CN106232373B - 用于安全文件的体积全息图 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种产生包括体积全息图的安全文件的方法，所述方法包括以下步骤：将光敏材料施加到衬底的第一表面上、在所述第一表面的第一区域之中；以及以图案化的辐射来辐照所述光敏材料，所述图案化的辐射被配置成用于在所述光敏材料内记录体积全息图。

Description

用于安全文件的体积全息图
技术领域
本发明大体上涉及了用于文件、例如钞票的光学元件，此类光学元件提供呈体积全息视觉效应形式的安全效应。
背景技术
使用全息图作为安全元件在安全文件(诸如钞票、护照、支票、股票等等)领域中是广为接受的。对于仿造者来说，全息图复制起来可能不难，因为它们相对为人熟知，并且相对很好理解。
为了降低仿造风险，在全息图的领域中已经做出许多改进。然而，这些技术改进通常是在与薄全息图有关的方面。在研究了厚全息图(常称体积全息图)的情况下，技术改进已涉及到用于附接(例如通过热印)到安全文件的箔。
将箔热印到安全文件上的方法具有若干缺点。一个缺点在于，箔可能易于从安全文件上移除，这可能有助于复制，并且此外还可能过早地结束安全文件的有效期(这在钞票领域尤其重要)。另一问题在于，箔设计可能限制可与钞票一起使用的不同设计的范围。另一缺点在于，需要对应于在箔上形成全息图并且将箔印到安全文件上的多个步骤。
一些安全文件应用需要最小厚度施加特征。箔和体积全息图的组合厚度在许多情况下可能造成具有大于适合用于安全文件的组合厚度的安全元件。
发明内容
因此，将会需要提供克服以上所指出的问题的体积全息图安全元件的产生。
根据本发明的第一方面，提供一种产生包括体积全息图的安全文件的方法，所述方法包括以下步骤：将光敏材料施加到衬底的第一表面上、在所述第一表面的第一区域之中；以及以图案化的辐射来辐照所述光敏材料，所述图案化的辐射被配置成用于在所述光敏材料内记录体积全息图。
优选地，使用印刷和/或压印方法来施加所述光敏材料。印刷和/或压印实现各种优点，例如，与安全文件的其他印刷和/或压印特征配准和/或复杂形状形成。
在实施方案中，所述方法包括以下另一步骤：将保护覆层施加到所述光敏材料的面向外的表面。可以在利用图案化的辐射对所述光敏材料进行所述辐照后施加所述保护涂层。
所述衬底优选地由聚合材料形成，所述聚合材料优选地是双轴取向的聚丙烯(BOPP)。还优选地，所述光敏材料是可印光聚合物。
任选地，一旦施加后，所述光敏材料包括基本上平坦的面向外的表面。所述光敏材料优选地不大于约20微米厚，更优选地不大于约10微米厚。
在替代选项中，一旦施加后，所述光敏材料包括不平坦的面向外的表面，使得除了提供体积全息图之外，所述光敏材料还会提供另一光学效应。优选地，使所述面向外的表面被形为微透镜的布置，或成形为衍射光栅。有利地，这个选项实现通常使用可辐射固化的油墨来形成的已知光学效应与记录到光敏材料之中的体积全息效应的组合。这个选项可尤其适用于将光聚合物用作光敏材料的实施方案。
所述光敏材料的最小厚度为优选足以记录体积全息图。
在实施方案中，所述方法包括以下步骤：将第一不透明层施加到所述第一表面，所述第一不透明层在第一窗口区域中省略，其中所述光敏材料是位于所述第一窗口区域内。所述第一窗口区域的面积可以大于、等于或小于所述光敏材料的面积。优选地，以配准的方式施加所述第一不透明层和所述光敏材料，使得所述第一窗口区域与所述光敏材料配准。所述实施方案可以包括以下步骤：将第二不透明层施加到所述衬底的第二表面。所述第二不透明层可配置成部分或完全地覆盖所述光敏材料，使得在所述第二不透明层覆盖所述光敏材料情况下，所述体积全息图仅从所述第一表面可见。或者，所述第二不透明层可以在第二窗口区域中省略，其中所述光敏材料是透过所述第二不透明层的所述第二窗口区域可见。优选地在利用图案化的辐射来进行的所述辐照后施加所述不透明层或是每个不透明层。
任选地，底涂剂层被施加到所述第一表面，使得所述光敏材料被施加到所述底涂剂层。一个优选底涂剂材料是聚乙烯亚胺。
任选地，图案化的辐射是由一个或多个激光器提供。可部分地通过将激光辐射反射离对象来形成所述图案化的辐射和/或可部分地通过提供主全息图来形成所述图案化的辐射。优选地，所述图案化的辐射包括选自可见光谱、红外光谱和紫外光谱的一个或多个的波长。
根据本发明的另一方面，提供一种安全文件，所述安全文件包括衬底，所述衬底具有施加到第一表面的第一不透明层，所述第一不透明层包括第一窗口区域，体积全息图是位于所述第一窗口区域中，所述体积全息图是由施加到所述第一表面的光敏材料形成。
所述光敏材料可以直接地施加到所述第一表面。或者，所述衬底可以包括底涂剂层，并且所述光敏材料直接地施加到所述底涂剂层。
任选地，所述衬底具有施加到第二侧的第二不透明层。所述第二层可以部分或完全地覆盖所述体积全息图。或者，所述第二层可以包括第二窗口区域，所述第二窗口区域基本上与所述体积全息图所位于的所述第一窗口区域配准，使得所述体积全息图位于所述安全文件的窗口中。
根据本发明的另一方面，提供一种安全文件，所述安全文件根据第一方面的方法来产生的。
一种根据本发明的一方面的安全文件优选地是钞票。
安全文件或代价券
如本文所使用，术语“安全文件和代价券”包括所有类型有价值的文件和代价券以及身份文件，包括但不限于以下各项：货币物品(诸如钞票和硬币)、信用卡、支票、护照、身份证、证券和股票、驾驶证、房产证、旅游证件(诸如飞机票和火车票)、进出卡和票、出生、死亡和结婚证明，以及成绩单。
本发明尤其地但非排他地适用于由施加有一个或多个印刷层的衬底形成的安全文件和代价券(诸如钞票)或者身份文件(诸如身份证或护照)。本文中描述的元件还可应用在其他产品(诸如包装)中。
安全元件或特征
如本文所使用，术语“安全元件或特征”包括旨在保护安全文件或代价券免于被仿造、复制、变更或篡改的大量安全元件、器件或特征的任一者。安全元件或特征可设置在安全文件的衬底中或上，或者设置在施加到基础衬底的一个或多个层中或上，并且可以采用各种形式，诸如：嵌入到安全文件的层中的安全线；安全油墨，诸如荧光、发光和磷光油墨、金属油墨、珠光油墨，光致变色、热致变色、水致变色和压致变色油墨；印刷且压印的特征，包括浮雕结构；干涉层；液晶元件；透镜以及双凸透镜结构；光学可变元件(OVD)，诸如衍射元件，包括衍射光栅、全息图和衍射光学器件(DOE)。
衬底
如本文所使用，术语“衬底”是指基材，安全文件或代价券(token)是由基材形成。所述基材可为纸或其他纤维材料，诸如：纤维素；塑料或聚合材料，包括但不限于聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；或者两种或更多种材料的复合材料，诸如纸和至少一种塑料材料的层合物，或两种或多种材料的层合物。
透明的窗口和半窗
如本文所使用，术语“窗口”是指相较施加有印刷的基本上不透明区域来说，安全文件中的透明或半透明区域。窗口可以是完全透明的，使得基本不会影响光的透射，或者它部分地可以是部分透明或半透明的，从而允许光的透射，而不允许透过窗口区域清楚看到对象。
窗口区域可以形成在聚合安全文件中，所述聚合安全文件通过省略在形成窗口区域的区域中的至少一个不透明层，具有施加到透明聚合衬底的至少一侧的至少一层透明聚合材料和一个或多个不透明层。如果不透明层被施加到透明衬底两侧，那么完全透明窗口可通过省略窗口区域中的透明衬底两侧上的不透明层来形成。
部分透明或半透明区域(以下称为“半窗”)可以形成在聚合安全文件中，所述聚合安全文件通过省略在窗口区域中的安全文件的仅仅一侧上的不透明层以使得“半窗”并非完全透明但允许一定的光穿过而不允许透过半窗清楚看到对象，在两侧上具有不透明层。
或者，衬底有可能由基本上不透明材料(诸如纸或纤维材料)形成，其中透明塑料材料的插入件插入到纸或纤维材料中的切口或是凹口中，以便形成透明窗口或半透明半窗区域。
不透明层
一个或多个不透明层可施加到透明衬底，以便增加该安全文件的不透明度。不透明层使得LT<L0，其中L0是入射在文件上的光量，并且LT是透射过文件的光量。不透明层可以包括各种不透明的涂层中的任一个或多个。例如，不透明的涂层可以包含分散在热活化可交联聚合材料的粘合剂或载体内的颜料，诸如二氧化钛。或者，透明塑料材料衬底可以夹在可随后印刷或以其他方式施加有标记的纸或其他部分或基本上不透明的材料的不透明层之间。
折射率
介质的折射率n是真空中的光速与介质中的光速的比率。
附图说明
本发明的实施方案现将参考附图进行描述。将会了解，实施方案仅以说明方式给出，并且本发明不限于这个说明。在附图中：
图1示出安全文件，所述安全文件包括具有体积全息图和任选安全特征的安全元件；
图2a示出衬底；
图2b示出衬底，所述衬底包括施加到衬底的第一表面的区域的光敏材料(OSM)；
图2c示出位于安全文件的半窗区域内的安全元件；
图2d示出位于安全文件的窗口区域内的安全元件；
图2e示出位于窗口区域内的安全元件和位于半窗区域内的任选安全特征；
图3示出入射到OSM的相对侧上的参考射束和成像射束；
图4示出用于记录体积全息图的装置；
图5a示出具有成形为微透镜的布置的面向外的表面的OSM；以及
图5b示出具有成形为衍射光栅的面向外的表面的OSM。
具体实施方式
参考图1，示出安全文件2，所述安全文件包括优选地提供安全元件的功能的光学元件4，以及一个或多个任选安全特征6。任选安全特征6可为例如另外基于光的元件，诸如光学可变元件。光学元件4可位于安全文件2的窗口或半窗区域内。光学元件4是提供视觉效应的体积全息图。
现在参考图2a至图2e，示出一种产生包括对应于体积全息图的光学元件4的安全文件2的方法。最初，提供衬底8(图2a)。衬底8可以是例如基于双轴取向的聚丙烯(BOPP)的聚合物衬底。这个衬底8通常是透明或半透明的。光敏材料(OSM)10直接地施加到衬底的表面的区域，如图2b所示(任选保护涂层15描述如下)。
在实施方案中，OSM 10使用印刷和/或压印技术施加。然而，可以利用适于将OSM10直接地施加到衬底8的表面的区域上的其他印刷方法。OSM 10是适于记录体积全息图的可印光聚合物。
一种允许准确配准的印刷形式是同步(Simultan)印刷。其他合适印刷/压印形式包括照相凹版印刷和凹版印刷。这些印刷和/或压印技术还允许了准确配准。
OSM 10与衬底8之间的配准可有益地提供用于确保以连续印刷方法将OSM 10施加在多个衬底的每个衬底8的基本上相同的区域中的手段。印刷和/或压印技术还允许了与对应于窗口或半窗的区域的准确配准。
图2c至图2e示出安全文件2的不同实施方案，所述安全文件包括OSM 10、第一不透明层12和第二不透明层14。不透明层12、14可使用已知印刷技术(诸如照相凹版印刷)来施加，并且可施加来形成与OSM 10配准的半窗或全窗区域。
图2c对应如下实施方案：第二不透明层14被施加到衬底8的光学器件4所位于的区域，使得光学器件4位于安全文件2的半窗区域16内。在这个实施方案中，体积全息图将从安全文件2一侧可见。
图2d对应如下实施方案：第二不透明层14在光学器件4所位于的区域中省略，使得光学器件4位于安全文件2的全窗区域18内。在这个实施方案中，体积全息图可从安全文件2的一侧或两侧可见，这取决于体积全息图配置。
还有可能的是，在图2c的半窗16中或在图2d的全窗区域18内，在衬底8的与OSM 10相对的位置上设置另一体积全息图或其他光学可变特征。
图2e对应如下实施方案：光学器件4位于安全文件2的窗口区域18内，并且任选安全特征6位于半窗区域20内(但应理解，任选安全特征6可以位于窗口区域中)。任选安全特征6的半窗区域20(或等效地窗口区域)可与光学器件4的窗口区域18或半窗区域16相接或分开。
虽然在图2c至图2e中的每者中示出两个不透明层12、14，但是应设想到，可仅施加一个不透明层12或14。还有可能的是，将多于一个不透明层提供在衬底8的一侧或两侧，和/或使不透明层12、14的厚度变化例如以便形成阴影图像。此外，虽然第一不透明层14示为与OSM 10接触，但是OSM 10可能是位于第一不透明层12内，但不邻接所述第一不透明层。不透明层12、14允许将例如图像和/或图案印刷在衬底8上。不透明层12、14可为适于后续印刷图像和/或图案和/或文本等的单色，例如白色。配准可以允许在OSM 10与任何图像和/或图案之间实现精确和/或恒定相对定位，使得所产生的每个安全文件2相同或是至少基本相同。
OSM 10可施加来使得OSM 10的平均和/或总体厚度不超过约20微米，优选地不超过约10微米。可能有利的是，提供适当薄的OSM 10，使得由OSM 10形成的光学器件4适合用于印刷进料。为了能够在OSM 10内记录体积全息图，存在适于OSM 10的最小厚度，所述最小厚度可例如通过经验和/或计算来确定。优选地，最小厚度使得所得的全息图并非“薄”全息图。OSM 10可以条或片的形式施加。或者，OSM 10可施加来使得具有不同的形状和/或大小的复杂形状得以限定。在一个实例中，OSM 10被打印以使得其限定了不包含体积全息图的内部区域。
在实施方案中，为有助于OSM 10的粘附，衬底8(至少在OSM的区域中)包括底涂剂层。底涂剂层优选地包括聚乙烯亚胺。底涂剂层还可包括交联剂，例如，多官能的异氰酸酯。适合用于本发明的其他的底涂剂实例包括：羟封端聚合物；羟封端聚酯基共聚合物；交联或未交联羟基丙烯酸酯；聚氨酯；UV固化阴离子或阳离子丙烯酸酯。合适的交联剂实例包括：异氰酸酯；聚氮丙啶；锆络合物；铝乙酰丙酮；三聚氰胺；以及碳二亚胺。底涂剂层本身可包括多个层。
在不透明层12、14被施加到衬底8前，OSM 10被暴露于图案化的辐射，优选地源自于激光器的图案化的辐射。或者，在施加不透明层12、14后，OSM 10可暴露于图案化的辐射，这在OSM 10位于安全文件2的窗口区域内时可为尤其适用的。OSM 10最初响应于入射光，其中OSM 10可对广泛范围的波长或是特定范围的波长是敏感的。所述波长可为例如在可见光谱、红外光谱和紫外光谱的一个或多个中。OSM 10被配置成用于记录辐射强度图案，但是反射率的局部变化与局部辐射强度成比例。
图案化的辐射可使用已知体积全息图准备技术来提供。一般来说，参考射束26和成像射束28被导向来诸如在OSM 10内形成干涉图案(干涉图案对应图案化的辐射)。参考图3和图4，这可通过将参考射束26导向到OSM 10的第一表面30上并将成像射束28导向到OSM10的第二表面32上实现，其中参考射束26或成像射束28被导向来穿过衬底8，由此形成反射型体积全息图。参考射束26对应直接地源自于激光器的相干辐射。成像射束28对应图案化的辐射。成像射束28的图案化的辐射通常是源自于与参考射束相同的相干的辐射源40，但是在入射到第二表面32上前，首先被反射或透射穿过主体积全息图，或替代地散射离开对象，如图4的装置中所示。装置还可包括分束器44，以及用于将参考射束26和/或成像射束28导向到OSM 10上的一个或多个反射镜46。
在替代布置中，参考射束26和成像射束28两者被导向到OSM 10的相同侧上，从而形成透照型体积全息图。具有在全窗中的光学器件4的实施方案(诸如图2d所示)可尤其适合于这种布置。
在入射相干辐射(即，参考射束)的透射或反射时，主体积全息图42将会产生对应于用来形成主体积全息图42的原始成像射束的成像射束28。因此，主体积全息图42形成与散射离开对象相同的成像射束28，其中对象与用于形成主体积全息图42的是相同对象。
一种用于将体积全息图记录到OSM 10中的示例性的技术是将入射参考射束26导向穿过OSM 10的第一表面28，并且提供与OSM 10的第二表面30相邻(直接相邻或者包括间距)的反射主体积全息图32。当参考射束26可从主体积全息图26反射时，它被有效地调制为成像射束28并且因反射而导向到第二表面28上。随后，这个成像射束28因参考射束26的干涉而能够在OSM 10内形成适当干涉图案。
体积全息图可为角度和波长相关的。因此，多个图像可以记录在OSM 10内，例如通过以不同波长的激光和/或以参考射束26的不同入射角度同时或顺序地辐照OSM 10而来记录。
OSM 10可以在暴露于图案化光的过程中脱敏，使得在已记录了体积全息图后，OSM10的光学特性不会发生另外变化。然而，在暴露于图案化光之后，可以包括漂白步骤，以便改进OSM 10的光学透明度。漂白步骤可对应于利用UV光来进行的辐照。
任选地，在记录干涉图案和/或使得OSM 10脱敏之前或之后，保护涂层15被施加到OSM 10。这在OSM材料的耐用性不足以来进行预期任务时是尤其有用的(例如，在与钞票一起使用时广泛使用)。保护涂层15应是透明或至少基本透明的，使得体积全息图质量不会因保护涂层15的存在而显著减少。或者，保护涂层15仅对所选波长是透明的，由此来充当滤波器。
为了增加体积全息光学效应的可见度，OSM 10可定位成邻近暗色背景，优选地是黑色背景。这个背景可通过将印刷贴片施加到衬底8来形成。
根据实施方案，OSM 10具有不平坦的面向外的表面。除了记录到OSM 10之中的体积全息图之外，这个布置可以提供用于相关另外光学效应。在一个实现方式中，OSM 10使用压印方法施加，并且压印工具包括不平轮廓，它将该不平轮廓的反转轮廓施加到OSM 10上。
图5a示出OSM 10，所述OSM被施加到衬底8，并且包括成形为微透镜的阵列的面向外的表面16a。OSM 10在这种情况下具有对空气或提供折射透镜效果所需要的施加到OSM10的保护涂层(未示出)来说充分不同的折射率。由此，OSM 10提供体积全息光学效应(体积全息图如本文所述的那样记录)和微透镜阵列效应两者。这样的微透镜可以许多已知方式利用，以对安全文件2提供另外安全，例如作为摩尔光学器件、对比度开关(contrastswitch)或集成成像器件的部分。OSM 10可定位成重叠印刷图案，所述印刷图案被配置成与微透镜相互作用来提供另外光学效应。合适印刷图案包括微图像的布置。
图5b示出OSM 10，所述OSM被施加到衬底8，并且包括成形为衍射光栅的面向外的表面16b，这种OSM可为薄全息图。类似于图5a，OSM 10具有对空气(如图所示)或提供衍射效果所需要的施加到OSM 10的保护涂层(未示出)来说充分不同的折射率。
在不背离本发明的范围的情况下，可以做出另外的修改和改进。例如，主体积全息图可以用基于衍射的光学器件(例如简单闪耀衍射光栅等等)替换。另一实施方案可利用双软压印技术以配准的方式将光敏材料压印在衬底每侧上。

Claims (23)

1.一种产生包括体积全息图的安全文件的方法，所述方法包括以下步骤：
a)使用印刷和/或压印方法将光敏材料施加到衬底的第一表面上、在所述第一表面的第一区域之中；
b)将第一不透明层施加到所述第一表面，所述第一不透明层在第一窗口区域中省略，其中所述光敏材料是位于所述第一窗口区域内；以及
c)以图案化的辐射来辐照所述光敏材料，所述图案化的辐射被配置成用于在所述光敏材料内记录体积全息图。
2.如权利要求1所述的方法，包括以下另一步骤：将保护涂层施加到所述光敏材料的面向外的表面。
3.如权利要求2所述的方法，其中在利用图案化光对所述光敏材料进行所述辐照后施加所述保护涂层。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述衬底是由聚合材料形成。
5.如前述权利要求1所述的方法，其中所述光敏材料是可印光聚合物。
6.如权利要求1所述的方法，其中一旦施加后，所述光敏材料包括基本上平坦的面向外的表面。
7.如权利要求1所述的方法，其中一旦施加后，所述光敏材料包括不平坦的面向外的表面，使得除了提供体积全息图之外，所述光敏材料提供另一光学效应。
8.如权利要求7所述的方法，其中使所述面向外的表面成形为微透镜的布置，或成形为衍射光栅。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述光敏材料具有不大于20微米的厚度。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述光敏材料的最小厚度为足以记录体积全息图。
11.如权利要求1所述的方法，其中以配准的方式施加所述第一不透明层和所述光敏材料，使得所述第一窗口区域与所述光敏材料配准。
12.如权利要求1或2所述的方法，包括以下步骤：将第二不透明层施加到所述衬底的第二表面。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述第二不透明层被配置成部分或完全地覆盖所述光敏材料，使得在所述第二不透明层覆盖所述光敏材料情况下，所述体积全息图仅从所述第一表面可见。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述第二不透明层在第二窗口区域中省略，其中所述光敏材料是透过所述第二不透明层的所述第二窗口区域可见。
15.如权利要求12所述的方法，其中在利用图案化的辐射来进行的所述辐照后施加所述不透明层或是每个不透明层。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括底涂剂层，使得所述光敏材料直接地施加到所述底涂剂层。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述底涂剂包括聚乙烯亚胺。
18.如权利要求1所述的方法，其中图案化的辐射是由一个或多个激光器提供。
19.如权利要求18所述的方法，其中至少部分地通过对对象的激光辐射的反射来形成所述图案化的辐射。
20.如权利要求18所述的方法，其中至少部分地通过提供主全息图来形成所述图案化的辐射。
21.如权利要求1所述的方法，其中所述图案化的辐射包括选自可见光谱、红外光谱和紫外光谱的一个或多个的波长。
22.如权利要求4所述的方法，其中，所述聚合材料是双轴取向的聚丙烯。
23.如权利要求9所述的方法，其中，所述光敏材料具有不大于10微米的厚度。
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