KR20120113072A - 광 결정 컬러 인쇄지 및 인쇄방법 - Google Patents

광 결정 컬러 인쇄지 및 인쇄방법 Download PDF

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Abstract

광 결정 컬러 인쇄지 및 인쇄방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 광 결정 컬러 인쇄지는 인쇄 영역을 갖는 기판과 상기 인쇄 영역 상에 형성된 복수의 화소(pixel)를 포함한다. 각 화소는 제1 내지 제3 서브 화소를 포함한다. 상기 제1 내지 제3 서브 화소는 각각 광 반사특성이 다른 광 결정층 패턴들을 포함한다. 개시된 인쇄 방법은 적색, 녹색, 청색을 표현하는 복수의 광 결정층 패턴을 포함하는 화소(pixel)를 선택한 다음, 상기 선택된 화소의 상기 광 결정층 패턴들 중 적어도 일부의 광 반사특성을 변화시키는 단계를 포함한다.

Description

광 결정 컬러 인쇄지 및 인쇄방법{Paper for photonic crystal color printing and method of printing}
본 발명의 일 실시예는 인쇄지와 이에 대한 인쇄방법에 대한 것으로써, 보다 자세하게는 광 결정 컬러 인쇄지 및 이를 이용한 인쇄방법에 관한 것이다.
인쇄 기술의 발달로 인쇄 매체는 단색에서 컬러까지 다양한 색상으로 인쇄된 내용(문자, 사진, 그림 등)을 포함할 수 있고, 다양한 형태로 디자인된 내용을 포함할 수도 있다. 인쇄매체의 재료는 종이가 대부분이고, 사용 목적에 따라 셀로판, 폴리 에틸렌, 비닐, 목재, 유리, 도자기, 금속판 등과 같은 다른 재료가 사용되기도 한다. 재료에 따라 다양한 방법으로 내용이 인쇄될 수 있다. 양각이나 음각 방법으로 내용이 인쇄되는 경우와 같은 특별한 경우를 제외하고, 대부분의 인쇄는 잉크를 사용하던가 토너를 이용하여 이루어진다.
양각이나 음각의 경우를 제외하고, 인쇄하고자 하는 내용이 인쇄되는 재료의 표면에 다른 물질, 예컨대 염료나 잉크나 토너를 사용하여 인쇄되는 경우, 인쇄물의 주변환경(조명, 대기, 온도, 습도 등)의 영향으로 인쇄물에 인쇄된 내용은 탈색되거나 변색될 수 있다. 또한, 현재의 인쇄매체는 쉽게 복사나 복제될 수 있으므로, 보안에 취약할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 광 결정에 의한 구조색을 이용하여 염료를 사용하여 인쇄하였을 때 발생하는 탈색과 변색을 방지할 수 있는 광 결정 컬러 인쇄지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 이러한 인쇄지에 정보를 인쇄하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광 결정 컬러 인쇄지는 인쇄 영역을 갖는 기판과 상기 인쇄 영역 상에 형성된 복수의 화소(pixel)를 포함하고, 각 화소는 제1 내지 제3 서브 화소를 포함하고, 상기 제1 내지 제3 서브 화소는 각각 광 반사특성이 다른 광 결정층 패턴들을 포함한다.
이러한 광 결정 컬러 인쇄지에서, 상기 기판은 연성 재질 또는 경성 재질일 수 있다. 또한, 상기 기판과 상기 화소 사이에 투광층이 더 구비될 수 있다.
상기 광 결정층 패턴은 DBR층일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광 결정 컬러 인쇄지의 인쇄방법은 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)을 표현하는 복수의 광 결정층 패턴을 포함하는 화소(pixel)를 선택하는 단계 및 상기 선택된 화소의 상기 광 결정층 패턴들 중 적어도 일부의 광 반사특성을 변화시키는 단계를 포함한다.
이러한 인쇄방법에서, 상기 광 반사특성을 변화시키는 단계는 상기 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나를 표현하는 광 결정층 패턴들의 전체 또는 일부 패턴을 투광성이 되도록 변화시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 광 반사특성을 변화시키는 단계는 상기 광 결정층 패턴들 중 적어도 일부를 광 반사 방지막으로 덮는 단계를 포함할 수 있다.
상기 광 반사특성을 변화시키는 단계는 상기 광 결정층 패턴들 중 적어도 일부의 형태를 변형시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광 결정 컬러 인쇄지는 인쇄영역에 복수의 광 결정층 패턴을 포함하는 화소를 구비하여 인쇄된 정보를 표시한다. 인쇄된 정보는 광 결정층 패턴의 고유한 광학적 특성에 의해 표현되고, 잉크나 염료나 토너와 같은 기존의 정보를 인쇄하기 위한 물질이 사용되지 않으므로, 인쇄된 내용이 탈색되거나 변색되지 않는다. 따라서 옥외 광고 등에 효과적으로 사용할 수 있다.
또한, 인쇄되는 내용이 인쇄지의 광 결정층 패턴의 고유한 광학적 특성에 표현되므로, 복사나 복제가 어려워 위조를 방지할 수 있다.
또한, 인쇄지의 화소를 구성하는 광 결정층 패턴의 제원을 특정광(예컨대, 자외선, 적외선 등)에 대한 반사율이 높게 설정함으로써, 특정광을 차단하는 수단으로 사용될 수도 있고, 가시광 영역 밖의 광에 대한 반사율이 높도록 상기 광 결정층 패턴의 제원을 설정함으로써, 특수 목적의 인쇄에 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광 결정 컬러 인쇄지에서 인쇄 내용을 표현하는데 적용된 구조색(structure color)의 발현 원리를 설명하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 광 결정층 패턴의 구성에 대한 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 광 결정 컬러 인쇄지를 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 3을 4-4' 방향으로 절개한 단면도이다.
도 5는 도 3에서 화소를 포함하는 임의 영역(A1)을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 광 결정 컬러 인쇄지의 인쇄방법을 설명하는 평면도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 광 결정 컬러 인쇄지 및 인쇄방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 의한 광 결정 컬러 인쇄지에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광 결정 컬러 인쇄지에서 인쇄된 내용을 표시하는데 적용된 구조색(structure color) 발현의 원리를 설명하는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 기판(30) 상에 복수의 광 결정층 패턴(32)이 배열되어 있다. 기판(30)는 입사광에 대해 투명한 재질일 수 있고, 광 도파로일 수 있다. 이러한 기판(30)으로는, 예를 들면 글라스(glass) 기판, 폴리머(polymer) 기판, 금속 기판 또는 실리콘 웨이퍼 등일 수 있다. 기판(30)은 휠 수 있는 유연한(flexible) 것 일 수도 있다. 광 결정층 패턴(32)은 회절격자 층(grating layer)일 수 있고, 기판(30)보다 굴절률이 높은 물질일 수 있다. 예를 들면, 광 결정층 패턴(32)은 실리콘일 수 있다. 광 결정층 패턴(32) 각각의 제원과 광 결정층 패턴(32) 사이의 피치(P1)(nm)에 따라 기판(30)에 입사되는 광(L1) 중에서 광 결정층 패턴(32) 및 기판(30)을 통과하는 광(L3)과 광 결정층 패턴(32)에 의해 기판(30) 위로 반사되는 광(L2)이 결정된다. 광 결정층 패턴(32)의 제원은 광 결정층 패턴(32)의 높이(H1)(nm), 가로폭(d1)(nm) 및 세로폭(d2)(nm)을 의미한다. 광 결정층 패턴(32)의 가로 및 세로폭(d1, d2)은 동일하거나 다를 수도 있다. 광 결정층 패턴(32)의 제원(H1, d1, d2)과 광 결정층 패턴(32)의 피치(P1)가 적색(Red) 광을 반사하고, 나머지 광은 반사하지 않는 조건(이하, 제1 조건)일 때, 기판(30) 입사된 광(L1)에 포함된 성분 중에서 적색광 성분만 반사되고, 나머지 광 성분, 예를 들면 녹색광이나 청색광 성분은 광 결정층 패턴(32)과 기판(30)을 통과할 수 있다. 같은 이유로, 광 결정층 패턴(32)의 제원(H1, d1, d2)과 광 결정층 패턴(32)의 피치(P1)가 녹색(Green) 광을 반사하고, 나머지 광은 반사하지 않는 조건(이하, 제2 조건)일 때, 기판(30)에 입사된 광(L1)에 포함된 성분 중에서 녹생광 성분만 반사되고, 나머지 광 성분, 예를 들면 적색광이나 청색광 성분은 광 결정층 패턴(32)과 기판(30)을 통과할 수 있다. 마찬가지로, 광 결정층 패턴(32)의 제원(H1, d1, d2)과 광 결정층 패턴(32)의 피치(P1)가 청색(Blue) 광을 반사하고, 나머지 광은 반사하지 않는 조건(이하, 제3 조건)일 때, 기판(30)에 입사된 광(L1)에 포함된 성분 중에서 청색광 성분만 반사되고, 나머지 광 성분, 예를 들면 적색광이나 녹색광 성분은 광 결정층 패턴(32)과 기판(30)을 통과할 수 있다. 상기 제1 조건의 일 예로써, 광 결정층 패턴(32)의 높이(H1), 가로폭(d1), 세로폭(d2)은 각각 130nm, 160nm, 160nm일 수 있고, 광 결정층 패턴(32)의 피치(P1)는 390nm일 수 있다. 상기 제2 조건의 일 예로써, 광 결정층 패턴(32)의 높이(H1), 가로폭(d1), 세로폭(d2)은 각각 130nm, 115nm, 115nm일 수 있고, 광 결정층 패턴(32)의 피치(P1)는 240nm일 수 있다. 상기 제3 조건의 일 예로써, 광 결정층 패턴(32)의 높이(H1), 가로폭(d1), 세로폭(d2)은 각각 130nm, 90nm, 90nm일 수 있고, 광 결정층 패턴(32)의 피치(P1)는 200nm일 수 있다. 광 결정층 패턴(32)의 제원 및 광 결정층 패턴(32)의 피치(P1)와 반사광의 관계는 논문("Two-demensional photonic crystal color filter development", 11 May 2009 / Vol. 17, No. 10 / OPTICS EXPRESS, pp 8621-8629)으로부터 알 수 있는 바, 상기 제1 내지 제3 조건은 상기한 예로 한정되지 않는다.
도 2는 도 1에서 광 결정층 패턴(32)의 다른 구성예를 보여준다.
도 2를 참조하면, 광 결정층 패턴(32)은 DBR층일 수 있다. 광 결정층 패턴(32)은 순차적으로 적층된 복수의 물질층(32S1-32Sn)을 포함한다. 물질층(32S1-32Sn) 각각은 순차적으로 적층된 제1 물질층(32a)과 제2 물질층(32b)을 포함한다. 제1 및 제2 물질층(32a, 32b)은 투광성이고, 굴절률이 다를 수 있다. 광 결정층 패턴(32)이 DBR층일 때, 광 결정층 패턴(32)의 광 반사특성은 더욱 개선될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 광 결정 컬러 인쇄지(40)를 보여준다. 그리고 도 4는 도 3을 4-4' 방향으로 절개한 단면을 보여준다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 광 결정 컬러 인쇄지(40)는 기판(40A)과 투명층(40B)을 포함하고, 투명층(40B)의 인쇄영역(B1)에 복수의 화소(pixel)(42)를 포함한다. 기판(40A)과 투명층(40B)을 통칭해서 기판이라 할 수도 있다. 따라서 도 4에는 기판(40A)과 투명층(40B)으로 구분하여 도시하였으나, 기판(40A)과 투명층(40B)을 대신해서 단일층의 기판이 사용될 수도 있다. 기판(40A)은 불투명한 것일 수 있다. 투명층(40B)은 도 1에서 설명한 기판(30)일 수도 있다. 기판(40A)과 투명층(40B)은 휘어질 수 있는 연성(flexible)을 갖는 것이거나 경성을 갖는 것일 수 있고, 기판이 단일층인 경우에도 마찬가지 일 수 있다. 복수의 화소(42)는 행렬로 규칙적으로 배열되어 있다. 화소(42) 각각은 도 1에서 설명한 광 결정층 패턴을 포함하는데, 도 5는 이에 대한 경우를 예시한다. 도 5는 도 3의 화소(42)가 배열된 임의 영역(A1)을 확대하여 보여준다.
도 5를 참조하면, 각 화소(42)는 제1 내지 제3 서브 화소(sub-pixel)(42a, 42b, 42c)를 포함한다. 제1 내지 제3 서브 화소(42a, 42b, 42c)는 각각 적색, 녹색 및 청색을 표현한다. 제1 내지 제3 서브 화소(42a, 42b, 42c)는 각각 복수의 광 결정층 패턴(42a1, 42b1, 42c1)을 포함한다. 제1 내지 제3 서브 화소(42a, 42b, 42c)에 포함된 광 결정층 패턴(42a1, 42b1, 42c1)은 각 서브 화소(42a, 42b, 42c)가 정해진 광을 반사하도록 설계된 제원을 갖는다. 따라서 제1 내지 제3 서브 화소(42a, 42b, 42c)에 포함된 광 결정층 패턴(42a1, 42b1, 42c1)의 제원은 각 서브 화소(42a, 42b, 42c)별로 다르다. 그러나 도 5에는 편의 상 제1 내지 제3 서브 화소(42a, 42b, 42c)의 제원이 동일한 것으로 도시하였다. 제1 내지 제3 서브 화소(42a, 42b, 42c)의 각 광 결정층 패턴(42a1, 42b1, 42c1)의 구성과 광 반사 특성은 도 1에서 설명한 광 결정층 패턴(32)과 동일할 수 있다. 따라서 제1 서브 화소(42a)는 화소(42)에 입사된 광 중에서 적색광만 반사하고, 제2 및 제3 서브 화소(42b, 42c)는 각각 녹색광 및 청색광만 반사한다. 각 서브 화소(42a, 42b, 42c)의 광 반사영역을 조절함으로써, 화소(42)는 다양한 색을 표현할 수 있다.
다음에는 상술한 본 발명의 일 실시예에 의한 광 결정 컬러 인쇄지(40)에 대한 인쇄 방법(이하, 인쇄 방법)을 설명한다. 상기 인쇄 방법은 도 5의 화소(42)를 예로 들어 설명한다.
인쇄하고자 하는 내용(예컨대, 문자, 사진, 그림 등)의 색상 정보에 따라 화소(42)에 포함된 각 서브 화소(42a, 42b, 42c)의 광 결정층 패턴(42a1, 42b1, 42c1)의 전체 또는 일부를 그대로 두던가 광이 반사하지 않도록 처리한다.
예를 들면, 도 6a와 같이 화소(42)의 제1 내지 제3 서브 화소(42a, 42b, 42c)의 광 결정층 패턴(42a1, 42b1, 42c1)을 처리하지 않고 그대로 두면, 제1 내지 제3 서브 화소(42a, 42b, 42c)는 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)를 표현하게 되므로, 화소(42)는 백색을 표현하게 된다. 그리고 도 6b와 같이 제1 내지 제3 서브 화소(42a, 42b, 42c) 모두가 입사광을 통과하도록 광 결정층 패턴(42a1, 42b1, 42c1)을 처리하면, 화소(42)는 빛을 반사하지 않으므로, 흑색을 표현하게 된다. 도 6의 (b)의 경우, 처리는 각 서브 화소(42a, 42b, 42c)의 광 결정층 패턴(42a1, 42b1, 42c1)을 막(70)으로 덮는 것이다. 막(70)은 광 반사 방지막이거나 광 흡수물질을 포함하는 막 또는 투광막일 수 있다.
또한, 도 6c와 같이 제1 내지 제3 서브 화소(42a, 42b, 42c) 중 선택된 1개 또는 2개의 서브 화소에 대해서 입사광이 통과하도록 처리할 수 있다. 이때, 상기 선택된 1개 또는 2개의 서브 화소에서 입사광이 통과하도록 처리되는 영역은 선택된 서브 화소의 전체 영역 또는 일부 영역이 될 수 있다.
도 6c의 경우, 처리는 도 6b의 경우처럼 막(70)으로 덮는 경우(왼쪽)일 수도 있고, 처리영역에 포함된 광 결정층 패턴을 제거하는 경우일 수도 있다. 후자의 경우, 광 결정층 패턴을 제거한다는 의미는 해당 광 결정층 패턴이 반사특성을 갖지 않고 투광성을 갖도록 처리하는 것(예컨대, 레이저 등을 이용하여 용융하는 것)을 의미한다. 도 6c에서 인쇄되는 내용의 색에 따라 처리되는 영역의 면적은 달라질 수 있다.
한편, 제1 내지 제3 서브 화소(42a, 42b, 42c) 각각에서 일부 영역이 입사광이 통과하도록 처리될 수도 있다. 이때, 제1 내지 제3 서브 화소(42a, 42b, 42c)의 입사광이 통과하도록 처리되는 영역은 서로 다를 수 있다. 종합하면, 제1 내지 제3 서브 화소(42a, 42b, 42c) 중 적어도 하나의 서브 화소의 적어도 일부를 입사광이 통과하도록 처리하거나 상기 적어도 일부를 처리하지 않고 그대로 둠으로써, 화소(42)는 백색과 흑색을 비롯해서 다양한 색(color)을 표현할 수 있다. 화소(42)에 대한 이와 같은 인쇄방법은 광 결정 컬러 인쇄지(40)에 포함된 다른 화소에도 동일하게 적용될 수 있으므로, 광 결정 컬러 인쇄지(40)에 원하는 정보를 인쇄할 수 있다.
화소(42)가 표현하는 색은 각 서브 화소(42a, 42b, 42c)의 광 결정층 패턴(42a1, 42b1, 42c1) 고유의 광 반사 및 투과 특성에 기인한다. 따라서 화소(42)에 의해 표현되는 색, 곧 인쇄 내용은 광 결정 컬러 인쇄지(40)의 주변 환경에 따라 탈색되거나 변색되지 않는다. 또한, 동일한 인쇄 내용과 동일한 광 결정 컬러 인쇄지 및 인쇄장치가 없이는 광 컬러 인쇄지(40)에 인쇄된 내용은 복사나 복제될 수 없는 바, 광 결정 컬러 인쇄지(40)를 이용한 인쇄물은 보안성 측면에서 매우 우수할 수 있다.
한편, 광 결정층 패턴(42a1, 42b1, 42c1)의 제원을 가시광 영역 밖의 광, 예컨대 자외선이나 적외선을 반사하도록 설정할 수 있는데, 이렇게 하면, 광 결정 컬러 인쇄지(40)는 자외선이나 적외선을 차단하는 매체로 사용될 수 있다.
또한, 자외선이나 적외선 하에서 인쇄된 내용을 읽을 수 있도록, 특수 목적의 인쇄지로 사용될 수도 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
30:기판 32:광 결정층 패턴
32S1 32Sn:광 결정층 패턴을 구성하는 복수의 물질층(DBR층)
32a, 32b:DBR층을 구성하는 제1 및 제2 물질층
40:광 결정 컬러 인쇄지 40A:기판
40B:투광층 42:화소
42a, 42b, 42c:제1 내지 제3 서브 화소(sub-pixel)
42a1, 42b1, 42c1:제1 내지 제3 서브 화소의 광 결정층 패턴
70:막
A1: 광 결정 컬러 인쇄지(40)의 화소가 포함된 임의 영역
B1:인쇄영역
D1, d2:광 결정층 패턴의 가로 및 세로폭
H1:광 결정층 패턴의 높이
L1:입사광 L2:반사광
L3:투과광
P1:광 결정층 패턴의 피치(pitch)

Claims (9)

  1. 인쇄 영역을 갖는 기판; 및
    상기 인쇄 영역 상에 형성된 복수의 화소(pixel);를 포함하고,
    각 화소는 제1 내지 제3 서브 화소를 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 서브 화소는 각각 광 반사특성이 다른 광 결정층 패턴들을 포함하는 광 결정 컬러 인쇄지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 연성 재질 또는 경성 재질인 광 결정 컬러 인쇄지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 화소 사이에 투광층이 더 구비된 광 결정 컬러 인쇄지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 결정층 패턴은 DBR층인 광 결정 컬러 인쇄지.
  5. 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 표현하는 복수의 광 결정층 패턴을 포함하는 화소(pixel)를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 화소의 상기 광 결정층 패턴들 중 적어도 일부의 광 반사특성을 변화시키는 단계;를 포함하는 광 결정 컬러 인쇄 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광 반사특성을 변화시키는 단계는,
    상기 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 중 어느 하나를 표현하는 광 결정층 패턴들의 전체 또는 일부 패턴을 투광성이 되도록 변화시키는 단계를 포함하는 광 결정 컬러 인쇄방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 광 반사특성을 변화시키는 단계는,
    상기 광 결정층 패턴들 중 적어도 일부를 광 반사 방지막으로 덮는 단계를 포함하는 광 결정 컬러 인쇄방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 광 반사특성을 변화시키는 단계는,
    상기 광 결정층 패턴들 중 적어도 일부의 형태를 변형시키는 단계를 포함하는 광 결정 컬러 인쇄방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 광 결정층 패턴은 DBR층인 광 결정 컬러 인쇄방법.
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