Поверхностный элемент с объемной микроструктурой, обладающий угловой анизотропией цвета и прозрачности, способ изготовления элемента

Поверхностный элемент с объемной микроструктурой, обладающий угловой анизотропией цвета и прозрачности, способ изготовления элемента

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники.

Изобретение относится к защите от подделки ценных бумаг, удостоверений, кредитных, чековых и других информационных карточек. Представлен элемент, обладающий оптическими переменными свойствами при рассматривании его под различными углами к поверхности элемента. Элемент образован объемной микроструктурой, причем различные участки микроструктуры имеют покрытия из разнородных материалов, проявляющих оптические свойства, отличные как от материала структуры, так и друг от друга. Предложенное изобретение позволит повысить степень защищенности ценных бумаг.

Уровень техники.

С развитием и совершенствованием копировальной техники большое значение приобретают методы защиты ценных бумаг и носителей идентификационной информации от несанкционированного копирования или подделки. Дифракционные решетки и голограммы получили наибольшее распространение. Такие элементы известны из патентов US 5128779, US 5145212, US 4892385, DE 421407. Покрытие микроструктур в первых двух способах осуществляется в виде точек и полос, размеры которых больше, чем расстояния между линиями структуры. Недостатком способа патента США является то, что для достижения достаточной яркости голограмм, с одной стороны, а также хорошей видимости обычной информации, с другой стороны, необходимо очень точно выбирать соотношение между отражающими плоскостями, передающими голограмму, и областями, которые не совсем прозрачны. Кроме этого, возможности форм известных элементов поверхности очень ограничены.

Из патента US 4892385 известно устройство для проверки или защиты предмета от подделок, в котором применяется структура дифракционной решетки, причем не вся поверхность дифракционной решетки имеет отражающее покрытие. Согласно данному патенту используется прямоугольная решетка, у которой отражающее напыление имеют лишь плоскости решетки, параллельные главной поверхности элемента или решетки, в то время как вертикальные по отношению к основной поверхности плоскости не имеют отражающего покрытия. Такая структура дифракционной решетки имеет недостаток прежде всего в том, что хотя и не вся поверхность имеет отражающее покрытие, она все же непрозрачна.

В заявке DE 421407 С1 покрытие микроструктуры осуществляется только одним материалом (металлом), кроме того, покрытие наносится не только на выступающие части микроструктуры, но и на поверхности параллельные поверхности базового слоя, что заметно ухудшает видимость информации защищаемой от копирования. Уменьшение угла напыления, приводит с одной стороны к улучшению читаемости защищаемой информации, с другой к ослаблению действия защитного признака, т.е. проявлению изменения оптических свойств в узком интервале углов рассматривания и, следовательно, к затруднению обнаружения действия защитного признака. Несмотря на значительные усилия, приложенные для разработки технологии контроля толщины наносимого слоя, добиться равнотолщинности наносимого слоя оказалось очень трудно. В настоящее время в связи с быстрым совершенствованием технологий, в том числе оптических, создание голограмм под силу подготовленным любителям, и таким образом сама голограмма из защитного признака превратилась в объект, нуждающийся в защите, что собственно и является предметом заявок US 5896208, US 5128779, US 5145212.

Другой способ защиты информации основан на создании дифракционных структур со случайным спектром отражения или пропускания, что является предметом заявок US 5856070, RU 2107629. В патенте RU 2107629 случайный рельеф получают жидкостным травлением поликристалла. В заявке US 5896208 случайный рисунок получают голографированием диффузно рассеивающей пластинки (которая затем уничтожается). Авторы заявки US 5856070 предлагают способ изготовления дифракционной решетки со случайным распределением глубины штрихов, что дает уникальную цветовую окраску голографической решетки. Недостатком этого способа является то, что глубина травления в производстве практически не контролируется. Таким образом, каждая голограмма уникальна и для процесса аутентификации нужны образцы сравнения, тоже относится и к заявке RU 2107629.

Другой часто применяемый способ защиты основан на внесении специальных пигментов или малых 10-30 микрон фрагментов дифракционной решетки или многослойной интерференционной структуры в полимерную матрицу.

В заявке US 6560017 предлагается создание образца, содержащего в различных определенных фиксированных частях фрагменты дифракционных решеток строго определенного периода. Таким образом, от каждой области такого образца свет с определенной длиной волны отражается в определенный угол. Недостатком такого способа является необходимость применения специального читающего аппарата и таким образом невозможность выяснения подлинности объекта в бытовых условиях.

Создание пигмента, обладающего способностью изменять свой цвет при рассматривании под различными углами, предложено в заявке US 5500313. Способ основан на записи объемной голографической решетки в фоточувствительном полимере и последующим размельчением полимерной пленки на частицы размером от 1 до 300 микрон.

Еще один способ применения пигментов с оптически переменными свойствами заявлен в изобретении RU 2176190 С2. Суть способа заключается в нанесении пигмента на специально подготовленный рисунок высокого разрешения для получения заметного оптического эффекта.

Раскрытие изобретения.

Целью изобретения является разработка элемента защиты ценных бумаг на основе новейших микротехнологий, исключающих возможность воспроизведения оптическими методами (голография, дифракция света), с возможностью аутентификации в бытовых условиях невооруженным глазом и неподготовленным человеком.

Согласно изобретению с одной стороны прозрачного базового слоя создается оптически активная структура. Структура представляет собой микрорельеф в виде линий специального профиля, периодических или с изменяемым по заданному закону расстоянием между линиями и с определенным геометрическим соотношением периода, высоты и размера элементов рельефа. Элементы рельефа имеют преимущественно, но не только, форму треугольного, трапециидального или прямоугольного вида с высоким аспектным отношением период/глубина и период/размер элемента (у основания) структуры. Возможны любые другие формы микрорельефа с определенными соотношениями геометрических параметров. Рельеф получается методом тиснения полимерной пленки (базового слоя) металлической матрицей.

На одну сторону элемента рельефа с заданным профилем наносится отражающий (или поглощающий) слой, например из металла (или непрозрачного вещества). На противоположную сторону рельефа наносится слой красителя или окрашенная диэлектрическая пленка, причем слой красителя прозрачен для видимого света. Нанесение отражающих (поглощающих) веществ осуществляется методом косого напыления в вакууме.

Изготовленный таким образом элемент защиты может быть непосредственно прикреплен к поверхности защищаемого документа ламинированием или клеем.

Элемент защиты обеспечивает несколько оптических эффектов: при рассматривании под прямым углом к плоскости документа с прикрепленным образцом информация (надпись или рисунок) находящаяся под поверхностью образца (элемента согласно изобретению) доступна для чтения и имеет определенный цвет, при изменении угла рассматривания информация меняет свой цвет или становится невидима. Эти эффекты (совокупность) этих эффектов не может быть скопирована множительной техникой или воспроизведена средствами голографии. В отличие от прототипа DE 4421407 достигается большее разнообразие оптических эффектов, а их комбинация не может быть воспроизведена способом, предложенным в этой заявке. Кроме того, изменение периода структуры дает возможность получения динамических эффектов. Размер отдельного элемента профиля (рельефа) существенно меньше периода структуры (расстояния между линиями) и имеет четкие резкие боковые грани, что сильно затрудняет или делает невозможным ее повторение средствами голографии. Высокое аспектное соотношение (глубина/период структуры) и настраиваемость профиля рельефа позволяют добиться высокой прозрачности элемента защиты, что является преимуществом данного способа.

Согласно изобретению рельеф после нанесения оптически активных материалов заполняется полимерным материалом для получения гладкой поверхности, причем материал может быть идентичен материалу рельефа.

Дальнейшие признаки, подробности и преимущества изобретения представлены в описаниях примеров исполнения элементов с помощью чертежей.

На фиг.1 показаны разные этапы изготовления элемента поверхности согласно изобретению.

На фиг.2 показаны различные формы исполнения базовых слоев элемента поверхности с различными микроструктурами.

На фиг.3 показаны базовый слой с микроструктурой и различными видами оптически активного покрытия.

На фиг.4 показано распределение интенсивности дифрагированного света по порядкам дифракции.

На фиг.1а-1с изображен базовый слой 1 с микроструктурой 2 полученной в прозрачной полимерной пленке тиснением. Микроструктура может иметь прямоугольную, трапециидальную или треугольную форму, как показано на фиг.1. Материалом для тиснения могут служить также лаки и фотополимеры.

Микроструктура 2 затем покрывается с одной стороны отражающим (поглощающим) 3 покрытием, а с другой стороны слоем прозрачного красителя 4, фиг.1b. Все оптически активные слои наносятся, например, косым напылением, этот способ известен для других пленок или подложек.

Покрытие только боковых поверхностей элемента рельефа согласно изобретению достигается специальным подбором геометрических параметров: периода Т, высоты рельефа h, размера отдельного элемента рельефа d, что является преимуществом данного способа.

Элемент согласно фиг.1с отличается от элемента согласно фиг.1b тем, что промежутки 5 между выступами 2 заполняются материалом базового слоя или другого прозрачного материала с оптическими свойствами, отличными от базового слоя. В результате заполнения рельефа образуется гладкая поверхность, защищающая рельеф 2. Преимущество элемента из фиг.1с заключается в том, что нет возможности перенести структуры микрорельефа методом формовки, для несанкционированного копирования. Изготовленный таким образом элемент согласно изобретению крепится нижней стороной 6 на носитель информации - документ.

На фиг.2а-2с изображены различные формы микроструктуры. На фиг.2а микроструктура состоит из равнобедренных треугольников 2, причем согласно изобретению высота структуры h сравнима или превышает период структуры Т. На фиг.2b и 2с рельеф имеет форму трапеций и прямоугольников соответственно. Различные формы профиля позволяют реализовать оптические эффекты, различающиеся по прозрачности и яркости отраженного света (поглощающей способности). Элемент рельефа на фиг.2а согласно изобретению является наиболее контрастным, лучше всего отражает свет и наиболее прозрачен. Прямоугольная решетка, наоборот наименее контрастна, поскольку отражающие поверхности вертикальные, а на вершинах микрорельефа осаждается металл, что затрудняет чтение информации под элементом в направлении, перпендикулярном плоскости элемента.

На фиг.3а, b представлены различные виды оптически активных покрытий. Согласно фиг.3а на одну сторону треугольника наносится отражающий (или поглощающий) слой, например из металла (или непрозрачного вещества). На противоположную сторону элемента рельефа согласно изобретению наносится слой прозрачного красителя. На фиг.3b на одну сторону треугольника наносится краситель одного цвета, а на противоположную другого цвета. Из фиг.3 вытекает, что элемент поверхности согласно изобретению может обладать специальными оптическими свойствами в смысле четкой асимметрии. Становится ясным, что структура в исполнении согласно фиг.3 в 0-м порядке отражает свет, но несильно, т.к. участки 7 между выступами прозрачные, а наклон боковых сторон по отношению к горизонтали (плоскости элемента) с напылением значителен (70-85 градусов), зато пропускание довольно высокое, благодаря отсутствию напыления металла между элементами рельефа, что является преимуществом данного способа. Таким образом, при рассматривании под прямым углом к плоскости элемента информация, расположенная под элементом, видна невооруженным глазом, читаема, что является преимуществом данного способа. При отражении или, смотря по обстоятельствам, при пропускании получают в +1-м или -1-м порядке дифракции сильно отличающуюся интегральную (по всем длинам волн) интенсивность света, или только для длин волн, определяемых цветом красителя, что является преимуществом данного способа. Сказанное иллюстрирует фиг.4. Это свойство элемента согласно фиг.3 может быть выгодно использовано для автоматической проверки подлинности документа и т.п. Без особых сложностей можно одновременно измерить световые лучи +1-го и -1-го порядка и нескольких последующих, поскольку глубина рельефа много превышает длины волн видимого света и структура является сильной фазовой решеткой, и затем проверить соотношение интенсивностей, причем это соотношение можно использовать как защитный признак.

Таким образом, согласно фиг.3а при рассматривании образца под углом со стороны металлического покрытия информация становится невидима, а при рассматривании с противоположной стороны, со стороны прозрачного красителя, нижележащая информация видима окрашенной в цвет красителя.

Нанесение отражающих (поглощающих) веществ осуществляется методом косого напыления в вакууме.

Библиографический список

1. US 5128779, 07.07.1992.

2. US 5145212, 08.09.1992.

3. US 4892385, 09.01.1990.

4. DE 421407, 01.06.1995.

5. US 5896208, 20.04.1999.

6. US 5856070, 05.01.1999.

7. RU 2107629, 27.07.1998.

8. US 6560017, 06.05.2003.

9. US 5500313, 19.03.1996.

10. RU 2176190, 20.12.2001.

. Защитный элемент ценных бумаг, удостоверений личности и т.п., имеющий переменные оптические свойства прозрачности и цвета, содержащий прозрачный базовый слой, имеющий с одной стороны микрорельеф, отличающийся тем, что элементы микрорельефа имеют покрытия с двух сторон материалами, отличными по оптическим свойствам как от материла, в котором выполнен рельеф, так и друг от друга, причем геометрические соотношения периода рельефа, поперечных размеров элемента микрорельефа и его высоты задаются определенными соотношениями.

2. Рельеф по п.1 состоит из элементов, имеющих период Т, глубину h и размер элемента d, определяемые соотношениями Т/h больше или равно 1, T/d больше или равно 2, причем их размеры лежат в пределах от 1 до 20 мкм.

3. Элемент рельефа по п.2, отличающийся тем, что имеет в частности форму равнобедренного треугольника с углом при вершине 10°÷20°.

4. Элемент рельефа по п.2, отличающийся тем, что имеет в частности форму равнобедренной трапеции с углами при основании 70°÷85°.

5. Элемент рельефа по п.2, отличающийся тем, что имеет в частности форму прямоугольника с вертикальными стенками.

6. Рельеф по пп.1 и 2, отличающийся тем, что после нанесения оптически активного покрытия заполняется прозрачным покровным материалом до образования ровной поверхности.

7. Рельеф по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве базового слоя служит прозрачный лаковый слой, в котором рельеф получен методом тиснения.

8. Рельеф по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве базового слоя служит прозрачный слой фотоотверждаемого полимера, в котором рельеф получен тиснением.

9. Элемент рельефа по одному из пп.3-5, отличающийся тем, что его покрытие отражает свет.

10. Элемент рельефа по п.9, отличающийся тем, что покрытие состоит из металла.

11. Элемент рельефа по одному из пп.2-5, отличающийся тем, что его покрытие пропускает свет в узком спектральном интервале.

12. Элемент рельефа по п.11, отличающийся тем, что покрытие состоит из прозрачного красителя.

13. Способ изготовления защитного элемента ценных бумаг, имеющего оптически переменные свойства, отличающийся тем, что оптически активные слои наносят на две стороны элемента микрорельефа, при этом сами элементы микрорельефа имеют соотношения геометрических размеров, которые невозможно выполнить средствами голографии.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что микрорельеф в базовом слое выполняют механическим способом или с помощью лазера.