Brevet FR3068502A1 — publié le 20190104

I PROCEDE DE PRODUCTION D'ELEMENTS DE MICRO-IMAGE SUR UN SUBSTRAT Domaine technique La présente invention concerne des procédés de production d'éléments de micro-image sur un substrat pour un document de sécurité, et des micro-dispositifs optiques sur un substrat comprenant de tels éléments de micro-image. En particulier, les procédés incluent la production d'unités de microstructure comprenant des formations à structure tridimensionnelle dans une couche en relief claire ou pale sur un substrat, l'application d'une encre fluide colorée sur la couche en relief, et le fait de laisser l'encre fluide colorée s'accumuler de manière préférentielle dans des régions à forte courbure de surface sur chaque unité de microstructure, pour former des zones de contraste ayant des densités d'encre différentes. Arrière-plan de l'invention Il est important que les documents de sécurité tels que des billets de banque, cartes de crédit, documents d'identité (y compris les passeports), titres fonciers, certificats d'actions, diplômes, matériaux d'emballage pour produits de grande valeur, étiquettes de sécurité et cartes de sécurité, soient difficiles à répliquer par des contrefacteurs et soient pourvus de caractéristiques permettant leur authentification. Plusieurs stratégies différentes ont été décrites pour la sécurité et l'authentification de tels documents de sécurité. L'utilisation de films polymères en tant que substrats offre souvent un avantage inhérent, en raison de la plus grande difficulté à effectuer des opérations de copie et d'impression sur de tels matériaux 25 sensibles à la température et de la facilité à incorporer toute une variété de caractéristiques de sécurité visibles et cachées. Un type de caractéristique de sécurité qu'il a été proposé d'utiliser dans des documents de sécurité est décrit dans le document US 5712731. Cette caractéristique de sécurité met en jeu une combinaison de microlentilles et de 30 micro-images pour la génération d'effets optiquement variables. Les micro-images 2 sont formées par impression sur une surface d'un substrat et les microlentilles peuvent être formées sous la forme d'un composant distinct ou sur une feuille de plastique transparent collée sur les micro-images. Un léger décalage entre le pas ou l'alignement en rotation des micro-images et des microlentilles peut produire 5 des effets optiquement variables, tels qu'une image agrandie (connue sous le nom de grossissement par effet moiré, tel que décrit dans l'article M. Hutley et al., "The moiré magnifier", Pure and Applied Optics 1994, vol. 3, pp 133-142). Ces caractéristiques de sécurité peuvent produire des images qui semblent se déplacer et/ou flotter en-dessous ou au-dessus du plan du substrat lorsque l'angle 10 d'observation varie. Cependant, la résolution et la taille des micro-images qui peuvent être produites par les procédés du document US 5712731 sont limitées par la dépendance envers les procédés d'impression traditionnels tels que l'héliogravure, la flexographie et l'impression intaglio. Typiquement, ces procédés d'impression ne 15 peuvent pas être utilisés pour produire des images nécessitant une résolution inférieure à environ 50 microns. En particulier, l'impression par héliogravure rouleau à rouleau de caractéristiques à haute résolution est limitée par des phénomènes connus dans l'industrie de l'impression comme les points manquants, le séchage à l'intérieur du 20 rouleau, les bavures et le tramage. Ces phénomènes produisent des défauts dans les images imprimées, sous la forme de petites parties manquantes, dont la position peut être aléatoire. Lorsqu'ils sont regardés à travers un réseau de microlentilles, les défauts sont agrandis, ce qui produit des images qui sont perçues par l'utilisateur comme ayant une faible qualité. Les images agrandies peuvent avoir un aspect granuleux, semblant avoir des "éruptions" ou des "traînées" de points manquants. Cela limite tout particulièrement l'utilité des caractéristiques de sécurité dans des documents de sécurités minces et flexibles, tels que des billets de banque ou analogue. En dehors des considérations esthétiques, des caractéristiques de sécurité de faible qualité ou de qualité irrégulière sur des billets de banque peuvent offrir aux contrefacteurs l'opportunité 3 de faire passer des reproductions de faible qualité comme des billets de banque authentiques. Des techniques de gaufrage et apparentées ont été précédemment utilisées pour produire des caractéristiques de sécurité ayant des résolutions plus 5 élevées que celles qui peuvent être obtenues avec des techniques d'impression classiques. Typiquement, un revêtement de laque durcissable par rayonnement est gaufré au moyen d'une plaque de gaufrage et simultanément durci pour produire une couche microstructurée sur le substrat du document de sécurité. Les revêtements microstructurés peuvent être conçus pour produire un certain nombre 10 d'effets optiques, incluant des effets diffractifs et holographiques. Cependant, le contraste de couleur de telles micro-images tridimensionnelles formées dans un revêtement monochrome peut ne pas être satisfaisant. Des techniques de gaufrage ont également été utilisées pour produire des micro-images qui créent des effets optiques lorsqu'elles sont regardées à travers 15 un réseau de microlentilles. Des structures diffractives ont été formées dans une couche d'image sur un substrat par gaufrage de formations en grille peu profondes dans un revêtement durcissable aux UV monochrome. Un contraste est donc créé dans l'image agrandie vue à travers les microlentilles par les propriétés diffractives des microstructures en grille disposées contre les régions de fond non-diffractives 20 de la couche d'image gaufrée. Un observateur voit donc une image agrandie multicolore. Cependant, l'image agrandie doit généralement être vue avec un éclairage à source ponctuelle plutôt qu'un éclairage diffus en raison de la nature diffractive des éléments d'image. Des techniques plus complexes ont été rapportées pour la production de 25 micro-images à haute résolution ayant un meilleur contraste de couleur et pouvant être vues dans une large plage de conditions d'éclairage. Par exemple, une encre durcissable aux UV pigmentée peut être appliquée directement sur un rouleau de gaufrage sur lequel est gravée une microstructure tridimensionnelle. L'encre en excès est essuyée du rouleau, en ne laissant que l'encre qui est retenue dans les 30 régions évidées de la surface du rouleau gravé, et l'encre est partiellement durcie sur le rouleau par un rayonnement UV. Les microstructures d'encre partiellement 4 durcies sont ensuite transférées sur la surface du substrat et complètement durcies sur la surface. Cette technique, bien qu'étant utile pour produire des micro-images à contraste de couleur à haute résolution, pour certaines applications niches, est néanmoins difficile à adapter à une production à haut rendement. En 5 outre, cette approche multi-étape souffre d'un certain nombre d'inconvénients supplémentaires, incluant la complexité inhérente du processus, l'usure rapide imposée aux rouleaux gravés en raison de l'application et l'essuyage de l'encre, les impacts sur l'adhérence de l'encre sur le substrat en raison de la pigmentation et du pré-durcissement, et la limitation à un seul choix de couleur par unité 10 d'impression. Il existe donc un besoin continu de nouveaux procédés de production de micro-images à contraste de couleur, à haute résolution, sur des surfaces de substrat, qui résolvent au moins partiellement un ou plusieurs des inconvénients mentionnés ci-dessus. 15 Toute référence dans le présent document à un document de brevet ou un autre texte présenté comme la technique antérieure ne doit pas être considérée comme une admission du fait que le document ou le texte était connu ou que les informations qu'il contient faisaient partie des connaissances communes générales à la date de priorité de l'une quelconque des revendications. 20 Résumé de l'invention Selon un premier aspect, l'invention met à disposition un procédé de production d'éléments de micro-image sur un substrat pour un document de sécurité, le procédé comprenant : la production d'une pluralité d'unités de microstructure comprenant des formations à structure tridimensionnelle dans une 25 couche en relief claire ou pale sur le substrat ; et l'application d'une encre fluide colorée sur la couche en relief, l'encre fluide colorée s'accumulant de manière préférentielle dans des régions à forte courbure de surface sur chaque unité de microstructure, pour former des zones de contraste ayant des densités d'encre différentes. 30 Des microstructures tridimensionnelles ayant des caractéristiques d'échelle micronique (ou même sub-micronique) peuvent être produites de manière précise 5 dans une couche en relief par des techniques de gaufrage ou apparentées. Les inventeurs ont trouvé qu'une encre fluide colorée appliquée sur une couche en relief claire ou pale produite de cette façon s'accumulera de manière préférentielle sur les microstructures tridimensionnelles, en offrant un excellent contraste de 5 couleur entre des zones de contraste ayant des densités d'encre différentes. Les zones de contraste ayant des densités d'encre différentes comprennent généralement des zones à forte densité d'encre dans les régions à forte courbure de surface sur les unités de microstructure, et des zones de contraste à faible densité d'encre sur des zones adjacentes de la couche en relief. On comprendra 10 que les zones à faible densité d'encre peuvent être soit essentiellement dépourvues d'encre, soit avoir une densité d'encre suffisamment faible par rapport aux zones à forte densité d'encre pour qu'un contraste visible soit perçu. Des éléments de micro-image ainsi formés, qui comprennent au moins de l'encre accumulée dans les régions à forte courbure de surface, peuvent avoir un degré 15 de résolution et de reproductibilité plus élevé que ce qu'il est possible de produire avec des techniques d'impression classiques. Sans vouloir être liés par une quelconque théorie, on pense que l'encre fluide s'écoule sur la surface de la couche en relief jusque dans des régions à forte courbure de surface sur les unités de microstructure afin de minimiser l'énergie de 20 surface. L'encre fluide se répartit sur la surface pour établir un équilibre entre les forces cohésives qui retiennent l'encre fluide d'un seul tenant et les forces adhésives entre l'encre fluide et la surface des microstructures. En contrôlant la configuration tridimensionnelle des unités de microstructure, les propriétés de l'encre fluide et la charge en encre fluide, il est possible d'utiliser le procédé de 25 l'invention pour produire une large variété de symboles, marquages et motifs à haute résolution sur une surface d'un substrat. Telle qu'entendue ici, une région à forte courbure de surface peut être une quelconque région de surface ayant une courbure suffisamment grande par rapport aux régions de surface voisines pour que l'encre fluide s'accumule de 30 manière préférentielle en elle, de façon que des zones de contraste ayant des densités d'encre différentes soient créées. On comprendra que des régions à forte 6 courbure de surface dans lesquelles une encre fluide peut s'accumuler de manière préférentielle peuvent inclure tant des caractéristiques essentiellement anguleuses (à savoir, des angles REVENDICATIONS1. Procédé de production d'éléments de micro-image sur un substrat pour un document de sécurité, le procédé comprenant : la production d'une pluralité d'unités de microstructure comprenant des 5 formations à structure tridimensionnelle dans une couche en relief claire ou pale sur un substrat ; et l'application d'une encre fluide colorée sur la couche en relief, l'encre fluide colorée s'accumulant de manière préférentielle dans des régions à forte courbure de surface sur chaque unité de microstructure, pour 10 former des zones de contraste ayant des densités d'encre différentes. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel un réseau répétitif d'unités de microstructure essentiellement identiques est produit dans la couche en relief, et dans lequel l'encre fluide colorée s'accumule selon une répartition 15 essentiellement uniforme sur chaque unité de microstructure essentiellement identique. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la viscosité de l'encre fluide colorée est comprise dans la plage allant de 16 à 25 20 secondes, de préférence de 16 à 18 secondes, telle que mesurée au moyen d'une coupe de Zahn n°2. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'encre fluide colorée est appliquée selon une charge à l'état humide d'environ 25 0,5 g/m2 à environ 10 g/m2. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la pluralité d'unités de microstructure est produite par gaufrage des formations à structure tridimensionnelle dans la couche en relief. 30 46 6. Procédé selon la revendication 5, comprenant en outre l'application d'un revêtement gaufrable clair ou pale sur le substrat, dans lequel le gaufrage des formations à structure tridimensionnelle comprend un gaufrage du revêtement gaufrable. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le revêtement gaufrable est un revêtement durcissable par rayonnement et les formations à structure tridimensionnelle sont simultanément gaufrées dans le revêtement gaufrable et durcies par rayonnement. 8. Procédé selon la revendication 6 ou la revendication 7, dans lequel le revêtement gaufrable est gaufré au moyen d'une plaque ou d'un rouleau de gaufrage. 15 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la pluralité d'unités de microstructure est produite par : remplissage d'une pluralité d'évidements dans une surface d'un outil d'impression avec une laque claire ou pale ; et transfert de la laque depuis les évidements sur le substrat par mise en 20 contact de la surface de l'outil d'impression avec le substrat. 10. Procédé selon la revendication 9, comprenant en outre l'augmentation de la viscosité de la laque dans les évidements avant la mise en contact de la surface de l'outil d'impression avec le substrat. 25 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel l'augmentation de la viscosité de la laque dans les évidements comprend le durcissement au moins partiel de la laque. 10 47 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel le remplissage de la pluralité d'évidements comprend l'application de la laque sur la surface de l'outil d'impression. 5 13. Procédé selon la revendication 12, comprenant en outre le retrait de l'excès de laque de la surface de l'outil d'impression en dehors des évidements. 14. Procédé selon la revendication 12, dans lequel la laque en excès n'est pas retirée de la surface de l'outil d'impression en dehors des évidements, de sorte 10 que la laque puisse être transférée sur le substrat depuis les régions de la surface de l'outil d'impression qui entourent les évidements. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, comprenant en outre un durcissement au moins partiel de la laque pendant le 15 contact de la surface de l'outil d'impression avec le substrat. 16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel la laque est une laque durcissable par rayonnement, et dans lequel la laque est durcie au moins partiellement par irradiation de la laque avec un rayonnement. 20 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel les unités de microstructure comprennent au moins une paroi latérale de formation qui croise une région de surface environnante, l'encre fluide colorée s'accumulant de manière préférentielle dans une région à forte courbure de surface au niveau de 25 l'intersection entre la paroi latérale et la région de surface environnante. 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, dans lequel les unités de microstructure comprennent au moins un évidement creusé dans des régions environnantes de la couche en relief, l'évidement ayant des parois 30 latérales et une surface de base d'évidement entre les parois latérales. 48 19. Procédé selon la revendication 18, dans lequel l'évidement a une largeur minimale comprise entre 0,5 et 10 microns, de préférence entre 1 et 3 microns. 5 20. Procédé selon la revendication 18 ou la revendication 19, dans lequel l'évidement est une rainure. 21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 20, dans lequel l'encre fluide colorée s'accumule de manière préférentielle dans des régions 10 à forte courbure de surface dans l'évidement en s'écoulant depuis les régions environnantes jusque dans l'évidement. 22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 21, dans lequel l'encre fluide colorée s'accumule de manière préférentielle dans l'évidement 15 et recouvre la surface de base de l'évidement. 23. Procédé selon la revendication 22, dans lequel l'encre fluide colorée ne remplit pas l'évidement. 20 24. Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 21, dans lequel l'encre fluide colorée s'accumule de manière préférentielle dans l'évidement dans des régions à forte courbure de surface au niveau d'une intersection des parois latérales et de la surface de base d'évidement, dans lequel les zones de contraste ayant des densités d'encre différentes comprennent des zones à forte 25 densité d'encre contiguës aux parois latérales et une zone de contraste à faible densité d'encre sur la surface de base d'évidement située entre les parois latérales. 25. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, dans lequel 30 les unités de microstructure comprennent au moins une protubérance qui fait saillie 49 depuis les régions environnantes de la couche en relief, la protubérance ayant des parois latérales. 26. Procédé selon la revendication 25, dans lequel la protubérance a une 5 largeur minimale comprise entre 0,5 et 10 microns, de préférence entre 1 et 3 microns. 27. Procédé selon la revendication 25 ou la revendication 26, dans lequel la protubérance est une nervure. 28. Procédé selon l'une quelconque des revendications 25 à 27, dans lequel l'encre fluide colorée s'accumule de manière préférentielle dans des régions à forte courbure de surface au niveau de l'intersection entre les parois latérales et les régions environnantes de la couche en relief. 29. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 28, dans lequel la pluralité d'unités de microstructure comprend un réseau contigu de régions surélevées s'étendant à travers la couche en relief et connectant des unités de microstructures adjacentes. 30. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 29, dans lequel le substrat est transparent. 31. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 30, dans lequel 25 des éléments de micro-image comprenant de l'encre accumulée dans les régions à forte courbure de surface produisent un effet optique visible lorsqu'ils sont vus à travers un réseau d'éléments de focalisation disposés sur le substrat. 32. Procédé selon la revendication 31, dans lequel l'effet optique visible est 30 une image de moiré agrandie, une image intégrale, une image à changement de contraste, une image entrelacée, ou une image basculante. 15 20 50 33. Procédé selon la revendication 31 ou la revendication 32, dans lequel l'encre fluide colorée forme, lorsqu'on la regarde directement sur le substrat, un élément de dessin qui est distinct de l'effet optique visible. 5 34. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 33, dans lequel l'encre fluide colorée est une encre à base de solvant ayant une teneur en extrait sec comprise entre environ 15 % et environ 25 % en masse. 10 35. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 34, dans lequel l'encre fluide colorée est appliquée par une impression par héliogravure. 36. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 35, comprenant en outre le séchage ou le durcissement de l'encre fluide colorée. 37. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 36, comprenant en outre l'application d'un revêtement protecteur transparent sur la couche en relief après l'application de l'encre fluide colorée. 38. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 37, comprenant en outre l'application d'un revêtement de contraste sur la couche en relief après l'application de l'encre fluide colorée, dans lequel le revêtement de contraste a une couleur différente de celle de l'encre fluide colorée de telle sorte que des éléments de micro-image comprenant de l'encre accumulée dans les régions à forte courbure de surface soient contrastés vis-à-vis du revêtement de contraste lorsqu'on les regarde en lumière réfléchie à travers le substrat. 39. Éléments de micro-image sur un substrat pour un document de sécurité, produits selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 38. 51 40. Micro-dispositif optique sur un substrat pour un document de sécurité, comprenant : une pluralité d'unités de microstructure comprenant des formations à structure tridimensionnelle dans une couche en relief claire ou pale sur le 5 substrat ; et une encre colorée sur la couche en relief, l'encre colorée étant accumulée de manière préférentielle dans des régions à forte courbure de surface sur chaque unité de microstructure, en produisant ainsi des zones de contraste ayant des densités d'encre différentes. 10 41. Micro-dispositif optique selon la revendication 40, dans lequel la couche en relief comprend un revêtement sur le substrat et les formations à structure tridimensionnelle sont gaufrées dans le revêtement. 15 42. Micro-dispositif optique selon la revendication 40 ou la revendication 41, dans lequel la couche en relief comprend un réseau répétitif d'unités de microstructure essentiellement identiques, et dans lequel l'encre colorée est accumulée selon une répartition essentiellement uniforme sur chaque unité de microstructure essentiellement identique. 20 43. Micro-dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 40 à 43, comprenant en outre un réseau d'éléments de focalisation disposé sur le substrat, dans lequel des éléments de micro-image comprenant l'encre couleur accumulée dans les régions à forte courbure de surface produisent un effet 25 optique visible lorsqu'on les regarde à travers le réseau d'éléments de focalisation.