CZ20024211A3 - Opticky měnivá bezpečnostní značka a způsob její výroby - Google Patents

Description

Opticky měnivá bezpečnostní značka AOblast techniky

Vynález se týká opticky měnivé bezpečnostní značky pro použití například pro zabezpečení dokumentů a věcí proti padělání.

Dosavadní stav techniky

Použití optických tenkovrstvých struktur k zabránění padělám a nezákonného falšování je dnes v oboru dobře zavedeno. Viz například US-A3858977, US-A-4721217, US-A-4930866, US-A-4994314, US-A-5009486, EPA-0733919 a Dobrowolski, J. A., Ho, F. C., a Waldorf, A. J. Research on ThinFilm Anticounterfeiting coatings at the National Research Council of Canada, Applied Optics, svazek 28, ě. 14, str. 2702-2717, 1989. Tyto tenkovrstvé struktury, často nazývané optické multivrstvy, se obecně dělí do dvou typů; ty, které jsou čistě dielektrické, a ty, které jsou složeny ze střídajících se dielektrických (oxid kovu nebo polymer) a kovových vrstev. Ten druhý typ má výhodu vtom, že je průhledný, a proto je vhodný pro aplikace s převrstvováním, avšak vyžaduje minimálně pět vrstev, aby vznikla měňavá značka s přijatelným jasem a sytostí barev (nejlepšího efektu se dosáhne při umístění na tmavě zbarveném substrátu nebo pozadí). Zatímco kovová kombinace funguje dobře s pouhými 3 vrstvami, a proto je její výroba významně levnější. Avšak v obou případech je kvalita měnivosti multivrstvy silně ovlivněna technologií nanášení.

Přestože jsou opticky měnivé efekty vytvářené tenkovrstvými značkami atraktivní a výrazné, jsou poměrně prosté ve srovnám s hologramy nebo jinými opticky měnivými značkami založenými na difrakci (DOVID). Pro kompletní přehled různých technologií OVD (opticky měnivých značek) viz Optical Document Security, kapitola 11, vydavatel R.L.van Renesse. Při daném úhlu pohledu pozorovatel typicky vidí jednu barvu nebo odstín odrazu značky,

C2787

17.2.2003 •4 4444

4444 4444 4« 4 «4 44 4 4 4 4

444444 4 4 4 4

44» ·· 4» 4 444 W 4*4 zatímco nakláněním značky v podstatě v rovině odrazu se buď zvýší nebo sníží délka optické dráhy, kterou urazí světelné paprsky, když jsou odráženy ve vrstvách, což způsobí, že u značky dojde k barevnému posunu k výrazně odlišné barvě (v komerčním příkladech je typický posun z modrozelené do zlaté nebo z červené do zelené). Jejich vzhled může být důmyslnější, když se do nich včlení prvky grafické úpravy, například loga a alfanumerické znaky za použití technik jako je maskování (během stádia vakuové depozice) nebo ablace laserem za tvorby prázdných míst ve vrstvách, přestože toto významně zvyšuje výrobní cenu značky a jsou ve svém rozsahu omezené. Avšak v CA-A2,172,113, který popisuje používání technologie akrylátového monomeru vytvrditelného UV nebo elektronovými paprsky pro výrobu kovových reflexních filtrů: jsou popsány různé levné ne-vakuové metody k tvorbě vzorovaných změn v tloušťce akrylátové vrstvy, a tím vzorovaných oblastí relativního barveného posunu s pozadím nebo odstínem reflexního filtru. Přesto by se mělo poznamenat, že posouzení těchto metod silně naznačuje, že je možné jen celkem hrubé vzorování. V případě měňavých kovových reflexních filtrů byla také k tvorbě složitěji vzorovaných, a tím bezpečnějších OVD použita technika tvorby demetalizovaných tvarů nebo indicií v opakní kovové vrstvě za použití chemického leptadla.

Podstata vynálezu

Podle prvního aspektu tohoto vynálezu opticky měnivá bezpečnostní značka obsahuje tenko vrstvou strukturu reflexního filtru, která vykazuje první opticky měnivý efekt; a reliéfní strukturu na nebo v tenkovrstvé struktuře reflexního filtru, která vykazuje druhý opticky měnivý efekt.

Podle druhého aspektu tohoto vynálezu způsob výroby opticky měnivé bezpečnostní značky obsahuje opatření reliéfní struktury na nebo v tenkovrstvé

C2787

17.2.2003 ♦ ·· «· ·· • · » · -» β · « * · « • · · · ·· • · • *» struktuře reflexního filtru, přičemž reliéfní struktura a tenkovrstvá struktura reflexního filtru vykazují různý první a druhý opticky měnivý efekt.

My jsme vymysleli novou bezpečnostní značku, která má velmi charakteristický vzhled a díky kombinaci dvou různých technologií je přirozeně těžké ji padělat. Ve výhodných příkladech je bezpečnostní značka na bázi měňavého reflexního filtru vzorovaná grafickými prvky/oblastmi obsahujícími povrchové reliéfní struktury, kterým se v oboru často říká optická mikrostruktura, s výhodou difrakční nebo holografická mikrostruktura zejména proto, že difrakční měňavost prvního řádu má velmi odlišný vzhled oproti měňavosti, kterou vytváří tenkovrstvá interference (u mikrostruktury jsou barevné posuny nezrcadlové a vyvíjejí se mnohem rychleji se změnami s geometrií pohledu). Difrakční mikrostruktura ve vzorovaných oblastech také může vzniknout za účelem vykazování efektů čistých kinegrafických nebo prostorových pohybů při naklánění a rotaci značky.

Nyní by se mělo ocenit, že přestože tenkovrstvá měňavost a difrakce jsou obě jevem interference, měňavost prokazuje tento jev rozdělením amplitud, zatímco difrakce závisí na efektu rozdělení čela vlny. To znamená, že struktury mohou být kombinovány dvěma zásadně odlišnými způsoby: prvním způsobem je vyrobit bezpečnostní značku tak, aby světlo, které směřuje do oka pozorovatele, bylo podrobeno (a tím upraveno) rozdělením amplitudy i čela vlny (spojený systém), nebo vyrobit značku tak, aby pozorované světlo bylo upraveno pouze jedním z těchto efektů působícími odděleně (rozpojený systém).

Obrázek 1 znázorňuje pro jednoduchost průhlednou vrstvu 1 vloženou mezi poloprůhlednou kovovou vrstvu 2 a opakní kovovou vrstvu 3. Typicky je vrstva 2 částečně průhledný kovový potah, prostřední vrstva 1 je dielektrikum (oxid kovu nebo polymer) a vrstva 3 je opakní kovový potah (obvykle Al).

C2787

17.2.2003 • »· « · · 9 • · # » · · · 4 · * « t · · 4 4 4 · 4 « « 4 · 4 * « 4 4 4 4 * ·«···· ··«« “ »·« ·» «· ···« ·· ··

Když na první vrstvu 2 dopadá monochromatický paprsek 4 světla, jeho amplituda se rozpadne nebo rozdělí částečným odrazem: odražené čelo vlny bude šířit přímo k pozorovateli, zatímco druhý přenášený paprsek urazí délku optické dráhy 2nd cos Or, kde n je index lomu vrstvy 1 před výstupem z filmu a šířením se k pozorovateli (také to podstoupí dvojí absorpci při dvojím průchodu první kovovou vrstvou 2). Je jasné, že jestliže ta dvě čela vlny (nebo částečné amplitudy) jdoucí k pozorovateli mají konstruktivně interferovat, čímž by zesílily odrazívost tenkovrstvého systému při té vlnové délce, pak rozdíl dráhy mezi všemi odpovídajícími body na těch dvou čelech vlny musí být roven nějakému násobku celého čísla p dopadající vlnové délky.

Nyní může být snadno ukázáno, že tento rozdíl optické dráhy (OPD) je roven 2nd cos Or; proto se předpokládá, že na každém fázovém rozhraní je stejný reflexní fázový posun p, a pak je podmínka pro konstruktivní interferenci dána vztahem:

p λ = OPD = 2nd cos Or

Naopak jestliže dráhový rozdíl OPD mezi dvěma čely vlny je roven lichému násobku poloviny vlnové délky (tj. OPD = [p + 1/2] λ, pak budou interferovat destruktivně - čímž způsobí sníženou reflektanci při té konkrétní vlnové délce.

Pokud mát taková tenkovrstvá struktura fungovat efektivně jako měňavý reflexní filtr, pak jsou potřeba dvě věci: za prvé aby byly efekty konstruktivní a destruktivní interference optimalizovány za účelem dosažení vysokého stupně jasu a spektrální selektivity. Za druhé by se měla vlnová délka píku odrazívosti (tj. barva) tenkovrstvého systému viditelně měnit ve vhodné míře, když pozorovatel mění geometrii pohledu, tj. musí vykazovat jasné barevné posuny, když je rovina značky nakloněna o asi 10 stupňů v rovině odrazu (jak je vymezena zdrojem světla a pozorovatelem). První podmínka vyžaduje, aby

C2787

17.2.2003 «44·· 4 * · « · • · 4 4 · 4 4 · 4 ·· · · 44 · 4 44 *4 amplitudy nebo intenzity dvou odražených paprsků 5 a 6 byly co největší (maximalizuje to konstruktivní interferenci) a v ideálním případě aby si byly amplitudy rovny, takže by se navzájem vyrušily při 180 stupních mimo fázi (kompletní destruktivní interference). Teoreticky to vyžaduje, aby kovy použité pro poloprůhledný a opakní potah 2, 3 měly nejvyšší získanou/hlavní odrazivost. Konkrétně kov s hlavní odrazivostí blížící se 100 % při depozici jako poloprůhledný potah (tj. mezi 5-12 nm, v závislosti na použitém kovu) pro tvorbu určeného částečného odrazu bude minimalizovat ztrátu světla způsobenou absorpcí. Kovy, které se blíží tomuto ideálu, jsou platina, paladium, stříbro a hliník - protože ty první tři jsou obecně příliš nákladné, zbývá zde jako kov užívaný pro výrobu reflexní opakní vrstvy hliník. Avšak hliník není chemicky stabilní, když se deponuje v tloušťce menší než 10 nm, protože má tendenci po čase oxidovat - to nás nutí k tomu poohlédnout se po kovech jako jsou chrom, nikl a jejich slitiny. Z těchto kovů se s výhodou volí chrom.

Pokud jde o barevný posun, tj. rychlost, při níž se vlnová délka píku reflektance mění s geometrií pozorování, je přímo úměrný rozdílu optické dráhy a tím součinu nd - čím větší je hodnota nd, tím rychleji se mění barva reflexního filtru s úhlem pohledu. Mělo by se také ocenit, že když se zvyšuje tloušťka například ze 100 nm výš (a za předpokladu, že index lomu dielektrické vrstvy je 2,0), začne značka fungovat interferencí prvního řádu (p=l). Avšak při asi 180200 nm podporuje tenkovrstvá struktura jak konstruktivní interferenci prvního řádu červeného konce spektra, tak konstruktivní interferenci druhého řádu (p=2) modrého konce spektra. Vytvořili jsme tedy značku, která vykazuje barevný posun z červeno-oranžové do modré, zatímco značka umožňující pouze interferenci prvního řádu bude vykazovat pouze kontinuální/postupné změny barvy, nikoliv barevný skok. Půjdeme-li dále a zvýšíme tloušťku vrstvy na asi 350 nm, pak bude značka podporovat interferenci jak druhého, tak třetího řádu,

C2787

17.2.2003 • · » · ·· čímž vznikne barevný posun z červené do zelené, což se vyvine se změnou úhlu rychleji než u předchozího případu.

Po načrtnutí základních kritérií designu a výroby reflexního filtru kovové vrstvy pak zvažujeme fyziku spojení tohoto systému se sinusoidní reliéfní strukturou s roztečí 1 pm (viz obr. 2). Rozteče reliéfních struktur, které tvoří bezpečnostní hologram nebo DOVID, jsou obvykle navrženy nebo vytvořeny tak, aby odraz prvního řádu byl přibližně v pravém úhlu k rovině značky, když je osvícena bílým světlem 4. V praxi to znamená, že hologramy a jiné DOVID obsahují mřížkové struktury s periodicitami v rozmezí od 0,7 pm do 1,4 pm (odtud volba 1 pm pro důlek na obrázku 2). Co se týká tloušťky d prostřední vrstvy, volíme ji na základě předchozí diskuse 0,2 mm.

Uvažujme nyní, že paprsky dopadají do dvou různých bodů A a B na na první (částečně pokovené) fázové rozhraní 2. V každém bodě vidíme, že, jako dříve, frakce amplitudy dopadající vlnky je přímo odchýlena/odražena do oka pozorovatele. Mělo by však být z tohoto výkresu v měřítku jasné, že tato optická dráhy je pro ty dva body dopadu na reliéf velmi odlišná, tj. optická dráha v bodu A je dvojnásobkem optické dráhy v bodu B. Z toho tedy vyplývá, že pokud při nějaké vlnové délce jsou částečné amplitudy světelného paprsku odchýleného od horního a dolního fázového rozhraní v bodě A ve fázi, pak částečné amplitudy v bodě B se mohou blížit vzájemné protifázi a tím se vyrušit.

Přestože jsme pro zjednodušení diskuse vybrali dva body dopadu na reliéfní profil, které měly výrazně různé délky dráhy, je jasné, že pro periodicity, které charakterizují většinu hologramů a DOVID (menší než 1,3 pm), se procesy difrakce (rozdělení čela vlny) a tenkovrstvé interference (rozdělení amplitudy) nebudou obecně spojovat účinně dohromady (tj. procesy

C2787

17.2.2003 * *» · · «« <· · · · « « · · ♦ · · 9 9 · · » • « · 9 9 9 9 9 9 9

999 9 9 99 9999 9 9 9 9 konstruktivní a destruktivní interference nemohou být nikdy optimalizovány přes celé čelo vlny), což vede ke sníženému jasu a spektrální selektivitě.

Budou však existovat případy, kde je žádoucí potlačit určité barvy v difrakčním spektru hologramu/DOVID, kde se nevýhody tohoto spojeného systému stanou sekundárními. Tento spojený systém má také sklon mít nejpřímější výrobní cesty: jedna cesta je nejdříve vytlačit holografickou fólii s mikrostrukturou generující holografický obrázek, s výhodou v určených nebo vybraných oblastech. Tato mikrostruktura je pak vakuově potažena prvním poloprůhledným kovovým potahem, pak dilelektrikcou vrstvou, pak opakní kovovou vrstvou, pak (případně) ochrannou vrstvou pro zvýšenou chemickou odolnost a nakonec adhezivním potahem.

Avšak jestliže se dielektrická vrstva skládá z UV-vytvrzeným akrylátem, pak můžeme využít skutečnosti, že takový materiál je mechanicky ne sklovitý (tj. tažný) a tím vytlačitelný. Proto vyrábíme naši spojenou značku, jako dříve, nejprve nanesením poloreflexního kovového potahu na nosnou fólii, která v závislosti na aplikaci může a nemusí být uvolnitelně potažena. Potom naneseme náš akrylát vytvrzený/zpolymerizovaný UV paprsky nebo elektronovými paprsky za použití sekvence bleskové naparování, kondenzace a UV/e-paprsky záření popsané v CA-A-2,172,113, a pak vytlačíme strukturu generující hologram přímo na zadní povrch reflexního filtru (přičemž opakní kovový potah, obecně hliník, je směrem kvytláčecí formě nebo vložce). Výhodným provedením je zase ohraničit mikrostrukturu do vzoru ve vybraných oblastech, aby byl odraz dekorativně vzorovaný holografickou mikrostrukturou.

Zde dále navrhujeme vyvinout výše uvedený proces výroby bleskovým napařením ochranných akrylátových vrstev buď před depozicí prvního poloreflexního kovového potahu nebo po depozici konečného opakního reflexního kovového potahu nebo v některých případech obojí (přestože při

C2787

17.2.2003 • · · · 9» 4» · · · 9 9

9 » · 9 9 *99» 9 ♦ · · 9 · · · » 9 « ··· «♦ ♦· ···· 99 99 procesu napaření po depozici konečného potahu působení jako ochranná vrchní vrstva je obzvláště vhodné v případě, kdy je přítomna nosná fólie jako pouhý dočasný substrát, tj. uvolňovací vrstva). V každém případě může být molekulární složení akrylátového monomeru upraveno tak, aby dalo požadovanou chemickou nebo mechanickou odolnost.

Je známo v oboru (obor vakuového potahování), že dosažení optimální adheze mezi dvěma potahy vyžaduje, aby struktura zůstala ve vakuu mezi příslušnými kroky potahování. Proto navrhujeme zdokonalení procesu výroby za účelem vyrobení měňavé značky, u níž by jakékoliv porušení bylo okamžitě zjevné. Konkrétně toho lze dosáhnout dvěma způsoby: nejjednodušším provedením je pustit do vakuové komory vzduch (tj. prolomit vakuum) mezi depozicí prvního poloprůhledného kovového potahu a depozicí dielektrické vrstvy nebo potahu. Nebo může být do vakua vpuštěna molekulární částice, která adsorbuje na povrchu prvního potahu, a pak je nanesen druhý potah. Tím vytváříme mezi těmi dvěma potahy slabé fázové rozhraní. Proto při snaze odstranit bezpečnostní značku z předmětu, který chrání, tato slabá vrstva se poškodí dříve než adhezivum a při poškození nenapravitelně a zjevně změní vzhled značky.

Konečně co se týká bezpečnostní značky, usoudili jsme, že opakní kovový potah je souvislý - avšak mohli bychom modifikovat výrobní krok tak, aby tato vrstva byla pokovená prostorově s prostorovým vzorem za účelem tvorby průhledných dekorativních tvarů, smysluplných forem indicií (například písmen, číslic) nebo půltónový vzor z průhledných teček. Výroba tohoto nesouvislého kovového potahu by mohla být provedena mnoha způsoby: jedním způsobem je tisk olejové masky na dielektrickou vrstvu před vakuovým potahováním kovové vrstvy (kov by přilnul pouze na oblasti bez oleje). Druhým způsobem by byl tisk leptadla přímo na zadní stranu kovu (v případě hliníku by byl vhodným leptadlem hydroxid sodný). Nebo třetím způsobem by byl tisk

C2787

17.2.2003 • · · · · · • · · • · · • » « « • * · · masky odolné vůči leptadlu na zadní stranu hliníku před jednolitým potažením leptadlem. Stojí za povšimnutí, že ve druhém a třetím způsobu se bude požadovat konečný vymývací krok za účelem odstranění leptadla a rozpuštěného kovu.

Dosud jsme navrhovali způsoby výroby spojených značek, které přesměrovávají do oka pozorovatele pouze to světlo, které podstoupilo kombinovaný efekt dvou struktur generujících měňavost (například mikrostruktura s povrchovým reliéfem a tenkovrstvý reflexní filtr). Avšak jak jsme zmínili dříve, může nastat mnoho případů, kdy je například žádoucí pozorovat celé difrakční duhové spektrum struktury generující hologram, kdy potřebujeme rozdělit tyto dva mechanismy generující měňavost. Zde navrhujeme dvě jednoznačná řešení nebo upořádání pro dosažení tohoto efektu: v prvním uspořádání může být mezi strukturou generující holografický obrázek a tenko vrstvou strukturou reflexního filtru opatřena jedna nebo více opakních oblastí, typicky získaných metalizací. To zajišťuje způsob zaclonění reliéfní struktury před tenkovrstvým reflexním filtrem, takže lze vidět holografický obrázek i přes přítomnost tenkovrstvé struktury reflexního filtru.

Lze využít výhody přítomnosti opakních oblastí k jejich navržení do předem určených tvarů. V některých příkladech může každá oblast vymezit jeden nebo více prvků ze skupiny: znak, logo, písmeno nebo indicie nebo tvar, s výhodou podlouhlý, přes nějž procházejí pohyblivé vzory difrakčního světla.

V dalším uspořádání jsou mezi strukturou generující holografický obrázek a tenkovrstvým reflexním filtrem poskytnuty jedna nebo více vrstev/potahů, které jsou v podstatě průhledné. Tyto vrstvy by zahrnovaly jednu nebo více vysoce refrakčních vrstev (dielektrických nebo polovodičových) a jednu adhezní vrstvu (s výhodou s vysokým optickým jasem). Refrakční vrstva nebo vrstvy by měly být složeny (tj. mít relativní indexy lomu a tloušťky

C2787

17.22003 • · · ··» ··«« *·* ·» ·· ···« ·« potahu) tak, aby zesílily odrazívost nebo světelnost struktury generující holografický obrázek.

Stejně jako u opakních vrstev uvedených výše mohou být dodatečné vrstvy nebo potahy omezeny pouze na ty oblasti, které obsahují strukturu generující holografický obrázek, a typicky mohou být ve formě znaků, log apod., jak je uvedeno výše v souvislosti s opakními vrstvami.

Dosud jsme předpokládali, že difrakční mikrostruktura podporuje značky, které jsou pozorovány při difrakci prvního řádu. Avšak výše zmíněné výrobní způsoby lze stejně tak aplikovat na značky s difrakci nultého řádu (ZOD). To jsou značky, u nichž je periodicita reliéfu okolo 0,4 μιη nebo menší, takže pro viditelné záření neexistují při normálně dopadajícím osvětlení žádné efekty difrakce prvního řádu. Výhodný tvar reliéfu je obdélníkový a hloubka reliéfu je ideálně větší nebo rovna rozteči. Pro podrobný přehled vlastností těchto značek a jejich role v optickém zabezpečení odkazujeme čtenáře na Gale, M.T., Knop,

K., a Morf, R., Zero-order diffractive microstructures for security applications, SPIE, svazek 1210 Optical Security and Anticounterfeiting Systems, Los Angeles 1990, strany 83-89 a nověji v kapitole 12 publikace Optical Document Security od R.L.van Renesse. Pro tuto diskusi je relevantní to, že jejich měňavost je povrchně podobná svým vzhledem konvenčním reflexním filtrům s jedním významným rozdílem, a to že jejich zrcadlový odraz (tj. odraz nultého řádu) je rotačně variabilní.

Konkrétně rotace mikrostruktury v její vlastní rovině vede k velké barevné změně. Když například drážky difrakční mřížky leží v pravém úhlu k rovině odrazu (normální způsob pozorování), mohla být značka navržena tak, aby se jevila zelenou. Když je však ZOD otočena tak, aby drážky ležely v rovině odrazu, bude mít značka hnědý odstín. Zde navrhujeme zkombinovat toto kontrastní rotační chování u ZOD a tenkovrstvý interferenční reflexní filtr

C2787

17.2.2003 í>2-W ·· 4

4 · 4 · · » · · »

4 * · · s naší obecnou myšlenkou vymezení mikrostruktury na vybrané oblasti nebo části, které překrývají reflexní flitr (například vzorování reflexního flitru s mikrostrukturou) za účelem vytvoření nové bezpečnostní značky, která má rozdílný vzhled co do optické variability a dekorativního efektu.

Příkladem jednoho možného provedení by bylo složit značku tak, že v jednom směru jsou ZOD (drážky mikrostruktury v pravém úhlu křovině odrazu) a reflexní filtr navrženy tak, aby odrážely zelené/modré světlo a nebude vidět žádné dekorativní vzorování; avšak při- rotaci o 90 stupňů se objeví samotné oblasti ZOD jako vzorované oblasti s hnědým barevným posunem na zeleném/modrém pozadí. V jiných příkladech může být vzorování reflexního filtru s oblastmi mikrostruktury ZOD provedeno vizuálně složitěji změnou orientace nebo rozteče mikrostruktury ZOD oblast po oblasti. V dalším zdokonalení v každé z vybraných oblastí může být opravdu orientace/rozteč mikrostruktury ZOD modifikována tak, že vytvoří v každé oblasti obrázek nultého řádu.

Již jsme diskutovali omezení, že pro lpm periodicitu difrakční mřížky typickou pro multivrstvu hologramu/DOVID je zesílení neúčinné a ruší tenkovrstvou interferenci i difrakční efekty. Avšak při významně delších periodicitách, jako například 3 μιη nebo více, může být graficky ukázáno, že každý bod na čele vlny ujde ve vrstvě optickou dráhu o téměř stejné délce (dvojí průchod). Jinými slovy, reflexní filtr bude fungovat efektivně při aplikaci nebo přizpůsobení na reliéfní struktury o periodicitě 3 pm. Jestliže jsou tyto reliéfní struktury vyrobeny s trojúhelníkovým profilem a mají-li periodicitu 5 μιη nebo více, pak začnou vykazovat refrakční/reflexní vlastnosti stejně jako difrakční, tj. budou fungovat jako čočko vité optické mikrohranoly nebo mikrozrcadla. Navrhujeme tedy přímo vytlačit dekorativně a bezpečnostně vzorované oblasti této reliéfní struktury na kovový/polymemí reflexní filtr C2787

17.2.2003 *· ···*

přestože přímá depozice by mohla být rovněž použita pro sklovitá, nevytlačitelná dielektrika.

Mělo by se ocenit, že účinek vtisknutí tenkovrstvé struktury s profilem těchto drsných mikrohranolů/mikrozrcadel bude takový, že se lokálně změní normální zrcadlový odraz a tím barva odrážená tenkovrstvou strukturou. Měli bychom tedy bezpečnostní značku sestávající z měňavého reflexního filtru, který bude při jedné orientaci dekorativně vzorovaný s oblastmi odlišného měňavého odstínu nebo barvy (drážky hranolů jsou kolmé k ose odrazu). Když pozorovatel otočí značku o 90 stupňů, tyto vzorované oblasti se postupně přemění do téže barvy, jakou má pozadí (drážky hranolů jsou podél osy odrazu).

Je dobře známo, že náhodný povrchový reliéf vytvořený holografickým záznamem tečkovaného měňavého vzoru generovaného vhodnou rozptylovou clonou zase při vtlačení do pokovené fólie vyprodukuje odrazivý difuzér s bělavým odstínem.

V jiném příkladu tedy poskytujeme značku, u níž je měňavý reflexní filtr dekorativně a složitě vzorovaný (například loga, text, mikrotext atd.) s oblastmi náhodné difúzní mikrostruktury. Toho lze nejjednodušeji dosáhnout přímým vtlačením do kovového/polymemího tenkovrstvého systému. Náhodná mikrostruktura v podstatě potlačí zrcadlovou měňavost vytvořenou tenkovrstvou strukturou a v ideálním případě ji nahradí měňavostí výrazně bělavého odstínu.

Bezpečnostní značka může být použita na mnoha dokumentech a předmětech, včetně víz, pasů, licencí, šeků, občanských průkazů, plastických štítků, bankovek, lístků, dluhopisů, akciových certifikátů, potvrzenek, vstupenek, průkazek, elektrostatických fotokopií, elektrostatických laserově natištěných materiálů, značkových ověřovacích štítků, nálepek se sériovým číslem, certifikátů o kontrole jakosti, konosamentů a dalších expedičních

C2787

17.2.2003

dokumentů, právních dokumentů a štítků ke kontrole pravosti. Může být také použita u vložených znaků jako jsou ochranné proužky.

Některé příklady bezpečnostní značek a způsobů podle vynálezu budou nyní popsány s odkazem na doprovodné obrázky.

Přehled obrázků na výkresech

Obrázky 1 a 2 jsou schématické průřezy značkami, které mají ukázat problémy kombinace tenkovrstvých reflexních filtrů s povrchovými reliéfními strukturami generujícími holografický obrázek;

Obrázek 3 je nákres příkladu bezpečnostní značky podle vynálezu;

Obrázky 4A, 4B, 5A, 5B a 5C jsou schématické průřezy prvním až pátým příkladem rozpojených bezpečnostních značek podle vynálezu; a

Obrázky 6 až 8 jsou schématické průřezy šestým až osmým příkladem spojených bezpečnostních značek podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Vzhled typické rozpojené značky je znázorněn na obrázku 3, kde odrazivá mikrostruktura (holografická ilustrace) 10-12 je omezena na vzorované oblasti nebo domény, které jsou opakně metalízo vány - reflexní filtr přitom působí jako měňavé pozadí. Přestože to není vidět na obrázku 3, pozadí bude vykazovat odlišné barvy v oblastech 13, 14, přičemž barvy postupně splynou, když se setkají.

Tyto oblasti nebo domény 10-12 budou mít tvary, které se esteticky vztahují k holografickým ilustracím, které jsou v nich obsaženy - mohou to být znaky, loga, písmena nebo podlouhlé tvary, kterými by se mohly vyvíjet pohyblivé vzory odchýleného světla.

Tato rozpojená značka by mohla být vyráběna několika způsoby v závislosti na navržené aplikaci a složení reflexního filtru. První způsob

C2787

17.2.2003

• ··	·* ··	99 9999
• · ·	• · * ·	9 9 9
• · ·	• 9 9	9 9 9 9
• · · ·	99 9999	9 9 9 9

(obrázek 4A) by bylo nejprve vtlačit vzorovaných oblastí holografické ilustrace 20 do 1-5 pm tlusté lakové vrstvy 21 holografické fólie 26. Fólie 26 také obsahuje nosič 25, typicky 12-25 pm tlustý polyester (PET), a voskovou nebo silikonovou uvolňovací vrstvu 21A, typicky 0,01-0,1 pm tlustou.

Opakní kovový potah 22A, například 20-50 nm tlustý AI je pak potažen nebo aplikován na jednu nebo více vybraných oblastí, s výhodou v soutisku s mikrostrukturou 20, jak je znázorněno. Toho lze dosáhnout buď přímým tiskem olejové masky před pokovením nebo aplikací kovového potahu a poté selektivní demetalizací.

Dále se aplikuje poloreflexní potah 22, jako například Cr, Ni nebo slitiny jako je Ni-chrom, o tloušťce 5-12 pm.

Potom je celý povrch fólie (na straně mikrostruktury) postupně potažen, vrstva po vrstvě, aby se vytvořila požadovaný tenkovrstvý systém 23. Dielektrickými vrstvami mohou být oxidy kovů o tloušťce v rozmezí 0,1-1 pm (s výhodou 0,2-0,5 pm) nebo akryláty (vytlačovatelné) - ty jsou obvykle vytvořeny bleskovým napařováním monomemího akrylátu s následnou kondenzací na fólii, s následným vytvrzením e-paprsky nebo UV zářením. Vhodné molekulové hmotnosti monomeru leží v rozmezí 150-600, ale zejména 200-300. Tloušťky jsou jako u dielektrik. Příkladem konkrétního složení akrylátu by bylo:

Laurylmonoakrylát 48,5 % hmota.

Tricyklický uhlovodík diakrylát 48,5 % hmota.

Promotory adheze 3,0 % hmota.

Zcela reflexní opakní kovová vrstva 24, jako například 30-50 nm tlustá vrstva hliníku, je pak nanesena na dielektrickou vrstvu 23. Taveninová nebo na

C2787

17.2.2003 φ φφ φφ φφ φφφφ φφφφ φφ · • 99 9 9 φφφφ ·♦♦··« Φ·φφ φ

9 9 9 9 9 9 · Φ Φ Φ

ΦΦΦ ΦΦ ΦΦ ΦΦΦΦ ΦΦ ΦΦ tlak citlivá adhezní vrstva 27 je pak nanesena na vrstvu 24 v obvyklé tloušťce 0,5-20 pm.

Výše uvedené materiály a tloušťky jsou také použitelné u příkladů, které budou popsány níže, kde jsou k identifikaci podobných vrstev použity stejné odkazové značky.

Obrázek 4B znázorňuje upravenou formu příkladu z obrázku 4A, kde je vynechána vytlačovaná laková vrstva a mikrostruktura je vytlačena přímo do nosiče 25A bez uvolňovací mezi vrstvy. V tomto případě je nosná vrstva 25A průhledná, aby mohla být značka pozorována poté, co byla přenesena na substrát. Nosičem 25A může být polyester tlustý 12-25 mikronů, ale může to být i polypropylen nebo PVC o tloušťce v rozmezí 10-60 pm. Tato struktura je vhodná pro nálepky (s adhezivem 27 citlivým na tlak) nebo pro proužky s případným adhezivem aktivovaným teplem. Zbývající vrstvy jsou opatřeny podobně jako na obrázku 4A. Avšak mezi vrstvami 24 a 27 může být opatřen případný ochranný zadní potah, zejména pokud má být značka použita u ochranného proužku. To by mohl být další akrylát vytvrditelný UV zářením, opatřený ve stejném kroku potahování jako vrstva 24.

Druhým řešením by bylo vzít hotový tenkovrstvý systém a potáhnout to vytlačovatelným lakem a pak opakovat výše uvedený postup vzorovaného vytláčení a demetalizace. Dále je vytlačený lak potažen ochranným lakem (například UV vytvrzováním) a nakonec laminován na nosný film s uvolňovacím potahem (tj. polyester) a adhezní potah.

Třetím řešením by bylo jednoduše vzít demetalizovaný/vzorovaný pokovený vytlačený film (uvolňovací potažený nosič může být zahrnut, je-li to žádoucí), jako například teplem tvarovatelnou fólii, a nalaminovat na to (za použití opticky čistého adheziva) hotový tenkovrstvý systém. Pro vrstvu 23A

C2787

17.2.2003 « · · · · · · · · · • 0 · · ♦ · · « « ♦» · · · · · · · · ·· jsou vhodné akrylátové vrstvy s naneseným monomerem popsané v CA270113.

V dalším příkladu je teplem tvarovatelná fólie vytlačena s požadovaným povrchovou reliéfní mikrostrukturou potaženou jednou nebo více refrakčními (v podstatě průhlednými) vrstvami, které mohou, ale nemusí být v soutisku s povrchovými reliéfními oblastmi a pak nalaminována na tenkovrstvou strukturu reflexního filtru.

Ve výše popsaných příkladech je mezi mikrostrukturou a tenkovrstvou reflexní strukturou 23 opatřena opakní kovová vrstva 22A. Obrázek 5a znázorňuje příklad rozpojeného systému. Holografická fólie 26 je vytlačena jako na obrázku 4A. V tomto případě je fólie opatřena dodatečným ochranným potahem 34 (který by mohl být také použit u příkladu 4A). Ten zajišťuje mechanickou a chemickou odolnost a je obvykle 1-5 pm tlustý. Pak je aplikována jedna nebo více dielektrických vrstev zesilujících odraz (na obrázku 5A je znázorněna pouze jedna). Tyto vrstvy mohou být potaženy prostorově souvisle po celém povrchu fólie - nebo použitím maskovacích technik mohou být aplikovány/naneseny pouze na oblasti obsahující holografickou ilustraci nebo mikrostrukturu. Na HRI vrstvu 30 je nanesena čistá laminující adhezní vrstva 31, po čemž je tato struktura laminována na předem zhotovený reflexní filtr obsahující průhlednou tenkou kovovou vrstvu 32 například z Cr nebo Ni, tenkou vrstvu 23 reflexního filtru a opakní kovovou vrstvu 24. Je-li to žádoucí, aplikuje se potom adhezivum 27. Je-li to žádoucí, HRI vrstva 30 může být omezena na jednu nebo více oblastí mezi mikrostrukturou 20 a tenkovrstvou strukturou 23 reflexního filtru.

Obrázek 5B znázorňuje modifikaci příkladu z obrázku 5A, kde mikrostruktura 20 je vytlačena přímo do nosiče 25B. V tomto případě nebude nosič 26 odstraněn ze značky, když je přenesen na substrát.

C2787

17.2.2003

Obrázek 5C znázorňuje další modifikaci obrázku 5A, kde vrstva 30 je nahrazena nesouvislou kovovou vrstvou 50. Ve výhodném příkladu je vrstva 50 z 30-50 % demetalizována. Jak lze vidět, vrstva 50 je pokryta mikrostrukturou 20 a zároveň má i nepokryté části.

Výše uvedené příklady jsou všechny rozpojené systémy. Obrázek 6 znázorňuje první příklad spojeného systému. V tomto příkladu je použita holografická fólie 26 obsahující nosič 25 a uvolňovací vrstvu 21A, například fólii na ražení za tepla nebo fólii pro studený přenos a aplikuje se ochranný potah 34 v ideálním případě složený z akrylátového monomeru odolného vůči UV. Pak je na vrstvu 34 nanesena poloreflexní kovový potah 22, který, jako předtím, typicky obsahuje 5-12 nm tlustý chrom, nikl nebo slitinu.

Aplikuje se dielektrická vrstva 23, což je vhodný UV vytvrditelný akrylátový monomer a pak je dielektrická vrstva 23 potažena opakní, zcela reflexní kovovou vrstvou 24, jako například hliníkem, o tloušťce v rozmezí 3050 nm. Tato struktura je pak vytlačena s povrchovou reliéfní mikrostrukturou 20 a nakonec se aplikuje případný adhezní potah 27, jako například taveninové nebo na tlak citlivé adhezivum.

Obrázek 7 je podobný struktuře z obrázku 6 kromě toho, že jsou vynechány uvolňovací vrstva 21A a ochranná vrstva 34, takže nosič 25 bude tvořit součást hotové značky: Dále je adhezní vrstva 27 nahrazena ochranným potahem 40, jako například UV vytvrditelným akrylátem. Tato struktura je vhodná pro použití jako ochranný proužek.

Nakonec obrázek 8 znázorňuje strukturu založenou na příkladu z obrázku 6, kde vrstva 24 je vzorovaná tak, aby odpovídala oblastem 20 mikrostruktury.

Claims (25)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Opticky měnivá bezpečnostní značka, vyznačující se tím, že obsahuje tenko vrstvou strukturu reflexního filtru, která vykazuje první opticky měnivý efekt; a reliéfní strukturu na nebo v tenkovrstvé struktuře reflexního filtru, která vykazuje druhý opticky měnivý efekt.
2. 2. Značka podle nároku 1, vyznačující se tím, že reliéfní strukturou je mikrostruktura.
3. 3. Značka podle nároku 2, vyznačující se tím, že reliéfní strukturou je struktura generující holografícký obrázek.
4. 4. Značka podle nároku 1, vyznačující se tím, že reliéfní struktura obsahuje značku s difrakcí nultého řádu.
5. 5. Značka podle nároku 4, vyznačující se tím, že značka s difrakcí nultého řádu je vytvořena tak, že není viditelná proti pozadí tvořeném tenko vrstvou reflexní strukturou při jedné orientaci značky, ale je viditelná při jiné orientaci.
6. 6. Značka podle nároku 1, vyznačující se tím, že reliéfní struktura má periodicitu podstatně větší než (dielektrická) vrstva nebo vrstvy ve struktuře filmu, takže tenkovrstvá struktura funguje jako plochá dvojrozměrná značka.
7. 7. Značka podle nároku 6, vyznačující se tím, že reliéfní struktura funguje jako soustava čočko vitých mikrohranolů nebo mikrozrcadel.
8. 8. Značka podle nároku 1, vyznačující se tím, že reliéfní struktura obsahuje prostorově náhodnou a difuzně rozptýlenou mikrostrukturu.

   C2787

   17.2.2003 ·· · ·
9. 9. Značka podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že dále obsahuje jednu nebo více opakních oblastí mezi povrchovou reliéfní strukturou a tenkovrstvou strukturou reflexních filtru.
10. 10. Značka podle nároku 9, vyznačující se tím, že každá opakní oblast je vymezena metalizací.
11. 11. Značka podle nároku 9, vyznačující se tím, že dále obsahuje jednu nebo více vrstev/potahů mezi strukturou generující holografický obrázek a tenkovrstvou strukturou reflexního filtru, která je průhledná.
12. 12. Značka podle nároku 11, vyznačující se tím, že alespoň jedna z vrstev zesiluje odrazivost nebo světlost (tj. jas) struktury generující holografický obrázek, například materiál s vysokým indexem lomu.
13. 13. Značka podle kteréhokoli z nároků 9 až 12, vyznačující se tím, že každá oblast vytváří znak, logo, písmeno nebo indicii nebo tvar, s výhodou podlouhlý, kterým prostupují pohyblivé vzory difrakčního světla.
14. 14. Značka podle kteréhokoli z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že tenkovrstvý reflexní filtr je viditelný skrze reliéfní strukturu.
15. 15. Značka podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že tenko vrstvý reflexní filtr obsahuje jednu nebo více dielektrických vrstev a reflexní vrstvu.

    ló.Způsob výroby opticky měnivé bezpečnostní značky, vyznačující se tím, že obsahuje opatření reliéfní struktury na nebo v tenkovrstvé struktuře reflexního filtru, přičemž reliéfní struktura a tenkovrstvá struktura reflexního filtru vykazují různý první a druhý opticky měnivý efekt.
16. 17.Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že zahrnuje vytlačení reliéfní struktury do vytlačovací vrstvy; opatření opakní vrstvy v soutisku s vytlačenými oblastmi;

    C2787

    17.2.2003 • ·· ·♦ · · ······ ·· · · · · · · · · · opatření poloreflexní vrstvy v oblastech obklopujících oblasti opakní vrstvy;

    a připevnění výsledné struktury k tenkovrstvému reflexnímu filtru.
17. 18. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že zahrnuje vytlačení reliéfní struktury do vytlačovací vrstvy;

    opatření dielektrické vrstvy s vysokým indexem lomu na vytlačovací vrstvu;

    připevnění tenkovrstvého reflexního filtru k výsledné struktuře, přičemž mezi nimi je poloreflexní vrstva.
18. 19. Způsob podle nároku 17 nebo nároku 18, vyznačující se tím, že krok připevnění zahrnuje nanesení dielektrických vrstev a reflexní vrstvy na výslednou strukturu.
19. 20. Způsob podle kteréhokoli z nároků 17 až 19, vyznačující se tím, že opakní vrstvy nebo vrstvy s vysokým indexem lomu definují jedno nebo více z následuj cích: znak, logo, písmeno nebo indice, nebo tvar, s výhodou podlouhlý, kterým prostupují pohyblivé vzory difrakčního světla.
20. 21. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že zahrnuje připevnění tenkovrstvého reflexního filtru k nosiči a vytlačení povrchového reliéfu do tenkovrstvého reflexního filtru.
21. 22. Způsob podle kteréhokoli z nároků 16 až 21, vyznačující se tím, že reliéfní struktura je poskytnuta ve vrstvě, která je uvolnitelně položena na nosiči.
22. 23. Způsob podle nároku 21 nebo 22, vyznačující se tím, že dále zahrnuje poskytnutí adheziva na povrch značky nejdále od nosiče.
23. 24. Způsob podle nároků 16 až 23 pro vytvoření značky podle kteréhokoli z nároků 1 až 15.

    C2787

    17.2.2003 ·· ·♦ ·· • · · » · · ·· · · · • · · · » · · • · · · · • ·· ·· ·»··
24. 25. Věc mající značku podle kteréhokoli z nároků 1 až 15 nebo vytvořená podle kteréhokoli z nároků 16 až 24.
25. 26. Cenná věc podle nároku 25.