ПАРНЫЙ ОПТИКОПЕРЕМЕННЫЙ ЗАЩИТНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, ИМЕЮЩИЙ ХАРАКТЕРНЫЕ ДЛИНЫ ВОЛН ОТРАЖЕННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
PAIRED OPTICALLY VARIABLE PROTECTIVE ELEMENT WITH CHARACTERISTIC REFLECTED RADIATION WAVELENGTHS

Настоящее изобретение относится к области, касающейся документов с защитой. Изобретение относится к парному оптикопеременному (с изменяющимися оптическими характеристиками) защитному элементу, который включает первое и второе оптикопеременные интерференционные устройства, представляющие собой оптикопеременную фольгу или оптикопеременные печатные знаки, нанесенные типографской краской, включающей оптикопеременные интерференционные пигменты, и при этом первое и второе интерференционные устройства проявляют согласование по спектру при падении света под определенным углом. Изобретение также относится к наборам оптикопеременных устройств или оптикопеременных типографских красок или композиций покрытий, включающих пигменты с изменяющимися оптическими характеристиками, предназначенные для получения парного оптикопеременного защитного элемента, а также к применению защитного элемента для защиты документов и товаров, к документам с защитой и товарам, на которых имеются такой защитный элемент.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В области техники печати с защитой от подделок известны: оптикопеременная фольга, оптикопеременные пигменты (ОПП, англоязычная аббревиатура OVP от "optically variable pigment") и композиции покрытий, включающих ОПП, а также оптикопеременные типографские краски ("optically variable ink", OVI). Такие оптикопеременные элементы имеют цвет, зависящий от угла зрения или угла падения света, и предпочтительны при выборе защитных элементов банкнот и других документов с защитой от нелегального копирования, осуществляемого при помощи общедоступного офисного оборудования для цветного сканирования, печати и копирования.
Для повышения защищенности от подделок и повышения простоты визуальной аутентификации документов, защищенных оптикопеременными защитными элементами, было предложено применение комбинации, включающей более одного оптикопеременного элемента в одном документе. В патентной публикации WO 2005/044583 описано включение одного и того же оптикопеременного защитного элемента в более чем одну составляющую часть документа с защитой. В патентной публикации WO 96/39307 описано парное оптикопеременное устройство, включающее первое и второе оптикопеременные устройства, расположенные на расстоянии друг от друга на одной и той же поверхности, включающие первый и второй оптикопеременные пигменты, находящиеся в упомянутых первом и втором оптикопеременных устройствах, соответственно, и при этом оптикопеременные пигменты имеют одинаковый цвет при одном определенном угле падения света и различные цвета при всех других углах падения света.
а
Устройство, описанное в патентной публикации WO 96/39307, отличается тем, что конструкции парных оптикопеременных пигментов выбраны таким образом, что на диаграммах (CIELAB) *b*, на которых цвет пигментов представлен в виде зависимости от угла зрения или угла падения света, имеются точки пересечения, соответствующие углам зрения или углам падения света, при которых два упомянутых оптикопеременных пигмента имеют одинаковый оттенок. Первый и второй оптикопеременные пигменты, рассмотренные в патентной публикации WO 96/39307, реализованы, в случае полностью диэлектрических интерференционных пигментов, в виде разных четвертьволновых конструкций, соответствующих приблизительно одной и той же длине волны. В случае интерференционных пигментов, включающих металл и диэлектрик, первый и второй пигменты реализованы в виде разных полуволновых конструкций, соответствующих приблизительно одной и той же длине волны.
Основной недостаток устройства, описанного в патентной публикации WO 96/39307, состоит в том, что первый и второй пигменты при одном определенном угле падения света должны иметь "одинаковый оттенок" при разных спектральных характеристиках, поскольку получить одинаковые спектральные характеристики, используя разные четвертьволновые или полуволновые конструкции, невозможно. Наблюдаемый оттенок просто представляет собой проекцию характеристик спектрального отражения пигмента, т.е. интенсивности отражения как функции длины волны, в трехмерном пространстве восприятия цвета человеком, а, как известно специалисту в данной области техники, различные спектральные характеристики могут давать одинаковую проекцию в трехмерном пространстве восприятия цвета человеком (метамерия цвета).
Следствием этого факта является то, что восприятие цветов первого и второго оптикопеременных пигментов, применяемых в документе WO 96/39307, по разному зависит от спектральных характеристик источника освещения, то есть точка пересечения, при которой два оптикопеременных пигмента имеют одинаковый оттенок, может наблюдаться только при освещении светом источника света определенного типа (например, светом лампы накаливания) и не проявляться при освещении светом источника света другого типа (например, флуоресцентным светом).
Задача настоящего изобретения состоит в преодолении недостатков предшествующего уровня техники и создании настоящего парного оптикопеременного защитного элемента, который всегда проявляет цветовое согласование при падении света под определенным углом, не зависящее от типа применяемого источника освещения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже изобретение описано с помощью нижеследующего описания и прилагаемой формулы изобретения.
Согласно настоящему изобретению представленная техническая проблема решена посредством применения парного оптикопеременного защитного элемента, включающего первое и второе оптикопеременные интерференционные устройства, реализованные, например, в виде первой и второй оптикопеременной фольги или первого и второго оптикопеременных пигментов типографской краски или композиции покрытия, и при этом устройства расположены таким образом, что они могут быть рассмотрены (т.е. видимы пользователем) совместно и проявляют истинное согласование по спектру при падении света под определенным углом, но при этом имеют разные спектры при всех других углах падения света.
Таким образом, парный оптикопеременный защитный элемент согласно настоящему изобретению включает по меньшей мере первое и второе оптикопеременные интерференционные устройства, причем интерференционные устройства имеют разные типы цветовых переходов и изготовлены или в виде полностью диэлектрических многослойных пачек, или в виде многослойных пачек типа металл-диэлектрик, или в виде холестерических (т.е. хиральных нематических) жидкокристаллических пленок, или в виде их комбинаций. Интерференционные устройства дополнительно отличаются тем, что они имеют одинаковую, например, четвертьволновую или полуволновую, интерференционную конструкцию при падении света под углом, соответствующим согласованию по спектру (точка пересечения), и по меньшей мере один из составляющих их диэлектрических слоев имеет показатель преломления, отличный от показателей преломления других слоев.
Настоящее изобретение основано на том факте, что цветовой переход в интерференционном устройстве зависит от показателя преломления диэлектрических материалов, находящихся в устройстве. Эта зависимость выражена законом физики, связанным с разностью скорости распространения света внутри и снаружи различных слоев интерференционного устройства, и, таким образом, она применима ко всем типам цветопеременных оптических интерференционных устройств, как полностью диэлектрических многослойных тонкопленочных устройств, так и многослойных тонкопленочных устройств типа металл-диэлектрик или устройств холестерического жидкокристаллического типа.
a
В предлагаемом описании термины "цветовой переход" и "цветовой сдвиг" означают изменение цвета, которое наблюдается при перемещении оптикопеременного интерференционного устройства таким образом, что направление падения света меняется с перпендикулярного до скользящего (падение под малыми углами). "Цветовой переход" более точно указывает на цвет устройства в зависимости от угла зрения или падения света в диаграмме (CIELAB) *b*, в то время как "цветовой сдвиг" показывает лишь визуальное изменение цвета устройства. В контексте предлагаемого описания, термин "оптикопеременный" относится к зависимости изменения цвета от угла зрения или падения света.
"Перпендикулярное падение света" означает рассмотрение под углом, составляющим от 80° до 90° к плоскости интерференционного устройства. "Скользящее падение света" означает рассмотрение под углом, составляющим от 0° до 10° к плоскости интерференционного устройства. Обычно предполагают, что угол падения луча совпадает с углом направления взгляда.
a
"Точка пересечения" представляет собой угол зрения или падения света, при котором первое и второе оптикопеременные устройства имеют одинаковый оттенок на диаграмме (CIELAB) *b*.
В предлагаемом описании "согласование по спектру" означает, что характеристики спектрального отражения или пропускания, зависящие от длины волны, качественно аналогичны, т.е. что спектральные характеристики первого и второго оптикопеременных интерференционных устройств содержат одинаковые спектральные полосы одинаковой ширины при одних и тех же длинах волн. Ниже в предлагаемом описании "согласование по спектру" не означает, что спектральные полосы первого и второго оптикопеременных интерференционных устройств имеют одинаковые абсолютные интенсивности. Действительно, настоящее изобретение включает получение разных значений интенсивностей абсолютного отражения или пропускания первого и второго устройств, которые могут быть следствием применения разных материалов или разных концентраций пигментов.
Происхождение отраженного цвета, а также наблюдаемого цветового сдвига по мере изменения угла в предлагаемых интерференционных устройствах разъяснено ниже при рассмотрении примера полуволнового тонкопленочного интерференционного устройства типа металл-диэлектрик. Аналогичные разъяснения, с соответствующими поправками, применимы к цвету, пропускаемому интерференционными устройствами, действующими на принципе прозрачности, а также для интерференционных устройств других типов, а именно четвертьволновых конструкций, полностью диэлектрических тонкопленочных устройств, холестерических жидкокристаллических пленок и возможных комбинаций таких устройств и конструкций.
Полуволновое тонкопленочное интерференционное устройство типа металл-диэлектрик отличается тем, что оно включает слоистую структуру "поглотитель / диэлектрик / отражатель", в которой слой "поглотителя" частично пропускает и частично отражает свет, слой диэлектрика пропускает свет, и отражающий слой отражает падающий свет. Иллюстративный пример осуществления такого устройства представляет собой последовательность слоев, имеющих указанные толщины: "хром (5 нм) / фторид магния (400 нм) / алюминий (40 нм)".
На Фиг.1 видно, что наблюдаемая оптическая толщина ("оптическая задержка" OL) в слое (D) диэлектрика с показателем преломления n>1 равна OL=n*d*sin(θ'), где θ' означает угол падения света относительно плоскости слоя, внутри слоя (D). Наибольшее значение оптической задержки (запаздывания) (n*d) наблюдается при перпендикулярном падении света (θ'=90°), и оно уменьшается по мере уменьшения угла падения света до минимального значения, равного нулю, при скользящем падении света (θ'=0°). Как видно изнутри слоя (D), при прохождении световой волны через диэлектрик (D), ее отражении от отражающего слоя (R) и повторном прохождении обратно через диэлектрик (D) происходит отставание световой волны, отраженной от самого верхнего слоя (А) поглотителя, на величину, составляющую 2*OL=2*n*d*sin(θ').
2
2
2
2
2
Согласно закону преломления Снеллиуса, sin(θ') может быть выражен как функция угла падения луча 6 на плоскость слоя снаружи слоя. При условии, что показатель преломления внешней среды составляет 1 (воздух), оптическая задержка, как функция θ, составляет OL=d*√(n-cos(θ)). Оптическая задержка в слое диэлектрика (D), наблюдаемая снаружи слоя, имеет максимальное значение (n*d) при перпендикулярном падении света (θ=90°), и она уменьшается по мере уменьшения угла падения света до минимального значения, равного d*√(n-1) при скользящем падении света (θ=0°). Как видно снаружи слоя (D), при прохождении световой волны через диэлектрик (D), ее отражении от отражающего слоя (R) и повторном прохождении обратно через диэлектрик (D), происходит отставание световой волны, отраженной от самого верхнего слоя (А) поглотителя, на величину, составляющую 2*OL=2*d*√(n-cos(θ)). Математическое обозначение √ означает, что из величины, указанной в скобках, извлекают квадратный корень.
max
max
2
Полное значение интенсивности (R) света, отраженного интерференционным устройством, выраженное в виде функции падающей длины волны (λ), изменятся в широком диапазоне согласно уравнению R(λ)=I*cos((2*OL*π)/λ), где I представляет собой максимальную интенсивность отражения. Кроме отражений при больших значениях λ (отражение излучения порядка длины волны) устройство имеет выраженные максимумы отражения при OL=λ/2 (первого порядка), λ (второго порядка), 3λ/2 (третьего порядка), 2λ (четвертого порядка), 5λ/2 (пятого порядка),… k*λ/2 (k-го порядка), т.е. для всех значений, кратных "полуволне".
Из приведенной выше серии видно, что полуволновое устройство, в котором используют отражение света с длиной волны 660 нм, т.е. имеющее первый максимум отражения при длине волны 660 нм (в красной области спектра), будет иметь второй максимум отражения при длине волны 330 нм (в УФ-области), в то время как полуволновое устройство, в котором используют отражение света с длиной волны 1320 нм, т.е. имеющее второй максимум отражения при длине волны 660 нм, будет иметь третий максимум отражения при длине волны 440 нм (в синей области спектра), а полуволновое устройство, в котором используют отражение света с длиной волны 1980 нм, т.е. имеющее третий максимум отражения при длине волны 660 нм, будет иметь четвертый максимум отражения при длине волны 495 нм (в зеленой области спектра). Таким образом, очевидно, что кажущиеся одинаковыми отраженные цвета, получаемые с помощью интерференционных устройств разных полуволновых конструкций, обязательно должны быть метамерными, т.е. их согласованность или рассогласованность всегда будет зависеть от условий освещения.
Изложенное выше позволяет заключить, что два спектра отражения парного оптикопеременного защитного элемента, описанного в публикации WO 96/39307, сконструированного на основе первого и второго оптикопеременных пигментов, в основе которых лежат разные четвертьволновые или полуволновые конструкции, не могут быть согласованы друг с другом (сравним, например, Фиг.2а и Фиг.2с, на которых показаны спектры третьего порядка зеленой области и второго порядка зеленой области, соответственно). В этом случае цветовое согласование основывается лишь на проекции этих спектров отражения в трехмерном пространстве восприятия цвета человеком, и воспринятый цвет полностью зависит от используемых условий освещения.
a
Согласно настоящему изобретению парный оптикопеременный защитный элемент получен на основе первого и второго оптикопеременных пигментов, полученных на базе одной интерференционной конструкции, например, одной и той же четвертьволновой или полуволновой конструкции, при падении света под углом, соответствующим согласованию по спектру (точка пересечения). Для получения точки пересечения на диаграмме (CIELAB) *b*, в которой первый и второй оптикопеременные пигменты имеют одинаковый оттенок, показатели преломления по меньшей мере одного из составляющих диэлектрических слоев первого и второго оптикопеременных пигментов должны быть выбраны различными, что, таким образом, приводит к разному цветовому сдвигу при угле падения света, но при этом они имеют одинаковые спектральные характеристики отражения или пропускания, т.е. истинный одинаковый цвет в точке пересечения.
1
1
2
2
1
1
2
2
2
2
2
2
Это верно для угла зрения или падения света 9, который можно вычислить по уравнению d*√(n -cos(θ))=d*√(n -cos(θ)), где d, n и d, n представляют собой толщины и показатели преломления слоев диэлектрика первого и второго интерференционных устройств соответственно.
Таким образом, в данном случае цветовое согласование является истинным, точным согласованием спектральных характеристик отражения или пропускания при падении света под определенным углом, и аутентификация документа или предмета посредством согласования цветов на обеих частях парного оптикопеременного защитного элемента при падении света под определенным углом, рассматриваемая в настоящем описании, не зависит от выбранных условий освещения.
2
Величина "цветового сдвига", происходящего по мере изменения угла, создаваемая оптикопеременным интерференционным устройством, сильно зависит от показателя преломления составляющих его слоев или слоя диэлектрика; для рассматриваемой полуволновой конструкции типа металл-диэлектрик она может быть определена из отношения (r(n)) наблюдаемых оптических толщин ("оптических задержек") для перпендикулярного и скользящего падения света, r(n)=n/√(n-1), которое является функцией показателя преломления n слоя диэлектрика и которое соответствует отношению длин волн пикового отражения при перпендикулярном и скользящем луче угла зрения (обозначение √ означает, что из величины, указанной в скобках, извлекают квадратный корень).
перпендикулярного
скользящего
В Таблице 1 приведены вычисленные значения r(n)=λ/λ в зависимости от показателя преломления n:
Таблица 1
n
r(n)
n
r(n)
n
r(n)
n
r(n)
1,00
бесконечн.
1,25
1,67
1,50
1,34
1,75
1,22
1,05
3,28
1,30
1,57
1,55
1,31
1,80
1,20
1,10
2,40
1,35
1,49
1,60
1,28
1,85
1,19
1,15
2,03
1,40
1,43
1,65
1,26
1,90
1,18
1,20
1,81
1,45
1,38
1,70
1,24
бесконечн.
1,00
low
1
2
high
3
4
Таким образом, парный оптикопеременный защитный элемент согласно настоящему изобретению включает первое оптикопеременное интерференционное устройство, включающее первый диэлектрик с более низким показателем преломления (n), для которого максимум отражения k-го порядка (k), полученный при перпендикулярном падении света, имеющего первую длину волны (λ), при скользящем падении света сдвигается к максимуму отражения света, имеющего вторую, более короткую длину волны (λ), и второе оптикопеременное интерференционное устройство, включающее второй диэлектрик с более высоким показателем преломления (n), для которого тот же максимум отражения k-го порядка (k), полученный при перпендикулярном падении света, имеющего третью длину волны (λ), при скользящем падении света сдвигается к максимуму отражения света, имеющего четвертую, более короткую длину волны (λ), и при этом защитный элемент отличается тем, что диапазон, перекрываемый волнами третьей и четвертой длины второго устройства, находится внутри диапазона, перекрываемого волнами первой и второй длины первого устройства. Последний аспект является необходимым условием для существования угла падения света, при котором максимумы отражения k-го порядка первого и второго интерференционных устройств совпадают.
Для осуществления согласования по спектру первое и второе оптикопеременные интерференционные устройства должны быть получены на основе одной и той же полуволновой или четвертьволновой конструкции и они могут быть изготовлены на основе конструкции, выбранной из группы, состоящей из полностью диэлектрических многослойных пачек, многослойных пачек типа металл-диэлектрик, холестерических жидкокристаллических пленок и их комбинаций.
В одном из примеров осуществления защитного элемента согласно настоящему изобретению интерференционные устройства изготовлены из оптикопеременной фольги. В случае интерференционных устройств типа металл-диэлектрик оптикопеременная фольга может включать последовательность слоев «поглотитель / диэлектрик / отражатель», в которой после слоя отражателя могут находиться дополнительные слои, и средства для крепления фольги к подложке (основе) таким образом, что слой "поглотителя" представляет собой наружный слой.
В другом конкретном примере осуществления защитного элемента согласно настоящему изобретению интерференционные устройства изготовлены из оптикопеременных пигментов, находящихся в составе соответствующих типографских красок или композиций покрытий, которые наносят на защищаемый документ или товар. В случае интерференционных устройств типа металл-диэлектрик оптикопеременные пигменты могут включать последовательность слоев "поглотитель / диэлектрик / отражатель / диэлектрик / поглотитель", в которой слой отражателя может дополнительно включать внутренние слои.
В другом конкретном примере осуществления оптикопеременный пигмент введен в состав полимерной фольги, что приводит к получению оптикопеременной фольги другого типа. В этом случае оптикопеременный пигмент может быть введен в полимерную массу, используемую для отливки фольги, и ориентирован посредством регулируемого натяжения фольги (например, посредством каландрирования). В альтернативном варианте оптикопеременный пигмент может быть получен ламинированием между двумя слоями полимерной фольги с образованием одного слоя оптикопеременной фольги.
Для получения защитного элемента согласно настоящему изобретению также может быть применена комбинация типографских красок или покрытий, включающих оптикопеременные пигменты, фольгу, содержащую оптикопеременный пигмент, и несколько слоев оптикопеременной фольги, при условии, что выполняется условие согласования по спектру.
Кроме того, защитный элемент может быть изготовлен в или на прозрачной или полупрозрачной подложке для сквозного рассмотрения или на непрозрачной подложке для рассмотрения в виде отражения.
В частности, защитный элемент согласно настоящему изобретению может быть изготовлен в виде оптикопеременных печатных знаков, нанесенных типографской краской на подложку, слоев оптикопеременной фольги, закрепленных на подложке, защитных нитей, введенных в подложку, или прозрачных окошек в подложках.
Изобретение также относится к способу получения парного оптикопеременного защитного элемента, который включает следующие этапы:
low
1
2
- нанесение на подложку (S) первого оптикопеременного интерференционного устройства, включающего первый диэлектрик с более низким показателем преломления (n), для которого максимум отражения k-го порядка (k), полученный при перпендикулярном падении света, имеющего первую длину волны (λ), при скользящем падении света сдвигается к максимуму отражения света, имеющего вторую, более короткую длину волны (λ);
high
3
4
- нанесение на ту же подложку (S) второго оптикопеременного интерференционного устройства, включающего второй диэлектрик с более высоким показателем преломления (n), для которого тот же максимум отражения k-го порядка (k), полученный при перпендикулярном падении света, имеющего третью длину волны (λ), при скользящем падении света сдвигается к максимуму отражения света, имеющего четвертую, более короткую длину волны (λ);
и при этом первое и второе оптикопеременные устройства выбраны таким образом, что диапазон, перекрываемый волнами третьей и четвертой длины второго устройства, находится внутри диапазона, перекрываемого волнами первой и второй длины первого устройства.
Первое и второе оптикопеременные интерференционные устройства включают одинаковые полуволновые или четвертьволновые конструкции и предпочтительно расположены таким образом, что они могут быть рассмотрены (т.е. видимы пользователем) совместно.
Парный оптикопеременный защитный элемент согласно настоящему изобретению может быть применен для защиты от подделки документа, например банкноты, ценной бумаги, удостоверения личности, пропуска, этикетки или акцизной марки (штампа об акцизном сборе), а также для маркировки товара.
Изобретение также относится к документу с защитой, например, банкноте, ценной бумаге, удостоверению личности, пропуску или акцизной марке (штампу об акцизном сборе), который включает парный оптикопеременный защитный элемент согласно настоящему изобретению.
low
1
2
high
3
4
Настоящее изобретение также относится к комплекту, включающему первое и второе оптикопеременные интерференционные устройства, образующие парный оптикопеременный защитный элемент, и при этом первое оптикопеременное интерференционное устройство включает первый диэлектрик с более низким показателем преломления (n), для которого максимум отражения k-го порядка (k), полученный при перпендикулярном падении света, имеющего первую длину волны (λ), при скользящем падении света сдвигается к максимуму отражения света, имеющего вторую, более короткую длину волны (λ), а второе оптикопеременное интерференционное устройство включает второй диэлектрик с более высоким показателем преломления (n), для которого тот же максимум отражения k-го порядка (k), полученный при перпендикулярном падении света, имеющего третью длину волны (λ), при скользящем падении света сдвигается к максимуму отражения света, имеющего четвертую, более короткую длину волны (λ), и при этом диапазон, перекрываемый волнами третьей и четвертой длины второго устройства, находится внутри диапазона, перекрываемого волнами первой и второй длины первого устройства.
В частности, первое и второе оптикопеременные интерференционные устройства могут быть выбраны из группы, состоящей из оптикопеременной фольги, оптикопеременных нитей и оптикопеременных окошек.
low
1
2
high
3
4
Изобретение дополнительно относится к комплекту, включающему первую и вторую оптикопеременные композиции покрытий, в частности, типографских красок, для получения парного оптикопеременного защитного элемента, в котором первая композиция покрытия содержит первый оптикопеременный интерференционный пигмент, включающий первый диэлектрик с более низким показателем преломления (n), для которого максимум отражения k-го порядка (k), полученный при перпендикулярном падении света, имеющего первую длину волны (λ), при скользящем падении света сдвигается к максимуму отражения света, имеющего вторую, более короткую длину волны (λ), а вторая композиция покрытия содержит второй оптикопеременный интерференционный пигмент, включающий второй диэлектрик с более высоким показателем преломления (n), для которого тот же максимум отражения k-го порядка (k), полученный при перпендикулярном падении света, имеющего третью длину волны (λ), при скользящем падении света сдвигается к максимуму отражения света, имеющего четвертую, более короткую длину волны (λ), и при этом диапазон, перекрываемый волнами третьей и четвертой длины второго пигмента, находится внутри диапазона, перекрываемого волнами первой и второй длины первого пигмента.
В частности, первая и вторая оптикопеременные композиции покрытий могут быть выбраны из группы, состоящей из типографских красок для трафаретной печати, типографских красок для глубокой печати с медной печатной формы и типографских красок для глубокой печати.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 показано получение наблюдаемого цвета и цветового сдвига в примере многослойной пачки поглотитель / диэлектрик / отражатель/ тонкая пленка, которая может быть применена согласно настоящему изобретению.
На Фиг.2 показан физический принцип работы защитного элемента согласно настоящему изобретению:
2
a) спектр интерференционной пачки типа металл-диэлектрик Cr/MgF/Al при перпендикулярном падении света;
2
3
b) спектр интерференционной пачки типа металл-диэлектрик Cr/YO/Al при перпендикулярном падении света;
2
3
c) спектр интерференционной пачки типа металл-диэлектрик Cr/YO/Al при скользящем падении света;
2
d) спектр интерференционной пачки типа металл-диэлектрик Cr/MgF/Al при скользящем падении света.
На Фиг.3 схематически показан парный оптикопеременный защитный элемент согласно настоящему изобретению, изготовленный из первого (правая часть изображения) и второго (левая часть изображения) интерференционных устройств:
a) парный защитный элемент, наблюдаемый при перпендикулярном падении света (90°): левая и правая части имеют разные цвета;
b) парный защитный элемент, наблюдаемый при падении света под углом 45°: левая и правая части имеют одинаковый цвет;
с) парный защитный элемент, наблюдаемый при падении света под углом 30°: левая и правая части имеют разные цвета.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ
ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ, И ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже изобретение описано со ссылками на чертежи и некоторые иллюстративные примеры осуществления.
0
1
2
3
1
3
На Фиг.1 показано получение наблюдаемого цвета и цветового сдвига в примере многослойной пачки поглотитель / диэлектрик / отражатель/ тонкая пленка, которая может быть использована согласно настоящему изобретению: слой (R) отражателя, который может иметь внутреннюю слоистую структуру, содержит по меньшей мере один слой (D) диэлектрика, на внешней поверхности которого, в свою очередь, находится слой (А) поглотителя. Падающий свет (I), попадающий на устройство под углом падения θ, расщепляется в слое (А) поглотителя на первичный отраженный луч (I) и первичный прошедший луч (I); последний проходит через слой (D) диэлектрика под углом падения θ', изменившимся при преломлении, отражается от слоя (R) отражателя, проходит обратно через слой (D) диэлектрика и слой (А) поглотителя и, наконец, выходит из устройства в виде вторичного отраженного луча (I) под углом θ. Первичный отраженный луч (I) и вторичный отраженный луч (I) интерферируют друг с другом, приводя к частичному или полному погашению волн определенной длины, без изменения света, имеющего волны других длин (гасящая и усиливающая интерференция), что приводит к появлению цвета благодаря селективному отражению определенных частей спектра белого света.
Примеры диэлектрических материалов, подходящих для получения интерференционного устройства полностью диэлектрической конструкции или конструкции типа металл-диэлектрик, известны специалистам в данной области техники и имеются в специальной литературе, например, в публикации Н. Angus Macleod, "Thin-Film Optical Filters, третье издание, Глава 15; ниже, в Таблице 2, приведены оптические параметры некоторых примеров диэлектрических материалов, подходящих для осуществления настоящего изобретения.
Таблица 2
Данные взяты из публикации М. Ohring, The Material Science of Thin Films, Academic Press, Inc.. Boston, 1992
Композиция
Плотность упаковки
Диапазон пропускания (мкм)
Показатель преломления
NaF
1
0,15-14
1,3
LiF
1
0,10-8
1,3
CaF<sub>2</sub>
0,57-1,00
0,15-12
1,23-1,46
А1F<sub>3</sub>
0,64
0,2-14
1,23
MgF<sub>2</sub>
0,72-0,80
0,11-4
1,32-1,39
LaF<sub>3</sub>
0,80
0,25 - 2
1,55
CeF<sub>3</sub>
0,80
0,3-5
1,63
SiO<sub>2</sub>
0,9
0,2-9
1,45
А1<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1
0,2-7
1,54
MgO
1
0,2-8
1,7
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1
0,3-12
1,89
Lа<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1
0,3-12
1,98
CeO<sub>2</sub>
1
0,4-12
2,2
ZrO<sub>2</sub>
0,67
0,34-12
1,97
ZnO
1
0,4-3
2,1
TiO<sub>2</sub>
1
0,4-3
1,9
Как известно специалистам в данной области техники, оптикопеременные тонкопленочные интерференционные устройства, имеющие полностью диэлектрическую или металл-диэлектрическую конструкцию, могут быть получены последовательным (послойным) физическим осаждением из газовой фазы (physical vapor deposition, английское сокращение PVD) различных материалов, составляющих тонкопленочное устройство, на подходящую несущую подложку, как, например, описано в патентных публикациях US 4705356; US 4838648; US 4930866; US 5084351; US 5214530; US 5278590; EP 0227423 В и ЕР 366380 B1, а также в родственных им документах.
Носитель предпочтительно представляет собой гибкое полотно, например, фольгу из полиэтилентерефталата (ПЭТ), покрытую разделительным слоем. Осаждение из газовой фазы может быть выполнено способом с рулона на рулон с помощью машины для нанесения покрытия в высоком вакууме. Материалы подвергают испарению, используя специфичные для материала подходящие источники испарения и способы, известные специалистам в данной области техники, например, распыление, реактивное распыление, магнетронное распыление, термическое испарение и испарение под действием электронного пучка или лазерного луча.
2
2
Другие способы осаждения слоев тонкопленочных устройств включают химическое осаждение из газовой фазы (английское обозначение: chemical vapour deposition, сокращение: CVD) и нанесение покрытия мокрым способом, в частности, нанесение покрытия золь-гелевым способом. В то время как при физическом осаждении из газовой фазы (PVD), осаждаемый материал просто испаряется из источника и конденсируется на подложке, химическое осаждение из газовой фазы (CVD) подразумевает химическую реакцию одного или более соединений-предшественников на (обычно нагреваемой или активированной другим способом) поверхности подложки. Граничный случай реактивного распыления, в котором материал-предшественник (например, Ti) распыляют из источника, и он вступает в реакцию с присутствующей газовой фазой (например, О) под уменьшенным давлением, осаждаясь на подложке в виде продукта реакции (например, ТiO), далее считается физическим осаждением из газовой фазы, поскольку он происходит в условиях, подобных условиям проведения способа PVD, и приводит к осаждению, подобному осаждению PVD.
Холестерические жидкокристаллические пленки описаны в патентных публикациях WO 9409086 А1, ЕР 0601483 А1, US 5502206, ЕР 0661287 В1, ЕР 0686674 В1, US 5683622, ЕР 0709445 В1, ЕР 0712013 А2, WO 9729399 А1, ЕР 0875525 А1, ЕР 0885945 А1, а также в родственных им документах, известных специалистам в данной области техники. Такую фольгу получают нанесением на фольгу-носитель покрытия из смеси полимеризуемого предшественника холестерического жидкого кристалла, с последующей ориентацией жидкого кристалла, находящегося в холестерической фазе, при подходящей температуре, и его фиксации посредством полимеризации, например, отверждением под действием УФ-излучения. Соответствующие холестерические жидкокристаллические полимерные (ХЖКП) пигменты получают из такой фольги измельчением до частиц требуемого размера. Композиции покрытий, содержащих такие пигменты, описаны в патентных публикациях US 5807497, ЕР 0758362 А1, WO 9532247 A1, EP 0887398 A1, а также в родственных им документах, известных специалистам в данной области техники.
Показатель преломления холестерического жидкокристаллического полимера может быть изменен подходящим выбором его химических свойств. Известно, что в подходящих условиях холестерические фазы образует большое количество сшиваемых мономеров и олигомеров, и эти фазы могут быть "заморожены" в определенном состоянии при помощи реакций образования поперечных связей, протекающих при инициировании излучением или другим агентом. Мономеры и олигомеры, не содержащие ароматических остатков, подобных бензолу, нафталину и другим сопряженным циклам, образуют холестерические жидкокристаллические полимеры 'с низким показателем преломления. Примеры жидкокристаллических полимеров этого типа представляют собой жидкокристаллические полимеры, полученные из холестерина. С другой стороны, мономеры и олигомеры, содержащие ароматические остатки, подобные бензолу, нафталину и другим сопряженным циклам, образуют холестерические жидкокристаллические полимеры с высоким показателем преломления. Примеры жидкокристаллических полимеров этого типа представляют собой полимеры, описанные в патентных публикациях ЕР 0685749 В и ЕР 0760836 В.
В одном из особых примеров осуществления используют фольгу-носитель с заранее нанесенным выпуклым рельефом и разделительным слоем, например, изготовленную из ПЭТ. Нанесение выпуклого рельефа выполняют при помощи нагреваемой прокладки для тиснения, известной специалисту в области техники изготовления поверхностных голограмм. Выпуклый рельеф, нанесенный на фольгу-носитель, затем воспроизводится оптикопеременным многослойным интерференционным устройством, которое наносят осаждением из газовой фазы на фольгу-носитель, или жидкокристаллической пленкой, наносимой на такую фольгу-носитель.
Фольга-носитель с покрытием из оптикопеременного интерференционного устройства также может быть превращена, в соответствии с известными процедурами, в фольгу для переноса изображения горячим или холодным тиснением для защиты документов от копирования.
Тем не менее, наиболее предпочтительно, пленку оптикопеременного интерференционного устройства отделяют от фольги-носителя и измельчают с образованием пигмента, получая частицы пигмента, толщина которых составляет от 200 нм до 3000 нм, предпочтительно от 400 нм до 5000 нм, и диаметр частиц составляет от 5 до 50 микрометров. Такое измельчение удобно проводить в струйной мельнице, после чего полученные частицы предпочтительно разделяют на фракции подходящих размеров.
Полученный оптикопеременный пигмент предпочтительно вводят в состав типографской краски, которая, наряду с по меньшей мере одним органическим полимером или полимерным предшественником, применяемым в качестве связующего вещества, может включать, если это возможно, в количествах, составляющих от 1% до 25% масс., пигменты других типов, в частности, частицы с покрытием и/или радужные пигменты, традиционно применяемые красители, неорганические и органические пигменты для печати, например, описанные в публикации О. Luckert, Pigment+Fullstoff Tabellen, пятое издание, Laatzen, 1994, a также наполнители, добавки, улучшающие реологию, растворители, фотосенсибилизаторы и сиккативы (осушители). В типографской краске также могут присутствовать другие защитные материалы, например, магнитные пигменты, люминесцентные пигменты или красители, пигменты или красители, поглощающие ИК-излучение, и т.д.
Композицию типографской краски предпочтительно готовят для нанесения способом трафаретной печати, например, ее вязкость при 40°С находится в диапазоне от 0,5 до 2 Па·с; тем не менее, другие предпочтительные варианты включают типографские краски для глубокой печати с медных печатных форм, вязкость которых при 40°С находится в диапазоне от 2 до 20 Па·с, и типографские краски для флексографической глубокой печати, вязкость которых при 40°С находится в диапазоне от 0,1 до 0,5 Па·с. Изготовление таких типографских красок известно специалистам в данной области техники.
Полученные оптикопеременные типографские краски могут быть использованы для печати знаков на защищаемом изделии, например, документе с защитой, и при этом такие знаки изготавливают в виде парного оптикопеременного устройства таким образом, что они могут быть рассмотрены (т.е. видимы пользователем) совместно. Полученный таким образом оптикопеременный защитный элемент легко различим человеческим глазом, например, сравнением обоих оптикопеременных устройств, образующих парный оптикопеременный элемент, и проверкой под определенным углом падения света, при котором они имеют одинаковые спектральные характеристики отражения или пропускания. Такое сравнение действительно не зависит от условий освещения и позволяет с помощью простого визуального исследования определять аутентичность документа, на который нанесен парный оптикопеременный защитный элемент согласно настоящему изобретению.
В другом примере осуществления настоящего изобретения применяют магнитный оптикопеременный пигмент (например, описанный в патентных публикациях US 4838648 или ЕР 366380 В1), и при этом частицы магнитного пигмента в типографской краске дополнительно ориентируют (например, в соответствии с описанием ЕР 641624 В1), во время или по завершении печати, приложением соответствующего магнитного поля, и положения ориентированных таким образом частиц затем фиксируют отверждением типографской краски. Предпочтительно, в этом случае применяют типографские краски, отверждаемые под действием УФ-излучения; такие краски могут быть получены способами, известными специалистам в данной области техники.
ПРИМЕР
Первое и второе оптикопеременные интерференционные устройства были получены последовательным физическим осаждением из газовой фазы разных слоев, каждый из которых представлял собой симметричную полуволновую интерференционную конструкцию типа металл-диэлектрик, на фольгу-носитель из ПЭТ с разделительным слоем.
2
2
3
Хром (Сr), фторид магния (MgF; n=1,35), оксид иттрия (YO, n=1,89) и алюминий (Al) были осаждены способом, известным специалистам в данной области техники и описанным в цитируемой литературе, при помощи испарения из источников под действием электронного пучка в высоком вакууме.
Первое устройство
Симметричная конструкция поглотитель / диэлектрик / отражатель / диэлектрик / поглотитель включала следующую последовательность слоев:
1. Слой поглотителя: Сr, 3,5 нанометров
2
2. Слой диэлектрика: MgF, 490 нанометров (n=1,35)
3. Слой отражателя: Al, 40 нанометров
2
4. Слой диэлектрика: MgF, 490 нанометров (n=1,35)
5. Слой поглотителя: Сr, 3,5 нанометров
Конструкция, имеющая максимум отражения второго порядка (k=2) при 660 нм при перпендикулярном падении света, дает максимум отражения второго порядка при 445 нм при скользящем падении света. Цветовой сдвиг для первого интерференционного устройства - от зеленого (перпендикулярное падение) до фуксинового (скользящее падение).
Второе устройство
Симметричная конструкция поглотитель / диэлектрик / отражатель / диэлектрик/поглотитель включала следующую последовательность слоев:
1. Слой поглотителя: Сr, 3,5 нанометров
2
3
2. Слой диэлектрика: VО, 315 нанометров (n=1,89)
3. Слой отражателя: Al, 40 нанометров
2
3
4. Слой диэлектрика: VО, 315 нанометров (n=1,89)
5. Слой поглотителя: Сr, 3,5 нанометров
Конструкция, имеющая максимум отражения второго порядка (k=2) при 660 нм при перпендикулярном падении света, дает максимум отражения второго порядка при 510 нм при скользящем падении света. Цветовой сдвиг для второго интерференционного устройства - от пурпурного (перпендикулярное падение) до зеленого (скользящее падение).
Физический принцип работы парного оптикопеременного защитного элемента согласно настоящему изобретению рассмотрен ниже со ссылками на сопроводительные Фиг.2 и Фиг.3.
2
1
2
При перпендикулярном падении света (Фиг.3а, справа), интерференционная пачка типа металл-диэлектрик Cr/MgF/Al первого устройства имеет спектр отражения, показанный на Фиг.2а, содержащий максимум отражения третьего порядка в сине-зеленой области при 500 нм. Максимум отражения (k) второго порядка находится в красной области при 660 нм (первая длина волны, λ). При наклоне первого устройства для получения скользящего падения света (Фиг.3с, справа), спектр на Фиг.2d, максимум отражения второго порядка перемещается в синюю область при 445 нм (вторая длина волны, λ).
2
3
3
4
При перпендикулярном падении света (Фиг.3а, слева), интерференционная пачка типа металл-диэлектрик Сr/VО/Аl второго устройства имеет спектр отражения, показанный на Фиг.2b, содержащий максимум отражения третьего порядка в оранжевой области при 600 нм (третья длина волны, λ). При наклоне второго устройства для получения скользящего падения света (Фиг.3с, слева), спектр на Фиг.2с, максимум отражения второго порядка перемещается в сине-зеленую область при 510 нм (четвертая длина волны, λ).
Таким образом, диапазон, перекрываемый волнами третьей и четвертой длины второго устройства, находится внутри диапазона, перекрываемого волнами первой и второй длины первого устройства. Вследствие этого имеется угол падения света или угол зрения, при котором пути прохождения цвета первого и второго устройств должны пересекаться; в этой точке пересечения спектры, и, таким образом, цвета обоих устройств оказываются одинаковыми и не зависящими от условий освещения.
В предлагаемом примере точка пересечения находится при угле зрения или падения света 9, составляющем 40°, где оба оптические интерференционные пути прохождения через слой диэлектрика первого и второго интерференционных устройств равны. Максимум отражения второго порядка находится при 545 нм, и оба устройства имеют одинаковый травянисто-зеленый интерференционный цвет (Фиг.3b).
Полученные таким образом интерференционные устройства могут быть превращены в фольгу для тиснения и вместе образовывать комплект, включающий первое и второе оптикопеременные интерференционные устройства, образующие парный оптикопеременный защитный элемент согласно настоящему изобретению.
В альтернативном варианте полученные интерференционные устройства могут быть удалены с фольги-носителя, измельчены с образованием частиц пигмента и превращены в типографские краски способами, известными специалистам в данной области техники и описанными в имеющихся источниках, и вместе образовывать комплект, включающий первую и вторую оптикопеременные композиции покрытий для получения парного оптикопеременного защитного элемента согласно настоящему изобретению.
Некоторые примеры составов типографских красок могут быть получены следующим образом:
Типографская краска для глубокой печати с медных печатных форм:
Продукт присоединения тунгового масла и малеиновой кислоты, модифицированный фенольной смолой, в высококипящем минеральном масле (PKWF 28/31)
35%
Жирная алкидная смола
7,50%
Алкилфенольная смола, модифицированная сырым тунговым маслом в растворителе для типографских красок 27/29
16%
Полиэтиленовый воск
3,30%
Aerosil 200 (Degussa-Huels)
2,00%
Оптикопеременный пигмент согласно изобретению
30%
Растворитель 27/29 для типографской краски (Shell Industrial Chemicals)
6%
Октоат кобальта (11% металла)
0,10%
Октоат марганца (10% металла)
0,10%
Типографская краска для шелкотрафаретной печати (сушка под действием УФ излучения):
Эпоксиакрилатный олигомер
40%
Триметилолпропан-триакрилатный мономер
10%
Трипропиленгликоль-диакрилатный мономер
10%
Genorad 16(Rahn)
1%
Aerosil 200 (Degussa-Huels)
1%
Irgacure 500 (CIBA)
6%
Genocure EPD (Rahn)
2%
Оптикопеременный пигмент согласно изобретению
20%
Dowanol PMA
10%
Типографская краска для флексографической печати (сушка под действием УФ излучения):
Уретан-акрилатный олигомер
40%
Пропоксилированный глицерин-триакрилатный мономер
10%
Трипропиленгликоль-диакрилатный мономер
15%
Florstab UV-1 (Kromachem)
1%
Оптикопеременный пигмент согласно изобретению
25%
Aerosil 200 (Degussa-Huels)
1%
Irgacure 500 (CIBA)
6%
Genocure EPD (Rahn)
2%
Парный оптикопеременный защитный элемент согласно настоящему изобретению может быть напечатан с помощью соответствующего комплекта таких типографских красок в виде знаков на документе с защитой, например, банкноте, ценной бумаге, удостоверении личности, пропуске, этикетке или акцизной марке (штампе об акцизном сборе), или на коммерческом товаре.
На основании своих технических знаний, содержания цитируемых документов предшествующего уровня техники и предлагаемого описания, специалист в данной области техники может создать дополнительные примеры осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено ни приведенными примерами поглотительных, отражательных и диэлектрических материалов, ни приведенными примерами интерференционных конструкций, но может быть осуществлено с использованием других материалов и интерференционных конструкций, при условиях соблюдения изложенных выше принципов.