KR20170105101A - 물리적 엔티티의 인증에 대한 개선 방법 - Google Patents

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Abstract

인증 디바이스(20)는 실질적인 2차원 재료(14)의 하나 이상의 플레이크(flake)를 포함한다. 실질적인 2차원 재료(14)의 하나 이상의 플레이크는 작동 영역(operative area) 내의 위치에 따라 변화하는 특성을 갖는 전자기 방사선을 비공진 광발광에 의해 방출하도록 구성되는 작동 영역을 구비한다.

Description

물리적 엔티티의 인증에 대한 개선 방법
본 발명은 예를 들어 인증 디바이스를 이용한, 통화 또는 상품 등의 물리적 엔티티의 인증에 관한 것이다.
통화 또는 상품 등의 물리적 엔티티의 인증을 위해 종래 수많은 기법이 제안되었으며, 여기에는 예를 들면 인증 마크와 같은 홀로그램 또는 자외선 워터마크의 이용이 포함된다. 그러나, 이러한 기법은 복제에 비교적 취약하다는 점이 밝혀졌으며, 이에 의해 인증 마크의 효과가 무색하게 되고 위조 통화 또는 상품이 진품으로 통하게 되었다. 추가적으로 제안된 기법은 구하기 어렵거나 제조하기 어려운 재료로 형성되는 인증 마크에 의존하였지만, 관련 재료를 획득할 수 있다면 이러한 인증 마크도 여전히 복제될 수 있다. 나아가, 미크론 스케일의 제조 기법이 점점 더 저렴해지고 있기 때문에, 종래 제조하기 어려웠던 수많은 인증 마크는 위조하기 더 쉬워지고 있다.
물리적 복제 방지(PUF)는 감정 및 제조하기는 쉽지만 제조 프로세스가 알려진 경우에도 예측 및 복제하기는 어려운 물리적 구조이다. PUF는 시도-응답(challenge-response) 인증 프로토콜을 이용하여 작동될 수 있다. 특히, 물리적 자극(즉, 시도)이 PUF에 가해질 때, PUF는 자극과 이러한 PUF의 물리적 구조의 상호작용으로 인하여 예측불가능한(그러나 반복가능한) 방식으로 반응(즉, 응답)한다. 따라서, PUF는 PUF의 구조를 드러내지 않고 PUF의 구조의 직접적인 결과인 응답에 의해 인증될 수 있고, 이로써 PUF는 복제에 저항성이 생긴다(즉, 복제 방지).
그러므로 물리적 복제 방지는 상품의 인증을 위한 유망한 접근법을 제공한다. 그러나, 물리적 엔티티의 인증을 위한 종래 PUF의 이용은, 예를 들면 제조 및/또는 인증 프로세스의 복잡성으로 인하여, 전적으로 만족스러운 것은 아니다.
보안 목적으로 광발광 효과를 이용하는 방법이 US 2012/168,506에 공지되어 있으며, 이러한 문헌은 하나 이상의 3차원 물체를 각각 포함하는 일정 범위의 디바이스로부터 공진 광학 모드를 이용하는 방법을 개시한다. 이러한 방법의 단점으로는, 디바이스 제조의 복잡성, 견고성 부족, 그리고 주변환경에 대한 연관된 민감성 등이 있다.
앞서 살펴본 단점 및/또는 종래 기술과 연관된 여타 단점을 극복하거나 실질적으로 완화시키는 인증 디바이스 및 인증 방법을 이제 제안한다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 인증 디바이스가 제시되는데, 이러한 인증 디바이스는 작동 영역(operative area) 내의 위치에 따라 변화하는 특성을 갖는 전자기 방사선을 비공진 광발광에 의해 방출하도록 구성되는 작동 영역을 구비하는, 실질적인 2차원 재료의 하나 이상의 플레이크(flake)를 포함한다.
본 발명의 추가적인 양태에 따르면, 인증 방법이 제시되는데 이러한 방법은:
(a) 본 발명에 따른 따른 인증 디바이스를 제공하는 단계;
(b) 입사 전자기 방사선으로 인증 디바이스의 작동 영역 중 적어도 일부를 조사(irradiate)하여, 비공진 광발광에 의해, 작동 영역 내의 위치에 따라 변화하는 특성을 갖는 전자기 방사선이 방출되도록 하는 단계;
(c) 방출된 전자기 방사선을 감지하는 단계; 및
(d) 감지된 전자기 방사선으로부터 인증 맵을 제공하여 인증을 가능하게 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가적인 양태에 따르면, 본 발명에 따른 인증 디바이스를 포함하는 인증 장치가 제공되며, 입사 전자기 방사선으로 인증 디바이스의 작동 영역 중 적어도 일부를 조사하여, 비공진 광발광에 의해 작동 영역 내의 위치에 따라 변화하는 특성을 갖는 전자기 방사선이 방출되도록 하기 위한 수단; 방출된 전자기 방사선을 감지하기 위한 수단; 및 감지된 전자기 방사선으로부터 인증 맵을 제공하여 인증을 가능하게 하기 위한 수단을 포함한다.
본 발명의 제1 양태에 따른 디바이스, 장치 및 방법은, 방출된 전자기 방사선이 연관된 물품을 위한 고유한 인증 맵을 제공할 수 있고 이러한 고유한 인증 맵이 물품이 진품인지 검증하는데 이용될 수 있으므로 유리할 수 있다. 특히, 방출된 전자기 방사선은 입사 전자기 방사선에 의한 여기(excitation) 시에 2차원 재료의 비공진 광발광에 의해 생성되므로, 방출된 전자기 방사선의 특성, 따라서 인증 맵의 형태를 결정하는 것은 2차원 재료의 밴드 구조이다. 2차원 재료의 밴드 구조는 원자 스케일에서 2차원 재료의 구조에 고도로 의존하므로, (불가능하진 않다고 하더라도) 복제된 디바이스에서 인증 맵을 모사하기가 어려워진다.
비공진 광발광의 이용은 또한, 인증 맵을 판독하는데 이용되는 입사 전자기 방사선과 방출된 전자기 방사선이 쉽게 구별될 수 있게 하여 디바이스의 인증을 위해 적어도 하나의 고유한 2차원 맵을 용이하면서도 효율적으로 검출할 수 있게 한다는 점에서 유리할 수 있다. 더욱이, 비공진 발광은 방출된 전자기 방사선의 세기가 입사 전자기 방사선의 세기에 선형적으로 의존한다는 점에서 선형 프로세스이며, 따라서 비교적 낮은 세기의 입사 전자기 방사선이 이용될 수 있어, 인증 프로세스의 비용과 복잡성을 줄이게 된다.
2차원 재료는 통상적으로 비교적 약한 광 산란 특성을 가지기 때문에 2차원 재료의 이용은 또한 유리할 수 있다. 따라서, 2차원 재료는 통상적인 동작 조건 하에서 육안으로는 실질적으로 보이지 않을 수도 있다. 이는 외관이 중요한 물품, 예컨대 고가의 소비자 상품에 디바이스를 통합시키고자 하는 경우 유리할 수 있다. 나아가, 2차원 재료에 의해 방출된 전자기 방사선의 세기는 충분히 약할 수 있고, 및/또는 방출된 전자기 방사선의 파장의 대역은 충분히 좁을 수 있어, 방출된 전자기 방사선은 충분한 감도의 검출기 및/또는 올바른 필터 없이는 감지될 수 없게 된다.
본 발명의 추가적인 양태에 따르면, 인증 디바이스가 제시되는데 이러한 인증 디바이스는, 입사 전자기 방사선에 의한 여기 시에, 작동 영역 내의 위치에 따라 변화하되 입사 전자기 방사선의 대응하는 특성과는 상이한 특성을 갖는 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 작동 영역을 구비하는, 실질적인 2차원 재료의 하나 이상의 플레이크를 포함한다.
본 발명의 추가적인 양태에 따르면, 인증 디바이스가 제시되는데 이러한 인증 디바이스는, 입사 전자기 방사선에 의한 여기 시에, 작동 영역 내의 위치에 따라 변화하는 특성을 가지고 입사 전자기 방사선에 선형적으로 의존하는 세기를 갖는 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 작동 영역을 구비하는, 실질적인 2차원 재료를 포함하며, 실질적인 2차원 재료는 이러한 재료의 적어도 하나의 플레이크를 포함한다.
"실질적인 2차원 재료"란, 예를 들어 2차원 평면 내로 그리고 2차원 평면으로부터 전자의 이동이 양자 역학적 효과에 의해 통제되도록 수 나노미터 정도의 두께를 갖는 재료를 의미한다.
"고유한"이라는 용어는, 적어도 통계학적으로 동일한 인증 맵이 무작위로 생성될 개연성이 낮은 정도로 특이한 것을 의미한다.
비공진 광발광에서, 실질적인 2차원 재료는 특정 파장 또는 선택된 집합 또는 일정 대역의 파장의 광자를 흡수할 수 있고, 이에 의해 전자가 가전자대에서 전도대로 상승하게 된다. 전자가 전도대로부터 가전자대로 하강할 때 전자는 정공과 재결합하여 실질적으로 밴드 갭의 에너지에 대응하는 파장을 갖는 광자가 방출된다.
전자기 방사선이 방출되는 작동 영역 내의 위치에 따라 변화하는 전자기 방사선의 특성은, 예를 들면 파장(또는 주파수) 또는 편광일 수 있다.
실질적인 2차원 재료는 0이 아닌 밴드 갭을 갖고 비공진 광발광이 가능한 임의의 재료일 수 있다. 실질적인 2차원 재료는 직접 밴드 갭 재료(direct band gap material)일 수 있거나 간접 밴드 갭 재료일 수 있다. 2차원 재료는 바람직하게는 직접 밴드 갭 재료이다. 2차원 재료는 고체 상태에 있을 수 있고 인증 디바이스는 솔리드 스테이스 디바이스일 수 있다.
방출된 전자기 방사선의 파장은 2차원 재료의 밴드 갭에 대응할 수 있고, 예를 들면 실질적인 2차원 재료의 비공진 광발광에 의해 방출된 광자가 작동 영역 내의 연관된 위치에서 2차원 재료의 밴드 갭 에너지에 실질적으로 대응하는 에너지를 가질 수 있다.
인증 맵은, 바이너리 인증 맵을 생성하도록, 단일 파장 또는 편광, 또는 단일한 대역의 파장 또는 편광의 전자기 방사선을 검출함으로써 제공될 수 있다. 대안으로서 인증 맵은, 다층(multi-layered) 인증 맵을 생성하도록, 복수의 구별되는 파장 또는 편광의 전자기 방사선 또는 복수의 구별되는 대역의 파장 또는 편광의 전자기 방사선을 검출함으로써 제공될 수 있다.
2차원 재료의 밴드 갭은 실질적인 2차원 재료의 작동 영역에 걸쳐 공간적으로 변화할 수 있다. 예를 들면, 실질적인 2차원 재료의 밴드 갭은: 격자 결함, 에지 불량, 2차원 재료의 형상 및/또는 크기, 2차원 재료의 기하학적 구조, 및 디바이스의 다른 층들과의 2차원 재료의 상호작용 중 임의의 것으로 인해 변화할 수 있다. 따라서 밴드 갭의 공간적인 변화에 의해 복잡한 인증 맵이 생성되어 복제에 대한 디바이스의 저항성을 높일 수 있다.
실질적인 2차원 재료의 밴드 갭은 0 eV 내지 4 eV 범위일 수 있다. 실질적인 2차원 재료의 밴드 갭은 재료에 걸쳐 0 eV 내지 4 eV 범위 내에서 변화할 수 있다. 따라서, 2차원 재료는 가시 또는 적외선 스펙트럼 내의 전자기 방사선을 방출할 수 있다.
실질적인 2차원 재료는 입사 전자기 방사선의 파장 또는 파장의 대역에 따라 복수의 상이한 인증 맵을 제공하는 전자기 방사선을 방출하도록 구성될 수 있다. 복수의 상이한 인증 맵이 이용되어 인증 디바이스의 복잡성을 높임으로써 디바이스가 복제에 덜 취약하게 될 수 있다. 예를 들면, 상이한 파장의 인증 맵이 조합되어 보다 복잡한 인증 맵을 생성할 수 있다.
실질적인 2차원 재료는 불순물로 도핑되며, 불순물은 실질적인 2차원 재료의 작동 영역의 특정 구역에서 밴드 갭을 변화시킬 수 있다. 따라서 이는 실질적인 2차원 재료에 의해 제공되는 인증 맵을 복잡성을 높일 수 있다.
실질적인 2차원 재료는 재료의 단일 시트를 포함할 수 있거나, 예를 들면 재료의 복수의 플레이크를 포함할 수 있다. 실질적인 2차원 재료가 재료의 복수의 플레이크를 포함하는 경우, 복수의 플레이크는 단일 시트보다 제조하기에 더 쉬울 수 있고 따라서 제조 비용이 줄어들 수 있다. 실질적인 2차원 재료의 복수의 플레이크는, 이러한 플레이크를 용제에 현탁시킨 다음 용제가 증발할 수 있게 함으로써 디바이스 내에 통합될 수 있다.
방출된 전자기 방사선에 의해 제공되는 인증 맵은 아날로그 신호일 수 있다. 인증 맵은 디지털 신호, 즉 바이너리 신호로 변환가능할 수 있다. 아날로그-디지털 변환은 임의의 기존 수단에 의해서, 예를 들면 1 비트 또는 멀티 비트 값의 어레이를 생성하기 위해 아날로그 신호의 분해능을 줄임으로써 이루어질 수 있다.
인증 맵은 인증 판독기에 의해 판독 가능할 수 있고, 이로써 디바이스의 인증을 가능하게 한다. 인증 판독기는 작동 영역 내의 복수의 위치로부터 방출되는 전자기 방사선을 감지할 수 있는 임의의 장치일 수 있다. 인증 판독기는 또한, 예를 들면 입사 전자기 방사선을 제공하기 위해 전자기 방사선의 소스를 포함할 수 있다. 인증 판독기는 또한, 감지된 전자기 방사선으로부터 인증 맵 또는 연관된 디지털 서명을 생성하기 위한 처리 수단, 예컨대 프로세서를 포함할 수 있다.
인증 판독기는, 작동 영역 내의 복수의 위치로부터 방출되는 전자기 방사선을 감지하기 위한 수단, 및 감지된 전자기 방사선으로부터 인증 맵을 생성하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 인증 판독기는 이미지 센서, 예컨대 전하 결합 소자(CCD) 이미지 센서를 포함할 수 있다. 분광기 등의 보다 복잡한 인증 판독기가 적절한 경우 사용될 수 있다는 점 또한 인식할 것이다.
인증 판독기는 적어도 하나의 판독된 인증 맵을 진본 맵(authentic map)의 데이터베이스와 비교하도록 구성될 수 있으며, 진본 맵의 데이터베이스는 원격으로, 예를 들면 인터넷을 이용하여 액세스가능할 수 있다. 이러한 비교는 디바이스의 인증을 가능하게 할 수 있다. 대안으로서, 인증 판독기는 진본 맵의 데이터베이스에 대한 액세스 없이 인증하도록 구성될 수 있다.
인증 판독기는 동일한 인증 맵을 판독하면서 방출된 전자기 방사선에 있어서의 사소한 변화에 대해 내성을 가질 수 있다. 이러한 변화는 예를 들면, 시간에 걸쳐 실질적인 2차원 재료가 외부 환경과 상호작용함으로써 생길 수 있다.
인증 판독기는 인증 맵의 대부분 또는 인증 맵의 모두를 병렬적으로 판독하여 단일한 판독을 취하도록 구성될 수 있다. 대안으로서, 인증 판독기는 한 번에 인증 맵의 일부만을 판독하고 다수의 판독을 취하도록 구성될 수 있다. 인증 판독기는 다수의 판독을 취하기 위해 일정 기간에 걸쳐 인증 맵을 통해 스캔하도록 구성될 수 있다.
방출된 전자기 방사선을 감지하기 위한 수단의 분해능은 인증 맵의 디지털 신호의 비트 심도를 결정할 수 있다. 디지털 신호는 적어도 128 비트 키, 적어도 256 비트 키, 또는 적어도 512 비트 키인 것이 바람직하다. 인증 판독기는 적어도 64 x 64 픽셀의 픽셀 어레이를 가질 수 있고, 바람직하게는 이러한 픽셀 어레이를 가진다.
인증 판독기는 하나 이상의 필터를 포함할 수 있고, 각각의 필터는 전자기 방사선의 단일 파장 또는 편광 또는 협대역의 파장 또는 편광의 통과를 허용하도록 구성될 수 있다. 따라서, 인증 판독기는 단일 파장 또는 편광에서 또는 협대역의 파장 또는 편광에서 단지 단일 인증 맵을 판독하거나, 필요에 따라 복수의 구별되는 파장 또는 편광에서 또는 복수의 구별되는 협대역의 파장 또는 편광에서 복수의 인증 맵을 판독하도록 구성될 수 있다. 이러한 하나 이상의 필터는 실질적인 2차원 재료의 작동 영역을 조사하는데 이용되는 입사 전자기 방사선의 통과를 막도록 구성될 수 있다.
편광 필터가 사용되는 경우, 복수의 인증 맵이 단일 파장에서 또는 단일 협대역 파장에서 인증 판독기에 의해 판독될 수 있다. 인증 판독기는 원형 편광을 감지하도록 구성될 수 있다. 따라서 인증 판독기는 인증 디바이스의 배향과는 무관하게 배향될 수 있다.
인증 디바이스는 선택적으로 인증 맵의 결정을 용이하게 하기 위해 적어도 하나의 등록 마크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 등록 마크는 인증 맵의 결정을 용이하게 하는 정보, 예컨대 인증 맵의 편광의 배향에 관한 정보를 제공할 수 있다.
실질적인 2차원 재료의 작동 영역을 조사하는데 사용되는 전자기 방사선은, 작동 영역 중 적어도 일부 내에서 적어도 실질적인 2차원 재료의 밴드 갭의 에너지만큼 높은 광자 에너지, 바람직하게는 밴드 갭의 에너지보다 높은 광자 에너지를 가질 수 있다. 입사 전자기 방사선의 광자는 가간섭성일 수 있거나, 비간섭성일 수 있다. 광자는 임의의 적절한 광원에 의해 생성될 수 있고, 예를 들면 LED 또는 레이저 광원에 의해 생성될 수 있다. 복수의 인증 맵을 생성하기 위해 상이한 광원들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 복수의 상이한 대역의 파장에서 방출된 전자기 방사선을 생성하여 복수의 인증 맵이 판독될 수 있도록 서로 상이한 파장을 갖는 레이저 광원이 이용될 수 있다. 광원은 예컨대 2 eV 그린 레이저 광원일 수 있다.
실질적인 2차원 재료는 광학적으로 투과성이 있는, 예를 들면 투명한 재료의 적어도 하나의 층 내에 캡슐화되어 있거나 이러한 적어도 하나의 층에 의해 적층될 수 있다. 광학적으로 투과성이 있는 재료는 실질적인 2차원 재료보다 높은 강성을 가질 수 있다. 따라서, 실질적인 2차원 재료가 주변의 환경으로부터 보호될 수 있으면서도 여전히 인증 맵을 제공하는 전자기 방사선을 방출하는데 이용될 수 있다. 광학적으로 투과성이 있는 재료는 디바이스 및 디바이스가 적용되는 물품의 나머지와 실질적으로 동일한 강성을 가질 수 있고, 따라서 디바이스의 기능을 방해하지 않고도 물품의 구조에 쉽게 통합될 수 있다.
광학적으로 투과성이 있는 재료는 실질적인 2차원 재료의 밴드 갭이 시간에 걸쳐 변화할 위험을 줄일 수 있다. 예를 들면, 광학적으로 투과성이 있는 재료는 다른 원자 및/또는 분자가 실질적인 2차원 재료의 표면에 결합하지 않도록 할 수 있다. 광학적으로 투과성이 있는 재료는 실질적으로 물에 대해 불투수성을 가질 수 있고, 바람직한 실시예로서 불투수성을 가진다.
인증 디바이스 또는 인증 디바이스가 적용되는 물품은 추가적인 인증 마크, 예컨대 바코드 또는 QR 코드를 포함할 수 있다. 추가적인 인증 마크는, 예를 들면 암호 키 또는 서명의 비밀 컴포넌트를 이용하여, 실질적인 2차원 재료의 작동 영역의 방출된 전자기 방사선에 의해 제공되는 인증 맵으로부터 유도될 수 있다. 예를 들어, 인증 맵은 추가적인 인증 마크를 생성하기 위해 암호 키 또는 서명의 비밀 컴포넌트를 이용하여 암호화되어, 추가적인 인증 마크와 인증 맵 양자 모두를 판독함으로써 암호 키 또는 서명의 공개 컴포넌트와의 비교에 의해 인증될 수 있는 키를 제공하게 된다. 따라서, 추가적인 인증 마크와 인증 맵 양자 모두를 판독하는 것과 함께 암호 키 또는 서명의 공개 컴포넌트를 알게 되면 인증 디바이스 또는 인증 디바이스가 적용되는 물품이 인증될 수 있다. 추가적인 식별 마크를 도입하면 인증될 디바이스 또는 인증 디바이스가 적용되는 물품과 연관된 추가적인 보안 레벨을 도입할 수 있다. 나아가, 추가적인 식별 마크는, 예를 들면 진본 인증 맵의 데이터베이스에 대해 액세스할 필요 없이, 디바이스의 오프라인 인증을 허용할 수 있고, 따라서 인터넷 접속으로부터 원격으로 저렴하게 인증이 이루어질 수 있다.
실질적인 2차원 재료는 밴드 갭을 가지는 임의의 재료, 또는 도핑, 변형, 모폴로지 등을 통해 밴드 갭이 유발될 수 있는 임의의 재료일 수 있다. 실질적인 2차원 재료는 반도체일 수 있다. 실질적인 2차원 재료는 예컨대, 그래핀 옥사이드, 그래핀, 실리신, 게르마닌, 또는 포스포린 중 임의의 것 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 실질적인 2차원 재료는 전이 금속 디칼코게나이드, 예를 들면 몰리브덴 디설파이드, 몰리브덴 디셀레나이드, 텅스텐 디설파이드 및 텅스텐 디셀레나이드 중 임의의 것 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 실질적인 2차원 재료는 3족-칼코게나이드, 예를 들어 Ga2X2 또는 In2X2 중 임의의 것 또는 이들의 임의의 조합일 수 있고, 여기서 X=S, Se, 또는 Te이다.
인증 디바이스는 인증이 요구되는 물품, 예컨대 가치를 갖는 물품의 일부를 형성하거나 물품과 통합될 수 있다. 물품은 인증이 요구되는 임의의 물리적 엔티티일 수 있고, 예컨대 은행권 등일 수 있다.
본 발명의 추가적인 양태에 따르면, 위에서 기술된 바와 같은 인증 디바이스를 포함하는 물품이 제공된다.
인증 디바이스는 물품과 일체로, 예를 들면 동일한 제조 프로세스로 형성될 수 있거나, 물품의 제조에 이어 적용될 수 있다.
인증 디바이스의 작동 영역은, 예를 들어 인증 판독기의 입사 전자기 방사선에 의한 조명을 가능하게 하도록 노출될 수 있거나, 노출가능할 수 있다. 그러나 인증 디바이스의 작동 영역은 광학적으로 투과성이 있는 재료에 의해 덮힐 수 있다.
물품은 최종재, 즉 최종 사용자가 구입한 상품, 예를 들어 가정에서 구입한 소비재, 또는 회사에서 구입한 자본재, 예를 들면 기계류일 수 있다. 물품은 데이터 캐리어일 수 있다. 물품은 통화, 예컨대 은행권, 또는 은행 카드일 수 있다.
인증 디바이스는 물품 상에서 눈에 띄지 않도록 충분히 작을 수 있거나, 육안으로는 보이지 않을 수도 있다. 이는 외관이 중요한 상품, 예컨대 고가의 소비자 상품인 경우 특히 유리할 수 있다. 따라서 인증 디바이스는 최대 단면적 또는 작동 영역이 10-4m2 (1 cm2) 미만, 10-6m2 (1 mm2) 미만, 10-8m2 미만, 또는 10-9m2 미만일 수 있다. 최소 작동 면적은 대략 10-10m2 정도, 예를 들어 10 x 10 ㎛ 정도일 것이라 여겨지지만, 이러한 작은 작동 영역을 판독하는데 고가의 광학기기가 필요할 것으로 보인다. 견고하고 마모 및 손상을 견뎌야 하는 물품, 예컨대 통화, 예를 들면 은행권, 또는 은행 카드의 경우, 인증 디바이스는 더 클 수 있고, 그에 따라 적어도 1 mm2, 적어도 10 mm2 또는 적어도 30 mm2, 예를 들면 대략 1 cm2의 최대 단면적 또는 작동 영역을 가질 수 있다.
방출된 전자기 방사선은 실질적으로 육안으로 보이지 않을 수도 있다. 방출된 전자기 방사선은 이러한 전자기 방사선이 실질적으로 육안으로 보이지 않을 수 있도록 충분히 낮은 세기를 가질 수 있다. 방출된 전자기 방사선은, 전자기 방사선이 실질적으로 육안으로 보이지 않을 수 있도록 하는 파장 및/또는 협대역의 파장을 가질 수 있다.
본 발명의 추가적인 양태에 따르면, 물품을 제조하는 방법이 제시되는데, 앞서 기술한 인증 디바이스를 물품에 통합하는 단계를 포함한다.
인증 디바이스는 물품의 제조 동안 형성될 수 있다. 그러나 바람직한 실시예에서는, 인증 디바이스가 물품과는 별도로 제조되고, 물품 제조 방법이 인증 디바이스를 물품에 고정하는 단계를 포함한다.
인증 디바이스를 물품에 고정시키는 단계는 물품의 형성에 있어서 통합된 단계일 수 있고, 예를 들면 인증 디바이스는 물품의 표면에 내장될 수 있다. 대안으로서, 인증 디바이스는 물품의 형성에 이어 물품의 표면에 고정될 수 있다.
본 발명의 양태의 임의의 바람직한 특징은 적절한 경우 본 발명의 다른 양태에 적용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실현가능한 실시예에 관해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 인증 디바이스 및 연관된 물품의 제1 실시예의 개략도이다.
도 2는 도 1의 인증 디바이스를 판독하도록 구성된 인증 판독기의 개략도이다.
도 3은 도 1의 디바이스의 2차원 재료의 원자 구조의 개략도이다.
도 4는 도 3의 2차원 재료에 의해 생성된 인증 맵의 개략도이다.
도 5는 도 4의 인증 맵의 디지털화된 버전의 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따른 디바이스 및 연관된 물품의 제2 실시예의 개략도이다.
본 발명에 따른 인증 디바이스(20)를 포함하는 물품(10)이 도 1에 도시되어 있다. 여기서 물품(10)은 은행권인 것으로 표현되어 있지만, 본 발명의 범위는 인증이 요구되는 임의의 물품을 포괄한다는 점을 인식할 것이다.
물품(10)은 은행권의 형태를 갖는 메인 바디(12)를 포함하고, 인증 디바이스(20)는 실질적인 2차원 재료(14) 및 2개의 광학적으로 투명한 층(16, 18)을 포함한다. 물품(10)의 메인 바디(12)는 전형적인 은행권, 예를 들면 영국에서 현재 통용되는 은행권과 세계적으로 많은 다른 지역에서 통용되는 은행권이다. 실질적인 2차원 재료(14)는, 밴드 갭이 고유한 것이든 도핑 등을 통해 유발된 것이든, 밴드 갭을 갖는 임의의 재료의 원자 두께 격자이다.
바람직한 실시예로서, 실질적인 2차원 재료는 그래핀 옥사이드이다. 그래핀 옥사이드의 밴드 갭은 격자 결함, 에지 불량, 2차원 재료의 형상 및/또는 크기, 2차원 재료의 기하학적 구조, 및 다른 층들과의 2차원 재료의 상호작용 중 어느 것에도 매우 민감하기 때문에 그래핀 옥사이드는 2차원 재료로 양호한 선택이다. 따라서 그래핀 옥사이드는 2차원 재료(14)에 걸쳐 무작위하고도 통제불가능한 방식으로 공간적으로 변화하는 밴드 갭을 가지고, 이로써 전자기 방사선에 의한 2차원 재료의 조사 시에 고유한 비공진 광발광이 생성될 수 있게 한다. 나아가, 그래핀 옥사이드의 밴드 갭은 0 내지 2 eV 범위에서 변화하므로, 근 적외선 및 가시 스펙트럼 양자 모두와 중첩된다. 이는 물품(10)의 인증을 위해 비교적 저렴한 CCD 및 필터의 이용을 가능하게 할 수 있어 유리할 수 있다.
그래핀 옥사이드는 임의의 기존 수단에 의해 생성될 수 있다. 2차원 재료(14)는 도 1에서 단일 시트로 도시되어 있지만, 2차원 재료(14)는 2차원 재료의 복수의 플레이크를 포함할 수 있다는 점 또한 인식할 것이다.
2개의 광학적으로 투명한 층(16, 18)은 임의의 광학적으로 투명한 재료(즉, 전자기 방사선의 통과를 허용하는 재료)로 형성될 수 있고, 통상적으로는 2차원 재료(14)의 길이 및 폭보다 크지는 않더라도 이와 실질적으로 동일한 길이 및 폭을 가진다. 광학적으로 투명한 층(16, 18)은 2차원 재료(14)보다 실질적으로 더 강성이 있는 재료로 형성되고, 따라서 2차원 재료(14)를 위해 지지 구조를 제공할 수 있다. 광학적으로 투명한 층(16, 18)은 또한 2차원 재료(14)의 두께보다 더 큰 두께를 가진다. 바람직한 실시예로서, 광학적으로 투명한 층(16, 18)은 붕소 질화물의 내부층과 플라스틱 재료의 외부층을 포함한다.
2차원 재료(14)는 광학적으로 투명한 층(16, 18) 내에 캡슐화되어 인증 디바이스(20)를 형성하게 된다. 인증 디바이스(20)는 물품(10)의 메인 바디(12)에 통합된다.
도 1의 인증 디바이스(20)를 판독하도록 구성되는 인증 판독기(24)가 도 2에 도시되어 있다. 장치는, 2차원 재료(14)를 조사하기 위해 광의 형태로 전자기 방사선(28)을 생성하도록 구성되는 광원(26), 및 2차원 재료(14)에 의해 생성된 고유한 비공진 광발광 맵을 감지하기 위한 센서(32)를 포함한다.
광원(26)은 2차원 재료(14) 내에서 가전자대로부터 전도대로 전자가 여기되도록 하기에 충분한 에너지를 갖는 임의의 광원일 수 있다. 바람직한 실시예로서, 광원(26)은 그래핀 옥사이드의 밴드 갭 에너지에 실질적으로 대응하는 파장을 갖는 것으로 선택된 레이저 광원이다. 특히, 바람직한 실시예로서 광원(26)은 2 eV 범위 내에서 에너지를 갖는 그린 레이저이다.
센서(32)는 2차원 재료(14)에 의해 생성되는 고유한 비공진 광발광 맵을 감지할 수 있는 임의의 센서이다. 바람직한 실시예로서, 센서(32)는 실리콘 CCD이다. CCD(32)의 분해능은 2차원 재료(14)에 의해 생성된 고유한 비공진 광발광 맵을 감지하기에 충분해야 하고, 바람직한 실시예로서 CCD(32)는 적어도 64 x 64 픽셀의 분해능을 가진다. 이는 2차원 재료(14)에 의해 생성된 고유한 비공진 광발광 맵이 적어도 512 비트 키를 제공할 수 있게 한다.
장치(24)는 선택적으로 필터(30)를 포함한다. 필터(30)는 2차원 재료(14)의 밴드 갭에 실질적으로 대응하는 파장의 광만을 통과시키도록 선택될 수 있다. 따라서, 2차원 재료(14)에 의해 생성된 고유한 비공진 광발광 맵이 손쉽게 효율적으로 식별되고 2차원 재료(14)를 조사하는데 사용되는 광(28)으로부터 구분될 수 있다.
2차원 재료(14)를 포함하는 물품(10)을 인증할 필요가 있을 때, 광원(26)이 사용되어 광(28)으로 인증 디바이스(20)의 2차원 재료(14)를 조사하게 된다. 바람직한 실시예로서, 2차원 재료(14)의 가시적인 표면 전체가 광(28)으로 동시에 조사되지만, 적절한 경우 광(28)에 의해 2차원 재료(14) 중 적어도 일부를 스캐닝하는 것 또한 이용될 수 있음을 인식할 것이다.
명확하게 하기 위해, 도 2에서는 광원(26)과 센서(32)를 물리적으로 분리되어 있는 것으로 나타내고 있지만, 실제로 이들은 하나의 물리적 디바이스 내에 통합될 수 있다.
광(28)으로 인해 2차원 재료(14)의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기된다. 여기된 전자는 빠르게 복귀하여 이후 가전자대에 있는 정공과 재결합하게 되고, 이에 의해 재결합이 발생하는 2차원 재료(14)의 영역에서 밴드 갭의 에너지에 근접하는 에너지를 각각 가지는 광자가 방출된다. 밴드 갭은 2차원 재료(14)에 걸쳐 공간적으로 변화하기 때문에, 상이한 파장의 광자가 2차원 재료(14)의 상이한 영역에 의해 방출되고, 이에 의해 광발광 맵(또는 2D 스펙트럼)이 생성된다. 2차원 재료(14)의 구조, 따라서 밴드 갭이 원자 수준에서 변화하기 때문에, 통계적으로 동일한 맵이 무작위로 생성될 개연성이 낮으므로 맵은 고유하다고 할 수 있다.
2차원 재료(14)의 예시적인 구조(34)가 도 3에 도시되어 있으며, 대응하는 맵(36)은 도 4에 도시되어 있다.
2차원 재료(14)에 의해 생성된 광발광 맵(36)은 센서(32)에 의해 판독되고, 이후 물품(10)을 인증하기 위해 진본 맵의 데이터베이스와 비교된다.
진본 맵의 데이터베이스는 각각의 물품(10)의 제조 시에 또는 보안 디바이스(20)의 결합 시에 제조업자에 의해 업데이터된다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 맵(36)은 아날로그 신호이고, 바람직한 실시예로서 맵(36)은 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 디지털 서명(38)을 생성하도록 분해능이 감소된다. 물품(10)을 인증하기 위해, 맵(36)이 진본 맵의 데이터베이스와 비교되는 것과 대비하여, 디지털 서명(38)은 진본 신호의 데이터베이스와 비교될 수 있다. 이는, 디지털 서명(38)이 예를 들면 시간에 걸친 주변환경과의 상호작용으로 인한 2차원 재료(14)의 변화에 의해 유발될 수 있는 맵(36)의 변동에 대해 더 큰 내성이 있을 수 있으므로 유리할 수 있다.
본 발명에 따른 디바이스(20) 및 연관된 물품(10)의 제2 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 제2 실시예는, 물품(10)의 제2 실시예가 QR 코드 형태의 추가적인 인증 마크(40)를 포함한다는 점만을 제외하고는 제1 실시예와 동일하다. 추가적인 인증 마크(40)는 도 6에서 QR 코드로 도시되어 있지만, 기타 다른 형태의 인증 마크 또는 식별 마크, 예컨대 바코드 등도 사용될 수 있다는 점을 인식할 것이다.
QR 코드(40)를 생성하기 위해서, 맵(36)은 비밀 암호 키와 조합되고, 결과적인 QR 코드(40)는 인증 디바이스(20)의 제조 시에 및/또는 디바이스의 결합 시에 물품(10) 상에 프린트된다. 그러면 QR 코드(40)는 맵(36) 또는 디지털 서명(38)과 함께 또는 이들과 조합하여 판독될 수 있다. 암호 키의 공개 컴포넌트는 QR 코드(40)에 저장된 정보를 2차원 재료(14)에 의해 생성된 맵(36)과 상관시는데 이용될 수 있고, 이로써 물품(10)을 인증하게 된다. 본 발명의 제2 실시예는, 예를 들면 암호 키의 공개 컴포넌트를 이용해 물품(10)의 오프라인 인증을 허용함으로써 물품(10)을 인증하기 위해 인터넷 접속을 해야 하는 필요성을 없앨 수 있어 유리할 수 있다.

Claims (45)

  1. 인증 디바이스로서,
    작동 영역(operative area) 내의 위치에 따라 변화하는 특성을 갖는 전자기 방사선을 비공진 광발광에 의해 방출하도록 구성되는 작동 영역을 구비하는, 실질적인 2차원 재료의 하나 이상의 플레이크(flake)를 포함하는, 인증 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자기 방사선이 방출되는 작동 영역 내의 위치에 따라 변화하는 상기 전자기 방사선의 특성은 파장인, 인증 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전자기 방사선이 방출되는 작동 영역 내의 위치에 따라 변화하는 상기 전자기 방사선의 특성은 편광인, 인증 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    방출된 전자기 방사선은 입사 전자기 방사선의 파장과는 상이한 파장을 가지는, 인증 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    방출된 전자기 방사선은 입사 전자기 방사선에 선형적으로 의존하는 세기를 가지는, 인증 디바이스.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차원 재료는 직접 밴드 갭 재료(direct band gap material)인, 인증 디바이스.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실질적인 2차원 재료의 비공진 광발광에 의해 방출되는 광자는 작동 영역 내의 연관된 위치에서 상기 2차원 재료의 밴드 갭 에너지에 실질적으로 대응하는 에너지를 가지는, 인증 디바이스.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차원 재료의 밴드 갭은 상기 실질적인 2차원 재료의 작동 영역에 걸쳐 공간적으로 변화하는, 인증 디바이스.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실질적인 2차원 재료의 밴드 갭은: 격자 결함, 에지 불량, 상기 2차원 재료의 형상 및/또는 크기, 상기 2차원 재료의 기하학적 구조, 및 상기 디바이스의 다른 층들과의 상기 2차원 재료의 상호작용 중 임의의 것으로 인해 변화하는, 인증 디바이스.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실질적인 2차원 재료의 밴드 갭은 재료에 걸쳐 0 eV 내지 4 eV 범위 내에서 변화하는, 인증 디바이스.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실질적인 2차원 재료는 가시 스펙트럼 내의 전자기 방사선을 방출하는, 인증 디바이스.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실질적인 2차원 재료는 불순물로 도핑되며, 상기 불순물은 상기 실질적인 2차원 재료의 작동 영역의 특정 구역에서 밴드 갭을 변화시키는, 인증 디바이스.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실질적인 2차원 재료는 상기 재료의 복수의 플레이크를 포함하는, 인증 디바이스.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실질적인 2차원 재료는 광학적으로 투과성이 있는 재료, 예를 들면 투명한 재료의 적어도 하나의 층 내에 캡슐화되어 있거나 상기 적어도 하나의 층에 의해 적층되는, 인증 디바이스.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 광학적으로 투과성이 있는 재료는 상기 실질적인 2차원 재료보다 높은 강성을 갖는, 인증 디바이스.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실질적인 2차원 재료는 그래핀 옥사이드, 그래핀 및 포스포린 중 임의의 것 또는 이들의 임의의 조합인, 인증 디바이스.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실질적인 2차원 재료는 전이 금속 디칼코게나이드, 예를 들면 몰리브덴 디설파이드, 몰리브덴 디셀레나이드, 텅스텐 디설파이드 및 텅스텐 디셀레나이드 중 임의의 것 또는 이들의 임의의 조합인, 인증 디바이스.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실질적인 2차원 재료는 3족-칼코게나이드, 예를 들어 Ga2X2 또는 In2X2 중 임의의 것 또는 이들의 임의의 조합이고, X=S, Se, 또는 Te인, 인증 디바이스.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인증 디바이스는 인증이 요구되는 물품의 일부를 형성하거나 물품과 통합되는, 인증 디바이스.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 인증 디바이스를 포함하는 물품.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 물품은 추가적인 인증 마크, 예컨대 바코드 또는 QR 코드를 포함하는, 물품.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 추가적인 인증 마크는, 예를 들면 암호 키 또는 서명의 비밀 컴포넌트를 이용하여, 상기 실질적인 2차원 재료의 작동 영역의 방출된 전자기 방사선에 의해 제공되는 인증 맵으로부터 유도되는, 물품.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 인증 맵은 상기 추가적인 인증 마크를 생성하기 위해 암호 키 또는 서명의 비밀 컴포넌트를 이용하여 암호화되어, 상기 추가적인 인증 마크와 상기 인증 맵 양자 모두를 판독함으로써 상기 암호 키 또는 서명의 공개 컴포넌트와의 비교에 의해 인증될 수 있는 키를 제공하게 되는, 물품.
  24. 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물품은 최종재(final good), 데이터 캐리어, 통화(currency) 또는 은행 카드인, 물품.
  25. 인증 방법으로서,
    (a) 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 인증 디바이스를 제공하는 단계;
    (b) 입사 전자기 방사선으로 상기 인증 디바이스의 작동 영역 중 적어도 일부를 조사(irradiate)하여, 비공진 광발광에 의해, 상기 작동 영역 내의 위치에 따라 변화하는 특성을 갖는 전자기 방사선이 방출되도록 하는 단계;
    (c) 방출된 전자기 방사선을 감지하는 단계; 및
    (d) 감지된 전자기 방사선으로부터 인증 맵을 제공하여 인증을 가능하게 하는 단계를 포함하는, 인증 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 인증 맵은 인증 판독기에 의해 판독되며, 상기 인증 판독기는, 전자기 방사선의 소스, 상기 작동 영역 내의 복수의 위치로부터 방출되는 전자기 방사선을 감지하기 위한 센서, 및 상기 감지된 전자기 방사선으로부터 인증 맵 및/또는 연관된 디지털 서명을 생성하기 위한 프로세서를 포함하는, 인증 방법.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서,
    실질적인 2차원 재료의 작동 영역을 조사하는데 사용되는 전자기 방사선은, 상기 작동 영역 중 적어도 일부 내에서 적어도 상기 실질적인 2차원 재료의 밴드 갭의 에너지만큼 높은 광자 에너지, 바람직하게는 밴드 갭의 에너지보다 높은 광자 에너지를 가지는, 인증 방법.
  28. 제25항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인증 맵은, 다층(multi-layered) 인증 맵을 생성하도록, 복수의 구별되는 파장 또는 편광의 전자기 방사선 또는 복수의 구별되는 대역의 파장 또는 편광의 전자기 방사선을 검출함으로써 제공되는, 인증 방법.
  29. 제25항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인증 맵은 디지털 신호로 변환되는, 인증 방법.
  30. 제25항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인증 맵은 진본 맵(authentic map)의 데이터베이스와 비교되는, 인증 방법.
  31. 제25항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진본 맵의 데이터베이스는 원격으로 액세스되는, 인증 방법.
  32. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 인증 디바이스를 포함하는 인증 장치로서,
    입사 전자기 방사선으로 상기 인증 디바이스의 작동 영역 중 적어도 일부를 조사하여, 상기 작동 영역 내의 위치에 따라 변화하는 특성을 갖는 전자기 방사선이 비공진 광발광에 의해 방출되도록 하기 위한 수단;
    방출된 전자기 방사선을 감지하기 위한 수단; 및
    감지된 전자기 방사선으로부터 인증 맵을 제공하여 인증을 가능하게 하기 위한 수단을 포함하는, 인증 장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 인증 맵은 인증 판독기에 의해 판독되며, 상기 인증 판독기는, 전자기 방사선의 소스, 상기 작동 영역 내의 복수의 위치로부터 방출되는 전자기 방사선을 감지하기 위한 센서, 및 상기 감지된 전자기 방사선으로부터 인증 맵 및/또는 연관된 디지털 서명을 생성하기 위한 프로세서를 포함하는, 인증 장치.
  34. 제32항 또는 제33항에 있어서,
    실질적인 2차원 재료의 작동 영역을 조사하는데 사용되는 전자기 방사선은, 상기 작동 영역 중 적어도 일부 내에서 적어도 상기 실질적인 2차원 재료의 밴드 갭의 에너지만큼 높은 광자 에너지를 가지는, 인증 장치.
  35. 제32항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인증 장치는 하나 이상의 필터를 포함하며, 각각의 필터는 전자기 방사선의 단일 파장 또는 편광, 또는 협대역의 파장 또는 편광의 통과를 허용하도록 구성되는, 인증 장치.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 하나 이상의 필터는 상기 실질적인 2차원 재료의 작동 영역을 조사하는데 이용되는 입사 전자기 방사선의 통과를 막도록 구성되는, 인증 장치.
  37. 제32항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인증 맵은, 다층 인증 맵을 생성하도록, 복수의 구별되는 파장 또는 편광의 전자기 방사선 또는 복수의 구별되는 대역의 파장 또는 편광의 전자기 방사선을 검출함으로써 제공되는, 인증 장치.
  38. 제32항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 인증 맵이 단일 파장에서 또는 단일한 협대역의 파장에서 상기 인증 판독기에 의해 판독가능한, 인증 장치.
  39. 제32항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인증 장치는 전하 결합 소자(CCD) 이미지 센서를 포함하는, 인증 장치.
  40. 제32항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인증 맵은 디지털 신호로 변환되는, 인증 장치.
  41. 제32항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 적어도 하나의 판독된 인증 맵을 진본 맵의 데이터베이스와 비교하도록 구성되는, 인증 장치.
  42. 제32항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진본 맵의 데이터베이스는 원격으로 액세스가능한, 인증 장치.
  43. 물품을 제조하는 방법으로서,
    상기 물품에 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 인증 디바이스를 통합하는 단계를 포함하는, 물품 제조 방법.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 인증 디바이스는 상기 물품과 별개로 제조되며, 상기 물품 제조 방법은 상기 인증 디바이스를 상기 물품에 고정시키는 단계를 포함하는, 물품 제조 방법.
  45. 제43항 또는 제44항에 있어서,
    상기 인증 디바이스를 상기 물품에 고정시키는 단계는 상기 물품의 형성에 있어서 통합된 단계이거나, 상기 인증 디바이스는 상기 물품의 형성에 이어 상기 물품의 표면에 고정되는, 물품 제조 방법.
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