밀도는 1W/㎠로 되었다.
이때 25발 조사한 결과 연신 PET 시트 내부에 공극부가 생기고, 그 계면에 1.5㎛ 주기의 2차원 주기구조가 형성되었다. 이 구조에 의한 구조색이 관찰되었다.
마찬가지로 레이저 파장 266㎚일 때 조사한 평균광 파워는 240㎽이며, 조사면적은 4.5㎜Φ이므로, 단위면적당 광파워밀도는 179㎽/㎠로 되었다.
이때 1발 조사한 결과 연신 PET 시트 외면에 1㎛ 주기의 2차원 주기구조가 형성되었다. 이 구조에 의한 구조색이 관찰되었다.
또한, 실시예 1의 조건 하에서 공극부(12)를 형성하면 도 2d, 도 2e에 도시하는 바와 같은 현미관찰상을 얻을 수 있다. 다만, 공극부(12)를 형성하는 조건은 상술한 실시예 1에 한정하는 것은 아니다.
예를 들면 YAG-THG(355㎚), 247mJ/㎠, 30shots의 조건 하에서 시료 30에 PET-INJ 시트를 사용하였을 때의 공극부(12)는 도 18에 도시하는 바와 같은 형상으로 형성되었다.
또한, YAG-SHG(532㎚), 500mJ/㎠, 10shots의 조건 하에서 시료 30에 PET 시트를 사용하였을 때의 공극부(12)는 도 19에 도시하는 바와 같은 형상으로 형성되었다.
실시예 2
실시예 1과 동일하며, 레이저 파장 266㎚만 2축 연신한 PET 시트에 조사하였다. 형성된 2차원 주기구조에 의하여 구조색이 관찰되었다.
이 주기구조에 연신 PET 시트의 굴절율 1.64와 근사한 굴절률 1.518인 에스테르유(CAS-Nr: 195371-10-9)를 도포하면 구조색은 관찰되지 않게 되며, 원래의 투명한 연신 PET 시트처럼 관찰할 수 있게 되었다.
[비교예와의 대비]
다음으로, 본 실시형태의 구조체와 비교예와의 대비에 대하여 도 20 내지 도 22를 참조하여 설명한다.
(공극부와 공동부와의 대비)
물질 내부에 미소한 공동부를 복수 형성하여 발색시키는 기술로서 일본국 특 개2004-359344호 공보 「플라스틱 포장체 및 그 가식(加飾)방법」(이하 「비교예 1」이라 한다)이 있다.
여기서 그 비교예 1과 본 실시형태의 구조체를 비교하여 상이점을 명확하게 한다.
(1) 형성되는 구조가 상이하다.
비교예 1에서는 발열에 의하여 기화함으로써 형성되는 공동부가 주기적인 광강도분포에 따라 배열한다.
한편, 본 발명에서는 레이저광과 물질과의 광화학반응에 의하여 공극부가 형성되며, 그 계면에 주기적인 광강도분포를 따라 주기구조가 형성된다. 공극부는 주기적으로 형성되지 않아도 된다.
이들 비교예 1의 공동부와 본 발명의 공극부와의 각 구조를 도 20에 도시한다.
동도면에 도시하는 바와 같이 비교예 1의 공동부는 각각이 거의 구 형상으로 형성되고, 다수의 공동부의 배치가 주기적 배열구조를 이루어 가식을 가능하게 하고 있다.
이에 대하여 본 발명(실시예)의 공극부는 그 계면에 주기구조가 형성되고, 이 주기구조가 구조색을 발현하는 규칙적 배열을 가지고 가식을 가능하게 하고 있다.
(2) 시료가 상이하다.
비교예 1에서는 레이저 광조사에 의한 발열을 이용함으로써 광 에너지를 효 율 있게 열에너지로 변환하기 위한 광흡수 발열제를 혼연하고 있다.
이에 대하여 본 발명에서는 특수한 첨가제는 필요로 하지 않는다.
이들 시료의 상이를 도 21에 도시한다. 동도면에 도시하는 바와 같이 비교예 1에 있어서는 광흡수 발열제 혼연 PET 사출성형 시트(1.5㎜ 두께)를 시료로서 사용하여 파장 355㎚에서 투과율은 0%이다. 이때 광은 물질 내부에 진입해 있으며, 지수 감쇠한 결과 투과율 0%로 된다. 이에 대하여 본 발명(실시예)에 있어서는 2축 연신 PET 시트(150㎛ 두께)를 시료로서 사용하여 투과율은 83%이다.
(3) 형성원리가 상이하다.
비교예 1에서는 레이저광 조사에 의한 발열을 이용한 방법이다. 이에 대하여 본 발명은 레이저광의 조사에 의하여 구조체를 형성하는 것으로 발열은 이용하지 않는다.
여기서 본 발명에서의 레이저광 조사 조건의 실시예와, 비교예 1로서 일본국 특개2004-359344호 공보의 배경기술에 기재된 제3 실시형태에서의 조건을 도 22에 도시한다. 동도면에 있어서 횡축은 플루언스(1 펄스의 조사 면적당의 광 에너지), 종축은 조사 펄스 수를 나타낸다.
동도면 중 ○ 표시는 본 발명의 구조체에 공극부(11)가 형성되는 조건, × 표시는 공극부(11)가 미형성의 조건, ◆ 표시는 비교예 1에서 공극부가 형성되는 조건을 각각 나타낸다. 동도면에 도시하는 바와 같이 본 발명의 형성방법은 비교예 1보다 적은 조사 펄스 수를 특징으로 하는 것을 알 수 있다. 이것은 형성에 발열을 이용하는 것이 아니기 때문이다.
또한, 본 발명의 형성방법은 비교예 1보다 플루언스가 적은 것을 알 수 있다.
(본 실시형태의 구조체와 종래의 위조방지 마킹과의 대비)
진위의 검증기능을 가진 위조방지 마킹으로서 일본국 특허 제2797944호 「투명 홀로그램 실」(이하 「비교예 2」라 한다)과 일본국 특표2004-538586 「오브젝트의 위조방지 마킹 및 그 마킹의 식별방법」(이하 「비교예 3」이라 한다)이 있다.
여기서 각 비교예와 본 실시형태의 구조체를 비교하여 상이점을 명확히 한다.
(구조가 다른 경우)
비교예 2는 홀로그램층면에 저굴절률과 고굴절률의 세라믹 재료로 이루어진 다층 구조를 가지고 있다. 비교예 3은 홀로그래피 효과를 발생시키는 구조를 가지는 층과 100㎚ 이하의 금속 클러스터가 분산되어 있는 층을 가지고 있다.
한편, 본 발명에서는 기재(층)의 내부와 외부에 구조색(홀로그래프 효과)을 발생시키는 미세주기구조를 가지는 단층구조이다.
각 비교예에서는 양자 모두 위조방지의 대상에 첩부하기 위한 구조체이므로 접착층을 가진 실 형식이다.
한편, 본 발명에서는 위조방지의 대상 자체에 형성하는 구조체이므로 그와 같은 접착층을 가지고 있지 않다.
(검증방법이 다른 경우)
비교예 2는 세라믹 재료로 이루어진 다층구조에서 발생하는 독특한 색조에 의하여 진위를 판별하는 것이 가능하다고 하고 있다.
비교예 3은 위조방지 마킹에 반사된 광의 스펙트럼을 규정한 스펙트럼과 비교함으로써 진위를 판별한다고 하고 있다.
한편, 본 발명은 기재면으로부터의 구조색 및/또는 회절광을 제어함으로써 내부로부터의 구조색 및/또는 회절광을 볼 수 있거나 검지될 수 있으므로 진위를 판별한다. 또한, 보거나 검지된 정보를 피대조용 정보와 검증함으로써 진위를 판별한다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시형태의 구조체, 구조체의 형성방법, 구조체 형성장치, 구조색 및/또는 회절광 판독방법 및 진위 판정방법에 의하면 주기적 강도분포를 가진 광을 피조사재에 조사함으로써 피조사재 내부에 공극부를 발생하여 공극부의 계면에 조사광의 주기적 강도분포와 일치하는 주기구조를 형성시킬 수 있다.
이로써 발색성을 약화시키는 원인이 되는 흠이나 오염에 대한 내성을 가질 수 있으며, 또한 3차원적으로 형성함으로써 발색적이 극적으로 향상될 수 있으며, 또한 형성시간을 단축함으로써 생산성을 높일 수 있다. 이와 같이 구조색을 공업적으로 실용화하는 요건을 충족시키면서 재활용성이 뛰어난 물질의 가식을 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 구조체는 안료나 염료와 같은 화학적 발색에 의한 착색제를 사용하지 않고 있으므로 화학물질의 사용량을 저감할 수 있어서 환경부하가 작은 물질이다.
또한, 본 발명의 구조체는 공극부의 계면에 형성된 주기구조에 의하여 가식 처리를 하고 있으므로 재활용시의 가열, 혼연(재펠릿화)에 의하여 용이하게 소색(消色)할 수 있다. 따라서 용기로서 사용하고 있을 때는 가식이 되어 있지만, 재처리 후에 있어서는 무색·투명해지므로 재활용성이 매우 좋다.
또한, 화학적 발색과 달리 심색(深色)과 광택을 가진 선명한 색조를 얻을 수 있으므로 가식 효과에 의한 상품의 차별화에도 유효하다.
또한, 구조체 그 자체에 형성된 주기구조에 의한 구조색 및/또는 회절광을 이용하여 대상물의 진위를 판정할 수 있다. 또한, 주기구조는 구조체 그 자체로 형성되어 있으므로 그것을 꺼내어 다른 대상물에 전용(轉用)하는 것과 같은 행위를 할 수 없게 된다. 그러므로 종래의 홀로그램 실과 같이 벗겨서 위조품에 첩부·재이용하여 정품으로서 시장에 유통시키는 것과 같은 행위를 저지할 수 있다.
또한, 1종류의 기재에 주기구조가 형성되므로 복수 종류의 재료를 조합하여 복잡한 구조를 형성할 필요가 없다. 그러므로 재료 구성을 간이하게 할 수 있으며, 재료 코스트의 상승을 회피할 수 있다.
또한, 주기구조는 광의 조사에 의하여 형성 가능하므로 고가의 형성장치를 도입하지 않아도 되며, 저코스트로 형성할 수 있다.
또한, 기재에 공극부 계면 주기구조와 기재면 주기구조를 형성하여 기재면 주기구조에 기능재를 접촉시킴으로써 그 기재면 주기구조에 의한 구조색의 발현을 억제하여 공극부 계면 주기구조에 의하여 발현한 구조색을 판독 가능하게 한다. 이와 같이 기능재를 접촉시키는 것만으로 공극부 계면 주기구조에 의한 구조색을 판독 가능하게 하므로 일반 소비자라도 용이하게 대상물의 진위를 판정할 수 있다.
이상 본 발명의 구조체, 구조체의 형성방법, 구조체 형성장치, 구조색 및/또는 회절광 판독방법 및 진위 판정방법의 바람직한 실시형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명에 관한 구조체, 구조체의 형성방법, 구조체 형성장치, 구조색 및/또는 회절광 판독방법 및 진위 판정방법은 상술한 실시형태에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 범위에서 다양한 변경실시가 가능한 것은 말할 필요도 없다.
예를 들면 상술한 실시형태에서는 시료로서 PET를 사용하였으나, 이 PET는 예를 들면 용기, 컵, 파우치, 트레이, 튜브 용기 등의 포장체의 재료로서 적용할 수 있다. 이 경우 본 발명은 재활용성이 뛰어난 플라스틱 용기의 가식 기술로서 제공된다.
또한, 상술한 실시형태에서는 기재의 하나의 면에만 기재면 주기구조를 형성하였으나, 하나의 면에만 한정되는 것이 아니고 둘 이상의 면, 예를 들면 판재의 경우의 앞뒤 양면, 입체형상의 경우의 둘 이상의 면에 형성할 수도 있다.
또한, 상술한 실시형태에서는 본 발명의 용도로서 위조방지 마킹을 열거하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고 예를 들면 상기 판독방법을 이용하여 내부 마킹이 나타나는 효과를 살린 장식 등을 그 용도로 할 수 있다.
본 발명은 구조색의 발현을 공업적으로 실현하기 위한 발명이므로 가식을 요하는 물질이 사용되는 분야에 이용 가능하다.

Claims (19)

  1. 광회절을 일으키는 주기구조가 계면에 형성된 공극부를 기재 내부에 가진 것을 특징으로 하는 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공극부 계면의 주기구조가 구조색을 발현하는 규칙적 배열을 가진 것을 특징으로 하는 구조체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 복수의 상기 공극부가 상기 기재의 표면으로부터 각각 다른 깊이의 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 구조체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재 표면의 일부 또는 전부에 광회절을 일으키는 주기구조가 형성된 것을 특징으로 하는 구조체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기재의 표면에 형성된 주기구조가 구조색을 발현하는 규칙적 배열을 가진 것을 특징으로 하는 구조체.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 기재의 표면에 형성된 주기구조를 보호하는 보호층을 가진 것을 특징으로 하는 구조체.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공극부의 계면에 형성된 주기구조에 의한 구조색 및/또는 회절광을 은폐하는 위치에 상기 기재 표면에 있어서의 주기구조가 형성된 것을 특징으로 하는 구조체.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공극부 계면의 주기구조 및/또는 상기 기재 표면의 주기구조가 광의 조사에 의하여 형성된 것을 특징으로 하는 구조체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 공극부 계면의 주기구조 및/또는 상기 기재 표면의 주기구조가 주기적 강도분포를 발생시킨 상기 광의 조사에 의하여 형성된 것을 특징으로 하는 구조체.
  10. 구조체 형성장치를 이용하여 기재에 광조사하고, 상기 기재 내부에 공극부를 발생시켜, 상기 공극부의 계면에 주기구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 구조체의 형성방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 기재가 투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장의 광을 상기 기재에 대하여 조사하는 것을 특징으로 하는 구조체의 형성방법.
  12. 기재에 광조사함으로써 상기 기재 내부에 공극부를 발생시켜 이 공극부 계면에 주기구조를 형성하고, 상기 광과는 다른 파장의 광을 상기 기재에 조사함으로써 상기 기재 표면의 일부 또는 전부에 주기구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 구조체의 형성방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 기재가 투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장의 광과 불투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장의 광을 상기 기재에 대하여 동시조사하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 구조체의 형성방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 기재가 투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장의 광을 조사한 후에 상기 기재가 불투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 구조체의 형성방법.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 주기적인 강도분포를 발생시키도록 상기 구조체 형성장치가 상기 기재에 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 구조체의 형성방법.
  16. 기재에 광조사하는 구조체 형성장치에 있어서,
    상기 기재의 내부에 형성되는 공극부의 계면에 광회절을 일으키는 주기구조가 형성되도록 조사 펄스 수 및/또는 레이저 출력을 조정하는 레이저 발진기를 구비한 것을 특징으로 하는 구조체 형성장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 레이저 발진기가,
    상기 기재의 내부에 상기 공극부를 형성하는 동시에 상기 기재의 표면에 광회절을 일으키는 주기구조를 형성하도록 조사 펄스 수 및/또는 레이저 출력을 조정 하는 것을 특징으로 하는 구조체 형성장치.
  18. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 구조체에 상기 기재와 동일 또는 유사한 굴절률을 가진 기능재를 접촉시켜 상기 기재 표면의 주기구조에 의한 구조색 및/또는 회절광을 억제하고, 기재 내부의 공극부 계면 주기구조에 의한 구조색 및/또는 회절광을 판독하는 것을 특징으로 하는 구조색 및/또는 회절광 판독방법.
  19. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 구조체에 이 구조체의 기재와 동일 또는 유사한 굴절률을 가진 기능재를 접촉시켜 상기 기재 표면의 주기구조에 의한 구조색 및/또는 회절광을 억제하고, 기재 내부의 공극부 계면 주기구조에 의한 구조색 및/또는 회절광을 판독하여, 이 판독한 구조색 및/또는 회절광과 피(被)대조용의 구조색 및/또는 회절광을 비교하여 이들이 일치하였을 때는 상기 구조체를 가진 것이 정품이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 진위 판정방법.
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