FR3068502A1

FR3068502A1 - Procede de realisation d'elements de micro-images sur un substrat

Info

Publication number: FR3068502A1
Application number: FR1855948A
Authority: FR
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: 2019-01-04
Anticipated expiration: 2038-06-29
Also published as: FR3068502B1

Abstract

L'invention concerne un procédé de production d'éléments de micro-image sur un substrat pour un document de sécurité, le procédé comprenant : la production d'une pluralité d'unités de microstructure comprenant des formations à structure tridimensionnelle dans une couche en relief claire ou pale sur un substrat ; et l'application d'une encre fluide colorée sur la couche en relief, l'encre fluide colorée s'accumulant de manière préférentielle dans des régions à forte courbure de surface sur chaque unité de microstructure, pour former des zones de contraste ayant des densités d'encre différentes.

Description

PROCEDE DE PRODUCTION D’ELEMENTS DE MICRO-IMAGE SUR UN SUBSTRAT

Domaine technique

La présente invention concerne des procédés de production d’éléments de micro-image sur un substrat pour un document de sécurité, et des micro-dispositifs optiques sur un substrat comprenant de tels éléments de micro-image. En particulier, les procédés incluent la production d'unités de microstructure comprenant des formations à structure tridimensionnelle dans une couche en relief claire ou pale sur un substrat, l'application d'une encre fluide colorée sur la couche en relief, et le fait de laisser l'encre fluide colorée s'accumuler de manière préférentielle dans des régions à forte courbure de surface sur chaque unité de microstructure, pour former des zones de contraste ayant des densités d'encre différentes.

Arrière-plan de l'invention

Il est important que les documents de sécurité tels que des billets de banque, cartes de crédit, documents d'identité (y compris les passeports), titres fonciers, certificats d'actions, diplômes, matériaux d'emballage pour produits de grande valeur, étiquettes de sécurité et cartes de sécurité, soient difficiles à répliquer par des contrefacteurs et soient pourvus de caractéristiques permettant leur authentification.

Plusieurs stratégies différentes ont été décrites pour la sécurité et l'authentification de tels documents de sécurité. L'utilisation de films polymères en tant que substrats offre souvent un avantage inhérent, en raison de la plus grande difficulté à effectuer des opérations de copie et d'impression sur de tels matériaux sensibles à la température et de la facilité à incorporer toute une variété de caractéristiques de sécurité visibles et cachées.

Un type de caractéristique de sécurité qu'il a été proposé d'utiliser dans des documents de sécurité est décrit dans le document US 5712731. Cette caractéristique de sécurité met en jeu une combinaison de microlentilles et de micro-images pour la génération d'effets optiquement variables. Les micro-images sont formées par impression sur une surface d'un substrat et les microlentilles peuvent être formées sous la forme d'un composant distinct ou sur une feuille de plastique transparent collée sur les micro-images. Un léger décalage entre le pas ou l'alignement en rotation des micro-images et des microlentilles peut produire des effets optiquement variables, tels qu'une image agrandie (connue sous le nom de grossissement par effet moiré, tel que décrit dans l'article M. Hutley et al., The moiré magnifier, Pure and Applied Optics 1994, vol. 3, pp 133-142). Ces caractéristiques de sécurité peuvent produire des images qui semblent se déplacer et/ou flotter en-dessous ou au-dessus du plan du substrat lorsque l'angle d'observation varie.

Cependant, la résolution et la taille des micro-images qui peuvent être produites par les procédés du document US 5712731 sont limitées par la dépendance envers les procédés d'impression traditionnels tels que l'héliogravure, la flexographie et l'impression intaglio. Typiquement, ces procédés d'impression ne peuvent pas être utilisés pour produire des images nécessitant une résolution inférieure à environ 50 microns.

En particulier, l'impression par héliogravure rouleau à rouleau de caractéristiques à haute résolution est limitée par des phénomènes connus dans l'industrie de l'impression comme les points manquants, le séchage à l'intérieur du rouleau, les bavures et le tramage. Ces phénomènes produisent des défauts dans les images imprimées, sous la forme de petites parties manquantes, dont la position peut être aléatoire. Lorsqu'ils sont regardés à travers un réseau de microlentilles, les défauts sont agrandis, ce qui produit des images qui sont perçues par l'utilisateur comme ayant une faible qualité. Les images agrandies peuvent avoir un aspect granuleux, semblant avoir des éruptions ou des traînées de points manquants. Cela limite tout particulièrement l'utilité des caractéristiques de sécurité dans des documents de sécurités minces et flexibles, tels que des billets de banque ou analogue. En dehors des considérations esthétiques, des caractéristiques de sécurité de faible qualité ou de qualité irrégulière sur des billets de banque peuvent offrir aux contrefacteurs l'opportunité de faire passer des reproductions de faible qualité comme des billets de banque authentiques.

Des techniques de gaufrage et apparentées ont été précédemment utilisées pour produire des caractéristiques de sécurité ayant des résolutions plus élevées que celles qui peuvent être obtenues avec des techniques d'impression classiques. Typiquement, un revêtement de laque durcissable par rayonnement est gaufré au moyen d'une plaque de gaufrage et simultanément durci pour produire une couche microstructurée sur le substrat du document de sécurité. Les revêtements microstructurés peuvent être conçus pour produire un certain nombre d'effets optiques, incluant des effets diffractifs et holographiques. Cependant, le contraste de couleur de telles micro-images tridimensionnelles formées dans un revêtement monochrome peut ne pas être satisfaisant.

Des techniques de gaufrage ont également été utilisées pour produire des micro-images qui créent des effets optiques lorsqu'elles sont regardées à travers un réseau de microlentilles. Des structures diffractives ont été formées dans une couche d'image sur un substrat par gaufrage de formations en grille peu profondes dans un revêtement durcissable aux UV monochrome. Un contraste est donc créé dans l'image agrandie vue à travers les microlentilles par les propriétés diffractives des microstructures en grille disposées contre les régions de fond non-diffractives de la couche d'image gaufrée. Un observateur voit donc une image agrandie multicolore. Cependant, l'image agrandie doit généralement être vue avec un éclairage à source ponctuelle plutôt qu'un éclairage diffus en raison de la nature diffractive des éléments d'image.

Des techniques plus complexes ont été rapportées pour la production de micro-images à haute résolution ayant un meilleur contraste de couleur et pouvant être vues dans une large plage de conditions d'éclairage. Par exemple, une encre durcissable aux UV pigmentée peut être appliquée directement sur un rouleau de gaufrage sur lequel est gravée une microstructure tridimensionnelle. L'encre en excès est essuyée du rouleau, en ne laissant que l'encre qui est retenue dans les régions évidées de la surface du rouleau gravé, et l'encre est partiellement durcie sur le rouleau par un rayonnement UV. Les microstructures d'encre partiellement durcies sont ensuite transférées sur la surface du substrat et complètement durcies sur la surface. Cette technique, bien qu'étant utile pour produire des microimages à contraste de couleur à haute résolution, pour certaines applications niches, est néanmoins difficile à adapter à une production à haut rendement. En outre, cette approche multi-étape souffre d'un certain nombre d'inconvénients supplémentaires, incluant la complexité inhérente du processus, l'usure rapide imposée aux rouleaux gravés en raison de l'application et l'essuyage de l'encre, les impacts sur l'adhérence de l'encre sur le substrat en raison de la pigmentation et du pré-durcissement, et la limitation à un seul choix de couleur par unité d'impression.

Il existe donc un besoin continu de nouveaux procédés de production de micro-images à contraste de couleur, à haute résolution, sur des surfaces de substrat, qui résolvent au moins partiellement un ou plusieurs des inconvénients mentionnés ci-dessus.

Toute référence dans le présent document à un document de brevet ou un autre texte présenté comme la technique antérieure ne doit pas être considérée comme une admission du fait que le document ou le texte était connu ou que les informations qu'il contient faisaient partie des connaissances communes générales à la date de priorité de l'une quelconque des revendications.

Résumé de l'invention

Selon un premier aspect, l'invention met à disposition un procédé de production d’éléments de micro-image sur un substrat pour un document de sécurité, le procédé comprenant : la production d'une pluralité d'unités de microstructure comprenant des formations à structure tridimensionnelle dans une couche en relief claire ou pale sur le substrat ; et l'application d'une encre fluide colorée sur la couche en relief, l'encre fluide colorée s'accumulant de manière préférentielle dans des régions à forte courbure de surface sur chaque unité de microstructure, pour former des zones de contraste ayant des densités d'encre différentes.

Des microstructures tridimensionnelles ayant des caractéristiques d'échelle micronique (ou même sub-micronique) peuvent être produites de manière précise dans une couche en relief par des techniques de gaufrage ou apparentées. Les inventeurs ont trouvé qu'une encre fluide colorée appliquée sur une couche en relief claire ou pale produite de cette façon s'accumulera de manière préférentielle sur les microstructures tridimensionnelles, en offrant un excellent contraste de couleur entre des zones de contraste ayant des densités d'encre différentes. Les zones de contraste ayant des densités d'encre différentes comprennent généralement des zones à forte densité d'encre dans les régions à forte courbure de surface sur les unités de microstructure, et des zones de contraste à faible densité d'encre sur des zones adjacentes de la couche en relief. On comprendra que les zones à faible densité d'encre peuvent être soit essentiellement dépourvues d'encre, soit avoir une densité d'encre suffisamment faible par rapport aux zones à forte densité d'encre pour qu'un contraste visible soit perçu. Des éléments de micro-image ainsi formés, qui comprennent au moins de l'encre accumulée dans les régions à forte courbure de surface, peuvent avoir un degré de résolution et de reproductibilité plus élevé que ce qu'il est possible de produire avec des techniques d'impression classiques.

Sans vouloir être liés par une quelconque théorie, on pense que l'encre fluide s'écoule sur la surface de la couche en relief jusque dans des régions à forte courbure de surface sur les unités de microstructure afin de minimiser l'énergie de surface. L'encre fluide se répartit sur la surface pour établir un équilibre entre les forces cohésives qui retiennent l'encre fluide d'un seul tenant et les forces adhésives entre l'encre fluide et la surface des microstructures. En contrôlant la configuration tridimensionnelle des unités de microstructure, les propriétés de l'encre fluide et la charge en encre fluide, il est possible d'utiliser le procédé de l'invention pour produire une large variété de symboles, marquages et motifs à haute résolution sur une surface d'un substrat.

Telle qu'entendue ici, une région à forte courbure de surface peut être une quelconque région de surface ayant une courbure suffisamment grande par rapport aux régions de surface voisines pour que l'encre fluide s'accumule de manière préférentielle en elle, de façon que des zones de contraste ayant des densités d'encre différentes soient créées. On comprendra que des régions à forte courbure de surface dans lesquelles une encre fluide peut s'accumuler de manière préférentielle peuvent inclure tant des caractéristiques essentiellement anguleuses (à savoir, des angles < 180°), telles que des régions de coins définies par l'intersection de plans, et des caractéristiques plus courbes ayant des surfaces concaves, dont la configuration peut en pratique être influencée par le procédé de production des unités de microstructure.

Dans certaines formes de réalisation, un réseau répétitif d'unités de microstructure essentiellement identiques est produit dans la couche en relief. Dans ces formes de réalisation, l'encre fluide colorée s'accumule selon une répartition essentiellement uniforme sur chaque unité de microstructure essentiellement identique, de telle sorte qu'un réseau répétitif d’éléments de microimage essentiellement identiques soit produit. Le réseau répétitif d’éléments de micro-image peut être configuré en lignes et/ou colonnes ayant un pas inférieur à environ 100 microns, de préférence inférieur à environ 70 microns.

Dans certaines formes de réalisation, la viscosité de l'encre fluide colorée est comprise dans la plage allant de 16 à 25 secondes (10 à 50 centipoises), de préférence de 16 à 18 secondes (10 à 20 centipoises), telle que mesurée au moyen d'une coupe de Zahn n°2. L'encre fluide colorée peut être appliquée selon une charge à l'état humide d'environ 0,5 g/m² à environ 10 g/m². L'application d'encres fluides ayant des viscosités et des charges comprises dans ces intervalles peut être particulièrement préférée pour une accumulation préférentielle de l'encre fluide sur des unités de microstructure ayant des caractéristiques de formations présentant une résolution comprise entre 1 et 3 microns, ce qui produit des micro-images à haute résolution.

Dans certaines formes de réalisation, la pluralité d'unités de microstructure est produite par gaufrage des formations à structure tridimensionnelle dans la couche en relief. Dans certaines de ces formes de réalisation, la couche en relief est produite par application d'un revêtement gaufrable clair ou pale sur le substrat. Les formations à structure tridimensionnelle sont ensuite gaufrées dans le revêtement gaufrable. De préférence, le revêtement gaufrable est un revêtement durcissable par rayonnement. Les formations à structure tridimensionnelle peuvent alors être simultanément gaufrées dans le revêtement gaufrable et durcies par rayonnement, par exemple un rayonnement UV, pour produire un revêtement durci. Le revêtement gaufrable peut être gaufré au moyen d'une plaque ou d'un rouleau de gaufrage.

Dans certaines formes de réalisation, la pluralité d'unités de microstructure est produite par : remplissage d'une pluralité d'évidements dans une surface d'un outil d'impression avec une laque claire ou pale ; et transfert de la laque depuis les évidements sur le substrat par mise en contact de la surface de l'outil d'impression avec le substrat. Dans certaines de ces formes de réalisation, le procédé comprend en outre l'augmentation de la viscosité de la laque dans les évidements avant la mise en contact de la surface de l'outil d'impression avec le substrat.

Le remplissage de la pluralité d'évidements peut comprendre l'application de la laque sur la surface de l’outil d'impression. Le procédé peut alors comprendre en outre le retrait de l'excès de laque de la surface de l'outil d'impression en dehors des évidements, par exemple avec un outil d'essuyage tel qu'une lame ou une éponge. De cette manière, il n'y a essentiellement que la laque présente dans les évidements qui est transférée sur le substrat lors de l'étape de contact ultérieure, ce qui produit une couche en relief comprenant des formations de laque à structure tridimensionnelle discrètes et la surface environnante du substrat. Dans ces formes de réalisation, la viscosité de la laque dans les évidements peut être augmentée avant et/ou après, mais de préférence avant, le retrait de la laque en excès. Dans d'autres formes de réalisation, la laque en excès n'est pas retirée de la surface de l'outil d'impression en dehors des évidements. De cette manière, la laque peut être transférée sur le substrat depuis les régions de la surface de l'outil d'impression qui entourent les évidements. Dans certaines de ces formes de réalisation, une couche continue de laque présente sur la surface de l'outil d'impression est transférée, recouvrant ainsi le substrat d'un revêtement continu de laque formant la couche en relief, la laque transférée des évidements formant les formations à structure tridimensionnelle dans la couche en relief. A part la plus grande simplicité, cette forme de réalisation a pour avantage que la surface de l'outil d'impression n'est pas soumise à une usure résultant d'un essuyage.

Dans certaines formes de réalisation, l'augmentation de la viscosité de la laque dans les évidements avant le contact de la surface de l'outil d’impression avec le substrat comprend le durcissement au moins partiel de la laque. De cette manière, la laque présente dans les évidements peut développer un degré d'intégrité structurelle suffisant pour protéger la configuration des formations de laque pendant le transfert sur le substrat. Dans certaines formes de réalisation, le procédé comprend en outre le durcissement au moins partiel de la laque pendant le contact de la surface de l'outil d'impression avec le substrat. Le durcissement de la laque pendant le contact avec le substrat peut améliorer l'adhérence des formations de laque et/ou de la couche sur le substrat. Dans certaines formes de réalisation, la laque est une laque durcissable par rayonnement, et la laque est au moins partiellement durcie par irradiation de la laque avec un rayonnement, par exemple un rayonnement UV.

Les unités de microstructure comprenant des formations à structure tridimensionnelle peuvent généralement avoir toute configuration appropriée qui permette à l'encre de s'accumuler de manière préférentielle dans des régions à forte courbure de surface, en produisant ainsi des éléments de micro-image à contraste de couleur. Dans certaines formes de réalisation, les unités de microstructure comprennent au moins une paroi latérale de formation qui croise une région de surface environnante faisant partie de l'unité de microstructure ou de la surface de couche en relief adjacente. L'intersection entre la paroi latérale et la région de surface environnante définit ainsi une région à forte courbure de surface, de sorte que l'encre fluide colorée s'accumulera de manière préférentielle en contiguïté de la paroi latérale. Dans certaines de ces formes de réalisation, la région de surface environnante est orientée essentiellement en alignement avec le plan de la couche en relief. La paroi latérale peut être inclinée selon un angle très prononcé, y compris un angle essentiellement perpendiculaire, par rapport au plan de la couche en relief.

Dans certaines formes de réalisation, les unités de microstructure comprennent au moins une formation se présentant sous la forme d'un évidement qui est creusé dans des régions environnantes de la couche en relief. L'évidement a généralement des parois latérales et une surface de base d'évidement entre les parois latérales, bien que l'on comprendra que l'évidement puisse, dans certaines formes de réalisation, comprendre une surface essentiellement courbe de telle sorte que les parois latérales et la surface de base de l'évidement ne soient pas séparées par des intersections anguleuses.

Dans certaines formes de réalisation, l'évidement a une largeur minimale comprise entre 0,5 et 10 microns, de préférence entre 1 et 3 microns. La largeur minimale d'un évidement est la distance minimale entre les parois latérales opposées de l'évidement, et est ainsi corrélée à la résolution des unités de microstructure. Dans certaines formes de réalisation, l'évidement est une rainure formée dans le plan de surface de la couche en relief. Dans ces formes de réalisation, la largeur minimale de l'évidement est la largeur de la rainure.

Dans certaines formes de réalisation, l'encre fluide colorée, lorsqu'elle est appliquée sur la couche en relief, s'accumule dans des régions à forte courbure de surface, à l'intérieur des évidements, en s'écoulant depuis les régions environnantes jusque dans l'évidement. On pense que l'écoulement de l'encre fluide dans l'évidement minimise l'énergie de surface du fait que l'évidement comprend des régions à forte courbure de surface sur la surface de la couche en relief.

Dans certaines formes de réalisation, l'encre fluide colorée s'accumule de manière préférentielle dans l'évidement et recouvre la surface de base de l'évidement. La surface de base de l'évidement est donc entièrement recouverte d'une couche de l'encre fluide, bien que l'encre fluide colorée ne remplisse typiquement pas l'évidement. Un contraste de couleur est ainsi établi entre l'évidement recouvert d'encre des unités de microstructure et les régions environnantes, qui sont dépourvues de, ou au moins appauvries en, encre fluide. Dans d'autres formes de réalisation, l'encre fluide colorée s'accumule de manière préférentielle dans l'évidement dans les régions à forte courbure de surface au niveau d'une intersection des parois latérales et de la surface de base de l'évidement, les zones de contraste ayant des densités d'encre différentes comprenant des zones à forte densité d'encre contiguës aux parois latérales et une zone de contraste à faible densité d'encre sur la surface de base de l'évidement située entre les parois latérales. Un contraste de couleur est donc établi par la répartition sélective de l'encre fluide dans les évidements.

Dans certaines formes de réalisation, les unités de microstructure comprennent au moins une formation se présentant sous la forme d'une protubérance qui fait saillie depuis les régions environnantes de la couche en relief. La protubérance a généralement des parois latérales, mais on comprendra cependant que la protubérance peut, dans certaines formes de réalisation, comprendre une surface essentiellement courbe de telle sorte que les parois latérales ne soient pas séparées des régions environnantes par des intersections anguleuses.

Dans certaines formes de réalisation, la protubérance a une largeur minimale comprise entre 0,5 et 10 microns, de préférence entre 1 et 3 microns. La largeur minimale d'une protubérance est la distance minimale entre les parois latérales opposées de la protubérance, et est donc corrélée à la résolution des unités de microstructure. Dans certaines formes de réalisation, la protubérance est une nervure formée saillante sur le plan de surface de la couche en relief. Dans ces formes de réalisation, la largeur minimale de la protubérance est la largeur de la nervure.

Dans certaines formes de réalisation, l'encre fluide colorée, lorsqu'elle est appliquée sur la couche en relief, s'accumule de manière préférentielle dans des régions à forte courbure de surface au niveau d'une intersection entre les parois latérales et les régions environnantes de la couche en relief. Des zones à forte densité d'encre sont donc prévues en contiguïté des parois latérales. Ces zones à forte densité d'encre contrastent avec des zones à faible densité d'encre plus éloignées des parois latérales sur les régions environnantes de la couche en relief et/ou sur la protubérance elle-même. On pense que le flux d'encre fluide minimise l'énergie de surface du fait que l'intersection entre les parois latérales et les régions environnantes constitue une région à forte courbure de surface sur la surface de la couche en relief.

Dans certaines formes de réalisation, la pluralité d'unités de microstructure comprend un réseau contigu de régions surélevées s'étendant à travers la couche en relief et connectant des unités de microstructures adjacentes. Le piégeage de bulles d'air dans la couche en relief peut être évité par gaufrage d'une pluralité d'unités de microstructure ayant cette configuration dans la couche en relief.

Dans certaines formes de réalisation, des éléments de micro-image comprenant de l'encre accumulée dans les régions à forte courbure de surface produisent un effet optique visible lorsqu'ils sont vus à travers un réseau d'éléments de focalisation disposé sur le substrat, par exemple sur une surface du substrat opposée à la couche en relief. Dans certaines formes de réalisation, le substrat est donc transparent. L'effet optique visible peut être une image de moiré agrandie, une image intégrale, une image à changement de contraste, une image entrelacée, ou une image basculante. Dans certaines formes de réalisation, l'encre fluide colorée forme, lorsqu'on la regarde directement sur le substrat, un élément de dessin qui est distinct de l'effet optique visible.

Dans certaines formes de réalisation, l'encre fluide colorée est une encre à base de solvant ayant une teneur en extrait sec comprise entre environ 15 % et environ 25 % en masse. L'encre fluide colorée peut être appliquée par une impression par héliogravure. Le procédé selon l'invention peut en outre comprendre le séchage ou le durcissement de l'encre fluide colorée.

Dans certaines formes de réalisation, le procédé de l'invention comprend en outre l'application d'un revêtement protecteur transparent sur la couche en relief après l'application de l'encre fluide colorée. Dans d'autres formes de réalisation, le procédé de l'invention comprend en outre l'application d'un revêtement de contraste sur la couche en relief après l'application de l'encre fluide colorée, le revêtement de contraste ayant une couleur différente de celle de l'encre fluide colorée de telle sorte que des éléments de micro-image comprenant de l'encre accumulée dans les régions à forte courbure de surface soient contrastés vis-à-vis du revêtement de contraste lorsqu'ils sont regardés en lumière réfléchie à travers le substrat.

Selon un deuxième aspect, l'invention met à disposition des éléments de micro-image sur un substrat pour un document de sécurité, produits par le procédé selon l'une quelconque des formes de réalisation décrites dans le présent document.

Selon un troisième aspect, l'invention met à disposition un micro-dispositif optique sur un substrat pour un document de sécurité, comprenant : une pluralité d'unités de microstructure comprenant des formations à structure tridimensionnelle dans une couche en relief claire ou pale sur le substrat ; et une encre colorée sur la couche en relief, l'encre colorée étant accumulée de manière préférentielle dans des régions à forte courbure de surface sur chaque unité de microstructure, en produisant ainsi des zones de contraste ayant des densités d'encre différentes.

Les zones de contraste ayant des densités d'encre différentes comprennent généralement des zones à forte densité d'encre dans les régions à forte courbure de surface sur les unités de microstructure, et des zones de contraste à faible densité d'encre sur des zones adjacentes de la couche en relief.

Dans certaines formes de réalisation du troisième aspect, la couche en relief comprend un revêtement sur le substrat et les unités de microstructure sont gaufrées dans le revêtement. La couche en relief peut comprendre un réseau répétitif d'unités de microstructure essentiellement identiques, l'encre colorée étant accumulée selon une répartition essentiellement uniforme sur chaque unité de microstructure essentiellement identique.

Le micro-dispositif optique peut en outre comprendre un réseau d'éléments de focalisation disposés sur le substrat, dans lequel des éléments de micro-image comprenant l'encre colorée accumulée dans les régions à forte courbure de surface produisent un effet optique visible lorsqu'ils sont vus à travers le réseau d'éléments de focalisation.

Tels qu'utilisés dans la présente description (y compris dans les revendications), les termes comprennent, comprend et comprenant doivent être interprétés comme spécifiant la présence des caractéristiques, entités, étapes ou composants mentionnés, mais n'exclut pas la présence d'un ou plusieurs autres caractéristiques, entités, étapes ou composants, ou groupes de ceux-ci.

D'autres aspects de l'invention ressortent ci-dessous dans la description détaillée de l'invention.

Brève description des dessins

Des formes de réalisation de l'invention seront illustrées, à titre d'exemple uniquement, par référence aux dessins joints, dans lesquels :

- la Figure 1 représente une vue de dessus d'une section découpée d'une couche en relief ayant des unités de microstructure comprenant des formations à structure tridimensionnelle évidées, produites selon une forme de réalisation de l'invention ;

- la Figure 2 représente une vue de côté (non à l'échelle) de la couche en relief de la Figure 1, prise le long de la ligne de coupe A-B indiquée sur la Figure 1 ;

- la Figure 3 représente la couche en relief de la Figure 2, après qu'une encre fluide colorée a été appliquée et s'est accumulée de manière préférentielle sur les unités de microstructure selon une forme de réalisation de l'invention ;

- la Figure 4 représente une vue de dessus de la couche en relief encrée de la figure 3, sur laquelle des éléments de micro-image à contraste de couleur ont été formés en résultat de l'accumulation préférentielle de l'encre fluide ;

- la Figure 5 représente la couche en relief de la Figure 2, après qu'une encre fluide colorée a été appliquée et s'est accumulée de manière préférentielle sur les unités de microstructure selon une autre forme de réalisation de l'invention ;

- la Figure 6 représente une vue de dessus de la couche en relief encrée de la Figure 5, sur laquelle des éléments de micro-image à contraste de couleur ont été formés en résultat de l'accumulation préférentielle de l'encre fluide ;

- la Figure 7 représente une vue de dessus d'une section découpée d'une couche en relief ayant des unités de microstructure comprenant des formations à structure tridimensionnelle saillantes, produites selon une forme de réalisation de l'invention ;

- la Figure 8 représente une vue de côté (non à l'échelle) de la couche en relief de la Figure 7, prise le long de la ligne de coupe A-B indiquée sur la Figure 7;

- la Figure 9 représente la couche en relief de la Figure 8, après qu'une encre fluide colorée a été appliquée et s'est accumulée de manière préférentielle sur les unités de microstructure selon une autre forme de réalisation de l'invention ;

- la Figure 10 représente une vue de dessus de la couche en relief encrée de la Figure 9, sur laquelle des éléments de micro-image à contraste de couleur ont été formés en résultat de l'accumulation préférentielle de l'encre fluide.

Description détaillée

La présente invention concerne un procédé de production d’éléments de micro-image sur un substrat pour un document de sécurité. Le procédé comprend la production d'une pluralité d'unités de microstructure comprenant des formations à structure tridimensionnelle dans une couche en relief claire ou pale sur le substrat. Une encre fluide colorée est ensuite appliquée sur la couche en relief, de telle sorte que l'encre fluide colorée s'accumule de manière préférentielle dans des régions à forte courbure de surface sur chaque unité de microstructure afin de produire des zones de contraste ayant des densités d'encre différentes.

Substrat

Le substrat peut être un quelconque substrat approprié pour documents de sécurité. Le substrat 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 nouvelles caractéristiques de sécurité (telles que des micro-dispositifs optiques).

Dans des formes de réalisation préférées, le substrat est un matériau transparent ou translucide. Des substrats transparents sont particulièrement préférés car des éléments de micro-image produits sur une surface du substrat peuvent alors être vus à travers un réseau d'éléments de focalisation disposé sur la surface opposée du substrat. L'épaisseur du substrat transparent est de préférence supérieure à 50 microns, pour permettre aux éléments de micro-image d'être placés au niveau, ou juste à l'intérieur, de la longueur focale d'éléments de focalisation sur la surface opposée. Dans certaines formes de réalisation, le substrat fait de 60 à 100 microns d'épaisseur, de préférence de 65 à 90 microns d'épaisseur.

Un substrat transparent particulièrement approprié est constitué de polypropylène et en particulier de polypropylène à orientation biaxiale.

Une caractéristique de sécurité commune des billets de banque polymères produits pour l'Australie et d'autres pays est une zone ou fenêtre transparente. Dans une forme de réalisation, les éléments de micro-image de l'invention sont produits sur une région de fenêtre d'un substrat transparent. Le substrat peut alors inclure une ou plusieurs couches opacifiantes par-dessus d'autres régions de la surface du substrat. D'une autre manière, le substrat transparent peut être un insert dans une région découpée d'un matériau essentiellement opaque, tel qu'un papier ou un matériau fibreux.

Production d'unités de microstructure dans une couche en relief claire ou pale

L'invention inclut une étape consistant à produire une pluralité d'unités de microstructure comprenant des formations à structure tridimensionnelle dans une couche en relief claire ou pale sur le substrat. La couche en relief est de préférence transparente ou translucide. Des couches en relief transparentes sont particulièrement préférées, car elles permettent à la couche d'encre colorée appliquée ultérieurement d'être vue avec un contraste élevé par rapport à un fond clair. De plus, dans des formes de réalisation dans lesquelles les éléments de micro-image à contraste de couleur sur une face d'un substrat doivent être vus à travers des éléments de focalisation disposés sur la face opposée du substrat, un degré de transparence suffisant de la couche en relief (et du substrat) est requis pour garantir que les éléments de micro-image puissent être vus.

La couche en relief est de préférence incolore, pour ainsi fournir un contraste élevé pour l'encre fluide colorée. Cependant, il n'est pas exclu que la couche en relief puisse avoir une coloration pale, du moment que l'encre fluide appliquée ultérieurement a un contraste suffisant pour définir de manière adéquate des éléments de micro-image à contraste de couleur vis-à-vis de la coloration de fond du revêtement.

La pluralité d'unités de microstructure peut être produite par gaufrage des formations à structure tridimensionnelle dans la couche en relief. Les unités de microstructure peuvent être gaufrées directement dans le substrat pour former la couche en relief sous la forme d'une couche de surface structurée du substrat luimême, par exemple par gaufrage à chaud d'un substrat polymère approprié. Cependant, plus typiquement, la couche en relief comprend un revêtement clair ou pale appliqué sur le substrat, où les unités de microstructure comprenant les formations à structure tridimensionnelle sont gaufrées dans le revêtement. Par exemple, la pluralité d'unités de microstructure peut être gaufrée à chaud dans un revêtement thermoplastique appliqué sur le substrat.

Dans une forme de réalisation préférée, le revêtement clair ou pale est un revêtement durcissable par rayonnement. Le revêtement durcissable par rayonnement peut être une quelconque laque ou un autre revêtement qui peut être appliqué sur la surface du substrat et qui peut être gaufré à l'état mou pour former des unités de microstructure ayant des formations à structure tridimensionnelle, et durci par un rayonnement pour consolider les unités de microstructure gaufrées. Le revêtement durcissable par rayonnement est de préférence durcissable par un rayonnement ultraviolet (UV). D'une autre manière, le revêtement durcissable par rayonnement peut être durcissable par d'autres formes de rayonnement, telles que des faisceaux d'électrons ou des rayons X.

Dans une forme de réalisation particulièrement préférée, le revêtement durcissable par rayonnement clair ou pale comprend une laque gaufrable claire, durcissable aux UV, à base d'acrylique. Ces laques durcissables aux UV peuvent être obtenues auprès de différents fabricants, dont Kingfisher Ink Limited, produit de type ultraviolet UVF-203 ou similaire. Ces revêtements ont été rapportés comme étant particulièrement appropriés pour le gaufrage de microstructures, incluant des structures diffractives telles que des DOE, des réseaux de diffraction et des hologrammes, des microlentilles et des réseaux de lentilles, et des dispositifs optiquement variables non diffractifs. D'une autre manière, les revêtements gaufrables durcissables par rayonnement peuvent être basés sur d'autres composés, tels que de la nitrocellulose.

Dans certaines formes de réalisation, le revêtement durcissable par rayonnement clair ou pale, lorsqu'il est appliqué sur le substrat, a une viscosité tombant dans la plage d'environ 20 à environ 175 centipoises, et plus particulièrement d'environ 30 à environ 150 centipoises. La viscosité peut être déterminée par mesure du temps que prend la laque pour se vider d'une coupe de 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. Des viscosités comprises dans cette plage peuvent permettre l'application et le gaufrage du revêtement par des techniques d'impression par héliogravure.

Le revêtement durcissable par rayonnement peut être appliqué sur le substrat dans un processus d'impression par héliogravure, puis gaufré dans une deuxième étape. Dans certaines formes de réalisation, le revêtement est gaufré au moyen d'une plaque ou d'un rouleau de gaufrage ayant une surface à structure tridimensionnelle correspondant à la configuration de la couche en relief à gaufrer. Une plaque (shim), comme il est connu dans l'industrie, est typiquement une mince pièce de métal qui a été formée, à l'aide de procédés de dépôt électrolytique ou similaires, à partir de structures créées à l'aide de techniques de photolithographie ou analogues. Un rouleau peut être formé à partir de techniques similaires, mais est plus communément formé par des techniques de gravure chimique, de gravure mécanique ou d'ablation au laser.

Le durcissement du revêtement ne commence généralement pas avant que le revêtement durcissable par rayonnement ait été gaufré, mais il est possible que l'étape de durcissement ait lieu soit après le gaufrage, soit essentiellement en même temps que l'étape de gaufrage. De préférence, le revêtement durcissable par rayonnement est gaufré et simultanément durci par un rayonnement ultraviolet (UV). Dans ces formes de réalisation, le revêtement peut être irradié par une lumière UV à travers le substrat (s'il est adéquatement transparent) ou à travers un outil de gaufrage transparent.

Bien que l'invention soit décrite ici avec une référence particulière aux unités de microstructure gaufrées, on comprendra que les principes de l'invention peuvent également s'appliquer à des unités de microstructure produites dans une couche en relief par d'autres techniques. Dans l'une de ces autres approches, les unités de microstructure sont produites par application directe de formations tridimensionnelles préformées sur le substrat, tel que décrit par exemple dans le document WO2011/102800.

Par conséquent, dans certaines formes de réalisation, des évidements d'une configuration appropriée dans la surface d'un outil d'impression sont remplis d'une laque claire ou pale. L'outil d'impression peut être par exemple un rouleau gravé par gravure mécanique, par gravure chimique ou par ablation laser. Des laques appropriées comprennent, mais sans y être limitées, les revêtements durcissables par rayonnement décrits dans le présent document en relation avec des formes de réalisation dans lesquelles les unités de microstructure sont gaufrées dans un revêtement sur le substrat. La viscosité de la laque est appropriée pour remplir au moins les évidements présents sur la surface de l'outil d'impression et, éventuellement, également fournir une couche d'épaisseur essentiellement uniforme sur la surface de l'outil. Après l'application, la viscosité de la laque au moins dans les évidements est augmentée. La viscosité de la laque peut être augmentée par tout moyen approprié, typiquement par le fait de durcir au moins partiellement la laque, de façon à conférer une intégrité structurelle suffisante à la laque mise en forme pendant le transfert ultérieur. La laque peut être partiellement durcie par irradiation de la laque sur la surface de l'outil d'impression par un rayonnement UV.

Optionnellement, la laque en excès est retirée de la surface de l'outil d'impression en dehors des évidements, par exemple à l'aide d'un outil d'essuyage tel qu'une éponge ou une lame, de telle sorte que seule la laque présente dans les évidements soit transférée sur le substrat lors de l'étape de contact ultérieure. D'une autre manière, une couche de laque recouvrant une section étendue de la surface de l'outil d'impression, incluant les évidements, peut être prévue et rendue visqueuse, de telle sorte que la couche entière, incluant les formations en forme d'évidements, soit transférée sur le substrat lors de l'étape de contact ultérieure.

La laque est transférée des évidements, et éventuellement également des zones enduites de laques environnantes de l'outil d'impression, sur le substrat, par contact de la surface de l'outil d'impression avec le substrat. Lorsque l'outil d'impression est un rouleau, le rouleau et le substrat peuvent être amenés en contact roulant. La laque peut être au moins partiellement durcie pendant que la surface de l'outil d'impression entre en contact avec le substrat, de façon que la laque adhère au substrat. Lorsqu'une laque durcissable par rayonnement est utilisée, par exemple, la laque peut être durcie par irradiation de la laque par un rayonnement UV à travers un substrat transparent et/ou à travers la surface de l'outil d'impression. L'outil d'impression est ensuite retiré, en laissant les formations à structure tridimensionnelle de laque durcie dans une couche en relief sur la surface du substrat. De manière optionnelle, la laque peut être durcie après retrait de l'outil d'impression.

Avec certains substrats polymères, il peut être nécessaire ou souhaitable d'appliquer une couche intermédiaire sur le substrat avant application du revêtement durcissable par rayonnement ou des formations de laque mises en forme, pour améliorer l'adhérence du revêtement ou de la laque sur le substrat. La couche intermédiaire comprend de préférence une couche primaire et, plus préférentiellement, la couche primaire comprend de la polyéthylène imine. La couche primaire peut également inclure un agent de réticulation, par exemple un isocyanate multifonctionnel. Des exemples d'autres primaires dont l'utilisation est appropriée incluent : les polymères à terminaison hydroxyle ; les copolymères à base de polyester à terminaison hydroxyle ; les acrylates hydroxylés réticulés ou non réticulés ; les polyuréthanes ; et les acrylates anioniques ou cationiques durcissables aux UV. Des exemples d'agents de réticulation appropriés comprennent : les isocyanates ; les polyaziridines ; les complexes du zirconium ; l'acétylcétone d'aluminium ; les mélamines et les carbodiimides. Le type de primaire peut varier pour différents substrats et revêtements durcissables par rayonnement. De préférence, le primaire qui sera sélectionné n'affectera pas les propriétés optiques du revêtement gaufré ou des formations de laque appliquées.

Pluralité d’unités de microstructure

Dans le procédé de l'invention, une pluralité d'unités de microstructure comprenant des formations à structure tridimensionnelle est produite dans la couche en relief claire ou pale sur le substrat. Les unités de microstructure peuvent être non identiques ou essentiellement identiques, et les unités de microstructure peuvent être disposées selon un motif ordonné (par exemple une répétition uniforme) d'unités de microstructure ou selon un agencement non ordonné. La configuration préférée tant pour les unités de microstructure elles-mêmes que pour leurs positions relatives sur la couche en relief dépendra de l'effet visuel destiné à être créé par les éléments de micro-image à contraste de couleur produits ultérieurement par application d'une encre fluide colorée sur les microstructures. Dans certaines formes de réalisation, les unités de microstructures peuvent avoir au moins une dimension dans le plan de la couche en relief de moins d'environ 100 microns, de préférence de moins d'environ 70 microns, plus préférentiellement de moins d'environ 50 microns. Dans certaines formes de réalisation, les unités de microstructures peuvent être configurées en lignes et/ou en colonnes sur la couche en relief, ayant un pas inférieur à environ 100 microns, de préférence inférieur à environ 70 microns. Dans certaines formes de réalisation, la couche en relief comprend un réseau répétitif d'unités de microstructure essentiellement identiques. Le réseau répétitif d'unités de microstructure essentiellement identiques peut être configuré en lignes et/ou en colonnes.

La configuration tridimensionnelle des unités de microstructure produites dans la couche en relief est choisie de telle sorte que l'encre fluide colorée appliquée ultérieurement s'accumule de manière préférentielle sur la surface de celles-ci pour produire des micro-éléments à contraste de couleur ayant les dimensions et la résolution prévues sur la surface du substrat. Par conséquent, toute configuration qui peut être produite dans une couche en relief, comme par exemple par gaufrage, et qui peut agir comme un modèle tridimensionnel permettant l'écoulement et l'accumulation d'une encre fluide appliquée ultérieurement, est considérée comme entrant dans le cadre de l'invention. Cependant, les unités de microstructure ne contiennent généralement pas de structures diffractives, du fait que la visualisation des éléments de micro-image formés par l'accumulation d'encre fluide sur les unités de microstructure ne se fonde pas sur un contraste entre des régions diffractives et non diffractives sur la couche en relief.

Les unités de microstructure peuvent donc comprendre de quelconques caractéristiques de formations appropriées produites de manière tridimensionnelle dans la couche en relief. Des caractéristiques appropriées peuvent inclure des formes géométriques telles que des carrés, des rectangles ou des cercles, ou des images discrètes. Les unités de microstructure peuvent comprendre des lignes formées sous la forme de rainures évidées ou de nervures saillantes formées dans la couche en relief. Les lignes peuvent définir des symboles ou marquages individuellement cohérents, tels que des lettres ou des numéros. D’une autre manière, ils peuvent définir des motifs, tels que des motifs répétitifs. Dans certaines formes de réalisation, les unités de microstructure sont des cellules unitaires d'un plus grand motif répétitif qui s'étend dans deux dimensions sur la couche en relief.

Les unités de microstructure peuvent inclure des caractéristiques de formations qui sont creusées dans la couche en relief ou qui font saillie à partir de régions environnantes de celle-ci, d'une manière identifiable. Par exemple, les unités de microstructure peuvent comprendre un ou plusieurs évidements qui sont creusés dans le plan de surface de base de la couche en relief ou une ou plusieurs protubérances qui font saillie du plan de surface de base de la couche en relief. Il est envisagé que les unités de microstructure puissent comprendre des évidements ainsi que des protubérances dans le plan de surface de base de la couche en relief. Tel qu'entendu ici, le plan de surface de base d'une couche en relief est la surface essentiellement plane de la couche en relief définie par des régions ne contenant pas de formations à structure tridimensionnelle. Les évidements et les protubérances ont généralement des parois latérales de formation qui, dans certaines formes de réalisation, peuvent être inclinées avec une forte pente, y compris être essentiellement perpendiculaire, par rapport aux régions environnantes et/ou au plan de surface de base de la couche en relief.

Bien qu'un certain nombre de formes de réalisation soit décrit dans le présent document en faisant référence à des caractéristiques de formations telles que des évidements, des protubérances, des parois latérales, etc., l'homme du métier comprendra que ces termes sont des représentations idéalisées, et que des unités de microstructure plus complexes peuvent également être produites selon l'invention, dans lesquelles des caractéristiques de formations individuelles ne peuvent pas être aisément identifiées comme étant des évidements ou des protubérances, ou dans lesquelles un plan de surface de base du revêtement n'est pas aisément défini.

Le procédé selon l'invention est particulièrement utile, sans pour autant y être limité, pour la production d’éléments de micro-image ayant des caractéristiques à résolution fine, qui sont trop petites pour être produites par des techniques d'impression classiques. Dans certaines formes de réalisation, les unités de microstructure ont donc des caractéristiques de formations à structure tridimensionnelle, telles que des rainures évidées ou des nervures saillantes, ayant une largeur inférieure à 50 microns, de préférence inférieure à 10 microns, plus préférablement inférieure à 5 microns, par exemple comprise entre 1 et 3 microns.

Les unités de microstructure peuvent avoir une profondeur inférieure à 5 microns, de préférence inférieure à 3 microns. Les inventeurs ont trouvé que des profondeurs d'environ 2 microns sont suffisantes pour permettre une accumulation préférentielle d'encre sur les couches en relief à structure tridimensionnelle, afin de produire des éléments de micro-image ayant un contraste de couleur satisfaisant et une résolution élevée.

Des caractéristiques de formations évidées peuvent être formées dans la couche en relief par gaufrage d’un revêtement gaufrable au moyen d'une plaque ou d'un rouleau ayant des éléments de gaufrage saillants correspondants, tandis que des caractéristiques de formations saillantes peuvent être formées par gaufrage au moyen d'une plaque ou d'un rouleau ayant des éléments de gaufrage évidés correspondants, qui sont remplis de la composition de revêtement gaufrable pendant l'étape de gaufrage. Une considération importante lors du gaufrage et du durcissement d'un revêtement est l'exclusion des bulles d'air, qui sont susceptibles de modifier l'aspect des éléments de micro-image et de tout effet optique visuel résultant qui y est créé. Dans certaines formes de réalisation, la configuration de l'outil de gaufrage peut donc être conçue pour minimiser le risque de piégeage de bulles d'air dans le revêtement gaufré durci.

Par exemple, lorsque la surface de gaufrage d'une plaque (ou d'un rouleau) a des zones enfermées qui isolent des parties d'un revêtement pendant le gaufrage (soit sous la forme de formes évidées dans la surface de la plaque de base, soit sous la forme de portions de la surface de la plaque de base isolées dans des caractéristiques saillantes fermées, telles que des nervures en forme de O), la tendance au piégeage des bulles d'air dans un revêtement gaufré avec la plaque augmente. Il peut dont être préféré que toutes les zones évidées dans la plaque forment un réseau contigu qui permet aux bulles d'air de s'échapper pendant l'étape de gaufrage. Ceci affectera à son tour la configuration de la pluralité d'unités de microstructure produites avec la plaque. Par conséquent, dans certaines formes de réalisation, la pluralité d'unités de microstructure comprend un réseau contigu de régions surélevées s'étendant à travers la couche en relief et connectant des unités de microstructure adjacentes. Le réseau contigu de régions surélevées peut être formé dans le plan de surface de base du revêtement lorsque les unités de microstructure comprennent des caractéristiques évidées. D'une autre manière, le réseau contigu de régions surélevées peut être formé sous la forme d'un réseau de protubérances gaufrées, telles que des nervures, formées saillantes sur le plan de surface de base du revêtement.

Application et accumulation d'encre fluide colorée sur les unités de microstructure

Après que la pluralité d'unités de microstructure a été produite, une encre fluide colorée est appliquée sur la couche en relief. Dans le procédé de l'invention, la pluralité d’éléments de micro-image à contraste de couleur est réalisée par accumulation préférentielle de l'encre fluide sur la surface à structure tridimensionnelle des unités de microstructure. Les inventeurs ont découvert que de petites micro-images (par exemple, d'une échelle micronique) ayant une excellente résolution et un excellent contraste de couleur peuvent être produites à l'aide de cette approche.

Sans vouloir être lié par une quelconque théorie, on pense que l'encre fluide s'accumule sur la surface de la couche en relief de façon à minimiser son énergie de surface. L'impératif de minimisation de l'énergie de surface fait que l'encre fluide s'écoule sur la surface tridimensionnelle des unités de microstructure et s'accumule selon une répartition prévisible qui n'est pas gouvernée principalement par le procédé d'application ou par les forces gravitationnelles. On pense plutôt que l'encre fluide s'accumule de façon à établir un équilibre entre les forces cohésives qui retiennent l'encre fluide d'un seul tenant et les forces adhésives entre l'encre fluide et la surface de microstructure.

Les compositions de la couche en relief et de l'encre fluide peuvent donc être sélectionnées de telle sorte que les forces adhésives soient correctement équilibrées par rapport aux forces cohésives, à savoir que la couche en relief puisse être adéquatement mouillée par l'encre fluide. La mouillabilité doit être suffisamment élevée pour amener l'encre fluide à s'écouler dans des régions à forte courbure de surface sur la surface des unités de microstructure, mais pas élevées au point d'amener l'encre fluide à recouvrir la surface totale de la couche en relief.

L'encre fluide colorée doit avoir une viscosité appropriée pour permettre l'accumulation préférentielle sur les unités de microstructure. Une encre fluide ayant une viscosité beaucoup trop élevée ne sera pas capable de s'écouler sur la surface de la couche en relief tridimensionnelle, tandis qu'une encre fluide ayant une viscosité beaucoup trop faible sera susceptible de s'écouler trop librement pour permettre un contrôle précis de la répartition de l'encre. L'homme du métier comprendra, grâce à la description, que la viscosité optimale pour une application particulière dépendra d'un équilibre approprié entre ces impératifs opposés, considérés conjointement avec d'autres facteurs, dont la taille et la configuration des caractéristiques de formations tridimensionnelles des unités de microstructure et de l'effet visuel prévu. Dans certaines formes de réalisation, la viscosité de l'encre fluide colorée est comprise dans la plage allant de 16 à 25 secondes (10 à 50 centipoises), de préférence de 16 à 18 secondes (de 10 à 20 centipoises), telle que mesurée à l'aide d'une coupe de Zahn N°2. Des encres fluides ayant cette viscosité se sont avérées produire des micro-images à haute résolution par accumulation préférentielle sur des unités de microstructure ayant des caractéristiques de formations d'une résolution comprise entre 1 et 3 microns et d'une profondeur d'environ 2 microns.

L'encre fluide est appliquée selon une charge massique appropriée pour que l'accumulation sur les unités de microstructure produise les éléments de micro-image souhaités. Si l'encre fluide est appliquée selon une charge massique trop élevée, la répartition de l'encre fluide sur les micro-structures tridimensionnelles ne produira pas un contraste de couleur satisfaisant entre des zones de densités d'encre différentes. Dans le cas extrême, l'encre fluide recouvrira la surface entière de la couche en relief d'une couche ayant une consistance telle qu'aucun contraste de couleur ne sera obtenu. Si la charge d'encre fluide est trop faible, des régions des microstructures tridimensionnelles destinées à être recouvertes par l'encre fluide resteront non couvertes, de sorte que les éléments de micro-image ne seront pas produits d'une manière satisfaisante. L'homme du métier comprendra, grâce à la présente description, que la charge optimale d'encre fluide pour une application particulière dépendra d'un certain nombre de facteurs, incluant la configuration tridimensionnelle des unités de microstructure, la viscosité de l'encre fluide, et l'effet visuel prévu. Dans certaines formes de réalisation, l’encre fluide colorée est appliquée selon une charge à l'état humide comprise entre environ 0,5 g/m² et environ 10 g/m².

Dans certaines formes de réalisation, l'encre fluide colorée peut être une encre à base de solvant ayant une teneur en extrait sec comprise entre environ 10 % et environ 60 % en masse, par exemple entre environ 15 % et environ 25 % en masse. La teneur en extrait sec préférée peut être sélectionnée au moins en partie de façon à communiquer une viscosité appropriée à l'encre fluide.

L'encre fluide colorée peut être appliquée sur la couche en relief par toute technique appropriée, par exemple par impression par héliogravure rouleau à rouleau. Les techniques d'impression par héliogravure ou d'autres techniques d'impression classiques sont appropriées pour la production d’éléments de microimage de la présente invention, malgré les limitations de résolution de ces techniques, du fait que la production des éléments de micro-image à contraste de couleur se fonde sur l’accumulation préférentielle de l'encre fluide sur les surfaces à structure tridimensionnelle des unités de microstructure gouvernées par des considérations d'énergie de surface, et non sur un positionnement précis de l'encre sur la surface de la couche en relief.

L'encre fluide colorée peut être d'une quelconque couleur appropriée capable de produire un contraste de couleur satisfaisant vis-à-vis de la couche en relief, incluant les encres noires et blanches. Dans certaines formes de réalisation, une seule encre fluide colorée est appliquée sur la couche en relief. Dans d'autres formes de réalisation, deux encres fluides colorées différentes ou plus sont appliquées. Les encres fluides de couleurs différentes peuvent être appliquées sur des sections différentes de la couche en relief, telle sorte que chaque unité de microstructure sur la couche en relief ne reçoive qu'une seule couleur d'encre fluide. Cependant, il n'est pas exclu que des encres fluides de couleurs différentes puissent être appliquées sur la même section de la couche en relief, par exemple dans des étapes d'application séquentielles, de telle sorte que des régions à couleurs composites soient formées.

De manière optionnelle, l'encre fluide colorée appliquée sur la couche en relief forme un élément de dessin séparé qui ne se fonde pas, pour son impact visuel, sur l'accumulation préférentielle de l'encre fluide sur chaque unité de microstructure. Cet élément de dessin, par exemple une ou plusieurs régions colorées sur la surface, s'étend généralement sur la pluralité d'unités de microstructure, ou sur une partie essentielle de celles-ci, et n'est donc pas contraint par les défis de résolution des procédés d'application d'encre traditionnels. L'élément de dessin optionnel, lorsqu'il est vu directement sur la surface du substrat, peut être distinct de tout effet optique visible produit par les éléments de micro-image à contraste de couleur lorsqu'ils sont vus à travers un réseau d'éléments de focalisation disposé sur la surface opposée du substrat.

On comprendra que la répartition de l'encre fluide dans les zones de contraste ayant des densités d'encre différentes (telles que des zones à forte densité d'encre contrastant avec des zones à densité d’encre faible ou essentiellement nulle), et donc les formes et/ou le contraste des éléments de micro-image dépendent de la configuration tridimensionnelle des unités de microstructure. Dans certaines formes de réalisation, l'encre fluide s'accumule de manière préférentielle dans des régions à forte courbure de surface adjacentes à une ou plusieurs parois latérales des unités de microstructure, à savoir au niveau de l'intersection entre les parois latérales et les régions de surface environnantes. Pour des caractéristiques de formations d'unités de microstructure évidées, l'encre fluide peut donc s'accumuler au niveau des coins (soit essentiellement anguleux, soit plus courbes) où les parois latérales et la base de l'évidement se croisent, ou dans l'évidement entier, en le remplissant ainsi au moins partiellement. Pour des caractéristiques de formations d'unités de microstructure saillantes, l'encre fluide peut s'accumuler au niveau des coins (soit essentiellement anguleux, soit plus courbes) où les parois latérales et le plan de surface de base de la couche en relief se croisent.

Dans certaines formes de réalisation, l'encre fluide s'accumule uniquement dans des zones sélectionnées des microstructures tridimensionnelles, tandis que d'autres zones des microstructures et/ou des zones environnantes de la couche en relief sont essentiellement dépourvues d'encre fluide. Cependant, il n'est pas exclu que l'encre fluide puisse recouvrir toute la surface des microstructures tridimensionnelles, ou même toute la couche en relief, du moment qu'il y a une accumulation suffisamment sélective de l'encre fluide pour produire un contraste de couleur satisfaisant entre les zones de contraste ayant des densités d'encre différentes.

Dans des formes de réalisation dans lesquelles la couche en relief comprend un réseau répétitif d'unités de microstructure essentiellement identiques, l'encre fluide colorée peut s'accumuler selon une répartition essentiellement uniforme au niveau de chaque unité de microstructure du réseau, en particulier si l'encre fluide est appliquée selon une charge constante sur la couche en relief. Cela permet la création d'un réseau répétitif d’éléments de micro-image à contraste de couleur essentiellement identiques sur la surface du substrat. Un certain nombre d'effets optiques visuels, incluant des images de moiré agrandies, nécessite un tel réseau ordonné d'images identiques pour produire l'effet souhaité.

Dans certaines formes de réalisation, les unités de microstructure comprennent au moins un évidement qui est creusé dans des régions environnantes de la couche en relief. Lorsqu'elle est appliquée sur la couche en relief, l'encre fluide colorée peut s'écouler depuis les régions environnantes jusque dans l'évidement, ce qui produit un contraste de couleur entre l'encre accumulée dans au moins une partie de l'évidement et dans les régions environnantes appauvries en encre. On pense que l’écoulement de l'encre fluide dans l'évidement minimise l'énergie de surface du système du fait que l'évidement inclut des régions à forte courbure de surface sur la surface de la couche en relief. Par exemple, la surface intérieure entière de l'évidement (incluant les parois latérales) peut être concave. A titre d'autre exemple, les parois latérales peuvent être relativement planes, mais sont fortement inclinées par rapport à une surface de base de l'évidement de façon à fournir une région à forte courbure de surface le long de l'intersection (région de coin) entre les parois latérales et la surface de base de l'évidement.

Dans certaines formes de réalisation, l'encre fluide colorée s'accumule de manière préférentielle de façon à recouvrir la surface de base de l'évidement entre les parois latérales avec une couche de l'encre fluide. Les éléments de micro image sont donc formés par le contraste de couleur entre la zone à forte densité d'encre dans laquelle l'encre fluide remplit l'évidement et la zone à faible densité d’encre définie par les régions environnantes de la couche en relief, qui sont dépourvues d'encre fluide ou appauvries en encre fluide. Par exemple, lorsque l'évidement est une rainure creusée dans la couche en relief, l'encre fluide qui s'est accumulée de manière préférentielle dans l'évidement apparaîtra sous la forme d'une ligne colorée sur la couche en relief claire, ayant l'épaisseur de la rainure. Dans de telles formes de réalisation, il n'est pas nécessaire que l'évidement soit entièrement rempli d’encre fluide pour créer un contraste coloré satisfaisant, et il est généralement préféré que l'évidement ne soit pas complètement rempli car il pourrait en résulter un faible contraste en raison de l'accumulation de l'encre dans l'évidement ainsi que sur les régions environnantes.

Dans certaines formes de réalisation, l'encre fluide colorée s'accumule dans l'évidement dans des régions à forte courbure de surface au niveau de l'intersection entre les parois latérales et la surface de base de l'évidement. Dans ces formes de réalisation, l'encre fluide s'accumule de manière sélective contre au moins une paroi latérale de l'évidement, et s’accumule de préférence de manière sélective contre deux parois latérales opposées de l'évidement. L'encre fluide peut s'accumuler de manière préférentielle uniquement le long des coins où les parois latérales et la surface de base de l'évidement se croisent, en laissant une partie intermédiaire de la surface de base de l'évidement en tant que zone de contraste à faible densité d'encre. Les éléments de micro-image de ces formes de réalisation sont formés au moins en partie par le contraste de couleur créé par la répartition sélective de l'encre dans l'évidement. Par exemple, lorsque l'évidement est une rainure creusée dans la couche en relief, l'encre fluide accumulée de manière préférentielle dans l'évidement peut former une paire de lignes d'encre contre les parois latérales opposées de la rainure.

On comprendra que la charge d'encre fluide est un facteur important qui peut déterminer si l'encre fluide s'accumule de manière préférentielle en remplissant au moins partiellement une caractéristique évidée, ou en s'accumulant de manière sélective uniquement dans des régions sélectionnées à forte courbure de surface dans les évidements, par exemple contre les parois latérales. Cependant, d'autres facteurs tels que la viscosité de l'encre fluide, la mouillabilité du revêtement et les dimensions (telles que la largeur) de la caractéristique évidée peuvent également jouer un rôle dans la détermination de la répartition d'encre fluide à une charge donnée.

Dans certaines formes de réalisation, les unités de microstructure comprennent au moins une protubérance qui fait saillie à partir de régions environnantes de la couche en relief. Lorsqu'elle est appliquée sur la couche en relief, l'encre fluide colorée peut s'écouler depuis les régions environnantes et s'accumuler de manière préférentielle dans une région à forte courbure de surface au niveau de l'intersection d'au moins une paroi latérale des protubérances et des régions environnantes de la couche en relief, et de préférence contre les deux parois latérales opposées. On pense que l'écoulement de l'encre fluide minimise l'énergie de surface du système du fait que l'intersection entre les parois latérales des protubérances et les régions environnantes constitue une région à forte courbure de surface sur la surface de la couche en relief. L'encre fluide peut donc s'accumuler de manière préférentielle dans des régions à forte densité d'encre le long des coins où les parois latérales et le plan de surface de base de la couche en relief se croisent, en laissant d'autres régions du plan de surface de base et les régions supérieures de la protubérance dépourvues d'encre fluide ou appauvries en encre fluide. Les éléments de micro-image sont donc formés par le contraste de couleur créé par l'accumulation sélective de l'encre délimitant les protubérances. Par exemple, lorsque la protubérance est une nervure formée en saillie sur la couche en relief, l'encre fluide peut former une paire de lignes d'encre accumulées de manière préférentielle contre les parois latérales opposées de la nervure.

Autres caractéristiques

Une fois que l'encre fluide colorée s'est accumulée de manière préférentielle sur les unités de microstructure, l'encre fluide peut être séchée et/ou durcie. Le séchage ou le durcissement de l'encre peut empêcher la poursuite de l'écoulement de l'encre, en fixant ou en collant de manière permanente l'encre à la couche en relief et en préservant donc l'aspect des éléments de micro-image. Par exemple, lorsque l'encre fluide est une encre à base de solvant, une étape de séchage peut être effectuée avec des fours chauffants qui soufflent de l'air chaud sur le substrat.

Dans certaines formes de réalisation, une couche protectrice transparente est appliquée sur la couche en relief après que l'encre fluide colorée a été appliquée et accumulée de manière préférentielle (et éventuellement séchée ou durcie). La couche protectrice transparente peut être une encre à base de solvant appliquée via une impression par héliogravure pour remplir la couche en relief à structure tridimensionnelle et produire une surface lisse et plane. La couche protectrice transparente peut ensuite être séchée à l'aide de fours chauffants qui soufflent de l'air chaud sur le substrat. Le revêtement protecteur transparent peut offrir une protection tant contre les dommages physiques dus à l'usure que contre les contrefaçons par surélévation mécanique.

Dans d'autres formes de réalisation, le procédé de l'invention comprend en outre l'application d'un revêtement de contraste sur la couche en relief après que l'encre fluide colorée a été appliquée et accumulée de manière préférentielle (et éventuellement séchée ou durcie). Le revêtement de contraste doit avoir une couleur différente de l'encre fluide colorée de telle sorte que les éléments de micro-image soient contrastés vis-à-vis du revêtement de contraste lorsqu'ils sont vus en lumière réfléchie à travers le substrat.

Dans certaines formes de réalisation, les éléments de micro-image à contraste de couleur produits par les procédés de l'invention sont capables de produire un effet optique visible, tel qu'une image agrandie, lorsqu'ils sont vus à travers un réseau d'éléments de focalisation disposés sur le substrat. L'image agrandie peut être mieux vue en lumière réfléchie pour obtenir une coloration brillante correspondant à la couleur de la première encre fluide. Cependant, l'image agrandie peut également être vue en lumière transmise, apparaissant en couleur si l'encre fluide est essentiellement translucide, ou apparaissant en noir et blanc si l'encre fluide est suffisamment opaque. Telle qu'utilisée ici, l'expression lumière transmise s'applique à une lumière transmise à travers le substrat depuis une source située du côté du substrat qui est opposé à l'observateur, et l'expression lumière réfléchie s'applique à une lumière provenant d'une source située sur le même côté du substrat que l'observateur et réfléchie vers l'observateur par les éléments de micro-image. De manière avantageuse, les images agrandies produites lorsqu'on regarde les éléments de micro-image à travers un réseau d'éléments de focalisation ont un contraste satisfaisant dans une large gamme de conditions d'éclairage (incluant un éclairage diffus), du fait que les éléments de micro-image se fondent sur un contraste de couleur plutôt que sur des effets diffractifs.

L'effet optique visible produit lors de la visualisation des éléments de micro-image peut inclure une image de moiré agrandie, une image intégrale, une image à changement de contraste, une image entrelacée, ou une image basculante. Grâce aux éléments de micro-image complexes et à haute résolution qui peuvent être produits sur une surface d'un substrat avec le procédé de l'invention, une grande variété d'effets optiques peut être créée. De préférence, l'effet optique visuel est une image de moiré agrandie ou une image intégrale, plus préférentiellement une image de moiré agrandie.

La résolution extrêmement fine des éléments de micro-image à contraste de couleur qui peuvent être produits selon l'invention est particulièrement avantageuse pour la production d'effets optiques agrandis. Par exemple, des éléments de micro-image destinés à créer une image sous la forme d'un effet d'image de moiré agrandie à travers un réseau 2D de microlentilles doivent être configurés sous la forme d’un réseau d'images de type icônes qui ont une taille approximativement égale à celle d'une microlentille. Par conséquent, plus la résolution des caractéristiques des icônes est fine, plus la complexité de l'image agrandie qui peut être produite est grande.

Micro-dispositifs optiques et caractéristiques de sécurité

La présente invention concerne également un micro-dispositif optique sur un substrat pour un document de sécurité. Le micro-dispositif optique comprend une pluralité d'unités de microstructure comprenant des formations à structure tridimensionnelle dans une couche en relief claire ou pale sur le substrat. Le microdispositif optique comprend en outre une encre colorée sur la couche en relief, où l'encre colorée est accumulée de manière préférentielle dans des régions à forte courbure de surface sur chaque unité de microstructure. Des zones de contraste ayant des densités d'encre différentes sont donc produites. Les zones de contraste, comprenant typiquement des zones à forte densité d'encre et des zones de contraste à densité d'encre faible (y compris essentiellement nulle), forment au moins en partie la pluralité d’éléments de micro-image à contraste de couleur sur le substrat.

Le micro-dispositif optique peut être produit par l'un quelconque des procédés décrits dans le présent document. A cet égard, le substrat, la composition de la couche en relief, la pluralité d'unités de microstructure produite sur celle-ci, et la pluralité d’éléments de micro-image à contraste de couleur peuvent être identiques à ceux qui sont décrits en relation avec l'une quelconque des formes de réalisation de procédés décrites dans le présent document. L'encre couleur accumulée dans des régions à forte courbure de surface sur les unités de microstructure peut être placée ainsi par le fait d'appliquer une encre fluide colorée sur la couche en relief, de laisser l'encre fluide colorée s'accumuler de manière préférentielle sur les unités de microstructure et optionnellement de sécher ou durcir l'encre fluide colorée, tel que décrit dans le présent document.

Dans certaines formes de réalisation, la couche en relief comprend un revêtement sur le substrat et les formations à structure tridimensionnelle des unités de microstructure sont gaufrées dans le revêtement. Le revêtement peut être un revêtement durci, par exemple un revêtement durci par rayonnement tel qu'un revêtement durci aux UV. Dans d'autres formes de réalisation, la couche en relief comprend des formations à structure tridimensionnelle formées sous la forme de structures de laque préformées (ou des couches de revêtement préformées) transférées sur le substrat depuis la surface d'un outil d'impression, tel que décrit dans le présent document.

Dans certaines formes de réalisation, la couche en relief du micro-dispositif optique comprend un réseau répétitif d'unités de microstructure essentiellement identiques, et l'encre colorée est accumulée selon une répartition essentiellement uniforme sur chaque unité de microstructure essentiellement identique. Un réseau répétitif d’éléments de micro-image à contraste de couleur identiques est donc produit sur la surface du substrat. Un certain nombre d'effets optiques visuels, incluant une image de moiré agrandie, nécessite un tel réseau ordonné d'images identiques pour produire l'effet souhaité.

Dans certaines formes de réalisation, le micro-dispositif optique comprend en outre un réseau d'éléments de focalisation disposé sur le substrat. Dans ces formes de réalisation, les éléments de micro-image à contraste de couleur peuvent être configurés de manière à produire un effet optique visible, tel qu'une image de moiré amplifié, une image intégrale, une image à changement de contraste, une image entrelacée, ou une image basculante, lorsqu'on les regarde à travers le réseau d'éléments de focalisation. Dans certaines formes de réalisation, le réseau d'éléments de focalisation est disposé sur une surface du substrat qui est opposée à la surface du substrat sur laquelle est disposée la couche en relief. Cependant, il n'est pas exclu que le réseau d'éléments de focalisation puisse être disposé audessus de la couche en relief, optionnellement espacé par une couche intercalaire transparente. Dans ces formes de réalisation, le réseau d'éléments de focalisation peut optionnellement être configuré de manière à focaliser sur une réflexion des éléments de micro-image dans une couche réfléchissante disposée sur la surface opposée du substrat.

Le réseau d'éléments de focalisation est généralement disposé à une distance de la pluralité d’éléments de micro-image qui est essentiellement égale, ou inférieure, à la distance focale des éléments de focalisation. Pour une utilisation dans des documents de sécurité, les distances focales des éléments de focalisation sont de préférence comprises dans la plage de 20 à 130 microns, plus préférentiellement de 65 à 90 microns, correspondant à l'épaisseur typique des substrats transparents pour documents de sécurité.

Le réseau d'éléments de focalisation peut inclure tout dispositif précédemment rapporté comme approprié pour regarder des éléments de microimage sur un substrat, en particulier un substrat pour un document de sécurité. Dans certaines formes de réalisation, le réseau d'éléments de focalisation peut comprendre des structures de microlentilles réfractives, incluant des microlentilles classiques et des lentilles de Fresnel. Dans d'autres formes de réalisation, des éléments de focalisation diffractifs tels que des plaques de zone ou des tamis à photons peuvent être utilisés. Des lentilles de Fresnel et des éléments de focalisation diffractifs peuvent être particulièrement appropriés pour être intégrés dans un micro-dispositif optique sur un document de sécurité, du fait que ces éléments de focalisation sont plus minces que des structures de microlentilles classiques pour une distance focale donnée.

Le réseau d'éléments de focalisation peut être en registre avec la pluralité d’éléments de micro-image sur le substrat. D'une autre manière, l'alignement entre les éléments de focalisation et les éléments de micro-image peut être décalé de façon à produire un effet optique visuel souhaité.

Le réseau d'éléments de focalisation peut être produit sous la forme d'une feuille séparée qui est collée au substrat. Cependant, dans des formes de réalisation préférées, le réseau d'éléments de focalisation est produit par application d'un revêtement durcissable par rayonnement transparent sur le substrat, et gaufrage et durcissement du revêtement par un rayonnement pour former les éléments de focalisation. Le revêtement transparent dans lequel sont gaufrés les éléments de focalisation peut éventuellement avoir la même composition que la couche en relief dans laquelle sont gaufrées les unités de microstructure.

Le micro-dispositif optique peut être formé sur un substrat pour tout document de sécurité, incluant, mais sans y être limités, les document suivants : éléments de monnaie tels que billets de banque et pièces, cartes de crédit, chèques, passeports, cartes d'identité, titres et certificats d'actions, permis de conduire, actes de propriété, documents de transport tels que billets d'avion ou de train, cartes et tickets d'entrée, certificats de naissance, de décès et de mariage, et relevés de notes. Dans certaines formes de réalisation, le micro-dispositif optique est formé sur le substrat de billets de banque ou de documents d'identification tels que des cartes d'identité ou des passeports.

Le micro-dispositif optique selon l'invention peut constituer un dispositif de sécurité sur un document de sécurité, ou en former un composant. Le dispositif de sécurité peut être prévu sur le document de sécurité en plus d'un ou plusieurs d'un grand nombre d'autres dispositifs, éléments ou caractéristiques de sécurité destinés à protéger un document de sécurité ou jeton d'une contrefaçon, d'une copie, d'une modification ou d'une falsification. Des dispositifs de sécurité 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 piézochromiques ; 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) tel que des dispositifs diffractifs incluant des réseaux de diffraction, des hologrammes et des éléments optiques diffractifs (DOE).

Formes de réalisation représentatives

Nous allons maintenant décrire une forme de réalisation de l'invention en nous référant spécifiquement aux Figures 1 à 4. La Figure 1 représente une vue de dessus d'une section découpée d'une couche en relief 10, produite selon l'invention, par gaufrage et durcissement d'un revêtement durcissable par rayonnement transparent appliqué sur un substrat transparent. La couche en relief 10 comprend un réseau uniformément répétitif d'unités de microstructure essentiellement identiques, incluant des unités de microstructure individuelles 11a, 11b, 11c et 11d (seule l'unité 11d est entièrement contenue dans la section découpée de la couche en relief 10 décrite sur la Figure 1). Les unités de microstructure 11 a-11d incluent des formations à structure tridimensionnelle telles que des rainures évidées en forme de O, et sont produites par gaufrage du revêtement au moyen d'une plaque ayant des éléments de gaufrage en forme de O correspondants, faisant saillie de la surface de la plaque, et durcissement simultané du revêtement par une lumière UV.

La Figure 2 représente une vue de côté (non à l’échelle) de la couche en relief 10, prise le long de la ligne de coupe A-B telle qu'indiquée sur la Figure 1. La couche en relief 10 se trouve sur une première surface 12 du substrat transparent 13. Des rainures 14a et 14b sont formées sous la forme d’évidements dans un plan de surface de base 15 de la couche en relief 10, correspondant aux sections de l'unité de microstructure 11d coupée par la ligne de coupe A-B. Les rainures 14a et 14b ont une largeur d'environ 2 microns et une profondeur d'environ 2 microns.

La figure 3 décrit une couche en relief 10, de nouveau selon une vue de côté, après qu'une encre fluide colorée a été appliquée sur la couche en relief 10 selon l'invention. Une encre fluide colorée 16 s'est accumulée de manière préférentielle en s'écoulant depuis les régions environnantes du plan de surface de base 15 jusque dans les rainures 14a et 14b. Dans la forme de réalisation décrite sur la Figure 3, l'encre fluide colorée 16 a une certaine viscosité et a été appliquée selon une charge appropriée pour couvrir la surface de base des rainures 14a et 14b (et donc la totalité de la rainure en forme de O de l'unité de microstructure 11 d), mais de ne pas complètement les remplir. En conséquence de l'accumulation préférentielle de l'encre fluide 16 dans les rainures 14a et 14b, les régions environnantes du plan de surface de base 15 sont essentiellement dépourvues d'encre.

La Figure 4 décrit une couche en relief 10, de nouveau selon une vue de dessus, après que l'encre fluide colorée 16 a été appliquée de la manière décrite sur la Figure 3, et après que l'encre fluide 16 a été séchée ou durcie. Des éléments de micro-image à contraste de couleur 17a, 17b, 17c et 17d, sous la forme de symboles en forme de O positifs (à savoir, remplis d'encre), sont réalisés sur la surface du substrat en conséquence de l'accumulation préférentielle de l'encre fluide 16 pour réaliser des zones à forte densité d'encre au niveau des rainures 14a et 14b et des zones de contraste à faible densité d'encre sur les régions environnantes de la surface de base 15.

Nous allons maintenant décrire une autre forme de réalisation de l'invention en nous référant spécifiquement aux Figures 1, 2, 5 et 6. Les Figures 1 et 2 sont décrites ci-dessus.

La Figure 5 décrit une couche en relief 10, de nouveau selon une vue de côté, après qu'une encre fluide colorée 18 a été appliquée sur la couche en relief 10 selon l'invention. Dans la forme de réalisation décrite sur la Figure 5, l'encre fluide colorée 18 a une certaine viscosité et a été appliquée selon une charge appropriée pour s'écouler tant depuis les régions environnantes du plan de surface de base 15 jusque dans les rainures 14a et 14b qu'à l'intérieur des rainures 14a et 14b contre des parois latérales opposées 19a et 19b. L'encre fluide 18 s'est donc accumulée de manière préférentielle au niveau des régions de coin (à savoir, des régions à forte courbure de surface) des rainures 14a et 14b, où les parois latérales 19a et 19b croisent les surfaces de base 20 des évidements. En conséquence de l'accumulation préférentielle de l'encre fluide 18 dans les rainures 14a et 14b et contre les parois latérales 19a et 19b, des régions environnantes du plan de surface de base 15 et des parties intermédiaires des surfaces de base 20 des évidements sont essentiellement dépourvues d'encre.

La Figure 6 décrit une couche en relief 10, de nouveau en vue de dessus, après que l'encre fluide colorée 18 a été appliquée de la manière décrite sur la figure 5, et après que l'encre fluide 18 a été séchée ou durcie. Des éléments de micro-image à contraste de couleur 21a, 21b, 21c et 21d, sous la forme de symboles en forme de O négatifs, sont réalisés sur la surface du substrat en conséquence de l'accumulation préférentielle de l'encre fluide 18. Les symboles sont réalisés par les lignes d'encre fluide 18 (à savoir, des zones à forte densité d'encre) accumulée contre les parois latérales opposées des rainures évidées des unités de microstructure 11a-11d, qui délimitent et réalisent un contraste de couleur pour les éléments de micro-image en forme de O négatifs (à savoir, délimités par de l'encre) 21 a, 21 b, 21 c et 21 d.

Nous allons maintenant décrire une autre forme de réalisation de l'invention en nous référant spécifiquement aux Figures 7 à 10. La Figure 7 représente une vue de dessus d'une section découpée d'une couche en relief 30, produite selon l'invention par gaufrage et durcissement d'un revêtement durcissable par rayonnement transparent appliqué sur un substrat transparent. La couche en relief 30 comprend un réseau uniformément répétitif d'unités de microstructure essentiellement identiques, incluant des unités de microstructure individuelles 31a, 31b, 31c et 31 d (seule l'unité 31 d est entièrement contenue dans la section découpée de la couche en relief 30 décrite sur la Figure 7). Les unités de microstructure 31a-31d incluent des formations à structure tridimensionnelle telles que des nervures saillantes en forme de O, et sont produites par gaufrage du revêtement au moyen d'une plaque de gaufrage ayant des éléments de gaufrage en forme de O correspondants creusés dans la surface de la plaque, et durcissement simultané du revêtement par une lumière UV.

La Figure 8 représente une vue de côté (non à l'échelle) de la couche en relief 30, prise le long de la ligne de coupe A-B telle que décrite sur la figure 7. La couche en relief 30 se trouve sur une première surface 32 d'un substrat transparent 33. Des nervures 34a et 34b sont formées sous la forme de protubérances saillant à partir du plan de surface de base 35 du revêtement 30, correspondant aux sections de l'unité de microstructure 31 d que croise la ligne de coupe A-B. Les nervures 34a et 34b ont une largeur d'environ 2 microns et une hauteur d'environ 2 microns.

La Figure 9 décrit une couche en relief 30, de nouveau en vue de côté, après qu'une encre fluide colorée 36 a été appliquée sur la couche en relief 30 selon l'invention. Dans la forme de réalisation décrite sur la Figure 9, l'encre fluide colorée 36 a une certaine viscosité et a été appliquée selon une charge appropriée pour s'écouler depuis les régions environnantes du plan de surface de base 35 et s'accumuler contre les deux parois latérales opposées 39a et 39b des nervures 34a et 34b. L'encre fluide 36 s'est donc accumulée de manière préférentielle au niveau des coins (à savoir, les régions à forte courbure de surface) où les parois latérales 39a et 39b croisent le plan de surface de base 35. En conséquence de l'accumulation sélective de l'encre fluide 36, les dessus de nervure 40, et au moins les régions du plan de surface de base 35 entourant les nervures 34a et 34b, sont essentiellement dépourvus d'encre.

La Figure 10 décrit une couche en relief 30, de nouveau selon une vue de dessus, après que l'encre fluide colorée 36 a été appliquée de la manière décrite sur la Figure 9, et après que l'encre fluide 36 a été séchée ou durcie. Des éléments de micro-image à contraste de couleur 37a, 37b, 37c et 37d, sous la forme de symboles en forme de O négatifs, sont réalisés sur la surface du substrat en conséquence de l'accumulation préférentielle de l'encre fluide 36. Les symboles sont réalisés par les lignes d'encre fluide 36 (à savoir, des zones à forte densité d'encre) accumulée contre les parois latérales opposées des nervures saillantes des unités de microstructure 31a-31d, qui délimitent et réalisent un contraste de couleur pour les éléments de micro-image en forme de O négatifs (à savoir, délimités par de l'encre) 37a, 37b, 37c et 37d.

EXEMPLES

Nous allons maintenant décrire la présente invention en relation avec les exemples ci-après. On comprendra que les exemples sont donnés à titre d'illustration et ne limitent pas l'invention décrite dans le présent document.

Exemple 1 (Comparatif)

Une plaque (300 mm x 300 mm) a été fabriquée par dépôt rotatif d'une couche de résine photosensible sur un substrat, puis exposition de la résine photosensible à une lumière UV transmise à travers un masque, où ledit masque a des parties transparentes aux UV en correspondance du motif de microstructure souhaité. La résine photosensible exposée aux UV a ensuite été développée chimiquement, pour produire dans la surface de la résine photosensible des régions évidées exposant le substrat sous-jacent. Une couche d'ensemencement pour le dépôt électrolytique a été déposée sur les structures de résine photosensible développées chimiquement et le substrat sous-jacent exposé. La couche d'ensemencement a ensuite été soumise à un dépôt électrolytique de nickel pour former la plaque finie. La plaque finie a été attachée à un rouleau pour être utilisée en tant qu'outil de gaufrage.

Une couche en relief transparente, incolore, comprenant des unités de microstructure à structure tridimensionnelle a été produite par application d'une couche de résine durcissable aux UV transparente sur un substrat transparent de 75 microns d'épaisseur, puis gaufrage et irradiation simultanée du revêtement à travers le substrat par une lumière UV.

La couche en relief gaufrée comprenait un réseau hexagonal régulier d'unités de microstructure sous la forme de portions individuelles de symboles E évidés, s'étendant sur la surface de la couche en relief en une configuration conçue pour projeter une image intégrale lorsqu'elle est vue à travers des microlentilles. Le réseau hexagonal a un pas d'environ 53 microns. La profondeur de gaufrage dans la couche en relief (à savoir, les profondeurs des rainures gaufrées, correspondant à la hauteur des éléments de gaufrage saillants sur la plaque) était d'environ 1,8 microns. La largeur des rainures formant les symboles E était d'environ 2 microns.

Une feuille transparente séparée (d'environ 85 microns d'épaisseur), comprenant un réseau hexagonal de microlentilles hémisphériques gaufrées (pas de 53 microns, largeur de lentille de 51 microns, hauteur de flèche de 10 microns, distance focale d'environ 115 microns), a ensuite été déposée sur la couche en relief gaufrée (à savoir, sur la même face du substrat que la couche en relief), de telle sorte que le réseau hexagonal d'unités de microstructure soit aligné et en contact direct avec le réseau hexagonal de microlentilles (une gouttelette d'eau a été appliquée entre les unités de microstructure et le substrat de la lentille pour assurer un contact direct). Les unités de microstructure gaufrées se trouvaient donc à une distance proche de la distance focale des microlentilles, ou tout juste inférieure à celle-ci.

Regardée à travers les microlentilles en lumière transmise ou réfléchie, la couche en relief gaufrée produisait une image intégrale en niveaux de gris ayant uniquement un contraste limité. En outre, la couche en relief sans encre est susceptible d'être remplie de contaminants liquides tels que de la transpiration provenant de l'utilisateur, ce qui ferait entièrement disparaître le contraste, et la couche en relief est susceptible d'être copiée mécaniquement du fait que les structures sont exposées.

Exemple 2

La couche en relief gaufrée de l'Exemple 1 a été surimprimée d'une encre argentée (à base de solvant, teneur en extrait sec de 30 % en volume, application via un RK Coater, barre de calibrage N°0). Après que l'encre a séché, produisant une charge à l'état sec de 0,2 g/m², la feuille des microlentilles a été là encore appliquée sur la couche en relief, comme dans l'Exemple 1.

Regardée à travers les microlentilles en lumière transmise, une image intégrale d'un symbole E agrandi était clairement visible, avec un excellant contraste. Le symbole E avait une taille d'environ 1 cm x 1 cm, et semblait flotter à environ 1 cm au-dessus du plan des microlentilles. Il était évident à partir de l'image intégrale que l'encre s'était accumulée selon une répartition essentiellement uniforme sur chacune des unités de microstructure, en s'écoulant depuis les régions immédiatement environnantes des unités de microstructure en forme de E (qui étaient visiblement appauvries en encre dans l'image intégrée par comparaison à des régions plus distantes dans le plan de surface de base de la couche en relief) jusque dans les rainures évidées des unités de microstructure. Le contraste entre les évidements remplis d'encre et les zones environnantes appauvries en encre dans chacun des éléments de micro-image (tel que décrit de manière schématique sur les Figures 3 et 4) a ainsi contribué à la projection d'une image intégrale à contraste de couleur.

Exemple 3

Une autre couche en relief transparente, incolore, comprenant des unités de microstructure a été produite selon le procédé de l'Exemple 1. Dans ce cas, la couche en relief gaufrée comprenait un réseau d'unités de microstructure sous la forme de nervures saillantes en forme de O saillant de la surface de la couche en relief. La hauteur de gaufrage dans la couche en relief (à savoir, les hauteurs de saillie des caractéristiques gaufrées, correspondant à la profondeur des éléments de gaufrage évidés sur la plaque) était d'environ 1,8 microns. La largeur des nervures formant les formes en O était d'environ 2 microns.

La couche en relief gaufrée a ensuite été surimprimée d'une encre argentée (à base de solvant, teneur en extrait sec de 30 % en volume, application via un RK Coater, barre de calibrage N°0). Après que l'encre a été séchée dans un four, produisant une charge à l'état sec de 0,2 g/m², la feuille des microlentilles a été de nouveau appliquée sur la couche en relief, comme dans l'Exemple 1.

Regardée à travers les microlentilles en lumière transmise, une image de moiré amplifiée d'un motif de formes de O était clairement visible, avec un excellant contraste. Il était évident à partir de l'image de moiré que l'encre s'était accumulée d'une manière préférentielle sur la surface de la structure en relief contre les parois latérales des nervures saillantes. Le contraste entre l'encre accumulée en contiguïté des parois latérales des microstructures et les nervures sans encre (ou au moins appauvries en encre) dans chacun des éléments de micro-image (tel que décrit de manière schématique sur les Figures 9 et 10) a ainsi contribué à la projection de l'image de moiré agrandie à contraste de couleur.

Exemple 4

Une autre couche en relief transparente, incolore, comprenant des unités de microstructure a été produite selon le procédé de l'Exemple 1. Dans ce cas, les unités de microstructure étaient des cellules unitaires à agencement hexagonal compact d'un motif hexagonal répétitif, s'étendant sur la surface de la couche en relief. Les lignes fines du motif hexagonal étaient des rainures évidées gaufrées dans des régions environnantes de la couche en relief. Le motif hexagonal a un pas d'environ 53 microns. La profondeur de gaufrage dans la couche en relief était d'environ 1,7-1,8 microns. La largeur minimale des rainures formant le motif était d'environ 1-2 microns.

La couche en relief gaufrée a ensuite été surimprimée d’une encre noire (à base de solvant, teneur en extrait sec de 20 % en volume, viscosité de 19 secondes telle que mesurée avec une coupe de Zahn N°2, application via un RK Coater, barre de calibrage N°0), selon une charge à l'état humide de 4 g/m². Après que l'encre a été séchée, la feuille des microlentilles a été là encore appliquée sur la couche en relief, comme dans l'Exemple 1.

Regardée à travers les microlentilles en lumière transmise, une image de moiré amplifiée d'un motif hexagonal était clairement visible, avec un excellant contraste. Il était évident à partir de l'image de moiré que l'encre s'était accumulée d'une manière préférentielle sur la surface de la structure en relief, en remplissant au moins partiellement les rainures évidées des microstructures du motif hexagonal. Le contraste entre les évidement remplis d'encre et les zones environnantes sans encre (ou au moins appauvries en encre) dans chacun des éléments de micro-image (tel que décrit de manière schématique sur les Figures 3 et 4) a ainsi contribué à la projection de l'image de moiré agrandie à contraste de couleur.

L'homme du métier comprendra qu'il est possible d'apporter à l'invention décrite dans le présent document des variations et modifications autres que celles qui sont spécifiquement décrites. On comprendra que l'invention inclut toutes ces variations et modifications qui entrent dans l'esprit et le cadre de la présente invention.

Claims

1. Procédé de production d’éléments de micro-image sur un substrat pour un document de sécurité, le procédé comprenant :

la production d'une pluralité d'unités de microstructure comprenant des formations à structure tridimensionnelle dans une couche en relief claire ou pale sur un substrat ; et l'application d'une encre fluide colorée sur la couche en relief, l'encre fluide colorée s'accumulant de manière préférentielle dans des régions à forte courbure de surface sur chaque unité de microstructure, pour former des zones de contraste ayant des densités d'encre différentes.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel un réseau répétitif d'unités de microstructure essentiellement identiques est produit dans la couche en relief, et dans lequel l'encre fluide colorée s'accumule selon une répartition essentiellement uniforme sur chaque unité de microstructure essentiellement identique.

3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la viscosité de l'encre fluide colorée est comprise dans la plage allant de 16 à 25 secondes, de préférence de 16 à 18 secondes, telle que mesurée au moyen d'une coupe de Zahn n°2.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'encre fluide colorée est appliquée selon une charge à l'état humide d'environ 0,5 g/m² à environ 10 g/m².

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la pluralité d'unités de microstructure est produite par gaufrage des formations à structure tridimensionnelle dans la couche en relief.

6. Procédé selon la revendication 5, comprenant en outre l'application d'un revêtement gaufrable clair ou pale sur le substrat, dans lequel le gaufrage des formations à structure tridimensionnelle comprend un gaufrage du revêtement gaufrable.

7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le revêtement gaufrable est un revêtement durcissable par rayonnement et les formations à structure tridimensionnelle sont simultanément gaufrées dans le revêtement gaufrable et durcies par rayonnement.

8. Procédé selon la revendication 6 ou la revendication 7, dans lequel le revêtement gaufrable est gaufré au moyen d'une plaque ou d'un rouleau de gaufrage.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la pluralité d'unités de microstructure est produite par :

remplissage d'une pluralité d'évidements dans une surface d'un outil d'impression avec une laque claire ou pale ; et transfert de la laque depuis les évidements sur le substrat par mise en contact de la surface de l'outil d'impression avec le substrat.

10. Procédé selon la revendication 9, comprenant en outre l'augmentation de la viscosité de la laque dans les évidements avant la mise en contact de la surface de l'outil d'impression avec le substrat.

11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel l'augmentation de la viscosité de la laque dans les évidements comprend le durcissement au moins partiel de la laque.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel le remplissage de la pluralité d'évidements comprend l'application de la laque sur la surface de l'outil d’impression.

13. Procédé selon la revendication 12, comprenant en outre le retrait de l'excès de laque de la surface de l'outil d'impression en dehors des évidements.

14. Procédé selon la revendication 12, dans lequel la laque en excès n'est pas retirée de la surface de l'outil d'impression en dehors des évidements, de sorte que la laque puisse être transférée sur le substrat depuis les régions de la surface de l'outil d'impression qui entourent les évidements.

15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, comprenant en outre un durcissement au moins partiel de la laque pendant le contact de la surface de l'outil d'impression avec le substrat.

16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel la laque est une laque durcissable par rayonnement, et dans lequel la laque est durcie au moins partiellement par irradiation de la laque avec un rayonnement.

17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel les unités de microstructure comprennent au moins une paroi latérale de formation qui croise une région de surface environnante, l’encre fluide colorée s'accumulant de manière préférentielle dans une région à forte courbure de surface au niveau de l'intersection entre la paroi latérale et la région de surface environnante.

18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, dans lequel les unités de microstructure comprennent au moins un évidement creusé dans des régions environnantes de la couche en relief, l'évidement ayant des parois latérales et une surface de base d'évidement entre les parois latérales.

19. Procédé selon la revendication 18, dans lequel l'évidement a une largeur minimale comprise entre 0,5 et 10 microns, de préférence entre 1 et 3 microns.

20. Procédé selon la revendication 18 ou la revendication 19, dans lequel l'évidement est une rainure.

21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 20, dans lequel l'encre fluide colorée s'accumule de manière préférentielle dans des régions à forte courbure de surface dans l'évidement en s'écoulant depuis les régions environnantes jusque dans l'évidement.

22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 21, dans lequel l'encre fluide colorée s'accumule de manière préférentielle dans l'évidement et recouvre la surface de base de l'évidement.

23. Procédé selon la revendication 22, dans lequel l'encre fluide colorée ne remplit pas l'évidement.

24. Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 21, dans lequel l'encre fluide colorée s'accumule de manière préférentielle dans l'évidement dans des régions à forte courbure de surface au niveau d'une intersection des parois latérales et de la surface de base d'évidement, dans lequel les zones de contraste ayant des densités d'encre différentes comprennent des zones à forte densité d'encre contiguës aux parois latérales et une zone de contraste à faible densité d'encre sur la surface de base d'évidement située entre les parois latérales.

25. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, dans lequel les unités de microstructure comprennent au moins une protubérance qui fait saillie depuis les régions environnantes de la couche en relief, la protubérance ayant des parois latérales.

26. Procédé selon la revendication 25, dans lequel la protubérance a une largeur minimale comprise entre 0,5 et 10 microns, de préférence entre 1 et 3 microns.

27. Procédé selon la revendication 25 ou la revendication 26, dans lequel la protubérance est une nervure.

28. Procédé selon l'une quelconque des revendications 25 à 27, dans lequel l'encre fluide colorée s'accumule de manière préférentielle dans des régions à forte courbure de surface au niveau de l'intersection entre les parois latérales et les régions environnantes de la couche en relief.

29. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 28, dans lequel la pluralité d'unités de microstructure comprend un réseau contigu de régions surélevées s'étendant à travers la couche en relief et connectant des unités de microstructures adjacentes.

30. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 29, dans lequel le substrat est transparent.

31. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 30, dans lequel des éléments de micro-image comprenant de l'encre accumulée dans les régions à forte courbure de surface produisent un effet optique visible lorsqu'ils sont vus à travers un réseau d'éléments de focalisation disposés sur le substrat.

32. Procédé selon la revendication 31, dans lequel l'effet optique visible est une image de moiré agrandie, une image intégrale, une image à changement de contraste, une image entrelacée, ou une image basculante.

33. Procédé selon la revendication 31 ou la revendication 32, dans lequel l'encre fluide colorée forme, lorsqu'on la regarde directement sur le substrat, un élément de dessin qui est distinct de l'effet optique visible.

34. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 33, dans lequel l'encre fluide colorée est une encre à base de solvant ayant une teneur en extrait sec comprise entre environ 15 % et environ 25 % en masse.

35. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 34, dans lequel l'encre fluide colorée est appliquée par une impression par héliogravure.

36. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 35, comprenant en outre le séchage ou le durcissement de l'encre fluide colorée.

37. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 36, comprenant en outre l'application d'un revêtement protecteur transparent sur la couche en relief après l'application de l'encre fluide colorée.

38. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 37, comprenant en outre l’application d'un revêtement de contraste sur la couche en relief après l'application de l'encre fluide colorée, dans lequel le revêtement de contraste a une couleur différente de celle de l'encre fluide colorée de telle sorte que des éléments de micro-image comprenant de l'encre accumulée dans les régions à forte courbure de surface soient contrastés vis-à-vis du revêtement de contraste lorsqu'on les regarde en lumière réfléchie à travers le substrat.

39. Éléments de micro-image sur un substrat pour un document de sécurité, produits selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 38.

40. Micro-dispositif optique sur un substrat pour un document de sécurité, comprenant :

une pluralité d'unités de microstructure comprenant des formations à structure tridimensionnelle dans une couche en relief claire ou pale sur le substrat ; et une encre colorée sur la couche en relief, l'encre colorée étant accumulée de manière préférentielle dans des régions à forte courbure de surface sur chaque unité de microstructure, en produisant ainsi des zones de contraste ayant des densités d'encre différentes.

41. Micro-dispositif optique selon la revendication 40, dans lequel la couche en relief comprend un revêtement sur le substrat et les formations à structure tridimensionnelle sont gaufrées dans le revêtement.

42. Micro-dispositif optique selon la revendication 40 ou la revendication 41, dans lequel la couche en relief comprend un réseau répétitif d'unités de microstructure essentiellement identiques, et dans lequel l'encre colorée est accumulée selon une répartition essentiellement uniforme sur chaque unité de microstructure essentiellement identique.

43. Micro-dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 40 à 43, comprenant en outre un réseau d'éléments de focalisation disposé sur le substrat, dans lequel des éléments de micro-image comprenant l'encre couleur accumulée dans les régions à forte courbure de surface produisent un effet optique visible lorsqu'on les regarde à travers le réseau d'éléments de focalisation.