KR102332380B1 - 복합 나노패턴을 갖는 색변환 입체 홀로그램 필름 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 색변환 홀로그램 필름을 제조하는 방법으로서, 복합 나노패턴 템플레이트를 제작하는 단계; 및 상기 복합 나노패턴 템플레이트를 이용하여 홀로그램 필름에 복합 나노패턴을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 복합 나노패턴은 적어도 제1 나노패턴 및 제1 나노패턴과 상이한 제2 나노패턴을 포함하는 것인, 색변환 홀로그램 필름 제조방법을 개시한다.

Description

복합 나노패턴을 갖는 색변환 입체 홀로그램 필름 및 이의 제조방법 {Visible-invisible hologram film with multi nano-patterns and method for producing the hologram film}

본 발명은 입체 홀로그램 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복합 나노패턴의 나노패턴층을 구비한 입체 홀로그램 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

입체 필름은 렌티큘러(Lenticular) 렌즈 또는 반구형 렌즈의 어레이와 렌즈의 초점거리만큼 이격되어 배열된 마이크로 패턴으로 구성되고 입체 필름을 보는 사용자의 양안 시차에 의한 착시 효과 원리에 의해 평면적인 2차원 이미지를 3차원적인 이미지로 보여주는 필름이다.

이러한 입체 필름은 육안식별이 가능하고 일정 수준 이상의 보안성을 유지할 수 있으므로 지폐, 상품권, 신분증, 여권 등과 같이 다양한 제품에 활용되고 있다. 하지만 인쇄기술의 발전에 따른 모조 기술의 발전과 홀로그램을 제조하는 기술이 일반화 및 대중화됨에 따라 입체 필름을 정교하게 위조하는 사례도 증가하고 있으며, 보안성을 향상시킨 입체 필름에 대한 필요성이 제기되고 있다.

특허문헌1: 한국 공개특허 제2013-0085310호 (2013년 7월 29일 공개) 특허문헌2: 한국 공개특허 제2018-0022269호 (2018년 3월 6일 공개)

본 발명의 일 실시예에 따르면, 입체 필름의 2차원 평면에서 정해진 영역별로 서로 다른 나노패턴을 갖도록 하여 영역별로 서로 다른 회절, 간섭 또는 분산 효과로 인해 보는 각도에 따라 나노패턴의 문양을 감추거나 쉽게 인지할 수 있도록 하여 색변환 효과와 보안 효과를 향상시킨 복합 나노패턴을 구비한 입체 홀로그램 필름 및 이를 제작하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 색변환 홀로그램 필름을 제조하는 방법으로서, 복합 나노패턴 템플레이트를 제작하는 단계; 및 상기 복합 나노패턴 템플레이트를 이용하여 홀로그램 필름에 복합 나노패턴을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 복합 나노패턴은 적어도 제1 나노패턴 및 제1 나노패턴과 상이한 제2 나노패턴을 포함하는 것인, 색변환 홀로그램 필름 제조방법을 개시한다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면 상술한 제조방법에 의하여 제조된 색변환 홀로그램 필름을 개시한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존의 입체 홀로그램 필름 상에 복합 나노패턴을 형성함으로써 회절광에 기반하여 복합 나노패턴의 특정 문양이 특정 광학조건에서 발현되도록 하여 색변환 효과와 보안 효과를 향상시키는 이점을 가진다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복합 나노패턴의 문양이 반복되는 입체 홀로그램 필름을 생산할 경우 단위영역에 대한 레티클을 이용하여 스텝 앤 리피트 공정으로 대면적화된 템플레이트를 제작하고 이 템플레이트를 임프린트함으로써 복합 나노패턴을 갖는 입체 홀로그램 필름을 제작할 수 있으며, 이 방식에 의하면 반복되는 나노패턴 문양을 갖는 입체 홀로그램 필름을 효율적으로 생산할 수 있는 이점이 있다.

도1은 일 실시예에 따른 복합 나노패턴을 구비한 입체 필름을 설명하는 도면,
도2는 대안적 실시예에 따른 복합 나노패턴을 구비한 입체 필름을 설명하는 도면,
도3은 복합 나노패턴을 구비한 입체 필름의 광학적 효과를 설명하는 도면,
도4는 복합 나노패턴 단위영역의 반복구조를 갖는 대면적 템플레이트를 설명하는 도면,
도5는 대면적 템플레이트 중 복합 나노패턴 단위영역을 설명하는 도면,
도6은 일 실시예에 따른 복합 나노패턴 형성 방법을 설명하는 흐름도,
도7은 도6의 방법에 사용되는 레티클을 설명하는 도면,
도8은 대안적 실시예에 따른 복합 나노패턴 형성 방법을 설명하는 흐름도,
도9는 도8의 방법에 사용되는 레티클을 설명하는 도면이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소(A)가 다른 구성요소(B) 위에 적층(또는 증착, 부착, 배치 등)된다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소(B) 위에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 개재되거나 또는 그들 사이에 소정의 이격 공간이 존재할 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 본 명세서의 도면들에 있어서 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한 본 명세서의 도면들에 있어서 구성요소들의 길이, 넓이, 폭, 부피, 크기, 또는 두께 등은 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한 본 명세서에서 임의의 구조물의 형상이 "나노" 크기라는 것은 그 형상의 길이, 높이, 깊이, 폭, 두께, 직경 중 적어도 하나의 수치가 수 나노미터에서 수천 나노미터인 경우를 의미한다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '~를 포함한다', ‘~로 구성된다', 및 ‘~으로 이루어진다’라는 표현은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도1은 일 실시예에 따른 복합 나노패턴을 구비한 입체 필름(100)의 단면을 개략적으로 나타내었다. 도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 입체 홀로그램 필름(100)(본 명세서에서 "홀로그램 필름" 또는 "입체 필름"이라고도 함)은 베이스 기재(10), 마이크로렌즈 어레이(20), 마이크로 패턴층(30), 및 나노 패턴층(50)을 포함한다.

베이스 기재(10)는 마이크로렌즈 어레이(20)와 마이크로 패턴층(30) 사이에 위치하며 이 두 층(20,30) 사이의 거리를 유지하여 마이크로 렌즈의 초점거리를 유지하는 역할을 한다. 베이스 기재(10)는 투명 또는 반투명 수지 중 적어도 하나로 만들어질 수 있다.

마이크로렌즈 어레이(20)는 베이스 기재(10)의 일측 표면에 형성되며 복수개의 마이크로 렌즈가 2차원 평면으로 배열된 형태를 갖는다. 마이크로렌즈 어레이(20)를 구성하는 마이크로 렌즈는 복수개의 반원통형의 볼록렌즈가 평행하게 배열된 렌티큘러 렌즈로 구성될 수도 있고 복수개의 반구형의 볼록렌즈가 2차원으로 연속 배열되어 구성될 수도 있으며, 각각의 마이크로 렌즈의 직경, 두께, 및 곡률은 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수 있다.

마이크로 패턴층(30)은 베이스 기재(10)의 타측 표면, 즉 베이스 기재(10)를 사이에 두고 마이크로렌즈 어레이(20)와 마주보는 측에 형성될 수 있다. 마이크로 패턴층(30)은 2차원 평면으로 배열된 복수개의 마이크로 패턴(35)을 포함한다. 마이크로 패턴(35)은 제작자가 구현하고자 하는 문양(예를 들어, 문자, 그림, 로고 등)에 따라 다양한 패턴으로 형성된다. 각각의 마이크로 패턴(35)은 마이크로 패턴층(30)의 표면에 양각 또는 음각으로 형성될 수 있다. 도시한 실시예와 같이 마이크로 패턴(35)이 음각으로 형성된 경우, 음각의 패턴 내에 소정 색깔의 잉크(37)가 충진될 수 있다. 마이크로 패턴의 각각에 다양한 색의 잉크(37)를 충진함으로써 입체 이미지를 보다 입체적이고 선명하게 보이도록 할 수 있다.

일 실시예에서 마이크로 패턴층(30)과 나노 패턴층(40) 사이에 하나 이상의 기능층(40)을 더 포함할 수 있다. 기능층(40)은 예를 들어 마이크로 패턴층(30)의 표면을 평탄화하거나(평탄화층), 마이크로 패턴을 보호하거나(보호층), 마이크로 패턴과 나노 패턴 사이의 거리를 소정 거리만큼 이격시키거나(간격유지층), 나노 패턴층(50)이 마이크로 패턴층(30)에서 박리되는 것을 방지하거나(박리 방지층), 또는 마이크로 패턴이나 나노 패턴의 분석 및 모방을 방지하는(모방 방지층) 등 다양한 기능들 중 하나 이상의 기능을 갖는 하나 이상의 층(필름)으로 구성될 수 있다.

나노 패턴층(50)은 2차원 평면으로 배열된 복수개의 나노패턴을 포함한다. 나노패턴은 나노 패턴층(50)에 양각 또는 음각으로 형성되고 규칙적으로 배열된 복수개의 나노 구조물로 이루어진다. 이와 같이 규칙적으로 배열된 나노 구조물에 빛이 조사되면 해당 나노 구조물의 특정 배열에 의해 빛이 회절, 간섭, 산란되어 특정 파장의 빛만 반사함으로써 이 파장의 색이 강하게 발현되고 보는 각도에 따라 색이 변하게 된다. 이 때 보여지는 색은 나노 구조물의 크기나 형상, 나노 구조물 사이의 간격 등 나노패턴의 형상에 따라 달라질 수 있다.

일 실시예에서 나노 패턴층(50)에는 복수 종류의 나노패턴, 즉 복합 나노패턴이 형성되어 있다. 여기서 '복합 나노패턴'은 나노 구조물의 형상이나 크기가 상이하거나 또는 배열방향이 상이한 적어도 2개 이상 종류의 나노패턴을 의미한다. 도시한 예에서 나노패턴층(50)은 제1 나노패턴(NP1)과 제2 나노패턴(NP2)을 포함한다.

제1 나노패턴(NP1)은 동일한 단일 형상(feature)의 나노 구조물들이 2차원으로 배열된 구성을 가진다. 예를 들어 제1 나노패턴(NP1)의 나노 구조물들의 각각은 나노 선(line), 나노 홀(hole), 및 나노 필러(pillar) 중 하나의 형상으로 구성될 수 있다. 여기서 "나노 선"은 표면에 나노 사이즈 폭의 오목홈이 일방향으로 길게 형성된 구조(즉, 트렌치 구조) 또는 나노 사이즈 폭의 돌출부가 일방향으로 길게 형성된 구조를 의미할 수 있다.

각 나노 구조물은 수백nm 내지 2,000nm 사이에서, 소정 크기(즉 나노 선인 경우에는 폭, 나노 홀이나 나노 필러의 경우에는 직경)로 형성된다. 각 나노 구조물들은 상기 소정 크기의 2배 내지 3배 범위 내에서 소정 주기로 서로 이격되어 형성될 수 있고 각 나노 구조물의 높이 또는 깊이는 상기 소정 크기의 0.5 내지 1.5배 범위에서 정해질 수 있다.

예를 들어 제1 나노패턴(NP1)의 각 나노 구조물이 500nm의 크기를 갖는 나노 선(line) 형상이고 주기가 1500nm인 경우, 각 나노 구조물(나노선)의 선폭이 500nm이고 서로 이웃하는 나노선 사이의 간격이 1000nm가 된다. 또 다른 예로서, 제1 나노패턴(NP1)의 각 나노 구조물이 300nm의 크기를 갖는 나노 필러 형상이고 주기가 600nm인 경우 각 나노 구조물(나노 필러)의 직경이 300nm이고 서로 이웃하는 나노 필러의 중심간 거리가 600nm가 됨을 이해할 것이다.

제1 나노패턴(NP1)과 제2 나노패턴(NP2)은 서로 상이한 형상 및/또는 크기의 나노 구조물로 구성된다. 즉 제1 나노패턴(NP1)이 특정 형상과 특정 크기의 나노 구조물로 이루어져 있다면 제2 나노패턴(NP2)은 상기 특정 형상과 다른 형상을 갖거나 또는 상기 특정 크기와 다른 크기를 갖거나 또는 상기 특정 형상과 특정 크기와 다른 형상 및 크기를 갖는 나노 구조물로 이루어진다.

이와 같이 하나의 표면에 서로 상이한 형상이나 크기 또는 서로 상이한 배열방향의 나노패턴들을 형성하면 각 나노 구조에서 발현되는 광특성(회절, 간섭, 분산, 굴절 등)의 차이로 인해 필름 표면을 바라보는 각도에 따라 두 영역이 다양한 색상이나 색채 스펙트럼으로 서로 구분되어 보이며 별도의 채색이나 컬러층을 넣지 않아도 다양한 무늬를 표현하고 색상 변화를 줄 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 제1 나노패턴(NP1)과 제2 나노패턴(NP2) 는 서로 다른 형상 또는 방향 또는 크기를 갖는 나노 구조물로 이루어진다. 본 발명자의 실험에 의하면 나노 구조물이 선과 같이 1차원 방향으로 배열되는 경우 관측각도에 따라 구조색이 보이거나 보이지 않는 효과가 더 우수한 것으로 관찰되었다. 따라서 바람직한 일 실시예에서 제1 및 제2 나노패턴은 서로 다른 나노구조 형상 또는 방향 또는 크기를 갖도록 하여 색변환 효과와 보안 효과를 향상시킬 수 있다.

또한 바람직하게는, 제1 나노패턴(NP1)과 제2 나노패턴(NP2) 모두 나노선 형상으로 구성하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 제1 나노패턴(NP1)과 제2 나노패턴(NP2) 모두 나노 선으로 구성하되 배열방향을 다르게 하여 구성한다. 예를 들어 평면상에서 나노선 형상의 제1 나노패턴(NP1)을 가로 방향으로 배열할 경우 나노 선 형상의 제2 나노패턴(NP2)을 세로 방향으로 배열할 수 있고, 이와 같이 나노패턴을 직교하도록 배열하면 나노패턴을 바라보는 각도에 따라 어느 하나의 나노패턴만 보이거나 또는 둘 다 보이더라도 색상이나 색체 스펙트럼의 차이가 확연히 구분되어 보이므로 색변환 효과를 보다 강하게 나타낼 수 있다.

한편 도면에 도시하지 않았지만 나노패턴(NP1, NP2)의 표면에 메탈층을 더 형성할 수 있다. 메탈층은 나노패턴의 나노 구조물의 표면에만 형성될 수 있다. 예를 들어 나노 구조물이 나노 필러와 같이 양각 패턴인 경우 양각의 돌출된 표면에 형성되고, 나노 구조물이 나노 홀과 같이 음각 패턴이 경우 음각의 내측 오목한 표면에 형성된다. 대안적으로, 메탈층을 나노패턴층(50)의 전체 표면에 형성할 수도 있다. 이 경우 나노 구조물 표면 뿐만 아니라 나노 구조물과 나노 구조물 사이의 표면에도 메탈층이 형성된다.

나노패턴층(50)에 메탈층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며 예컨대 증착, 도금, 충진 등 공지의 방법으로 수십 nm의 두께로 형성할 수 있다. 메탈층을 구성하는 메탈은 예컨대 금이나 은 등 임의의 금속이나 합금일 수 있다. 이와 같이 나노패턴(NP1,NP2)에 메탈층을 형성하면 금속 나노입자가 1차원 또는 2차원으로 배열되는 효과가 발생하며 이에 따라 플라즈몬 공명(plasmon resonance)에 의해 특정 대역에서 광흡수가 일어나면서 특정 색이 선명해진다. 따라서 복합 나노패턴의 형성 및 각 나노패턴에 형성된 메탈층에 의해 한층 선명한 색변환 현상을 구현할 수 있다.

도2는 대안적 실시예에 따른 복합 나노패턴을 구비한 입체 필름(100')의 단면을 개략적으로 나타내었다. 도면을 참조하면 입체 필름(100')은 베이스 기재(10), 마이크로렌즈 어레이(20), 마이크로 패턴층(30), 및 나노 패턴층(40)으로 구성되며, 마이크로 패턴층(30)은 마이크로 패턴(35)를 포함하고 나노 패턴층(40)에는 복합 나노패턴(NP1,NP2)이 형성되어 있다.

도1의 입체 필름(100)과 비교할 때 도2의 입체 필름(100')에서는 마이크로 패턴층(30)과 나노 패턴층(40)의 적층 순서가 바뀌었다. 즉 베이스 기재(10)의 일측 표면에 나노 패턴층(40)이 먼저 형성되고 나노 패턴층(40)의 표면에 마이크로 패턴층(30)이 형성되었으며 이와 같이 마이크로 패턴층(30)과 나노 패턴층(40)의 순서를 달리하여 적층하더라도 마이크로 패턴(35)에 의한 입체 효과와 나노패턴(NP1,NP2)에 의한 색변환 효과가 나타날 수 있다.

도3은 복합 나노패턴을 구비한 입체 필름의 광학적 효과를 설명하는 도면으로, 마이크로 패턴과 복합 나노패턴이 형성된 입체 홀로그램 필름의 실제 구현 예를 나타낸다. 도3(a)는 직사광원이 없는 곳에서 관측한 입체 필름이며 이 경우 마이크로 패턴에 의한 "OK" 글자의 문양이 보이지만 나노패턴에 의한 "M"자 문양은 보이지 않는다. 도3(b)와 도3(c)는 형광등 가까이에서 입체 필름을 서로 다른 각도에서 바라본 모습이며 이와 같이 보는 각도를 달리하여 입체 필름을 바라보면 나노패턴의 광학 효과로 인해 "M"자 문양이 배경과 확연히 구분되어 보인다. 따라서 광원의 강도와 입사각에 따라 나노구조의 광학효과가 달라지고 이로 인해 나노패턴의 특정 문양이 나타나거나 사라지는 색변환 효과가 발현됨을 알 수 있다.

한편 본 발명에 따른 입체 필름(100)의 제조 공정 중 나노패턴층(50)에 복합 나노패턴(NP1,NP2)을 형성하는 방법으로서 나노 임프린트 리소그래피 공정이 사용될 수 있다. 이 경우 복합 나노패턴이 형성된 임프린트용 템플레이트를 우선 제작하고 이를 입체필름에 임프린트하여 나노패턴층(50)에 복합 나노패턴을 형성한다.

복합 나노패턴이 형성된 임프린트 템플레이트(이하 간단히 "템플레이트"라고도 함)를 만들기 위해, 복합 나노패턴이 형성되고 템플레이트와 동일한 면적을 갖는 노광 마스크를 제작한 후 템플레이트 제작용 기재(일반적으로 실리콘(Si), 실리콘산화물(SiO2), 석영(quartz) 등) 위에 노광함으로써 복합 나노패턴이 형성된 템플레이트를 제작할 수 있다. 또 다른 실시예로서, 나노패턴에 의한 특정 문양이 반복되는 입체 필름을 제작하는 경우, 이 문양을 포함하는 복합 나노패턴의 단위영역에 대한 레티클을 제작하고 레티클을 스텝 앤 리피트(step & repeat) 방식으로 반복 노광하여 동일 문양의 반복구조를 갖는 대면적화된 임프린트 템플레이트를 제작할 수 있다.

도4는 복합 나노패턴의 문양이 반복되는 구조를 갖는 대면적 임프린트 템플레이트(200)를 개략적으로 도시하였다. 도시한 실시예에서 템플레이트(200)는 복합 나노패턴에 의해 형성된 "KIMM"라는 문양이 반복되는 구조를 가지며 따라서 복수개의 단위영역(150)으로 구획할 수 있다. 이 때 단위영역(150)은, 소정 문양(도시한 실시예의 경우 "KIMM"문양)이 템플레이트에 반복하여 나타나는 경우 이 소정 문양을 포함하는 최소 반복단위 영역으로 정의될 수 있다. 또한 본 명세서에서 "문양"은 나노패턴에 의해 입체 필름에 나타내고자 하는 문자, 숫자, 로고, 그림, 또는 이들의 조합을 의미한다. 일반적으로 단위영역(150)은 가로와 세로 길이가 대략 수 cm인 사각형 영역일 수 있으나 문양의 형태나 크기 등 발명의 구체적 실시예에 따라 단위영역(150)의 크기나 형상이 달라질 수 있음은 물론이다.

도5는 도4의 대면적 템플레이트(200) 중 하나의 단위영역(150)을 도시한 것으로, 도4(a)는 단위영역(150)의 평면 형상을 개략적으로 나타내고 도5(b)는 도5(a)의 A-A'선에 따른 단면을 개략적으로 도시하였다.

도5(a)를 참조하면, 각 단위영역(150) 내에 형성하고자 하는 문양에 따라 서로 상이한 복수개의 나노패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어 도5(a)에서 단위영역(150)은 "KIMM"문양을 나타내기 위해 제1 나노패턴(NP1)과 제2 나노패턴(NP2)을 포함한다. 제1 나노패턴(NP1)은 "KIMM" 문양을 제외한 백그라운드 영역에 형성되고 제2 나노패턴(NP2)은 "KIMM" 문양의 영역 내에 형성되어 있다.

각 나노패턴(NP1,NP2)은 각각 서로 상이한 크기 및/또는 형상의 나노 구조물로 구성된다. 예를 들어 제1 나노패턴(NP1)은 수백 nm 내지 2,000nm 사이의 나노 선, 나노 홀, 또는 나노 필러 중 하나의 형상을 갖는 나노 구조물들로 구성되고, 제2 나노패턴(NP2)은 제1 나노패턴(NP1)의 나노 구조물과는 상이한 크기나 형상 또는 상이한 배열방향의 나노 구조물들로 구성된다.

바람직한 일 실시예에서, 복합 나노패턴이 형성하는 문양의 색변환 효과를 높이기 위해 제1 나노패턴(NP1)과 제2 나노패턴(NP2)의 각각은 서로 다른 크기와 방향을 갖는 나노선으로 구성하되 제1 나노패턴(NP1)의 배열 방향과 제2 나노패턴(NP2)의 배열 방향이 직교하도록 구성하여 방향성 차이를 극대화한다. 즉 도4와 도5에 도시한 것처럼 제1 나노패턴(NP1)은 나노선 구조물이 세로 방향으로 배열되고 제2 나노패턴(NP2)은 나노선 구조물이 가로 방향으로 배열되었다. 이와 같이 두 개의 인접한 나노선이 90° 다른 방향을 갖도록 배열하면 관측각도에 따라 어느 하나의 나노패턴만 보이거나 또는 둘 다 보이더라도 색상이나 색체 스펙트럼의 차이가 확연히 구분되어 보이므로 색변환 효과를 강하게 나타낼 수 있고 보안 효과도 높일 수 있다.

도5(b)를 참조하면, 도시한 실시예에서 제1 나노패턴(NP1)은 템플레이트(200)의 기재 표면에서 돌출되는 나노 선(line) 구조물로 구성되었다. 각 나노 구조물은 소정의 선폭(D)을 가지며 소정 주기(P)로 이격되어 형성된다. 일 실시예에서 선폭(D)은 수백 nm 내지 2,000nm 사이의 임의의 크기를 가지며, 주기(P)는 상기 선폭(D)의 2배 내지 3배 범위 내에서 선택된다. 또한 각 나노 구조물의 높이(즉, 템플레이트(200) 기재의 표면에서 돌출되는 높이)는 상기 선폭(D)의 0.5 내지 1.5배 범위 내에서 선택될 수 있다.

도6은 일 실시예에 따른 복합 나노패턴 형성 방법을 설명하는 흐름도이다. 도면을 참조하면, 우선 단계(S110) 내지 단계(S130)에 의해 대면적 템플레이트(200)를 제작하고 단계(S140)에서 템플레이트(200)를 이용하여 입체 홀로그램 필름에 복합 나노패턴을 형성한다.

일 실시예에서 템플레이트(200)를 제작하는 구체적 방법으로서, 단계(S110)에서 단위영역(150)에 대한 복합 나노패턴 레티클을 제작한다. 이와 관련하여 도7은 복합 나노패턴 레티클(300)의 예시적 구성을 나타낸다. 레티클(300)은 하나의 단위영역(150)을 형성하기 위한 노광 마스크이다. 본 명세서에서 특별히 구별할 필요가 없는 한 "마스크"와 "레티클"은 서로 동일한 의미로 혼용하여 사용될 수 있다. 레티클(300)에는 서로 상이한 형상 또는 크기의 제1 나노패턴(NP1) 및 제2 나노패턴(NP2)이 형성되어 있으며, 예를 들어 전자빔 리소그래피 기술을 이용하여 이러한 복합 나노패턴을 레티클(300) 표면에 형성할 수 있다. 레티클(300)은 단위영역(150)과 동일한 크기의 마스크일 수도 있고 단위영역(150) 보다 더 큰 면적(예컨대 4배)으로 제작할 수도 있다.

레티클(300)을 제작하면, 그 후 단계(S120)에서 이 레티클(300)을 이용하여 단일 기재의 표면에 상기 복합 나노패턴을 반복 형성한다. 여기서 기재는 템플레이트(200)의 본체가 되는 베이스 기판으로 예를 들어 실리콘(Si), 실리콘산화물(SiO2), 석영(quartz) 등의 재질일 수 있다.

일 실시예에서 스테퍼(stepper)를 이용한 스텝 앤 리피트 방식으로 복합 나노패턴을 기재에 형성할 수 있다. 이 경우, 예를 들어 기재의 표면에 포토레지스트를 코팅하고 레티클(300)을 이용하여 노광한 후 현상, 에칭, 및 포토레지스트 제거 과정을 거쳐 하나의 단위영역(150)에 대해 복합 나노패턴을 형성한다. 그 후 레티클(300)을 소정 거리 이동한 후 복합 나노패턴을 형성하는 상기 과정을 반복함으로써, 예컨대 도4와 같은 대면적화된 복합 나노패턴 템플레이트(200)를 제작할 수 있다.

복합 나노패턴 템플레이트(200)를 제작한 후, 선택적으로, 상기 템플레이트(200)에 대한 하나 이상의 복제 템플레이트를 제작하는 단계(S130)를 추가할 수 있다. 일반적으로 단계(S110,S120)에 의해 제작된 템플레이트(200)는 실리콘, 실리콘산화물, 또는 석영 등의 재질로 만들어지지만 입체 홀로그램 필름에 임프린트하기 위한 임프린트용 템플레이트는 입체 홀로그램 필름의 재질이나 임프린트 장비 등 구체적 실시 형태에 따라 예컨대 금속재질의 템플레이트 또는 필름형 유연몰드를 사용할 수도 있으며, 따라서 템플레이트(200)의 나노패턴을 그대로 복제한 복제(replica) 템플레이트를 하나 이상 제작할 수 있다(단계 S130).

그 후 단계(S140)에서, 템플레이트(200)를 이용하여 입체 필름에 복합 나노패턴을 형성한다. 예를 들어 도1과 같이 마이크로렌즈 어레이(20)와 마이크로패턴(35)이 형성된 입체 필름(100)에 템플레이트(200)로 임프린트하여 복합 나노패턴(NP1,NP2)을 형성할 수 있다. 또는 별도의 필름에 템플레이트(200)로 임프린트하여 복합 나노패턴을 형성하여 나노패턴층(50)을 제작한 후 나노패턴층(50)을 입체 필름(100)에 부착할 수도 있다. 또한 만일 단계(S130)에서 하나 이상의 복제 템플레이트를 제작한 경우 복제 템플레이트를 이용하여 입체 필름에 임프린트 할 수도 있다.

일 실시예에서, 단계(S140)에서 입체 필름(100)에 복합 나노패턴을 형성한 후, 입체 필름의 복합 나노패턴의 표면의 적어도 일부 영역에 메탈층을 형성하는 공정을 추가로 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 복합 나노패턴의 나노 구조물들의 표면에만 메탈층을 형성할 수도 있고, 대안적으로 나노 구조물의 표면 뿐만 아니라 나노 구조물과 나노 구조물 사이의 표면에도 메탈층을 형성할 수 있다.

메탈층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며 예컨대 증착, 도금, 충진 등 공지의 방법으로 수십 nm의 두께로 형성할 수 있다. 메탈층을 구성하는 메탈은 예컨대 금이나 은 등 임의의 금속이나 합금일 수 있다.

도8은 대안적 실시예에 따른 복합 나노패턴 형성 방법을 나타낸다. 도면을 참조하면, 우선 단계(S210) 내지 단계(S230)에 의해 대면적 템플레이트(200)를 제작하고 단계(S240)에서 템플레이트(200)를 이용하여 입체 홀로그램 필름에 복합 나노패턴을 형성한다.

템플레이트(200)를 제작하는 구체적 방법으로서, 단계(S210)에서 단위영역(150)에 대한 단일 나노패턴이 형성된 복수개의 레티클을 제작한다. 예를 들어 도9(a)와 도9(b)에 도시한 것처럼 단위영역(150)에 두 종류의 나토패턴(NP1,NP2)이 형성되는 경우 이 단위영역(150)에 대해 제1 나노패턴(NP1)이 형성된 제1 레티클(400) 및 제2 나노패턴(NP2)이 형성된 제2 레티클(500)을 제작한다. 제1 레티클(400)은 제1 나노패턴(NP1)만 포함하되 제2 나노패턴(NP2)의 영역(410)에는 제1 나노패턴(NP1)이 형성되지 않는다. 제2 레티클(500)은 제2 나노패턴(NP2)만 포함하되 제1 나노패턴(NP1)의 영역(510)에는 제2 나노패턴(NP2)이 형성되지 않는다.

이와 같이 단계(S210)에서 단위영역(150) 내의 복합 나노패턴을 구성하는 나노패턴의 종류에 따라 복수개의 레티클(400,500)을 제작하고, 그 후 단계(S220)에서 레티클(400,500)들을 이용하여 단일 기재의 표면에 복합 나노패턴을 반복 형성한다.

일 실시예에서 스테퍼를 이용한 스텝 앤 리피트 방식으로 복합 나노패턴을 기재에 형성할 수 있으며, 이 경우 우선 제1 레티클(400)을 이용하여 스텝 앤 리피트 공정으로 단일 기재의 표면에 제1 나노패턴(NP1)을 반복 형성하고(단계 S220) 그 후 제2 레티클(500)을 이용하여 스텝 앤 리피트 공정으로 상기 단일 기재의 표면 중 제1 나노패턴이 형성되지 않은 영역에 제2 나노패턴(NP2)을 반복 형성(단계 S225)함으로써 예컨대 도4와 같은 대면적화된 복합 나노패턴 템플레이트(200)를 제작할 수 있다.

복합 나노패턴 템플레이트(200)를 제작하면 하나 이상의 복제 템플레이트를 제작하는 단계(S230)를 추가할 수 있고, 원본 템플레이트(200) 또는 복제 템플레이트를 이용하여 입체 필름에 복합 나노패턴을 형성한다(S240). 또한 입체 필름에 복합 나노패턴을 형성한 후 필요에 따라 나노패턴에 메탈층을 적층하는 단계를 추가할 수도 있으며, 이상의 단계들(S230,S240)은 도6을 참조하여 설명한 것과 동일 또는 유사하므로 설명을 생략한다.

이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 베이스 기재 20: 마이크로렌즈 어레이
30: 마이크로 패턴층 35: 마이크로 패턴
40: 기능층 50: 나노패턴층
NP1, NP2: 나노패턴 100, 100': 입체 홀로그램 필름
150: 단위영역 200: 템플레이트
300, 400, 500: 레티클

Claims (10)

1. 색변환 홀로그램 필름을 제조하는 방법으로서,
   복합 나노패턴 템플레이트를 제작하는 단계; 및
   상기 복합 나노패턴 템플레이트를 이용하여 홀로그램 필름에 복합 나노패턴을 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 복합 나노패턴은 적어도 제1 나노패턴 및 제1 나노패턴과 상이한 제2 나노패턴을 포함하며,
   상기 복합 나노패턴 템플레이트를 제작하는 단계가,
   단위영역에 대한 제1 나노패턴이 형성된 제1 레티클 및 제2 나노패턴이 형성된 제2 레티클을 제작하는 단계;
   제1 레티클을 이용하여 단일 기재의 표면에 제1 나노패턴을 반복 형성하는 단계;
   제2 레티클을 이용하여 상기 단일 기재의 표면 중 제1 나노패턴이 형성되지 않은 영역에 제2 나노패턴을 반복 형성하는 단계; 및
   상기 제1 레티클과 제2 레티클에 의해 형성된 제1 나노패턴과 제2 나노패턴의 적어도 일부에 나노패턴의 메탈층을 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 홀로그램 필름은,
   베이스 기재;
   상기 베이스 기재의 상부에 형성되는 마이크로 렌즈; 및
   상기 베이스 기재의 하부에 형성되며, 내부에 잉크가 충진되는 복수의 마이크로 패턴들을 포함하는 마이크로 패턴층을 포함하고,
   상기 복합 나노패턴은, 상기 마이크로패턴층의 하부에 형성되거나, 상기 마이크로패턴층과 상기 베이스 기재의 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 색변환 홀로그램 필름 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   제1 나노패턴 및 제2 나노패턴의 각각은 나노선, 나노홀, 및 나노필러 중 하나의 형상을 갖는 복수의 나노 구조물로 이루어진 것인, 색변환 홀로그램 필름 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   제1 나노패턴 및 제2 나노패턴 각각의 상기 나노 구조물이 수백 nm 내지 2,000nm 내에서 소정 크기를 가지며, 나노 구조물들이 상기 소정 크기의 2배 내지 3배 사이의 소정 주기로 서로 이격되어 형성된 것인, 색변환 홀로그램 필름 제조방법.
4. 제 2 항에 있어서,
   제1 나노패턴과 제2 나노패턴 중 적어도 하나가 나노선 형상의 복수의 나노 구조물로 이루어진 것인, 색변환 홀로그램 필름 제조방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 단위영역은, 복합 나노패턴에 의한 소정 문양이 상기 템플레이트에 반복하여 나타나는 경우, 상기 소정 문양을 포함하는 최소 반복단위 영역으로 정의되는 것인, 색변환 홀로그램 필름 제조방법.
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 복합 나노패턴 템플레이트를 제작한 후, 상기 템플레이트에 대한 하나 이상의 복제 템플레이트를 제작하는 단계;를 더 포함하고,
   상기 홀로그램 필름에 복합 나노패턴을 형성하는 단계가, 상기 복제 템플레이트를 상기 홀로그램 필름에 임프린트하는 단계를 포함하는 것인, 색변환 홀로그램 필름 제조방법.
10. 삭제

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