ЗАЩИЩЕННЫЙ ДОКУМЕНТ
SECURITY DOCUMENT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к усовершенствованию защищенных документов, и, в частности, к документам, включающим в себя в качестве защитных признаков пьезохромные материалы.
Уровень техники
Защищенные документы, такие как банкноты, в настоящее время часто имеют оптически переменные устройства, которые демонстрируют зависящее от угла цветное отражение. Причиной этому послужил прогресс в областях машинных настольных издательских систем и сканирования, который делает традиционные технологии защитной печати, такие как металлографская и офсетная печать, более подверженными попыткам копирования или имитирования. В известном уровне техники хорошо известно, что для создания такого зависящего от угла цветного отражения можно использовать жидкокристаллические материалы или тонкопленочные интерференционные структуры. Примеры защитных устройств на основе жидких кристаллов описаны в EP 0435029, WO 03061980 и EP 1156934, а примеры защитных устройств с использованием тонкопленочных интерференционных структур описаны в US 4186943 и US 20050029800.
Плоский характер жидкокристаллический пленок и тонкопленочных интерференционных структур приводит к наблюдаемому зависящему от угла цветному изображению, демонстрирующему ограниченную пространственную неравномерность, например, простое изменение красного на зеленый цвет при отклонении защитного устройства от падения по нормали.
Фотонные кристаллы - это структурированные оптические материалы, в которых показатель преломления периодически изменяется в двух или, предпочтительно, трех измерениях. Эти материалы демонстрируют ряд интересных оптических эффектов при воздействии электромагнитным излучением с длиной волны, сравнимой с пространственной модуляцией показателя преломления. Брэгговское отражение может происходить для диапазона длин волн, которые зависят от направления падения/распространения и периодичности неравномерности показателя преломления. Это порождает фотонные «запрещенные энергетические зоны», которые аналогичны электронным запрещенным зонам в полупроводниках. Как правило, электромагнитные волны в пределах определенного частотного диапазона не могут распространяться в отдельных направлениях в кристалле, и в результате падающее электромагнитное излучение с этими длинами волн отражается. Наличие таких частичных фотонных запрещенных зон порождает мерцающие цвета, наблюдаемые в опалах.
В целом, существует сложная зависимость от длины волны, направления распространения и поляризации, которые определяют какие электромагнитные волны могут распространяться в фотонном кристалле, а какие в противном случае отражаются. Тем не менее, если модуляция показателя преломления достаточно сильна, распространение определенных частот можно запретить для любого направления кристалла, и возникает целая фотонная запрещенная зона. В таком случае свету не дают распространяться в кристалле в любом направлении, и материал действует как отражатель, так что весь свет с длиной волны в диапазоне запрещенной зоны идеально отражается независимо от направления падения.
Существует два хорошо задокументированных способа изготовления структур с необходимым высоко организованным показателем неравномерности преломления - микрообработка и самосборка. Из-за сложности микрообработки значительные усилия были посвящены исследованию самосборочных систем, состоящих из субмикронных трехмерных массивов диэлектрических сфер. Такие фотонные кристаллы образуются путем медленного осаждения коллоидной суспензии из сфер тождественного размера под действием силы тяжести или вследствие приложения внешней силы, так что обеспечивается упорядочение сфер. Одним примером является создание синтетических опаловых структур, где субмикронные кремнеземные сферы однородного размера организуются посредством процесса осаждения в гранецентрированную кубическую структуру кристалла.
Далее эта техника была усовершенствована, так что синтетический опал выполнял функцию исходного продукта, или шаблона, для дальнейшей модификации структуры. Было показано, что возможно использовать такие системы в качестве шаблонов для получения материалов, известных как обратные опалы. Здесь, области между кремнеземными сферами сначала заполняются подходящим связывающим материалом, а затем кремнезем растворяется химическим средством для получения системы, состоящей из массива воздушных сфер, или пустот, окруженных однородным вяжущим материалом.
Оптические свойства фотонных кристаллов можно конструировать и изменять в большей степени, чем оптические свойства плоских жидкокристаллических и тонкопленочных интерференционных устройств. Во-первых, зависимость отражаемого света от угла и длины волны можно легко контролировать путем изменения структуры кристаллической решетки либо простой корректировкой размера сфер, либо разделением сфер. Подобным образом, выбранные разрешенные и не разрешенные отражения/передачи можно конструировать или усиливать введением в решетку структурных дефектов или введением в структуру наночастиц. Это, в принципе, дает свободу модификации и конструирования зонной структуры и, следовательно, зависимости отражательной способности от длины волны и пространства.
Использование фотонных кристаллов в защитных устройствах известно из предшествующего уровня техники, и примеры включают в себя: WO 03062900, US 20050228072 WO 2008017869, WO 2008017864, WO 2008098339 и EP 1972463. Кроме этого, интерактивная природа таких материалов была задокументирована в докладе «Interactive Elastic Photonic Crystals» («Интерактивные эластичные фотонные кристаллы»), A.C. Arsenault et al (Арсено и другие), представленном на конференции «Optical Document Security» («Оптическая защита документов»), Сан-Франциско, 23-25 января 2008 года. Сложность использования фотонных кристаллов в защитных устройствах состоит в том, как внедрить такие устройства в защищенные документы, чтобы использовать для проверки подлинности документа дополнительные оптические эффекты, возможные благодаря фотонным кристаллам, в сравнении с другими хорошо известными дихроичными материалами. Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы улучшить защиту устройств, описанных в предшествующем уровне техники, и обеспечить практическое решение проблемы: как использовать эти и другие аналогичные материалы в качестве устройств для установления подлинности.
Сущность изобретения
Согласно изобретению обеспечен защищенный документ, содержащий:
защитное устройство, прикрепленное к первой части документа, при этом защитное устройство содержит область из пьезохромного материала; и
контактную структуру, прикрепленную ко второй части документа, отличной от первой части, причем на контактной структуре выполнен рельеф;
причем защищенный документ выполнен с возможностью обеспечения прижимания защитного устройства к контактной структуре; и
пьезохромный материал выполнен таким образом, что при прижимании защитного устройства и контактной структуры друг к другу в пьезохромном материале создается оптический эффект.
Согласно настоящему изобретению в документе обеспечено удостоверяющее собственную подлинность защитное устройство, состоящее из двух частей, в котором в пьезохромном материале, вследствие прижимания его к контактной структуре, размещенной на другой относительно области из пьезохромного материала части документа, создается оптический эффект.
Пьезохромный материал определен здесь как любой материал, который изменяет цвет при приложении деформации. Большая часть рассмотренного в этой заявке сконцентрирована на фотонных кристаллах, как примерах пьезохромных материалов. Одним классом альтернативных пьезохромных материалов для фотонных кристаллических материалов являются жидкокристаллические материалы. В патентной заявке Франции FR 2698390 обеспечены примеры холестерических и нематических жидкокристаллических материалов, которые изменяют цвет при приложении давления. С другой стороны, также известно, что в лиотропных жидкокристаллических материалах возможно производить изменения цветов путем приложения давления для нарушения слоев кристаллов и изменения, тем самым, их характеристик пропускания.
Контактная структура может быть выполнена при помощи ряда различных процессов, и типично демонстрирует рельеф в виде выпуклой или текстурированной поверхности. Это можно выполнить печатным процессом, таким как металлографская печать, или тиснением. Кроме того, на документ может быть просто установлен сравнительно твердый материал с рельефным профилем. В другом примере, в качестве контактной структуры может использоваться водяной знак. Водяные знаки в волокнистых подложках демонстрируют неравномерность рельефа вследствие неравномерности количества волокон, присутствующих в различных областях водяного знака. Было обнаружено, что несмотря на то, что рельеф в традиционном многотоновом банкнотном водяном знаке нельзя ощутить касанием, рельефа, вызываемого неравномерностью объема волокон, достаточно для создания оптического эффекта в фотонном кристалле. Следовательно, водяной знак может выполнять функцию контактной структуры благодаря тому, что в результате различия в количестве волокон в водяном знаке существует изменение рельефа. Это отличается от тисненной методом металлографской печати структуры, где толщина подложки фактически остается по существу неизменной, но в ее положение относительно линии, определяющей плоскость, до того, как выполнено тиснение, вносятся корректировки. Неравномерность количества волокон обеспечивает водяному знаку переменную оптическую плотность, позволяющую увидеть в проходящем свете узор, в отличие от традиционной структуры, выполненной бескрасочным тиснением (без использования краски), которая не видна в пропускаемом свете.
Также понятно, что в некоторых случаях рельеф может вызываться локальным уменьшением высоты поверхности (аналогично электротипическим водяным знакам) и, следовательно, быть ниже высоты окружающего материала. Однако наличие выступающих областей (с высотой над окружающим материалом) может быть более удобным для производства.
Оптический эффект может содержать первый оптический эффект в области деформации фотонного кристалла и второй оптический эффект в недеформированной области. Либо один, либо каждый могут являться оптически переменными эффектами. Поэтому оптический эффект может представлять собой изменение цвета. Подразумевается, что термин «цвет» включает в себя белый/зеркально отображаемый (по существу отражающийся на всех соответствующих длинах волн), черный (по существу поглощающийся на всех соответствующих длинах волн) и длины волны вне видимого человеком диапазона. Обычно цвет - это видимый человеком цвет. Оптический эффект может также представлять собой изменение в или из полного отражения независимо от длины волны. Кроме того, либо один, либо каждый оптический эффект может быть невидим для человеческого глаза, и, следовательно, может демонстрировать свои эффекты в ультрафиолетовой или инфракрасной областях спектра электромагнитного излучения. Как правило оптический эффект отображает рельеф контактной структуры, хотя это и не обязательно. Таким образом, если рельеф выполнен в виде изображения, тогда оптический эффект в фотонном кристалле может быть подобен или дополняющим изображение. Соответственно, оптический эффект может воспроизводить изображение. Если рельеф в контактной структуре имеет мелкий масштаб, тогда оптический эффект может просто отображать более общие признаки рельефа, такие как его вторичный масштаб или области, в которых высота рельефа изменяется наиболее сильно.
Предпочтительно, по меньшей мере часть документа выполнена гибкой для обеспечения сведения первой и второй частей вместе. Фактически весь документ может быть выполнен из гибкой подложки. Предполагается, что части документа могут быть также сравнительно негибкими, и поэтому для помощи в сведении первой и второй частей вместе может быть предусмотрен шарнир или фальц.
Хотя первая и вторая части могут находиться в материале самого документа, обычно первая и вторая части содержат соответственные первую и вторую поверхности документа, которые в некоторых случаях являются общей поверхностью.
Либо одно, либо каждое из защитного устройства и контактной структуры может содержать покровный слой, которым обычно является тонкий слой, и который может служить для защиты нижележащего материала.
С или без покровного слоя прижимание области пьезохромного материала и контактной структуры друг к другу обычно вызывает временное искажение в структуре пьезохромного материала.
Такое искажение может длиться в течение доли секунды после удаления прикладываемого напряжения или может длиться в течение минут или даже часов.
Защитное устройство может дополнительно содержать поглощающий слой, размещаемый в области пьезохромного материала. Он может выполнять функцию покровного слоя. Поглощающий слой по этой причине обычно темный на вид. Он, предпочтительно, является неизбирательно поглощающим материалом. Он может быть пигментированной краской или не пигментированным поглощающим красителем. Вместо или дополнительно к поглощающему слою, структура самого пьезохромного материала может быть снабжена поглощающими областями, которые подобно поглощающему слою, увеличивают контрастность любого наблюдаемого оптического эффекта.
В возможном варианте осуществления сама контактная структура может выполнять функцию поглощающего слоя (вследствие содержания в себе поглощающей фазы), например, контактная структура может принимать форму темно окрашенного выпуклого изображения, выполненного методом металлографской печати. Независимо от используемой контактной структуры, защитное устройство может дополнительно содержать напечатанный слой краски по существу такого же цвета, как по меньшей мере один из: цвета рельефной структуры, цвета света, отражаемого от пьезохромного материала в напряженном состоянии, или цвета света, отражаемого от пьезохромного материала в ненапряженном состоянии.
Могут быть обеспечены две или несколько контактных структур, и они могут использоваться вместе для создания изображения, как части оптического эффекта. Например, первая часть составного изображения может быть представлена в первой из множества контактных структур, а вторая часть составного изображения может быть представлена во второй из множества контактных структур. Первая и вторая части изображения могут при сочетании образовывать результирующее изображение. Если каждая контактная структура размещена с возможностью вызывания во время сжатия соответствующей деформации пьезохромного материала, тогда результирующее изображение может быть видимо, когда устройство сжато. В частности, контактные структуры могут быть размещены на противоположных сторонах документа. Одна такая структура может быть также выполнена как часть области пьезохромного материала или прикреплена к ней.
Для осуществления изобретения в качестве пьезохромных материалов может использоваться ряд различных типов фотонного кристалла. Они могут включать в себя наночастицы, распределенные равномерно, неравномерно в областях или в виде градиента концентрации.
Область пьезохромного материала может иметь ряд форм, например, как самонесущий слой. Как вариант, она может опираться на подложку или несущий слой, на который она устанавливается непосредственно или опосредованно (через один или несколько дополнительных слоев). Подложка или несущий слой могут принимать форму полимерного слоя. Пьезохромный материал может также принимать форму пигментированного покрытия или слоя, где пьезохромный материал находится в виде пигмента.
Также предпочтительно, чтобы устройство было выполнено с возможностью машинного считывания. Этого можно добиться несколькими способами. Например, для машинного удостоверения подлинности могло бы использоваться изменение длины волны отражаемого света с изменением направления падающего света. В другом примере, по меньшей мере один слой устройства (по выбору, как отдельный слой) или сама область пьезохромного материала может дополнительно содержать машиночитаемый материал. Предпочтительно, машиночитаемым материалом является магнитный материал, такой как магнетит. Машиночитаемый материал может реагировать на внешнее воздействие. Кроме того, если машиночитаемый материал выполнен в виде слоя, этот слой может быть прозрачным.
Область пьезохромного материала может располагаться в документе так, что она имеет первую лицевую поверхность на первой стороне документа, и вторую лицевую поверхность - на противоположной стороне документа. Соответственно, область пьезохромного материала может быть выполнена сквозным образом в толще. Область пьезохромного материала может быть установлена в окне в документе или может фактически выполнять функцию окна.
Таким образом, для использования в защищенном документе предпочтительно, чтобы область пьезохромного материала была выполнена в виде пленки. Защищенные документы включают в себя банкноты, чеки, паспорта, удостоверения личности, сертификаты подлинности, гербовые марки и другие документы для защиты ценности или удостоверения личности.
Для использования в защищенных документах защитное устройство может принимать различные непохожие формы, которые включают в себя в качестве не ограничивающих примеров защитную нить, защитное волокно, защитную накладку, защитную полоску, защитную полосу, защитную фольгу или защитное покрытие или печатный слой.
Когда используется материал фотонного кристалла, он может быть основан на структуре типа опала или структуре типа обратного опала. «Губчатая» природа структуры типа обратного опала обеспечивает его более легкое сжатие, и поэтому больше подходит для данного изобретения. Сжатие такого материала искажает периодичность структуры и, следовательно, может воздействовать на изменение внешнего вида. Этому может способствовать использование эластомерного связывающего материала, который естественно дает более гибкую систему.
st
Подходящие материалы для использования в структурах типа обратного опала раскрыты в WO 2008098339. Пленку типа обратного опала можно создавать, используя шаблон, при этом в одном примере шаблон образован с применением технологий самосборки для упорядочения сфер на стеклянной подложке. Сферы могут быть неорганическими, например, кремнеземными или полимерными, например, полистирольными. Пустоты между сферами затем заполняются полимерным материалом. Примеры подходящих полимерных материалов перечислены в WO2008098339 и включают в себя мономер или форполимер, выбираемый из группы, состоящей из эфиров метакриловой кислоты, эфиров акриловой кислоты, полиизопропена, полибутадиена, исходных продуктов для полиуретана, полиэфиров, допускающих перекрестные связи, и их смесей. Сферы затем удаляются надлежащим травителем или растворителем в зависимости от используемого типа материала сфер. В случае полистирола сферы растворяются надлежащим растворителем для обеспечения системы, которая состоит из массива воздушных сфер, или пустот, окруженных однородным вяжущим материалом. Более подробную информацию по выбору надлежащего растворителя для растворения полимерных микросфер можно найти в «An Introduction to Polymer Colloids» («Введение в полимерные коллоиды»), 1 Edition (1-е издание), опубликованное Springer в декабре 1989 года.
Если в качестве пигмента в покрытии или печатной краске должны использоваться структуры типа обратного опала, тогда пленка может быть преобразована в пигмент, например, путем отделения пленки от подложки и измельчения пленки на частицы желаемого размера.
Защитное устройство на основе фотонного кристалла может также иметь в своем составе области, содержащие как структуры типа обычного опала, так и структуры типа обратного опала. Оба типа структур демонстрируют явление, известное, как структурный цвет, благодаря чему их внешний вид зависит от их конфигурации; в частности, расположения, размера и показателя преломления (относительно вяжущего материала) сфер или пустот.
Области, состоящие из обратной структуры, показывают большую оптическую изменчивость в зависимости от деформации, по сравнению с областями, состоящими из подобной стандартному опалу структуры. Этому может способствовать использование эластомерного связывающего материала, который естественно дает более гибкую систему.
Еще одним преимуществом такого признака является возможность получения одной области (обратного опала) из другой (опала). Это включает в себя последующую обработку непрерывной подобной опалу структуры, например, используя методы, рассмотренные ранее, чтобы преобразовывать выбранную область в подобную обратному опалу структуру. Другими словами, защитное устройство можно было бы производить путем «составления рисунка» и преобразования областей подобной стандартному опалу структуры для обеспечения, в конечном счете, двух типов структуры кристалла.
На практике, большинство подобных обратному опалу структур получают путем производства сначала стандартного опала, а затем выборочного удаления субмикронных сфер с помощью процесса избирательного травления, который не затрагивает связывающий материал. Если бы защитное устройство было изготовлено из подходящего материала, было бы возможно вытравливать сферы в выбранных областях, оставляя в то же время другие зоны без изменений. Результирующий признак имел бы непрерывный вяжущий материал. Например, один способ получения такого устройства заключается в использовании способа, описанного выше для структуры типа обратного опала, но затем растворение сферы только в локализованных областях для обеспечения материала, у которого первая область состоит из воздушных сфер, разделенных однородным вяжущим материалом из полимерного материала, и вторая область состоит из полистирольных сфер, окруженных однородным вяжущим материалом из полимерного материала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее со ссылкой на прилагаемые чертежи описаны некоторые примеры документа согласно изобретению, на которых:
фиг.1 - вид сбоку первого примерного документа;
фиг.2 - вид сверху первого примера;
фиг.3 - вид сбоку, показывающий сложенный документ;
фиг.4 иллюстрирует изображение, создаваемое в фотонном кристалле;
на фиг.5 показан второй пример, частично в разрезе, в раскрытом виде; и
на фиг.6 показан второй пример в частично закрытом виде.
Описание примеров
В описанном ниже примере защищенный документ в виде банкноты снабжен «удостоверяющим собственную подлинность» защитным признаком, использующим сочетание контактной структуры и фотонного кристалла.
Обращаясь к фиг.1, проиллюстрированная банкнота обозначена позицией 100 и в этом примере выполнена из бумажного материала, который выполняет функцию подложки 101. Для получения подложки 101 могут использоваться традиционные материалы, в том числе и пластмассовые материалы. Банкнота 100 является, как правило, гибкой вследствие материала, из которого она изготовлена, и выполнена с тонким поперечным сечением. Это позволяет складывать банкноту 100. Должно быть понятно, что банкнота 100 содержит ряд необязательных защитных признаков, включающих в себя защитные нити, специальные печатные чернила и техники и т.п. Исключительно для простоты объяснения они не проиллюстрированы на фиг.1. Показано, что первая лицевая поверхность 102 обращена к верхней части фиг.1. На расстоянии примерно одной четверти длины банкноты 100 от одного края и на первой лицевой поверхности расположена зона с металлографской печатью, образующая контактную структуру 105. Специалистам в данной области техники должно быть понятно что, особенность металлографской печати состоит в том, что она может использоваться для выполнения зоны из печатных чернил, расположенной на подложке, причем высота чернил у напечатанной зоны типично на 5-50 микрометров выше окружающей поверхности подложки. Металлографская печать может принимать форму изображения и может быть напечатана с использованием непрозрачных или прозрачных красок. В настоящем случае используется непрозрачная краска. Металлографская печать, формирующая контактную структуру на лицевой поверхности 102 банкноты 100, обеспечивает локализованную зону поверхностного рельефа.
На расстоянии примерно трех четвертых длины банкноты 100 расположено оптическое окно 106. Окно 106 выполнено из прозрачного пластмассового материала и составляет одно целое с подложкой 101 банкноты. Окна в банкнотах известны в данной области техники и, как защитный признак, обычно позволяют наблюдателю смотреть сквозь банкноту. Например, в WO 8300659 описывается полимерная банкнота, выполненная из прозрачной подложки, содержащей на обеих сторонах подложки затемняющее покрытие. Затемняющее покрытие опущено в локализованных областях на обеих сторонах подложки для формирования прозрачной области. В EP 1141480 описывается способ создания прозрачной области в бумажной подложке. Другие способы формирования прозрачных областей в бумажных подложках описаны в EP 0723501, EP 0724519, EP 1398174 и WO 03054297. Противоположная сторона банкноты 100 образует вторую лицевую поверхность 108. На фиг.2 показан вид в плане второй лицевой поверхности банкноты 100. Видно, что окно может принимать форму эллипса, хотя, несомненно, предполагаются и других формы.
Еще раз обращаясь к фиг.1, фотонный кристалл 110 (который является пьезохромным материалом) связан с поверхностью окна 106 на стороне первой лицевой поверхности 102 банкноты 100. Фотонный кристалл 110 принимает форму пленки с толщиной менее 200 микрометров, предпочтительно менее 50 микрометров, и более предпочтительно - менее 30 микрометров. Преимущество использования пленки состоит в том, что так как она тонкая, то сравнительно легко искажать фотонную структуру, и, следовательно, производить оптический эффект. Дальнейшее рассмотрение подходящих материалов можно найти в докладе «Interactive Elastic Photonic Crystals» («Интерактивные эластичные фотонные кристаллы»), A.C. Arsenault et al (Арсено и другие), представленном на конференции «Optical Document Security» («Оптическая защита документов»), Сан-Франциско, 23-25 января 2008 года. В другом примере, фотонный кристалл может быть применен в качестве покрытия или напечатан поверх окна 106.
Внешняя поверхность пленки 110 фотонного кристалла покрыта поглощающим слоем 112. В настоящем случае это неизбирательно отражающая краска, и поэтому очень темная на вид. Слой 112 является тонким настолько, чтобы доводить до максимума оптический эффект, который происходит в результате в кристалле. Поглощающий слой выполняет двойную функцию. Во-первых, он обеспечивает контраст для облегчения наблюдения какого-либо оптического эффекта в пленке 110 фотонного кристалла. Во-вторых, поглощающий слой 112 выполняет в какой-то мере функцию защитного покрытия.
Потому что использование покрывающего поглощающего слоя может не быть эстетически привлекательным или совместимым с дизайном банкноты, и в возможном варианте осуществления изображение, выполненное методом глубокой печати, может само выполнять функцию поглощающего слоя, и это достигается использованием темно окрашенного изображения металлографской печати.
Удостоверяющий собственную подлинность защитный признак настоящего примера обеспечен сочетанием контактной структуры 105 и пленки 110 фотонного кристалла.
На фиг.3 показано, как гибкость подложки позволяет прикладывать область банкноты 100, содержащую окно и слой фотонного кристалла, к оттиску металлографской печати контактной структуры 105. При нахождении в положении, показанном на фиг.3, поглощающий слой 112 и пленка 110 фотонного кристалла могут быть прижаты к поверхностному рельефу оттиска металлографской печати контактной структуры 105. Сила сжатия, которую испытывают эти компоненты как сжимающее напряжение, проиллюстрирована стрелками 115.
Оттиск металлографской печати вследствие этого вдавливается в поглощающий слой 112, который деформируется. Помимо этого, также деформируется пленка фотонного кристалла под поглощающим слоем, что вызывает изменение оптических свойств слоя фотонного кристалла в деформированных областях по сравнению с недеформированными областями кристалла. Области деформации соответствуют поверхностному рельефу оттиска металлографской печати.
При ослаблении сжимающего усилия и отделении поглощающего слоя 112 от оттиска металлографской печати, пленка фотонного кристалла может возвращаться или не возвращаться в ее бывшую не искаженную конфигурацию. Это зависит от материала, используемого для формирования пленки фотонного кристалла. Кроме того, от материала зависит также скорость любого восстановления в ее первоначальную конфигурацию.
В любой деформированной области деформация фотонного кристалла вызывает оптический эффект, который отличается от оптического эффекта, присутствующего в недеформированной области. Либо один, либо каждый из этих оптических эффектов может быть оптически-переменным эффектом, таким как смена цвета, или может быть таким эффектом, как полное отражение на всех длинах волн.
В настоящем случае, для примера, недеформированная область могла бы демонстрировать эффект красного цвета, тогда как деформированная область могла бы демонстрировать зеленый эффект, каждый при освещении белым светом. Эти эффекты - отражательные эффекты, доступные для наблюдения сквозь окно 106, когда освещена вторая лицевая поверхность 108 банкноты 100. Поглощающий слой 112 обеспечивает черную основу для усиления видимого эффекта пленки фотонного кристалла. В областях, где изображение оттиска металлографской печати отпечатано в пленке фотонного кристалла, вызывая локальное искажение, изображение становится видимым сквозь окно 106 как зеленое изображение вследствие контраста между деформированными и недеформированными областями.
Пример этого проиллюстрирован на фиг.4, где недеформированная область 120 пленки фотонного кристалла обеспечивает изображению оттиска металлографской печати, выполненному в фотонном кристалле, как показано позицией 121, простой фон.
Когда складываемые поверхности сжимают между двумя твердыми плоскими поверхностями, такими как две стеклянные пластины, создается сильный оптический контраст. Если выбран материал с длительным временем восстановления (временем для возвращения в недеформированное состояние), например, от нескольких секунд до нескольких минут, тогда стеклянные пластины можно убрать, и сквозь окно 106 увидеть изображение в пленке фотонного кристалла. Однако, если выбрано короткое время восстановления, обычно одна секунда или меньше, тогда изображение 121 может быть видимо, пока прикладывается давление, только через стеклянную пластину, которая соприкасается с окном 106 на второй лицевой поверхности 102.
Резюмируя вышеприведенный пример, удостоверение подлинности защитного признака происходит складыванием банковского билета и прижиманием фотонного кристалла к зоне на банкноте с выпуклой или текстурированной поверхностью. Если используются очень короткие времена восстановления, тогда смотровое окно следует помещать на жесткой чистой поверхности, чтобы облегчать прикладывание давления от задней части банковского билета. Одно практическое/производственное преимущество наличия удостоверяющей собственную подлинность структуры состоит в том, что можно избегать проблем, связанных с приклеиванием фотонного кристалла к неровной поверхности. Следовательно, износостойкость лучше, и долговечность повышается.
Описанный выше пример видим главным образом в отражении. Оптические эффекты материала фотонного кристалла становятся лучше всего видны на темном неизбирательно поглощающем фоне, обеспечиваемом поглощающим слоем 112 под слоем фотонного кристалла.
В возможном варианте осуществления, где нет дополнительной темной поглощающей пленки, но изображение, выполненное методом металлографской печати, выполнено в темном поглощающем цвете, тогда пленка в ее несжатом состоянии будет равномерно переливчатой, но при прижимании пленки фотонного кристалла к поверхности с металлографской печатью зоны, находящихся в контакте с темным оттиском металлографской печати, проявятся отличным от фоновых областей, не находящихся в контакте с фоновым оттиском, цветом, и кроме этого контраст между двумя областями будет ярким вследствие возросшей интенсивности сжатой области, являющейся результатом того, что теперь он наблюдается на поглощающем фоновом слое.
Подобного наличию поглощающего слоя результата можно достигать введением в материал фотонного кристалла поглощающих частиц. В случае использования поглощающих частиц, поглощающие частицы должны быть значительно больше размера сфер фотонной решетки, так чтобы они не вызывали изменения решетки и, следовательно, нежелательного изменения оптических свойств.
Хотя использование черного или очень темного по существу полностью поглощающего слоя может вызывать наиболее сильные смены цветов, использованием частично поглощающего слоя других цветов или сочетанием цветов можно создавать другие эффекты, приводящие к различающимся видимым сменяемым цветам. Если поглощающий слой присутствует, он может быть напечатан или покрыт эффектной краской, чтобы сделать его более эстетически привлекательным при взгляде со стороны первой лицевой поверхности 102.
Оптические свойства фотонного кристалла можно также дополнительно или альтернативно модифицировать или усиливать посредством использования наночастиц, размещаемых в структуре кристалла, предпочтительно в междоузлиях. Наночастицы могут быть распределены в кристалле по существу равномерно, так чтобы каждая часть кристалла демонстрировала по существу одинаковый оптический эффект. Как вариант, наночастицы могут быть распределены в кристалле неоднородно, так чтобы разные части кристалла демонстрировали по существу разные оптические эффекты. Таким образом, наночастицы могут быть распределены в соответствии с градиентом концентрации. Наночастицы могут быть также распределены в ряде областей с разной концентрацией.
Особенно преимущественный признак настоящего изобретения заключается в том, что сжимаемая пленка фотонного кристалла может использоваться для выявления скрытых изображений на защищенном документе, имеющем контактные структуры, созданные бескрасочным тиснением или выпуклыми прозрачными красками. В другом примере было бы возможно иметь зоны с прозрачным выпуклым изображением, напечатанным поверх по существу плоской цветной зоны. Функция цветной зоны (предпочтительно напечатанной с помощью литографической печати) состоит в том, чтобы скрывать наличие выпуклого изображения, но когда фотонный кристалл прижимают к этой зоне, в фотонном кристалле проявляется поверхностный рельеф. Желательно, чтобы по существу плоская цветная зона была темноокрашенной, и могла по этой причине выполнять также функцию поглощающего слоя.
В примере с банкнотой, данном выше, пленка фотонного кристалла претерпевает изменение цвета и поэтому переход с видимого на видимый. Другие предполагаемые примеры включают в себя переключение при деформации с одного видимого цвета на другой, переключение с невидимого на цветной или с отражающего УФ на прозрачный для УФ, так что, в случае искажения, УФ признак под пленкой фотонного кристалла может приводиться в действие.
В идеале, этот признак работал бы лучше всего со структурой фотонного кристалла типа обратного опала, которые известны из WO 2008098339. Тем не менее, заметного эффекта можно достигать с помощью структуры типа обычного опала (такой, как описанная в US 20040131799, US 20050228072, US 20040253443 и US 6337131), если можно добиваться достаточного искажения решетки, или если используются деформируемые сферы.
Помимо использования изображения, которое возвышается над поверхностью, такого как изображение, выполненное методом тиснения или металлографской печати, также было установлено, что подобный эффект может производить водяной знак, когда к нему прижимают соответствующую пленку фотонного кристалла.
Использование водяных знаков довольно распространено во многих защищенных документах. Высокозащитные многотоновые водяные знаки обычно создаются с использованием процесса цилиндрического литья, и типично формируются путем изменения объема бумажных волокон, так что в некоторых областях объем волокон увеличивается, а в других - уменьшается относительно объема волокон основного бумажного слоя, который окружает область водяного знака. Если смотреть в проходящем свете, области с небольшим количеством волокон - светлее, а области с увеличенным количеством волокон - темнее, чем бумага-основа, и контрасты можно увидеть очень ясно. Разные типы водяных знаков имеют разные преимущества. Многотоновый водяной знак - часто графическое изображение, такое как портрет, и может быть очень детальным и сложным, что значительно снижает риск подделывания.
В бумажном производстве с использованием сеточного цилиндра бумага формируется на частично погруженном покрытом проволочной тканью формовочном цилиндре, который вращается в ванне, содержащей разбавленную взвесь бумажных волокон. Когда формовочный цилиндр вращается, вода выводится через проволочную ткань, осаждая волокна на поверхность цилиндра. Если на проволочной ткани вытиснено детальное изображение, волокна осаждаются с меньшей или большей толщиной на выпуклых или заглубленных элементах тиснения для формирования полностью трехмерного водяного знака в готовой бумаге.
Неравномерность толщины бумаги в законченном водяном знаке является результатом движения волокон с выпуклых областей тисненой сетки к заглубленным областям тисненой сетки, когда вода выводится через проволочную ткань. Движение волокон, а, следовательно, тоновая неравномерность водяного знака, определяется скоростью дренажа и, другими словами, зависит от профиля тиснения. Это обеспечивает превосходный контроль над градацией рисунка водяного знака, производя тонкий диапазон тонов, который уникален для процесса выполнения водяного знака, получаемого формованием сеточным цилиндром.
Альтернативным процессом создания однородных светлых тоновых областей (и обеспечения повышенной безопасности водяного знака) является процесс электротипии. В процессе электротипии тонкий кусок металла, как правило, в форме изображения или буквы, накладывается путем вшивания или сварки на проволочную ткань оболочки цилиндрической формы, создавая значительное уменьшение дренажа и осаждения волокон, и формируя тем самым в бумаге светлый водяной знак. Водяной знак, выполненный методом электротипии, может быть светлее водяного знака, создаваемого и производимого традиционным тиснением. Процесс электротипии известен в бумажном производстве и был описан в US-B-1901049 и US-B-2009185.
Водяной знак, выполненный методом электротипии, является, таким образом, зоной на бумаге с просто однородным уменьшением толщины бумаги. Зона обычно достаточно мала, а изменение толщины бумаги достаточно явно, чтобы создавать очень светлое изображение, как правило, светлее зон в графическом водяном знаке.
Такой эффект фальсификатор может отчасти сымитировать, используя «увеличивающие прозрачность» смолы, УФ-лаки, наносимые локально, или даже кулинарное масло. Однако, вследствие использования больших более тонких зон, возникает существенная проблема, как в отношении разупрочнения бумаги, так и ее плохой защищенности.
Преимущество водяных знаков состоит в том, что помимо того, что они традиционно обеспечивают защитный признак, видимый в проходящем свете, они могут также использоваться для обеспечения скрытого защитного признака, видимого в отраженном свете, когда сжимаемую пленку фотонного кристалла прижимают к области водяного знака. Фальсификаторы пытаются имитировать водяные знаки путем печати красками с изменяющейся плотностью или путем использования увеличивающих прозрачность смол, УФ-лаков, наносимых локально, или кулинарного масла. Тем не менее, это воспроизводит эффект только в проходящем свете, и не будет воспроизводить эффект, наблюдаемый в сочетании со сжимаемой пленкой фотонного кристалла, и, следовательно, использование водяного знака с областью пьезохромного материала обеспечивает дополнительную потенциальную защиту для защищенного документа, содержащего водяной знак.
В случае использования водяного знака, как и для других рельефных структур, свет может содержать видимый и/или невидимый свет, следовательно, включающий в себя, например, ультрафиолетовый и инфракрасный свет. Могут использоваться широкие или узкие полосы длин волн. Подобным образом, фотонный кристалл может быть выполнен с возможностью избирательного отражения света в невидимой части спектра (в том числе ультрафиолетового и инфракрасного).
Теперь вместе с фиг.5 и 6 описывается второй примерный документ. В этом случае защищенным документом является буклет в форме паспорта 200. Это проиллюстрировано на фиг.5, где паспорт показан в открытом виде, частично в разрезе. Паспорт 200 имеет внешнюю обложку 201 и внутренние страницы 202, 203, выполненные из бумажного материала. Страницы разделены сгибаемой областью в виде шарнира 204. Для получения шарнира 204 может быть использован один из ряда известных способов, используемых в переплетном деле. Водяной знак 205 расположен в структуре бумаги страницы 202, причем этот водяной знак выполнен одним из способов, описанных выше, и содержит по меньшей мере одну область с уменьшенной или измененной толщиной. Водяной знак 205 действует традиционным образом, то есть он обеспечивает защитный признак касательно света, пропускаемого через водяной знак. На странице 203 обеспечено защитное устройство 210 на фотонном кристалле, содержащее фотонный кристалл, который размещен так, что, когда с помощью шарнира 204 сводят поверхности страниц 202 и 203 вместе, поверхность защитного устройства на фотонном кристалле соприкасается с водяным знаком. Это проиллюстрировано на фиг.6, где положения страниц представляют собой частично закрытое состояние, поскольку обложка 201 паспорта остается открытой. Когда пользователь прикладывает сжимающее напряжение, как указано стрелками 215 (используя свои пальцы или сжимая страницы между двумя жесткими плоскими объектами), неравномерности локальной плотности и/или толщины водяного знака 205 производят в фотонном кристалле соответствующую деформацию. Это приводит к тому, что любое изображение, присутствующее в водяном знаке, отображается как оптический эффект в фотонном кристалле устройства 210.
В настоящем случае пленка фотонного кристалла содержит углеродные наночастицы, которые усиливают события резонансного рассеяния, которые происходят в фотонном кристалле, приводя к сильным структурным цветам, и снимают требование о поглощающем слое. Фотонный кристалл в этом случае выполнен с возможностью восстановления на протяжении 1-2 минут, обеспечивая, таким образом, время для возвращения страниц 202, 203 паспорта в открытое положение, указанное на фиг.5. Человек, проверяющий документ, имеет тогда много времени, чтобы увидеть водяной знак 205 на странице 202 на просвет (например, смотря на источник света через водяной знак). Помимо этого, защитное устройство 210 на фотонном кристалле можно осмотреть на предмет существования перевернутого (зеркально отображаемого) изображения водяного знака.
Стоит отметить, что при использовании водяного знака локальная толщина бумаги может быть меньше толщины окружающей бумаги, образующей страницу 202. В крайнем случае, водяной знак может быть заменен перфорацией, т.е. областью нулевой толщины. Перфорация может быть введена в бумагу во время процесса производства бумаги путем предотвращения осаждения волокон в локализованных зонах закупориванием или заделыванием оболочки цилиндрической формы. Как вариант, бумажная или полимерная подложка может быть перфорирована в последующем вспомогательном процессе, например, лазерной резкой или механической пробивкой.
В другом примере, фотонный кристалл может быть внедрен в бумагу страницы 203 так, чтобы он не выступал над плоскостью, определяемой поверхностью страницы. Конечно, он может лежать ниже такой плоскости.
Использование водяного знака в качестве контактной структуры совместно с использованием защитного устройства на фотонном кристалле обеспечивает существенный дополнительный защитный признак для использования в защищенных документах.
Как вариант, искажение в пьезохромном материале в любом из примеров может быть постоянным, и это было бы особенно полезно в защитных устройствах, достоверность которых должна быть подтверждена всего лишь один раз, например, как защитное устройство от несанкционированного вскрытия.
Понятно, что каждое из устройств, рассмотренных в данной заявке, обеспечивает функцию удостоверения собственной подлинности на защищенном документе, а также значительное технологическое препятствие для преодоления предполагаемыми фальсификаторами.