оптический отражательный защитный элемент и способ

его изготовления

область техники

изобретение относится к области защиты от подделки и проверки подлинности ценных документов, в частности к изготовлению и производству оптических защитных элементов, несущих скрытое изображение, практически невидимое в естественном свете невооруженным глазом и визуализируемое при наблюдении его через поляризационный фильтр.

уровень техники задачей настоящего изобретения является создание защитного оптического элемента с высокой степенью защиты от повторного использования посредством прямого впечатывания металлического скрытого изображения в защищаемый объект. при этом благодаря такому выполнению защитного элемента, он обладает высокой механической, химической, радиационной устойчивостью и стабильностью в широком температурном диапазоне, невидимого в естественном свете невооруженным глазом и визуализируемого с высоким контрастом при использовании поляризационного фильтра.

в настоящее время для защиты от подделки и в качестве знаков подлинности защищаемых объектов используются различные средства полиграфической защиты (водяные знаки, микротекст, специальные краски, скрытые изображения, основанные на бескрасочном тиснении и кипп-эффекте и др.), магнитные, голографические, оптические и другие методы. среди защитных элементов с переменными оптическими свойствами наиболее трудно воспроизводимыми являются элементы, содержащие скрытые изображения, видимые только в поляризованном свете. как правило, скрытые поляризованные изображения получаются на поверхности или в объеме сплошного полимерного слоя - носителя скрытого изображения путем изменения оптической анизотропии в локальных областях вышеупомянутого полимерного слоя, а именно изменения величины двулучепреломления. локальное изменение величины двулучепреломления может быть достигнуто либо изменением величины и/или направления оптической анизотропии прозрачного материала в определенных его участках, либо изменением толщины прозрачного анизотропного материала в

определенных участках слоя.

указанные эффекты достигаются путем механического (US 5,284,364 опубл. 08.02.1994, мпк B42D 15/00), химического (US 5284364), фотофизического (US 6,100,967 опубл. 2000.08.08, мпк B42D 15/00), фотохимического (US 6,124,970 опубл. 26.09.2000, MпKG02B 27/28), термомеханического (WO 2006/005149A2, опубл. 19.01.2006, MпKG03F 7/00) воздействий. во всех представленных случаях скрытое поляризованное изображение формируется в предварительно подготовленном специальным образом полимерном слое (US 6,124,970; WO 2006/005149 A2), либо на поверхности твердой подложки (US 5,284,364; US 6,100,967). описанные в этих патентах способы изготовления скрытого изображения и защитного элемента на его основе предполагают наличие сплошного, как правило полимерного, слоя, несущего скрытое поляризованное изображение, на обратную сторону которого наносится клей, затем проводится вырубка и получается конечный продукт - самоклеющиеся этикетки и метки. полученные таким способом этикетки и метки прикрепляются к защищаемому предмету либо вручную, либо с помощью автоматического аппликатора, в обоих случаях необходима достаточно высокая жесткость слоя, несущего скрытое изображение, что предопределяет возможность повторного использования элемента. кроме того, использованные в US 5,284,364 способы изготовления скрытого изображения приводят к видимым невооруженным глазом контурам — следам механического формирования или химического травления.

наиболее близким к заявляемому способу является способ изготовления скрытого изображения с помощью локального механического или химического удаления твердого анизотропного полимерного материала с поверхности жесткой подложки (US 5,284,364). такой способ приводит к формированию контрастного поляризованного изображения, но с ясно видимым невооруженным глазом контуром изображения и не гарантирует защиты от повторного использования.

задачей настоящего изобретения является создание способа формирования и изготовления скрытого поляризованного изображения, невидимого в естественном свете невооруженным глазом и исключающего наличие контуров изображения и визуализируемого с высоким контрастом при использовании

поляризационного фильтра; изображения, сформированного таким образом, чтобы полностью исключить возможность повторного использования защитного элемента; изображения, обладающего высокой механической, химической, радиационной устойчивостью и стабильностью в широком температурном диапазоне.

сущность изобретения

согласно первому аспекту изобретения предусмотрен способ изготовления оптического отражательного защитного элемента согласно которому: а) предусматривают прозрачную подложку, выполненную таким образом, чтобы обеспечить, по существу, равномерно по всему объему подложки оптическую анизотропию; б) наносят отражательный слой, по меньшей мере, на один участок подложки с одной стороны указанной подложки; в) формируют отражательное скрытое изображение методом прямой печати, по меньшей мере, на одном участке подложки с другой ее стороны таким образом, что указанный, по меньшей мере, один участок со скрытым изображением представляет собой запечатанные подучастки, находящегося в пределах контура изображения и пробельные подучастки вне контура изображения на участке со скрытым изображением, при этом указанный по меньшей мере один участок со скрытым изображением соответствует участку подложки с отражательным слоем на соответствующей стороне подложки; г) равномерно наносят тонкий прозрачный защитный слой по всей поверхности участка со скрытым изображением, при этом величина отражательной способности защитного слоя отличается от величины отражательной способности участка со скрытым изображением, то есть величина отражательной способности защитного слоя больше на 5-10%, величины отражательной способности участка со скрытым изображением или величина отражательной способности защитного слоя меньше на 10-25% величины отражательной способности участка со скрытым изображением.

кроме того, а величина отражательной способности и цвет запечатанных подучастков по существу совпадает с величиной отражательной способности и цветом пробельных подучастков, участка со скрытым изображением, что обуславливает обеспечение невидимости изображения при наблюдении его невооруженным глазом, одновременно скрывая видимые следы формирования

скрытого изображения, и четкого контрастного изображения при просмотре в поляризованном свете.

при этом согласно заявленному способу подложка может быть выполнена из прозрачного деполяризующего материала. кроме того, в качестве подложки может использоваться фазовая пластина, а отражающий слой может быть выполнен из металла или в качестве отражающего слоя может использоваться отражательная голограмма.

при этом в заявленном способе формирование скрытого изображения осуществляется с помощью металла, и скрытое изображение может представлять собой отражательную голограмму.

кроме того, формирование скрытого изображения с помощью метода прямой печати, представляет собой термотрансферную печать, горячее тиснение или вакуумное напыление.

при этом согласно заявленному способу в качестве защитного слоя используется слой лака или прозрачная голограмма.

кроме того, согласно изобретению предусматривается нанесение на поверхность защитного слоя многоцветного видимого изображения.

согласно изобретению, защитный элемент сформирован таким образом, что выдерживает температуру 180 градусов с и представляет собой, по меньшей мере, часть одного из: самоклеющейся этикетки, документа, пластиковой карты, упаковки.

при этом визуализация скрытого поляризованного изображения проводится с помощью циркулярного поляризатора или линейного поляризатора и при визуализации скрытого изображения в циркулярно поляризованном свете запечатанные подучастки выглядят темно-синими, а пробельные подучастки, как светлый фон, а при визуализации скрытого изображения в линейно поляризованном свете запечатанные подучастки выглядят светлыми, а пробельные подучастки, как темный фон.

согласно второму аспекту изобретения оптический поляризационный защитный элемент, содержащий подложку с нанесенным по меньшей мере на один участок отражающим слоем с одной стороны и сформированным на ней с другой стороны скрытым изображением на по меньшей мере один участок

подложки методом прямой печати, и выполненный согласно этапам способа в соответствии с первым аспектом изобретения.

в результате получается практически невидимое изображение при наблюдении его невооруженным глазом и четкое контрастное изображение при просмотре его в поляризованном свете. при этом условие, которое необходимо выполнить в процессе изготовления защитного изобретения согласно изобретению - это величина отражательной способности защитного слоя должна значительно отличаться т.е. быть значительно больше (на 5-10%) или наоборот значительно меньше (на 10-25%) величины отражательной способности участка со скрытым изображением, например для скрытого изображения, имеющего отражательную способность 60%, защитные слои с отражательной способностью 40% или 70% вполне приемлемы указанные диапазоны допустимых различий между отражательной способностью защитного слоя от участка со скрытым изображением получены авторами изобретения экспериментальным путем. при этом величина отражательной способности и цвет запечатанных подучастков по существу должны совпадать с величиной отражательной способности и цветом пробельных подучастков, участка со скрытым изображением, что обуславливает обеспечение невидимости изображения при наблюдении его невооруженным глазом, исключает контуры изображения являющиеся следами формирования скрытого изображения при прямой печати свойственных решениям известного уровня техники, и четкого контрастного изображения при просмотре в поляризованном свете.

в качестве оптически анизотропной подложки выбираются полимерные пленки, полученные экструзионным методом и обладающие высокой прозрачностью. суммарная величина оптических потерь при прохождении света через подложку не должны превышать 10%. этим условиям отвечают такие материалы как тонкие слои полипропилена, полиэтилентерефталата, поливинилиденфторида, политрифторхлорэтилена и некоторых других полимеров. для снижения оптических потерь выбирается толщина подложки минимально возможная для каждого конкретного защищаемого объекта, обычно 12-36 мкм. характер оптической анизотропии определяется пространственной микроструктурой полимерного материала, например двухосно ориентированный

полиэтилентерефталат деполяризует циркулярный свет, а одноосно ориентированный полипропилен является фазовой пластиной. так использование в качестве подложки фазовой пластины, например четвертьволновой, приводит к появлению яркого цветного фона при визуализации скрытого изображения как в линейном, так и в циркулярно поляризованном свете, вид визуализируемого изображения зависит от угла поворота поляризатора.

при этом в качестве отражающего слоя подложки используется металл, в качестве отражающего слоя подложки может использоваться отражательная голограмма, или голографическая фольга горячего тиснения. кроме того, согласно способу участок подложки со сформированным скрытым изображением покрывают тонким защитным слоем прозрачного пластика, или покрывают защитным тонким прозрачным полимерным слоем, содержащим голографическое изображение. кроме того, указанный защитный слой уменьшает различия в отражательной способности отражающих слоев и скрывает видимые следы формирования скрытого изображения. для выполнения этих функций использованы слои, поверхность которых имеет отражательную способность, значительно отличающуюся от отражательной способности скрытого изображения. отражательная способность поверхности защитного слоя значительно более высокая так же, как и значительно более низкая, чем отражательная способность скрытого изображения, сужает величину телесного угла видимости в объеме слоистой структуры элемента и тем самым скрывает контуры печати скрытого изображения и разницу в отражательных способностях отражающего слоя и скрытого изображения при рассматривании защитного элемента невооруженным глазом под углом, отличным от нормального в пределах ± 45°, при больших отклонениях угла рассматривания от нормали внутренняя структура слоистого элемента и, следовательно, следы формирования скрытого изображения невидимы. снижение отражательной способности прозрачного защитного слоя достигается путем нанесения на его поверхность прозрачного видимого многоцветного изображения, либо рельефного бесцветного орнамента. нанесение в качестве защитного слоя полимерной пленки, содержащей прозрачное голографическое изображение, приводит к увеличению отражательной способности защитного слоя и кроме всего прочего повышает

внешнюю привлекательность и защитные свойства элемента.

кроме того, защитный элемент сформирован таким образом, что выдерживает температуру 18O ⁰ C.

при этом в способе согласно первому аспекту изобретения защитный элемент сформирован таким образом, что представляет собой, по меньшей мере, часть одного из: документа, пластиковой карты, упаковки.

кроме того, в указанном способе скрытое отражательное изображение выполнено с помощью термотрансферной металлической фольги, либо металлической фольги горячего тиснения, либо напыленного металла. при этом используются методы термотрансферной печати, горячего тиснения, а также вакуумного напыления различных металлов.

согласно второму аспекту изобретения предусмотрен оптический отражательный защитный элемент, содержащий прозрачную оптически анизотропную подложку, с впечатанным в нее скрытым изображением методом прямой печати с помощью металла или светоотражающего пигмента на по меньшей мере один участок подложки с одной ее стороны соответствующей участку с отражательным слоем с другой стороны подложки, при этом цвет и отражательная способность запечатанных подучастков и пробельных подучастков скрытого изображения по существу совпадает друг с другом, что обеспечивает невидимость скрытого изображения невооруженным глазом, и выполненный согласно способу раскрытому выше.

описание фигур чертежей

признаки, элементы и преимущества изобретения вытекают из следующего описания вариантов осуществления изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых: на- фиг.1 представлен общий вид сверху в циркулярно поляризованном свете защитного отражательного элемента, на фиг.2 представлен вид в поперечном сечении A-A защитного отражательного элемента и ход лучей света при рассматривании его через циркулярный поляризатор, а именно ход -лучей света при отражении от пробельных подучастков 4b участка 4 со скрытым изображением соответствует позиции в, и ход лучей света при отражении от запечатанных подучастков 4а

участка 4 со скрытым изображением соответствует позиции с.

описание предпочтительного варианта осуществления изобретения описание оптического отражательного защитного элемента и способа его изготовления будет описано со ссылками на фиг.l, 2. согласно способу изготовления оптического отражательного защитного элемента на подложку 1, в виде полимерной пленки, полученной, например методом экструзии, и обладающую оптической анизотропией, а именно на по меньшей мере один участок подложки 1 с одной ее стороны наносят отражательный слой 2. отражательный слой 2 может представлять собой либо металлическую фольгу, либо напыленный в вакууме металл, либо отражательную голограмму или голографическую фольгу горячего тиснения, либо поверхность документа или пластиковой карты с предварительно нанесенным отражательным участком, либо бумагу или картон, окрашенные краской со светоотражающими свойствами. на другой стороне подложки, по меньшей мере на одном из его участков формируют скрытое изображение 4 (далее участок со скрытым изображением 4), например впечатывают скрытое изображение (буквы, цифры, логотипы, орнаменты и т.д.), представляющее собой отдельные знаки, методом прямой печати. при этом участок со скрытым изображением 4 на другой стороне подложки соответствует участку с отражательным слоем 2 на первой стороне подложки. при этом участки со скрытым изображением 4 можно условно разделить на запечатанные подучастки 4а, т.е. зоны по контуру скрытого изображения или само изображение и пробельные подучастки 4b, т.е. остальные зоны в пределах указанного участка со скрытым изображением 4. при этом скрытое изображение, например может быть впечатано по меньшей мере на один участок подложки 1 с одной ее стороны, совпадающий с участком, покрытым отражательным слоем 2 с другой стороны подложки 1, методом прямой печати с помощью металла или светоотражающих пигментов, при этом пробельные подучастки 4b остаются светлыми. следует отметить, что величина отражательной способности и цвет пробельных участков 4b, по существу, совпадает с величиной отражательной способности и цветом запечатанного подучастка 4а участка со скрытым изображением 4, что обуславливает

обеспечение невидимости изображения при наблюдении его невооруженным глазом и четкого контрастного изображения при просмотре в поляризованном свете.

в качестве материалов для формирования скрытого изображения используют фольгу для термотрансферной печати металлическим пигментом, фольгу для горячего тиснения с металлом или голограммой, стандартные отражательные голограммы, напыленный в вакууме металл.

следует отметить, что метод прямой печати обеспечивает полную невозможность повторного использования защитного элемента. все известные из уровня техники способы изготовления скрытого изображения и защитного элемента на его основе, например US 6 124 970 и WO/2006/005149 предполагают наличие сплошного, как правило полимерного, слоя, несущего скрытое поляризованное изображение, на обратную сторону которого наносится клей, затем проводится вырубка и получается конечный продукт — самоклеющиеся этикетки и метки. полученные таким способом этикетки и метки прикрепляются к защищаемому предмету либо вручную, либо с помощью автоматического аппликатора, в обоих случаях необходима достаточно высокая жесткость слоя, несущего скрытое изображение, что предопределяет возможность повторного использования элемента. в предлагаемом авторами способе сплошной слой, несущий скрытое изображение, отсутствует, отсутствует слой клея - скрытое изображение впечатывается непосредственно в поверхность защищаемого объекта - заготовки документа, пластиковой карты, материала упаковки. в этом случае повторное использование защитного элемента невозможно. впечатывание скрытого изображения может производиться с помощью термотрансферной печати металлом, методом горячего тиснения, вакуумным напылением, а также типографскими способами.

наносят защитный слой 3 поверх всей поверхности участка со скрытым изображением защитного отражательного поляризационного элемента. защитный слой 3 представляет собой тонкий прозрачный полимерный слой, предохраняющий участок со скрытым изображением 4 (далее при использовании термина скрытое изображение понимается участок 4 со скрытым изображением) от царапин и истирания. кроме того, оптические свойства этого слоя выбираются

таким образом, чтобы полностью скрыть контуры печати, что обеспечивается выбором материала из которого изготовлен защитный слой 3. в качестве защитного слоя 3 используется слой лака, устойчивого к истиранию и царапинам и имеющего отражательную способность поверхности, значительно отличающуюся от отражательной способности отражательного слоя и скрытого изображения. при этом основное условие, которое необходимо выполнить в процессе изготовления защитного элемента согласно изобретению - это величина отражательной способности защитного слоя должна значительно отличаться т.е. быть больше (на 5-10%) или наоборот меньше (на 10-25%) величины отражательной способности участка со скрытым изображением, а величина отражательной способности и цвет запечатанных подучастков по существу должны совпадать с величиной отражательной способности и цветом пробельных подучастков участка со скрытым изображением, что обуславливает обеспечение невидимости изображения при наблюдении его невооруженным глазом, исключает контуры изображения являющиеся следами формирования скрытого изображения при прямой печати свойственных решениям известного уровня техники, и четкого контрастного изображения при просмотре в поляризованном свете.

использование в качестве защитного слоя 3 прозрачной голограммы без собственного отражателя помимо прямой функции механической защиты увеличивает отражательную способность защитного слоя и повышает уровень защиты от подделки и внешнюю привлекательность продукта. используемая голограмма прозрачна для видимого света и не блокирует поляризованный свет.

полученное скрытое изображение невидимо при рассматривании его невооруженным глазом, т.к. цвет и отражательная способность запечатанного подучастка участка со скрытым изображением 4 по существу совпадает с цветом и отражательной способностью пробельного подучастка участка со скрытым изображением 4.

скрытое изображение визуализируют с помощью циркулярного поляризационного фильтра 5. в циркулярно поляризованном свете визуализируется высококонтрастное темно-синее изображение (запечатанные подучастки) на светлом фоне (пробельные подучастки).

далее приводятся примеры реализации оптического отражательного поляризационного защитного элемента.

пример 1

в качестве подложки 1 выбрана прозрачная пленка двухосно ориентированного полиэтилентерефталата, которая деполяризует циркулярно поляризованный свет. на одну из сторон пленки (подложки 1), по меньшей мере на один участок, методом вакуумного напыления наносят отражательный слой 2 выполненный из алюминия толщиной 600 нм. на другой стороне подложки по меньшей мере на одном из участков, впечатывают скрытое изображение 4 (фиг. 1, 2), с помощью алюминия методом прямой печати, при этом участок со скрытым изображением 4 совпадает с участком с отражательном слоем 2 на другой стороне подложки 1. поверхность сформированного таким образом скрытого изображения на одной стороне подложки 1 в пределах указанного участка, имеющего отражательный слой 2 на другой стороне подложки 1, покрывается защитным слоем 3 (фиг. 1, 2) - термоустойчивым лаком.

процесс изготовления оптического отражательного оптического защитного элемента (фиг. 1, 2) завершен. при этом конструкция пробельных подучастков 4b участка 4 со скрытым изображением следующая: отражательный слой 2/пoдлoжкal/ пробельный подучасток 4b/3aщитный слой 3 (фиг.2 - в), а конструкция запечатанных участков 4а участка 4 со скрытым изображением следующая: отражательный слой 2/пoдлoжкa 1 /запечатанный подучасток 4a/3aщитный слой 3 (фиг.2 - с). полученный продукт (защитный элемент) выдерживает температуру 18O ⁰ C, так как все составляющие полученного элемента выдерживают температуру 180 ⁰ C и выше. полиэтилентерефталатная пленка (подложка 1), дублированная слоем алюминия (отражательным слоем 2), является стандартным упаковочным материалом, защитный знак в данном случае является неотъемлемой частью этого материала, не может существовать отдельно от упаковочного материала и, следовательно, не может быть повторно использован. ход лучей света при отражении от пробельных подучастков 4b участка 4 со скрытым изображением можно проиллюстрировать следующим образом: свет проходит сквозь поляризатор 5 (фиг.2 - в) - преобразуется в циркулярно

поляризованный, проходит сквозь оптически анизотропную подложку 1 (фиг.2 - в) — деполяризуется, отражается от участка с отражательным слоем 2 (фиг.2 - в), вновь проходит сквозь подложку 1 и поляризатор 5. интенсивность падающего света в этом процессе уменьшается на величину потерь при отражении и удвоенную величину потерь на поглощение в поляризаторе 5 и подложке 1. пробельные подучастки 4b скрытого изображения выглядят светлыми при рассматривании их через циркулярный поляризатор.

ход лучей света при отражении от запечатанных участков 4а участка со скрытым изображением следующий: свет проходит сквозь поляризатор 5 (фиг.2- с) - преобразуется в циркулярно поляризованный, отражается от впечатанного металлом скрытого изображения 4 (фиг.2-C) - вращение вектора поляризации меняется на противоположное — поляризатор 5 не пропускает свет с такой формой поляризации. запечатанные подучастки 4а участка со скрытым изображением выглядят темно-синими при рассматривании их через циркулярный поляризатор 5.

визуализация проводится с помощью циркулярного поляризатора 5 - пробельные участки 4b участка со скрытым изображением выглядят светлыми, запечатанные участки 4а участка со скрытым изображением - темно-синими, в результате достигается очень высокий контраст. пример 2

в качестве подложки 1 выбирается прозрачная анизотропная полимерная пленка, представляющая собой четвертьволновую фазовую пластину, на по меньшей мере одни участок с одной ее стороны наносят слой алюминия в качестве отражающего слоя 2. скрытое изображение 4 (фиг. 1, 2) впечатывается металлом на другой стороне подложки 1 в пределах участка на первой стороне подложки, имеющего отражательный слой (фиг. 1, 2) и покрывают защитным слоем 3 поверхность участка со скрытым изображением 4 на одной стороне подложки в пределах участков имеющих отражательный слой 2 на другой стороне подложки 1. при этом защитный слой 3 - прозрачная пленка, содержащая голографическое изображение, наносится методом горячего тиснения. наличие голографического изображения в составе прозрачного защитного слоя или наличие только одного защитного слоя уменьшает отражательную способность

поверхности и, как следствие, блокирует видимость следов формирования скрытого изображения 4 при рассматривании элемента невооруженным глазом под острым углом к поверхности. при рассматривании элемента под прямым углом к поверхности или отклонениях от нормали в пределах ±45°, следы формирования скрытого изображения не видны в естественном свете и без защитного слоя.

визуализация проводится в свете с любой формой поляризации. в циркулярно поляризованном свете получается контрастное темно-синее изображение на желтом фоне, цвет возникает вследствие влияния фазовой пластины, использованной в качестве подложки 1. использование в качестве подложки 1 фазовой пластины позволяет визуализировать скрытое изображение в линейно поляризованном свете: цвет и характер визуализируемого изображения зависят от взаимной ориентации поляризатора и фазовой пластины, как правило, с помощью линейного поляризатора получается контрастное изображение - светлые запечатанные участки на фиолетовом фоне.

промышленная применимость

заявленное изобретение может использоваться для защиты от подделок ценных документов: паспортов, ваучеров, банкнот, акций, чековых книжек и для идентификации подлинности указанных документов.