ЭЛЕМЕНТ ЗАЩИТЫ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
PROTECTION COMPONENT AND METHOD OF ITS MANUFACTURING

Данное изобретение относится к элементу защиты, предназначенному для защиты от подделки ценных документов и имеющему один или несколько жидкокристаллических слоев. Кроме того, данное изобретение относится к способу изготовления такого элемента защиты, к системе защиты, которая содержит, кроме данного элемента защиты, отдельный элемент отображения, и к ценному документу, снабженному таким элементом защиты или такой системой защиты.
Для защиты от подделки ценные документы часто снабжают элементами защиты, которые позволяют установить подлинность документа и одновременно служат защитой от их несанкционированного воспроизведения. Этим документом может быть, например, отпечатанная ценная бумага, идентификационная карта, содержащая пластик, или другой документ, который необходимо защитить от подделки.
В качестве элементов защиты часто используют элементы с переменными оптическими свойствами, при наблюдении которых под различными углами у наблюдателя возникает различный визуальный образ, например различный цветовой образ. Из патентного документа ЕР 0435029 А2 известен такой элемент защиты, снабженный пластикообразным слоем, содержащим жидкокристаллический полимер, причем этот слой реализует выраженный эффект изменения цвета при комнатной температуре. Можно скомбинировать переменные оптические эффекты различных жидкокристаллических полимеров посредством окрашивания некоторых слоев традиционными красками, что позволяет создавать узоры, которые заметны только когда элементы защиты наклонены. Сами краски могут быть введены в любой из слоев или нанесены в виде печатного изображения.
Из патентного документа ЕР 1156934 В1 известен элемент защиты, в котором в качестве материала с переменными оптическими свойствами использован жидкокристаллический слой. В качестве примера реализации описана система совмещенных печатных слоев, содержащих правоориентированный и левоориентированный жидкокристаллический материал, причем эти слои при нормальном освещении выглядят одинаково, так что информационный элемент, образованный формой или очертанием участков, не виден. Этот информационный элемент может быть заметен только при наблюдении слоев через соответствующий поляризационный фильтр, который будет тогда выделяться благодаря различной яркости печатных слоев. Однако для получения данного эффекта необходимо обеспечение точной приводки при нанесении жидкокристаллических слоев.
В описанных элементах защиты благодаря их физическим свойствам эффект изменения цвета жидкокристаллических слоев всегда приводит к изменению длины волны отраженного света, которая сдвигается из более длинноволнового в сторону более коротковолнового участка спектра при наблюдении элемента защиты в направлении, составляющем угол с вертикалью. Таким образом, разнообразие вариантов изменения цвета ограничено. Кроме того, жидкокристаллические слои реализуют функции элемента защиты только при наблюдении в отраженном свете, так как эффект изменения цвета невозможно наблюдать в проходящем свете, поскольку для таких слоев требуется наличие темного или черного фона.
Принимая во внимание все вышесказанное, цель данного изобретения - создать элемент защиты описанного выше типа, который обладает высокой степенью защиты от подделки и которому не свойственны недостатки, присущие его аналогам, известным из уровня техники.
Эту цель достигают посредством элемента защиты, имеющего признаки, раскрытые в независимом пункте формулы изобретения. Способ его изготовления, система защиты и ценный документ, снабженный таким элементом защиты, раскрыты в пунктах формулы изобретения, объединенных единым изобретательским замыслом. Варианты развития данного изобретения являются предметами зависимых пунктов.
Для защиты ценных документов от подделки данное изобретение предлагает элемент защиты, который содержит первый светополяризующий слой, имеющийся, по меньшей мере, на некоторых участках и содержащий холестерический жидкокристаллический материал, который избирательно отражает свет, имеющий заранее определенную круговую поляризацию, и который также избирательно отражает свет первого волнового диапазона под одним углом отражения и свет второго волнового диапазона под вторым, другим углом отражения. Элемент защиты содержит далее второй светополяризующий слой, который находится, по меньшей мере, на некоторых участках и который избирательно отражает свет, имеющий направление круговой поляризации, противоположное направлению заранее определенной круговой поляризации, и также который избирательно отражает свет первого и второго волнового диапазона под первым и под вторым углами отражения соответственно, и полупрозрачный фильтрующий слой, на котором расположены один над другим первый и второй светополяризующие слои. Здесь фильтрующий слой поглощает свет видимого участка спектра, по меньшей мере, частично и пропускает свет первого и/или второго волнового диапазона.
Такая структура дает возможность достичь новых жидкокристаллических эффектов, позволяющих повысить степень защиты от поделки. Как подробно объяснено ниже, за счет взаимодействия полупрозрачного фильтрующего слоя с двумя или тремя согласованными жидкокристаллическими слоями могут быть изготовлены полупрозрачные элементы защиты, реализующие инверсный эффект изменения цвета, при котором цветное изображение элемента защиты в отличие от традиционных меняющих цвет элементов меняет цвет от более коротковолнового в сторону более длинноволнового при наблюдении элемента защиты в направлении, составляющем угол с вертикалью.
В первом предпочтительном варианте данного изобретения второй светополяризующий слой образован из холестерического жидкокристаллического материала и избирательно отражает свет с направлением круговой поляризацией, противоположным направлению заранее определенной круговой поляризации.
Как альтернатива, второй светополяризующий слой может быть образован из двух подслоев, причем первый подслой образован из холестерического жидкокристаллического материала и избирательно отражает свет с заранее определенной круговой поляризацией, а второй подслой, расположенный между первым подслоем и первым светополяризующим слоем, образует слой λ/2. Здесь слой λ/2 предпочтительно образован из нематического жидкокристаллического материала, использование которого упрощает изготовление оптически активных слоев благодаря анизотропии оптических свойств жидких кристаллов, состоящих из однородно ориентированных палочкообразных молекул.
Чтобы ослабить действие слоя λ/2 в некоторых областях и/или чтобы создать новые эффекты, слой λ/2 может быть также образован из нескольких подслоев, расположенных друг над другом и на некоторых участках повернутых друг относительно друга в плоскости слоя. Здесь такие подслои предпочтительно формировать из двух слоев λ/4. За счет различных поворотов двух подслоев λ/4 на некоторых участках в плоскости слоя можно систематизировано контролировать их воздействие на свет с круговой поляризацией, что позволяет создавать, например, кодированные полутоновые изображения.
В предпочтительной реализации первый и второй светополяризующие слои могут избирательно отражать свет третьего волнового диапазона в третьем направлении отражения. Здесь полупрозрачный фильтрующий слой, по меньшей мере, частично поглощает свет видимого диапазона и пропускает свет первого и/или второго и/или третьего волнового диапазона.
В предпочтительной реализации первый и второй светополяризующие слои отражают свет видимой части спектра во всех направлениях отражения. В других аналогичных предпочтительных вариантах реализации два светополяризующих слоя отражают, по меньшей мере, в одном из направлений отражения свет невидимого участка спектра, в частности инфракрасное или ультрафиолетовое излучение. Отражение излучения невидимого участка спектра может быть использовано, например, для обеспечения машинно-считываемых признаков подлинности или эффектов изменения цвета, при которых видимое цветное изображение появляется или исчезает при наклоне.
Первое и второе, а также, при необходимости, третье направление отражения могут быть выбраны произвольно. Чтобы иметь возможность визуально отличить изображения различного цвета, соответствующие двум различным волновым диапазонам, первое и второе, а также, при необходимости, третье направление отражения предпочтительно должны отличаться друг от друга на полярный угол не менее 20° относительно перпендикуляра к поверхности светополяризующих слоев. В частности, предпочтительно разнести первое и второе направление отражения на полярный угол не менее 40° относительно перпендикуляра к поверхности светополяризующих слоев. Например, первое направление отражения может быть параллельным нормали к поверхности (полярный угол θ=0°), а второе направление отражения может составлять угол 45° с первым направлением отражения (полярный угол θ=45°).
Во всех примерах реализации различные слои элемента защиты могут быть выполнены в форме символов и/или узоров. Кроме того, могут быть нанесены дополнительные слои, состоящие из нематического и/или холестерического жидкокристаллического материала. По меньшей мере, один из светополяризующих слоев, содержащий холестерический жидкокристаллический материал, и/или, при необходимости, по меньшей мере, один слой, содержащий нематический жидкокристаллический материал, целесообразно наносить в виде пигментов, внедренных в связующую матрицу. Такие пигменты наносить способом печати легче, чем жидкие кристаллы в виде раствора, и при этом такие высокие требования к гладкости основы не предъявляются. Кроме того, для печатных красок на основе пигментов нет необходимости в отдельном обеспечении однородной ориентации.
В предпочтительном варианте реализации и первый, и второй светополяризующие слои могут быть образованы из холестерического жидкокристаллического материала и могут находиться в виде пигментов. Здесь смесь, состоящую из равных частей пигментов первого и второго светополяризующих слоев, целесообразно вводить в связующую матрицу. Таким образом, первый и второй светополяризующие слои, которые совместно образуют полоснозаграждающий фильтр, можно нанести одним слоем в одном процессе печати.
Предпочтительно, полупрозрачный фильтрующий слой пропускает свет первого, второго и, при необходимости, третьего волнового диапазона и поглощает видимый свет за пределами этих двух волновых диапазонов. На свет, прошедший через элемент защиты, тогда влияют преимущественно только жидкокристаллические слои, что позволяет создавать интенсивные и высококонтрастные цветовые эффекты в проходящем свете.
Может быть также предусмотрено, чтобы полупрозрачный фильтрующий слой пропускал свет только первого и/или только второго и/или только третьего волнового диапазона и поглощал видимый свет за пределами первого и/или второго и/или третьего волнового диапазона. Таким образом, могут быть созданы элементы защиты, в которых при наклоне исчезает одно или несколько видимых цветных изображений и наблюдаемые участки становятся темными.
В предпочтительных вариантах реализации данного изобретения полупрозрачный фильтрующий слой образован пленкой или слоем лака, окрашенными красителями. В последнем случае слой лака может быть нанесен на прозрачную и бесцветную подложку. Как и светополяризующие слои, полупрозрачный фильтрующий слой может быть вместо какого-либо из слоев или дополнительно к ним выполнен в форме символов и/или узоров.
Светополяризующие слои и полупрозрачный фильтрующий слой могут находиться на основе, которая, предпочтительно, образована из бумаги или пластика. Ориентирующие и/или склеивающие слои, предназначенные для обеспечения ориентации жидкокристаллических слоев, могут находиться между соседними светополяризующими слоями и/или между светополяризующим слоем и полупрозрачным фильтрующим слоем.
В предпочтительных вариантах реализации элемент защиты образует этикетку или переводной элемент.
В данном изобретении также раскрыт способ изготовления элемента защиты описанного вида, в котором первый светополяризующий слой, содержащий холестерический жидкокристаллический материал, и второй светополяризующий слой, который содержит, по меньшей мере, один (под)слой, содержащий холестерический жидкокристаллический материал, располагают друг над другом на полупрозрачном фильтрующем слое. Здесь в предпочтительном варианте один или несколько жидкокристаллических слоев наносят, в частности печатают, на подложку. Если разные жидкокристаллические слои наносят на различные подложки, то после нанесения на подложку каждый такой слой может быть проверен на пригодность для дальнейшей обработки и, при необходимости, удален. Как альтернатива, могут наносить один за другим два или больше жидкокристаллических слоя на одну и ту же подложку.
Жидкокристаллический материал могут наносить в виде раствора или расплава. Кроме того, могут использовать холестерический жидкокристаллический материал, в частности, в пастообразном виде, в форме УФ-затвердевающей холестерической смеси, причем такая система не будет содержать типичных растворителей и основанных на расплаве или пигментах составов, а скорее будет содержать другие виды УФ-затвердевающего лака. В зависимости от используемого способа для удаления растворителя жидкокристаллический материал последовательно подвергают физической сушке, ориентируют и отверждают. Ориентация может быть обеспечена непосредственно подложкой или посредством т.н. ориентирующих слоев, а также посредством приложения деформации сдвига, электростатическими методами и т.п. Что касается отверждения жидкокристаллического материала, то его могут отверждать с образованием сетчатой структуры, например, посредством ультрафиолетового излучения или электронного луча (ЕВС-электронно-лучевой сушки). Однако жидкокристаллический материал может также затвердевать за счет определенных внесенных добавок.
В предпочтительном варианте реализации способа жидкокристаллические слои, находящиеся на подложке, наслаивают на полупрозрачный фильтрующий слой или на другой жидкокристаллический слой. После нанесения подложку могут удалить, в частности с использованием разделительных слоев или ламинирующего клея, адгезия которого с подложкой меньше, чем его адгезия с жидкокристаллическим слоем. Эти требования к ламинирующему клею особенно актуальны в том случае, когда переводимый жидкокристаллический слой не является сплошным.
Как альтернатива, чтобы упростить разделение, на жидкокристаллический слой, находящийся на подложке, могут наносить сплошной вспомогательный слой, адгезия которого с подложкой меньше, чем его адгезия с жидкокристаллическим слоем. В этом случае ламинирующий клей может быть нанесен по всей поверхности, и одновременно будет предотвращено неконтролируемое приклеивание. Здесь вспомогательным слоем преимущественно является слой УФ-лака.
Предпочтительно, чтобы слои холестерического жидкокристаллического материала формировали посредством совмещения нематической жидкокристаллической системы с пьезоэлектрическим кристаллом с крутильным колебанием. Здесь два холестерических жидкокристаллических слоя могут формировать при объединении системы нематических жидких кристаллов со скоординированными первым и вторым пьезоэлектрическими кристаллами с крутильным колебанием, благодаря чему жидкие кристаллы первого и второго слоя будут располагаться с образованием зеркально-отображенных спиралевидных структур.
Подслой λ/2 второго светополяризующего слоя, образованного из двух подслоев, предпочтительно, формируют из нематического жидкокристаллического материала.
Данное изобретение содержит далее систему защиты для ценных бумаг, ценных документов и изделий подобного типа, содержащую элемент защиты описанного вида или элемент защиты, изготовленный в соответствии с описанным способом, и отдельный элемент отображения, который в совокупности с элементом защиты создает эффект изменения цвета и/или эффект поляризации, заметный для наблюдателя. В предпочтительной реализации элемент отображения содержит темный, преимущественно, черный фон, который также может быть выполнен в виде символов и/или узоров. В другом, также предпочтительном варианте реализации элемент отображения может также содержать линейный или круговой поляризатор.
В данном изобретении также предложен ценный документ, оснащенный элементом защиты или системой защиты описанного вида. Здесь элемент защиты преимущественно размещен в окне на ценном документе, т.е. на прозрачном или, по меньшей мере, светопроницаемом участке ценного документа или над отверстием, изготовленном по технологии бумажного производства или посредством вырубки. В контексте данного описания термин «прозрачность» относится здесь к полной прозрачности материала, а «полупрозрачный» означает пропускающий свет с определенной степенью пропускания, т.е. материал обладает, в частности, степенью пропускания менее 90%, чаще всего в диапазоне 80-20%. Необходимо только, чтобы свет имел возможность проходить на обратную сторону элемента защиты так, чтобы имелась возможность наблюдать данный элемент защиты в проходящем свете. В частности, предпочтительно, чтобы ценный документ был гибким так, чтобы можно было наложить друг на друга элемент защиты и элемент отображения, согнув или сложив ценный документ для реализации самопроверки.
Ценными документами в контексте данного изобретения, таким образом, являются, в частности, банкноты, акции, удостоверения личности, кредитные карты, облигации, сертификаты, ваучеры, чеки, ценные входные билеты и другие документы, для которых существует риск несанкционированного воспроизведения, например паспорта и прочие идентификационные документы. Далее термин «ценный документ» охватывает все подобные документы. Под термином «ценная бумага» понимают еще не находящуюся в обращении заготовку ценного документа, причем эта заготовка может иметь, кроме элемента защиты, дополнительные средства аутентификации, например люминесцентные вещества, содержащиеся в объеме. Ценная бумага обычно представлена в квазибесконечной форме и позднее ее подвергают дальнейшей обработке.
Согласно способу, применяющемуся для определения подлинности элемента защиты, системы защиты или ценного документа описанного выше вида, в проходящем свете проверяют, наблюдается ли заранее определенный эффект изменения цвета, и подлинность проверяемого элемента оценивают в зависимости от результатов проверки. Согласно другому способу проверки элемент защиты накладывают на темный фон, образованный, при необходимости, элементом отбражения. Затем считывают информацию, закодированную на элементе защиты, посредством кругового поляризатора, и подлинность проверяемого элемента определяют в зависимости от считанных результатов.
Дальнейшие примеры реализации и преимущества данного изобретения описаны ниже со ссылками на чертежи, на которых для облегчения их понимания масштабы и пропорции не соблюдены.
На чертежах представлены:
на фиг.1 - схематическое изображение банкноты, на которой снаружи над вырубленным отверстием находится переводной элемент согласно примеру реализации данного изобретения;
на фиг.2 - общая структура слоев элемента защиты в сечении согласно данному изобретению;
на фиг.3 - принципиальная схема полоснозаграждающего фильтра, образованного из двух холестерических жидкокристаллических слоев и полупрозрачного фильтрующего слоя;
на фиг.4 на (а) изображен элемент защиты в сечении согласно примеру реализации данного изобретения; в левом ряду чертежей (b)-(d) - характеристики пропускания полупрозрачного фильтрующего слоя, жидкокристаллических слоев и суммарного пропускания элемента защиты при наблюдении под прямым углом, а в правом ряду чертежей (е)-(g) - соответствующие характеристики пропускания при наблюдении под острым углом;
на фиг.5 на (а) изображен в сечении элемент защиты согласно другому примеру реализации данного изобретения, a (b)-(d) - виды этого элемента защиты при различных углах наблюдения;
на фиг.6 - элемент защиты согласно еще одному примеру реализации данного изобретения;
на фиг.7 - элемент защиты, изображенный на фиг.6, нанесенный на темный фон и содержащий круговой поляризатор для считывания закодированной информации, и
на фиг.8 - элемент защиты, аналогичный изображенному на фиг 4(а), в котором один из холестерических жидкокристаллических слоев заменен комбинацией слоя λ/2 и холестерического жидкокристаллического слоя, ориентированного противоположно исходному.
Далее будет приведено описание изобретения на примере банкноты. На фиг.1 дано схематическое изображение банкноты 10, которая снабжена прикрепленным к ней переводным элементом 12 согласно примеру реализации данного изобретения. Банкнота 10 имеет сквозное вырубленное отверстие 14, которое на передней стороне банкноты полностью покрыто переводным элементом 12. Другие примеры реализации элементов защиты согласно изобретению могут, конечно, также находиться на содержащем пластик документе, например на пластиковой банкноте. Здесь прозрачное окно предпочтительно должно быть размещено на том участке документа, на котором ничего не напечатано. В проходящем свете переводной элемент 12 реализует инверсный эффект изменения цвета, при котором цветное изображение переводного элемента изменяется с коротковолнового (в данном примере реализации - с синего) на более длинноволновое (в данном примере реализации - на зеленое) при наклоне элемента защиты от вертикали.
На фиг.2 изображена принципиальная схема структуры слоев элемента защиты 20 согласно данному изобретению, например переводного элемента 12, в сечении. На полупрозрачный фильтрующий слой 22, например цветную гладкую пленку из полиэтилентерефталата (PET) с хорошим качеством поверхности, нанесено два или более, в общем случае n, светополяризующих слоев 24-1, 24-2, …24-n, которые содержат жидкокристаллический материал и каждый из которых в разных примерах реализации может проявлять разные или в некоторых случаях также и одинаковые свойства поляризации света.
Между двумя соседними слоями или между первым светополяризующим слоем 24-1 и полупрозрачным фильтрующим слоем 22 могут находиться ориентирующие и/или склеивающие слои 26, которые служат для обеспечения однородной ориентации молекул жидких кристаллов в жидкокристаллических слоях или для связи отдельных слоев и для компенсации неровностей поверхности фона.
Согласно данному изобретению два жидкокристаллических слоя из слоев 24-1, 24-2, …24-n содержат холестерический жидкокристаллический материал, и каждый из них избирательно отражает свет с заранее определенным направлением круговой поляризации. Здесь они избирательно отражают свет первого волнового диапазона в первом направлении отражения и свет второго волнового диапазона во втором, другом направлении отражения. В последующих примерах реализации всегда предполагается, что при падении света под прямым углом жидкокристаллические слои отражают зеленый свет, а при падении света под острым углом - синий свет. Следует понимать, что такой выбор цветов служит лишь для иллюстрации, и что в контексте данного изобретения могут быть, конечно, также использованы жидкокристаллические слои с другими цветовыми характеристиками.
Направления круговой поляризации света, отражаемого двумя холестерическими жидкокристаллическими слоями, могут быть противоположными или одинаковыми. В последнем случае между двумя холестерическими жидкокристаллическими слоями находится слой λ/2, который в соответствующем волновом диапазоне изменяет направление круговой поляризации света на прямо ему противоположное. Таким образом, вся последовательность слоев, содержащая два холестерических жидкокристаллических слоя и, при необходимости, слой λ/2, находящийся между ними, отражает свет с круговой поляризацией обоих направлений, и поэтому действует при пропускании для соответствующего волнового диапазона как полосно-заграждающий фильтр.
Полупрозрачный фильтрующий слой может содержать пленку, окрашенную красителями, которая одновременно служит подложкой для жидкокристаллических слоев. Он может быть также образован слоем лака, окрашенного красителями, который печатают, например, на прозрачной и бесцветной подложке. После нанесения элемента защиты на ценный документ подложка может быть удалена, например в случае, когда элемент защиты покрывает прозрачное несквозное окно на ценном документе.
Теперь принцип действия полосно-заграждающего фильтра, образованного двумя холестерическими жидкокристаллическими слоями и полупрозрачным фильтрующим слоем, будет пояснен более подробно со ссылками на чертеж фиг.3. На фиг.3 представлены расположенные друг над другом два холестерических жидкокристаллических слоя 30 и 32 и полупрозрачный фильтрующий слой 34, которые, чтобы показать проходящие и отражаемые лучи света, изображены с промежутками между собой. Направление поляризации света указано на векторах распространения света дополнительными стрелками. Как обычно, та круговая поляризация, при которой круговое движение, совершаемое вектором напряженности электрического поля с точки зрения наблюдателя, по направлению к которому распространяется световая волна, направлено против часовой стрелки, называется правой круговой поляризацией, а поляризация в противоположном направлении - левой круговой поляризацией.
Два жидкокристаллических слоя 30 и 32 сформированы таким образом, что они имеют один и тот же избирательный спектр отраженного цвета и отражают, например, зеленый свет под прямым углом отражения, а синий свет - под острым углом. Однако два жидкокристаллических слоя 30 и 32 отражают излучение с различными направлениями круговой поляризации. В то время как первый жидкокристаллический слой 30 в данном примере реализации отражает свет с правой круговой поляризацией, второй жидкокристаллический слой 32 отражает свет соответствующей длины волны с левой круговой поляризацией. Свет с направлением поляризации, противоположным заранее определенному в каждом случае, а также свет с длиной волны за пределами диапазона избирательного отражения проходит через жидкокристаллические слои без существенного поглощения. Полупрозрачный фильтрующий слой окрашен красителями таким образом, чтобы в видимом диапазоне спектра он пропускал только синий и зеленый свет и поглощал свет с большей длиной волны.
Если последовательность слоев 30, 32, 34 облучают белым светом 40, 50, то в результате прошедший и отраженный свет может быть описан следующей схемой. Из падающего под прямым углом белого света 40 зеленая часть 41 света с правой круговой поляризацией будет отражена первым жидкокристаллическим слоем 30, а зеленая часть света с левой круговой поляризацией и свет всех остальных длин волн пройдет сквозь него. Затем из прошедшего излучения 42 второй жидкокристаллический слой 32 отражает зеленую часть 43 света с левой круговой поляризацией и пропускает свет остальных длин волн. Зеленая часть 44 спектра белого света, таким образом, практически полностью будет отражена последовательностью слоев 30, 32, поскольку происходит отражение света с круговой поляризацией обоих направлений. Из излучения 45, оставшегося после похождения двух жидкокристаллических слоев, которое представляет собой белый свет без зеленой части 44 спектра, полупрозрачный фильтрующий слой 34 теперь пропускает только синюю часть 46 излучения. Остальная часть белого света с другими длинами волн будет поглощена.
Для белого света 50, падающего под острым углом, волновой диапазон отраженного излучения смещается в силу физических свойств в диапазон более коротких волн; в данном примере реализации - зеленый свет меняется на синий. Соответственно первый жидкокристаллический слой 30 отражает синюю часть 51 света с правой круговой поляризацией, в то время как синяя часть света с левой круговой поляризацией и свет остальных длин волн проходят сквозь него. Из прошедшего излучения 52 второй жидкокристаллический слой 32 отражает синюю часть 53 света с левой круговой поляризацией и пропускает свет других длин волн. Таким образом, в направлении под острым углом синяя часть 54 спектра белого света будет полностью отражена последовательностью слоев 30, 32. Из излучения 55, оставшегося после прохождения двух жидкокристаллических слоев, полупрозрачный фильтрующий слой 34 пропускает теперь только зеленую часть 56 излучения, а часть белого света с другими длинами волн будет поглощена.
Таким образом, в проходящем свете последовательность слоев 30, 32, 34 реализует, в целом, инверсный эффект изменения цвета, при котором для наблюдателя цветное изображение меняется с коротковолнового синего 46 при наблюдении под прямым углом на более длинноволновое зеленое 56 при наблюдении под острым углом. Совершенно очевидно, что описанный эффект изменения цвета в проходящем свете наблюдается независимо от того, падает ли свет сверху, т.е. со стороны жидкокристаллических слоев 30, 32, или снизу, т.е. со стороны полупрозрачного фильтрующего слоя 34.
На фиг.4(а) изображен элемент защиты 60 согласно примеру реализации данного изобретения, в котором использован описанный принцип. На полупрозрачную пленку 62, окрашенную красителями, нанесены два холестерических жидкокристаллических слоя 64 и 66, которые обладают такими же светополяризационными свойствами, как и описанные выше жидкокристаллические слои 32 и 30, т.е. они отражают при наблюдении под прямым углом зеленый свет, а при наблюдении под острым углом - синий свет и каждый из них - круговой поляризации противоположного направления. Когда элемент защиты 60 освещен сзади, что происходит, например, при наблюдении на фоне дневного света 70, то элемент защиты, как объяснено применительно к фиг.3, пропускает при наблюдении под прямым углом только синюю часть 72 дневного света, а при наблюдении под острым углом - появляется только зеленая часть 74. Таким образом, наблюдатель видит при наклоне элемента защиты 60 инверсный эффект изменения цвета в проходящем свете.
На фиг.4(b)-4(g) проиллюстрированы характеристики пропускания полупрозрачного фильтрующего слоя 62, жидкокристаллических слоев 64, 66 и суммарного пропускания элемента защиты 60 при наблюдении под прямым углом (левый ряд рисунков 4(b)-(d)) и при наблюдении под острым углом (правый ряд рисунков 4(е)-(g)).
Как показано на характеристике 80 пропускания, представленной на фиг.4(b) и 4(е), в видимой части спектра цветная пленка 62 пропускает только синий и зеленый свет и поглощает свет с большей длиной волны. При наблюдении под прямым углом холестерические жидкокристаллические слои 64, 66 выполняют функции полосно-заграждающего фильтра для зеленого света, что отражает характеристика 82 пропускания. Объединение двух кривых 80 и 82 дает суммарную характеристику 84 пропускания при наблюдении под прямым углом элемента защиты 60, которое (пропускание), как и указано выше, описывается существенной величиной только в синей части спектра.
При наблюдении под острым углом холестерические жидкокристаллические слои 64, 66 образуют полосно-заграждающий фильтр для синего света, что иллюстрирует характеристика 86 пропускания. В свою очередь, суммарная характеристика 88 пропускания является результатом объединения кривых 80 и 86 и имеет, как и ожидалось, пик пропускания в зеленой области спектра.
Другой пример реализации данного изобретения представлен на фиг.5(а). Элемент защиты 90 имеет прозрачную подложку 92, на которой в отдельных участках напечатан слой 94 лака, окрашенный красителями. В других участках подложка снабжена темным фоновым слоем 96. Здесь участки, покрытые слоем 94 лака, благодаря своей форме или контуру образуют узор; в данном примере реализации - герб 98.
На слой 94 лака или на темный фоновый слой 96 нанесены два холестерических жидкокристаллических слоя 100 и 102, которые избирательно отражают при наблюдении под прямым углом - свет первого волнового диапазона, во втором направлении отражения под промежуточным полярным углом - свет второго более коротковолнового диапазона, а в третьем направлении отражения под острым углом - свет третьего самого коротковолнового диапазона.
В данном примере реализации слой 94 лака, который выполняет функции полупрозрачного фильтрующего слоя, снабжен двумя красителями, которые поглощают свет первого и третьего волнового диапазона, так что проходит, практически, только свет второго - промежуточного - волнового диапазона.
Когда освещение элемента защиты 90 осуществляют сзади (номер позиции 104), в проходящем свете наблюдатель видит следующее изображение. При наблюдении вертикально 106 наблюдатель отчетливо видит герб 98, как он изображен на фиг.5(b). В этом направлении наблюдения жидкокристаллические слои 100 и 102 отражают свет первого волнового диапазона и, таким образом, пропускают свет второго и третьего волнового диапазона. Однако так как полупрозрачный фильтрующий слой 94 поглощает свет третьего волнового диапазона, и этот слой, таким образом, является прозрачным только для света второго волнового диапазона, то через жидкокристаллические слои 100, 102 до наблюдателя доходит только свет последнего (второго) диапазона. Участок элемента защиты, имеющий фоновый слой 96, в противоположность другим участкам, остается темным, так что изображение герба 98 подсвечивается с высоким контрастом.
Если теперь наблюдатель наклоняет элемент защиты 90 относительно вертикального направления так, что падающий свет 104 попадает на жидкокристаллические слои под углом (позиция 108), соответствующим второму направлению отражения, то герб 98 исчезает, как показано на фиг.5(с). Именно в этом направлении наблюдения жидкокристаллические слои 100, 102 отражают свет второго волнового диапазона, пропускаемого полупрозрачным фильтрующим слоем 94. Таким образом, участки элемента защиты, имеющие полупрозрачный фильтрующий слой 94, и темный фоновый слой 96 выглядят одинаково темными, в результате чего изображения герба наблюдатель не видит.
Если элемент защиты 90 наклонить сильнее (позиция 110), то узор 98 появляется вновь, как он изображен на фиг.5(d), так как при более остром угле падения жидкокристаллические слои 100, 102 избирательно отражают свет только третьего волнового диапазона, и, таким образом, аналогично полупрозрачному фильтрующему слою 94 пропускают свет только второго волнового диапазона.
Элемент защиты 120 в другом примере реализации, представленном на фиг.6, содержит полупрозрачный фильтрующий слой 122, на который нанесены первый и второй холестерические жидкокристаллические слои 124 и 126, обладающие такими же светополяризационными свойствами, как и жидкокристаллические слои 32 и 30. В данном примере реализации первый холестерический жидкокристаллический слой 124 нанесен только на некоторые участки в форме узора, например в виде начертания букв. Согласно данному примеру реализации характеристика пропускания полупрозрачного фильтрующего слоя 122 выбрана таким образом, чтобы через него проходил только синий свет, а зеленый и красный свет с большими длинами волн, наоборот, поглощались.
Таким образом, участки 128 элемента защиты 120, покрытые обоими жидкокристаллическими слоями 124 и 126, в проходящем свете кажутся синими при наблюдении под прямым углом и, наоборот, темными при наблюдении под острым углом, так как синий свет, пропущенный полупрозрачным фильтрующим слоем 122, в этом направлении полностью поглощается жидкокристаллическими слоями 124, 126.
Однако на участке 130 разрыва, на котором нет первого жидкокристаллического слоя, синий свет при наблюдении под острым углом появляется опять, так как в этом случае второй жидкокристаллический слой 126 отражает синий свет только одного из двух направлений круговой поляризации. В целом, в проходящем свете первоначально однородное синее изображение элемента защиты 120 при наклоне его относительно вертикального направления превращается в изображение, имеющее очертание участков 130, не покрытых вторым жидкокристаллическим слоем.
Элемент защиты 120, представленный на фиг.6, позволяет еще лучше визуализировать закодированное изображение, что будет объяснено далее со ссылками на фиг.7. Для этого способа проверки элемент защиты 120 помещают на темный поглощающий фоновый слой 132, чтобы заблокировать проходящий свет, и этот элемент наблюдают в отраженном свете при освещении спереди. Такой фоновый слой может быть реализован, например, отдельным элементом отображения, который, как и элемент защиты 120, находится на ценном документе, например на банкноте, для осуществления самопроверки.
Если на элемент защиты 120 смотреть невооруженным взглядом, то прежде всего проявляется эффект изменения цвета второго жидкокристаллического слоя 126. На непокрытых участках 130 узор наблюдают в каждом случае такого же цвета, но с уменьшенной яркостью по сравнению с окружающими участками, так как от перекрывающегося участка 128 отражается свет 134, 136 с круговой поляризацией обоих направлений, а от непокрытых участков 130 отражается свет 138 с круговой поляризацией только одного направления; в данном примере реализации - это свет с правой круговой поляризацией.
Если теперь наблюдать элемент защиты 120 через круговой поляризатор 140, который пропускает свет только с левой круговой поляризацией, то узор, образуемый первым жидкокристаллическим слоем 124, выделяется по яркости с большим контрастом, так как круговой поляризатор 140 полностью поглощает свет с правой круговой поляризацией, отражаемый вторым жидкокристаллическим слоем 126. Такой круговой поляризатор 140 может быть образован, например, линейным поляризатором и последующей пластиной λ/4. Кроме того, наряду с элементом защиты 120 и, при необходимости, темным фоновым слоем он может находиться на ценном документе в виде отдельного элемента отображения для реализации самопроверки.
Во всех описанных примерах реализации один из двух холестерических жидкокристаллических слоев может быть заменен комбинацией слоя λ/2 и холестерического жидкокристаллического слоя с противоположной ему ориентацией. Это описано в примере реализации, представленном на фиг.4(а).
На фиг.8 изображен элемент защиты 150, в котором второй жидкокристаллический слой 66 фиг.4(а) заменен комбинацией слоя 156 λ/2 и холестерического жидкокристаллического слоя 158, ориентированного противоположно жидкокристаллическому слою 66, т.е. ориентированного идентично жидкокристаллическому слою 154.
Последовательность жидкокристаллических слоев, находящихся на полупрозрачном фильтрующем слое 152, содержит, таким образом, два холестерических жидкокристаллических слоя 154 и 158 с одинаковыми светополяризующими свойствами, так что два слоя сами по себе отражают свет с одинаковой круговой поляризацией.
Слой 156 λ/2, расположенный между двумя холестерическими жидкокристаллическими слоями 154 и 158, образован из нематического жидкокристаллического материала. Действие слоя 156 λ/2 и второго холестерического жидкокристаллического слоя 158 при последовательном их расположении точно соответствует действию второго холестерического жидкокристаллического слоя 66. В волновом диапазоне, соответствующем каждому случаю, часть света с правой круговой поляризацией, пропускаемая первым жидкокристаллическим слоем 154, будет преобразована слоем 156 λ/2 в свет с левой круговой поляризацией и отражена вторым жидкокристаллическим слоем 158. Отраженный свет затем будет обратно преобразован слоем 156 λ/2 в свет с правой круговой поляризацией и пропущен через второй жидкокристаллический слой 154.
Элемент защиты 150, изображенный на фиг.8, таким образом, обладает такими же свойствами отражения и пропускания, как и элемент защиты 60, изображенный на фиг.4(а). Из-за наличия дополнительного слоя 156 λ/2 возникает возможность реализации новых вариантов, например промежутки узоров могут быть выполнены прямо в слое λ/2, а не в холестерических жидкокристаллических слоях 154, 158. Слой λ/2 может также содержать два подслоя λ/4, которые могут быть повернуты друг относительно друга в плоскости слоя для локального ослабления эффекта поляризации света. Выбрав другой угол поворота на других участках поверхности такого промежуточного слоя, состоящего из двух подслоев λ/4, можно, например, кодировать в элементе защиты полутоновые узоры, которые возникают в виде полутоновых изображений как при наблюдении в проходящем свете, так и при наблюдении через круговой поляризатор.