КОНТАКТНО-КАПЕЛЬНЫЙ ВЫСОКИЙ СПОСОБ ПЕЧАТИ МИКРОЛИНЗ НА ПЛОСКОМ НОСИТЕЛЕ ИНФОРМАЦИИ И ЗАЩИТНЫЙ ЭЛЕМЕНТ НА ПЛОСКОМ НОСИТЕЛЕ ИНФОРМАЦИИ
CONTACT-DROPLET HGH PRINTING METHOD MICRO LENSES ON A FLAT INFORMATION CARRIER AND PROTECTIVE ELEMENT ON A FLAT CARRIER INFORMATION

Изобретение относится к классу специальных способов печати, применяемых для придания запечатываемой поверхности особых свойств и специальных характеристик. Исключительность данному способу печати придает объемность печатных элементов, полученных в результате передачи капли на запечатываемую поверхность контактно-капельным высоким способом печати, сокращенно «КОНТКАПП» (контактно-капельная печать). Элементами, придающими поверхности особые свойства и специальные характеристики, являются микролинзы, пространственно расположенные на какой-либо общей поверхности и действующие в оптическом отношении как одно целое оптическое устройство.
Носитель информации и способ его изготовления относятся к полиграфической промышленности, в частности к печати ценных документов. Носитель информации имеет по крайней мере одно растровое изображение, образованное структурными элементами, каждый из которых имеет базовую геометрию и размер, который определяет уровень яркости растрового изображения.
Техническим результатом является то, что данный способ печати придает объемность печатных элементов, получающихся в результате передачи капли на запечатываемую поверхность контактно-капельным высоким способом печати, сокращенно «КОНТКАПП» (контактно-капельная печать). Описываемый способ позволяет создать плоский носитель информации с особыми свойствами и специальными характеристиками, в частности защитить от возможного изготовления фальшивого документа копированием или сканированием подлинника, а также является простым в технологии изготовления микролинз.
Из уровня техники известные разные способы защиты от подделок носителей информации.
В патенте ЕР 0710574 описан защищенный документ с рисунком, выполненным таким образом, что после снятия копии с такого документа в его рисунке появляются комбинационные искажения (муар). С этой целью на всем документе выполнена растровая структура с параллельными линиями.
В патенте EP 0085066 (дата приоритета 10.08.1983) защита документа осуществляется следующим образом. Рисунок на ценном документе, являющемся плоским носителем информации, выполнен в виде растрового изображения с меняющейся, как описано В1, в контактной растровой структуре толщиной линий. Во всем растровом изображении, кроме того, в соответствии с модулирующей функцией меняется и расстояние между линиями. В результате этого по всей поверхности рисунка разным становится и количество линий, приходящихся на единицу длины. Модификация такой плотности линий обеспечивает защиту документа от копирования на цветных множительных аппаратах или сканерах, поскольку наложение растровой структуры по крайней мере определенного участка документа на сканирующий растр копировального аппарата или сканера сопровождается образованием на копии четко различимого муара.
Наиболее близким аналогом заявленного способа является способ печати защитного изображения на защитном устройстве, известный из патента US 5712731 (дата приоритета 27.01.1998). Для получения 2-D изображения используют специальные сферические микролинзы, имеющие диаметр в диапазоне 50-250 мкм. Для печати изображения используют чернила, при этом массив микролинз формируют на полимерной композиции, которая может быть как окрашенной, так и прозрачной.
Для защиты от подделок микролинзы закреплены па массив микроизображений, чтобы генерировать по меньшей мере один увеличенный вариант одного из микроизображений так, что массив микроизображений включает, по меньшей мере, два набора микроизображений, по крайней мере, один из наборов микроизображений, имеющих высоту, отличную от шага наборов микролинз, так что каждая увеличенная версия одного из микроизображений включает в себя по меньшей мере два подвижных элемента для различных очевидных ставок и формирования различного количества увеличенных изображений каждого элемента.
К недостаткам известного способа относятся сложная технология изготовления, в частности должно строго соблюдаться допустимое отклонение крепежного шага микролинз в диапазоне между 0,25-0,5 мм, что существенно усложняет способ печати защитного изображения.
Заявленный способ в отличие от известного является более простым технологически и уникальным, так как основой его является контакно-капельный высокий способ печати микролит, в котором используют плоско-выпуклые микролинзы 40-70 мкм, полученные уникальным, описанным ниже способом, придающим поверхности плоского носителя особые свойства, в частности анализирующие, интегрирующие, множащие и фокусирующие свойства, которые необходимы в элементах защиты в защищенной полиграфической продукции.
В изобретении упорядоченное множество микролинз образует растровую оптическую систему, которая, в свою очередь, представляет классический линзовый растр в виде решетки с диоптрическими элементами в виде маленьких плоско-выпуклых линз. Оптическая сила линзовых элементов растра может меняться в самых широких пределах. Однако вследствие обязательной для всех растров малой величины поперечного сечения его элементов имеет место взаимосвязь апертуры линзового растра с длиной фокусного расстояния его оптических элементов. Чем короче фокусные расстояния элементарных линз, тем больше может быть апертура линзового растра и наоборот. Апертура линзовых элементов растра определяет собой и его широкоугольность, причем практически широкоугольность линзового растра равна угловой мере апертуры линзовых элементов.
Растровая оптическая система (фиг. 1) представляет собой упорядоченную решетку из плоско-выпуклых микролинз (фиг. 1; 2; фиг. 2) размером 40-70 мкм, нанесенных на прозрачный носитель (фиг. 1; 1). Растровую решетку характеризуют два важных показателя - это линиатура L (фиг. 1) и фокусное расстояние микролинз F′ (фиг. 1). Оба этих показателя должны быть строго выдержаны по всей плоскости печатной поверхности и подобраны особым образом.
Линиатура растра задается во время допечатной подготовки массива растровой оптической системы, фокусное расстояние подбирается толщиной прозрачного носителя микролинз, как правило, для этих целей используется полимерный материал.
Растровая оптическая система может быть применена в различных оптических устройствах для придания им анализирующих, интегрирующих, множащих и фокусирующих свойств. Например, интегральная фотография позволяет получить на плоском носителе объемные изображения, которые можно рассматривать непосредственно глазами без вспомогательных оптических приспособлений. В качестве еще одного примера может служить растровый оптический анализатор или, другими словами, ключ-анализатор, являющийся одним из основных элементов оптической системы «РАМОС», необходимый для синтезирования пространственного образа тест-объекта, несущего микросюжетную информацию.
Метод получения микролинз основывается на классическом способе флексографической печати в отличие от известного и широко применяемого метода бескрасочного тиснения полимера способом глубокой печати. Флексографическая печать является развитием способа высокой печати, основополагающий принцип которой заключается в существовании разницы в высотах печатного и пробельного элементов. Развитие получил красочный аппарат флексографической печати (фиг. 3), в его состав входят анилоксовый вал (фиг. 3; 1) и ракельная система (фиг. 3; 4), основной функцией которых является строго дозированная подача краски на печатную форму (фиг. 3; 5) формного цилиндра (фиг. 3; 6) и далее - на запечатываемый материал (фиг. 3; 7).
А
3
2
Анилоксовый вал представляет собой цилиндр с упорядоченной ячеистой структурой поверхности и индивидуальными для каждого отдельного вала параметрами. К основным параметрам анилоксового вала относятся: угол наклона гравировки, определяемый как угол наклона спирали прохода резца относительно образующей цилиндра, - измеряется в градусах; линиатура L, характеризуемая количеством ячеек на единицу длины - l/inch, это же значение повторяется и по развертке спирали прохода резца (фиг. 4); полезная емкость ячейки (фиг. 4; 1), измеряемая как совокупный объем всех ячеек на одном квадратном метре площади поверхности вала - см/м. Ячейки характеризуются формой, шириной, глубиной и толщиной стенки. Подача краски на анилоксовый вал (фиг. 3; 1) осуществляется посредством дукторного вала (фиг. 3; 2), забирающего краску из красочного корыта (фиг. 3; 3), излишки краски удаляются при помощи ракельного ножа (фиг. 3; 4). По способу подачи краски на анилоксовый вал различают две основные системы: красочный аппарат с открытым ракелем (дукторная система) и красочный аппарат с закрытым ракелем (камерно-ракельная система).
ф
Печатная форма представляет собой упорядоченное множество конусовидных печатных элементов (фиг. 4; 2) на полимерной пластине. К основным параметрам печатной формы относятся: угол поворота растровой структуры, определяемый как угол наклона печатных элементов относительно образующей клапана печатной формы, - измеряется в градусах; линиатура L, измеряемая количеством печатных элементов на единицу длины, - l/inch, это же значение повторяется и вдоль всего ряда печатных элементов, заданного углом наклона растра (фиг. 4); высота печатного элемента, измеряемая разницей между печатной поверхностью элемента и его основанием - мм.
Каждый печатный элемент характеризуется площадью печатной поверхности, которая измеряется в процентах от площади суперячейки. Для получения оттиска печатного элемента на запечатываемой поверхности в классической флексографии диаметр печатного элемента должен превосходить диаметр ячейки анилоксового вала. Это делается для предотвращения погружения печатного элемента в ячейку анилоксового вала, чтобы содержимое ячейки передалось только на печатную поверхность элемента.
Плоско-выпуклые микролинзы наносят на плоский носитель таким образом, чтобы после высыхания микролинз на плоском носителе получить растровую решетку.
ф
А
В случае контактно-капельной печати печатный элемент намеренно делается меньше размера ячейки (фиг. 4; А) в нарушение классического принципа фексографической печати. Задача контактно-капельного способа погрузить печатный элемент в ячейку анилоксового вала (фиг. 5; А), для формирования капли критического объема, значительно превосходящего объем вещества на поверхности печатного элемента (фиг. 5; В). С этой целью линиатура печатной формы выводится ниже либо равной значению линиатуры анилоксового вала L≤L. Процент площади печатного элемента подбирается эмпирическим путем и в том числе зависит от реологических свойств жидкого полимера, формирующего кашпо. Капля переносится на поверхность плоского носителя (фиг. 5; С), после чего отверждается посредством сушки (фиг. 3; 8). Сушка может быть конвективного либо ультрафиолетового типа. Выбор типа сушки будет зависеть от состава жидкого полимера, выбранного для формирования микролинз.
Механизм каплеобразования, описанный выше, является главным, но не единственным условием для достижения нужного результата. На процесс каплеобразования влияет одно из важнейших термодинамических явлений - смачивание.
Смачивание - явление, возникающее вследствие взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердых тел. Если силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела больше сил притяжения между молекулами жидкости, то жидкость называют смачивающей; если силы притяжении жидкости и твердого тела меньше сил притяжения между молекулами жидкости, то жидкость называют несмачивающей это тело. Молекулами жидкостями в нашем случае являются молекулы жидкого полимера, а молекулами твердого тела - молекулы поверхности плоского носителя.
ж
т
тж
Количественно смачиваемость характеризуют равновесным краевым углом смачивания θ на границе раздела трех фаз (фиг. 6). Для получения правильной формы линзы угол θ должен находиться в пределах 30°<θ<90°, угол θ отсчитывают со стороны жидкости. При статическом (равновесном) смачивании он связан с поверхностным натяжением жидкости σ, поверхностным натяжением твердого тела σ и межфазным натяжением на границе твердое тело - жидкость σ уравнением Юнга:
т
тж
ж
cosθ=(σ-σ)/σ.
Жидкости с малым запасом поверхностной энергии - низким поверхностным натяжением хорошо смачивают поверхности с высокой энергией. Для получения равновесного угла смачивания в заданных пределах поверхностное натяжение поверхности плоского носителя σ должно находиться в пределах 38÷45 мН/м.
ж
ж
Коэффициент поверхностного натяжения жидкости σ численно равен силе поверхностного натяжения, действующей на единицу длины границы свободной поверхности жидкости, и зависит от природы жидкости, ее вязкости и температуры. Вязкость жидкого полимера может находиться в пределах 6000-12000 мПа·с. Численно коэффициент поверхностного натяжения жидкого полимера σ должен находиться в границах, близких к 38 мН/м. При увеличении температуры он уменьшается, в связи с чем предпочтительно использовать системы термостатирования красочного аппарата и поддерживать микроклимат в помещении.
Пример
В данном примере описывается лист полимерной пленки с растровой решеткой из сферических микролинз, которые, действуя как единая оптическая система с листом полимерной пленки, несущей скрытое изображение из микросюжетов, воспроизводят в предметном пространстве линзового анализатора мультиплицированное изображение микросюжета с изменяющимся, в зависимости от положения анализатора относительно тест-объекта, масштабом. Пример раскрывает способ получения линзового анализатора и его работу в составе растрово-муаровой оптической системы «РАМОС».
ж
Лист полимерной пленки с растровой решеткой из сферических микролинз является специальным образом отпечатанной термопластичной полимерной пленкой. На эту пленку с помощью флексографической печатной машины нанесен фотополимерный материал компании Sericol, который по своим характеристикам отвечает следующим требованиям: коэффициент поверхностного натяжения σ-35÷38 мН/м; вязкость - 8000 мПа·с.
Для переноса капли использовалась печатная форма Nyloflex FAH с характеристиками: твердость по Шору А - 60 единиц; линиатура записи конусовидных растровых элементов - 175 l/inch; площадь растровой точки - 30%.
3
2
Для формирования капли использовался анилоксовый вал Zecher Ceramic Anilox-Sleeve с характеристиками: линиатура - 250 l/inch; угол гравировки - 60.0°; емкость ячеек - 13 см/м.
Толщина листа полимерной пленки ключа-анализатора 35 мкм, из которых ПП-пленка составляет 15 мкм, высота печатного элемента (микролинзы) 20 мкм (фиг. 1; фиг. 2).
Лист полимерной пленки с микросюжетной информацией, на базе которой осуществляется визуализация работы линзового анализатора и растрово-муаровой оптической системы «РАМОС», является специальной термоформой, изготовленной на термочувствительной пленке Thermal Imaging Layer (сокращенно TIL-пленка). На этой пленке с помощью лазерного излучения с длиной волны 830 нм формируется позитивное или негативное изображение микросюжетной информации.
Верхний слой этой пленки является термочувствительным, он чувствителен к воздействию ИК-излучения. Для записи информации на термопленку TIL реализуется процесс возгонки и после записи на нее изображения проявления не требуется. Запись микросюжетной информации производится на оборудовании типа Trendsetter NX, представляющего собой модификацию термального -экспонирующего устройства компании «Kodak». Линиатура записи микросюжетной информации - 175 l/inch.
В рамках технологии Flexcel NX при записи микросюжетной информации на термопленку использовался режим ScuareSpot. Технология ScuareSpot заключается в формировании квадратных точек за счет равномерного распределения энергии излучения в лазерном пятне.
TIL-пленка представляет собой многослойную структуру общей толщиной всех слоев порядка 165 мкм. Подложка изготовлена из прозрачного полиэтилентерефталата (лавсан) толщиной до 10 мкм и композиции термочувствительного слоя. Регистрирующий излучение термочувствительный слой содержит пигменты, поглощающие ИК-излучение, и предназначен для записи изображения. Для защиты пленки от механических повреждений на ее поверхности располагается поверхностный (защитный) слой.
Для визуализации латентного изображения необходимо использовать просмотровый стол с проходящим светом. На рабочую поверхность просмотрового стола укладывается лист полимерной пленки с микросюжетной информацией, поверх него накладывается лист полимерной пленки с растровой решеткой из сферических микролинз, при этом нужно максимально точно совместить центры растровых решеток обеих пленок. Наблюдая за изображением, получающимся при прохождении света сквозь совмещенные пленки, можно увидеть изображения микросюжета (фиг. 7; фиг. 8).
Как показывают примеры, все параметры подбираются предварительно до начала печати, что существенно облегчает способ печати и, в свою очередь, исключает случайность технологических ошибок в дальнейшем. К тому же, использование в растровой решетке микролинз, получение которых описано выше, значительно снижает возможность подделки защищенной продукции.