KR101837710B1 - 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 위조 변조 및 재사용 진위 판별방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 위조, 변조 및 재사용을 어렵게 하고, 육안으로 적절한 빛을 통해 이를 쉽게 관찰할 수 있는 구조체에 관한 것이다.
Description
본 발명은 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 위조 변조 및 재사용 진위 판별방법에 관한 것이다.
현재, 위조품(counterfeits)의 판매는 사업 전반에 걸쳐 나날이 증가하고 있는 추세이다. 이를 방지하고, 재사용하지 못하도록 하기 위해 점자나 홀로그램 또는 특수잉크를 사용하는 다양한 위조 및 변조 방지기술들이 개발되었다.
하지만 이러한 기술들은 여전히 위조전문가를 통해 위조 또는 변조되고 있으며, 사용자가 위조 또는 변조 여부를 감별하기가 어렵기 때문에 근절하기가 어렵다. 게다가, 이러한 점자나 홀로그램 또는 이를 부착한 병이나 캡과 같은 제품들이 재사용되는 문제가 오히려 발생하여 위조품의 근절이 어려워졌다.
따라서 상기 여러 가지 문제점을 고려하면서도, 재사용을 방지할 수 있고, 이를 쉽게 판별할 수 있으며, 가격이 저렴한 위조 방지 기술에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 위조, 변조 및 재사용을 어렵게 하고, 적절한 빛을 통해 육안으로 이를 쉽게 관찰할 수 있도록 하는 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체를 대량생산할 수 있는 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 재사용 진위여부를 쉽게 판별할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 이루기 위하여, 하기와 같은 구조를 포함하는 위조 변조 방지 및 재사용 방지를 위한 구조체를 제공한다.
제1 금속층;
상기 제1 금속층 상에 구비된, 복수 개의 업컨버전 나노입자로 이루어진 패턴층;
상기 패턴층 상에 구비된 제2 금속층;
상기 패턴층을 포함하는 제1 금속층과 제2 금속층의 개방된 면을 밀폐시키도록 부착된, 외력에 의해 분리되는 액체 불투과성 및 접착성의 투명필름; 및
상기 투명필름의 측면 또는 외측면에 위치한 유체;를 포함한다.
상기 위조 변조 방지 및 재사용 방지를 위한 구조체는 상기 투명필름에 의해 상기 유체로부터 격리되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체는 상기 제2 금속층과 제1 금속층 사이의 이격거리에 의해 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 업컨버전 나노입자의 평균 직경은 10 내지 300 ㎚인 것을 특징으로 한다.
상기 제2 금속층은 금속 나노입자 또는 금속 나노와이어로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 유체는 광유, 글리세린, 절연유, 디메틸실리콘 오일, 메탈페닐 실리콘 오일 및 폴리메틸 하이드로겐 실록산 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 투광성 오일이거나, 에폭시 수지, 에폭시 베이스, 레진, 폴리우레탄 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 투광성 유체 유기물인 것을 특징으로 한다.
외력에 의해 상기 투명필름이 분리되면 상기 투명필름의 접착력에 의해 상기 제2 금속층도 분리되고,
상기 투명필름 및 제2 금속층이 분리되면, 상기 구조체에 적외선이 인가됨에 따라 나타나는 가시광의 발광 세기 정도가 상기 투명필름 및 제2 금속층이 분리되기 전과 비교하여 달라지는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 금속층이 상기 투명필름에 의해 구조체로부터 분리되면, 상기 제2 금속층과 상기 패턴층을 포함하는 제1 금속층 사이에 상기 유체가 스며들어 재사용이 방지되는 것을 특징으로 한다.
상기 구조체는 적외선 레이저를 인가에 의해 발광하는 가시광을 사용자의 눈으로 관찰가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 다른 목적을 이루기 위하여,
Ⅰ) 제1 금속층을 증착하는 단계;
Ⅱ) 상기 제1 금속층 상에 복수개의 업컨버전 나노입자로 이루어진 패턴층을 구비하는 단계;
Ⅲ) 상기 패턴층 상에 제2 금속층을 구비하는 단계; 및
Ⅳ) 상기 패턴층을 포함하는 제1 금속층과 제2 금속층의 개방된 면을 밀폐시키도록 투명필름을 부착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체의 제조방법을 제공한다.
Ⅴ) 상기 투명필름의 측면 또는 외측면에 유체를 위치시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 Ⅲ) 단계는 스핀코팅, 스프레이코팅, 딥핑(dipping)코팅 및 드롭(drop)코팅 방법으로 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 또 다른 목적을 이루기 위하여, 상기 구조체를 포함하는 위조 변조 또는 재사용 방지를 위한 박스 또는 용기를 제공한다.
상기 박스 또는 용기는 상기 구조체가 상기 박스 또는 용기의 표면이나 개폐구 부분에 포함 또는 부착 또는 장착되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 박스 또는 용기에 부착된 구조체로부터 연장된 투명필름의 일부가 이용자에 의해 쥐여질 수 있고, 자극을 인가하기 위해 탄성적으로 변형될 수 있도록 돌출부로서 제공되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 또 다른 목적을 이루기 위하여, a) 외부의 빛을 차단한 상태에서, 적외선을 제1항에 따른 구조체에 인가하는 단계; 및
b) 상기 적외선이 인가된 구조체에 나타나거나 사라진 패턴을 확인하여 상기 구조체의 위조 변조 및 재사용 진위 여부를 확인하는 단계;를 포함하는 위조 변조 및 재사용 진위여부를 판별하는 방법을 제공한다.
상기 b) 단계는 사용자의 눈 또는 가시광 검출 장치로 패턴을 확인하는 것을 특징으로 한다.
상기 b) 단계는 가시광 검출장치를 통하여 발광 세기 및 스펙트럼의 모양을 통하여 위조여부를 정밀하게 판별할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 구조체는 위조, 변조뿐만 아니라, 재사용도 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 적외선 조사를 통해 위조, 변조뿐만 아니라, 외력에 의한 사용에 따라 구조체가 오염되기 때문에 이를 통해 재사용 진위 여부도 쉽게 판별할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 구조체는 업컨버전 나노입자의 종류, 크기 및 금속 나노입자와 금속 나노와이어의 종류 등의 조건들을 제어 즉 최적화함으로써, 적외선에 의한 발광 세기 및 발광 파장을 설정할 수 있기 때문에, 이러한 발광세기 및 발광파장의 정밀하게 검출할 수 있어 위조와 변조가 어렵다.
또한, 제1 금속층, 패턴층 및 제2 금속층을 투명필름이 감싸고 있기 때문에, 외부 환경에 의한 오염 및 산화를 방지하므로, 본 발명의 구조체로부터 투명필름을 제거하지 않는 한, 오랜시간이 지난 후에도, 검출이 가능하다.
즉, 본 발명에 따른 구조체는 상기 투명필름이 제거되지 않는 이상 오랜기간동안 제품의 위조 또는 변조품인지 여부와 재사용된지 여부를 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체로부터 투명필름이 분리된 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체의 제조과정을 나타내는 공정 모식도이다.
도 4는 적외선을 인가하였을 때, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체의 패턴을 따라 가시광선이 식별됨을 확인할 수 있는 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체의 실제 모습을 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체의 표면을 촬영한 SEM 이미지이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체의 단면을 촬영한 TEM 이미지이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체와 본 발명의 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 구조체 각각에 적외선을 인가하였을 때, 발광 세기를 측정한 결과 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체에서 투명필름을 분리하기 전(a)과 후(b), 각각에 대해 적외선을 인가하였을 때, 상기 구조체에 따라 나타나거나 사라진 패턴을 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체로부터 투명필름이 분리된 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체의 제조과정을 나타내는 공정 모식도이다.
도 4는 적외선을 인가하였을 때, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체의 패턴을 따라 가시광선이 식별됨을 확인할 수 있는 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체의 실제 모습을 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체의 표면을 촬영한 SEM 이미지이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체의 단면을 촬영한 TEM 이미지이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체와 본 발명의 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 구조체 각각에 적외선을 인가하였을 때, 발광 세기를 측정한 결과 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체에서 투명필름을 분리하기 전(a)과 후(b), 각각에 대해 적외선을 인가하였을 때, 상기 구조체에 따라 나타나거나 사라진 패턴을 촬영한 사진이다.
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면 위조 변조 방지 및 재사용 방지를 위한 구조체(100)는 제1 금속층(110); 상기 제1 금속층(110) 상에 구비된, 복수개의 업컨버전 나노입자(121)로 이루어진 패턴층(120); 상기 패턴층(120) 상에 구비된 제2 금속층(130); 상기 패턴층(120)을 포함하는 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 개방된 면을 밀폐시키도록 형성된, 외력에 의해 분리되는 액체 불투과성 및 접착성의 투명필름(140); 및 상기 투명필름(140)의 측면 또는 외측면에 위치한 유체(150);를 포함한다.
상기 위조 변조 방지 및 재사용 방지를 위한 구조체(100)는 상기 투명필름(140)에 의해 상기 유체(150)로부터 격리되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 평면부가 소정의 이격거리를 갖도록 서로 평행하게 배열된다. 상기 제1 금속층(110) 및 제2 금속층(130)은 평면형 구조로 원형, 타원형, 다각형, 고리형, 방사형 등 다양한 형상 및 두께를 가질 수 있다.
상기 이격거리는 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130) 사이에 위치하여, 이들에 의해 갭플라즈몬 폴라리톤 효과를 발휘하도록 하는 갭(Gap)으로 작용한다.
상기 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130) 사이의 이격거리 내에는 업컨버전 나노입자(121)로 이루어진 패턴층(120)이 존재하고, 다시 말해, 본 발명에 따른 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체(100)는 상기 제2 금속층(130)과 제1 금속층(110) 사이에 위치한 상기 업컨버전 나노입자(121)에 의해 형성된 이격거리에 의해 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 가지는 것을 특징으로 한다.
이러한 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과에 있어서, 상기 제2 금속층(130)과 제1 금속층(110)의 상기 이격거리 내에 위치하는 상기 업컨버젼 나노입자(121)는 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과에 의해 증폭된 적외선을 흡수하여 가시광선을 발광하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면 상기 제1 금속층(110)의 두께는 충분한 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 얻으면서도, 가시광의 투과를 막을 수 있는 100 ㎚이상인 것이 바람직한데, 가장 바람직하게 100 ㎚ 내지 2 ㎜일 수 있다. 상기 제1 금속층(110)의 두께가 2 ㎜를 초과하게 될 경우 대상물에 본 발명의 구조체(100)를 부착하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.
한편, 상기 제2 금속층(130)의 두께는 본 발명의 구조체(100) 전체 적외선 투과율에 영향을 미치지 않으며, 오히려 제2 금속층(130)의 두께가 두꺼워져 상기 패턴층(120)의 표면을 완전히 덮게되면 발광세기가 증가하는 것을 실험적으로 확인한 바 있다. 허나, 상기 제2 금속층(130)은 재사용 진위 여부를 확인할 수 있도록 상기 구조체(100)의 투명필름(140)으로 인해 분리되어야 하므로, 너무 두께가 두꺼워지게 되면 제대로 제거되지 못하기 때문에 적절한 두께가 설정되어야 할 것인 바, 바람직하게 상기 제2 금속층(130)의 두께는 10 ㎚ 내지 2㎛ 일 수 있는데, 상기 제2 금속층(130)의 두께가 10 ㎚ 미만일 경우 충분한 갭플라즈몬 폴라리톤 효과를 발생하지 못해, 적외선을 인가하더라도 육안으로 식별될 정도로 가시광이 발광하지 않는 문제가 존재하고, 2 ㎛를 초과할 경우 대상물에 본 발명에 따른 구조체가 구비 또는 부착될 시 외관을 해치거나, 사용함에 있어 이질감을 주는 문제가 발생한다. 또한, 상기 제2 금속층(130) 두께가 2 ㎛를 초과한 경우, 본 발명의 구조체로부터 투명필름을 분리할 때, 상기 제2 금속층(130)이 상기 구조체로부터 제거되지 못하고, 남아 재사용 진위 여부를 판별하기 어려워지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 두께는 서로 동일하거나, 서로 상이할 수 있다.
상기 제1 금속층(110)은 2차원 금속 박막 형태일 수 있고, 상기 제2 금속층(130)은 복수 개의 금속 나노입자 또는 복수 개의 금속 나노와이어 또는 이들의 혼합물로 이루어진 하나 또는 하나 이상의 층일 수 있다.
다만 상기 제2 금속층(130)은 이를 구성하는 복수 개의 금속 나노입자 또는 복수 개의 금속 나노와이어가 넓은 영역에 고르게 분포되어 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 금속층(130)은 복수 개의 금속 나노입자 보다 복수 개의 금속 나노와이어가 사용되는 것이 바람직한데, 왜냐하면 이후 재사용 진위 여부를 판별하기 위해, 본 발명의 구조체(100)로부터 분리 또는 제거되는 투명필름(140)을 따라 상기 제2 금속층(130)이 분리 또는 제거될 때, 상기 제2 금속층(130)으로 금속 나노입자를 사용하는 것보다 금속 나노와이어를 사용하는 것이 더 용이하게 제거되며, 더 강한 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 가질 수 있으므로, 재사용 진위 여부를 상대적으로 명확하게 판별할 수 있다.
이때, 상기 제2 금속층(130)을 구성하는 복수 개의 금속 나노입자 또는 복수 개의 금속 나노와이어는 불규칙 또는 규칙적으로 분산되어 존재할 수 있다.
상기 제2 금속층(130)의 금속 나노입자의 경우 평균 직경은 10 내지 500 ㎚이고, 금속 나노와이어의 경우 평균 직경은 30 내지 500 ㎚이며, 평균길이는 0.1 내지 20 ㎛이다. 다만 금속 나노와이어의 경우 평균길이가 0.1 ㎛미만인 경우, 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 구조체(100)로부터 분리 또는 제거되는 투명필름(140)을 따라 상기 제2 금속층(130)이 분리 또는 제거될 때, 제거되지 못하고, 상기 구조체(100)에 남게되어, 재사용 진위 여부를 판별하기 어려워지는 문제가 발생하고, 20 ㎛를 초과하는 경우에는 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과 외에 발생하는 다른 효과로 인한 간섭영향이 발생할 수 있다.
상기 제1 금속층(110)과 상기 제2 금속층(130)의 사이에 존재하는 소정의 이격거리 즉, 갭에 의해 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 발생하게 되어, 선택되는 특정 영역에서의 파장을 육안으로 관찰할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 금속층(110)과 상기 제2 금속층(130)의 금속은 금속 자체의 흡수 손실이 작은 금(Au), 은(Ag) 및 구리(Cu)와 같은 귀금속 물질에서 선택된 하나 이상의 금속 또는 하나 이상의 금속을 주성분으로 포함하는 합금일 수 있다. 상기 제1 금속층(110)과 상기 제2 금속층(130)의 금속은 서로 동일한 종류의 금속 또는 서로 상이한 종류의 금속이 될 수 있다.
상기 제1 금속층(110)과 상기 제2 금속층(130)의 금속은 은(Ag)인 것이 가장 바람직하다.
상기 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130) 사이, 즉 상기 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 이격거리 내에 위치한 상기 패턴층(120)은, 상기 제1 금속층(110)의 상면과 상기 제2 금속층(13)의 하면에 인접한다.
또한, 상기 패턴층(120)은 규칙 또는 비규칙적으로 상기 제1 금속층(110) 상에 배열되어 있는 업컨버전 나노입자(up-conversion nanoparticle;121)로 구성된다.
이때, 상기 업컨버전 나노입자(121)는 입사되는 적외선 광을 가시광으로 광변환할 수 있는 업컨버전 나노입자(121)면 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 이터븀(Yb), 어븀(Er), 툴륨(Tm) 또는 이들의 혼합물이 도핑된 할라이드, 칼코게나이드 및 금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 것일 수 있다.
결국, 상기 업컨버전 나노입자(121)의 평균직경은 상기 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 이격거리와 밀접하게 관련이 있고, 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 가지기 위해 요구되는 상기 이격거리는 상기 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 금속 종류에 따라 적절히 선택될 수 있는데, 바람직하게는 10 내지 300 ㎚일 수 있고, 상기 하한치와 상한치를 벗어나게 되면 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 가질 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
일예로, 상기 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 금속이 은일 경우에는 상기 업컨버전 나노입자(121)의 평균직경은 10 내지 30 ㎚인 것이 바람직한데, 상기 업컨버전 나노입자(121)의 평균 직경이 10 ㎚ 미만이면 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 가질 수 없게 되는 문제가 발생할 수 있다., 30 ㎚를 초과할 경우에는 상기 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130) 간에 형성된 이격거리가 커지게 되어 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 가질 수 없게 되어 적외선을 조사하여도 가시광 빛을 육안으로 관찰할 수 없게 되는 문제가 발생한다.
상기 패턴층(120)의 두께는 상기 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130) 간에 형성된 이격거리(갭)이므로, 사용되는 제1 금속층(110) 및 제2 금속층(130)의 금속 종류에 따라, 갭플라즈몬 폴라리톤 효과를 발휘하는데 요구되는 갭 즉, 이격거리가 달라지게 되는데, 바람직하게는 10 내지 300 ㎚이므로, 이를 벗어날 경우 갭플라즈몬 폴라리톤 효과를 발휘할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 패턴층(120)을 구성하는 상기 업컨버전 나노입자(121)는 단층 또는 복층으로 형성될 수 있고, 상기 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 금속 종류가 은이 사용될 경우 상기 패턴층(120)의 두께가 10 내지 30 ㎚인 것이 바람직하기 때문에, 상기 업컨버전 나노입자(121)는 단층으로 형성되는 것이 좋다.
따라서, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 업컨버전 나노입자(121)의 평균 직경은 10 내지 300 ㎚인 것이 바람직하고, 상기 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 금속 종류가 은이 사용될 경우 상기 업컨버전 나노입자(121)의 평균 직경은 10 내지 30 ㎚일 수 있다.
상기 패턴층(120) 내의 업컨버전 나노입자(121)의 배열에 따라 패턴이 나타나게 되고, 상기 업커버전 나노입자(121)는 불규칙하게 배열되거나, 특정 패턴을 갖도록 규칙적으로 배열될 수 있다.
도 4는 적외선을 인가하였을 때, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체의 패턴을 따라 가시광선이 식별됨을 확인할 수 있는 사진으로, 본 발명의 실시예에 따라 상기 패턴층(120)에 'KIST'라는 모양의 패턴을 형성하고, 상기 패턴층(120) 상부에 제2 금속층(130)을 형성시킨 후, 상기 투명필름(140)으로 밀폐시켜 적외선을 인가함에 따라 'KIST'라는 패턴이 육안으로 식별되는 것을 확인한 사진이다.
상기 패턴층(120)의 최종 패턴 형태는 사람 눈으로 식별이 어려우며, 적외선(IR 레이저)에 비추게 되면 비로서 식별이 가능하게 된다. 그러므로 본 발명에 따른 구조체(100)는 적외선을 인가함으로써 무단 복사품인지 재사용한 것인지 여부를 용이하게 식별할 수 있다.
상기 투명필름(140)은 상기 제2 금속층과 상기 유체(150) 사이에 형성되는데, 구체적으로 상기 패턴층(120)을 포함하는 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 개방된 면을 밀폐시키도록 형성된다.
즉, 상기 패턴층(120)을 포함하는 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)은 상기 투명필름(140)에 의해 상기 유체(150)로부터 격리되어 있다.
상기 투명필름(140)은 외력에 의해 쉽게 상기 패턴층(120)을 포함하는 제1 금속층(110)으로부터 분리될 수 있고, 외력에 의해 쉽게 분리되면서 높은 투명성을 확보하기 위해 플라스틱 필름이면 특별히 제한되지 않으나, 보다 바람직하게는 0.1~5 N/㎜의 접착강도를 갖는 플라스틱 필름일 수 있는데, 상기 투명필름(140)의 접착강도가 0.1 N/㎜ 미만일 경우, 상기 투명필름(140)의 분리는 용이하나, 상기 제2 금속층(130)과의 결합이 약해 상기 제2 금속층(130)의 분리가 제대로 이루어지지 않아 재사용을 하더라도 식별이 불가능하다는 문제가 발생한다.
또한, 상기 투명필름(140)의 접착강도가 5 N/㎜를 초과할 경우에는 결합력이 과도하게 강해, 약한 외력으로는 쉽게 분리되지 않으므로, 사용을 했음에도 불구하고 제대로 상기 투명필름(140)이 분리되지 못해, 재사용 식별에 있어 악용에 여지를 주는 문제가 발생한다.
상기 투명필름(140)은 보다 구체적으로 폴리에스테르계, 아크릴계, 셀룰로오스계, 폴리올레핀계, 폴리우레탄계, 폴리카르보네이트계, 페놀계, 폴리염화비닐 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 액체 불투과성 및 접착성뿐만 아니라 유연성도 우수하다는 점에서 일부 폴리염화비닐 및 폴리우레탄계 필름이 바람직하다.
다르게 상기 투명필름(140)은 쉽게 손상되는 유리나 세라믹과 같이 취성이 높은 재질로 형성될 수 있다.
상기 투명필름(140)에서 '투명'이란 전체 광선 투과율이 80% 이상 바람직하게는 90% 이상인 것을 의미한다.
상기 투명필름(140)과 이의 측면 또는 외측면에 위치한 상기 유체(150)는, 본 발명에 따른 구조체(100)가 용기 또는 박스와 같은 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 대상물 내에 구비 또는 부착되었을 경우에 이를 분리하여 재사용하는 것을 방지하기 위한 부분으로서, 특히, 대상물의 개폐구에 구비 및 부착되어 상기 대상물을 개봉하여 사용하고자 할 경우 상기 투명필름(140)이 본 발명에 따른 구조체(100)로부터 용이하게 분리되도록 구성될 수 있다.
상기 유체(150)는, 상기 투명필름(140)의 측면 또는 외측면에 위치한다.
상기 유체(150)는, 본 발명에 따른 구조체(100)로부터 상기 투명필름(140)이 분리되면 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130) 사이에 스며들어, 상기 제2 금속층(130)이 상기 제1 금속층(110)에 밀착된다하더라도 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 발휘하지 못하게 방지하는 역할을 수행하며, 이를 통해 본 발명에 따른 구조체(100)의 재사용이 방지된다.
상기 유체(150)는 광유, 글리세린, 절연유, 디메틸실리콘 오일, 메탈페닐 실리콘 오일, 용액 형태의 폴리디메틸실록산 및 폴리메틸 하이드로겐 실록산 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 투광성 오일이거나, 에폭시 수지, 에폭시 베이스, 레진, 폴리우레탄 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 투광성 유체 유기물일 수 있다.
상술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 구조체(100)는 적외선을 받을 경우, 상기 패턴층(120)을 구성하는 업컨버전 나노입자(121)에 의해 적외선을 가시광선으로 변환하고, 변환된 가시광선이 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과에 의해 증폭되어 육안으로 식별이 가능할 정도의 발광 세기를 갖게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 구조체(100)는 상기 구조 중에서 어느 하나라도 존재하지 않을 경우, 적외선이 인가되었을 때, 변환되어 방출되는 가시광이 육안으로 관찰되지 않을 정도로 약해지거나, 방출되지 않게 된다.
본 발명에 따른 구조체(100)는 적외선을 사용하여 육안으로 감지될 수 있는데, 적외선 파장을 발산하는 램프 또는 레이저 포인트와 같이 상대적으로 간단한 장치의 도움만으로 육안으로 감지할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 구조체(100)는 위조 변조 및 재사용될 가능성이나 위험성이 높다고 판단될 경우, 가시광의 발광 세기를 통한 더 정교한 식별을 위해서 가시광의 발광 세기 정도를 측정할 수 있는 정교한 검출장치가 필요하다.
이러한 가시광 발광 세기의 검출은 필요한 경우 대상물의 위조 변조 및 재사용 여부를 더 면밀히 확인할 수 있게 한다.
또한, 본 발명에 따른 구조체(100)는 상기 패턴층(120)을 구성하는 업컨버전 나노입자(121)의 종류, 크기 및 상기 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 금속 나노입자 또는 금속 나노와이어의 종류 등의 조건들을 제어 즉 최적화함으로써, 적외선에 의한 발광 세기 및 발광 파장을 설정할 수 있기 때문에, 이러한 발광세기 및 발광파장의 정밀하게 검출하여 위조 또는 변조를 면밀하게 확인할 수 있기 때문에, 위조와 변조가 어렵다.
본 발명에 따른 구조체(100)는 이러한 새로운 구조로 인하여 780-2000 ㎚ 파장의 적외선 하에서 520-560 ㎚ 및 640-680 ㎚의 가시광을 발산하는 것이 바람직하다. 구체적으로 520-560 ㎚와 640-680 ㎚ 파장영역에서 25000 내지 100000 a.u의 발광 세기를 가지며, 보다 바람직하게는 640-680 ㎚ 파장영역에서 50000 내지 100000 a.u의 발광 세기를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 금속층(110)은 본 발명에 따른 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체(100)를 고정하고자 하는 용기 또는 박스와 같은 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 대상물에 대한 부착성을 향상시키기 위해 접착층 또는 기판(substrate)를 더 구비할 수 있다.
상기 접착층 또는 기판은 상기 제1 금속층(110)의 하부와 상기 대상물 표면 사이에 위치할 수 있는데(미도시), 상기 접착층 또는 기판의 종류는 상기 대상물의 재질 또는 표면 상태에 따라 적절히 선택될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 구조체(100)는 외부로 상기 유체(150)가 누수 및 손실되는 것을 방지하기 위해 상기 투명필름과 동일한 재질의 필름을 이용하여 밀봉될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 구조체(100)는 상기 제1 금속층(110), 상기 패턴층(120) 및 상기 제2 금속층(130)의 개방된 면을 상기 투명필름(140)으로 감싸고 있는 구조이기 때문에, 외부 환경에 의한 상기 제1 금속층(110), 상기 패턴층(120) 및 상기 제2 금속층(130)의 오염 및 산화를 방지하므로, 본 발명의 구조체로부터 상기 투명필름(140)이 분리 또는 제거하지 않는 한, 오랜시간이 지난 후에도, 위조 변조 및 재사용 여부를 검출할 수 있는 장점을 가지고 있다.
즉, 본 발명에 따른 구조체(100)는 상술한 구조를 가지고 있기 때문에, 오랜기간동안 제품의 위조 또는 변조품인지 여부와 재사용된지 여부를 확인할 수 있는 장점이 있다.
도 2는 본 발명에 따른 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체로부터 투명필름이 분리된 예를 개략적으로 나타낸 도면으로, 이를 참조하면 외력에 의해 본 발명에 따른 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체(100)로부터 상기 투명필름(140)이 분리될 경우, 적외선이 인가되더라도 방출되는 가시광의 발광 세기가 현저히 낮아져, 육안으로 관찰되지 않는다.
구체적으로 본 발명에 따른 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체(100)에서 외력에 의해 상기 투명필름(140)이 분리되면 상기 투명필름(140)의 접착력에 의해 상기 제2 금속층(130)도 분리되고, 상기 투명필름(140) 및 제2 금속층(130)이 분리되면, 상기 구조체(100)에 적외선이 인가됨에 따라 나타나는 가시광의 발광 세기 정도가 상기 투명필름(140) 및 제2 금속층(130)이 분리되기 전과 비교하여 달라지게되므로, 이를 통해 본 발명에 따른 구조체(100)의 위조 및 변조 유무와 재사용 여부의 진위를 식별할 수 있게 된다.
상기 가시광의 발광 세기 정도가 상기 투명필름(140) 및 제2 금속층(130)이 분리되기 전과 달라지게 되는 이유는 상기 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130) 간의 이격거리 즉 갭이 커지게되어, 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 갖지 못하기 때문이다.
특히, 상기 제2 금속층(130)이 상기 투명필름(140)에 의해 구조체(100)로부터 분리되면, 상기 제2 금속층(130)과 상기 패턴층(120)을 포함하는 제1 금속층(110) 사이에 상기 유체(150)가 스며들어, 상기 제2 금속층(130)과 상기 투명필름(140)을 다시 상기 제1 금속층(110)에 밀착시킨다하더라도, 회복되지 못하므로 재사용을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체의 제조과정을 나타내는 공정 모식도이다.
Ⅰ) 제1 금속층을 증착하는 단계;
Ⅱ) 상기 제1 금속층 상에 리소그래프 공법을 이용하여 복수개의 업컨버전 나노입자로 이루어진 패턴층을 구비하는 단계;
Ⅲ) 상기 패턴층 상에 제2 금속층을 구비하는 단계; 및
Ⅳ) 상기 패턴층을 포함하는 제1 금속층과 제2 금속층의 개방된 면을 밀폐시키도록 투명필름을 부착하는 단계;
우선, 상기 제1 금속층(110)은 열증착을 이용하여 증착되어 소정의 두께를 갖도록 형성되는데(단계 Ⅰ), 구체적으로 상기 제1 금속층(110)은 본 발명에 따른 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체(100)가 대상물의 몸체나 개폐구의 표면에 직접 증착될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 구조체(100)와 상기 대상물 간의 접착성을 향상시키기 위해, 접착층 또는 기판 상에 상기 제1 금속층(110)을 증착할 수 있다.
상기 제1 금속층(110)은 2차원 금속 박막 형태일 수 있고, 상기 제1 금속층(110)은 금속 자체의 흡수 손실이 작은 금(Au), 은(Ag) 및 구리(Cu)와 같은 귀금속 물질에서 선택된 하나 이상의 금속 또는 하나 이상의 금속을 주성분으로 포함하는 합금일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면 상기 제1 금속층(110)의 두께는 충분한 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 얻으면서도, 가시광의 투과를 막을 수 있는 100 ㎚이상인 것이 바람직한데, 가장 바람직하게 100 ㎚ 내지 2 ㎜일 수 있다. 상기 제1 금속층(110)의 두께가 2 ㎜를 초과하게 될 경우 대상물에 본 발명의 구조체(100)를 부착하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.
이후, 상기 제1 금속층(110) 상에 복수개의 업컨버전 나노입자(121)로 이루어진 패턴층(120)을 구비한다(단계 Ⅱ).
이때, 상기 업컨버전 나노입자(121)는 입사되는 적외선 광을 가시광으로 광변환할 수 있는 업컨버전 나노입자(121)면 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 이터븀(Yb), 어븀(Er), 툴륨(Tm) 또는 이들의 혼합물이 도핑된 할라이드, 칼코게나이드 및 금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 것일 수 있다.
상기 패턴층(120)에 원하는 패턴으로 패터닝되도록 하기 위해 상기 제1 금속층(110) 상에 리소그래피 공정을 이용하여 패턴화된 업컨버전 나노입자(121)로 이루어진 패턴층(120)을 형성할 수 있다.
이때 형성된 상기 패턴층(120)의 패턴이, 본 발명에 따른 구조체(100)에 적외선을 인가할 경우 가시광을 발하는 패턴의 형상을 결정짓기 때문에, 다양한 리소그래프 공정으로 상기 업컨버전 나노입자(121)를 이용하여 상기 패턴층(120)의 형상을 조절하여 원하는 패턴으로 패턴화할 수 있다.
상기 리소그래프 공정으로는 통상적인 리소그래피 공정을 사용할 수 있고, 바람직하게는 나노임프린트, 소프트 리소그래피, 블록공중합체 리소그래피, 광 리소그래피 및 캐필러리 리소그래프로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이상의 방법을 사용할 수 있다.
이와 다르게 상기 패턴층(120)이 비규칙적 배열로 형성할 경우에는 상기 업컨버전 나노입자(121)와 유기용제로 이루어지는 혼합용액을 제조한 후, 이를 상기 제1 금속층(110) 상에 스핀코팅 또는 스프레이 코팅하여 형성할 수 있다.
상기 업컨버전 나노입자(121)의 평균직경은 상기 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 이격거리와 밀접하게 관련이 있고, 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 가지기 위해 요구되는 상기 이격거리는 상기 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 금속 종류에 따라 적절히 선택될 수 있는데, 바람직하게는 10 내지 300 ㎚일 수 있고, 상기 하한치와 상한치를 벗어나게 되면 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 가질 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
일예로, 상기 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 금속이 은일 경우에는 상기 업컨버전 나노입자(121)의 평균직경은 10 내지 30 ㎚인 것이 바람직한데, 상기 업컨버전 나노입자(121)의 평균 직경이 10 ㎚ 미만이면 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 가질 수 없게 되는 문제가 발생할 수 있다., 30 ㎚를 초과할 경우에는 상기 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130) 간에 형성된 이격거리가 커지게 되어 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 가질 수 없게 되어 적외선을 조사하여도 가시광 빛을 육안으로 관찰할 수 없게 되는 문제가 발생한다.
다시 말해, 상기 업컨버전 나노입자(121)의 평균 직경이 10 ㎚ 미만이거나 30 ㎚를 초과할 경우, 780-2000 ㎚ 파장의 적외선에 대해서 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 일으키기에 유효한 이격거리를 벗어나게되므로, 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 가질 수 없게 되어 적외선을 조사하여도 가시광 빛을 육안으로 관찰할 수 없게 되는 문제가 발생한다.
또한, 상기 패턴층(120)의 두께는 코팅된 상기 업컨버전 나노입자(121)의 평균 직경으로 조절할 수 있는데, 바람직하게는 10 내자 300 ㎚일 수 있다.
다음, 상기 패턴층(120) 상에 제2 금속층(130)을 구비한다(단계 Ⅲ).
상기 패턴층(120) 상에 금속 나노입자 또는 금속 나노와이어와 유기용제로 이루어지는 혼합용액으로 코팅하여 상기 제2 금속층(130)을 형성할 수 있는데, 상기 제2 금속층(130)의 형성위해 구조물의 형태를 해치지 않는 통상의 코팅 방법이라면 특별히 이에 제한되지 않으나, 일예로, 스핀코팅, 스프레이코팅, 딥핑(dipping)코팅 및 드롭(drop)코팅 방법 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있는데, 전체적으로 고른 분포를 위하여 스핀코팅이 가장 바람직하다. 특히, 상기 제2 금속층(130)으로 금속 나노와이어를 사용함에 있어 어느 한 방향으로 밀집되지 않고 넓게 분포 및 균질하게 분산되도록 하기 위해서는, 스핀코팅을 1000 내지 10,000 rpm에서 수행하는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 1000 내지 10,000 rpm에서 20 내지 50 초간 수행되는 것이 바람직하다.
상기 제2 금속층(130)의 두께는 본 발명의 구조체(100) 전체 적외선 투과율에 영향을 미치지 않으며, 오히려 제2 금속층(130)의 두께가 두꺼워져 상기 패턴층(120)의 표면을 완전히 덮게되면 발광세기가 증가하는 것을 실험적으로 확인한 바 있다. 허나, 상기 제2 금속층(130)은 재사용 진위 여부를 확인할 수 있도록 상기 구조체(100)의 투명필름(140)으로 인해 분리되어야 하므로, 너무 두께가 두꺼워지게 되면 제대로 제거되지 못하기 때문에 적절한 두께가 설정되어야 할 것인 바, 바람직하게 상기 제2 금속층(130)의 두께는 10 ㎚ 내지 2㎛ 일 수 있는데, 상기 제2 금속층(130)의 두께가 10 ㎚ 미만일 경우 충분한 갭플라즈몬 폴라리톤 효과를 발생하지 못해, 적외선을 인가하더라도 육안으로 식별될 정도로 가시광이 발광하지 않는 문제가 존재하고, 2 ㎛를 초과할 경우 대상물에 본 발명에 따른 구조체가 구비 또는 부착될 시 외관을 해치거나, 사용함에 있어 이질감을 주는 문제가 발생한다. 또한, 상기 제2 금속층(130) 두께가 2 ㎛를 초과한 경우, 본 발명의 구조체로부터 투명필름을 분리할 때, 상기 제2 금속층(130)이 상기 구조체로부터 제거되지 못하고, 남아 재사용 진위 여부를 판별하기 어려워지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 스핀코팅 단계를 사용할 경우, 상기 유기용제가 휘발되어 제거되기 때문에 별도의 건조단계를 추가하지 않아도 되는 장점이 있다.
상기 제2 금속층(130)의 제조단계는 강한 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 발휘할 수 있을 때까지 반복적으로 수행할 수 있으며, 바람직하게는 1 회이상 가장 바람직하게는 1회 내지 50회로 반복수행할 수 있다. 상기 제2 금속층(130)의 제조단계가 50회 이상 수행될 경우, 상게 제2 금속층(130)의 두께가 2 ㎛를 초과하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 제2 금속층(130)은 상기 제1 금속층(110)과 평면부가 소정의 이격거리를 갖도록 서로 평행하게 배열되는 것이 바람직하며, 상기 제2 금속층(130)은 평면형 구조로 원형, 타원형, 다각형, 고리형, 방사형 등 다양한 형상 및 두께를 가질 수 있다.
상기 제2 금속층(130)의 금속 나노입자의 경우 평균 직경은 10 내지 500 ㎚이고, 금속 나노와이어의 경우 평균 직경은 30 내지 500 ㎚이며, 평균길이는 0.1 내지 20 ㎛이다. 다만 금속 나노와이어의 경우 평균길이가 0.1 ㎛미만인 경우, 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 구조체(100)로부터 분리 또는 제거되는 투명필름(140)을 따라 상기 제2 금속층(130)이 분리 또는 제거될 때, 제거되지 못하고, 상기 구조체(100)에 남게되어, 재사용 진위 여부를 판별하기 어려워지는 문제가 발생하고, 20 ㎛를 초과하는 경우에는 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과 외에 발생하는 다른 효과로 인한 간섭영향이 발생할 수 있다.
상기 제2 금속층(130)의 금속은 금속 자체의 흡수 손실이 작은 금(Au), 은(Ag) 및 구리(Cu)와 같은 귀금속 물질에서 선택된 하나 이상의 금속 또는 하나 이상의 금속을 주성분으로 포함하는 합금일 수 있다.
상기 제1 금속층(110)과 상기 제2 금속층(130)의 금속은 서로 동일한 종류의 금속 또는 서로 상이한 종류의 금속이 될 수 있다.
상기 제1 금속층(110)과 상기 제2 금속층(130)의 금속은 은(Ag)인 것이 가장 바람직하다.
상기 제1 금속층(110) 및 제2 금속층(130)에 사용되는 금속의 종류에 따라, 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 가지도록 요구되는 이격거리 즉 패턴층의 업컨버전 나노입자(121)의 직경이 변화될 수 있다.
최종적으로. 상기 패턴층(120)을 포함하는 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 개방된 면을 밀폐시키도록 투명필름(140)을 부착한다(단계 Ⅳ). 구체적으로 상기 투명필름(140)은 이의 측면 또는 외측면에 위치하는 상기 유체(150)로부터 상기 패턴층(120)을 포함하는 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)을 격리하기 위한 것으로, 효과적으로 격리될 수 있도록 상기 패턴층(120)을 포함하는 제1 금속층(110)과 제2 금속층(130)의 개방된 면을 상기 투명필름(140)으로 밀봉한다.
상기 투명필름(140)은 외력에 의해 쉽게 상기 패턴층(120)을 포함하는 제1 금속층(110)으로부터 분리될 수 있고, 외력에 의해 쉽게 분리되면서 높은 투명성을 확보하기 위해 플라스틱 필름이면 특별히 제한되지 않으나, 보다 바람직하게는 0.1~5 N/㎜의 접착강도를 갖는 플라스틱 필름일 수 있는데, 상기 투명필름(140)의 접착강도가 0.1 N/㎜ 미만일 경우, 상기 투명필름(140)의 분리는 용이하나, 상기 제2 금속층(130)과의 결합이 약해 상기 제2 금속층(130)의 분리가 제대로 이루어지지 않아 재사용을 하더라도 식별이 불가능하다는 문제가 발생한다.
또한, 상기 투명필름(140)의 접착강도가 5 N/㎜를 초과할 경우에는 결합력이 과도하게 강해, 약한 외력으로는 쉽게 분리되지 않으므로, 사용을 했음에도 불구하고 제대로 상기 투명필름(140)이 분리되지 못해, 재사용 식별에 있어 악용에 여지를 주는 문제가 발생한다.
상기 투명필름(140)은 보다 구체적으로 폴리에스테르계, 아크릴계, 셀룰로오스계, 폴리올레핀계, 폴리우레탄계, 폴리카르보네이트계, 페놀계, 폴리염화비닐 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 액체 불투과성 및 접착성뿐만 아니라 유연성도 우수하다는 점에서 일부 폴리염화비닐 및 폴리우레탄계 필름이 바람직하다.
다르게 상기 투명필름(140)은 쉽게 손상되는 유리나 세라믹과 같이 취성이 높은 재질로 형성될 수 있다.
상기 투명필름(140)에서 '투명'이란 전체 광선 투과율이 80% 이상 바람직하게는 90% 이상인 것을 의미한다.
상기 투명필름(140)의 측면 또는 외측면에 유체를 위치시키는 단계(단계 Ⅴ)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체는 이를 포함하는 위조 변조 또는 재사용 방지를 위한 박스 또는 용기에 응용될 수 있는데, 구체적으로 상기 구조체가 상기 박스 또는 용기의 표면이나 개폐구 부분에 포함 또는 부착 또는 장착되어 있을 수 있다.
다만, 상기 박스 또는 용기에 부착된 구조체로부터 연장된 투명필름의 일부가 이용자에 의해 쥐여질 수 있고, 자극을 인가하기 위해 탄성적으로 변형될 수 있도록 돌출부로서 제공되어야 한다.
본 발명의 또 다른 측면은 하기 단계를 포함하는 위조 변조 및 재사용 진위여부를 판별하는 방법에 관한 것이다.
a) 외부의 빛을 차단한 상태에서, 적외선을 상기 구조체에 인가하는 단계; 및
b) 상기 적외선이 인가된 구조체에 나타나거나 사라진 패턴을 확인하여 상기 구조체의 위조 변조 및 재사용 진위 여부를 확인하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 위조 변조 및 재사용 진위여부를 판별하는 방법은 외부의 빛을 차단한 상태에서, 상기 구조체에 적외선을 인가하고, 상기 적외선이 인가된 구조체에 나타나거나 사라진 패턴을 사용자의 눈 또는 가시광 검출 장치로 측정함으로써 위조 변조 및 재사용 진위여부를 식별한다.
본 발명에 따른 위조 변조 및 재사용 진위여부 판별 방법은 용도에 따라 선택적으로 사용되어야 하는데, 즉, 위조 변조 및 재사용 진위여부를 보다 면밀히 정밀하게 판별하기 위해서는 가시광 검출 장치를 사용하여 가시광 발광세기 및 나타나는 스펙트럼의 형태를 비교하여 분석하거나 사용할 수 있다.
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
또한 이하에서 제시되는 실험 결과는 상기 실시예 및 비교예의 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
실시예
. 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체.
1) 제1
금속층
제작
열증착 방법으로 실리콘 기판 상에 Ti를 20 ㎚ 증착한 후, 다시 열증착 방법을 이용하여 은으로 100 ㎚ 두께의 제1 금속층을 증착하였다.
2)
패턴층
제작
상기 제1 금속층 상에 포토레지스트(PR;SU-8)을 스핀코팅을 통해 도포한 후, 소프트베이킹하였다. 이후, 원하는 문양의 마스크를 상기 소프트베이킹된 포토레지스트 상에 올려놓고 UV로 노광한 다음, 노광된 부분을 제거하기 위하 현상액(AZ300MIF, propylene glycol methyl ether acetate)로 세척하여 원하는 패턴을 갖도록 포토레지스트층을 제조하였다.
다음, 상기 패턴화된 포토레지스트층 상에 25 ㎚ 평균 직경을 가지는 업컨버전 나노입자(NaYF4)를 도포하고, 3000 rpm에서 30 초간 스핀코팅하여 일정한 두께를 가지는 업컨버전 나노입자 단층으로 이루어진 패턴층을 제작하였다.
이때, 업컨버전 나노입자의 도포과정에서 사용되는 용매인 클로로포름은 스핀코팅과정 중 모두 휘발되어 버리므로 별도의 건조과정을 거치지 않았다.
최종적으로 상기 제1 금속층 상에서 포토레지스트층을 제거하기 위하여 아세톤이 담긴 비커에 담근 후, 초음파 세척기로 초음파 세척을 20 분간 실시한 다음, 세척 잔여물을 제거하기 위해 에탄올과 초순수로 반복 세척하였다. 마지막으로 질소(N2) 분위기 하에서 건조하여 패턴층을 제작하였다.
3) 제2
금속층
제작
제1 금속층과의 작용을 통해 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 가지도록 하기 위하여, 상기 패턴층 상에 은 나노와이어로 제2 금속층을 구비하였다.
우선 이소프로필 알콜에 분산되어 있는 은 나노와이어(평균직경 60±10 ㎚, 평균길이 10±5 ㎛)를 상기 패턴층에 도포한 후 3000 rpm에서 30 초간 스핀코팅하여 일정한 두께로 고르게 형성되도록 하였다.
이때 사용된 용매인 이소프로필 알콜 역시 스핀코팅과정 중 모두 휘발되기 때문에 별도의 건조과정이 요구되지 않았다.
다만, 본 실시예에서는 제2 금속층 도포 과정을 5 번 반복하여, 제작하였기 때문에, 5 층의 제2 금속층이 제작되었다.
4) 투명필름 제작
강한 접착력 및 액체 불투과성을 가지는 아크릴계 필름을 사용하여 상기 패턴층을 포함하는 제1 금속층과 제2 금속층의 개방된 면을 밀폐시키도록 투명필름을 부착하였다.
5) 유체(오염물질) 제공
상기 투명필름 상에 투명한 투광성 오일로 액체상태의 실리콘 엘라스토머 베이스를 부어주었다.
비교예
1.(
UC
/
Ag
film)
실시예에서 3) 제2 금속층을 제작하는 단계를 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예와 모두 동일하게 구조체를 제조하였다.
비교예
2.(
AgNW
/
UC
/glass)
제1 금속층을 은으로 제작하는 대신 유리기판을 사용한 것을 제외하고는 실시예와 모두 동일하게 구조체를 제조하였다.
비교예
3.(
UC
/glass;
UC
mono-layer)
제2 금속층을 제작하는 단계를 수행하지 않은 것을 제외하고는 비교예 2와 모두 동일하게 구조체를 제조하였다.
도 4는 적외선을 인가하였을 때, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체의 패턴을 따라 가시광선이 식별됨을 확인할 수 있는 사진이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 구조체에 적외선을 인가한경우, 육안으로 확인될 정도의 광학적 특성 즉, 가시광선이 확인되었다.
다시 말해, 본 발명에 따른 구조체는 단순히 적외선을 인가함으로써 나타나거나 사라진 패턴의 확인을 통해 위조인지 변조인지 또는 재사용한 것인지 여부를 육안으로 쉽게 감별할 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체의 실제 모습을 촬영한 사진이다.
도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예로부터 제조된 구조체는 제1 금속층을 제외한 구성들이 투명성을 가지고 있는 것을 확인하였다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체의 표면을 촬영한 SEM 이미지이다.
도 6에 나타난 바와 같이, 제2 금속층을 구성하는 은 나노와이어가 패턴층의 업컨버전 나노입자 상에 비규칙적인 배열로 구비되어 있는 것을 확인하였다.
다만, 상기 제2 금속층을 구성하는 은 나노와이어는 어느 한쪽으로 밀집되거나, 응집되지 않고, 상기 패턴층 상에 고르게 분포되어있는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체의 단면을 촬영한 TEM 이미지이다.
도 7에 나타난 바와 같이, 본 발명의 구조체는 제1 금속층(Ag film) 상에 업컨버전 나노입자(UC)로 이루어진 패턴층이 구비되어 있고, 상기 패턴층 상에 은 나노와이어(AgNW)로 이루어진 제2 금속층이 형성되어 있음을 확인하였다.
또한, 상기 제1 금속층(Ag film) 하면에는 Ti 기판이 더 구비될 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 상기 제1 금속층(Ag film)과 상기 제2 금속층(AgNW) 사이에는 평균 직경이 25 ㎚인 업컨버전 나노입자(UC) 단층으로 이루어진 패턴층이 구비되어 있어, 제1 금속층(Ag film)과 제2 금속층(AgNW) 간에 갭(Gap)으로 작용하기 때문에, 이로 인해 강한 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과가 발생할 수 있음을 알 수 있다.
이때, 상기 업컨버전 나노입자의 직경이 평균 25 ㎚로 균일하였으며, 이로 인해 형성된 패턴층 역시 균일하게 이루어지는 것을 확인할 수 있다.
즉, 상술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 구조체는, 상기 원리로 인하여 적외선이 인가될 때, 가시광선 중 선택되는 특정 영역 파장의 빛이 육안으로 확인될 정도의 세기로 발광됨을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체와 본 발명의 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 구조체 각각에 적외선을 인가하였을 때, 발광 세기를 측정한 결과 그래프이다.
도 8에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체는 520-560 ㎚와 640-680 ㎚ 파장영역에서 비교예 3의 구조체보다 18 배 이상 높은 발광 세기를 갖는다는 것을 확인할 수 있다.
아울러, 비교예 1의 구조체는 퀀칭 효과(quenching ettect)에 의해서 오히려 발광 세기가 감소됨을 확인할 수 있다.
또한 본 발명의 비교예 2의 구조체는 제2 금속층이 존재하기 때문에 표면 플라즈몬 효과를 가짐에도 불구하고, 비교예 1의 구조체와 유사한 발광세기를 갖는 다는 것을 확인하였다.
즉, 본 발명에 따른 구조체에서 적외선을 인가하였을 때, 육안으로 확인될 정도로 가시광이 발광하는 것은, 제1 금속층과 제2 금속층에 의해 발생하는 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과에 의한 것임을 알 수 있다.
결국, 본 발명에 따른 구조체는 투명필름 분리에 대응하여 제2 금속층만 분리되어도, 발광하는 가시광의 세기가 현저히 낮아져 육안으로 상기 구조체의 패턴이 식별되지 않음을 알 수 있고, 이를 통해 본 발명에 따른 구조체가 위조 변조 및 재사용되었는지 여부를 확인할 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 구조체는 본 실험을 통해, 상기 투명필름을 분리과정에서 업컨버전 나노입자 즉, 패턴층의 일부 또는 전체가 상기 제2 금속층과 동시에 분리되어 상기 제2 금속층과 패턴층이 인접하여 존재하더라도, 이로부터 발광하는 가시광의 세기는 현저히 낮기 때문에, 위조 변조 및 재사용 여부를 확인함에 큰 영향을 미치지 않는 것을 확인하였다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체에서 투명필름을 분리하기 전(a)과 후(b), 각각에 대해 적외선을 인가하였을 때, 상기 구조체에 따라 나타나거나 사라진 패턴을 촬영한 사진이다.
이때, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 구조체로부터 투명필름을 분리하고 난 후의 경우, 분리된 투명필름을 구조체 상에 재위치시킨 뒤 물리적 압력을 가해 다시 밀착시킨 다음, 가시광선 발광 정도를 촬영하였다.
도 9에 나타난 바와 같이, 투명필름을 분리하기 전(a)에는 육안으로 발광하는 가시광선 즉, 패턴이 관찰되었으나, 투명필름 분리하고난 후(b)에는 육안으로 발광하는 가시광선 즉 패턴이 관찰되지 않는 것을 확인하였다.
본 발명에 따른 구조체는 투명필름이 분리될 때, 제2 금속층이 같이 분리되게 되는데, 이때, 패턴층을 구성하는 업컨버전 나노입자는 제1 금속층과의 접착력이 더 좋기 때문에 제2 금속층에 의해 쉽게 탈착되지 않는다. 이는 SEM 촬영을 통해 확인할 수 있다.
만일 패턴층을 구성하는 업컨버전 나노입자가 제2 금속층에 의해 제1 금속층과 분리된다 하더라도 제2 금속층과 제1 금속층과의 이격거리가 유체에 의해 오염되어 달라져버렸기 때문에 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과가 발생하지 않으므로, 다시 제2 금속층을 제1 금속층에 결합시켜도 육안으로 확인될 정도로 발광 세기를 회복할 수 없음을 본 실험을 통해 확인하였다.
즉, 상기 투명필름을 분리하고 난 후에는 투과성 오일과 같이 액체상태의 오염원이 제1 금속층과 제2 금속층 사이에 흘러들어가기 때문에, 다시 투명필름을 부착하여도 육안으로 관찰될 정도로 가시광선이 회복되지 않기 때문에, 위조 변조 또는 재사용 여부를 쉽게 확인할 수 있다.
100 : 구조체 110 : 제1 금속층
120 : 패턴층 121 : 업컨버전 나노입자
130 : 제2 금속층 140 : 투명필름
150 : 유체
120 : 패턴층 121 : 업컨버전 나노입자
130 : 제2 금속층 140 : 투명필름
150 : 유체
Claims (17)
- 위조 변조 방지 및 재사용 방지를 위한 구조체에 있어서,
제1 금속층;
상기 제1 금속층 상에 구비된, 복수 개의 업컨버전 나노입자로 이루어진 패턴층;
상기 패턴층 상에 구비된 제2 금속층;
상기 패턴층을 포함하는 제1 금속층과 제2 금속층의 개방된 면을 밀폐시키도록 부착된, 외력에 의해 분리되는 액체 불투과성 및 접착성의 투명필름; 및
상기 투명필름의 측면 또는 외측면에 위치한 유체;를 포함하고,
상기 위조 변조 방지 및 재사용 방지를 위한 구조체는 상기 투명필름에 의해 상기 유체로부터 격리되어 있는 것을 특징으로 하는 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체. - 제1항에 있어서,
상기 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체는 상기 제2 금속층과 제1 금속층 사이의 이격거리에 의해 갭 플라즈몬 폴라리톤 효과를 가지는 것을 특징으로 하는 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체. - 제1항에 있어서,
상기 업컨버전 나노입자의 평균 직경은 10 내지 300 ㎚인 것을 특징으로 하는 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체. - 제1항에 있어서,
상기 제2 금속층은 금속 나노입자 또는 금속 나노와이어로 이루어진 것을 특징으로 하는 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체. - 제1항에 있어서,
상기 유체는 광유, 글리세린, 절연유, 디메틸실리콘 오일, 메탈페닐 실리콘 오일 및 폴리메틸 하이드로겐 실록산 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 투광성 오일이거나, 에폭시 수지, 에폭시 베이스, 레진, 폴리우레탄 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 투광성 유체 유기물인 것을 특징으로 하는 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체. - 제1항에 있어서,
외력에 의해 상기 투명필름이 분리되면 상기 투명필름의 접착력에 의해 상기 제2 금속층도 분리되고,
상기 투명필름 및 제2 금속층이 분리되면, 상기 구조체에 적외선이 인가됨에 따라 나타나는 가시광의 발광 세기 정도가 상기 투명필름 및 제2 금속층이 분리되기 전과 비교하여 달라지는 것을 특징으로 하는 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체. - 제1항에 있어서,
상기 제2 금속층이 상기 투명필름에 의해 구조체로부터 분리되면, 상기 제2 금속층과 상기 패턴층을 포함하는 제1 금속층 사이에 상기 유체가 스며들어 재사용이 방지되는 것을 특징으로 하는 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체. - 제1항에 있어서,
상기 구조체는 적외선 레이저를 인가에 의해 발광하는 가시광을 사용자의 눈으로 관찰가능한 것을 특징으로 하는 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체. - Ⅰ) 제1 금속층을 증착하는 단계;
Ⅱ) 상기 제1 금속층 상에 복수개의 업컨버전 나노입자로 이루어진 패턴층을 구비하는 단계;
Ⅲ) 상기 패턴층 상에 제2 금속층을 구비하는 단계;
Ⅳ) 상기 패턴층을 포함하는 제1 금속층과 제2 금속층의 개방된 면을 밀폐시키도록 투명필름을 부착하는 단계; 및
Ⅴ) 상기 투명필름의 측면 또는 외측면에 유체를 위치시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체의 제조방법. - 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 Ⅲ) 단계는 스핀코팅, 스프레이코팅, 딥핑(dipping)코팅 및 드롭(drop)코팅 방법 중에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 위조 변조 및 재사용 방지를 위한 구조체의 제조방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 구조체를 포함하는 위조 변조 또는 재사용 방지를 위한 용기로,
상기 구조체가 상기 용기의 표면이나 개폐구 부분에 포함 또는 부착 또는 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 보안을 위한 용기. - 제12항에 있어서,
상기 용기에 부착된 구조체로부터 연장된 투명필름의 일부가 이용자에 의해 쥐여질 수 있고, 자극을 인가하기 위해 탄성적으로 변형될 수 있도록 돌출부로서 제공되는 것을 특징으로 하는 용기. - a) 외부의 빛을 차단한 상태에서, 적외선을 제1항에 따른 구조체에 인가하는 단계; 및
b) 상기 적외선이 인가된 구조체에 나타나거나 사라진 패턴을 확인하여 상기 구조체의 위조 변조 및 재사용 진위 여부를 확인하는 단계;를 포함하는 위조 변조 및 재사용 진위여부를 판별하는 방법. - 제14항에 있어서,
상기 b) 단계는 사용자의 눈 또는 가시광 검출 장치로 패턴을 확인하는 것을 특징으로 하는 위조 변조 및 재사용 진위여부를 판별하는 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 구조체를 포함하는 위조 변조 또는 재사용 방지를 위한 박스로,
상기 구조체가 상기 박스의 표면이나 개폐구 부분에 포함 또는 부착 또는 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 보안을 위한 박스. - 제16항에 있어서,
상기 박스에 부착된 구조체로부터 연장된 투명필름의 일부가 이용자에 의해 쥐여질 수 있고, 자극을 인가하기 위해 탄성적으로 변형될 수 있도록 돌출부로서 제공되는 것을 특징으로 하는 박스.
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