은폐 보안 코팅 document_id A220623017057

본 발명은 일반적으로 보안 물품을 제조하는데 사용되는 박막 광학 코팅에 대한 것이며 색상 이동 또는 광학적 가변성 배경을 갖는 홀로그램 또는 격자(grating) 같은 회절성 표면의 제조에 대한 것으로 이는 여러 가지 적용에 있어 보안 물품으로서 사용될 수 있다. 더욱 특히 본 발명은 진공 상태에서 ChromagramTM 형태 장치를 제조하는 동안 또는 ChromagramTM 형태 장치를 제작하기 위한 기본 장치를 제조하는 동안 바람직하게 진공 롤 코팅 챔버(coating chamber) 내에서 격자 또는 홀로그램을 제공하는 유전체 기재를 코팅하거나 스템핑(stamping)하는 분야와 관련이 있다. 본 발명은 또한 가변성 두께(varying thickness)의 유전체층을 구비하는 은폐 광학(covert optical) 장치의 제조와 관련이 있다. 예를 들어 Chromagram은 상기 기재에 에칭되거나 엠보스가공된 회절 격자 또는 홀로그램을 갖는 광투과성 기재를 가질 수 있고 여기에는 상기 기재, 또는 상기 홀로그램 또는 회절 격자 위에, 일반적으로 불투명한 반사코팅의 형태로, 어떤 형태의 패턴이 새겨진다. 상기 반사코팅이 없는 남은 창들(windows) 또는 구역들은 코팅되지 않을 수 있거나 또는 상기 불투명한 반사 패턴 코팅과 시각적으로 다른 상기 창들을 덮는 다른 코팅을 가질 수 있다. 예를 들어 색상 이동 코팅은 고반사 알루미늄 패턴 부근에 사용될 수 있다. 보안 장치들은 화폐 및 여권, 운전면허증, 영주권, 신분증 등과 같은 다른 귀중한 서류들 보호하기 위해 점점 더 사용되고 있다. 이러한 보안 장치들은 또한 의약품, 화장품, 담배류, 주류, 전자 매체, 의복류, 장난감 및 자동차 및 항공용 예비 부품들 같은 상업적 제품들이 위조되는 것을 방지하는데 사용된다. 사실, 위조품은 이제 세계 교역의 5% 및 7% 사이를 차지하는 것으로 평가된다. 그러한 물품들에 부착된 홀로그램은 위조품을 방지하기 위한 전통적인 방법이었다. 색상 이동 안료 및 착색제는 자동차 페인트부터 보안 서류 및 화폐용 위조방지 잉크에 이르기까지의 범위에서 많은 경우에 사용되어 왔다. 그러한 안료 및 착색제는 입사광 각도의 변화에 따라 또는, 관찰자의 시각이 이동함에 따라 색상을 변화시키는 특성을 보인다. 그러한 색상 이동 착색제를 달성하기 위해 사용되는 첫번째 방법은 작은 박편(flakes)를 분산시키는 것으로, 상기 박편은 전형적으로 특별한 광학적 특성을 갖는 다층 박막으로 이루어지는데, 페인트 또는 잉크 같은 매질을 통하여 이후 계속적으로 목적물의 표면에 도포될 수 있다. 회절 패턴 및 엠보스먼트(embossments), 및 홀로그래프의 관련 분야는, 그것들의 미적인 그리고 실리적인 시각적 효과로 인하여 광범위한 실용적인 응용을 발견하기 시작했다. 한 가지 매우 바람직한 장식적 효과는 회절 격자에 의해 만들어지는 무지개 빛깔의 시각적 효과이다. 이러한 충격적인 시각적 효과는 주위의 빛이 상기 회절 격자로부터의 반사에 의해 그것의 색상 구성 요소로 회절될 때 발생한다. 일반적으로, 회절 격자는 피크 및 트로프(trough) 구조를 만드는 재료에서 선 또는 그루브(grooves)로 만들어진 필수적으로 반복되는 구조이다. 가시광 스펙트럼 내에서 소정의 광학적 효과는 회절 격자들이 규칙적으로 반사 표면 위에 밀리미터당 100 내지 1000 라인 범위에서, 일정 거리를 둔 그루브들을 가질 때 발생한다. 회절 격자 기술은 관찰자에게 3차원 이미지의 환영을 불러 일으키는 2차원 홀로그래픽 패턴의 형성에 사용되어 왔다. 3차원 홀로그램은 폴리머에 있어 하나의 기준광선(reference beam) 및 하나의 목적광선(object beam)을 포함하여, 교차 레이져 빔을 사용하는 굴절 지수의 차이에 기초를 두고 개발되어 왔다. 그러한 홀로그램은 볼륨(volume) 홀로그램 또는 3D 홀로그램으로 불린다. 더구나, 위조를 억제하기 위해 여러 가지 물건들에 홀로그래픽 이미지를 사용함은 광범위하게 응용되어왔다. 현재 선물 포장 같은 장식 포장에서부터 지폐 및 신용 카드 같은 보안 서류까지의 범위에 걸쳐, 홀로그래픽 패턴으로 엠보스 가공된 표면에 대한 여러 응용이 존재한다. 2차원 홀로그램은 전형적으로 회절 패턴을 활용하는데, 상기 회절 패턴은 플라스틱 표면에 형성되어 왔다. 어떤 경우에, 그러한 표면에 엠보스가공되었던 홀로그래픽 이미지는 추가적인 공정없이 보여질 수 있다; 그러나, 광학적 효과를 최대로 달성하기 위해서는, 반사층, 통상적으로는 알루미늄 같은 금속 박막층, 또는 ZnS 같은 고굴절율(high index)층을, 상기 엠보스가공된 표면 위에 스테이션시키는 것이 일반적으로 필요하다. 상기 반사층은 실질적으로 상기 회절 패턴 엠보스먼트(embossment)의 가시도(visibility)를 향상시킨다. 통상적인 홀로그램 및 격자 이미지를 포함하는, 1차(first order) 회절 구조의 모든 형태는, 딱딱한 플라스틱에 싸여있다 하더라도 주요한 단점이 있다. 보통의 실내 조명 또는 흐린 하늘 같은, 산란 광원이, 상기 홀로그래픽 이미지를 비추는데 사용될 때, 모든 회절 차수(diffraction order)는 팽창하고 겹쳐져서 회절 색상이 분실되고 홀로그램에 포함된 시각적 정보가 많이 나타나지 않는다. 전형적으로 보여지는 것은 단지 엠보스가공된 표면으로부터 반사되는 은색이고 모든 그런 장치들은 그러한 보는 조건에서는 은색으로 보이거나 또는 기껏해야 파스텔로 보인다. 그래서, 홀로그래픽 이미지가 보여지기 위해서는 일반적으로 직접적인 정반사성 조명이 필요하다. 가장 잘 보이는 결과를 위해서는, 조명광은 시각과 같은 각도에서 입사하여야 한다. 더불어 거울 광에서도 90 도 회전하면, 표준 홀로그램은 사라지고 보이는 것은 모두 반점(patch) 같은 은색인데 이는 이제 회절 패턴이 밀집한 곳(groves)이 주로 눈으로 보는 입사광과 일치하여 배향되어 있기 때문이다; 즉 회절이 일어나지 않는다. 보안 홀로그램의 사용이 광범위한 응용에서 발견되어왔기 때문에, 위조자가 신용 카드, 지폐 등에 자주 사용되는 홀로그램을 재생산하도록 하는 상당한 동기가 존재한다. 따라서, 보안 홀로그램이 정말로 안전하기 위해서 극복해야 할 장애물은, 그런 홀로그램이 위조될 수 있는 용이함이다. 한 단계 그리고 두 단계 광학적 도용, 직접적인 기계적 도용 및 심지어 재조직화(re-origination)가 인터넷에서 광범위하게 논의되어 왔다. 이러한 방법들을 좌절시키기 위한 여러 방법들이 개발되어 왔으나 상기 대책들의 어떤 것도, 독자적으로, 효과적인 억제책으로 발견되지 않았었다. 홀로그램을 복제하기 위한 방법들 중의 하나는 엠보스가공된 표면을 가로지르는 레이져 빔을 스캔해서 반사된 빔을 광중합성 폴리머 같은 재료의 층 위에 광학적으로 기록하는 것이다. 원본 패턴은 계속하여 모조품으로 복제될 수 있다. 다른 방법은 이온 에칭으로 엠보스가공된 금속 표면으로부터 보호 덮개 재료를 제거하고, 다음으로 상기 엠보스가공된 금속 표면이 노출될 때, 은 (또는 어떤 다른 쉽게 이형가능한 층) 같은 금속층이 퇴적될 수 있다. 다음으로 니켈층의 퇴적이 뒤따르는데, 계속해서 니켈은 이형되어 위조용 엠보싱 심(shim)을 형성한다. 위조 방법의 복잡함의 단계로 인하여, 더 진보한 보안 수단을 개발하는 것이 필요하게 되었다. Miekka 등의 미국 특허 5,624,076 및 5,672,410에 개시된 한 가지 접근 방법은, 엠보스가공된 금속 입자 또는 광학적 스텍(stack) 박편을 홀로그래픽 이미지 패턴을 제조하기 위해 사용하는 것이다. 보안 홀로그램에 있어 다른 문제는 그런 홀로그램에 의해 만들어지는 각각의 이미지를 증명 목적으로 확인하거나 회상하는 것이 대부분의 사람에게 어렵다는 것이다. 보안 홀로그램을 인증하는 평균적인 사람의 능력은 결정적으로 그것의 특징의 복잡성과 장식적 회절성 패키징(packaging)에 의한 혼란에 의해 절충된다. 따라서, 대부분의 사람은 실제 이미지를 증명하기보다 그런 보안 장치의 존재를 확인하는 경향이 있다. 이러한 점은 빈약한 위조품 사용에 대한 기회를 제공하거나 또는 순수한 보안 홀로그램을 상업적 홀로그램으로 대체하도록 한다. 위조품을 방해하기 위한 다른 노력에 있어서, 홀로그램 산업은 보안 장치가 오른쪽 또는 왼쪽에 기울어짐에 따라 다중 이미지를 만들어내는 것과 같은 좀 더 복잡한 이미지에 호소해 왔다. 이러한 향상된 이미지는 관찰자에게 높은 수준의 “섬광(flash)” 또는 미적인 호소를 제공한다. 불행히도, 상기 추가된 복잡성은 추가된 보안을 제공하지는 않는데 이는 상기 복잡한 상은 전달하기 어렵고 그러한 상의 회상이, 불가능하지는 않으나, 기억하기 어렵기 때문이다. Phillips 등이 JDS Uniphase Corp.에 양도한 미국특허 6,761,959는 거기에 magramTM을 갖는 보안 물품을 개시한다. 상기 크로마그램(chromagram)은 색상 이동 및 홀로그래픽 효과 모두를 관찰자에게 제공한다. 상기 '959 특허에서 홀로그래픽 격자 또는 패턴으로 스템프되어 있는 유기 기재는 색상 이동 다층 필름으로 코팅되어 있다. Phillips 등의 이름으로 출원된, 그리고 JDS Uniphase Corp.에 양도된 미국특허 출원 2005/0128543 은 패터닝(patterning)이 보이는 좀 더 복잡한 형태의 Chromagram을 개시한다. 어떤 구역에서는, 홀로그래픽 효과가 보이고, 다른 구역에서는 색상 이동 효과만 보인다. 색상 이동 코팅을 갖는 회절 격자에 대해 개시하나 Phillips 등의 교시로부터 벗어나는 다른 미국특허 출원은, Holmes 등의 이름의 미국특허 출원 2003/0058491이다. 미국특허 출원 '491은 디커플링 층이 상기 색상 이동 효과로부터 상기 회절 격자 효과를 분리시키는 방식으로 교시되는 점에서 Phillips의 교시로부터 벗어나는 듯하다. Holmes는 볼록 구조와 박막 반사 필터 사이에 디커플링 층을 스테이션시키는 것을 제안하는데, 이는 박막 반사 필터로 설명된다. Holmes 등과 대조적으로 종래 기술인 미국특허 번호 6,987,590는 다른 새로운 ChromagramTM을 개시하는바 여기에는 디커플링 층이 요구되지 않으나, 분리된 색상 이동 및 홀로그래픽 효과가 공개되어 있다. 예를 들어 도 6 a에서 색상 이동 잉크는 색상 이동 효과를 제공하고 이에 인접한 반사코팅은 홀로그래픽 효과를 제공한다. 상기 언급한 모든 보안 구조에서, 코팅은 일반적으로, 공지의 방법으로 제안된다. 즉, 첫째로 격자를 스템핑하고, 이후에 요구되는 상기 코팅층을 도포하여 소정의 반사 패턴 및 색상 이동 코팅을 생성시키는 것이다. 이러한 종래 기술 방법들이 그 방법들이 의도했던 기능, 즉 홀로그래픽 및 색상 이동 효과 모두를 갖는 Chromagram-같은 구조를 만드는 것을 수행하는 것처럼 보임에도 불구하고, 가장 유리한 것은, 전체 공정 또는 제조 공정의 대부분이 진공 롤 코팅 기계내에서 인시츄(in-situ)로 수행되는 것이다. 유기 유전체층 (ODL) 위 진공 코팅 챔버 내에서 회절 격자 또는 홀로그램이 형성되도록 하는 적합하고, 실용적인, 공정 및 기구를 개발하는 것이 실질적으로 유리할 것인바 여기서 홀로그램의 코팅화 또는 반사 및 또는 색상 이동 코팅의 격자화는 진공 단절 없이 상기 진공 챔버 내에서 상기 회절 격자 또는 홀로그램을 형성하기 전이나 후에 상기 ODL에 수행된다. 특히, 본 발명의 목적은 진공 단절 없이 진공 챔버 내에서 롤 형태 공정으로 홀로그램 또는 격자를 제공하는 인라인(in-line) 공정을 제공하는 것이다. 상기 언급한 바와 같이 인라인 시스템에서 제조될 수 있는, 또는 인라인 시스템에서의 제조에 한정되지 않는 본 발명의 다른 태양은 Fabry-Perot 구조 또는 유전체 스텍으로 형성된 구조 내에서 유기 유전체층을 제공하는 것과 관련이 있는바, 여기서 상기 유기 유전체층은 가변성 두께를 가지며, 가변성 두께의 상기 유전체 구조의 효과는 확대해야 볼 수 있다. 가변성 두께를 구비한 유전체층을 제공하는 것은 Shaw 등의 이름으로 1999년 3월 2일 등록된 미국특허 5,877,895에 개시된바 있다. Shaw 등은 가변성 두께의 유전체층을 만들기 위해 열을 가변적으로 적용하는 것을 개시한다. 두께 차이를 제공하는데 필요한 기구의 크기로 인하여, 명백히 요구되는 바와 같이 가변성 두께의 인접 구역은 상당히 크고 효과는 주목할 만하다. Shaw등의 특허에는 은폐 보안 특징을 제공하는 어떠한 언급이나 암시가 없다. 대조적으로, 본 발명의 일태양에서, 보안 장치가 제공되며 여기서 유전체층은 그 안에 다수의 인접 구역들을 가진다. 상기 유전체층의 1 이상의 인접 구역은 동일 층의 인접 구역보다 작은 두께를 가진다. 1 이상의 구역의 규모는 두 인접 구역에서 차이로부터의 시각적 효과가 사람의 눈에 보이지 않을 정도로 작으나, 시각적 색상 차이는 10:1 의 확대 또는 더 확대하면 보일 수 있다. 바람직하게 다른 색상 구역은 그것들의 색상에 있어 서로 10 이상의 델타 E 값만큼 차이가 있다. 본 발명의 다른 목적은 전체적으로 서로 다른 두께를 갖는 유전체 스페이서층을 구비한 도트(dot) 매트릭스 격자를 제공하는 것인데, 이는 다른 두께에 따라 다른 시각적 색상을 제공하기 위함이다. 따라서, 본 발명의 목적은 Fabry Perot 공동(cavity)을 형성하는 유전체층을 구비하거나 유전체층의 유전체 스텍을 구비한 유전체층을 가지는 보안 장치를 제공하는 것으로 여기서 상기 유전체층은 가시광이 입사함으로써 다른 색상들을 나타내는 광학적 공동들을 형성하기 위해 가변성 두께를 가진다; 여기서 상기 다른 색상의 시각적 효과는 확대하지 않으면 관찰되지 않는다. 추가적으로, 상기 다른 구역들은 각각 시각에 따라 그것들 자체의 색상 이동을 가진다.