DE112018003093T5

DE112018003093T5 - Verfahren zum Herstellen von Mikrobildelementen auf einem Substrat

Info

Publication number: DE112018003093T5
Application number: DE112018003093.8T
Authority: DE
Inventors: Karlo Ivan Jolic; Gary Fairless Power
Original assignee: CCL Security Pty Ltd
Current assignee: CCL Security Pty Ltd
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2020-03-26
Also published as: CH715168B1; GB201918293D0; US11167580B2; AT521806A2; GB2576679B; SE2050084A1; SE545747C2; US20200130397A1; GB2576679A; WO2019000048A1; AU2018293928A1; AU2018293928B2

Abstract

Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen von Mikrobildelementen auf einem Substrat für ein Sicherheitsdokument bereit, wobei das Verfahren umfasst: Herstellen mehrerer Mikrostruktureinheiten, die dreidimensional strukturierte Formationen in einer durchsichtigen oder matten Reliefschicht auf dem Substrat umfassen; und Aufbringen eines Druckfarbenfluids auf die Reliefschicht, wobei sich das Druckfarbenfluid bevorzugt in Regionen mit hoher Flächenkrümmung auf jeder Mikrostruktureinheit ansammelt, um kontrastierende Bereiche mit unterschiedlicher Druckfarbendichte bereitzustellen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen von Mikrobildelementen auf einem Substrat für ein Sicherheitsdokument und Mikrooptikvorrichtungen auf einem Substrat, das solche Mikrobildelemente umfasst. Die Verfahren umfassen insbesondere das Herstellen von Mikrostruktureinheiten, die dreidimensional strukturierte Formationen in einer durchsichtigen oder matten Reliefschicht auf einem Substrat umfassen, das Aufbringen eines Druckfarbenfluids auf die Reliefschicht und das Ermöglichen, dass sich das Druckfarbenfluid bevorzugt in Bereichen mit hoher Flächenkrümmung auf jeder Mikrostruktureinheit ansammelt, um kontrastierende Bereiche mit unterschiedlicher Druckfarbendichte bereitzustellen.
Allgemeiner Stand der Technik
Es ist wichtig, dass Sicherheitsdokumente, wie beispielsweise Banknoten, Kreditkarten, Legitimationspapiere (einschließlich Pässen), Landtitel, Aktienzertifikate und Zeugnisse, Verpackungsmaterialien für hochwertige Waren, Sicherheitskennzeichen und Sicherheitskarten von Fälschern schwierig zu replizieren und mit Merkmalen versehen sein sollten, die ihre Authentifizierung ermöglichen.
Es wurde eine Anzahl verschiedener Strategien zum Sichern und Authentifizieren derartiger Sicherheitsdokumente offenbart. Die Verwendung von Polymerfilmen als Substrate bietet aufgrund der größeren Schwierigkeit beim Kopieren und Drucken auf solchen temperaturempfindlichen Materialien und aufgrund der Zugänglichkeit zum Integrieren einer Vielzahl von sichtbaren und verborgenen Sicherheitsmerkmalen einen inhärenten Vorteil.
Eine Art von Sicherheitsmerkmal, das zur Verwendung bei Sicherheitsdokumenten vorgeschlagen wurde, ist in US 5712731 offenbart. Dieses Sicherheitsmerkmal bezieht eine Kombination aus Mikrolinsen und Mikrobildern zum Erzeugen von optisch variablen Effekten ein. Die Mikrobilder werden durch Drucken auf eine Fläche eines Substrats gebildet und die Mikrolinsen können als eine separate Komponente oder auf einer an die Mikrobilder geklebten transparenten Kunststofffolie gebildet werden. Eine geringe Fehlanpassung zwischen der Teilung oder Rotationsausrichtung der Mikrobilder und den Mikrolinsen kann optisch variable Effekte, wie beispielsweise ein vergrößertes Bild (bekannt als Moiré-Linse wie beschrieben in M. Hutley et al, „The moire magnifier“, Pure and Applied Optics 1994 Bd. 3, S. 133 bis 142) erzeugen. Diese Sicherheitsmerkmale können Bilder erzeugen, die sich zu bewegen scheinen und/oder unterhalb oder oberhalb der Ebene des Substrats zu schweben scheinen, während sich der Beobachtungswinkel ändert.
Die Auflösung und Größe der Mikrobilder, die durch die Verfahren von US 5712731 hergestellt werden können, sind jedoch durch die Abhängigkeit von traditionellen Druckverfahren, wie beispielsweise Tiefdruck, Flexo- und Tiefdruck begrenzt. Gewöhnlich können solche Druckverfahren nicht verwendet werden, um Bilder herzustellen, die eine Auflösung von kleiner als ca. 50 Mikrometer erfordern.
Insbesondere ist der Walze-zu-Walze-Tiefdruck von hochauflösenden Merkmalen durch Phänomene begrenzt, die in der Druckindustrie als Dot-Skip, Eintrocknen, Federbildung und Screening bekannt sind. Solche Phänomene resultieren in Fehlern bei Druckbildern in Form von kleinen fehlenden Abschnitten, die in ihrer Position zufällig sein können. Durch eine Anordnung von Mikrolinsen gesehen werden die Fehler vergrößert und erzeugen Bilder, die vom Benutzer als eine minderwertige Qualität aufweisend wahrgenommen werden. Die vergrößerten Bilder können ein körniges Erscheinungsbild aufweisen, das „Ausschläge“ oder „Streifen“ von fehlenden Punkten aufzuweisen scheint. Dies begrenzt insbesondere die Brauchbarkeit der Sicherheitsmerkmale bei dünnen, flexiblen Sicherheitsdokumenten, wie beispielsweise Banknoten oder dergleichen. Abgesehen von ästhetischen Überlegungen kann eine dürftige oder inkonsistente Qualität von Sicherheitsmerkmalen bei Banknoten Fälschern die Möglichkeit geben, Reproduktionen von minderwertiger Qualität als Originalbanknoten auszugeben.
Zuvor wurde Prägen und damit verbundene Techniken verwendet, um Sicherheitsmerkmale mit höheren Auflösungen herzustellen als durch konventionelle Drucktechniken erreicht werden können. Gewöhnlich wird eine strahlungshärtbare Lackschicht mit einer Prägescheibe geprägt und gleichzeitig gehärtet, um auf dem Sicherheitsdokumentsubstrat eine mikrostrukturierte Schicht herzustellen. Die mikrostrukturierten Beschichtungen können derart konzipiert sein, dass sie eine Anzahl an optischen Effekten, einschließlich lichtbrechender und holografischer Effekte, erzeugen. Der Farbkontrast von derartigen in einer monochromatischen Beschichtung gebildeten dreidimensionalen Mikrobildern kann unbefriedigend sein.
Es wurden auch Prägetechniken verwendet, um Mikrobilder herzustellen, die optische Effekte erzeugen, wenn sie durch eine Anordnung von Mikrolinsen angesehen werden. Es wurden lichtbrechende Strukturen in einer Bildschicht auf einem Substrat durch Prägen von flachen Gitterformationen in eine monochromatische UV-härtende Beschichtung gebildet. Der Kontrast in dem durch die Mikrolinsen gesehenen vergrößerten Bild wird daher durch die lichtbrechenden Eigenschaften der Gittermikrostrukturen gegen die nicht lichtbrechenden Hintergrundregionen der geprägten Bildschicht gesetzt erzeugt. Von einem Betrachter wird daher ein mehrfarbiges vergrößertes Bild beobachtet. Das vergrößerte Bild muss jedoch aufgrund der lichtbrechenden Art der Bildpunkte generell mit einer Punktquellenbeleuchtung anstatt mit indirekter Beleuchtung angesehen werden.
Es wurden komplexere Techniken zum Herstellen von hochauflösenden Mikrobildern mit besserem Farbkontrast berichtet, die mit einer großen Auswahl von Beleuchtungsbedingungen angesehen werden können. Eine pigmentierte UV-härtende Druckfarbe kann beispielsweise direkt auf eine Prägewalze aufgebracht werden, in die eine dreidimensionale Mikrostruktur eingraviert ist. Überschüssige Druckfarbe wird von der Walze abgewischt, was nur Druckfarbe in den vertieften Regionen der Prägewalzenfläche zurücklässt, und die Druckfarbe wird auf der Walze mit UV-Strahlung teilweise gehärtet. Die teilweise gehärteten Druckfarbenmikrostrukturen werden dann auf die Substratfläche übertragen und auf der Fläche vollständig gehärtet. Obwohl diese Technik zum Herstellen farblich kontrastierter Mikrobilder mit einer hohen Auflösung für bestimmte Nischenanwendungen nützlich ist, ist es dessen ungeachtet schwierig, für eine Herstellung mit hohem Durchsatz zu vergrößern. Diese Herangehensweise in mehreren Schritten leidet des Weiteren unter einer Anzahl an weiteren Nachteilen einschließlich der inhärenten Prozesskomplexität, der schnellen Abnutzung, welche die Prägewalze aufgrund von Druckfarbenauftrag und Abwischen erfährt, den Einflüssen auf die Druckfarbenhaftung an dem Substrat aufgrund der Pigmentierung und dem Vorhärten und der Begrenzung auf eine einzelne Farbwahlmöglichkeit pro Druckeinheit.
Es gibt daher einen ständigen Bedarf für neue Verfahren zum Herstellen farblich kontrastierter Mikrobilder mit einer hohen Auflösung auf Substratflächen, wobei ein oder mehrere der vorgenannten Nachteile mindestens teilweise adressiert werden.
Eine Bezugnahme hierin auf ein Patentdokument oder einen anderen Gegenstand, die bzw. der als Stand der Technik angegeben ist, soll nicht als ein Eingeständnis aufgefasst werden, dass das Dokument oder der Gegenstand bekannt war, oder dass die darin enthaltenen Informationen zum Prioritätsdatum von irgendeinem der Ansprüche Teil des allgemeinen Fachwissens waren.
Kurzdarstellung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Mikrobildelementen auf einem Substrat für ein Sicherheitsdokument bereit, wobei das Verfahren umfasst: Herstellen mehrerer Mikrostruktureinheiten, die dreidimensional strukturierte Formationen in einer durchsichtigen oder matten Reliefschicht auf dem Substrat umfassen; und Aufbringen eines Druckfarbenfluids auf die Reliefschicht, wobei sich das Druckfarbenfluid bevorzugt in Regionen mit hoher Flächenkrümmung auf jeder Mikrostruktureinheit ansammelt, um kontrastierende Bereiche mit unterschiedlicher Druckfarbendichte bereitzustellen.
Dreidimensionale Mikrostrukturen mit Mikrometerskala- (oder gar Submikrometerskala) -Merkmalen können durch Prägen oder damit verbundene Techniken in einer Reliefschicht genau hergestellt werden. Die Erfinder haben festgestellt, dass ein Druckfarbenfluid, das auf eine auf diese Weise hergestellte durchsichtige oder matte Reliefschicht aufgebracht wird, sich bevorzugt auf den dreidimensionalen Mikrostrukturen ansammelt, was einen hervorragenden Farbkontrast zwischen kontrastierenden Bereichen mit unterschiedlicher Druckfarbendichte bereitstellt. Die kontrastierenden Bereiche mit unterschiedlicher Druckfarbendichte umfassen generell Bereiche mit hoher Druckfarbendichte in den Regionen mit hoher Flächenkrümmung auf den Mikrostruktureinheiten und kontrastierende Bereiche mit niedriger Druckfarbendichte auf angrenzenden Bereichen der Reliefschicht. Es ist offensichtlich, dass die Bereiche mit niedriger Druckfarbendichte entweder im Wesentlichen frei von Druckfarbe sein oder relativ zu den Bereichen mit hoher Druckfarbendichte eine ausreichend niedrige Druckfarbendichte aufweisen können, sodass ein sichtbarer Kontrast wahrgenommen wird. Auf diese Weise gebildete Mikrobildelemente, die mindestens in den Regionen mit hoher Flächenkrümmung angesammelte Druckfarbe umfassen, können einen höheren Auflösungsgrad und eine höhere Reproduzierbarkeit aufweisen, als er mit konventionellen Drucktechniken hergestellt werden kann.
Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass das Druckfarbenfluid über die Fläche der Reliefschicht in Regionen mit hoher Flächenkrümmung auf den Mikrostruktureinheiten fließt, um die Flächenenergie zu minimieren. Das Druckfarbenfluid verteilt sich auf der Fläche, um ein Gleichgewicht zwischen den Kohäsionskräften, die das Druckfarbenfluid zusammenhalten, und den Adhäsionskräften zwischen dem Druckfarbenfluid und der Mikrostrukturfläche herzustellen. Durch Steuern der dreidimensionalen Konfiguration der Mikrostruktureinheiten, der Druckfarbenfluideigenschaften und der Druckfarbenfluidbeladung kann das Verfahren der Erfindung verwendet werden, um eine große Vielfalt von hochauflösenden Symbolen, Zeichen und Mustern auf einer Substratfläche herzustellen.
Wie hierin verwendet, kann eine Region mit hoher Flächenkrümmung jede Flächenregion mit ausreichend großer Krümmung relativ zu nahegelegenen Flächenregionen sein, wobei sich Druckfarbenfluid darin bevorzugt derart ansammelt, dass kontrastierende Bereiche mit unterschiedlicher Druckfarbendichte erzeugt werden. Es versteht sich, dass Regionen mit hoher Flächenkrümmung, innerhalb derer sich ein Druckfarbenfluid bevorzugt ansammeln kann, sowohl im Wesentlichen winklige (d. h., Winkel < 180°) Merkmale, wie beispielsweise Eckenregionen, die durch Schnittebenen definiert sind, als auch mehr gekrümmte Merkmale mit konkaven Flächen, umfassen können, von denen die Konfiguration in der Praxis durch das Verfahren zum Herstellen der Mikrostruktureinheiten beeinflusst werden kann.
Bei einigen Ausführungsformen wird eine sich wiederholende Anordnung von im Wesentlichen identischen Mikrostruktureinheiten in der Reliefschicht hergestellt. Bei solchen Ausführungsformen sammelt sich das Druckfarbenfluid in einer im Wesentlichen gleichen Verteilung auf jeder im Wesentlichen identischen Mikrostruktureinheit an, sodass eine sich wiederholende Anordnung von im Wesentlichen identischen Mikrobildelementen hergestellt wird. Die sich wiederholende Anordnung von Mikrobildelementen kann in Reihen und/oder Spalten mit einer Teilung von kleiner als ungefähr 100 Mikrometer, bevorzugt kleiner als ungefähr 70 Mikrometer, konfiguriert sein.
Bei einigen Ausführungsformen liegt die Viskosität des Druckfarbenfluids wie unter Verwendung eines Zahn Bechers #2 gemessen im Bereich von 16 bis 25 Sekunden (10 bis 50 Centipoise), bevorzugt 16 bis 18 Sekunden (10 bis 20 Centipoise). Das Druckfarbenfluid kann mit einer Nassbeladung von ungefähr 0,5 g/m² bis zu ungefähr 10 g/m² aufgebracht werden. Die Anwendung von Druckfarbenfluiden mit Viskositäten und Beladungen in diesen Bereichen kann besonders bevorzugt sein, um das Druckfarbenfluid bevorzugt auf Mikrostruktureinheiten mit Formationsmerkmalen mit einer Auflösung zwischen 1 und 3 Mikrometer anzusammeln und daher hochauflösende Mikrobilder herzustellen.
Bei einigen Ausführungsformen werden die mehreren Mikrostruktureinheiten durch Prägen der dreidimensional strukturierten Formationen in die Reliefschicht hergestellt. Bei einigen solchen Ausführungsformen wird die Reliefschicht durch Aufbringen einer durchsichtigen oder matten prägbaren Beschichtung auf das Substrat hergestellt. Die dreidimensional strukturierten Formationen werden dann in die prägbare Beschichtung geprägt. Die prägbare Beschichtung ist bevorzugt eine strahlungshärtbare Beschichtung. Die dreidimensional strukturierten Formationen können dann gleichzeitig in die prägbare Beschichtung geprägt und mit Strahlung, wie beispielsweise UV-Strahlung, gehärtet werden, um eine gehärtete Beschichtung herzustellen. Die prägbare Beschichtung kann mit einer Prägescheibe oder -walze geprägt werden.
Bei einigen Ausführungsformen werden die mehreren Mikrostruktureinheiten hergestellt durch: Füllen mehrerer Vertiefungen in einer Fläche eines Druckwerkzeugs mit einem durchsichtigen oder matten Lack; und Übertragen des Lacks von den Vertiefungen auf das Substrat durch Kontaktieren der Fläche des Druckwerkzeugs mit dem Substrat. Bei einigen solchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Erhöhen der Viskosität des Lacks in den Vertiefungen vor dem Kontaktieren der Fläche des Druckwerkzeugs mit dem Substrat.
Das Füllen der mehreren Vertiefungen kann das Aufbringen des Lacks auf die Fläche des Druckwerkzeugs umfassen. Das Verfahren kann dann ferner das Entfernen überschüssigen Lacks von der Fläche des Druckwerkzeugs außerhalb der Vertiefungen, wie beispielsweise mit einem Abwischwerkzeug wie einer Schaufel oder einem Schwamm, umfassen. Auf diese Weise wird in dem anschließenden Kontaktschritt im Wesentlichen nur der Lack in den Vertiefungen auf das Substrat übertragen, wodurch eine Reliefschicht vorgesehen wird, die diskrete dreidimensional strukturierte Lackformationen und die umgebende Fläche des Substrats umfasst. Bei diesen Ausführungsformen kann die Viskosität des Lacks in den Vertiefungen vor und/oder nach, aber bevorzugt vor, dem Entfernen des überschüssigen Lacks erhöht werden. Bei anderen Ausführungsformen wird überschüssiger Lack von der Fläche des Druckwerkzeugs außerhalb der Vertiefungen nicht entfernt. Auf diese Weise kann Lack von Regionen der Druckwerkzeugfläche, welche die Vertiefungen umgeben, auf das Substrat übertragen werden. Bei einigen solchen Ausführungsformen wird eine kontinuierliche Lackbeschichtung auf die Fläche des Druckwerkzeugs übertragen, wodurch das Substrat mit einer kontinuierlichen Lackbeschichtung als die Reliefschicht abgedeckt wird, wobei der Lack, der von den Vertiefungen übertragen wird, die dreidimensional strukturierten Formationen in der Reliefschicht bildet. Abgesehen von der größeren Einfachheit, hat dies den Vorteil, dass die Fläche des Druckwerkzeugs nicht Gegenstand von Abnutzung als Folge des Abwischens ist.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Erhöhen der Viskosität des Lacks in den Vertiefungen vor dem Kontaktieren der Fläche des Druckwerkzeugs mit dem Substrat mindestens teilweise das Härten des Lacks. Auf diese Weise kann der Lack in den Vertiefungen einen Grad an struktureller Integrität entwickeln, der ausreichend ist, die Konfiguration der Lackformationen während der Übertragung auf das Substrat zu schützen. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner mindestens teilweise das Härten des Lacks während des Kontaktierens der Fläche des Druckwerkzeugs mit dem Substrat. Das Härten des Lacks, während er in Kontakt mit dem Substrat ist, kann das Haftvermögen der Lackformationen und/oder -schicht mit dem Substrat verbessern. Bei einigen Ausführungsformen ist der Lack ein strahlungshärtbarer Lack und der Lack wird mindestens teilweise durch Bestrahlen des Lacks mit Strahlung, wie beispielsweise UV-Strahlung, gehärtet.
Die Mikrostruktureinheiten, die dreidimensional strukturierte Formationen umfassen, können im Allgemeinen jede geeignete Konfiguration aufweisen, die ermöglicht, dass sich die Druckfarbe bevorzugt in Regionen mit hoher Flächenkrümmung ansammelt, wodurch farblich kontrastierte Mikrobildelemente erzeugt werden. Bei einigen Ausführungsformen umfassen die Mikrostruktureinheiten mindestens eine Formationsseitenwand, die sich mit einem umgebenden Flächenregionbildungsteil der Mikrostruktureinheit oder einer angrenzenden Reliefschichtfläche schneidet. Der Schnittpunkt der Seitenwand und der umgebenden Flächenregion definiert daher eine Region mit hoher Flächenkrümmung, sodass sich das Druckfarbenfluid bevorzugt neben der Seitenwand ansammelt. Bei einigen solchen Ausführungsformen wird die umgebende Flächenregion in im Wesentlichen Ausrichtung mit der Ebene der Reliefschicht ausgerichtet. Die Seitenwand kann in einem steilen, einschließlich einem im Wesentlichen senkrechten, Winkel zu der Ebene der Reliefschicht ausgerichtet werden.
Bei einigen Ausführungsformen umfassen die Mikrostruktureinheiten mindestens eine Formation in der Form einer Vertiefung, die in umgebende Regionen der Reliefschicht vertieft ist. Die Vertiefung weist generell Seitenwände und eine Vertiefungsbasisfläche zwischen den Seitenwänden auf, obwohl es offensichtlich ist, dass die Vertiefung bei einigen Ausführungsformen eine im Wesentlichen gekrümmte Fläche derart umfassen kann, dass die Seitenwände und die Vertiefungsbasisfläche nicht durch winklige Schnittpunkte getrennt sind.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Vertiefung eine Mindestbreite zwischen 0,5 und 10 Mikrometer und bevorzugt zwischen 1 und 3 Mikrometer auf. Die Mindestbreite einer Vertiefung ist der Mindestabstand zwischen gegenüberliegenden Seitenwänden der Vertiefung und korreliert daher mit der Auflösung der Mikrostruktureinheiten. Bei einigen Ausführungsformen ist die Vertiefung eine in der Ebene der Reliefschicht gebildete Nut. Bei solchen Ausführungsformen ist die Mindestbreite der Vertiefung die Breite der Nut.
Bei einigen Ausführungsformen sammelt sich das Druckfarbenfluid, wenn es auf die Reliefschicht aufgebracht wird, in Regionen mit hoher Flächenkrümmung innerhalb der Vertiefung an, indem es von den umgebenden Regionen in die Vertiefung fließt. Es wird davon ausgegangen, dass der Fluss von Druckfarbenfluid in die Vertiefung die Flächenenergie minimiert, da die Vertiefung Regionen mit hoher Flächenkrümmung auf der Reliefschichtfläche umfasst.
Bei einigen Ausführungsformen sammelt sich das Druckfarbenfluid bevorzugt innerhalb der Vertiefung an und deckt die Vertiefungsbasisfläche ab. Die Vertiefungsbasisfläche ist daher vollständig durch eine Schicht von Druckfarbenfluid abgedeckt, obwohl typischerweise das Druckfarbenfluid die Vertiefung nicht füllt. Es wird daher ein Farbkontrast zwischen der druckfarbenbedeckten Vertiefung der Mikrostruktureinheiten und den umgebenden Regionen, die frei von Druckfarbenfluid oder mindestens davon verarmt sind, hergestellt. Bei anderen Ausführungsformen sammelt sich das Druckfarbenfluid bevorzugt innerhalb der Vertiefung in Regionen mit hoher Flächenkrümmung an einem Schnittpunkt der Seitenwände und der Vertiefungsbasisfläche an, wobei die kontrastierenden Bereiche mit unterschiedlicher Druckfarbendichte Bereiche mit hoher Druckfarbendichte neben den Seitenwänden und einen kontrastierenden Bereich mit niedriger Druckfarbendichte auf der Vertiefungsbasisfläche zwischen den Seitenwänden umfassen. Es wird daher durch die selektive Verteilung des Druckfarbenfluids innerhalb der Vertiefungen ein Farbkontrast hergestellt.
Bei einigen Ausführungsformen umfassen die Mikrostruktureinheiten mindestens eine Formation in Form eines Vorsprungs, der von umgebenden Regionen der Reliefschicht vorsteht. Der Vorsprung weist generell Seitenwände auf, obwohl es offensichtlich ist, dass der Vorsprung bei einigen Ausführungsformen eine im Wesentlichen gekrümmte Fläche derart umfassen kann, dass die Seitenwände von den umgebenden Regionen nicht durch winklige Schnittpunkte getrennt sind.
Bei einigen Ausführungsformen weist der Vorsprung eine Mindestbreite zwischen 0,5 und 10 Mikrometer und bevorzugt zwischen 1 und 3 Mikrometer auf. Die Mindestbreite eines Vorsprungs ist der Mindestabstand zwischen gegenüberliegenden Seitenwänden des Vorsprungs und korreliert daher mit der Auflösung der Mikrostruktureinheiten. Bei einigen Ausführungsformen ist der Vorsprung eine Erhöhung, die auf der Ebene der Reliefschicht vorstehend gebildet ist. Bei solchen Ausführungsformen ist die Mindestbreite des Vorsprungs die Breite der Erhöhung.
Bei einigen Ausführungsformen sammelt sich das Druckfarbenfluid, wenn es auf die Reliefschicht aufgebracht wird, bevorzugt in Regionen mit hoher Flächenkrümmung an einem Schnittpunkt der Seitenwände und der umgebenden Regionen der Reliefschicht an. Bereiche mit hoher Druckfarbendichte sind daher angrenzend an die Seitenwände vorgesehen. Diese Bereiche mit hoher Druckfarbendichte kontrastieren gegenüber Bereichen mit niedriger Druckfarbendichte, die von den Seitenwänden auf den umgebenden Regionen der Reliefschicht und/oder an dem Vorsprung selbst weiter entfernt sind. Es wird davon ausgegangen, dass der Fluss von Druckfarbenfluid die Flächenenergie minimiert, da der Schnittpunkt zwischen den Seitenwänden und den umgebenden Regionen eine Region mit hoher Flächenkrümmung auf der Reliefschichtfläche bildet.
Bei einigen Ausführungsformen umfassen die mehreren Mikrostruktureinheiten ein zusammenhängendes Netzwerk von erhöhten Regionen, die sich über die Reliefschicht erstrecken und angrenzende Mikrostruktureinheiten verbinden. Der Einschluss von Luftblasen in der Reliefschicht kann vermieden werden, wenn mehrere Mikrostruktureinheiten mit dieser Konfiguration in die Reliefschicht geprägt werden.
Bei einigen Ausführungsformen stellen Mikrobildelemente, die in den Regionen mit hoher Flächenkrümmung angesammelte Druckfarbe umfassen, durch eine Anordnung von Fokussierelementen gesehen, die auf dem Substrat angeordnet sind, wie beispielsweise auf einer der Reliefschicht gegenüberliegenden Fläche des Substrats, einen sichtbaren optischen Effekt her. Bei einigen Ausführungsformen ist das Substrat daher transparent. Der sichtbare optische Effekt kann ein vergrößertes Moire-Bild, ein ganzheitliches Bild, ein kontrastwechselndes Bild, ein verschachteltes Bild oder ein Kippbild sein. Bei einigen Ausführungsformen bildet das Druckfarbenfluid direkt auf das Substrat gesehen ein Designelement, das gegenüber dem sichtbaren optischen Effekt unterscheidbar ist.
Bei einigen Ausführungsformen ist das Druckfarbenfluid eine lösemittelbasierte Druckfarbe mit einem Feststoffgehalt zwischen ungefähr 15 Masseprozent und ungefähr 25 Masseprozent. Das Druckfarbenfluid kann mittels Tiefdruck aufgebracht werden. Das Verfahren der Erfindung kann ferner das Trocknen oder Härten des Druckfarbenfluids umfassen.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren der Erfindung ferner nach dem Aufbringen des Druckfarbenfluids das Aufbringen einer transparenten Schutzbeschichtung über der Reliefschicht. Bei anderen Ausführungsformen umfasst das Verfahren der Erfindung ferner das Aufbringen einer Kontrastbeschichtung über der Reliefschicht nach dem Aufbringen des Druckfarbenfluids, wobei die Kontrastbeschichtung eine unterschiedliche Farbe gegenüber dem Druckfarbenfluid aufweist, sodass Mikrobildelemente, die in den Regionen mit hoher Flächenkrümmung angesammelte Druckfarbe aufweisen, in reflektiertem Licht durch das Substrat gesehen gegen die Kontrastbeschichtung kontrastieren.
Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung Mikrobildelemente auf einem Substrat für ein Sicherheitsdokument bereit, das durch das Verfahren gemäß irgendeiner der hierin offenbarten Ausführungsformen hergestellt ist.
Gemäß einem dritten Aspekt stellt die Erfindung eine Mikrooptikvorrichtung auf einem Substrat für ein Sicherheitsdokument bereit, die umfasst: mehrere Mikrostruktureinheiten, die dreidimensional strukturierte Formationen in einer durchsichtigen oder matten Reliefschicht auf dem Substrat umfassen; und eine Druckfarbe auf der Reliefschicht, wobei die Druckfarbe bevorzugt in Regionen mit hoher Flächenkrümmung auf jeder Mikrostruktureinheit angesammelt wird, wodurch kontrastierende Bereiche mit unterschiedlicher Druckfarbendichte vorgesehen werden.
Die kontrastierenden Bereiche mit unterschiedlicher Druckfarbendichte umfassen generell Bereiche mit hoher Druckfarbendichte in den Regionen mit hoher Flächenkrümmung auf den Mikrostruktureinheiten und kontrastierende Bereiche mit niedriger Druckfarbendichte auf angrenzenden Bereichen der Reliefschicht.
Bei einigen Ausführungsformen des dritten Aspekts umfasst die Reliefschicht eine Beschichtung auf dem Substrat und die Mikrostruktureinheiten sind in die Beschichtung geprägt. Die Reliefschicht kann eine sich wiederholende Anordnung von im Wesentlichen identischen Mikrostruktureinheiten umfassen, wobei die Druckfarbe in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Verteilung auf jeder im Wesentlichen identischen Mikrostruktureinheit angesammelt ist.
Die Mikrooptikvorrichtung kann ferner eine Anordnung von auf dem Substrat angeordneten Fokussierelementen umfassen, wobei Mikrobildelemente, welche die in den Regionen mit hoher Flächenkrümmung angesammelte Druckfarbe umfassen, durch die Anordnung von Fokussierelementen gesehen einen sichtbaren optischen Effekt erzeugen.
Wo die Begriffe „umfassen“, „umfasst“ und „umfassend“ in der Patentschrift (einschließlich den Ansprüchen) verwendet sind, sollen diese als die genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte oder Komponenten spezifizierend, aber das Vorhandensein von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten oder Komponenten oder einer Gruppe davon nicht ausschließend interpretiert werden.
Weitere Aspekte der Erfindung sind nachstehend in der ausführlichen Beschreibung der Erfindung beschrieben.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindung werden hierin nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen veranschaulicht, wobei:

1 in der Draufsicht einen Ausschnittsbereich einer Reliefschicht mit Mikrostruktureinheiten darstellt, die vertiefte dreidimensional strukturierte Formationen umfassen, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt sind.
2 in der Seitenansicht (nicht maßstäblich) die Reliefschicht von 1 entlang der in 1 angegebenen Schnittlinie A-B darstellt.
3 die Reliefschicht von 2 darstellt, nachdem ein Druckfarbenfluid darauf aufgebracht und bevorzugt auf den Mikrostruktureinheiten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angesammelt wurde.
4 in der Draufsicht die eingefärbte Reliefschicht von 3 darstellt, auf der infolge der bevorzugten Ansammlung des Druckfarbenfluids farblich kontrastierte Mikrobildelemente gebildet wurden.
5 die Reliefschicht von 2 darstellt, nachdem ein Druckfarbenfluid darauf aufgebracht und bevorzugt auf den Mikrostruktureinheiten gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung angesammelt wurde.
6 in der Draufsicht die eingefärbte Reliefschicht von 5 darstellt, auf der infolge der bevorzugten Ansammlung des Druckfarbenfluids farblich kontrastierte Mikrobildelemente gebildet wurden.
7 in der Draufsicht einen Ausschnittsbereich einer Reliefschicht mit Mikrostruktureinheiten darstellt, die vorstehende dreidimensional strukturierte Formationen umfassen, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt sind.
8 in der Seitenansicht (nicht maßstäblich) die Reliefschicht von 7 entlang der in 7 angegebenen Schnittlinie A-B darstellt.
9 die Reliefschicht von 8 darstellt, nachdem ein Druckfarbenfluid darauf aufgebracht und bevorzugt auf den Mikrostruktureinheiten gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung angesammelt wurde.
10 in der Draufsicht die eingefärbte Reliefschicht von 9 darstellt, auf der infolge der bevorzugten Ansammlung des Druckfarbenfluids farblich kontrastierte Mikrobildelemente gebildet wurden.

Ausführliche Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Mikrobildelementen auf einem Substrat für ein Sicherheitsdokument. Das Verfahren umfasst das Herstellen mehrerer Mikrostruktureinheiten, die dreidimensional strukturierte Formationen in einer durchsichtigen oder matten Reliefschicht auf dem Substrat umfassen. Es wird dann ein Druckfarbenfluid auf die Reliefschicht aufgebracht, sodass sich das Druckfarbenfluid bevorzugt in Regionen mit hoher Flächenkrümmung auf jeder Mikrostruktureinheit ansammelt, um kontrastierende Bereiche mit unterschiedlicher Druckfarbendichte bereitzustellen.
Substrat
Das Substrat kann jedes geeignete Substrat für Sicherheitsdokumente sein. Das Substrat kann Papier oder ein anderes Fasermaterial, wie beispielsweise Cellulose; ein Kunststoff- oder Polymermaterial, einschließlich aber nicht beschränkt auf Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polykarbonat (PC), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylenterephthalat (PET); oder ein Verbundmaterial aus zwei oder mehr Materialien, wie beispielsweise ein Laminat aus Papier und mindestens einem Kunststoffmaterial oder zwei oder mehr Polymermaterialien sein. Die Verwendung von Kunststoff- oder Polymermaterialien bei der Herstellung von Sicherheitsdokumenten, der in Australien der Weg bereitet wurde, war sehr erfolgreich, da Polymerbanknoten langlebiger sind als ihre Gegenstücke aus Papier und auch neue Sicherheitsmerkmale (wie beispielsweise Mikrooptikvorrichtungen) einschließen können.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist das Substrat ein transparentes oder durchsichtiges Material. Transparente Substrate werden besonders bevorzugt, da auf einer Fläche des Substrats hergestellte Mikrobildelemente dann durch eine Anordnung von auf der gegenüberliegenden Fläche des Substrats angeordneten Fokussierelementen angesehen werden können. Die Dicke des transparenten Substrats beträgt bevorzugt über 50 Mikrometer, um zu ermöglichen, dass die Mikrobildelemente an oder gerade innerhalb der Brennweite von Fokussierelementen auf der gegenüberliegenden Fläche angeordnet werden können. Bei einigen Ausführungsformen ist das Substrat 60 bis 100 Mikrometer dick und bevorzugt 65 bis 90 Mikrometer dick.
Ein insbesondere geeignetes transparentes Substrat ist Polypropylen und insbesondere biaxial orientiertes Polypropylen.
Ein gewöhnliches Sicherheitsmerkmal bei Polymerbanknoten, die für Australien und andere Länder hergestellt wurden, ist ein transparenter Bereich oder ein transparentes „Fenster“. Bei einer Ausführungsform werden die Mikrobildelemente der Erfindung an einer Fensterregion eines transparenten Substrats hergestellt. Das Substrat kann dann eine oder mehrere Trübungsschichten über anderen Regionen der Substratfläche umfassen. Das transparente Substrat kann alternativ ein Einsatz in eine ausgeschnittene Region eines im Wesentlichen undurchsichtigen Materials, wie beispielsweise Papier oder Fasermaterial, sein.
Herstellen von Mikrostruktureinheiten in einer durchsichtigen oder matten Reliefschicht
Die Erfindung umfasst einen Schritt des Herstellens von mehreren Mikrostruktureinheiten, die dreidimensional strukturierte Formationen umfassen, in einer durchsichtigen oder matten Reliefschicht auf dem Substrat. Die Reliefschicht ist bevorzugt transparent oder durchsichtig. Transparente Reliefschichten werden besonders bevorzugt, da diese ermöglichen, dass das anschließend aufgebrachte Druckfarbenfluid mit starkem Kontrast gegen einen durchsichtigen Hintergrund angesehen werden kann. Bei Ausführungsformen, bei denen die farblich kontrastierten Mikrobildelemente auf einer Seite eines Substrats durch Fokussierelemente angesehen werden sollen, die auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats angeordnet sind, ist des Weiteren ein ausreichender Grad an Transparenz der Reliefschicht (und des Substrats) erforderlich, um sicherzustellen, dass die Mikrobildelemente angesehen werden können.
Die Reliefschicht ist bevorzugt farblos und stellt daher einen starken Kontrast für das Druckfarbenfluid bereit. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass die Reliefschicht eine matte Färbung aufweisen kann, vorausgesetzt, dass das anschließend aufgebrachte Druckfarbenfluid einen ausreichenden Kontrast aufweist, um farblich kontrastierte Mikrobildelemente gegenüber der Hintergrundfärbung der Beschichtung hinreichend zu definieren.
Die mehreren Mikrostruktureinheiten können durch Prägen der dreidimensional strukturierten Formationen in die Reliefschicht hergestellt werden. Die Mikrostruktureinheiten können direkt in das Substrat geprägt werden, um die Reliefschicht als eine strukturierte Flächenschicht des Substrats selbst zu bilden, wie beispielsweise durch Heißprägen eines geeigneten Polymersubstrats. Typischerweise umfasst die Reliefschicht jedoch eine auf das Substrat aufgebrachte durchsichtige oder matte Beschichtung, wobei die Mikrostruktureinheiten, welche die dreidimensional strukturierten Formationen umfassen, in die Beschichtung geprägt sind. Die mehreren Mikrostruktureinheiten können beispielsweise in eine auf das Substrat aufgebrachte thermoplastische Beschichtung heißgeprägt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die durchsichtige oder matte Beschichtung eine strahlungshärtbare Beschichtung. Die strahlungshärtbare Beschichtung kann jeder Lack oder jede andere Beschichtung sein, der bzw. die auf der Fläche des Substrats aufgebracht und dann geprägt werden kann, während er bzw. sie weich ist, um Mikrostruktureinheiten mit dreidimensional strukturierten Formationen zu bilden, und der bzw. die mit Strahlung gehärtet werden kann, um die geprägten Mikrostruktureinheiten zu härten. Die strahlungshärtbare Beschichtung ist bevorzugt durch Ultraviolett- (UV) -Strahlung härtbar. Alternativ kann die strahlungshärtbare Beschichtung durch andere Strahlungsformen, wie beispielsweise Elektronenstrahlen oder Röntgenstrahlen, härtbar sein.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die durchsichtige oder matte strahlungshärtbare Beschichtung einen acrylbasierten prägbaren UV-härtenden durchsichtigen Lack. Solche UV-härtenden Lacke können von verschiedenen Herstellern bezogen werden, einschließlich Kingfisher Ink Limited, Produkt Ultraviolett Typ UVF-203 oder ähnlich. Diese Beschichtungen wurden als besonders geeignet zum Prägen von Mikrostrukturen einschließlich lichtbrechender Strukturen, wie beispielsweise Beugungsgitter und Hologramme, Mikrolinsen und Linsenanordnungen und nicht lichtbrechende optisch variable Vorrichtungen, berichtet. Die strahlungshärtbaren prägbaren Beschichtungen können alternativ auf anderen Verbindungen, wie z. B. Nitrozellulose, basieren.
Bei einigen Ausführungsformen weist die durchsichtige oder matte strahlungshärtbare Beschichtung bei Aufbringen auf das Substrat eine Viskosität auf, die in den Bereich von ungefähr 20 bis zu ungefähr 175 Centipoise und mehr bevorzugt von ungefähr 30 bis zu ungefähr 150 Centipoise fällt. Die Viskosität kann durch Messen der Zeit bis zum Ablaufen des Lacks aus einem Zahn Becher #2 bestimmt werden. Eine Probe, die in 20 Sekunden abläuft, weist eine Viskosität von 30 Centipoise auf und eine Probe, die in 63 Sekunden abläuft, weist eine Viskosität von 150 Centipoise auf. Viskositäten in diesem Bereich können ermöglichen, dass die Beschichtung durch Tiefdrucktechniken aufgebracht und geprägt werden kann.
Die strahlungshärtbare Beschichtung kann mit einem Tiefdruckprozess auf das Substrat aufgebracht und dann in einem zweiten Schritt geprägt werden. Bei einigen Ausführungsformen wird die Beschichtung mit einer Prägescheibe oder -walze mit einer dreidimensional strukturierten Fläche entsprechend der Konfiguration der zu prägenden Reliefschicht geprägt. Eine Scheibe, wie sie in der Industrie bekannt ist, ist typischerweise ein dünnes Metallstück, das unter Verwendung von Elektroplattierprozessen oder ähnlichen Prozessen aus Strukturen, die unter Verwendung von Fotolithografietechniken oder dergleichen erzeugt wurden, gebildet wurde. Eine Walze kann mit ähnlichen Techniken gebildet sein, wird aber typischerweise mit Ätz-, Gravier- oder Laserabtragstechniken gebildet.
Das Härten der Beschichtung beginnt generell nicht, bevor die strahlungshärtbare Beschichtung geprägt ist, aber es ist möglich, dass der Härteschritt entweder nach dem Prägen oder zu im Wesentlichen der gleichen Zeit wie der Prägeschritt erfolgt. Die strahlungshärtbare Beschichtung wird bevorzugt geprägt und gleichzeitig durch Ultraviolett- (UV) -Strahlung gehärtet. Bei solchen Ausführungsformen kann die Beschichtung mit UV-Licht durch das Substrat (wenn es geeignet transparent ist) oder durch ein transparentes Prägewerkzeug bestrahlt werden.
Obwohl die Erfindung hierin mit besonderer Bezugnahme auf geprägte Mikrostruktureinheiten beschrieben wird, ist es offensichtlich, dass die Prinzipien der Erfindung auch mit Mikrostruktureinheiten angewandt werden können, die durch andere Techniken in einer Reliefschicht hergestellt werden. Bei einer solchen alternativen Herangehensweise werden die Mikrostruktureinheiten durch direktes Aufbringen von vorgeformten dreidimensionalen Formationen auf das Substrat hergestellt, wie es beispielsweise in WO2011/102800 beschrieben ist.
Bei einigen Ausführungsformen werden daher Vertiefungen von geeigneter Konfiguration in der Fläche eines Druckwerkzeugs mit einem durchsichtigen oder matten Lack gefüllt. Das Druckwerkzeug kann beispielsweise eine eingeprägte, geätzte oder laserabgetragene Walze sein. Geeignete Lacke umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, die strahlungshärtbaren Beschichtungen, die in Bezug auf Ausführungsformen hierin beschrieben sind, bei denen die Mikrostruktureinheiten in eine Beschichtung auf dem Substrat geprägt werden. Die Viskosität des Lacks ist geeignet, mindestens die Vertiefungen auf der Druckwerkzeugfläche zu füllen und optional auch eine Schicht von im Wesentlichen gleicher Dicke über der Fläche des Werkzeugs vorzusehen. Nach dem Auftragen wird die Viskosität des Lacks in mindestens den Vertiefungen erhöht. Die Viskosität des Lacks kann durch jegliche geeigneten Mittel, typischerweise durch mindestens teilweises Härten des Lacks, erhöht werden, um dem geformten Lack während der anschließenden Übertragung eine ausreichende strukturelle Integrität zu verleihen. Der Lack kann durch Bestrahlen des Lacks auf der Druckwerkzeugfläche mit UV-Strahlung teilweise gehärtet werden.
Überschüssiger Lack wird optional von der Fläche des Druckwerkzeugs außerhalb der Vertiefungen beispielsweise mit einem Abwischwerkzeug, wie beispielsweise einem Schwamm oder Schaufel, derart entfernt, dass nur Lack innerhalb der Vertiefungen im anschließenden Kontaktschritt auf das Substrat übertragen wird. Eine Lackschicht, die einen ausgedehnten Abschnitt der Druckwerkzeugfläche einschließlich der Vertiefungen abdeckt, kann alternativ vorgesehen und viskosiert werden, sodass die gesamte Schicht einschließlich der vertiefungsgeformten Formationen im anschließenden Kontaktschritt auf das Substrat übertragen wird.
Der Lack wird von den Vertiefungen und optional auch von umgebenden lackbeschichteten Bereichen des Druckwerkzeugs durch Kontaktieren der Fläche des Druckwerkzeugs mit dem Substrat auf das Substrat übertragen. Wenn das Druckwerkzeug eine Walze ist, können die Walze und das Substrat in Wälzkontakt gebracht werden. Der Lack kann mindestens teilweise während des Kontaktierens der Fläche des Druckwerkzeugs mit dem Substrat gehärtet werden, um den Lack an dem Substrat anzuhaften. Wenn beispielsweise ein strahlungshärtbarer Lack verwendet wird, kann der Lack durch Bestrahlen des Lacks mit UV-Strahlung durch ein transparentes Substrat und/oder durch die Druckwerkzeugfläche gehärtet werden. Das Druckwerkzeug wird dann entfernt, wobei es die dreidimensional strukturierten Formationen von gehärtetem Lack in einer Reliefschicht auf der Substratfläche hinterlässt. Optional kann der Lack nach dem Entfernen des Druckwerkzeugs weiter gehärtet werden.
Bei einigen Polymersubstraten kann es erforderlich oder wünschenswert sein, eine Zwischenschicht auf das Substrat aufzubringen, bevor die strahlungshärtbare Beschichtung oder die geformten Lackformationen aufgebracht werden, um das Haftvermögen der Beschichtung oder des Lacks an dem Substrat zu verbessern. Die Zwischenschicht umfasst bevorzugt eine Primerschicht und mehr bevorzugt umfasst die Primerschicht ein Polyethylenimin. Die Primerschicht kann auch einen Vernetzer, wie beispielsweise ein multifunktionales Isocyanat, umfassen. Beispiele anderer zur Verwendung geeigneter Primer umfassen: hydroxylterminierte Polymere; hydroxylterminierte polyesterbasierte Copolymere; quervernetzte oder unvernetzte hydroxylierte Acrylate; Polyurethane; und UV-härtende anionische oder kationische Acrylate. Beispiele von geeigneten Vernetzern umfassen: Isocyanate; Polyaziridine; Zirconiumkomplexe; Aluminiumacetylaceton; Melamine; und Carbodiimide. Die Art des Primers kann für unterschiedliche Substrate und eine strahlungshärtbare Beschichtung variieren. Bevorzugt wird ein Primer ausgewählt, der die optischen Eigenschaften der geprägten Beschichtung oder aufgebrachten Lackformationen im Wesentlichen nicht beeinflusst.
Mehrere Mikrostruktureinheiten
Bei dem Verfahren der Erfindung werden mehrere Mikrostruktureinheiten, die dreidimensional strukturierte Formationen umfassen, in der durchsichtigen oder matten Reliefschicht auf dem Substrat hergestellt. Die Mikrostruktureinheiten können nicht identisch oder im Wesentlichen identisch sein und die Mikrostruktureinheiten können als ein geordnetes (wie beispielsweise ein sich einheitlich wiederholendes) Muster von Mikrostruktureinheiten oder eine nicht geordnete Anordnung angeordnet sein. Die bevorzugte Konfiguration von sowohl der Mikrostruktureinheiten selbst als auch ihrer relativen Positionierung auf der Reliefschicht hängt von dem beabsichtigten visuellen Effekt ab, der durch die farblich kontrastierten Mikrobildelemente erzeugt werden soll, die anschließend mittels Aufbringen eines Druckfarbenfluids auf die Mikrostrukturen hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen können die Mikrostruktureinheiten mindestens eine Abmessung in der Ebene der Reliefschicht von kleiner als ungefähr 100 Mikrometer, bevorzugt kleiner als ungefähr 70 Mikrometer, mehr bevorzugt von kleiner als ungefähr 50 Mikrometer aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen können die Mikrostruktureinheiten auf der Reliefschicht in Reihen und/oder Spalten mit einer Teilung von kleiner als ungefähr 100 Mikrometer, bevorzugt kleiner als ungefähr 70 Mikrometer, konfiguriert sein. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Reliefschicht eine sich wiederholende Anordnung von im Wesentlichen identischen Mikrostruktureinheiten. Die sich wiederholende Anordnung von im Wesentlichen identischen Mikrostruktureinheiten kann in Reihen und/oder Spalten konfiguriert sein.
Die dreidimensionale Konfiguration der in der Reliefschicht hergestellten Mikrostruktureinheiten wird derart ausgewählt, dass sich das anschließend aufgebrachte Druckfarbenfluid bevorzugt auf der Fläche davon ansammelt, um farblich kontrastierte Mikrobildelemente mit den beabsichtigten Abmessungen und der beabsichtigten Auflösung auf der Fläche des Substrats herzustellen. Daher wird jede Konfiguration, die in einer Reliefschicht beispielsweise durch Prägen hergestellt werden kann, und die als eine dreidimensionale Schablone agieren kann und einen Fluss und eine Ansammlung eines anschließend aufgebrachten Druckfarbenfluids ermöglicht, als in den Umfang der Erfindung fallend betrachtet. Die Mikrostruktureinheiten umfassen jedoch generell keine lichtbrechenden Strukturen, da die Visualisierung der Mikrobildelemente, die durch die Druckfarbenfluidansammlung auf den Mikrostruktureinheiten gebildet werden, nicht auf einem Kontrast zwischen lichtbrechenden und nicht lichtbrechenden Regionen der Reliefschicht beruht.
Die Mikrostruktureinheiten können daher jegliche in der Reliefschicht dreidimensional hergestellten geeigneten Formationsmerkmale umfassen. Geeignete Merkmale können geometrische Formen, wie beispielsweise Quadrate, Rechtecke oder Kreise oder diskrete Bilder, umfassen. Die Mikrostruktureinheiten können Linien umfassen, die als vertiefte Nuten oder vorstehende Erhöhungen in der Reliefschicht gebildet sind. Die Linien können individuell kohärente Symbole oder Zeichen, wie beispielsweise Buchstaben oder numerische Zeichen, definieren. Sie können alternativ Muster, wie beispielsweise sich wiederholende Muster, definieren. Bei einigen Ausführungsformen sind die Mikrostruktureinheiten Einheitszellen eines größeren sich wiederholenden Musters, das sich zweidimensional über die Reliefschicht erstreckt.
Die Mikrostruktureinheiten können Formationsmerkmale umfassen, die in die umgebenden Regionen der Reliefschicht erkennbar vertieft sind oder davon vorstehen. Die Mikrostruktureinheiten können beispielsweise eine oder mehrere Vertiefungen umfassen, die in die Basisflächenebene der Reliefschicht vertieft sind, oder eine oder mehrere Vorsprünge, die von der Basisflächenebene der Reliefschicht vorstehen. Man kann sich vorstellen, dass die Mikrostruktureinheiten sowohl Vertiefungen als auch Vorsprünge in der Basisflächenebene der Reliefschicht umfassen können. Wie hierin verwendet, ist die Basisflächenebene einer Reliefschicht die im Wesentlichen ebene Fläche der Reliefschicht, die durch Regionen ohne dreidimensional strukturierte Formationen definiert ist. Die Vertiefungen und Vorsprünge weisen generell Formationsseitenwände auf, die bei einigen Ausführungsformen steil geneigt sein können, einschließlich im Wesentlichen senkrecht relativ zu den umgebenden Regionen und/oder der Basisflächenebene der Reliefschicht.
Während eine Anzahl an Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Formationsmerkmale, wie beispielsweise „Vertiefungen“, „Vorsprünge“, „Seitenwände“ usw., hierin beschrieben ist, versteht der Fachmann, dass diese Begriffe idealisierte Darstellungen sind, und dass auch komplexere Mikrostruktureinheiten gemäß der Erfindung hergestellt werden können, bei denen individuelle Formationsmerkmale nicht ohne Weiteres als entweder Vertiefungen oder Vorsprünge identifiziert werden können, oder bei denen eine Basisflächenebene der Beschichtung nicht ohne Weiteres definiert ist.
Das Verfahren der Erfindung ist besonders nützlich für die Herstellung von Mikrobildelementen mit fein aufgelösten Merkmalen, die zu klein sind, um durch konventionelle Drucktechniken hergestellt zu werden, es ist aber nicht beschränkt darauf. Bei einigen Ausführungsformen weisen die Mikrostruktureinheiten daher dreidimensional strukturierte Formationsmerkmale, wie beispielsweise vertiefte Nuten oder vorstehende Erhöhungen mit einer Breite von kleiner als 50 Mikrometer, bevorzugt kleiner als 10 Mikrometer, am meisten bevorzugt kleiner als 5 Mikrometer, wie beispielsweise zwischen 1 und 3 Mikrometer, auf.
Die Mikrostruktureinheiten können eine Tiefe von kleiner als 5 Mikrometer, bevorzugt kleiner als 3 Mikrometer, aufweisen. Die Erfinder haben festgestellt, dass Tiefen von ungefähr 2 Mikrometer ausreichend sind, um eine bevorzugte Druckfarbeansammlung auf dreidimensional strukturierten Reliefschichten derart zu ermöglichen, dass Mikrobildelemente mit zufriedenstellendem Farbkontrast und hoher Auflösung hergestellt werden.
Vertiefte Formationsmerkmale können in der Reliefschicht durch Prägen einer prägbaren Beschichtung mit einer Scheibe oder Walze mit entsprechenden vorstehenden Prägeelementen gebildet werden, während vorstehende Formationsmerkmale durch Prägen mit einer Scheibe oder Walze mit entsprechenden vertieften Prägeelementen gebildet werden können, die sich mit der prägbaren Beschichtungszusammensetzung während des Prägeschritts füllen. Wenn eine Beschichtung geprägt und gehärtet wird, ist es eine wichtige Überlegung, Luftblasen auszuschließen, die das Erscheinungsbild der Mikrobildelemente und irgendwelcher resultierender visueller optischer Effekte, die dadurch erzeugt werden, beeinträchtigen können. Bei einigen Ausführungsformen kann die Konfiguration des Prägewerkzeugs daher derart konzipiert sein, dass sie das Risiko, Luftblasen in der gehärteten geprägten Beschichtung einzuschlie-ßen, minimiert.
Wo die Prägefläche einer Scheibe (oder Walze) beispielsweise geschlossene Bereiche aufweist, die Abschnitte einer Beschichtung während des Prägens isolieren (ob als vertiefte Formen in der Basisfläche der Scheibe oder als Abschnitte der Basisfläche der Scheibe, die innerhalb von geschlossenen vorstehenden Merkmalen, wie beispielsweise einer „O“-förmigen Erhöhung, isoliert sind), erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, Luftblasen in einer mit der Scheibe geprägten Beschichtung einzuschließen. Es kann daher bevorzugt werden, dass jegliche vertieften Bereiche innerhalb der Scheibe ein zusammenhängendes Netzwerk bilden, das ermöglicht, dass Luftblasen während des Prägeschritts austreten. Dies beeinflusst wiederum die Konfiguration der mehreren mit der Scheibe hergestellten Mikrostruktureinheiten. Bei einigen Ausführungsformen umfassen die mehreren Mikrostruktureinheiten daher ein zusammenhängendes Netzwerk von erhöhten Regionen, die sich über die Reliefschicht erstrecken und angrenzende Mikrostruktureinheiten verbinden. Das zusammenhängende Netzwerk von erhöhten Regionen kann in der Basisflächenebene der Beschichtung gebildet werden, wenn die Mikrostruktureinheiten Vertiefungsmerkmale umfassen. Das zusammenhängende Netzwerk von erhöhten Regionen kann alternativ als ein Netzwerk von geprägten Vorsprüngen, wie beispielsweise Erhöhungen, gebildet werden, die auf der Basisflächenebene der Beschichtung vorstehend gebildet sind.
Aufbringen und Ansammeln von Druckfarbenfluid auf den Mikrostruktureinheiten
Nachdem die mehreren Mikrostruktureinheiten hergestellt wurden, wird ein Druckfarbenfluid auf der Reliefschicht aufgebracht. In dem Verfahren der Erfindung werden die mehreren farblich kontrastierten Mikrobildelemente durch die bevorzugte Ansammlung des Druckfarbenfluids auf der dreidimensional strukturierten Fläche der Mikrostruktureinheiten aufgebracht. Die Erfinder haben festgestellt, dass unter Verwendung dieser alternativen Herangehensweise kleine (wie beispielsweise mikrometerskalige) Mikrobilder mit hervorragender Auflösung und Farbkontrast hergestellt werden können.
Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass sich das Druckfarbenfluid auf der Reliefschichtfläche ansammelt, um seine Flächenenergie zu minimieren. Die Zwangsläufigkeit, die Flächenenergie zu minimieren, verursacht, dass das Druckfarbenfluid über die dreidimensionale Fläche der Mikrostruktureinheiten fließt und sich in einer vorhersagbaren Verteilung ansammelt, die nicht hauptsächlich durch das Auftragsverfahren oder durch Gravitationskräfte bestimmt wird. Vielmehr wird davon ausgegangen, dass sich das Druckfarbenfluid derart ansammelt, dass es eine Ausgeglichenheit zwischen den Kohäsionskräften, die das Fluid zusammenhalten, und den Adhäsionskräften zwischen dem Fluid und der Mikrostrukturfläche herstellt.
Die Zusammensetzung der Reliefschicht und des Druckfarbenfluids kann daher derart ausgewählt werden, dass Adhäsionskräfte relativ zu den Kohäsionskräften geeignet ausgeglichen werden, d. h., dass die Reliefschicht durch das Druckfarbenfluid geeignet benetzbar ist. Die Benetzbarkeit sollte ausreichend hoch sein, sodass bewirkt wird, dass das Druckfarbenfluid in Regionen mit hoher Flächenkrümmung auf der Fläche der Mikrostruktureinheiten fließt, aber nicht so hoch, dass bewirkt wird, dass das Druckfarbenfluid die gesamte Fläche der Reliefschicht abdeckt.
Das Druckfarbenfluid sollte eine geeignete Viskosität aufweisen, um eine bevorzugte Ansammlung auf den Mikrostruktureinheiten zu ermöglichen. Ein Druckfarbenfluid mit einer unannehmbar hohen Viskosität wird auf der dreidimensionalen Reliefschichtfläche nicht fließen können, während ein Druckfarbenfluid mit einer unannehmbar niedrigen Viskosität zu frei fließen kann, um eine exakte Steuerung der Druckfarbenverteilung bereitzustellen. Der Fachmann wird mit dem Vorteil dieser Offenbarung erkennen, dass die optimale Viskosität für eine bestimmte Anwendung von einem geeigneten Gleichgewicht zwischen diesen konkurrierenden Erfordernissen abhängt, wenn diese zusammen mit anderen Faktoren einschließlich der Größe und der Konfiguration der dreidimensionalen Formationsmerkmale der Mikrostruktureinheiten und dem beabsichtigten visuellen Effekt betrachtet wird. Bei einigen Ausführungsformen liegt die Viskosität des Druckfarbenfluids wie unter Verwendung eines Zahn Bechers #2 gemessen im Bereich von 16 bis 25 Sekunden (10 bis 50 Centipoise), bevorzugt 16 bis 18 Sekunden (10 bis 20 Centipoise). Es wurde festgestellt, dass Druckfarbenfluids mit dieser Viskosität durch die bevorzugte Ansammlung auf Mikrostruktureinheiten mit Formationsmerkmalen mit einer Auflösung zwischen 1 und 3 Mikrometer und einer Tiefe von ungefähr 2 Mikrometer hochauflösende Mikrobilder herstellen.
Das Druckfarbenfluid wird mit einer geeigneten Massebeladung derart aufgebracht, dass eine Ansammlung auf den Mikrostruktureinheiten die gewünschten Mikrobildelemente bereitstellt. Wenn das Druckfarbenfluid mit einer zu hohen Massebeladung aufgebracht wird, wird die Verteilung von Druckfarbenfluid auf den dreidimensionalen Mikrostrukturen keinen zufriedenstellenden Farbkontrast zwischen Bereichen mit unterschiedlicher Druckfarbendichte herstellen. Im Extremfall deckt das Druckfarbenfluid die gesamte Fläche der Reliefschicht mit einer Schicht von ausreichender Konsistenz ab, sodass kein Farbkontrast erlangt wird. Wenn die Druckfarbenfluidbeladung zu niedrig ist, bleiben Regionen der dreidimensionalen Mikrostrukturen, von denen beabsichtigt ist, dass sie durch Druckfarbenfluid abgedeckt werden, unabgedeckt, sodass die Mikrobildelemente nicht befriedigend hergestellt werden. Der Fachmann wird mit dem Vorteil dieser Offenbarung erkennen, dass die optimale Druckfarbenfluidbeladung für eine bestimmte Anwendung von einer Anzahl an Faktoren einschließlich der dreidimensionalen Konfiguration der Mikrostruktureinheiten, der Druckfarbeviskosität und dem beabsichtigten visuellen Effekt abhängt. Bei einigen Ausführungsformen wird das Druckfarbenfluid bei einer Nassbeladung im Bereich von ungefähr 0,5 g/m² bis zu ungefähr 10 g/m² aufgebracht.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Druckfarbenfluid eine lösemittelhaltige Druckfarbe mit einem Feststoffgehalt sein, der zwischen ungefähr 10 Masseprozent bis zu ungefähr 60 Masseprozent, wie beispielsweise zwischen ungefähr 15 Masseprozent und ungefähr 25 Masseprozent liegt. Der bevorzugte Feststoffgehalt kann mindestens teilweise derart ausgewählt werden, dass er dem Druckfarbenfluid eine geeignete Viskosität verleiht.
Das Druckfarbenfluid kann durch jede geeignete Technik, wie beispielsweise durch Walze-zu-Walze-Tiefdruck, auf die Reliefschicht aufgebracht werden. Tiefdruck oder andere konventionelle Drucktechniken sind zum Herstellen der Mikrobildelemente der vorliegenden Erfindung trotz der Auflösungsbegrenzungen dieser Techniken geeignet, da die Herstellung der farblich kontrastierten Mikrobildelemente auf der bevorzugten Ansammlung des Druckfarbenfluids auf den dreidimensional strukturierten Flächen der Mikrostruktureinheiten beruht, die durch Flächenenergieüberlegungen und nicht durch eine präzise Anordnung der Druckfarbe auf der Fläche der Reliefschicht bestimmt wird.
Das Druckfarbenfluid kann von jeder geeigneten Farbe sein, die fähig ist, einen zufriedenstellenden Farbkontrast gegenüber der Reliefschicht herzustellen, einschließlich schwarzer und weißer Druckfarben. Bei einigen Ausführungsformen wird ein einzelnes Druckfarbenfluid auf die Reliefschicht aufgebracht. Bei anderen Ausführungsformen werden zwei oder mehr verschiedenfarbige Druckfarbenfluide aufgebracht. Die verschiedenfarbigen Druckfarbenfluide können auf unterschiedliche Abschnitte der Reliefschicht derart aufgebracht werden, dass jede Mikrostruktureinheit auf der Reliefschicht nur ein einzelnes Druckfarbenfluid aufnimmt. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass verschiedenfarbige Druckfarbenfluide auf den gleichen Abschnitt der Reliefschicht beispielsweise in sequenziellen Anwendungsschritten aufgebracht werden könnten, sodass Regionen von zusammengesetzten Farben gebildet werden.
Optional bildet das auf der Reliefschicht aufgebrachte Druckfarbenfluid ein separates Designelement, das für seinen visuellen Einfluss auf die bevorzugte Ansammlung des Druckfarbenfluids nicht auf jeder Mikrostruktureinheit beruht. Solch ein Designelement, wie beispielsweise eine oder mehrere farbige Regionen auf der Fläche, erstreckt sich generell über die mehreren Mikrostruktureinheiten oder einen wesentlichen Abschnitt davon und ist daher nicht durch die Auflösungsanforderungen von traditionellen Druckfarbenaufbringungsverfahren eingeschränkt. Das optionale Designelement kann direkt auf die Fläche des Substrats gesehen von irgendeinem sichtbaren optischen Effekt gesehen unterscheidbar sein, der durch die farblich kontrastierten Mikrobildelemente hergestellt wird, wenn es durch eine Anordnung von auf der gegenüberliegenden Fläche des Substrats angeordneten Fokussierelementen angesehen wird.
Es ist offensichtlich, dass die Verteilung des Druckfarbenfluids in den kontrastierenden Bereichen mit unterschiedlicher Druckfarbendichte (wie beispielsweise Bereiche mit hoher Druckfarbendichte, die mit Bereichen mit niedriger oder im Wesentlichen null Druckfarbendichte kontrastieren) und daher die Formen und/oder der Kontrast der Mikrobildelemente, von der dreidimensionalen Konfiguration der Mikrostruktureinheiten abhängt. Bei einigen Ausführungsformen sammelt sich das Druckfarbenfluid bevorzugt in Regionen mit hoher Flächenkrümmung neben einer oder mehreren Seitenwänden der Mikrostruktureinheiten, d. h., am Schnittpunkt zwischen den Seitenwänden und umgebenden Flächenregionen an. Für vertiefte Mikrostruktureinheitsformationsmerkmale kann sich das Druckfarbenfluid daher an den Ecken (entweder im Wesentlichen winklig oder mehr gekrümmt), an denen sich die Seitenwände und die Basis der Vertiefung schneiden, oder in der gesamten Vertiefung ansammeln, wodurch diese mindestens teilweise gefüllt wird. Bei vorstehenden Mikrostruktureinheitsformationsmerkmalen kann sich das Druckfarbenfluid an den Ecken (entweder im Wesentlichen winklig oder mehr gekrümmt), an denen sich die Seitenwände und die Basisflächenebene der Reliefschicht schneiden, ansammeln.
Bei einigen Ausführungsformen sammelt sich das Druckfarbenfluid nur in ausgewählten Bereichen der dreidimensionalen Mikrostrukturen an, während andere Bereiche der Mikrostrukturen und/oder Umgebungsbereiche der Reliefschicht im Wesentlichen frei von Druckfarbenfluid sind. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass Druckfarbenfluid die gesamte Fläche der dreidimensionalen Mikrostrukturen oder gar die gesamte Reliefschicht abdecken kann, vorausgesetzt, dass eine ausreichend selektive Ansammlung von Druckfarbenfluid auftritt, um einen zufriedenstellenden Farbkontrast zwischen den kontrastierenden Bereichen mit unterschiedlicher Druckfarbendichte herzustellen.
Bei Ausführungsformen, bei denen die Reliefschicht eine sich wiederholende Anordnung von im Wesentlichen identischen Mikrostruktureinheiten umfasst, kann sich das Druckfarbenfluid in einer im Wesentlichen gleichen Verteilung an jeder Mikrostruktureinheit in der Anordnung ansammeln, insbesondere, wenn das Druckfarbenfluid mit einer konstanten Beladung über der Reliefschicht aufgebracht wird. Dies ermöglicht die Erzeugung einer sich wiederholenden Anordnung von im Wesentlichen identischen farblich kontrastierten Mikrobildelementen auf der Fläche des Substrats. Eine Anzahl an visuellen optischen Effekten einschließlich vergrößerter Moire-Bilder erfordert solch eine geordnete Anordnung von identischen Bildern, um den gewünschten Effekt zu erzeugen.
Bei einigen Ausführungsformen umfassen die Mikrostruktureinheiten mindestens eine Vertiefung, die in umgebenden Regionen der Reliefschicht vertieft ist. Wenn das Druckfarbenfluid auf die Reliefschicht aufgebracht ist, kann es von den umgebenden Regionen in die Vertiefung fließen und daher einen Farbkontrast zwischen der Druckfarbe, die in mindestens einem Abschnitt der Vertiefung angesammelt wird, und den mit Druckfarbe verarmten umgebenden Regionen bereitstellen. Es wird davon ausgegangen, dass der Fluss von Druckfarbenfluid in die Vertiefung die Flächenenergie des Systems minimiert, da die Vertiefung Regionen mit hoher Flächenkrümmung auf der Reliefschichtfläche umfasst. Die gesamte Innenfläche der Vertiefung (einschließlich der Seitenwände) kann beispielsweise konkav sein. Als ein weiteres Beispiel können die Seitenwände verhältnismäßig eben sein, sind aber relativ zu einer Basisfläche der Vertiefung steil geneigt, um entlang dem Schnittpunkt (Eckenregion) zwischen den Seitenwänden und der Basisfläche der Vertiefung eine Region mit hoher Flächenkrümmung vorzusehen.
Bei einigen Ausführungsformen sammelt sich das Druckfarbenfluid bevorzugt derart an, dass es die Basisfläche der Vertiefung zwischen den Seitenwänden mit einer Schicht des Druckfarbenfluids abdeckt. Die Mikrobildelemente werden daher durch den Farbkontrast zwischen dem Bereich mit hoher Druckfarbendichte gebildet, wobei das Druckfarbenfluid die Vertiefung und den Bereich mit niedriger Druckfarbendichte füllt, der durch die umgebenden Regionen der Reliefschicht, die frei von Druckfarbenfluid oder davon verarmt sind, definiert ist. Wo die Vertiefung beispielsweise eine in die Reliefschicht vertiefte Nut ist, erscheint das bevorzugt in der Vertiefung angesammelte Druckfarbenfluid als eine farbige Linie auf der durchsichtigen Reliefschicht, welche die Dicke der Nut aufweist. Bei solchen Ausführungsformen ist es nicht erforderlich, dass die Vertiefung vollständig mit Druckfarbenfluid gefüllt ist, um einen zufriedenstellenden Farbkontrast zu erzeugen, und es wird generell bevorzugt, dass die Vertiefung nicht vollständig gefüllt ist, da dies wahrscheinlich als Folge dessen, dass sich Druckfarbe sowohl in der Vertiefung als auch auf den umgebenden Regionen ansammelt, zu einem dürftigen Kontrast führt.
Bei einigen Ausführungsformen sammelt sich das Druckfarbenfluid innerhalb der Vertiefung in Regionen mit hoher Flächenkrümmung am Schnittpunkt der Seitenwände und der Vertiefungsbasisfläche an. Bei solchen Ausführungsformen sammelt sich das Druckfarbenfluid selektiv gegen mindestens eine Seitenwand der Vertiefung an und sammelt sich bevorzugt selektiv gegen zwei gegenüberliegende Seitenwände der Vertiefung an. Das Druckfarbenfluid kann sich bevorzugt nur entlang den Ecken ansammeln, wo sich die Seitenwände und die Basisfläche der Vertiefung schneiden, wobei es einen Zwischenabschnitt der Basisfläche der Vertiefung als einen kontrastierenden Bereich mit niedriger Druckfarbendichte hinterlässt. Die Mikrobildelemente dieser Ausführungsformen werden mindestens teilweise durch den Farbkontrast gebildet, der durch die selektive Verteilung von Druckfarbe innerhalb der Vertiefung erzeugt wird. Falls die Vertiefung beispielsweise eine in die Reliefschicht vertiefte Nut ist, kann das bevorzugt angesammelte Druckfarbenfluid in der Vertiefung ein Paar von Druckfarbelinien gegen die gegenüberliegenden Seitenwände der Nut bilden.
Es ist offensichtlich, dass das Beladen von Druckfarbenfluid ein bedeutender Faktor ist, der bestimmen kann, ob sich das Druckfarbenfluid bevorzugt durch mindestens teilweises Füllen eines Vertiefungsmerkmals oder durch selektives Ansammeln nur in ausgewählten Regionen mit hoher Flächenkrümmung innerhalb der Vertiefungen, wie beispielsweise gegen die Seitenwände, ansammelt. Andere Faktoren wie die Viskosität des Druckfarbenfluids, der Beschichtungsbenetzbarkeit und der Abmessungen (wie beispielsweise die Breite) des Vertiefungsmerkmals können beim Bestimmen der Druckfarbenfluidverteilung bei einer gegebenen Beladung jedoch auch eine Rolle spielen.
Bei einigen Ausführungsformen umfassen die Mikrostruktureinheiten mindestens einen Vorsprung, der von umgebenden Regionen der Reliefschicht vorsteht. Wenn das Druckfarbenfluid auf die Reliefschicht aufgebracht ist, kann es von den umgebenden Regionen fließen und sich bevorzugt in einer Region mit hoher Flächenkrümmung am Schnittpunkt von mindestens einer Seitenwand der Vorsprünge und den umgebenden Regionen der Reliefschicht und bevorzugt gegen beide gegenüberliegende Seitenwände ansammeln. Es wird davon ausgegangen, dass der Fluss von Druckfarbenfluid die Flächenenergie des Systems minimiert, da der Schnittpunkt zwischen den Seitenwänden der Vorsprünge und den umgebenden Regionen eine Region mit hoher Flächenkrümmung auf der Reliefschichtfläche bildet. Das Druckfarbenfluid kann sich daher bevorzugt in Bereichen mit hoher Druckfarbendichte entlang den Ecken, an denen sich die Seitenwände und die Basisflächenebene der Reliefschicht schneiden, ansammeln, wobei es andere Regionen der Basisflächenebene und die oberen Abschnitte des Vorsprungs frei von Druckfarbenfluid oder davon verarmt hinterlässt. Die Mikrobildelemente werden daher durch den Farbkontrast gebildet, der durch die selektive Ansammlung von Druckfarbe erzeugt wird, welche die Vorsprünge umschreibt. Falls der Vorsprung beispielsweise eine Erhöhung ist, die auf der Reliefschicht vorstehend gebildet ist, kann das Druckfarbenfluid ein Paar von Druckfarbelinien bilden, die bevorzugt gegen die gegenüberliegenden Seitenwände der Erhöhung angesammelt werden.
Zusätzliche Merkmale
Sobald sich das Druckfarbenfluid bevorzugt auf den Mikrostruktureinheiten angesammelt hat, kann das Druckfarbenfluid getrocknet und/oder gehärtet werden. Das Trocknen oder Härten der Druckfarbe kann weitere Druckfarbenflüsse verhindern, die Druckfarbe fortwährend fixieren und an der Reliefschicht anhaften und daher das Erscheinungsbild der Mikrobildelemente bewahren. Wenn das Druckfarbenfluid eine lösemittelhaltige Druckfarbe ist, kann beispielsweise ein Trocknungsschritt mit Heizöfen ausgeführt werden, die Warmluft auf das Substrat blasen.
Bei einigen Ausführungsformen wird eine transparente Schutzschicht über der Reliefschicht aufgebracht, nachdem das Druckfarbenfluid aufgebracht und bevorzugt angesammelt wurde (und optional getrocknet oder gehärtet wurde). Die transparente Schutzbeschichtung kann eine lösemittelhaltige Druckfarbe sein, die mittels Tiefdruck aufgebracht wird, um die dreidimensional strukturierte Reliefschicht zu füllen und eine glatte und ebene Fläche bereitzustellen. Die transparente Schutzschicht kann dann unter Verwendung von Heizvorrichtungsöfen getrocknet werden, die Warmluft auf das Substrat blasen. Die transparente Schutzbeschichtung kann sowohl vor physischer Beschädigung aufgrund von Abnutzung als auch vor Fälschen durch mechanisches Anheben schützen.
Bei anderen Ausführungsformen umfasst das Verfahren der Erfindung ferner das Aufbringen einer Kontrastbeschichtung über der Reliefschicht, nachdem das Druckfarbenfluid aufgebracht und bevorzugt angesammelt wurde (und optional getrocknet oder gehärtet wurde). Die Kontrastbeschichtung sollte gegenüber dem Druckfarbenfluid eine unterschiedliche Farbe aufweisen, sodass die Mikrobildelemente gegenüber der Kontrastbeschichtung kontrastiert sind, wenn sie in einem reflektierten Licht durch das Substrat angesehen werden.
Bei einigen Ausführungsformen sind die farblich kontrastierten Mikrobildelemente, die durch die Verfahren der Erfindung hergestellt sind, fähig, einen sichtbaren optischen Effekt herzustellen, wie beispielsweise ein vergrößertes Bild, wenn es durch eine Anordnung von auf dem Substrat angeordneten Fokussierelementen angesehen wird. Das vergrößerte Bild kann am besten in einem reflektierten Licht angesehen werden, um eine helle Färbung zu erlangen, die der Farbe des ersten Druckfarbenfluids entspricht. Das vergrößerte Bild kann jedoch auch in einem Durchlicht angesehen werden, wobei es in Farbe erscheint, wenn das Druckfarbenfluid ausreichend durchsichtig ist, oder in schwarz und weiß erscheint, wenn das Druckfarbenfluid im Wesentlichen undurchsichtig ist. Wie hierin verwendet, bedeutet „Durchlicht“ Licht, das von einer Quelle auf der dem Betrachter gegenüberliegenden Seite des Substrats durch das Substrat übertragen wird, und „reflektiertes Licht“ bedeutet Licht, das von einer Quelle auf der gleichen Seite des Substrats wie der Betrachter stammt und durch die Mikrobildelemente zum Betrachter zurückreflektiert wird. Vorteilhafterweise weisen die hergestellten vergrößerten Bilder, wenn die Mikrobildelemente durch eine Anordnung von Fokussierelementen angesehen werden, einen zufriedenstellenden Kontrast bei einer großen Vielfalt von Beleuchtungsbedingungen (einschließlich indirekter Beleuchtung) auf, da die Mikrobildelemente eher auf Farbkontrast als auf lichtbrechenden Effekten beruhen.
Der sichtbare optische Effekt beim Ansehen der Mikrobildelemente kann ein vergrößertes Moire-Bild, ein ganzheitliches Bild, ein kontrastwechselndes Bild, ein verschachteltes Bild oder ein Kippbild umfassen. Aufgrund der hochauflösenden und komplexen Mikrobildelemente, die auf einer Substratfläche mit dem Verfahren der Erfindung hergestellt werden können, kann eine große Vielfalt an optischen Effekten erzeugt werden. Der visuelle optische Effekt ist bevorzugt ein vergrößertes Moire-Bild oder ein ganzheitliches Bild und mehr bevorzugt ein vergrößertes Moire-Bild.
Die extrem feine Auflösung der farbkontrastierten Mikrobildelemente, die gemäß der Erfindung hergestellt werden können, ist besonders zum Herstellen von vergrößerten optischen Effekten vorteilhaft. Mikrobildelemente, die zur Bildgebung als ein vergrößerter Moire-Bild-Effekt durch eine 2D-Anordnung von Mikrolinsen beabsichtigt sind, müssen beispielsweise als eine Anordnung von Bild-„Symbolen“ konfiguriert sein, die in der Größe ungefähr einer Mikrolinse entsprechen. Je feiner die Auflösung der Merkmale in den Symbolen, desto größer ist daher die Komplexität des vergrößerten Bilds, das hergestellt werden kann.
Mikrooptikvorrichtungen und Sicherheitsmerkmale
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Mikrooptikvorrichtung auf einem Substrat für ein Sicherheitsdokument. Die Mikrooptikvorrichtung umfasst mehrere Mikrostruktureinheiten, die dreidimensional strukturierte Formationen in einer durchsichtigen oder matten Reliefschicht auf dem Substrat umfassen. Die Mikrooptikvorrichtung umfasst ferner eine Druckfarbe auf der Reliefschicht, wobei die Druckfarbe bevorzugt in Regionen mit starker Flächenkrümmung auf jeder Mikrostruktureinheit angesammelt wird. Es werden daher kontrastierende Bereiche mit unterschiedlicher Druckfarbendichte bereitgestellt. Die kontrastierenden Bereiche, die typischerweise Bereiche mit hoher Druckfarbendichte und kontrastierende Bereiche mit niedriger (einschließlich im Wesentlichen null) Druckfarbendichte umfassen, bilden mindestens teilweise die mehreren farblich kontrastierten Mikrobildelemente auf dem Substrat.
Die Mikrooptikvorrichtung kann durch irgendeines der hierin beschriebenen Verfahren hergestellt werden. In dieser Hinsicht können das Substrat, die Zusammensetzung der Reliefschicht, die mehreren darauf hergestellten Mikrostruktureinheiten und die mehreren farblich kontrastierten Mikrobildelemente die gleichen sein, wie sie in Bezug auf einige der hierin offenbarten Verfahrensausführungsformen beschrieben sind. Die Druckfarbe, die in Regionen mit hoher Flächenkrümmung auf den Mikrostruktureinheiten angesammelt wird, kann durch Aufbringen eines Druckfarbenfluids auf die Reliefschicht derart angeordnet werden, dass sie dem Druckfarbenfluid ermöglicht, sich bevorzugt auf den Mikrostruktureinheiten anzusammeln, und optional das Druckfarbenfluid zu trocknen oder zu härten, wie es hierin beschrieben ist.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Reliefschicht eine Beschichtung auf dem Substrat und die dreidimensional strukturierten Formationen der Mikrostruktureinheiten sind in die Beschichtung geprägt. Die Beschichtung kann eine gehärtete Beschichtung, wie beispielsweise eine strahlungsgehärtete Beschichtung wie eine UVgehärtete Beschichtung sein. Bei anderen Ausführungsformen umfasst die Reliefschicht dreidimensional strukturierte Formationen, die als diskret vorgeformte Lackstrukturen (oder vorgeformte Überzugsschichten) gebildet sind, die von der Fläche eines Druckwerkzeugs auf das Substrat übertragen werden, wie es hierin beschrieben ist.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Reliefschicht der Mikrooptikvorrichtung eine sich wiederholende Anordnung von im Wesentlichen identischen Mikrostruktureinheiten und die Druckfarbe ist in einer im Wesentlichen gleichen Verteilung auf jeder im Wesentlichen identischen Mikrostruktureinheit angesammelt. Es wird daher eine sich wiederholende Anordnung von im Wesentlichen identischen farblich kontrastierten Mikrobildelementen auf der Fläche des Substrats bereitgestellt. Eine Anzahl an visuellen optischen Effekten einschließlich eines vergrößerten Moire-Bilds erfordern solch eine geordnete Anordnung von identischen Bildern, um den gewünschten Effekt herzustellen.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Mikrooptikvorrichtung ferner eine Anordnung von auf dem Substrat angeordneten Fokussierelementen. Bei solchen Ausführungsformen können die farblich kontrastierten Mikrobildelemente derart konfiguriert sein, dass sie einen sichtbaren optischen Effekt, wie beispielsweise ein vergrößertes Moiré-Bild, ein ganzheitliches Bild, ein kontrastwechselndes Bild, ein verschachteltes Bild oder ein Kippbild herstellen, wenn sie durch die Anordnung von Fokussierelementen angesehen werden. Bei einigen Ausführungsformen ist die Anordnung von Fokussierelementen auf einer Fläche des Substrats gegenüber der Fläche des Substrats, auf der die Reliefschicht angeordnet ist, angeordnet. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass die Anordnung von Fokussierelementen oben auf der Reliefschicht und optional durch eine eingeschobene Transparentschicht beabstandet angeordnet werden könnte. Bei solchen Ausführungsformen kann die Anordnung von Fokussierelementen optional konfiguriert sein, sich auf eine Reflexion der Mikrobildelemente in einer auf der gegenüberliegenden Fläche des Substrats angeordneten Reflexionsschicht zu fokussieren.
Die Anordnung von Fokussierelementen ist generell in einem Abstand von den mehreren Mikrobildelementen angeordnet, der im Wesentlichen gleich der Brennweite der Fokussierelemente ist oder innerhalb davon liegt. Zur Verwendung bei Sicherheitsdokumenten liegen die Brennweiten der Fokussierelemente bevorzugt im Bereich von 20 bis 130 Mikrometer, mehr bevorzugt von 65 bis 90 Mikrometer, entsprechend der typischen Dicke von transparenten Substraten für Sicherheitsdokumente.
Die Anordnung von Fokussierelementen kann irgendwelche Vorrichtungen umfassen, die zuvor als zum Ansehen von Mikrobildelementen auf einem Substrat und insbesondere einem Substrat für ein Sicherheitsdokument geeignet berichtet wurden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Anordnung von Fokussierelementen lichtbrechende Mikrolinsenstrukturen einschließlich konventioneller Mikrolinsen und Fresnellinsen umfassen. Bei anderen Ausführungsformen können lichtbrechende Fokussierelemente, wie beispielsweise Zonenplatten oder Photonensiebe, eingesetzt werden. Fresnellinsen und lichtbrechende Fokussierelemente können insbesondere zur Integration in eine Mikrooptikvorrichtung auf einem Sicherheitsdokument geeignet sein, da solche Fokussierelemente für eine gegebene Brennweite dünner sind als konventionelle Mikrolinsenstrukturen.
Die Anordnung von Fokussierelementen kann mit den mehreren Mikrobildelementen auf dem Substrat in Deckung sein. Die Ausrichtung zwischen den Fokussierelementen und den Mikrobildelementen kann alternativ versetzt sein, um einen gewünschten visuellen optischen Effekt herzustellen.
Die Anordnung von Fokussierelementen kann als eine separate Schicht hergestellt sein, die an dem Substrat angehaftet ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen wird die Anordnung von Fokussierelementen jedoch durch Aufbringen einer transparenten strahlungshärtbaren Beschichtung auf das Substrat und Prägen und Härten der Beschichtung mit Strahlung hergestellt, um die Fokussierelemente zu bilden. Die transparente Beschichtung, in welche die Fokussierelemente geprägt werden, kann optional die gleiche Zusammensetzung wie die Reliefschicht, in welche die Mikrostruktureinheiten geprägt sind, aufweisen.
Die Mikrooptikvorrichtung kann auf einem Substrat für irgendein Sicherheitsdokument gebildet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, den Folgenden: Währungsartikel, wie beispielsweise Banknoten und Münzen, Kreditkarten, Schecks, Pässe, Ausweise, Sicherheits- und Anteilzertifikate, Führerscheine, Besitzurkunden, Reisedokumente, wie beispielsweise Airlinetickets und Bahnfahrkarten, Eintrittskarten und Tickets, Geburts-, Sterbe- und Heiratsurkunden und akademische Transkripte. Bei einigen Ausführungsformen wird die Mikrooptikvorrichtung auf dem Substrat von Banknoten oder Ausweisdokumenten, wie beispielsweise Ausweisen oder Pässen gebildet.
Die Mikrooptikvorrichtung gemäß der Erfindung kann eine Komponente einer Sicherheitsvorrichtung auf einem Sicherheitsdokument bilden. Die Sicherheitsvorrichtung kann auf dem Sicherheitsdokument zusätzlich zu einem oder mehreren von einer großen Anzahl anderer Sicherheitsvorrichtungen, Elementen oder Merkmalen vorgesehen werden, die dazu beabsichtigt sind, ein Sicherheitsdokument oder Merkmal vor Fälschen, Kopieren, Abändern oder Manipulieren zu schützen. Sicherheitsvorrichtungen können eine große Vielfalt an Formen annehmen, wie beispielsweise in Schichten des Sicherheitsdokuments eingebettete Sicherheitsfäden, Wertpapierdruckfarben, wie beispielsweise eine fluoreszierende Substanz, leuchtende und phosphoreszierende Druckfarben, Metalldruckfarben, schillernde Druckfarben, fotochrome, thermochrome, hydrochrome oder piezochrome Druckfarben; gedruckte und geprägte Merkmale einschließlich Reliefstrukturen; Interferenzschichten; Flüssigkristallvorrichtungen; Linsen und linsenförmige Strukturen; optisch variable Vorrichtungen (OVDs), wie beispielsweise lichtbrechende Vorrichtungen einschließlich Beugungsgitter, Hologrammen und lichtbrechenden optischen Elementen (DOEs).
Ausführungsbeispiele
Eine Ausführungsform der Erfindung wird jetzt unter spezifischer Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben. 1 stellt in der Draufsicht einen Ausschnittsbereich der Reliefschicht 10 dar, die gemäß der Erfindung durch Prägen und Härten einer transparenten strahlungshärtbaren Beschichtung, die auf einem transparenten Substrat aufgebracht ist, hergestellt wurde. Die Reliefschicht 10 umfasst eine einheitlich sich wiederholende Anordnung von im Wesentlichen identischen Mikrostruktureinheiten einschließlich der individuellen Mikrostruktureinheiten 11a, 11b, 11c und 11d (nur 11d ist innerhalb des Ausschnittsbereichs der in 1 dargestellten Reliefschicht 10 vollständig enthalten). Die Mikrostruktureinheiten 11a bis 11d umfassen dreidimensional strukturierte Formationen als vertiefte Nuten in der Form von „O“-Formen und sind durch Prägen der Beschichtung mit einer Scheibe mit entsprechenden „O“-förmigen Prägeelementen, die von der Fläche der Scheibe vorstehen, und gleichzeitigem Härten der Beschichtung mit UV-Licht hergestellt.
2 stellt in der Seitenansicht (nicht maßstäblich) die Reliefschicht 10, wie in 1 gezeigt entlang der Schnittlinie A-B dar. Die Reliefschicht 10 befindet sich auf der ersten Fläche 12 des transparenten Substrats 13. Die Nuten 14a und 14b sind als Vertiefungen in der Basisflächenebene 15 der Reliefschicht 10 gebildet, die den Abschnitten der Mikrostruktureinheit 11d geschnitten durch die Schnittlinie A-B entspricht. Die Nuten 14a und 14b weisen eine Breite von ca. 2 Mikrometer und eine Tiefe von ca. 2 Mikrometer auf.
3 stellt die Reliefschicht 10 erneut in der Seitenansicht dar, nachdem das Druckfarbenfluid 16 auf die Reliefschicht 10 gemäß der Erfindung aufgebracht wurde. Das Druckfarbenfluid 16 hat sich bevorzugt durch Fließen von den umgebenden Regionen der Basisflächenebene 15 in die Nuten 14a und 14b angesammelt. In der in 3 dargestellten Ausführungsform weist das Druckfarbenfluid 16 eine Viskosität auf und wurde mit einer Beladung aufgebracht, die geeignet ist, die Basisfläche abzudecken, aber die Nuten 14a und 14b (und daher die gesamte vertiefte „O“-förmige Nut der Mikrostruktureinheit 11d) nicht vollständig zu füllen. Infolge der bevorzugten Ansammlung von Druckfarbenfluid 16 in den Nuten 14a und 14b sind umgebende Regionen der Basisflächenebene 15 im Wesentlichen frei von Druckfarbe.
4 stellt die Reliefschicht 10 erneut in der Draufsicht dar, nachdem das Druckfarbenfluid 16 wie in 3 dargestellt aufgebracht wurde, und nachdem das Druckfarbenfluid 16 getrocknet oder gehärtet wurde. Die farblich kontrastierten Mikrobildelemente 17a, 17b, 17c und 17d sind auf der Substratfläche infolge der bevorzugten Ansammlung des Druckfarbenfluids 16 in der Form von positiven (d. h., mit Druckfarbe gefüllten) „O“-förmigen Symbolen aufgebracht, um Bereiche mit hoher Druckfarbendichte an den Nuten 14a und 14b und kontrastierende Bereiche mit niedriger Druckfarbendichte auf den umgebenden Regionen der Basisfläche 15 bereitzustellen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird jetzt unter spezifischer Bezugnahme auf die 1, 2, 5 und 6 beschrieben. Die 1 und 2 sind wie vorstehend beschrieben.
5 stellt die Reliefschicht 10 erneut in der Seitenansicht dar, nachdem das Druckfarbenfluid 18 auf die Reliefschicht 10 gemäß der Erfindung aufgebracht wurde. Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform weist das Druckfarbenfluid 18 eine Viskosität auf und wurde mit einer Beladung aufgebracht, die geeignet ist, sowohl von den umgebenden Regionen der Basisflächenebene 15 in die Nuten 14a und 14b als auch innerhalb der Nuten 14a und 14b gegen die gegenüberliegenden Seitenwände 19a und 19b zu fließen. Das Druckfarbenfluid 18 hat sich daher bevorzugt an den Eckenregionen (d. h., Regionen mit hoher Flächenkrümmung) der Nuten 14a und 14b angesammelt, wo die Seitenwände 19a und 19b die Vertiefungsbasisflächen 20 schneiden. Infolge der bevorzugten Ansammlung des Druckfarbenfluids 18 innerhalb der Nuten 14a und 14b und gegen die Seitenwände 19a und 19b sind umgebende Regionen der Basisflächenebene 15 und Zwischenabschnitte der Vertiefungsbasisflächen 20 im Wesentlichen frei von Druckfarbe.
6 stellt die Reliefschicht 10 erneut in der Draufsicht dar, nachdem das Druckfarbenfluid 18 wie in 5 dargestellt aufgebracht wurde, und nachdem das Druckfarbenfluid 18 getrocknet oder gehärtet wurde. Die farblich kontrastierten Mikrobildelemente 21a, 21b, 21c und 21d sind infolge der bevorzugten Ansammlung des Druckfarbenfluids 18 in der Form von negativen „O“-förmigen Symbolen auf der Substratfläche aufgebracht. Die Symbole sind durch die Linien des Druckfarbenfluids 18 (d. h., Bereiche mit hoher Druckfarbendichte) vorgesehen, die sich gegen die gegenüberliegenden Seitenwände der genuteten Vertiefungen der Mikrostruktureinheiten 11a bis 11d angesammelt haben, welche den Farbkontrast für die negativen (d. h., mit Druckfarbe umrissenen) „O“-förmigen Mikrobildelemente 21a, 21b, 21c und 21d umreißen und bereitstellen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird jetzt unter spezifischer Bezugnahme auf die 7 bis 10 beschrieben. 7 stellt in der Draufsicht einen Ausschnittsbereich der Reliefschicht 30 dar, die gemäß der Erfindung durch Prägen und Härten einer transparenten strahlungshärtbaren Beschichtung, die auf einem transparenten Substrat aufgebracht ist, hergestellt wurde. Die Reliefschicht 30 umfasst eine einheitlich sich wiederholende Anordnung von im Wesentlichen identischen Mikrostruktureinheiten einschließlich der individuellen Mikrostruktureinheiten 31a, 31b, 31c und 31d (nur 31d ist innerhalb des Ausschnittsbereichs der in 7 dargestellten Reliefschicht 30 vollständig enthalten). Die Mikrostruktureinheiten 31a bis 31d umfassen dreidimensional strukturierte Formationen als vorstehende Erhöhungen in Form von „O“-Formen und sind durch Prägen der Beschichtung mit einer Scheibe mit entsprechenden „O“-förmigen Prägeelementen, die in die Fläche der Scheibe vertieft sind, und gleichzeitigem Härten der Beschichtung mit UV-Licht hergestellt.
8 stellt in der Seitenansicht (nicht maßstäblich) die Reliefschicht 30, wie in 7 gezeigt entlang der Schnittlinie A-B dar. Die Reliefschicht 30 befindet sich auf der ersten Fläche 32 des transparenten Substrats 33. Die Erhöhungen 34a und 34b sind als Vorsprünge von der Basisflächenebene 35 der Beschichtung 30 gebildet, die den Abschnitten der Mikrostruktureinheit 31d geschnitten durch die Schnittlinie A-B entspricht. Die Erhöhungen 34a und 34b weisen eine Breite von ca. 2 Mikrometer und eine Höhe von ca. 2 Mikrometer auf.
9 stellt die Reliefschicht 30 erneut in der Seitenansicht dar, nachdem das Druckfarbenfluid 36 auf die Reliefschicht 30 gemäß der Erfindung aufgebracht wurde. Bei der in 9 dargestellten Ausführungsform weist das Druckfarbenfluid 36 eine Viskosität auf und wurde mit einer Beladung aufgebracht, die geeignet ist, von den umgebenden Regionen der Basisflächenebene 35 zu fließen und sich gegen die beiden gegenüberliegenden Seitenwände 39a und 39b der Erhöhungen 34a und 34b anzusammeln. Das Druckfarbenfluid 36 hat sich daher bevorzugt an den Ecken (d. h., Regionen mit hoher Flächenkrümmung) angesammelt, wo sich die Seitenwände 39a und 39b und die Basisflächenebene 35 schneiden. Infolge der selektiven Ansammlung des Druckfarbenfluids 36 sind die Erhöhungsoberseiten 40 und mindestens die Regionen der Basisflächenebene 35, welche die Erhöhungen 34a und 34b umgeben, im Wesentlichen frei von Druckfarbe.
10 stellt die Reliefschicht 30 erneut in der Draufsicht dar, nachdem das Druckfarbenfluid 36 wie in 9 dargestellt aufgebracht wurde, und nachdem das Druckfarbenfluid 36 getrocknet oder gehärtet wurde. Die farblich kontrastierten Mikrobildelemente 37a, 37b, 37c und 37d sind infolge der bevorzugten Ansammlung des Druckfarbenfluids 36 in der Form von negativen „O“-förmigen Symbolen auf der Substratfläche vorgesehen. Die Symbole sind durch die Linien des Druckfarbenfluids 36 (d. h., Bereiche mit hoher Druckfarbendichte) vorgesehen, die sich gegen die gegenüberliegenden Seitenwände der vorstehenden Erhöhungen der Mikrostruktureinheiten 31a bis 31d angesammelt haben, welche den Farbkontrast für die negativen (d. h., mit Druckfarbe umrissenen) „O“-förmigen Mikrobildelemente 37a, 37b, 37c und 37d umreißen und bereitstellen.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben. Es versteht sich, dass die Beispiele zu der hierin beschriebenen Erfindung veranschaulichend und nicht begrenzend sind.
Beispiel 1 (komparativ)
Eine Scheibe (300 mm x 300 mm) wurde dadurch hergestellt, dass eine Fotolackschicht auf ein Substrat gesponnen und der Fotolack dann einem durch eine Maske übertragenen UV-Licht ausgesetzt wurde, wobei die Maske UV-transparente Abschnitte entsprechend des gewünschten Mikrostrukturmusters aufwies. Der dem UV-Licht ausgesetzte Fotolack wurde dann chemisch entwickelt, um ausgesparte Regionen in der Fotolackfläche herzustellen, die das darunterliegende Substrat freilegen. Eine galvanische Bekeimungsschicht wurde auf den chemisch entwickelten Fotolackstrukturen und dem freigelegten darunterliegenden Substrat abgeschieden. Die Bekeimungsschicht wurde dann mit Nickel galvanisiert, um die fertiggestellte Scheibe zu bilden. Die fertiggestellte Scheibe wurde an einer Walze zur Verwendung als Prägewerkzeug angebracht.
Eine farblose transparente Reliefschicht, die dreidimensional strukturierte Mikrostruktureinheiten umfasst, wurde durch Aufbringen einer Schicht aus transparentem UVhärtendem Harz auf ein 75 Mikrometer dickes transparentes Substrat und dann gleichzeitiges Prägen und Bestrahlen der Beschichtung durch das Substrat mit UV-Licht hergestellt.
Die geprägte Reliefschicht umfasste eine regelmäßige hexagonale Anordnung von Mikrostruktureinheiten in Form von individuellen Abschnitten von vertieften „E“-Symbolen, die sich über die Fläche der Reliefschicht in einer Konfiguration erstreckten, die konzipiert war, durch Mikrolinsen gesehen ein ganzheitliches Bild zu projizieren. Die hexagonale Anordnung wies eine Teilung von ca. 53 Mikrometer auf. Die Prägetiefe in der Reliefschicht (d. h., die Tiefen der geprägten Nuten, die der Höhe der vorstehenden Prägeelemente auf der Scheibe entsprechen) betrug ca. 1,8 Mikrometer. Die Breite der Nuten, welche die „E-Symbole bilden, betrug ca. 2 Mikrometer.
Eine separate transparente Folie (mit ca. 85 Mikrometer Dicke), die eine hexagonale Anordnung von geprägten halbkugelförmigen Mikrolinsen (53 Mikrometer Teilung, 51 Mikrometer Linsenbreite, 10 Mikrometer Durchhangshöhe, ca. 115 Mikrometer Brennweite) umfasst, wurde dann der geprägten Reliefschicht (d. h., auf der gleichen Seite des Substrats wie die Reliefschicht) derart überlagert, dass die hexagonale Anordnung von Mikrostruktureinheiten mit der hexagonalen Anordnung von Mikroiinsen ausgerichtet war und sich in direktem Kontakt damit befand (ein Wassertröpfchen wurde zwischen den Mikrostruktureinheiten und dem Linsensubstrat aufgebracht, um den direkten Kontakt sicherzustellen). Die geprägten Mikrostruktureinheiten liegen daher nahe der Brennweite der Mikrolinsen aber gerade innerhalb davon.
Durch die Mikrolinsen in dem übertragenen oder reflektierten Licht gesehen, stellte die geprägte Reliefschicht ein graustufiges ganzheitliches Bild mit nur begrenztem Kontrast her. Die druckfarbenfreie Reliefschicht ist des Weiteren anfällig dafür, mit flüssigen Verunreinigungen, wie beispielsweise Schweiß des Benutzers, gefüllt zu werden, was verursachen würde, dass der Kontrast vollständig verschwindet und die Reliefschicht für mechanisches Kopieren anfällig ist, da die Strukturen freigelegt sind.
Beispiel 2
Die geprägte Reliefschicht von Beispiel 1 wurde dann mit einer Silberdruckfarbe (lösemittelhaltig, Feststoffgehalt von 30 Vol.-%, Anwendung über RK Coater-Messstab Nr. 0) überdruckt. Nachdem die Druckfarbe getrocknet war, was eine Trockenbeladung von 0,2 g/m² ergab, wurde die Schicht von Mikrolinsen erneut der Reliefschicht wie in Beispiel 1 überlagert.
Durch die Mikrolinsen im Durchlicht gesehen war ein ganzheitliches Bild eines vergrößerten „E“-Symbols mit hervorragendem Kontrast deutlich sichtbar. Das „E“-Symbol betrug ca. 1 cm X 1 cm in der Größe und schien ca. 1 cm über der Ebene der Mikrolinsen zu schweben. Es war von dem ganzheitlichen Bild offensichtlich, dass sich die Druckfarbe in einer im Wesentlichen gleichen Verteilung auf jeder der Mikrostruktureinheiten angesammelt hatte und von den unmittelbar umgebenden Regionen der „E“-förmigen Mikrostruktureinheiten (die verglichen mit entfernteren Regionen in der Basisflächenebene der Reliefschicht in dem integrierten Bild sichtbar druckfarbenverarmt waren) in die vertieften Nuten der Mikrostruktureinheiten floss. Der Kontrast zwischen den mit Druckfarbe gefüllten Vertiefungen und den an Druckfarbe verarmten umgebenden Bereichen in jedem der Mikrobildelemente (wie in 3 und 4 schematisch dargestellt) trug daher zur Projektion eines farblich kontrastierten ganzheitlichen Bildes bei.
Beispiel 3
Es wurde eine weitere farblose, transparente Reliefschicht, die Mikrostruktureinheiten umfasst, gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 hergestellt. In diesem Fall umfasste die geprägte Reliefschicht eine Anordnung von Mikrostruktureinheiten in der Form von auf der Fläche der Reliefschicht vorstehenden „O“-förmigen vorstehenden Erhöhungen. Die Prägehöhe in der Reliefschicht (d. h., die Vorsprungshöhen der geprägten Merkmale, die der Tiefe der vertieften Prägeelemente auf der Scheibe entsprachen), betrug ca. 1,8 Mikrometer. Die Breite der „O“-Formen bildenden Erhöhungen betrug ca. 2 Mikrometer.
Die geprägte Reliefschicht wurde dann mit einer Silberdruckfarbe (lösemittelhaltig, Feststoffgehalt von 30 Vol.-%, Anwendung über RK Coater-Messstab Nr. 0 überdruckt. Nachdem die Druckfarbe in einem Ofen getrocknet war, was eine Trockenbeladung von 0,2 g/m² ergab, wurde die Schicht von Mikrolinsen der Reliefschicht erneut wie in Beispiel 1 überlagert.
Durch die Mikrolinsen in Durchlicht gesehen war ein vergrößertes Moire-Bild mit einem Muster von „O“-Formen mit hervorragendem Kontrast deutlich sichtbar. Es war von dem Moiré-Bild offensichtlich, dass sich die Druckfarbe bevorzugt auf der Fläche der Reliefstruktur gegen die Seitenwände der vorstehenden Erhöhungen angesammelt hatte. Der Kontrast zwischen der Druckfarbe, die sich neben den Mikrostrukturseitenwänden und den von Duckfarbe freien (oder mindestens an Druckfarbe verarmten) Erhöhungen in jedem der Mikrobildelemente (wie in 9 und 10 schematisch dargestellt) ansammelte, trug daher zu dem Vorsprung eines farblich kontrastierten vergrößerten Moire-Bilds bei.
Beispiel 4
Es wurde eine weitere farblose, transparente Reliefschicht, die Mikrostruktureinheiten umfasst, gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 hergestellt. In diesem Fall waren die Mikrostruktureinheiten hexagonal gepackte Einheitszellen eines sich wiederholenden Hexagonmusters, das sich über die Fläche der Reliefschicht erstreckte. Die feinen Linien des Hexagonmusters waren in umgebende Regionen der Reliefschicht geprägte vertiefte Nuten. Das hexagonale Muster wies eine Teilung von ca. 53 Mikrometer auf. Die Prägetiefe in der Reliefschicht betrug ca. 1,7 bis 1,8 Mikrometer. Die Mindestbreite der Nuten, die das Muster bildeten, betrug ca. 1 bis 2 Mikrometer.
Die geprägte Reliefschicht wurde dann mit einer schwarzen Tinte überdruckt (lösemittelhaltig, Feststoffgehalt von 20 Vol.-%, Viskosität von 19 Sekunden wie mit einem Zahn Becher #2 gemessen; Anwendung über RK Coater-Messstab Nr. 0) bei einer Nassbeladung von 4 g/m². Nachdem die Druckfarbe trocken war, wurde die Schicht von Mikrolinsen der Reliefschicht wie in Beispiel 1 erneut überlagert.
Durch die Mikrolinsen in Durchlicht gesehen war ein vergrößertes Moire-Bild mit einem Hexagonmuster mit hervorragendem Kontrast deutlich sichtbar. Es war von dem Moire-Bild offensichtlich, dass sich die Druckfarbe bevorzugt auf der Fläche der Reliefstruktur angesammelt hatte und mindestens teilweise die vertieften Nuten der Hexagonmustermikrostrukturen füllte. Der Kontrast zwischen den mit Druckfarbe gefüllten Vertiefungen und von Druckfarbe freien (oder mindestens von Druckfarbe verarmten) umgebenden Bereichen in jedem der Mikrobildelemente (wie schematisch in 3 und 4 dargestellt) trug daher zu der Projektion eines farblich kontrastierten vergrößerten Moire-Bilds bei.
Der Fachmann wird erkennen, dass die hierin beschriebene Erfindung für andere Variationen und Modifikationen als die speziell beschriebenen empfänglich ist. Es versteht sich, dass die Erfindung alle diese Variationen und Modifikationen umfasst, die innerhalb des Sinns und Umfangs der vorliegenden Erfindung fallen.
Zukünftige Patentanmeldungen können in Australien oder in Übersee auf Basis der vorliegenden Anmeldung oder der Beanspruchung der Priorität davon eingereicht werden. Es versteht sich, dass die folgenden einstweiligen Ansprüche nur beispielhaft bereitgestellt und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang dessen zu begrenzen, was in irgendeiner solchen zukünftigen Anmeldung beansprucht werden kann. Es können Merkmale zu einem späteren Zeitpunkt zu den einstweiligen Ansprüchen hinzugefügt oder davon ausgelassen werden, um die Erfindung oder die Erfindungen weiter zu definieren oder neu zu definieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5712731 [0004, 0005]
WO 2011/102800 [0055]

Claims

Verfahren zum Herstellen von Mikrobildelementen auf einem Substrat für ein Sicherheitsdokument, wobei das Verfahren umfasst: Herstellen mehrerer Mikrostruktureinheiten, die dreidimensional strukturierte Formationen in einer durchsichtigen oder matten Reliefschicht auf dem Substrat umfassen; und Aufbringen eines Druckfarbenfluids auf die Reliefschicht, wobei sich das Druckfarbenfluid bevorzugt in Bereichen mit hoher Flächenkrümmung auf jeder Mikrostruktureinheit ansammelt, um kontrastierende Bereiche mit unterschiedlicher Druckfarbendichte bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine sich wiederholende Anordnung von im Wesentlichen identischen Mikrostruktureinheiten in der Reliefschicht hergestellt wird, und wobei das Druckfarbenfluid in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Verteilung auf jeder im Wesentlichen identischen Mikrostruktureinheit angesammelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Viskosität des Druckfarbenfluids wie unter Verwendung eines Zahn Bechers #2 gemessen im Bereich von 16 bis 25 Sekunden, bevorzugt 16 bis 18 Sekunden, liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Druckfarbenfluid mit einer Nassbeladung von ungefähr 0,5 g/m² bis zu ungefähr 10 g/m² aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mehreren Mikrostruktureinheiten durch Prägen der dreidimensional strukturierten Formationen in die Reliefschicht hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend das Aufbringen einer durchsichtigen oder matten prägbaren Beschichtung auf das Substrat, wobei das Prägen der dreidimensional strukturierten Formationen das Prägen der prägbaren Beschichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die prägbare Beschichtung eine strahlungshärtbare Beschichtung ist und die dreidimensional strukturierten Formationen gleichzeitig in die prägbare Beschichtung geprägt und mit Strahlung gehärtet werden.
Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei die prägbare Beschichtung mit einer Prägescheibe oder -walze geprägt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mehreren Mikrostruktureinheiten hergestellt werden durch: Füllen mehrerer Vertiefungen in einer Fläche eines Druckwerkzeugs mit einem durchsichtigen oder matten Lack; und Übertragen des Lacks von den Vertiefungen auf das Substrat durch Kontaktieren der Fläche des Druckwerkzeugs mit dem Substrat.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend das Erhöhen der Viskosität des Lacks in den Vertiefungen vor dem Kontaktieren der Fläche des Druckwerkzeugs mit dem Substrat.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Erhöhen der Viskosität des Lacks in den Vertiefungen mindestens teilweise ein Härten des Lacks umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Füllen der mehreren Vertiefungen das Aufbringen des Lacks auf die Fläche des Druckwerkzeugs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend das Entfernen von überschüssigem Lack von der Fläche des Druckwerkzeugs außerhalb der Vertiefungen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei überschüssiger Lack von der Fläche des Druckwerkzeugs außerhalb der Vertiefungen nicht entfernt wird, sodass Lack auf das Substrat von Regionen übertragen wird, welche die Vertiefungen auf der Fläche des Druckwerkzeugs umgeben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, ferner umfassend mindestens teilweise das Härten des Lacks, während des Kontaktierens der Fläche des Druckwerkzeugs mit dem Substrat.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Lack ein strahlungshärtbarer Lack ist, und wobei der Lack mindestens teilweise durch Bestrahlen des Lacks mit Strahlung gehärtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Mikrostruktureinheiten mindestens eine Formationsseitenwand umfassen, die sich mit einer umgebenden Flächenregion schneidet, wobei sich das Druckfarbenfluid bevorzugt in einer Region mit hoher Flächenkrümmung am Schnittpunkt der Seitenwand und der umgebenden Flächenregion ansammelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Mikrostruktureinheiten mindestens eine Vertiefung umfassen, die in umgebende Regionen der Reliefschicht vertieft ist, wobei die Vertiefung Seitenwände und eine Vertiefungsbasisfläche zwischen den Seitenwänden aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Vertiefung eine Mindestbreite zwischen 0,5 und 10 Mikrometer und bevorzugt zwischen 1 und 3 Mikrometer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, wobei die Vertiefung eine Nut ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei sich das Druckfarbenfluid bevorzugt in Regionen mit hoher Flächenkrümmung innerhalb der Vertiefung durch Fließen von den umgebenden Regionen in die Vertiefung ansammelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei sich das Druckfarbenfluid bevorzugt innerhalb der Vertiefung ansammelt und die Vertiefungsbasisfläche abdeckt.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Druckfarbenfluid die Vertiefung nicht füllt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei sich das Druckfarbenfluid bevorzugt innerhalb der Vertiefung in Regionen mit hoher Flächenkrümmung an einem Schnittpunkt der Seitenwände und der Vertiefungsbasisfläche ansammelt, wobei die kontrastierenden Bereiche mit unterschiedlicher Druckfarbendichte Bereiche mit hoher Druckfarbendichte neben den Seitenwänden und einen kontrastierenden Bereich mit niedriger Druckfarbendichte auf der Vertiefungsbasisfläche zwischen den Seitenwänden umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei die Mikrostruktureinheiten mindestens einen Vorsprung umfassen, der von umgebenden Regionen der Reliefschicht vorsteht, wobei der Vorsprung Seitenwände aufweist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Vorsprung eine Mindestbreite zwischen 0,5 und 10 Mikrometer und bevorzugt zwischen 1 und 3 Mikrometer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 25 oder Anspruch 26, wobei der Vorsprung eine Erhöhung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei sich das Druckfarbenfluid bevorzugt in Regionen mit hoher Flächenkrümmung am Schnittpunkt der Seitenwände und der umgebenden Regionen der Reliefschicht ansammelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei die mehreren Mikrostruktureinheiten ein zusammenhängendes Netzwerk von erhöhten Regionen umfassen, die sich über die Reliefschicht hinweg erstrecken und angrenzende Mikrostruktureinheiten verbinden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 29, wobei das Substrat transparent ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30, wobei Mikrobildelemente, welche in den Regionen mit hoher Flächenkrümmung angesammelte Druckfarbe umfassen, durch eine Anordnung von auf dem Substrat angeordneten Fokussierelementen gesehen einen sichtbaren optischen Effekt erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei der sichtbare optische Effekt ein vergrößertes Moire-Bild, ein ganzheitliches Bild, ein kontrastwechselndes Bild, ein verschachteltes Bild oder ein Kippbild ist.
Verfahren nach Anspruch 31 oder Anspruch 32, wobei das Druckfarbenfluid direkt auf das Substrat gesehen ein Designelement bildet, das von dem sichtbaren optischen Effekt unterscheidbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 33, wobei sich in dem Druckfarbenfluid eine lösemittelhaltige Druckfarbe mit einem Feststoffgehalt zwischen ungefähr 15 Masseprozent und ungefähr 25 Masseprozent befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 34, wobei das Druckfarbenfluid durch Tiefdruck aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 35, ferner umfassend das Trocknen oder Härten des Druckfarbenfluids.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 36, ferner umfassend, nach dem Aufbringen des Druckfarbenfluids, das Aufbringen einer transparenten Schutzbeschichtung über der Reliefschicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 37, ferner umfassend das Aufbringen einer Kontrastbeschichtung über der Reliefschicht nach dem Aufbringen des Druckfarbenfluids, wobei die Kontrastbeschichtung eine unterschiedliche Farbe gegenüber dem Druckfarbenfluid aufweist, sodass Mikrobildelemente, die in den Regionen mit hoher Flächenkrümmung angesammelte Druckfarbe aufweisen, in reflektiertem Licht durch das Substrat gesehen gegen die Kontrastbeschichtung kontrastieren.
Mikrobildelemente auf einem Substrat für ein Sicherheitsdokument, das gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 38 hergestellt ist.
Mikrooptikvorrichtung auf einem Substrat für ein Sicherheitsdokument, umfassend: mehrere Mikrostruktureinheiten, die dreidimensional strukturierte Formationen in einer durchsichtigen oder matten Reliefschicht auf dem Substrat umfassen; und eine Druckfarbe auf der Reliefschicht, wobei die Druckfarbe bevorzugt in Regionen mit hoher Flächenkrümmung auf jeder Mikrostruktureinheit angesammelt ist und dadurch kontrastierende Bereiche mit unterschiedlicher Druckfarbendichte vorgesehen sind.
Mikrooptikvorrichtung nach Anspruch 40, wobei die Reliefschicht eine Beschichtung auf dem Substrat umfasst und die dreidimensional strukturierten Formationen in die Beschichtung geprägt sind.
Mikrooptikvorrichtung nach Anspruch 40 oder Anspruch 41, wobei die Reliefschicht eine sich wiederholende Anordnung von im Wesentlichen identischen Mikrostruktureinheiten umfasst, und wobei die Druckfarbe in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Verteilung auf jeder im Wesentlichen identischen Mikrostruktureinheit angesammelt ist.
Mikrooptikvorrichtung nach einem der Ansprüche 40 bis 43, ferner umfassend eine Anordnung von auf dem Substrat angeordneten Fokussierelementen, wobei Mikrobildelemente, welche die in den Regionen mit hoher Flächenkrümmung angesammelte Druckfarbe umfassen, durch die Anordnung von Fokussierelementen gesehen einen sichtbaren optischen Effekt erzeugen.