FR3064210A1 - Methode de fabrication d'un cylindre concu pour produire des images a effets a microstructures - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un cylindre ayant des structures de relief de surface configurées pour produire au moins un effet d'image de microstructure dans un ou plusieurs dispositifs de sécurité appliqués sur un document de sécurité. Le procédé comprend les étapes de fourniture d'un cylindre vierge ayant une surface ; et de formation de structures de relief de surface correspondant à l'au moins un effet d'image de microstructure directement sur la surface du cylindre.

Description

Titulaire(s) : CCL SECURE PTY LTD.

Mandataire(s) : JACOBACCI CORALIS HARLE Société par actions simplifiée.

FR 3 064 210 - A1

METHODE DE FABRICATION D'UN CYLINDRE CONCU POUR PRODUIRE DES IMAGES A EFFETS A MICROSTRUCTURES.

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un cylindre ayant des structures de relief de surface configurées pour produire au moins un effet d'image de mi- / crostructure dans un ou plusieurs dispositifs de sécurité ap- l pliqués sur un document de sécurité. Le procédé comprend \ les étapes de fourniture d'un cylindre vierge ayant une surface; et de formation de structures de relief de surface correspondant à l'au moins un effet d'image de microstructure directement sur la surface du cylindre.

Domaine technique

L'invention concerne de manière générale des cylindres pour produire des dispositifs de sécurité utilisés en tant que mesures anti-contrefaçon dans des dispositifs de sécurité, et en particulier la fabrication d'un cylindre de gaufrage.

Arrière-plan de l'invention

Différents dispositifs de sécurité sont appliqués sur des documents de sécurité et jetons pour dissuader les contrefacteurs. Par exemple, des billets de banque peuvent avoir une structure en relief, telle qu'un réseau de diffraction ou un hologramme, incorporée dans une couche d'une encre durcissable par rayonnement. On peut citer comme procédé permettant d'incorporer une structure en relief dans un document de sécurité, un processus de gaufrage qui consiste à gaufrer la structure en relief diffractive souhaitée dans une encre durcissable par rayonnement appliquée sur le substrat puis à irradier celle-ci tandis que l'outil de gaufrage est en contact avec l'encre durcissable par rayonnement afin de fixer de manière permanente la structure en relief gaufrée.

Bien que différents outils de gaufrage soient disponibles, par le passé, seules des bandes de gaufrage (shims en anglais) se sont avérées appropriées pour produire les structures en relief requises pour une imagerie à effet microoptique qui sont plus fines que ce qui peut être produit à l'aide d'un rouleau de gaufrage. Une bande de gaufrage consiste en une feuille de transfert en matériau métallique portant le négatif des structures en relief diffractives souhaitées à échelle micrométrique ou nanométrique, qui est enroulée autour d'un rouleau vierge.

Un inconvénient lié à l'utilisation de ces bandes de gaufrage réside dans le fait qu'un long temps de montage est nécessaire pour fixer la bande de gaufrage sur un rouleau de gaufrage à l'aide d'un ruban adhésif, en prenant soin d'éviter, autant que possible, le mauvais alignement de la bande de gaufrage. La bande de gaufrage doit être montée d'équerre sur le rouleau de gaufrage à l'aide de croix d'alignement. Dans certains cas, le processus de montage échoue en raison d'un mauvais alignement, ce qui oblige à jeter la bande de gaufrage et à recommencer le processus de montage avec une nouvelle bande de gaufrage. De plus, des coutures tendent à se former aux endroits où un bord d'une bande de gaufrage se joint à l'autre bord de la bande ou est autrement fixé au rouleau. De plus, il existe un risque de blessure du personnel lors de la manipulation des bandes de gaufrage en raison de leurs bords exposés tranchants.

L'utilisation d'un cylindre portant des structures d'image à effet microoptique permet de s'affranchir de ces problèmes. De plus, un cylindre peut être retiré de la presse pour être nettoyé et être réutilisé, ce qui n'est pas possible avec une bande de gaufrage qui subit typiquement des dommages irréparables lors de son retrait du rouleau.

Il est donc souhaitable de fournir un procédé de fabrication d'un cylindre configuré pour produire les structures de relief plus fines requises pour une imagerie à effet micro-optique et un cylindre fabriqué par un tel procédé.

Définitions

Document de sécurité ou Jeton

Tel qu'utilisé ici, le terme document de sécurité inclut tous les types de documents et jetons de documents de valeur et d'identification comprenant, mais sans y être limités, les documents suivants : des éléments de monnaie tels que des billets de banque et des pièces, des cartes de crédit, des chèques, des passeports, des cartes d'identité, des titres et certificats d'actions, des permis de conduire, des actes de propriété, des documents de transport tels que des billets d'avion ou de train, des cartes et tickets d'entrée, des certificats de naissance, de décès et de mariage, et des relevés de notes.

L'invention s'applique en particulier, mais pas exclusivement, à des documents de sécurité tels que des billets de banque ou des documents d'identification tels que des cartes d'identité ou des passeports formés à partir d'un substrat sur lequel sont appliquées une ou plusieurs couches d'impression. Les réseaux de diffraction et dispositifs optiquement variables décrits dans le présent document peuvent également avoir une application dans d'autres produits, tels que les emballages.

Substrat

Tel qu’utilisé ici, le terme substrat fait référence au matériau de base à partir duquel le document de sécurité ou jeton est formé. Le matériau de base peut être du papier ou un autre matériau fibreux, tel que de la cellulose ; un matériau plastique ou polymère incluant, mais sans y être limité, le polypropylène (PP), le polyéthylène (PE), le polycarbonate (PC), le polychlorure de vinyle (PVC), le polytéréphtalate d'éthylène (PET) ; ou un matériau composite de deux matériaux ou plus tel qu'un stratifié de papier et d'au moins un matériau plastique, ou de deux matériaux polymères ou plus.

L'utilisation de matériaux plastiques ou polymères pour la fabrication de documents de sécurité expérimentée en Australie a été un grand succès du fait que les billets de banque polymères sont plus durables que leurs homologues en papier et qu'ils peuvent également incorporer de nouveaux dispositifs et caractéristiques de sécurité. Une caractéristique de sécurité particulièrement réussie dans les billets de banque polymères produits pour l'Australie et d'autres pays a été une zone ou fenêtre transparente.

Fenêtres et demi-fenêtres transparentes

Tel qu'utilisé ici, le terme fenêtre fait référence à une zone transparente ou translucide dans le document de sécurité par comparaison à la région essentiellement opaque sur laquelle l'impression est appliquée. La fenêtre peut être totalement transparente de façon qu'elle permette la transmission de la lumière pratiquement sans modification, ou elle peut être en partie transparente ou partiellement translucide en permettant la transmission de la lumière mais sans permettre que des objets soient vus clairement à travers la zone de fenêtre.

Une zone de fenêtre peut être formée dans un document de sécurité polymère qui a au moins une couche de matériau polymère transparent et une ou plusieurs couches opacifiantes appliquées sur au moins une face d'un substrat polymère transparent, par le fait d'omettre au moins une couche opacifiante dans la région formant la zone de fenêtre. Si des couches opacifiantes sont appliquées sur les deux faces d'un substrat transparent, une fenêtre totalement transparente peut être formée par le fait d'omettre les couches opacifiantes sur les deux faces du substrat transparent dans la zone de fenêtre.

Une zone en partie transparente ou translucide, appelée ci-après demifenêtre, peut être formée dans un document de sécurité polymère qui a des couches opacifiantes sur les deux faces par le fait d'omettre les couches opacifiantes sur une seule face du document de sécurité dans la zone de fenêtre, de telle sorte que la demi-fenêtre ne soit pas totalement transparente, mais permette à une certaine quantité de lumière de traverser sans permettre que des objets soient vus clairement à travers la demi-fenêtre.

D'une autre manière, il est possible que les substrats soient formés à partir d'un matériau essentiellement opaque, tel que du papier ou un matériau fibreux, avec un insert en matériau plastique transparent inséré dans une découpe ou un évidement formé dans le substrat en papier ou fibreux pour former une zone de fenêtre transparente ou de demi-fenêtre translucide.

Couches opacifiantes

Une ou plusieurs couches opacifiantes peuvent être appliquées sur un substrat transparent pour augmenter l'opacité du document de sécurité. Une couche opacifiante est telle que LT < L0, où L0 est la quantité de lumière incidente sur le document et LT est la quantité de lumière transmise à travers le document. Une couche opacifiante peut comprendre l'un quelconque ou plusieurs de divers revêtements opacifiants. Par exemple, les revêtements opacifiants peuvent comprendre un pigment, tel que du dioxyde de titane, dispersé dans un liant ou un support en matériau polymère réticulable activé par la chaleur. D'une autre manière, un substrat en matériau plastique transparent pourrait être pris en sandwich entre des couches opacifiantes en papier ou en un autre matériau partiellement ou essentiellement opaque sur lequel des marques peuvent ensuite être imprimées ou autrement appliquées.

Dispositif ou caractéristique de sécurité

Tel qu'utilisé ici, le terme dispositif ou caractéristique de sécurité inclut l'un quelconque d'un grand nombre de dispositifs, éléments ou caractéristiques de sécurité destinés à protéger le document de sécurité ou le jeton contre une contrefaçon, une copie, une altération ou une falsification. Des dispositifs ou caractéristiques de sécurité peuvent être réalisés dans ou sur le substrat du document de sécurité ou dans ou sur une ou plusieurs couches appliquées sur le substrat de base, et peuvent prendre une grande variété de formes, telles que des fils de sécurité intégrés dans des couches du document de sécurité ; des encres de sécurité telles que des encres fluorescentes, luminescentes et phosphorescentes, des encres métalliques, des encres iridescentes, des encres photochromiques, thermochromiques, hydrochromiques ou piezochromiques ; des caractéristiques imprimées et gaufrées, incluant des structures en relief ; des couches d'interférence ; des dispositifs à cristaux liquides ; des lentilles et structures lenticulaires ; des dispositifs optiquement variables (OVD) tels que des dispositifs diffractifs incluant des réseaux de diffraction, des hologrammes, des éléments optiques diffractifs (DOE).

Encre durcissable par rayonnement

Le terme encre durcissable par rayonnement utilisé ici fait référence à tout encre, laque ou autre revêtement qui peut être appliqué sur le substrat dans un processus d'impression, et qui peut être gaufré à l'état mou pour former une structure en relief et durci par rayonnement pour fixer la structure en relief gaufrée, ou bien appliqué sur une matrice, telle qu'une bande de gaufrage, puis amené en contact avec le substrat avant d'être durci par rayonnement pour fixer la structure en relief micro-imprimée. Le processus de durcissement a lieu, généralement (un durcissement partiel peut se produire plus tôt et un durcissement complet peut se produire plus tard), lorsque l'encre durcissable par rayonnement et la matrice (sous la forme soit d'une étape de gaufrage, soit d'une étape de micro-impression) sont en contact avec le substrat. L'encre durcissable par rayonnement est de préférence durcissable par un rayonnement ultra-violet (UV). D'une autre manière, l'encre durcissable par rayonnement peut être durcie par d'autres formes de rayonnements, tels que des faisceaux d'électrons ou des rayons X.

L'encre durcissable par rayonnement est de préférence une encre transparente ou translucide constituée d'un matériau de résine claire. Une telle encre transparente ou translucide est particulièrement appropriée pour l'impression d'éléments de sécurité transmettant la lumière tels que des réseaux sub-longueur d'onde, des réseaux de diffraction transmissifs et des structures de lentilles.

Dans une forme de réalisation particulièrement préférée, l'encre transparente ou translucide comprend de préférence une laque ou un revêtement gaufrable claire, durcissable aux UV, à base d'acrylique.

De telles laques durcissables aux UV peuvent être obtenues auprès de différents fabricants, dont Kingfisher Ink Limited, produit de type ultraviolet UVF203 ou similaire. D'une autre manière, les revêtements gaufrables durcissables par rayonnement peuvent être basés sur d'autres composés, par exemple de la nitrocellulose.

Les encres ou laques durcissables par rayonnement utilisées ici se sont révélées particulièrement appropriées pour le gaufrage de microstructures, incluant des structures diffractives telles que des réseaux de diffraction et des hologrammes, et des réseaux de microlentilles et de lentilles. Cependant, ils peuvent également être gaufrés avec de plus grandes structures en relief, telles que des dispositifs optiquement variables non diffractifs.

L'encre est de préférence microimprimée/gaufrée et durcie par un rayonnement ultra-violet (UV) essentiellement en même temps. Dans une forme de réalisation particulièrement préférée, l'encre durcissable par rayonnement est appliquée et gaufrée essentiellement en même temps dans un processus d'héliogravure.

De préférence, pour être appropriée pour une héliogravure, l'encre durcissable par rayonnement a une viscosité essentiellement comprise entre environ 20 et environ 175 centipoises, et plus particulièrement entre environ 30 et environ 150 centipoises. La viscosité peut être déterminée par le fait de mesurer le temps nécessaire pour vider la laque d'une Coupe Zahn N°2. Un échantillon qui se vide en 20 secondes a une viscosité de 30 centipoises, et un échantillon qui se vide en 63 secondes a une viscosité de 150 centipoises.

Avec certains substrats polymères, il peut être nécessaire d'appliquer une couche intermédiaire sur le substrat avant l'application de l'encre durcissable par rayonnement, pour améliorer l'adhérence de la structure gaufrée formée par l'encre sur le substrat. La couche intermédiaire comprend préférablement une couche primaire, et plus préférablement la couche primaire comprend une polyéthylèneimine. La couche primaire peut également inclure un agent de réticulation, par exemple un isocyanate multifonctionnel. Des exemples d'autres couches primaires appropriées pour être utilisées dans l'invention incluent : les polymères à terminaison hydroxyle ; les copolymères à base d'un polyester à terminaison hydroxyle ; les acrylates hydroxylés réticulés ou non réticulés ; les polyuréthannes ; et les acrylates anioniques ou cationiques à durcissement aux UV. Des exemples d'agents de réticulation appropriés comprennent : les isocyanates ; les polyaziridines ; les complexes du zirconium ; l'aluminiumacétylacétone ; les mélamines ; et les carbodiimides.

Résumé de l'invention

Selon un aspect de la présente invention, il est mis à disposition un procédé de fabrication d’un cylindre ayant des structures de relief de surface configurées pour produire au moins un effet d'image de microstructure dans un ou plusieurs dispositifs de sécurité appliqués à un document de sécurité, le procédé incluant les étapes suivantes : fourniture d'un cylindre vierge ayant une surface ; et formation de structures de relief de surface correspondant à l'au moins un effet d'image de microstructure directement sur la surface du cylindre.

Ce qui constitue une microstructure en termes de dimensions varie en fonction du type particulier d'effet optique. Plus précisément, les dimensions des microstructures qui peuvent être formées à l'aide du procédé de la présente invention sont limitées par la taille de caractéristique minimale qui peut être obtenue à l'aide de différentes techniques appropriées pour la fabrication de cylindres ayant des structures de relief de surface configurées pour produire des images de microstructures.

Selon une forme de réalisation, l'étape de formation d'une ou plusieurs structures de relief de surface directement sur la surface du cylindre met en jeu une ablation au laser.

Par exemple, dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le laser est configuré pour produire une largeur de faisceau laser d'environ 5 microns ou moins.

Le laser peut être configuré pour produire une durée d'impulsion laser suffisante pour vaporiser la surface du cylindre. Dans une forme de réalisation représentative, le laser est configuré pour produire une durée d'impulsion laser dans la gamme des femtosecondes aux nanosecondes. De plus, la sélection d'un laser approprié dépendra du matériau du cylindre à ablater.

Un élément optique de conformation de faisceau laser peut être appliqué sur un chemin optique formé entre le laser et la surface du cylindre afin d'obtenir l'uniformité requise pour le faisceau laser.

Selon une autre forme de réalisation, l'étape de formation de structures de relief de surface directement sur la surface du cylindre est exécutée par des moyens de gravure électromécanique en utilisant, par exemple, un stylet oscillant formé à partir d'un matériau approprié tel que le diamant. L'outil de gravure électromécanique peut être configuré pour graver des microstructures d'essentiellement 35 microns ou moins, ou d'essentiellement 5 microns ou moins.

Selon encore une autre forme de réalisation, l'étape de formation de structures de relief de surface directement sur la surface du cylindre est exécutée par gravure chimique. L'étape de formation de structures de relief de surface directement sur la surface du cylindre par gravure chimique peut être précédée de l'une des étapes suivantes : revêtement de la surface du cylindre avec un matériau de masquage et ablation au laser d'un motif de structures de relief de surface proposées dans le matériau de masquage pour exposer le motif sur la surface du cylindre et ainsi former un masque de gravure ; revêtement de la surface du cylindre avec un matériau de réserve, exposition du matériau de réserve aux UV à travers un film contenant un motif de structures de relief de surface proposées et développement du matériau de réserve exposé aux UV pour exposer le motif sur la surface du cylindre ; ou revêtement de la surface du cylindre avec un matériau de réserve, balayage d'un faisceau de lumière focalisé sur le matériau de réserve pour exposer un motif de structures de relief de surface proposées dans le matériau de réserve, qui est ensuite développé pour exposer le motif sur la surface du cylindre.

Selon encore une autre forme de réalisation, le procédé de fabrication d'un cylindre ayant des structures de relief de surface configurées pour produire au moins un effet d'image de microstructure dans un ou plusieurs dispositifs de sécurité appliqués sur un document de sécurité comprend en outre l'étape consistant à déposer une couche de matériau sur les structures de relief de surface pour réduire une taille de la microstructure.

De préférence, l'étape consistant à prévoir une couche déposée comprend l'électroformage de la couche de matériau.

De préférence, la couche de matériau électroformée est un métal.

La couche de matériau électroformée peut être déposée en une couche uniforme.

D'une autre manière, l'étape consistant à prévoir une couche déposée comprend le dépôt chimique en phase vapeur de la couche de matériau.

Encore d'une autre manière, l'étape consistant à prévoir une couche déposée comprend le dépôt d'un revêtement de carbone sous forme de diamant amorphe (DLC, de l'anglais Diamond-like Carbon) en tant que couche de matériau.

Selon encore une autre forme de réalisation de la présente invention, il est mis à disposition un produit de programme informatique stockant des instructions pour la fabrication d'un cylindre ayant des structures de relief de surface configurées pour produire au moins un effet d'image de microstructure dans au moins un dispositif de sécurité appliqué sur un document de sécurité, le produit de programme informatique stockant des instructions de commande d'un processeur pour commander un dispositif de façon qu'il forme des structures de relief de surface correspondant à l'au moins un effet d'image de microstructure directement sur une surface du cylindre.

Selon une autre forme de réalisation de la présente invention, il est mis à disposition un cylindre ayant des structures de relief de surface configurées pour produire au moins un effet d'image de microstructure dans au moins un dispositif de sécurité appliqué sur un document de sécurité, les structures de relief de surface correspondant à l'au moins un effet d'image de microstructure étant formées directement sur une surface du cylindre.

Les structures de relief de surface peuvent comprendre des microstructures ayant des dimensions d'essentiellement 35 microns ou moins, ou d'essentiellement 5 microns ou moins.

Brève description des dessins

Nous allons maintenant décrire des formes de réalisation de l'invention en référence aux dessins joints. On comprendra que les formes de réalisation sont données à titre d'illustration uniquement et que l'invention n'est pas limitée à cette illustration. Dans les dessins :

- la figure 1 présente un exemple d'appareil pour la fabrication d'un document de sécurité ;

- la figure 2 présente un exemple de microstructure qui peut été formée sur un cylindre par le procédé de la présente invention ;

- la figure 3 présente un exemple de système d'ablation au laser qui est utilisé dans une forme de réalisation de la présente invention ;

- la figure 4 présente un exemple de système de gravure micromécanique qui est utilisé dans une autre forme de réalisation de la présente invention ;

- la figure 5 présente une photographie au microscope optique d'un réseau de micro-images de la lettre A formé par ablation au masque selon une forme de réalisation de la présente invention ;

- les figures 6A et 6B présentent une structure d'image qui a été appliquée par dépôt électrolytique pour réduire la taille de la structure d'image dans un étape de post-traitement selon une forme de réalisation de la présente invention.

Description détaillée

Intéressons-nous tout d'abord à la Figure 1, qui présente un exemple d'appareil pour la fabrication d'un document de sécurité. Une encre durcissable par rayonnement, telle qu'une encre durcissable aux UV, est appliquée sur une zone d'éléments de sécurité dans laquelle est positionnée une structure de relief de surface configurée pour produire au moins un effet d'image dans un dispositif de sécurité appliqué sur un documentée sécurité. La zone d'éléments de sécurité peut prendre la forme d'une bande, d'une pièce discrète ayant une forme géométrique simple, ou un dessin graphique plus complexe.

Bien que l'encre durcissable par rayonnement reste au moins partiellement liquide, elle est traitée au niveau d'un poste de traitement 100 incluant un cylindre 110 pour le gaufrage de la structure d'élément de sécurité dans l'encre durcissable par rayonnement. La surface cylindrique'120 du cylindre 110 peut avoir un motif de répétition de formations de relief de surface ou bien les structures de relief peuvent être localisées sur des formes individuelles correspondant à la forme de la zone d'éléments de sécurité sur le substrat.

L'encre durcissable par rayonnement sur le substrat est amenée en contact avec la surface de gaufrage cylindrique 120 du cylindre 110 par un rouleau pinceur 130 au niveau de la station de traitement 100, de telle sorte que l'encre liquide durcissable par rayonnement s'écoule dans les structure de relief de surface de la surface de gaufrage 120. A cette.étape, l'encre durcissable par rayonnement est exposée à un rayonnement UV pour fixer les structures gaufrées d'une de manière permanente.

Bien que la Figure 1 soit décrite en relation avec un cylindre, il est également possible de générer de telles microstructures non pas par gaufrage mais par application d'une encre durcissable par rayonnement sur un cylindre et mise en contact du cylindre avec le substrat à imprimer, avant de l'exposer à un rayonnement UV pour fixer la structure. Ce processus ne diffère que par le procédé d'application de l'encre durcissable par rayonnement, et, éventuellement, d'autres paramètres d'impression, mais le cylindre utilisé est identique quel que soit le procédé d'application.

La présente invention concerne la fabrication d'un cylindre 110 approprié pour former des effets d'image de microstructure dans des dispositifs de sécurité sur des documents de sécurité. Une telle imagerie à effet micro-optique est au moins en partie définie par des dimensions et comprend des caractéristiques de sécurité telles qu'un micro-texte, des effets optiques basés sur des lentilles tels que des inversions d'image, des commutateurs de contraste, des animations, des effets de transformation, des images à flottement tridimensionnel et/ou à estompement, des effets de grossissement par effet de moiré et des combinaisons de celles-ci.

Ce qui constitue une microstructure en termes de dimensions varie en fonction du type particulier d'effet optique. Par exemple, dans le cas d'hologrammes et de dispositifs diffractifs optiquement variables (DVOD), la plus petite dimension d'une microstructure est de deux microns ou moins. Il serait difficile d'obtenir de telles dimensions par gravure mécanique directe à l'aide des technologies actuelles. Dans le cas d'effets basés sur des lentilles, les plus petites dimensions dépendront de la taille des lentilles utilisées et de l'effet optique particulier. Par exemple, des effets de grossissement par effet de moiré utilisent des microstructures ayant les plus petites dimensions. Pour des lentilles réfractives, configurées pour amplifier une imagerie déployée sur l'autre face d'un substrat polymère typique, la plus petite'dimension est d'environ 2 à 10 microns. La taille réelle dépend de la complexité de l'image grossie par effet de moiré, c'est-à-dire que plus l'image est complexe, plus la taille de la caractéristique minimale dans la microstructure est petite. Des défis particuliers sont rencontrés dans la formation de microstructures de résolution et intégrité suffisantes dans un cylindre pour produire des effets micro-optiques de forte complexité et de haute fidélité. Ces défis sont abordés par le procédé de la présente invention.

Intéressons-nous maintenant à la Figure 2, qui présente un exemple de microstructure formée par le procédé de la présente invention. Cette microstructure est ablatée, gravée ou autrement formée directement sur la surface 120 d'un cylindre vierge 110 (voir Figure 1). Dans l'exemple, illustré, la microstructure 200 consiste en un réseau de chiffres δ 220 agencés selon une grille hexagonale compacte ayant un pas de 55 microns. Les chiffres 220 sont formés par évidement d'une profondeur d'environ 4 microns dans la surface 120 du cylindre 110. La plus petite taille caractéristique des chiffres 220 est la largeur de la caractéristique sur la surface du cylindre 120, essentiellement 5 microns. Un cylindre 110 ayant une telle microstructure 210 formée sur sa surface par le procédé de la présente invention pourrait être utilisé pour créer des microstructures, par exemple des caractéristiques de sécurité à effet de moiré sur des billets de banque qui utilisent des microlentilles agencées selon un motif hexagonal compact ayant un pas similaire, mais différent, de celui des microstructures formés en correspondance, par exemple des lentilles d'un pas de 56 microns pourraient être utilisées.

Le cylindre 110 peut être fabriqué par formation des microstructures 210 qui correspondent aux effets d'image de microstructure à créer dans un ou plusieurs dispositifs de sécurité par ablation au laser directe, gravure chimique, ablation au masque ou par des moyens de gravure micromécanique ou d'autres techniques appropriées.

Nous allons maintenant décrire, en lien avec la Figure 3, une forme de réalisation d'un système 300 pour la fabrication d'un cylindre 110 ayant des structures de relief de surface configurées pour produire au moins un effet d'image de microstructure. Dans ce cas, les structures de relief de surface sont formées sur le cylindre par ablation au laser, le laser 310 étant sélectionné et/ou configuré pour produire une largeur de faisceau de 5 microns ou moins. Le système d'ablation au laser 300 comprend un laser 310, par exemple un laser picoseconde, un faisceau laser 320, une lentille de focalisation 330 et un cylindre vierge 340. La largeur et l'uniformité du faisceau laser 320 sont configurées pour permettre une ablation homogène de la surface dü cylindre lors de l'exposition au faisceau laser. Pour obtenir l'uniformité de faisceau requise, des éléments optiques 350 incluant des lentilles et/ des miroirs et/ou des conformateurs de faisceau sont placés sur le trajet optique entre le laser 310 et la surface du cylindre 340.

La durée et l'énergie des impulsions du laser 310.sont commandées de façon à vaporiser la surface du cylindre 340 afin de former une cellule. La forme de la cellule est définie par le matériau à ablater, le profil d'intensité et la durée de l'impulsion du faisceau laser, le nombre d'impulsions appliquées et la position de chaque impulsion sur la surface du cylindre. Des durées d'impulsions laser appropriées sont dans la gamme des femtosecondes aux nanosecondes, et de préférence dans la gamme des picosecondes. Selon le matériau dont est constitué le cylindre 340 à ablater au laser, une seule impulsion laser vaporise typiquement environ 1 micron ou moins du matériau en profondeur.

Les cylindres peuvent être formés à partir de toute une gamme de matériaux du fait que le processus de durcissement par rayonnement provoque lui-même une usure minimale. Par exemple, le cylindre vierge peut prendre la forme d'un cylindre en acier creux, revêtu de cuivre, de nickel ou de zinc. D'autres matériaux tels que le chrome ou des polymères sont également envisagés. On comprendra que le choix d'un laser approprié dépendra du matériau du cylindre à ablater. Par exemple, pour des matériaux ayant des températures de vaporisation élevées, tels que des métaux, un laser YAG déclenché peut être un choix approprié. Par exemple, un laser multimode Nd:YAG déclenché, de 400 W à 1064 nm avec une fréquence de répétition de 35 kHz. Cependant, pour des matériaux ne nécessitant pas une température de vaporisation aussi élevée, tels que des matériaux polymères, un laser à excimère peut être un choix approprié.

Un masque ou un système optique de conformation de faisceau 350 tel qu'un élément optique diffractif peut être utilisé pour façonner le profil de la section transversale de la plus petite taille de point pour optimiser le processus, par exemple en facilitant une expulsion efficace de matériaux du profil ablaté. De plus, le faisceau laser 320 peut être autrement commandé, par exemple par commande dynamique de la largeur du faisceau pour augmenter la concentration du faisceau à l'endroit où une zone d'ablation de plus grande profondeur est requise et, inversement, pour diminuer la concentration du faisceau à l'endroit où une zone d'ablation de plus faible profondeur est requise.

Le processus d'ablation laser peut être configuré comme un processus pas à pas à l'aide d'un faisceau modulé au masque. D'une autre manière, le laser peut être commandé par un système de commande conçu de manière appropriée, pouvant écrire un fichier bitmap ou similaire, directement sur un cylindre vierge, où le fichier bitmap représente une simple impulsion laser ON/OFF. Dans une autre forme de réalisation, le laser peut écrire directement un fichier en niveaux de gris sur le cylindre, où chaque valeur de niveau de gris correspond à la profondeur d'ablation dans le cylindre à la position concernée.

Les micro-images peuvent être au moins, partiellement cachées en étant intégrées dans une plus grande image ou macro-image. Par exemple, des portions d'un réseau 2D de micro-images, qui font partie d'un dispositif de grossissement par effet de moiré, pourraient être placées dans des zones nonimagées dans la macro-image. D'une autre manière, la densité du réseau d'éléments de micro-image pourrait être variée, par exemple, par réduction du nombre d'éléments de réseau dans le réseau, pour simuler des niveaux de gris dans la macro-image.

En nous référant maintenant à la Figure 4, leç microstructures pourraient de manière similaire être formées sur un cylindre vierge à l'aide d'un système de gravure micromécanique directe 400 ayant un stylet oscillant, typiquement du diamant, qui découpe des cellules directement dans ia surface du cylindre, en supposant que le système sélectionné fournisse une résolution de gravure appropriée. Un exemple de machine de gravure micromécanique capable d'obtenir une gravure à haute résolution est le système de gravure Hell Extrême ayant une résolution de gravure d'essentiellement 5 microns. Un autre exemple est le système de micro-gravure MicroStar™ proposé par Daetwyler R&D Corp. Le système MicroStart™ 400 est décrit de manière schématique sur la Figure 4 et est approprié pour graver un cylindre vierge à une résolution de 5 microns et moins, et pourrait donc être utilisé pour graver des microstructures d'imagerie à effet microoptique fonctionnel pour des lentilles sur des documents de sécurité tels que des billets de banque. Un outil de découpe convenablement sélectionné 420 est commandé via une interface 430, qui permet d'importer et de télécharger des fichiers de dessins de microstructures.

D'autres procédés appropriés pour la fabrication d'un cylindre ayant des structures de relief de surface configurées pour produire au moins un effet d'image de microstructure, incluent une gravure chimique qui met en jeu la copie des structures de relief de surface proposées par exposition par contact direct d'un matériau de réserve photosensible d'un film sur la surface métallique du cylindre.

Après exposition, des étapes de développement et une gravure chimique sont exécutées pour produire des structures évidées dans le cylindre de gaufrage, qui contiendront ensuite une encre durcissable aux UV pour la production des effets d'image de microstructure dans des dispositifs de sécurité. L'étape d'exposition est exécutée par le fait de passer une lumière UV à travers le film, pour exposer la surface sous-jacente du cylindre enduite d'un matériau de réserve. Dans un autre procédé, qui ne met pas en jeu l'utilisation de films/exposition par contact, la surface du cylindre enduite d'un matériau de réserve peut être directement exposée à un faisceau concentré de lumière ou de lumière laser, de préférence une lumière UV ou une lumière laser UV. Des procédés, d'ablation au masque mettent en jeu le revêtement du cylindre avec un masque à l'aide de techniques de revêtement par immersion ou par pulvérisation. Le masque est ensuite retiré de zones destinées à être gravées chimiquement par ablation thermique, ce après quoi le cylindre est soumis à une gravure chimique pour produire des microstructures en creux. Intéressons-nous maintenant à la Figure 5, qui présente une photographie au microscope optique 500 d'un réseau de micro-images de la lettre A 510 avec un pas de 50 microns, produit à l'aide d'une ablation au masque suivie d'un plaquage de chrome. La résolution de gravure utilisée était de 10 160 points par pouce. L'œuvre de gravure a été fournie sous la forme d'un fichier TIF monochrome de 10 160 dpi contenant une image binaire du réseau de lettres A.

Les dimensions des microstructures qui peuvent être formées à l'aide du procédé de la présente invention sont limitées par la taille de caractéristique minimale qui peut être obtenue à l'aide de différentes techniques appropriées pour la fabrication de cylindres ayant des structures de relief de surface configurées pour produire des images de microstructures. Comme on l'a dit ci-dessus, ces techniques incluent des techniques d'exposition par contact de films, d'exposition à un faisceau concentré, d'ablation au masque, de gravure chimique, de gravure micro-électromécanique et d'ablation au laser directe.

La taille de caractéristique minimale aura donc un impact correspondant sur la taille de caractéristique d'image minimale qui pourra être projetée par des lentilles dans le cas où la microstructure est recouverte d'un réseau de microlentilles. Il est admis que cette taille minimale est d'essentiellement 5 microns. Cependant, si le dessin de la caractéristique de sécurité dicte que de plus petites microstructures sont requises pour produire les effets d'image souhaités, alors elles peuvent être obtenues par électroformage d'une couche de matériau, par exemple du métal sur les structures de relief de surface en une couche d'épaisseur uniforme.

Intéressons-nous maintenant aux Figures 6A et 6B, qui représentent de manière schématique la façon dont le dépôt d'une couche de matériau sur la microstructure peut réduire efficacement la taille des structures de relief de surface. Plus précisément, la Figure 6A présente la microstructure formée à l'origine, ayant une dimension de 5 microns. La Figure 6B présente la même structure 610 après qu'une couche de chrome 620 de 1 micron d'épaisseur a été électroformée sur la structure de relief de surface. Cela a pour effet de réduire les dimensions de la microstructure 630 â 3 microns. Les dimensions réduites permettent l'obtention d'une plus petite taille de caractéristique minimale. Un autre avantage de l'ajout de la couche de chrome réside dans le .fait qu'elle peut aider à allonger la durée de vie du cylindre. D'une manière similaire, d'autres techniques de dépôt peuvent être utilisées à la place de l'électroformage, telles qu'un dépôt chimique en phase vapeur (CVD), un dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PACVD) ou un dépôt physique en phase vapeur (PVD). En particulier, un aspect de la présente invention comprend l'ajout d'un revêtement de carbone sous forme de diamant amorphe (DLC) sur le cylindre à l'aide de techniques de dépôt appropriées.

Par conséquent, dessiner des microstruçtures appropriées pour un revêtement peut mettre en jeu de développer tout d'abord le dessin de telle sorte les portions du dessin qui représentent la microstructure évidée aient des dimensions égales aux dimensions cibles de la structure évidée après le revêtement. Deuxièmement, le dessin doit être ajusté de manière à compenser le revêtement en agrandissant la portion du dessin qui représente la zone évidée de telle sorte que son périmètre s'éloigne de la zone évidée (c'est-à-dire que le périmètre se déplace perpendiculairement à sa tangente locale), d'une distance prédéterminée, ce qui augmentera la zone de caractéristique évidée. Si le dessin est représenté sous la forme d'une image matricielle, cette étape de compensation en agrandissement pourrait être obtenue par application de fonctions de filtre Minimum ou Maximum à l'image dans Photoshop (selon que les zones évidées sont représentées par des pixels noirs ou blancs). Les fonctions Rogner ou Dilater connues dans la théorie du traitement d'image pourraient également être utilisées.

Un avantage de la présente invention réside dans le fait que réduire la dépendance envers des bandes de gaufrage ayant une durée de vie limitée simplifie et réduit les coûts de génération d'une micro-imagerie pour des dispositifs de sécurité. Un cylindre ayant des structures de relief de structure intégrées configurées pour produire au moins un effet d'image de microstructure peut être simplement retiré du poste de traitement pour être nettoyé tel que requis, tandis que des bandes de gaufrage sont trop fragiles pour supporter le processus de retrait de la bande de gaufrage qui est requis pour les nettoyer. De plus, les problèmes rencontrés lors de rutilisation de bandes de gaufrage classiques, y compris les problèmes d'alignement et la présence de jointures/coutures, sont évités grâce à rutilisation d'un cylindre ayant des structures de relief de surface monobloc configurées pour produire au moins un effet d'image de microstructure. De plus, l'alignement angulaire de la micro-imagerie avec des lentilles est également amélioré de telle sorte que des effets d'image dus à une obliquité lentille-image soient réduits, du fait qu'une erreur d'alignement due au montage de la bande de gaufrage est évitée. Cela permet la création de plus grandes images mettant en œuvre des effets optiques multi-trame tels que des inversions d'image, des commutateurs de contraste, des animations et des dessins tridimensionnels incluant des effet entrelacés, globaux et de moiré.

Dans le contexte d'un processus d'application de micro-impression d'une encre durcissable par rayonnement, où l'encre est appliquée sur le cylindre, la présente invention permet le retrait de l'encre -de zones non évidées. Dans l'industrie de l'héliogravure, le processus le plus classique pour obtenir ce retrait consiste à utiliser une racle. La racle est placée contre le cylindre et utilisée pour éliminer par balayage l'encre qui ne se trouve pas dans des évidements sur le cylindre. II n'a pas été possible d'exécuter ce processus à l'aide de bandes de gaufrage du fait que la surface de nickel n'est pas assez dure pour offrir une pression suffisante et que la bande de gaufrage n'est pas prévue sur le rouleau d'une manière qui n'empêche pas l'accrochage de la racle. Par exemple, des bandes de gaufrage sont habituellement appliquées à l'aide d'un ruban adhésif ou par soudage de ses bords l'un à l'autre. Cette opération laisse un bord, qui est soit soudé, soit maintenu par un ruban adhésif, sur lequel la racle devrait passer et qui risquerait de créer des problèmes dans le processus ou d'endommager la bande de gaufrage.

De plus, l’élimination des bandes de gaufrage simplifie le processus d'application de l'encre durcissable aux UV et le rend plus efficace en réduisant le temps de montage et les opportunités d'erreurs. De plus, le risque de blessure de personnel inhérent à la manipulation de bandes de gaufrage métalliques en raison des bords tranchants est évité.

On comprendra que toute référence à un cylindre dans la description cidessus est, sauf mention contraire, tout aussi bien une référence à un cylindre de gaufrage, pour le gaufrage d'une encre durcissable par rayonnement, qu'à un cylindre de micro-impression, pour la micro-impression d'une encre durcissable par rayonnement.

Tels qu'utilisés dans le présent document, les termes comprennent, comprend, compris ou comprenant doivent être interprétés comme spécifiant la présence des caractéristiques, entiers, étapes ou composants mentionnés, mais n'exclut pas la présence d'un ou plusieurs autres caractéristiques, entiers, étapes ou composants, ou groupes de ceux-ci.

Bien que l'invention ait été décrite conjointement avec un nombre limité de formes de réalisation, l'homme du métier comprendra que de nombreuses alternatives, modifications et variantes sont possibles à la lumière de la description ci-dessus. II est donc entendu que la présente invention englobe toutes ces alternatives, modifications et variantes dans l'esprit et le cadre de l'invention telle que décrite.

Claims (24)

1. Revendications

   1. Procédé de fabrication d'un cylindre ayant des structures de relief de surface configurées pour produire au moins un effet d'image de microstructure dans un ou plusieurs dispositifs de sécurité appliqués sur un document de sécurité, le procédé incluant les étapes suivantes :

   fourniture d'un cylindre vierge ayant une surface ; et formation de structures de relief de surface correspondant à l’au moins un effet d'image de microstructure directement sur la surface du cylindre.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de formation d'une ou plusieurs structures de relief de surface directement sur la surface du cylindre met en jeu une ablation au laser.
3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le laser est configuré pour produire une largeur de faisceau laser d'essentiellement 5 microns ou moins.
4. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le laser est configuré pour produire une durée d'impulsion laser suffisante pour vaporiser la surface du cylindre.
5. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le laser est configuré pour produire une durée d'impulsion laser dans la gamme des femtosecondes aux nanosecondes.
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, comprenant en outre l'étape d'application d'un élément optique de conformation de faisceau laser sur un chemin optique formé entre le laser et la surface du cylindre.
7. 7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de formation de structures de relief de surface directement sur la surface du cylindre est exécutée par des moyens de gravure électromécanique.
8. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel un outil de gravure électromécanique est configuré pour graver des microstructures d'essentiellement 5 microns ou moins.
9. 9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de formation de structures de relief de surface directement sur la surface du cylindre est exécutée par gravure chimique.
10. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel l'étape de formation de structures de relief de surface directement sur la surface du cylindre par gravure chimique est précédée de l'une des étapes suivantes :

    a. revêtement de la surface du cylindre avec un matériau de masquage et ablation au laser d'un motif de structureà de relief de surface proposées dans le matériau de masquage pour exposer le motif sur la surface du cylindre ;

    b. revêtement de la surface du cylindre avec un. matériau de réserve, exposition du matériau de réserve aux UV à travers un film contenant un motif de structures de relief de surface proposées et développement du matériau de réserve exposé aux UV pour exposer le motif sur la surface du cylindre ; ou

    c. revêtement de la surface du cylindre avec un matériau de réserve, balayage d'un faisceau de lumière focalisé sur le matériau de réserve pour exposer un motif de structures de relief de surface· proposées dans le matériau de réserve, qui est ensuite développé pour exposer le motif sur la surface du cylindre.
11. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre l'étape consistant à déposer une couche de matériau sur les structures de relief de surface pour réduire une taille de la microstructure.
12. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel l'étape consistant à prévoir une couche déposée comprend l'électroformage de la couche de matériau.
13. 13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel la couche de matériau électroformée est un métal.
14. 14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, dans lequel la couche de matériau électroformée est déposée en une couche uniforme.
15. 15. Procédé selon la revendication 11, dans lequel l'étape consistant à prévoir une couche déposée comprend le dépôt chimique en phase vapeur de la couche de matériau.
16. 16. Procédé selon la revendication 11, dans lequel l'étape consistant à prévoir une couche déposée comprend le dépôt d'un revêtement de carbone sous forme de diamant amorphe (DLC, de l'anglais Diamond-like Carbon) en tant que couche de matériau.
17. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le cylindre est un cylindre de gaufrage.
18. 18. Produit de programme informatique stockant des instructions pour la fabrication d'un cylindre ayant des structures de relief de surface configurées pour produire au moins un effet d'image de microstructure dans au moins un dispositif de sécurité appliqué sur un document de sécurité, le produit de programme informatique stockant des instructions de commande d'un processeur pour commander un dispositif de façon qu'il forme des structures de relief de surface correspondant à l'au moins un effet d'image de microstructure directement sur une surface du cylindre.
19. 19. Produit de programme informatique selon la revendication 18, dans lequel les structures de relief de surface comprennent des microstructures ayant des dimensions d'essentiellement 5 microns ou moins.
20. 20. Produit de programme informatique selon la revendication 18 ou 19, dans lequel le cylindre est un cylindre de gaufrage.
21. 21. Cylindre ayant des structures de relief de surface configurées pour produire au moins un effet d'image de microstructure dans au moins un dispositif de sécurité appliqué sur un document de sécurité, les structures de relief de surface correspondant à l'au moins un effet d'image de microstructure étant formées directement sur une surface du cylindre.
22. 22. Cylindre selon la revendication 21, dans lequel les structures de relief de surface comprennent des microstructures ayant des dimensions d'essentiellement 5 microns ou moins.
23. 23. Cylindre selon la revendication 21 ou 22, dans lequel le cylindre est un cylindre de gaufrage.
24. 24. Cylindre produit selon le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17.

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