KR20140056273A - 발광성 인광체 화합물로 물품을 인증하기 위한 방법과 장치 - Google Patents
발광성 인광체 화합물로 물품을 인증하기 위한 방법과 장치 Download PDFInfo
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Abstract
물품 인증을 위한 방법과 장치는, 여기 방사선에 물품의 영역을 노출시키는 여기 방사선 발생기, 및 제 1 대역에서 및 상기 제 1 대역에 중첩하지 않는 제 2 대역에서 상기 영역으로부터 방출된 방사선을 검출하는 2개 이상의 방사선 검출기를 포함한다. 제 1 대역은 방출 이온의 제 1 방출 하위대역과 부합하고, 제 2 대역은 동일한 방출 이온의 제 2 방출 하위대역과 부합한다. 처리 시스템은 제 1 대역에서의 방출된 방사선의 제 1 강도와 제 2 대역에서의 방출된 방사선의 제 2 강도 사이의 산술적 관계(예컨대, 비율)를 나타내는 비교 값을 계산하고, 상기 비교 값이 인증 파라미터와 호의적으로 비교되는 지를 결정한다. 비교 값이 인증 파라미터와 호의적으로 비교되는 경우, 물품은 진짜인 것으로서 확인된다.
Description
이 출원은, 2012년 6월 29일자로 출원된 미국 출원 13/537,414 및 2011년 7월 15일자로 출원된 미국 가출원 61/508,302의 이점을 청구하고 있다.
본 발명은 일반적으로 방사선 방출 화합물들 및 이들의 인증을 위한 방법과 장치에 관한 것이다.
발광성 인광체 화합물은, 외부 에너지원에 의한 화합물의 여기(excitation)에 따라, 적외선, 가시광선 및/또는 자외선 스펙트럼에서 검출 가능한 양의 방사선을 방출할 수 있는 화합물이다. 전형적인 발광성 인광체 화합물은 적어도 호스트 결정 격자, 방출 이온(예컨대, 희토류 금속의 것), 및 일부의 경우, "감지(sensitizing)" 이온(예컨대, 방출하는 희토류 금속 이온에 에너지를 흡수 및 전달할 수 있는 전이금속의 것 또는 여러 희토류 금속의 것)을 포함한다. 인광체 화합물에 의한 방사선의 생성은, 방출 이온(들)에 의한 또는 호스트 결정 격자와 감지 이온(들) 중 하나 또는 둘다에 의한 입사 방사선의 흡수에 의해, 호스트 결정 격자와 감지 이온(들)로부터의 에너지 전달에 의해, 및 방출 이온(들)에 의한 전달된 에너지의 방사선에 의해 달성된다.
인광체 화합물의 선택된 성분들로 인해, 상기 화합물은 특정 성질, 예컨대 그의 여기 에너지(excitation engergy)("여기 방사선(exciting radiation)")에 대한 특이적 파장들, 및 인광체 화합물의 방출 이온들에 의해 방출된 에너지("방출된 방사선(emitted radiation)")에서의 피크(들)에 대한 특이적 스펙트럼 위치(들)을 갖게 된다. 모든 이온이 모든 호스트 결정 격자들 내에서의 방출(emission)을 갖지는 않을 것이다. 방출에 대한 포텐셜을 갖는 방사선이 소멸되거나(quench), 또는 흡수 이온들 또는 호스트 결정 격자로부터 방출 이온까지의 에너지 전달이 너무 부족하여서 방사선 효과들이 거의 관찰 불가능한 예들이 다수 존재한다. 다른 호스트 결정 격자에서, 방사선 효과들은 매우 클 수 있으며 양자 효율은 거의 1이다(with quantum efficiency near unity).
관찰 가능한 방출된 방사선을 생성하는 특이적인 인광체 화합물에 있어서, 그의 방출된 방사선에서 피크(들)의 스펙트럼 위치(들)(즉, 그의 "스펙트럼 시그너쳐(spectral signature)")은 여러 화합물로부터 인광체 화합물을 특유하게 확인하는 데 사용될 수 있다. 주로, 스펙트럼 시그너쳐는 희토류 이온(들)에 기인하는 것이다. 그러나, 다양한 이온들에 대해 전형적으로는 결정 필드 강도(crystal field strength) 및 스플리팅(splitting)을 통한 호스트 결정 격자의 영향으로 인해 스펙트럼 동요(perturbation)가 존재할 수 있다. 이는 물론 방출된 방사선의 일시적 거동에 대해 유효하다(hold true).
일부 인광체 화합물의 특유의 스펙트럼 성질들로 인해, 이들을 특정 가치 또는 중요한 물품을 인증 또는 확인하는 데 사용하기 적합하게 만든다(예컨대, 지폐, 패스포트, 생체학적 샘플 등). 따라서, 공지된 스펙트럼 시그너쳐를 갖는 발광성 인광체 화합물은, 다양한 유형의 물품 내에 혼입되어서, 이러한 물품들의 가짜(forgery) 또는 모사품(counterfeit)을 검출할 수 있거나 또는 물품을 추적하고 확인할 수 있는 능력을 향상시켜 왔다. 예를 들면, 발광성 인광체 화합물들은 첨가제, 코팅, 및 인쇄된 또는 달리 적용된 인증 특징부의 형태로 다양한 유형의 물품 내에 혼입되어 왔다.
발광성 인광체 화합물을 포함하는 물품은 특수하게 설계된 인증 장비를 사용하여 인증될 수 있다. 더욱 구체적으로는, 제조업자가 그의 "진짜인(authentic)" 물품들 내에 공지된 인광체 화합물(예컨대, "인증(authenticating)" 인광체 화합물)을 혼입할 수 있다. 이러한 물품의 진위(authenticity)를 검출하도록 구조화된 인증 장비는, 흡수 가능한 여기 방사선의 파장 및 인증 인광체 화합물과 연관된 방출된 방사선의 스펙트럼 성질들의 지식(예컨대, 저장된 정보)를 갖는다. 인증을 위한 샘플 물품이 제공되는 경우, 인증 장비는 목적하는 방출된 방사선에 직접 또는 간접적으로 이어지는 발광성 인광체의 흡수 특징부들의 공지된 파장들과 부합하는 파장들을 갖는 여기 방사선에 상기 물품을 노출시킨다. 인증 장비는 물품에 의해 생성될 수 있는 임의의 방출된 방사선에 대한 스펙트럼 파라미터를 감지하고 특성화한다. 검출된 방출된 방사선의 스펙트럼 신호가 인증 인광체 화합물과 부합하는 검출 장치의 인증 파라미터 범위("검출 파라미터 공간"으로서 지칭됨) 내에 존재하는 경우, 물품은 진짜인 것으로 고려될 수 있다. 반면, 인증 장비가 검출 파라미터 공간 내에 예측된 신호들을 감지하는 데 실패하는 경우, 물품은 진짜가 아닌(unauthentic) 것으로 고려될 수 있다(예컨대, 가짜 물품 또는 모사된 물품).
전술된 기술들은 상대적으로 복잡하지 않은 가짜 또는 모사 행위를 검출 및 무산시키는 데 매우 효과적이다. 그러나, 적절한 자원과 장비를 갖는 개인들은 일부 인광체 화합물의 성분들을 결정하기 위해 분광계 기술들을 사용할 수 있다. 그 다음, 인광체 화합물들은 재생될 수 있고, 진짜가 아닌 물품에 적용될 수 있으며, 이로 인해 특정 인광체 화합물에 의해 달리 제공될 수 있는 인증 장점들을 상충시키게 된다. 따라서, 다수의 인광체 화합물들이 전술된 방식으로 물품 인증을 용이하게 하도록 개발되어 왔지만, 가짜 및 모사 행위가 더욱 어렵게 할 수 있고/있거나 특별히 관심을 갖는 물품을 확인 및 추적하는 데 유리한 것으로 입증될 수 있는, 물품을 인증하기 위한 추가 화합물들과 기술들을 개발하는 것이 요구된다. 더욱이, 본 발명의 다른 원하는 특징과 특성들은, 첨부된 도면 및 발명의 배경기술과 함께 후속적인 본 발명의 상세한 설명 및 첨부된 특허청구범위로부터 분명해질 것이다.
물품을 인증하기 위한 방법의 일 실시양태는, 여기 방사선에 물품의 영역을 노출시키는 단계, 및 제 1 대역에서 및 상기 제 1 대역에 중첩하지 않는 제 2 대역에서 상기 영역으로부터 방출된 방사선을 검출하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 제 1 대역은 방출 이온의 제 1 방출 하위대역과 부합하고, 상기 제 2 대역은 상기 방출 이온의 제 2 방출 하위대역과 부합한다. 상기 방법은, 제 1 대역에서의 방출된 방사선의 제 1 강도와 제 2 대역에서의 방출된 방사선의 제 2 강도 사이의 산술적 관계를 나타내는 비교 값을 계산하는 단계, 및 상기 비교 값이 인증 파라미터와 호의적으로 비교되는 지를 결정하는 단계를 추가로 포함한다. 비교 값이 인증 파라미터와 호의적으로 비교되는 경우, 물품은 진짜인 것으로서 확인된다.
추가의 실시양태에서, 제 1 강도는 제 1 대역에서의 제 1 적분 강도(integrated intensity)이고, 제 2 강도는 제 2 대역에서의 제 2 적분 강도이다. 또다른 추가의 실시양태에서, 제 1 강도는 여기 방사선의 제공을 중단한 후 미리 결정된 시간에서 측정된 제 1 절대 강도이고, 제 2 강도는 미리 결정된 시간에서 측정된 제 2 절대 강도이다.
또다른 추가의 실시양태에서, 제 1 대역과 제 2 대역은, 크로뮴, 망가니즈, 코발트, 니켈, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 사마륨, 유로퓸, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨 및 이테르븀으로 이루어진 원소들의 군으로부터 선택된 원소의 단일 이온의 방출 대역들에 상응한다. 또다른 추가의 실시양태에서, 제 1 대역과 제 2 대역은, 옥사이드, 플루오라이드, 옥시설파이드, 할라이드, 보레이트, 실리케이트, 갈레이트, 포스페이트, 바나데이트, 옥시할라이드, 알루미네이트, 몰리브데이트, 텅스테이트, 가르네트 및 니오베이트로 이루어진 군으로부터 선택된, 호스트 결정 격자 물질 내로의 치환 후의 단일 이온의 방출 대역들에 상응한다. 또다른 추가의 실시양태에서, 제 1 대역과 제 2 대역은, 이트륨 옥시설파이드, 이트륨 알루미늄 가르네트 및 가돌리늄 갈륨 가르네트로 이루어진 군으로부터 선택된, 호스트 결정 격자 물질 내로의 치환 후의 단일 이온의 방출 대역들에 상응한다.
또다른 추가의 실시양태에서, 비교 값을 계산하는 것은 제 1 강도와 제 2 강도 사이의 비율을 계산하는 것을 포함하며, 여기서 상기 비교 값은 비율이다.
물품을 인증하기 위한 장치의 일 실시양태는, 여기 방사선 발생기, 제 1 방출된 방사선 검출기, 제 2 방출된 방사선 검출기 및 처리 시스템(processing system)을 포함한다. 여기 방사선 발생기는 여기 방사선이 물품의 영역을 향하도록 구조화된다. 제 1 방출된 방사선 검출기는 제 1 대역에서 물품의 영역으로부터 방출된 방사선을 검출하도록 구조화되되, 상기 제 1 대역은 방출 이온의 제 1 방출 하위대역과 부합한다. 제 2 방출된 방사선 검출기는 제 1 대역에 중첩하지 않는 제 2 대역에서 물품의 영역으로부터 방출된 방사선을 검출하도록 구조화되되, 상기 제 2 대역은 방출 이온의 제 2 방출 하위대역과 부합한다. 처리 시스템은, 제 1 대역에서의 방출된 방사선의 제 1 강도와 제 2 대역에서의 방출된 방사선의 제 2 강도 사이의 산술적 관계를 나타내는 비교 값을 계산하여서, 상기 비교 값이 인증 파라미터와 호의적으로 비교되는 지를 결정하도록, 그리고 상기 비교 값이 인증 파라미터와 호의적으로 비교되는 경우 물품이 진짜인 것으로서 확인하도록 구조화된다.
또다른 추가의 실시양태에서, 처리 시스템은 제 1 강도와 제 2 강도 사이의 비율을 계산함으로써 비교 값을 계산하도록 구조화되며, 여기서 상기 비교 값은 비율이다.
또다른 추가의 실시양태에서, 또한 장치는, 방출된 방사선을 제 1 대역 내의 빛을 포함하는 제 1 비임과 제 2 대역 내의 빛을 포함하는 제 2 비임으로 분리시키도록 구조화된 광학 요소를 포함하며, 여기서 상기 제 1 비임은 제 1 방사선 검출기를 향하고, 상기 제 2 비임은 제 2 방사선 검출기를 향한다.
본 발명의 다양한 실시양태의 하기 상세한 설명은 단지 속성상 예시적인 것이며, 발명의 대상 또는 상기 발명의 대상의 적용과 사용을 제한하고자 하는 것은 아니다. 더욱이, 상기 배경기술 또는 하기 상세한 설명에서 제시된 어떠한 이론에 의해 구속되고자 하는 의도는 없다.
발광성 인광체 화합물, 이러한 화합물을 혼입하는 물품, 및 이들의 제조와 인증의 방법들이 본원에 기재되고 있다. 이후 기재되는 인광체 화합물은 물품 인증 노력을 향상시키기 위해 이러한 인광체 화합물을 물품 내에 혼입시키는 것을 포함하되 이에 국한되지 않는 다양한 적용에 사용될 수 있다. 이후 기재되는 인광체 화합물의 실시양태들 각각은, 호스트 결정 격자 내에 치환되는, 적어도 하나의 방출 이온 및 선택적으로는 하나 이상의 감지 이온을 포함한다. 이들 인광체 화합물들 중 하나가 여기 방사선에 노출되는 경우, 상기 여기 방사선은 방출 이온에 의해, 및/또는 선택적으로는 하나 이상의 감지 이온들에 의해 및/또는 방출 이온으로의 에너지의 후속적 전달과 함께 호스트 결정 격자에 의해 직접 흡수될 수 있다. 여기 방사선이 흡수되는 방식으로, 인광체 화합물의 방출 이온은 독특한 특성들(예컨대, 특유의 스펙트럼 시그너쳐 및 측정 가능한 붕괴 시간 상수)을 갖는 방출된 방사선을 생성시킨다.
여기 방사선에 가한 후, 다수의 인광체 화합물은 전자기 스펙트럼의 가시광선 및/또는 자외선 부분 내의 복수의 파장들에서 검출 가능한 방사선을 방출한다. 전자기 스펙트럼의 하위대역 내의 밀집된 방출은 종종 "방출 라인(emission line)"으로서 지칭되며, 여기서 "하위대역(sub-band)"은 본원에서 밀집된 방출이 발생되는 것 내에서 인광체 화합물의 방출 스펙트럼 내의 파장들의 연속 범위를 의미하는 것으로 정의된다. 예를 들면, 에르븀 이온은 다수 파장들 중앙의 하위대역에서 예컨대 980 나노미터(nm) 및 1550 nm에서 상대적으로 강한 방출과 같은 방사선을 방출한다. 다양한 실시양태들에 따라, 이러한 인광체 화합물을 포함할 수 있는 물품을 인증하기 위한 방법과 장치는, 물품의 영역을 여기 방사선에 노출시키는 것 및 물품의 영역으로부터의 방출된 방사선을 검출하는 것을 포함한다. 더욱 구체적으로는, 물품의 영역을 여기 방사선에 노출시킴에 따라, 물품의 영역으로부터 발하는 방출된 방사선은 수거되며, 하나 이상의 광검출기(본원에서는 "검출기"로서도 또한 지칭됨)의 활성 영역(들) 위로 가해진다. 각각의 검출기에서, 영향을 주는(impinging) 방출된 방사선은 전체 스펙트럼 대역을 포괄할 수 있거나, (예컨대, 검출 전에 통과하는 하나 이상의 필터를 갖는) 하나 이상의 하위대역을 포괄할 수 있다. 각각의 검출기는 검출기의 활성 영역에 대해 영향을 주는 수거된 방사선의 강도에 비례하는 전자 신호를 생성시킨다. 이 강도는 본원에서 "적분 강도"로서 지칭된다. 일 실시양태에 따라, 인증 장비는 적분 강도를 다수의 비중첩성 스펙트럼 대역들에서 검출하고자 시도하는 것이며, 여기서 상기 대역들은 인광체 화합물 내의 방출 이온의 공지된 방출 대역들에 상응한다. 그 다음, 비교 값이 계산되며, 이는 다수의 대역들에서 방출된 방사선의 적분 강도들 사이의 산술적 관계를 나타낸다. 일 실시양태에서, 산술적 관계는 여기가 중단된 후 미리 결정된 시간에 다수의 대역들에서 적분된 방출된 방사선의 상대적 강도들을 정량화한다. 비교 값이 인증 파라미터와 호의적으로 비교되는 경우, 물품은 진짜인 것으로서 확인된다. 그렇지 않은 경우, 물품은 진짜가 아닌 것으로서 확인된다.
이후 더욱 상세하게 기재되는 바와 같이, 특정 실시양태는 2개의 비중첩성 대역들에서 방출된 방사선을 검출하는 것을 포함하며, 여기서 비교 값은 상기 2개의 대역들에 상응하는 2개의 적분 강도 측정치들에 기초하여 계산된다. 다른 실시양태에서, 방출된 방사선은 2개 초과의 비중첩성 대역들에서 검출될 수 있으며, 비교 값은 2개 초과의 적분 강도 측정치들에 기초하여 계산될 수 있다. 또한, 특정 실시양태에서, 비교 값은 제 1 대역에 상응하는 적분된 제 1 강도와 제 2 대역에 상응하는 적분된 제 2 강도의 산술적 비율을 나타낸다. 다른 실시양태에서, 비교 값은 비율 이외의 산술적 관계에 기초할 수 있다. 최종적으로, 인증 방법과 장치가 에르븀-도핑된 이트륨 옥시설파이드를 포함하는 인광체 화합물을 검출하는 데 사용되는 일 실시양태가 이후 기재될지라도, 예시적인 인광체 화합물은 오직 그 화합물만에 대한 다양한 실시양태들의 적용을 제한하고자 하는 것은 아니며, 광범위한 호스트 격자와 방출 이온에 대해 방출된 방사선을 검출하고 물품 인증을 실시하는 데 다양한 실시양태들이 사용될 수 있다.
앞서 지적된 바와 같고, 일 실시양태에 따라, 다수의 대역들에서 방출된 방사선의 상대적 적분 강도들(다수의 대역들에서 방출된 적분 강도들의 비율의 분석)은 물품을 인증하기 위한 기초로서 분석될 수 있다. 상대적 적분 강도들을 사용하는 분석은 단일 대역에서 절대 적분 강도 평가보다 더욱 바람직할 수 있는데, 이는 쉽게 책임질 수 없는 다양한 요인들이 절대 적분 강도 판독의 정확성에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 예를 들면, 방출된 방사선의 강도는, 몇몇 요인을 들자면, 물품 또는 인증 특징부에 대한 오염(soil) 및/또는 마모(wear), 인증 특징부들의 인쇄에서의 변화, 광학 형상, 기재의 반사율, 기재 내의 광 산란, 물품의 크기와 형상, 여기 방사선의 투과 깊이에 대한 기재 두께, 및 레이저의 파워 수준에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서, 일 실시양태에서, 비교 값을 계산하는 데 선택된 산술적 관계는 임의의 단일 대역에서 적분 강도 값에 대해 크게 독립적인 산술적 관계이다. 예를 들면, 산술적 관계가 다수의 대역들에서 적분 강도 값들 사이의 비율인 경우, 상기 비율의 값은 적분된 값의 절대 값보다는 진위의 표시자(indicator of authenticity)로서 더욱 확실한 것이다.
인광체 화합물의 실시양태들 및 이후 기재되는 이들의 검출을 위한 방법과 장치는 인증에 사용될 수 있는 허용 가능한 물질의 다양성을 증가시킨다. 본원에서 논의되는 인광체 화합물 실시양태들을 특성화하는 다수의 대역들에서 방출 강도들 사이의 산술적 관계는, 붕괴 시간 상수와 더불어, 인증의 목적을 위한 측정 가능한 양으로서 사용될 수 있다.
이후 본원에서, 본 발명의 실시양태들은 하기 도면과 연관되어 기재될 것이며, 여기서 동일 숫자는 동일 요소를 지칭한다.
도 1은 다양한 예시적인 실시양태들에 따른 인광체 화합물의 잠재적 성분들을 묘사한다.
도 2는 일 실시양태에 따라 다양한 예시적인 인광체 화합물들에 대한 도핑 백분율의 함수로서 제 1 파장에서의 방출 강도들을 예시하는 그래프이다.
도 3은 일 실시양태에 따라 도 2의 예시적인 인광체 화합물에 대한 도핑 백분율의 함수로서 제 2 파장에서의 방출 강도들을 예시하는 그래프이다.
도 4는 일 실시양태에 따라 도 2의 예시적인 인광체 화합물에 대한 도핑 백분율의 함수로서 제 1 및 제 2 파장에서의 방출 강도들 사이의 비율을 예시하는 그래프이다.
도 5는 일 실시양태에 따라 도 2의 예시적인 인광체 화합물에 대한 제 1 대역 내의 파장의 함수로서 방출 강도들을 예시하는 그래프이다.
도 6은 일 실시양태에 따라 도 2의 예시적인 인광체 화합물에 대한 제 2 대역 내의 파장의 함수로서 방출 강도들을 예시하는 그래프이다.
도 7은 일 예시적인 실시양태에 따라 인광체 화합물을 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 8은 일 예시적인 실시양태에 따라 물품을 인증하기 위한 시스템이다.
도 9는, 일 예시적인 실시양태에 따라, 인광체 화합물을 포함할 수 있는 물품의 인증을 실시하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 10은 일 예시적인 실시양태에 따라 인광체-함유, -함침된 및 -인쇄된 인증 특징부를 갖는 물품의 단면도를 묘사한다.
도 1은 다양한 예시적인 실시양태들에 따른 인광체 화합물의 잠재적 성분들을 묘사한다.
도 2는 일 실시양태에 따라 다양한 예시적인 인광체 화합물들에 대한 도핑 백분율의 함수로서 제 1 파장에서의 방출 강도들을 예시하는 그래프이다.
도 3은 일 실시양태에 따라 도 2의 예시적인 인광체 화합물에 대한 도핑 백분율의 함수로서 제 2 파장에서의 방출 강도들을 예시하는 그래프이다.
도 4는 일 실시양태에 따라 도 2의 예시적인 인광체 화합물에 대한 도핑 백분율의 함수로서 제 1 및 제 2 파장에서의 방출 강도들 사이의 비율을 예시하는 그래프이다.
도 5는 일 실시양태에 따라 도 2의 예시적인 인광체 화합물에 대한 제 1 대역 내의 파장의 함수로서 방출 강도들을 예시하는 그래프이다.
도 6은 일 실시양태에 따라 도 2의 예시적인 인광체 화합물에 대한 제 2 대역 내의 파장의 함수로서 방출 강도들을 예시하는 그래프이다.
도 7은 일 예시적인 실시양태에 따라 인광체 화합물을 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 8은 일 예시적인 실시양태에 따라 물품을 인증하기 위한 시스템이다.
도 9는, 일 예시적인 실시양태에 따라, 인광체 화합물을 포함할 수 있는 물품의 인증을 실시하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 10은 일 예시적인 실시양태에 따라 인광체-함유, -함침된 및 -인쇄된 인증 특징부를 갖는 물품의 단면도를 묘사한다.
도 1은 다양한 예시적인 실시양태들에 따른 인광체 화합물(100)의 잠재적 성분들을 묘사한다. 다양한 실시양태에 따라, 인광체 화합물(100)은 호스트 결정 격자 물질(130) 및 방출 이온(110)(즉, 치환된 방출 이온)을 포함한다. 대안적 실시양태에서, 인광체 화합물(100)은 하나 초과의 방출 이온(110)을 포함할 수 있다. 또한, 비록 다른 물질들이 본원에서 특별히 논의되지 않지만, 인광체 화합물(100)은 이러한 다른 물질들(예컨대, 하나 이상의 감지 이온)도 포함할 수 있다.
일 실시양태에 따라, 인광체 화합물(100) 내의 방출 이온(110)은 다수의 상이한 파장들에서 검출 가능한 방출을 그 특징으로 한다. 바람직하게는, 비록 동일한 유형 또는 클래스의 광검출기들이 여러 대역들 내에서의 방출을 측정하는 데 사용될 수 있는 실시양태들이 고려될지라도, 파장은 여러 유형 또는 클래스의 광검출기들이 인광체 화합물(100)의 방출 성질들을 측정하는 데 사용되도록 충분히 분리되어 있다. 일 실시양태에 따라, 인광체 화합물(100)은 분광학적으로 상대적으로 멀리 떨어져 있는 다수의 대역들(예컨대, 적어도 300 nm 거리)에서 방출하는 단일 희토류 방출 이온(110) 및 단일 호스트 결정 격자 물질(130)을 포함한다. 또한, 방출 이온(110)은 일 실시양태에서 도펀트 백분의 강한 함수인 분지(branching) 비율(즉, 여러 대역에서 방출 강도들 사이의 비율)을 갖는 방출을 그 특징으로 한다.
앞서 언급한 바와 같이, 후속적인 방사선에 대한 에너지를 수용하기 위해 방출 이온(110)을 위한 적어도 3개의 메커니즘이 존재한다. 예를 들면, 일 실시양태에서, 방출 이온(110)은 여기 방사선을 직접적으로 흡수할 수 있으며, 이후에 방출 이온(110)은 흡수된 에너지의 적어도 일부를 (전형적으로는, 여기 방사선으로부터의 더 긴 여러 파장에서) 방사시킬 수 있다. 다른 실시양태에서, 호스트 결정 격자 물질(130) 또는 그의 이온(예컨대, 바나데이트 이온)은 여기 방사선을 직접 흡수할 수 있고, 방출 이온(110)에 에너지를 전달할 수 있다. 또다른 실시양태에서, 호스트 결정 격자 물질(130)은 방출 이온(110)에 의해 치환될 수 있는 하나 이상의 "격자 이온", 및 선택적으로는 여기 방사선을 흡수하고 생성된 에너지를 방출 이온(110)에 전달할 수 있는 하나 이상의 감지 이온을 함유할 수 있다. 호스트 결정 격자 흡수가 대부분의 경우에 특별히 유용하지 않을지라도, 일부 경우에는 호스트 결정 격자 흡수가 유용할 수 있다. 더욱 전형적으로는, 전이금속 이온(예컨대, 크로뮴) 또는 희토류 금속이온(예컨대, 에르븀)이 감지 이온으로서 사용된다. 이들 요소들은 또한 방출 이온으로서 작용할 수 있거나, 또는 이들은 또한 다른 이온(예컨대, 방출 이온(110))에 에너지를 전달할 수 있으며, 이는 이후에 상기 전달된 에너지를 방사시킨다. 실질적으로 모든 호스트 결정 격자 물질은 자외선 범위에서 흡수제로서 작용할 수 있는 데, 이는 여기 광자(photon) 에너지가 이 범위에서 매우 높기 때문이다. 그러나, 이 현상은 혼입된 목적하는 이온들로부터 어떠한 방출도 생성시킬 수 없다.
대체될 수 있는 격자 이온들은, 포함된다면 하나 이상의 감지 이온들에 의해, 및 100% 또는 그 이하의 치환을 갖는 하나 이상의 방출 이온(110)에 의해 치환될 수 있는 호스트 결정 격자 물질(130) 내의 이온들이다. 100% 치환은 거의 없는 데, 이는 대부분의 방출 이온들이 100% 치환 수준 미만으로 농축 켄칭되기 때문이다(concentration quench). 그러나, 호스트 격자 내의 방출 이온들의 물리적 분리가 상호작용 거리가 유의적으로 감소되기에 충분히 멀기 때문에, 특정 이온 및 호스트 격자 조합에서 더욱 큰 치환을 허용하는 몇몇 예외사항이 존재한다.
이후 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 인광체 화합물(100)에서 방출 이온(110)의 농도를 지적하는 값은 다양한 실시양태들을 사용하여 결정될 수 있다. 상기 값이 인증 인광체 내의 방출 이온(110)의 농도에 부합하는 경우, 인광체가 적용되는 물품은 진짜인 것으로서 결정될 수 있다. 방출 이온(110)은 매우 낮은 치환 백분율(예컨대, 1% 미만에서 도핑됨), 중간 치환 백분율(예컨대, 1% 내지 20%), 또는 높은 치환 백분율(예컨대, 20% 내지 100%)로 치환될 수 있다. 예를 들면, 네오디뮴(Nd)은 1.5% 이하의 상대적으로 낮은 백분율로 치환될 수 있고, 홀뮴(Ho) 및 이테르븀(Yb)은 20% 이하의 중간 백분율로 치환될 수 있고, 에르븀(Er)은 60% 이하의 상대적으로 높은 백분율로 치환될 수 있지만, 이들 또는 다른 이온들은 또한 여러 백분율로 치환될 수 있다. 본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "치환된"는 임의의 백분율로 예컨대 낮은, 중간 및 높은 치환 백분율로 치환된 것을 의미한다. 호스트 격자 물질로 치환되는 각 이온의 양은 일반적으로 원자%(atomic percent)에 대해 기재되며, 여기서 감지 및/또는 방출 이온에 의해 대체될 수 있는 호스트 격자 물질의 이온의 수는 100%이다. 감지 및/또는 방출 이온으로의 대체를 위해 허용되는 호스트 물질의 이온은, 전형적으로 유사한 크기, 유사한 적재(loading), 및 이것이 대체되는 이온으로서 유사한 배위 선호성(coordination preference)를 가질 수 있다. 호스트 결정 격자 내의 다양한 위치들이 발생될 수 있기 때문에, 이들 각 위치에 대한 이온은 100원자%가 될 것이다(account for).
호스트 결정 격자 물질(130)은 방출 이온(110) 및 선택적으로는 감작화제(sensitizing agent)가 혼입되어 있는(예컨대, 치환되어 있는) 물질을 포함한다. 더욱 구체적으로는, 호스트 결정 격자 물질(130)은 여러 화학적 구성성분들이 상기 격자 내에 다양한 위치들에서 치환할 수 있는 결정 격자의 형태로 존재할 수 있다. 호스트 결정 격자 물질(130)은 방출 이온(110)이 다수의 대역들 내에서 관찰 가능한 방출을 생성시키도록 선택되어야 하며, 여기서 상기 방출은 이후 상세하게 설명되는 인증 장비와 방법들의 실시양태들을 사용하여 분석하는 데 적합하다. 다양한 실시양태에서, 호스트 결정 격자 물질(130)은 옥사이드, 플루오라이드, 옥시설파이드, 할라이드, 보레이트, 실리케이트, 갈레이트, 포스페이트, 바나데이트, 옥시할라이드, 알루미네이트, 몰리브데이트, 텅스테이트, 가르네트 및 니오베이트로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하지만, 다른 호스트 결정 격자 물질들도 또한 사용될 수 있다. 예를 들면, 호스트 결정 격자(130)는 이트륨(Y) 옥시설파이드(Y2O2S 또는 YOS), 이트륨 알루미늄 가르네트(YAG), 가오돌리늄(Gd) 갈륨 가르네트, 또는 다른 물질들을 포함할 수 있다.
방출 이온(110)은 일 실시양태에서 상대적으로 멀리 있는 하위대역들에서 다수의 상대적으로 강한 방출을 갖는 이온을 포함한다. 다양한 실시양태에 따라, 방출 이온(110)은 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm) 및 이테르븀(Yb)으로 이루어진 원소들의 군으로부터 선택된 요소의 이온을 포함한다. 예를 들면, 방출 이온(110)은 일 실시양태에서 +3 원자가(valence)를 가질 수 있지만, 방출 이온(110)은 다른 실시양태들에서 여러 원자가(예컨대, +2 및/또는 +4)를 가질 수 있다.
다양한 실시양태들에서, 호스트 결정 격자 물질(130) 내로 치환된 방출 이온(110)의 총 농도는, 인광체 화합물로 인해 여기 방사선에 적절하게 가해진 후 검출 가능한 방출의 생성을 유발시키기에 충분하다. 예를 들면, 호스트 결정 격자 물질에서 치환된 방출 이온(110)의 총 농도는 약 0.095원자% 내지 약 99.995원자%의 범위로 존재할 수 있다. 그러나, 치환될 수 있지만 여전히 인광체 화합물의 기능(예컨대, 여기 방사선에 노출됨에 따라 방출을 생성시키는 기능)을 생성시키는 방출 이온(110)의 농도는 치환되는 이온의 유형에 따라 달라진다. 즉, 일부 이온들은 상대적으로 인광체 화합물의 기능을 여전히 유지하면서 높은 백분율로 치환될 수 있지만, 다른 이온들이 동시에 상대적으로 높은 백분율로 치환된다면 상기 기능은 무산될 수 있다.
호스트 결정 격자 물질(130) 내로 치환된 방출 이온(110)의 농도는 미가공 물질에 대한 임의의 배경 불순물 수준보다 높아야 하고, 다수의 대역들에서 방출 강도들 사이의 원하는 산술적 관계를 달성하기에 충분한 농도이어야 한다. 일반적으로, 희토류 불순물의 수준은 인광체 화합물에서 적은 수치의 ppm(parts per million)을 초과하지 않는다. 이 상대적으로 낮은 수준의 불순물이 인광체 화합물의 방출된 방사선 성질에 대해 미미한 변화를 생성시킬 수 있을지라도, 불순물은 인광체 화합물의 성질들에서 임의의 유의적 변화들을 생성시키지 않아야 한다.
일 실시양태에 따라, 방출 이온(110)은 인광체 화합물(100)에서 방출 이온(110)의 농도에 기초하여 변하는 분지 비율을 그 특징으로 하여 선택된다. 즉, 호스트 결정 격자 물질(130)이 제 1 농도에서 방출 이온(110)으로 도핑되는 경우, 인광체 화합물(100)은 제 1 분지 비율을 그 특징으로 할 것이다. 호스트 결정 격자 물질(130)이 제 2 상이한 농도에서 방출 이온(110)으로 도핑되는 경우, 인광체 화합물(100)은 제 2 상이한 분지 비율을 그 특징으로 할 것이다.
여기 방사선에 노출된 후, 인광체 화합물(100) 내의 방출 이온(110)은 광자들을 방출하고, 다수의 대역들 내의 방출의 적분 강도들이 관찰될 수 있다. 이하 더욱 상세하게 기재되는 바와 같이, 다수의 대역들 내의 적분 강도들 사이의 측정된 관계들을 나타내는 비교 값이 일 실시양태에서 계산되며, 상기 비교 값은 인광체 화합물(100)이 진짜 화합물인 지에 대해 결정하기 위해 공지된 파라미터(예컨대, 예측된 비율)와 비교된다. 따라서, 다수의 대역들에서 적분된 방출 강도들 사이의 산술적 관계는 인증 파라미터로서 사용될 수 있다. 붕괴 시간 상수는 또한 일 실시양태에서 인증 파라미터로서 사용될 수 있다.
일부 경우, 방출 이온(예컨대, 방출 이온(110)들 중 하나, 도 1)은 직접 흡수 공정을 통해 여기되며, 이는 방출 이온을 위한 흡수 대역 내에서 여기 방사선을 제공하는 것을 포함한다. 대안적으로, 호스트 결정 격자 또는 감지 이온은 앞서 기재된 바와 같이 방출 이온을 여기시키는 통로로서 기능할 수 있다. 전자의 경우, 방출 이온으로부터의 방출은 흡수 공명 수준으로부터 저장 수준까지 급속하게 붕괴한다. 일반적으로, 흡수 대역은 저장 수준보다 높지만, 이는 항상 그런 것은 아니며, 흡수 공명 수준으로부터의 붕괴 시간은 저장 수준으로부터의 붕괴 시간에 비해 매우 빠르다. 저장 수준으로부터, 자체적(spontaneous) 광자 방출은 저장 수준 및 더 낮은 에너지 수준에 의해 결정된 파장 대역에서 발생할 수 있다. 이후 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 방출 이온(110)으로부터의 방출된 전자기 방사선의 특성들은 인광체 화합물(100)이 "인증" 인광체 화합물에 상응하는 지를 결정하는 데 사용될 수 있다.
도 2-6은 특정 방출 이온(예컨대, 에르븀)으로 도핑된 특정 결정 격자 물질(즉, YOS)을 포함하는 인광체 화합물의 다양한 특성들을 묘사한다. 하기 예는 국한시키고자 하는 것이 아니며, 그 실시양태들이 광범위한 다른 인광체 화합물들을 특성화하는 데 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 또한, 비록 예시적인 인광체 화합물들이 특정 백분율(즉, 2.0, 4.0, 8.0, 16.0 및 32.0원자%)로 도핑되는 화합물을 포함할지라도, 실시양태들이 상이한 도핑 백분율을 갖는 인광체 화합물들을 특성화하는 데에도 또한 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 도 2-6은 인광체 화합물의 분지 비율이 결정 호스트 격자 물질 내로 치환되는 방출 이온들의 농도에 따라 달라질 수 있다는 개념을 예시하고자 하는 목적으로 포함되어 있다.
도 2는 일 실시양태에 따라 다양한 예시적인 인광체 화합물들에 대한 도핑 백분율의 함수로서 (제 1 파장에서의) 방출 강도들을 예시하는 그래프(200)이다. 더욱 구체적으로, 그래프(200)는 다양한 도핑 백분율에서 에르븀(Er) 도핑된 YOS에 대해 980 nm에서 (임의 단위(arbitrary unit)(AU)로) 방출 신호 수준들을 플로팅한다. 지점(201)은 약 2.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 방출 신호 수준에 상승하고, 지점(202)은 약 4.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 방출 신호 수준에 상응하고, 지점(203)은 약 8.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 방출 신호 수준에 상응하고, 지점(204)은 약 16.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 방출 신호 수준에 상응하고, 지점(205)은 약 32.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 방출 신호 수준에 상응한다. 그래프(200)에 지적하고 있는 바와 같이, 방출 수준들은 2.0으로부터 8.0원자% 도핑까지 급속하게 상승한 후(약 35.0 AU로부터 약 120.0 AU까지), 비교적 느리게 8.0으로부터 32.0원자% 도핑까지 떨어진다(약 5.0 AU까지). 실제 비교들은 정상적으로는 스펙트럼과 관련된 단일 숫자가 수득될 수 있도록 일부 목적하는 파장 범위 너머로 강도 신호를 통합함으로써 실시된다. 파장 범위는 일반적으로 결과에 영향을 미치는 임의의 다른 오염 신호를 최소화하도록 방출 대역을 포괄하는 것 말고는 없다(and little else).
도 3은 일 실시양태에 따라 도 2의 예시적인 인광체 화합물에 대한 도핑 백분율의 함수로서 (제 2 파장에서의) 방출 강도들을 예시하는 그래프(300)이다. 더욱 구체적으로, 그래프(300)는 다양한 도핑 백분율에서 에르븀 도핑된 YOS에 대해 1550 nm에서 방출 신호 수준들을 플로팅한다. 지점(301)은 약 2.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 방출 신호 수준에 상응하고, 지점(302)은 약 4.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 방출 신호 수준에 상응하고, 지점(303)은 약 8.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 방출 신호 수준에 상응하고, 지점(304)은 약 16.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 방출 신호 수준에 상응하고, 지점(305)은 약 32.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 방출 신호 수준에 상응한다. 그래프(300)에 지적하고 있는 바와 같이, 방출 수준들은 2.0으로부터 16.0원자% 도핑까지 급속하게 상승한 후(약 18.0 AU로부터 약 125.0 AU까지), 비교적 급속하게 16.0으로부터 32.0원자% 도핑까지 떨어진다(약 5.0 AU까지).
그래프(200, 300)의 분석에서는 방출 강도와 도핑 백분율 사이의 관계가 여러 파장들에서 에르븀 도핑된 YOS에 대해 상이한 것으로 지적하고 있다. 예를 들면, 980 nm에서, 방출 강도는 약 8.0원자%의 도핑에서 피크인 것으로 보인 반면(지점(203)), 1550 nm에서, 방출 강도는 약 16.0원자%의 도핑에서 피크인 것으로 보인다(지점(304)). 여러 파장에서 방출 강도와 도핑 사이의 관계는 비선형이기 때문에, 방출 강도들 사이의 분지 비율은 도핑 백분율에 따라 변한다.
도 4는 일 실시양태에 따라 도 2의 예시적인 인광체 화합물에 대한 도핑 백분율의 함수로서 제 1 및 제 2 파장에서의 방출 강도들 사이의 비율을 예시하는 그래프(400)이다. 더욱 구체적으로, 그래프(400)는 다양한 도핑 백분율에서 980 nm에서의 방출 강도 대 1550 nm에서의 방출 강도의 비율을 플로팅한다. 지점(401)은 약 2.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 방출 강도들의 비율에 상응하고, 지점(402)은 약 4.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 방출 강도들의 비율에 상응하고, 지점(403)은 약 8.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 방출 강도들의 비율에 상응하고, 지점(404)은 약 16.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 방출 강도들의 비율에 상응하고, 지점(405)은 약 32.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 방출 강도들의 비율에 상응한다. 그래프(400)에 지적하고 있는 바와 같이, 상대적으로 낮은 도핑 백분율들에서 적분된 방출 강도들 사이의 비율은 상대적으로 높고(즉, 2.0원자%의 도핑 백분율에서 약 4.0), 상기 비율은 도핑 백분율이 증가함에 따라 상대적으로 낮은 값까지 일정하게 감소한다(즉, 16.0원자% 이상의 도핑 백분율에서 약 0.5까지). 이후 더욱 상세하게 기재되는 바와 같이, 여러 대역에서 적분된 방출 강도들 사이의 비율이 도핑 백분율에 따라 변하기 때문에, 비율(또는 방출 강도들 사이의 산술적 관계)의 계산은 특정 인광체 화합물이 특정 도핑 농도를 갖는 지 및 그에 따라 특정 인광체 화합물이 진짜인 것인 지를 지적하는 데 사용될 수 있다. 여기 소오스가 제거된 후 동시에 여러 대역에서 측정하는 것이 바람직한 데, 이는 여러 대역에서의 방출들이 유의적으로 상이한 붕괴 상수들을 나타낼 수 있기 때문이다. 이 경우, 적분된 방출 강도 값들은 또한 시간의 함수로서 변할 것이다.
인광체 화합물이 별개의 파장들(예컨대, 980 또는 1550 nm)에서 방출을 갖는 것으로 묘사될 수 있지만, 실제로 특정 파장과 연관된 방출들은 대역의 중앙에서 대충 특정 파장을 갖는 광범위한 파장(즉, 전체 스펙트럼의 하위대역)을 가로질러 분포되어 있다. 따라서, 방출 강도 값을 생성시키기 위해, 방출 신호들은 특정화된 파장 범위에 걸쳐 통합된다. 측정에서, 이는 일반적으로 그의 응답이 상응 파장 범위에 걸쳐 일반적으로 다소 편평한 검출 요소 및 감소된 파장 범위를 수용하도록 밴드패스 필터를 사용하여 실시된다. 피크 방출 값들을 비교하기 곤란할 수 있기 때문에, 적분된 방출 값은 상대적으로 측정이 간단할 수 있다. 측정 장치가 일정하게 유지되는 한, 적분 강도들의 비율은 소정의 이온 치환 양에 적합해야 한다. 따라서, 본원에서 실행될 수 있는 소정의 파장에서의 "강도" 또는 "방출 강도"에 대한 언급은 실제적으로 대역을 가로지르는 적분 강도 측정에 상응한다. 이 개념은 도 5 및 6을 참조하면 더욱 분명하게 나타난다.
도 5는 일 실시양태에 따라 도 2의 예시적인 인광체 화합물에 대한 제 1 대역(즉, 약 980 nm에서 중앙 대역) 내의 파장의 함수로서 방출 강도들을 예시하는 그래프(500)이다. 그래프(500)가 지적하는 바와 같이, 제 1 대역 내의 유의적 방출들은 광범위한 파장(예컨대, 약 975 nm 내지 1015 nm)을 가로질러 존재한다. 트레이스(trace)(501)는 약 2.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 신호 수준을 지적하고, 트레이스(502)는 약 4.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 신호 수준을 지적하고, 트레이스(503)는 약 8.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 신호 수준을 지적하고, 트레이스(504)는 약 16.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 신호 수준을 지적하고, 트레이스(505)는 약 32.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 신호 수준을 지적한다.
도 6은 일 실시양태에 따라 도 2의 예시적인 인광체 화합물에 대한 제 2 대역(즉, 약 1550 nm에서 중앙 대역) 내의 파장의 함수로서 방출 강도들을 예시하는 그래프(600)이다. 그래프(600)가 지적하는 바와 같이, 제 1 대역 내의 유의적 방출들은 광범위한 파장(예컨대, 약 1500 nm 내지 1610 nm)을 가로질러 존재한다. 트레이스(601)는 약 2.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 신호 수준을 지적하고, 트레이스(602)는 약 4.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 신호 수준을 지적하고, 트레이스(603)는 약 8.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 신호 수준을 지적하고, 트레이스(604)는 약 16.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 신호 수준을 지적하고, 트레이스(605)는 약 32.0원자% 에르븀으로 도핑된 YOS 호스트를 포함하는 인광체 화합물의 신호 수준을 지적한다.
도 7은 일 예시적인 실시양태에 따라 인광체 화합물(예컨대, 인광체 화합물(100), 도 1)을 제조하는 방법의 흐름도이다. 일반적으로, 일 실시양태에 따른 인광체 화합물은 당업계의 숙련자에게 공지되어 있는 다수의 통상의 방법들 중 임의의 것을 사용하여 생성될 수 있다. 일 실시양태에 따른 인광체 화합물의 생성은, 블록(702)에서 인광체 호스트 결정 격자 물질(예컨대, 호스트 결정 격자 물질(130), 도 1)과 방출 이온(예컨대, 하나 이상의 방출 이온(110), 도 1)의 조합을 준비하여서 예비 인광체 화합물을 형성하는 것을 포함한다. 일부 경우, 이는 고체 상태 화학을 사용하여 달성될 수 있다. 예를 들면, 인광체 화합물이 산화물 인광체인 경우, 이는 다양한 산화물을 방출 이온의 산화물과 정확한 비율로 조합시키는 것을 포함할 수 있다. 이들 산화물은 소정의 시간 동안 혼합 및 화염처리된다(fire). 다른 경우, 용액 화학 기술들이 사용될 수 있으며, 여기서 다양한 물질들이 용해되며, 후속적으로 침전된 후, 화염처리된다.
화합물을 생성시키는 데 사용된 특정 공정에 의존하여, 예비 인광체 화합물을 형성하는 데 있어서 호스트 결정 격자 물질과 방출 이온들의 조합에서 다른 물질들이 포함될 수 있다. 예를 들면, 다양한 플럭싱제(fluxing agent) 및 다른 전구체들이 예비 인광체 화합물 내에 포함될 수 있다.
블록(704)에서, 예비 인광체 화합물은 후처리되며, 이로 인해 발광성 인광체 화합물이 생성된다. 예를 들면, 후처리는 예비 인광체 화합물에 대해 화염처리; 어닐링; 현탁; 전구체 제거(예컨대, 플럭싱제 제거); 밀링; 침강; 및 음파처리와 같은 임의의 하나 이상의 공정들을 실시하는 것을 포함할 수 있다. 그 다음, 생성된 인광체 화합물은 그의 다양한 특성들이 구현될 수 있도록 다양한 물품들 중 임의의 것 내에 혼입될 수 있다. 예를 들면, 인광체 화합물은 물품 내에 혼입되어서 상기 물품을 인증하는 방식을 제공할 수 있다.
도 8은 일 예시적인 실시양태에 따라 물품(850)을 인증하기 위한 시스템(800)이다. 시스템(800)은 처리 시스템(802), 여기 방사선 발생기(804), 광학 필터(필터)(810, 812)와 연관되어 있는 다수의 방출된 방사선 광검출기("검출기")(806, 808), 광학 요소(814), 및 사용자 인터페이스(user interface)(818)를 포함한다. 처리 시스템(802)은 하나 이상의 프로세서 및 관련 회로를 포함할 수 있으며, 이는 물품(예컨대, 물품(850))을 인증하는 것과 연관되는 제어 및 분석 처리를 실행하도록 (예컨대, 실행 가능한 소프트웨어 알고리즘의 형태로) 구조화되어 있다.
일 실시양태에 따라, 처리 시스템(802)은 제어 신호들을 여기 방사선 발생기(804)에 제공하도록 구조화되며, 이로 인해 여기 방사선 발생기(804)가 여기 방사선(820)을 물품(850)의 영역(852)(예컨대, 인광체 화합물을 포함하는 인증 특징부가 그 안 또는 그 위에 위치되어야 하는 영역)을 향하도록 한다. 바람직하게는, 영역(852)은, 진짜 물품에 대해, 일관적으로 생성되고 농축되어 있는 진짜 인광체 화합물을 갖는 인증 특징부를 포함하는 영역(예컨대, 변이(variation)를 처리하는 데 있어서 상대적으로 확실한 영역)에 상응한다. 제어 신호들에서, 처리 시스템(802)은 발생되는 특정 여기 방사선과 연관되어 있는 다른 파라미터(예컨대, 강도 및/또는 기타 파라미터들) 및/또는 여기 방사선을 제공하는 타이밍(timing)(예컨대, 시작 시간, 중단 시간 및/또는 그 도중)을 특정화할 수 있다. 전형적으로, 여기 방사선의 대역폭은 여기 방사선 발생기(804)의 일부로서 포함되는 여기 소오스에 기초하여 미리 결정된다(예컨대, 선택된 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드에 의해 생성된 여기의 대역폭). 다양한 타이밍 및/또는 방사선 발생 파라미터들은 예컨대 데이터 저장(816)으로부터 검색될 수 있다. 여기 방사선 발생기(804)는 예컨대 하나 이상의 레이저, 레이저 다이오드, 발광 다이오드(LED), 백열(incandescent) 필라멘트, 램프 또는 다른 여기 소오스를 포함할 수 있다.
여기 방사선 발생기(804)를 제어하는 것과 덧붙여, 처리 시스템(802)은 방출된 방사선 검출기(806, 808)에 제어 입력을 제공하도록 구조화되어 있으며, 이로 인해 방출된 방사선 검출기(806, 808)가 적어도 일부의 여기 방사선(820)을 (간접적으로 또는 직접적으로) 흡수하는 것에 응답하여 물품(850)의 영역(852)에 의해 생성된 방출된 방사선(822, 824, 826)을 검출하도록 시도된다.
일 실시양태에 따라, 방출된 방사선(822)은 광학 요소(814)에 영향을 미치며(impinge), 이는 방출된 방사선(822)을 제 1 및 제 2 비임(824, 826)으로 분리시킨다. 제 1 비임(824)은 제 1 대역 내의 빛을 포함하고, 제 2 비임(826)은 상기 제 1 대역에 중첩되지 않고 이와 구분되는 제 2 대역 내의 빛을 포함한다. 광학 요소(814)는 제 1 비임(824)이 검출기들 중 하나(806)를 향하게 하고, 제 2 비임(826)이 다른 검출기(808)를 향하게 한다. 일 실시양태에 따라, 광학 요소(814)는 제 1 비임(824)을 반사시키고 제 2 비임(826)을 통과시키도록 구조화되어 있다. 예를 들면, 광학 요소(814)는 다색화장치(polychromator), 프리즘, 회절 그레이팅(diffraction grating), 박막 필터, 간섭 필터, 이색(dichroic) 필터, 이색 거울 및 이색 반사기로 이루어진 군으로부터 선택되는 요소일 수 있다. 이러한 광학 요소(814)에 대한 장점은 검출기(806, 808) 둘다가 물품(850)의 동일한 영역(852)으로부터 발하는 방출의 성분들을 동시에 수용할 수 있게 하는 것이며, 따라서 생성된 강도 측정들의 상호관계(correlation)가 최대화된다(maximize).
각각의 방출된 방사선 검출기(806, 808)는 예컨대 스펙트럼 필터(810, 812), 하나 이상의 전기-광학 센서, 광전증배관(photomultiplier tube), 애벌랜치 광다이오드(avalanche photodiode), 광다이오드, 전하-결합 디바이스, 전하-주입 디바이스, 사진 필름, 또는 다른 검출 디바이스를 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 각각의 방출된 방사선 검출기(806, 808)는 물품(850)과 광검출기 사이에 위치하는 스펙트럼 필터(810, 812)를 포함한다. 스펙트럼 필터(810, 812)는 이들이 검출기(806, 808)에 제공되기 전에 비임(824, 826)을 여과하도록 구조화되어 있어서, 오직 전체 스펙트럼의 하위대역 내의 방출된 방사선이 각각의 검출기(806, 808)의 활성 영역에 대해 실제적으로 영향을 미친다. 스펙트럼 필터(810, 812)는 예컨대 해당 스펙트럼 대역 내에서만 빛을 통과시키고 다른 모든 빛을 거부하도록 구조화되어 있는 다른 유형의 필터, 또는 밴드패스, 롱 패스(long pass)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 시스템(800)이 인광체, 예컨대 앞서 기재된 인광체 예들(예컨대, 에르븀 도핑된 YOS)을 포함할 수 있는 물품들을 인증하도록 구조화되어 있는 경우, 스펙트럼 필터(810, 812) 중 하나는 롱 패스 필터(예컨대, 1500 nm 롱 패스 필터)를 포함할 수 있고, 스펙트럼 필터(810, 812) 중 다른 것은 풀 위즈 앤 하프 맥시멈(Full Width at Half Maximum)(FWHM) 밴드패스 필터(예컨대, 980 nm 중앙의 20 nm FWHM 밴드패스 필터)를 포함할 수 있다.
각각의 검출기(806, 808)는 해당 스펙트럼 대역 내에서 감도를 가지며, 따라서 스펙트럼 대역 내에 존재하는 스펙트럼 필터(810, 812)를 통과하는 빛을 검출할 수 있다. 일 실시양태에 따라, 검출기(806, 808) 중 하나는 해당 제 1 대역(예컨대, 980 nm 또는 일부 다른 대역) 내의 방출된 방사선을 검출하도록 구조화되어 있고, 검출기(806, 808) 중 다른 것은 해당 제 2 대역(예컨대, 1550 nm 또는 일부 다른 대역) 내의 방출된 방사선을 검출하도록 구조화되어 있다. 검출기(806, 808)는 동일한 유형 또는 상이한 유형일 수 있다. 특정 실시양태에 따라, 검출기(806, 808)는 상이한 유형이다. 예를 들면, 검출기(806, 808) 중 하나는 실리콘 검출기를 포함할 수 있고, 검출기(806, 808) 중 다른 것은 인듐-갈륨-아르세나이드(InGaAs) 검출기(예컨대, 텔레콤(telecom) 유형 또는 연장된 InGaAs)를 포함할 수 있다. 해당 대역 내의 방출된 방사선을 검출할 수 있는 다른 유형의 검출기들이 다른 실시양태들에서 사용될 수 있다(예컨대, 리드-설파이드, 리드-셀레나이드, 게르마늄, 인듐-안디모나이드, 인듐-아르세나이드, 플래티넘-실리사이드, 인듐-안티모나이드 등). 대안적 실시양태에서, 단일 검출기가 사용될 수 있으며, 이는 해당 대역들 모두에서의 방출된 방사선을 검출할 수 있다. 이러한 실시양태에서, 광학 요소(814)는 시스템(800)으로부터 배제될 수 있다. 다른 대안적 실시양태에서, 2개 초과의 해당 대역에서 방출된 방사선을 검출하기 위해서 2개 초과의 검출기들이 사용될 수 있다. 이러한 실시양태에서, 뚜렷한 비임들이 다수의 검출기들을 향하게 하도록 다수의 광학 요소들이 사용될 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 각각의 검출기(806, 808)는 상기 검출기(806, 808)의 활성 영역에 대해 영향을 미치는 수거된 방사선의 강도에 비례하는 전자 신호를 생성시킨다. 더욱 구체적으로는, 각각의 검출기(806, 808)는 상기 검출기(806, 808)에 의해 수용된 방출된 방사선의 하위대역을 가로지르는 적분 강도를 나타내는 신호(예컨대, 하나 이상의 디지털화된 강도 값들)를 생성시킨다. 바람직하게는, 다수의 검출기(806, 808)가 시스템(예컨대, 도 8의 시스템(800))에 사용되는 경우, 동시적인 적분 강도 측정들이 더욱 확실하고 정확한 비교를 나타내기 때문에, 동시에 각 검출기(806, 808)에 의해 적분 강도의 값이 전자적으로 획득된다. 각각의 방출된 방사선 검출기(806, 808)는 하나 이상의 미리 선택된 간격으로(예컨대, t=0에서 시작한 후, 매 0.1밀리초마다 일정 간격으로) 강도 값들을 디지털화할 수 있다. 또한 각각의 방출된 방사선 검출기(806, 808)는 처리 시스템(802)에 정보를 제공하며, 이로 인해 방출된 방사선(822)의 스펙트럼 및 일시적 성질들이 특성화될 수 있다.
처리 시스템(802)은, 임의의 검출된 방사선의 일시적 및 스펙트럼 성질들이 "인증" 인광체 화합물(즉, 확인 및/또는 인증 목적을 위해 사용되는, 공지된 일시적 및 스펙트럼 성질들을 갖는 인광체 화합물)의 일시적 및 스펙트럼 성질들에 상응하는 지에 대해 결정하도록, 이러한 정보를 그의 수용에 따라 분석하도록 구조화되어 있다.
이후 더욱 상세하게 논의되는 바와 같이, 처리 시스템(802)은, 일 실시양태에서, 제 1 대역에서의 방출된 방사선의 제 1 적분 강도와 상기 제 1 대역을 중첩하지 않는 제 2 대역에서의 방출된 방사선의 제 2 적분 강도 사이의 산술적 관계를 나타내는 비교 값을 계산하도록 구조화되어 있다. 처리 시스템(802)은, 비교 값이 예측되고 미리 결정된 인증 파라미터(예컨대, 데이터 저장(816)에 저장됨)와 호의적으로 비교되는 지에 대해, 그리고 비교 값이 인증 파라미터와 호의적으로 비교되는 경우, 물품을 진짜인 것으로서 확인하도록 추가로 구조화되어 있다. 반대로, 비교 값이 인증 파라미터들과 호의적으로 비교되지 않는 경우, 처리 시스템(802)은 물품이 진짜가 아닌 것으로서 확인하도록 구조화되어 있다. 특정 실시양태에서, 비교 값은 제 1 적분 강도와 제 2 적분 강도 사이의 비율이며, 인증 파라미터들은 상기 비율이 물품에 대해 진짜인 것으로서 지정되도록 속해야 하는 비율의 범위를 지적하는 값들을 포함한다. 다른 실시양태들에서, 비교 값은 제 1 및 제 2 적분 강도들 사이의 여러 산술적 관계에 기초하여 계산된 값일 수 있다. 또다른 실시양태들에서, 비교 값은 여기 소오스(예컨대, 방출된 방사선(822))가 제거되거나 또는 턴오프된(turn off) 후의 한정된 시간에서 실제 강도들에 기초하여 계산된 값일 수 있다. 각각의 광학 필터(810, 812)와 검출기(806, 808)의 조합은 상응하는 파장 범위에 걸쳐 신호를 통합시킨다. 여기 소오스가 제거되거나 또는 턴오프된 후, 강도 값은 방출의 붕괴 성질들로 인해 감소한다. 측정 시간은 시스템(800)에 대해 고정된 채로 잔존하는 한, 진짜 물질에 대한 강도들의 비율은 상대적으로 일정하게 유지되어야 한다.
또한, 일 실시양태에서, 처리 시스템(802)은 검출된 방사선의 일시적 성질들이 다른 미리 한정된 인증 파라미터들과 호의적으로 비교되는 지에 대해 결정할 수 있다. 예를 들면, 처리 시스템(802)은 방출된 방사선의 붕괴 시간이 붕괴 시간 파라미터와 호의적으로 비교되는 지에 대해 결정할 수 있다. 붕괴 시간은 붕괴 시간 파라미터와 호의적으로 비교되지 않는 경우, 처리 시스템(802)은 물품이 진짜가 아닌 것으로서 확인할 수 있다.
검출된 방사선의 일시적 및 스펙트럼 성질들이 인증 인광체 화합물의 예측되고 미리 결정된 인증 파라미터들에 상응하는 경우, 처리 시스템(802)은 물품(850)이 진짜 물품으로서 확인하는 것과 연관된 일부 작용을 취할 수 있다. 예를 들면, 처리 시스템(802)은 사용자 인터페이스(818)에 신호를 이송할 수 있으며, 이로 인해 사용자 인터페이스(818)에 진위의 사용자-감지 가능한 표시(indication)(예컨대, 전시된 인디시아(indicia), 빛, 소리 등)를 생성시키고/시키거나, 처리 시스템(802)은 시스템(800)의 전송(routing) 성분(예시되어 있지 않음)이 물품(850)을 진짜 물품들에 할당된 경로 또는 bin을 향하여 전송시킬 수 있다. 대안적으로, 검출된 방사선의 일시적 및/또는 스펙트럼 성질들이 인증 인광체 화합물의 예측되고 미리 결정된 인증 파라미터들에 상응하지 않는 경우, 처리 시스템(802)은 물품(850)이 진짜가 아닌 물품으로서 확인하는 것과 연관된 일부 작용을 취할 수 있다. 예를 들면, 처리 시스템(802)은 사용자 인터페이스(818)에 신호를 이송할 수 있으며, 이로 인해 사용자 인터페이스(818)에 비-진위(non-authenticity)의 사용자-감지 가능한 표시(예컨대, 전시된 인디시아, 빛, 소리 등)를 생성시키고/시키거나, 처리 시스템(802)은 시스템(800)의 전송 성분(예시되어 있지 않음)이 물품(850)을 진짜가 아닌 물품들에 할당된 경로 또는 bin을 향하여 전송시킬 수 있다.
사용자 인터페이스(818)는, 사용자에 의해 시스템(800)에 입력을 제공하도록 조작될 수 있거나(예컨대, 키보드, 버튼, 터치스크린 등), 또는 처리 시스템(802)에 의해 사용자-감지 가능한 인디시아(예컨대, 디스플레이 스크린, 등(light), 스피커 등)를 생성시키도록 제어될 수 있는 다수의 성분들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 전술된 공정은 예컨대 사용자 인터페이스(818)와의 사용자의 상호작용을 통해 제공된 사용자 입력에 대응하여 시작될 수 있다. 대안적으로, 전술된 공정은 예컨대 여기 및 검출 공정들이 실시될 수 있는 위치에서 물품(850)이 위치하는 경우에 시스템(800)에 의해 자동적으로 시작될 수 있다.
도 9는, 일 예시적인 실시양태에 따라, 인광체 화합물을 포함할 수 있는 물품의 인증을 실시하기 위한 방법의 흐름도이다. 예를 들면, 도 9에 묘사된 방법의 실시양태들은 인증 시스템(예컨대, 인증 시스템(800), 도 8)에 의해 실시될 수 있다. 상기 방법은, 블록(902)에서, 인증되는 물품(예컨대, 물품(850), 도 8)이 인증 시스템에 의해 수용되는 경우 시작될 수 있다. 예를 들면, 물품은 인증 시스템의 적절한 리셉터클(receptacle) 내에서 수동적으로 위치될 수 있거나, 또는 물품은 리셉터클 내에 (예컨대, 분류(sorting) 또는 컨베이어(conveyor) 시스템에 의해) 자동적으로 전송될 수 있다.
블록(904)에서, 물품은 여기 방사선에 노출된다. 예를 들면, 물품은 (예컨대, 여기 윈도우 하에서) 여기 위치로 이동될 수 있고, 처리 시스템(예컨대, 처리 시스템(802), 도 8)은, 여기 방사선 발생기에 의해 여기 방사선이 물품을 향하게 하는 여기 방사선 발생기(예컨대, 여기 방사선 발생기(804), 도 8)에 제어 신호를 이송할 수 있다. 대안적으로, 여기 방사선 발생기는 연속적으로 여기 방사선을 제공할 수 있거나, 또는 여기 방사선은 조정될 수 있다.
블록(906)에서, 물품으로의 여기 방사선의 제공은 중단된다. 이는 여기 방사선을 (예컨대, 물품이 정지상으로 잔존할 수 있고 여기 방사선이 펄싱되는 시스템에서) 턴오프시킴으로써, 또는 (예컨대, 검출 윈도우 하에서) 여기 방사선이 가해지는 영역으로부터 검출 위치까지 물품을 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 대안적 실시양태에서, 여기 방사선의 제공은 시스템이 이후 기재되는 검출 공정을 실시하는 동안 계속될 수 있다.
블록(908)에서, 인증 시스템은 물품으로부터 다수의 대역들 내에서의 방출된 방사선을 검출한다(예컨대, 방출된 방사선 검출기(806, 808)에 의해, 도 8). 검출은 하나 이상의 검출 간격으로 실시될 수 있으며, 이는 물품을 향하는 여기 방사선의 이동(direction)이 중단되는 시간부터 측정된다. 일 실시양태에 따라, 시스템은 제 1 대역 및 제 2 대역에서 방출된 방사선을 검출하도록 구조화되어 있지만, 상기 시스템은 물론 2개 초과의 대역들에서 방출된 방사선을 검출하도록 구조화되어 있다.
블록(910)에서, 다수의 대역들 내에서의 검출된 방출된 방사선의 강도들을 정량화하는 정보가 분석된다(예컨대, 처리 시스템(802)에 의해, 도 8). 일 실시양태에서, 다수의 대역들에서 방출된 방사선의 강도들 사이의 산술적 관계가 계산된다. 특정 실시양태에서, 산술적 관계는 비율이며, 비교 값(C)은 하기 식에 따라 계산될 수 있다.
C = I B1 / I B2 , (식 1)
상기 식에서,
I B1 은 제 1 대역에서 측정된 적분된 방출 강도(또는 여기가 제거된 후 미리 결정된 시간에서 측정된 절대 강도)이고,
I B2 은 제 2 대역에서 측정된 적분된 방출 강도(또는 여기가 제거된 후 미리 결정된 시간에서 측정된 절대 강도)이다.
다른 실시양태에서, 비교 값은 여기 방사선의 중단 후의 다수의 시간에서 검출된 다수의 방출된 방사선 강도들에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 평균 강도는 각 대역에 대해 계산될 수 있고, 비교 값은 평균 강도들의 비율일 수 있다. 대안적으로, 대역들 내의 강도들의 비율은 각 다수의 검출 시간들에 대해 계산될 수 있고, 비교 값은 상기 비율들의 평균일 수 있다. 다른 실시양태에서, 다른 산술적 관계가 사용될 수 있으며, 이는 변수로서 다수의 강도 측정치를 포함한다. 선택된 산술적 관계는 다른 요인들과 함께 인증되는 인광체 화합물의 방출 특성들에 의존적일 수 있다. 예를 들면, 특정 인광체 화합물에 대하여, 하나의 대역에서의 방출은 다른 대역에서의 방출들과 비교되는 경우 매우 급속하게 붕괴한다면(예컨대, 방출이 작은 시간 상수를 갖는다면), 강도들 사이의 비율은 작은 시간 증분들에 걸쳐서 비율에서의 급속한 증가를 회피하도록 계산기(numerator)에서의 급속한 붕괴 방출을 특징으로 하는 값을 가질 수 있다. 일 실시양태에 따라, 검출 시스템(예컨대, 시스템(800), 도 8)에 대한 획득은 목적하는 비율이 일체적으로 (또는 일부 다른 목적하는 값으로) 설정되도록 설정될 수 있다. 이러한 실시양태에서, 비율에서의 변이는 상대적으로 검출하기 용이할 수 있고, 작은 측정 오류들로 인해 큰 편차를 초래하지 않을 수 있다.
일 실시양태에 따라, 방출된 방사선의 분석은 또한 하나 이상의 대역 내의 방출된 방사선의 붕괴 시간을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시양태에서, 붕괴 시간(들)은 다수의 시간들에서(예컨대, t=0, t=0.1밀리초 등) 방출된 방사선의 검출된 강도들에 기초하여 결정될 수 있다. 여기 방사선의 제거시, 방출의 강도는 시간 경과에 따라 붕괴하며, 방출 이온에 대한 붕괴의 속도는 붕괴 시간 상수를 그 특징으로 할 수 있다. 예를 들면, 방출 강도에서의 단순 지수(simple exponential) 붕괴에 있어서, 붕괴 시간 상수는 식에서 상수(τ)로 표시될 수 있다.
I(t) = I 0 e -t/τ , (식 2)
상기 식에서,
t는 시간이고,
I(t)는 시간(t)에서의 방출 강도이고,
I 0 는 t=0에서의 방출 강도이다(예컨대, t=0은 방출된 방사선의 제공이 중단되는 경우에 상응할 수 있다).
비록 일부 인광체 화합물의 방출 강도가 상기 단순 지수 식에 따라 붕괴할 수 있지만, 다른 인광체 화합물의 방출 강도는 다수의 지수 붕괴에 의해 영향을 받을 수 있다(예컨대, 붕괴에 영향을 미치는 다수의 메커니즘이 존재하는 경우). 일부 경우, 인광체 화합물은 특히 에너지 전달이 메커니즘의 일부인 경우 단순 단일 지수 붕괴를 나타낼 수 없다.
블록(912)에서, 비교 값은 하나 이상의 인증 파라미터들로 비교된다. 예를 들면, 인증 파라미터들은 하한치, 상한치, 범위 등을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로는, 비교 값이 제 1 및 제 2 대역에서 방출 강도들의 비율들의 범위인 일 실시양태에서, 인증 파라미터들은 비율의 범위를 한정하는 상한치와 하한치를 포함할 수 있다. 이 경우, 인증 파라미터들과의 비교 값의 호의적인 비교(favorable comparison)는, 방출 강도들의 비율(블록(908)으로부터의 계산된 비교 값)이 비율들의 범위 내에 속하는 비교이다(즉, 비율은 하한치보다 크고 상한치보다 작다). 반대로, 인증 파라미터들과의 비교 값의 호의적이지 않은 비교(unfavorable comparison)는, 방출 강도들의 비율이 하한치보다 작거나 상한치보다 큰 비교이다. 비교 값을 평가하는 것에 덧붙여, 붕괴 시간이 특정 인광체 화합물에 대한 특정화된 범위 내에 속하는 지에 대해 결정할 수 있다.
블록(914)에서, 비교 값이 인증 파라미터들과 호의적으로 비교되는 지에 대해 결정되는 경우(그리고, 선택적으로는, 붕괴 시간 상수는 수용 가능한 붕괴 시간들의 범위와 호의적으로 비교되는 경우), 시스템은 물품을 "진짜인" 것으로서 확인할 수 있고, 블록(914)에서 상응하는 작용을 취할 수 있다. 예를 들면, 시스템은 진위의 사용자-감지 가능한 표시를 생성시킬 수 있고/있거나 시스템의 전송 성분이 진짜 물품들에 할당된 경로 또는 bin을 향해 물품을 전송시킬 수 있게 한다. 대안적으로, 비교 값이 인증 파라미터들과 호의적이지 않은 것으로 비교되는 지에 대해 결정되는 경우(그리고, 선택적으로는, 붕괴 시간 상수는 수용 가능한 붕괴 시간들의 범위와 호의적이지 않은 것으로 비교되는 경우), 시스템은 물품을 "진짜가 아닌" 것으로서 확인할 수 있고, 블록(918)에서 상응하는 작용을 취할 수 있다. 예를 들면, 시스템은 비-진위의 사용자-감지 가능한 표시를 생성시킬 수 있고/있거나 시스템의 전송 성분이 진짜가 아닌 물품들에 할당된 경로 또는 bin을 향해 물품을 전송시킬 수 있게 한다.
도 10은 일 예시적인 실시양태에 따라 인광체-함유 물질을 포함하는 물품(1000)의 단면도를 묘사한다. 예를 들면, 물품(1000)의 일 실시양태는 함침된 및/또는 표면-적용된 인증 특징부(1010, 1020)를 포함할 수 있고/있거나, 물품(1000)은 물품(1000)의 하나 이상의 성분들 내에 균일하게 또는 비균일하게 분산되어 있는 인광체 입자(1030)를 포함할 수 있다(예컨대, 기재(1002) 및/또는 물품(1000)의 하나 이상의 층 또는 다른 성분들 내). 인증 특징부(1010, 1020)와 입자(1030)의 다양한 상대적 치수들은 도 10에서 비례적이지(scale) 않을 수 있다. 물품(1000)이 함침된 및/또는 표면-적용된 인증 특징부(1010, 1020) 및 입자(1030) 둘다를 포함하는 것으로 예시될지라도, 함침된 인증 특징부, 표면-적용된 인증 특징부 및 분산된 인광체 입자들 중 하나 또는 이들의 조합을 다른 물품이 포함할 수 있다. 최종적으로, 함침된 인증 특징부(1010, 1020) 중 단지 하나만이 도 10에 제시될지라도, 물품은 하나 초과의 인증 특징부(1010, 1020)를 포함할 수 있다.
물품(1000)은 기재(1002)를 포함하며, 이는 견고하거나 가소성일 수 있고, 이는 다양한 실시양태에서 하나 이상의 층들 또는 성분들로부터 형성될 수 있다. 다양한 실시양태들의 인광체 화합물들이 여러 유형의 물품의 거대한 배열과 함께 사용될 수 있으므로, 기재(1002)의 다양한 구조형태는 너무 다양하여서 언급할 수 없다. 따라서, 단순한 일체형 기재(1002)가 도 10에 예시될지라도, 기재(1002)는 다양한 여러 구조형태들 중 임의의 것을 가질 수 있는 것으로 이해된다. 또한, 본원에서 동적이지 않은(inanimate) 고체 물품들이 논의되고 있지만, "물품"은 또한 인간, 동물, 생체학적 표본, 액체 샘플, 및 궁극적으로 일 실시양태의 인광체 화합물이 그 안 또는 그 위에 포함될 수 있는 임의의 다른 개체 또는 물질을 포함할 수 있는 것으로 이해된다.
함침된 인증 특징부(1010)는 일 실시양태의 인광체 화합물이 그 안 또는 그 위에 포함되는 하나 이상의 견고한 또는 가소성 물질들을 포함한다. 예를 들면, 함침된 인증 특징부(1010)는 별개의 견고한 또는 가소성 기재, 보안 트레드(security thread) 또는 다른 유형의 구조의 형태로 구조화될 수 있다. 다양한 실시양태에 따라, 함침된 인증 특징부(1010)는 기재(1002)의 두께(1004)까지의 약 1마이크론의 범위로 두께(1012)를 가질 수 있고, 함침된 인증 특징부(1010)는 기재(1002)의 폭과 길이보다 작거나 또는 이와 동일한 폭과 길이를 가질 수 있다.
표면-적용된 인증 특징부(1020)는 예컨대 일 실시양태의 인광체 화합물이 그 안 또는 그 위에 포함되는 하나 이상의 견고한 또는 가소성 물질들을 포함하는 인증 특징부 또는 인쇄된 인증 특징부일 수 있다. 예를 들면, 표면-적용된 인증 특징부(1020)는 앞서 기재된 바와 같이 인광체 화합물을 포함하는 잉크, 안료, 코팅 또는 도료를 포함할 수 있다. 다르게는, 표면-적용된 인증 특징부(1020)는 인광체 화합물이 그 안 또는 그 위에 포함되는 하나 이상의 견고한 또는 가소성 물질들을 포함할 수 있으며, 여기서 기재는 이어서 접착되거나 또는 달리 물품 기재(1002)의 표면에 부착된다. 다양한 실시양태에 따라, 표면-적용된 인증 특징부(1020)는 약 1마이크론 이상의 두께(1012)를 가질 수 있고, 표면-적용된 인증 특징부(1020)는 기재(1002)의 폭과 길이보다 작거나 또는 이와 동일한 폭과 길이를 가질 수 있다.
인광체 입자(1030)는 도 10에 제시된 바와 같이 기재(1002) 내에 또는 다른 실시양태들에서 물품(1000)의 하나 이상의 성분들 내에(예컨대, 물품의 하나 이상의 층들 또는 다른 성분들 내에) 균일하게 또는 비균일하게 분산될 수 있다. 인광체 입자(1030)는, 예컨대 입자(1030)를 기재(1002)를 위한 베이스 물질(예컨대, 종이 펄프, 플라스틱 베이스 수지 등) 또는 다른 성분 내에 혼합시킴으로써, 및/또는 기재(1030)의 콜로이드성 분산액으로 기재(1002) 또는 다른 성분을 함침시킴으로써 기재(1002) 또는 다른 성분 내에 분산될 수 있다. 함침은 예컨대 인쇄, 침지(dripping) 또는 분사 공정에 의해 실시될 수 있다. 인광체 입자(1030)는 일 실시양태에서 1 마이크론 내지 20 마이크론의 범위로 입자 크기를 가질 수 있지만, 인광체 입자(1030)는 물론 상기 주어진 범위보다 작거나 또는 클 수 있다.
다양한 실시양태에서, 물품(1000)은 신분증(identification card), 운전면허증, 패스포트, 신분증빙서류(identity paper), 지폐, 수표, 서류, 종이, 주식 증서, 포장 성분, 신용카드, 은행카드, 라벨, 봉인(seal), 우표, 액체, 인간, 동물 및 생체 샘플을 포함하지만 이에 국한되지 않은 군으로부터 임의 유형의 물품일 수 있다. 기재(1002)는 다양한 유형의 기재일 수 있고, 종이, 중합체, 유리, 금속, 텍스타일(textile) 및 섬유를 포함하지만 이에 국한되지 않는 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함한다.
발광성 인광체 화합물들 및 이들이 혼입되어 있는 물품을 인증하기 위한 방법과 장치의 다양한 실시양태들이 앞서 기재되었다. 방법과 장치가 사용되는 인광체 화합물의 실시양태들은 다수의 방출 하위대역을 특징으로 하는 도판트(예컨대, 치환된 방출 이온)를 포함한다. 바람직하게는, 도핑 농도는 방출 하위대역들 사이의 안정한 비율을 생성시키도록 인광체 성장 공정에서 잘 제어될 수 있다. 일 실시양태에 따라, 스펙트럼 방출은 여러 유형의 검출기가 각 해당 스펙트럼 방출을 검출하는 데 사용될 수 있도록 상대적으로 멀리 이격되어 있다. 이러한 실시양태는 상대적으로 확실하게 인증하는 인광체 화합물들의 생성을 용이하게 할 수 있는 데, 이는 통상의 검출기는 여러 방출 이온 농도를 갖는 화합물들 사이의 차별화가 불가능하기 때문이다. 따라서, 신뢰적인 도핑 농도를 갖는 인광체 화합물을 생성시키고자 하는 시도들이 성공적이지 못하였다. 또한, 성장 공정이 붕괴 시간 상수에 유의적으로 영향을 미칠 수 있기 때문에, 성장 공정도 또한 비율 판독에 영향을 미칠 수 있다. 이는, 인광체 화합물의 확실성(robust)에 대해 신뢰적 도판트 수준을 부가하는 것일 뿐만 아니라, 잘 제어된 및/또는 신뢰적인 성장 공정 이외의 성장 공정의 사용이 동일한 비율 판독을 생성시키는 인광체 화합물을 생성시킬 수 없다는 것을 의미한다.
인광체 화합물의 일 실시양태에 발색단 함유 잉크와 같은 담체 내에 함유되는 경우, 잉크의 흡수도는 신호의 비율을 변화시킬 수 있고, 잉크의 효과는 인증 공정에 영향을 미칠 수 있다(account for). 인광체 화합물이 종이 또는 다른 매개체 내에 포함되는 경우, 유사한 효과들이 발생할 수 있다.
다양한 실시양태들의 장점은, 제조 공정(및 상기 공정와 연관된 품질 보증)이 인광체 화합물의 구성 및 제조 공정에 관한 상세한 정보에 접근하지 않고서 달성하기 곤란한 방출 비율을 갖는 인광체 화합물을 생성시킬 수 있다는 것이다. 앞서 상세하게 기재된 바와 같이, 미리 한정된 농도에서의 단일 방출 이온의 사용은 예측 가능한 방출 강도 비율을 생성시킨다. 공정은 또한 첫번째까지의(to first order) 혼합 편차와 입자 크기 분포에 대해 확실한 것이다. 반면, 이중(dual) 유형의 taggant 시스템은 더 쉽게 오류가 발생된다.
또한, 일 실시양태에 따라 단일 방출된 비임의 성분들의 단일 여기 소오스 및 분석의 사용은 더욱 확실한 인증을 제공하는 데, 이는 에너지가 균일하고 재생산 가능한 방식으로 전자 매니폴드(manifold)를 통해 흐르기 때문이다. 이는 소오스의 변하는 여기 수준과 스펙트럼 드리프트(drift)로 인한 오류를 실질적으로 제거할 수 있다. 이러한 오류는 신호 비율 방법을 통해 제거되는 단일 규모 변화만을 초래한다.
적어도 하나의 예시적인 실시양태가 상기 상세한 설명에서 제시되었지만, 다수의 변화가 존재하는 것으로 이해되어야 한다. 예시적인 실시양태 또는 예시적인 실시양태들은 오직 예시적이며, 어떠한 방식으로도 본 발명의 범위, 적용성 또는 구성을 제한하고자 하는 것은 아님이 또한 이해되어야 한다. 오히려, 상기 상세한 설명은 발명의 예시적인 실시양태를 실행하기 위한 편의적인 로드맵(road map)을 당업계 숙련자에게 제공할 것이며, 이는, 첨부된 특허청구범위에 개시된 발명의 범위 및 그들의 법적 등가물들로부터 벗어나지 않고서, 예시적인 실시양태에서 기재된 요소들의 기능과 배열에서 다양한 변화가 가능함이 이해되어야 한다.
Claims (10)
- 물품을 인증하기 위한 방법으로서,
상기 물품의 영역을 여기 방사선에 노출시키는 단계;
제 1 대역(band)에서 및 상기 제 1 대역을 중첩하지 않는 제 2 대역에서 상기 물품의 영역으로부터 방출된 방사선을 검출하는 단계로서, 상기 제 1 대역은 방출 이온의 제 1 방출 하위대역(sub-band)과 부합하고, 상기 제 2 대역은 방출 이온의 제 2 방출 하위대역과 부합하는 단계;
상기 제 1 대역에서의 방출된 방사선의 제 1 강도와 상기 제 2 대역에서의 방출된 방사선의 제 2 강도 사이의 산술적 관계(mathematical relationship)를 나타내는 비교 값을 계산하는 단계; 및
상기 비교 값이 인증 파라미터와 호의적으로 비교되는 지를 결정하는 단계
를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제 1 강도가 상기 제 1 대역에서의 제 1 적분 강도(integrated intensity)이고,
상기 제 2 강도가 상기 제 2 대역에서의 제 2 적분 강도인 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 노출 단계 후,
제 1 시간에서 상기 여기 방사선의 제공을 중단하는 단계로서, 상기 방출된 방사선의 검출을 여기 방사선의 제공을 중단한 후에 실시하는 단계
를 추가로 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제 1 대역과 제 2 대역이, 크로뮴, 망가니즈, 코발트, 니켈, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 사마륨, 유로퓸, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨 및 이테르븀으로 이루어진 원소들의 군으로부터 선택된 원소의 단일 이온의 방출 대역들과 상응하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제 1 대역과 제 2 대역이, 옥사이드, 플루오라이드, 옥시설파이드, 할라이드, 보레이트, 실리케이트, 갈레이트, 포스페이트, 바나데이트, 옥시할라이드, 알루미네이트, 몰리브데이트, 텅스테이트, 가르네트 및 니오베이트로 이루어진 군으로부터 선택된, 호스트 결정 격자 물질 내로의 치환 후의 단일 이온의 방출 대역들과 상응하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 방출된 방사선을 검출하는 단계가,
상기 방출된 방사선을, 상기 제 1 대역 내의 빛을 포함하는 제 1 비임(beam)과 상기 제 2 대역 내의 빛을 포함하는 제 2 비임으로 분리시키는 단계;
상기 제 1 비임으로부터 상기 제 1 강도를 검출하는 단계; 및
상기 제 2 비임으로부터 상기 제 2 강도를 검출하는 단계
를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 방출된 방사선을 검출하는 단계가,
상기 방출된 방사선을, 상기 제 1 대역 내의 빛을 포함하는 제 1 비임과 상기 제 2 대역 내의 빛을 포함하는 제 2 비임으로 분리시키는 단계;
상기 제 1 비임을 제 1 필터로 여과시켜서 제 1 여과된 비임을 생성시키는 단계;
상기 제 2 비임을 제 2 필터로 여과시켜서 제 2 여과된 비임을 생성시키는 단계;
상기 제 1 여과된 비임으로부터 상기 제 1 강도를 검출하는 단계; 및
상기 제 2 여과된 비임으로부터 상기 제 2 강도를 검출하는 단계
를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 비교 값이 인증 파라미터와 호의적으로 비교되는 지를 결정하는 단계가,
상기 비교 값이 하한치와 상한치에 의해 한정된 범위 내에 속하는 지를 결정하는 단계;
상기 비교 값이 상기 범위 내에 속하는 경우, 상기 비교 값이 인증 파라미터와 호의적으로 비교된다고 결정하는 단계로서, 여기서 물품을 진짜인(authentic) 것으로서 확인하는 것을 추가로 포함하는 단계; 및
상기 비교 값이 상기 범위 외에 속하는 경우, 상기 비교 값이 인증 파라미터와 호의적으로 비교되지 않는다고 결정하는 단계로서, 여기서 물품을 진짜가 아닌(unauthentic) 것으로서 확인하는 것을 추가로 포함하는 단계
를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 방출된 방사선의 붕괴 시간(decay time)이 붕괴 시간 파라미터와 호의적으로 비교되는 지를 결정하는 단계; 및
상기 붕괴 시간이 붕괴 시간 파라미터와 호의적으로 비교되지 않는 경우, 물품을 진짜가 아닌 것으로서 확인하는 단계
를 추가로 포함하는 방법.
- 물품을 인증하기 위한 장치로서,
여기 방사선을 상기 물품의 영역을 향하도록 구조화된 여기 방사선 발생기;
제 1 대역에서 상기 물품의 영역으로부터 방출된 방사선을 검출하도록 구조화되되, 상기 제 1 대역은 방출 이온의 제 1 방출 하위대역과 부합하는 제 1 방출된 방사선 검출기;
상기 제 1 대역에 중첩하지 않는 제 2 대역에서 상기 물품의 영역으로부터 방출된 방사선을 검출하도록 구조화되되, 상기 제 2 대역은 방출 이온의 제 2 방출 하위대역과 부합하는 제 2 방출된 방사선 검출기; 및
상기 제 1 대역에서의 방출된 방사선의 제 1 강도와 상기 제 2 대역에서의 방출된 방사선의 제 2 강도 사이의 산술적 관계를 나타내는 비교 값을 계산하여서, 상기 비교 값이 인증 파라미터와 호의적으로 비교되는 지를 결정하도록 구조화된 처리 시스템
을 포함하는 장치.
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