ПОЛИМЕРНЫЙ МНОГОСЛОЙНЫЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ ЗАЩИТНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
POLYMER MULTI-LAYER COMPOUND PROTECTIVE ELEMENT AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Изобретение относится к области изготовления полимерных тонкопленочных защитных элементов для специальной полиграфической продукции, такой как банкноты, ценные документы, акцизные и специальные марки.
Полиграфическая продукция, защищенная с помощью получаемых методом тиснения радужных голограмм, в настоящее время широко распространена. Голограммы формируются на поверхности многослойных полимерных структур, которые припрессовываются, приклеиваются или ламинируются к поверхности полиграфических изделий. Как правило, используют два типа отражательных голограмм (Гончарский А.В., Попов В.В., Степанов В.В. Введение в компьютерную оптику. - Изд-во МГУ, 1991, с.312).
В первом типе в многослойных структурах используют отражающие тонкие слои металлов с высоким коэффициентом отражения (например, алюминия, меди, серебра, никеля и др.). В этом случае наблюдаемые голографические изображения формируются на фоне отражающего зеркального металлизированного покрытия. Отражение света от областей, окружающих голографические рельефные структуры, снижает контрастность и эффективную яркость наблюдаемых изображений. Кроме того, из-за непрозрачности металлизированного отражательного слоя при размещении таких голограмм над участками полиграфических изделий, где размещены печатные изображения - текст, рисунки или фотографии, последние закрываются голограммой и становятся недоступными для визуального наблюдении.
Другой способ заключается в формировании голограмм, в которых вместо отражающих слоев металла используют тонкие слои прозрачных диэлектриков с повышенными показателями преломления, превышающими по величине показатели преломления полимерных пленок, на которые они наносятся, и в которых формируется голографический рельеф. Показатель преломления полимерных пленок, как правило, имеет величину порядка 1,5 единиц, а показатели преломления диэлектрических слоев больше 2 единиц. Такие прозрачные полимерные структуры обычно применяются при изготовлении идентификационных документов и используются в качестве ламинирующих покрытий (прозрачный голографический ламинат). Подобные голограммы не закрывают находящиеся под ними изображения, однако яркость, контрастность и, соответственно, четкость и различимость голографических изображений в этом случае ниже, чем при использовании структур с отражающими металлическими покрытиями.
Таким образом, задача повышения контрастности, яркости голографических изображений и обеспечения возможности наблюдения находящихся под голограммой печатных изображений является актуальной и востребованной. Кроме того, из-за сложности воспроизведения высокоточное сопряжение различных голографических, тисненых, печатных и вытравленных изображений также обеспечивает повышение защищенности от подделки голографических защитных элементов и полиграфических изделий, в которых они используются. Для этого необходима отработка технологии высокоточной деметаллизации, тиснения и печати сопрягаемых изображений, расположенных в различных слоях комбинированного защитного элемента.
Проводить высокоточную деметаллизацию участков голограмм в местах, где отсутствует голографический рельеф, можно с помощью сфокусированного лазерного излучения (RU 2375198 C1, 10.12.2009). Однако такой способ деметаллизации имеет малую производительность и, по всей видимости, может быть применен только в устройствах персонализации документов с топографическими защитными элементами.
Для проведения деметаллизации в микроэлектронике часто используют методы, основанные на химическом травлении через полимерные маски. Маски наносят на поверхность металлических пленок либо с помощью фотолитографических методик, либо с помощью высокоточной печати защитными лаками. Применение фотолитографических методик с использованием фоторезистивных покрытий для высокоточной деметаллизации при изготовлении голографической фольги было предложено в патентах RU 2390808 C2, 27.05.2010 и RU 2374082 C2, 27.11.2009. Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является, по мнению авторов, защитный элемент и способ его изготовления, описанные в патенте RU 2390808 C2, 27.05.2010. Однако предложенные методики деметаллизации достаточно сложны. Более простой и естественной, с точки зрения применяемого при производстве голографической фольги оборудования, является технология печатного нанесения лаковых (красочных) масок. Для применения этой технологии необходимо обеспечить высокоточную привязку лаковых оттисков к областям с голографическим рельефом.
Задача, решаемая изобретением, - повышение защищенности от подделки голографических защитных элементов за счет повышения контрастности, яркости голографических изображений и обеспечения возможности наблюдения, находящихся под голограммой, печатных изображений, а также упрощение технологии изготовления.
Задача решается тем, что в способе изготовления комбинированного защитного элемента, включающем получение многослойной полимерной структуры, нанесение на эту структуру лаковых, красочных и фоторезистивных масок посредством печатных технологий и формирование на основе масок сопряженных голографических, печатных, тисненых и вытравленных изображений путем химической обработки, согласно изобретению, нанесение названных масок и формирование сопряженных изображений проводят в одном технологическом цикле с использованием топографического рельефа в качестве меток для высокоточной оптической приводки, причем области, закрываемые масками, располагаются внутри областей с голографическим рельефом, и расстояние между границами областей, запечатываемых масками, и границами областей с голографическим рельефом, составляет 50-100 мкм.
В частном случае формирование масок проводят с помощью электромагнитных полей, вызывающих поляризацию и последующую электрополимеризацию используемых лаковых и красочных покрытий с последующим химическим или ионным травлением.
Задача решается также тем, что полимерный многослойный комбинированный защитный элемент, полученный одним из указанных способов и содержащий многослойную структуру, в различных слоях которой сформированы сопряженные изображения, причем одно или более изображений выполнены в виде голографических решеток, размещенных в различных слоях многослойной структуры, а также печатные изображения и изображения, полученные путем высокоточной деметаллизации или тиснения, согласно заявляемому изобретению, многослойная структура содержит сопряженные голографические изображения различного типа, различаемые визуально.
Для иллюстрации заявляемого изобретения приводим перечень фигур графических изображений.
На фиг.1 изображена схема поперечного сечения заявляемого защитного элемента. На фиг.2 изображен фрагмент краевой области голографического рельефа, покрытого маскирующим электрополимеризующимся лаковым слоем, помещенного в электрическое поле.
В предлагаемом техническом решении высокоточная привязка лаковых оттисков осуществляется на установках единого технологического цикла, с использованием следящих оптических систем, контролирующих расположение специальных оптических меток, в качестве которых используют области с голографическим рельефом.
В качестве примера предлагаемого технического решения рассмотрим комбинированный защитный элемент, в котором использована многослойная топографическая структура, состоящая из одной или двух склеенных друг с другом прозрачных полимерных пленок (фиг.1). На одной стороне прозрачной пленки-основы 1 толщиной 10-20 мкм нанесен прозрачный лаковый слой 2 толщиной 1-3 мкм, на котором сформирована топографическая структура с внешним металлизированным отражающим слоем 3 толщиной 50-100 нм с оттиснутым в нем топографическим рельефом 4. На противоположной поверхности пленки-основы сформирована прозрачная топографическая структура с диэлектрическим покрытием, в которой оттиснут тот же топографический рельеф (на фиг.1 не показано). На топографический металлизированный рельеф наносят лаковые оттиски 5 для формирования маски, имеющие конфигурацию, подобную областям, заполненным топографическим рельефом. При этом края лаковых оттисков 5 находятся внутри областей с топографическим рельефом 4 на расстоянии 6 от границы областей 4. Расстояние 6 составляет 50-100 мкм. Нанесение лаковых оттисков осуществляют на печатном узле специализированного комплекса с оптической приводкой по отражению от топографического рельефа, с точностью приводки 50-100 мкм. Определенные участки топографического рельефа с заданными конфигурациями и площадями оставляют не закрытыми лаком. После чего лак подсушивают и производят деметаллизацию методом химического травления. В результате получается комбинированная прозрачная структура с участками разной яркости восстанавливаемых топографических изображений. В общем случае топографические рельефы на противоположных поверхностях пленки основы могут быть разными, но сопряженными друг с другом, для более четкого восприятия наблюдаемых повторяющихся восстанавливаемых изображений.
1
Для более точного совмещения границ областей с голографическим рельефом и с границами лаковых оттисков в предлагаемом техническом решении используют также воздействие на лаковые оттиски электромагнитных полей Е (фиг.2). В качестве лаковых слоев использовали композицию электроактивных полимеров на основе политиофенов (1,2). Под действием электромагнитных полей в диапазоне частот от 0 до 100 Гц и амплитудах от 1 до 10 В при продолжительности воздействия от 1 до 10 мин в лаковых слоях происходит их поляризация, что обеспечивает более высокую адгезию лака к поверхности металлизированной полимерной пленки с голографическим рельефом, на которую он нанесен. Причем процесс изменения адгезионных свойств носит пороговый характер. Увеличение адгезии начинается с определенных величин электромагнитного поля. В областях, где нанесен голографический рельеф, в окрестности вершин рельефной структуры величина прикладываемого электромагнитного поля Е резко увеличивается. Это позволяет проводить высокоточное размещение лака только над голографическим рельефом, и удалять его в местах, где рельеф отсутствует, путем химического или ионного травления.