Оптический поляризационный защитный элемент и способ его изготовления

011838 Область техники Изобретение относится к области защиты от подделки и к проверке подлинности ценных документов и бумаг, в частности к изготовлению и производству оптических защитных элементов, несущих скрытое изображение, невидимое в естественном свете невооруженным глазом и визуализируемое при наблюдении его через поляризационный фильтр. Уровень техники В настоящее время для защиты от подделки и в качестве знаков (меток), идентифицирующих подлинность защищаемых объектов, используются различные средства полиграфической защиты (водяные знаки, микротекст, гильош и др.), магнитные, голографические, оптические и другие методы. Среди защитных элементов с переменными оптическими свойствами наиболее трудно воспроизводимыми являются элементы, содержащие скрытые изображения, видимые только в поляризованном свете. Как правило, скрытые поляризованные изображения получаются на поверхности или в объеме полимерного слояносителя скрытого изображения в результате формирования оптической анизотропии в локальной области вышеупомянутого полимерного слоя, а именно изменения величины двулучепреломления. Локальное изменение величины двулучепреломления может быть достигнуто либо изменением величины и/или направления оптической анизотропии прозрачного материала в определенных его участках, либо изменением толщины прозрачного анизотропного материала в определенных участках слоя. Указанные эффекты достигаются путем механического, химического воздействий (US 5284364,опубликованный 08.02.1994, МПК B42D 15/00), фотофизического воздействия (US 6100967, опубликованный 2000.08.08, МПК B42D 15/00), фотохимического воздействия (US 6124970, опубликованный 26.09.2000, МПК G02B 27/28), термомеханического воздействия (WO 2006/005149A2, опубликованный 19.01.2006, МПК G03F 7/00). Во всех представленных случаях скрытое поляризованное изображение формируется в предварительно подготовленном специальным образом полимерном слое (US 6124970;WO 2006/005149A2) либо на поверхности твердой подложки (US 5284364; US 6100967). Описанные в этих патентах способы изготовления скрытого изображения и защитного элемента на его основе предполагают наличие сплошного, как правило, полимерного, слоя, несущего скрытое поляризованное изображение, на обратную сторону которого наносится клей, затем проводится вырубка и получается конечный продукт - самоклеющиеся этикетки и метки. Полученные таким способом этикетки и метки прикрепляются к защищаемому предмету либо вручную, либо с помощью автоматического аппликатора, в обоих случаях необходима достаточно высокая жесткость слоя, несущего скрытое изображение, что предопределяет возможность повторного использования элемента. Кроме того, использованные способы изготовления скрытого изображения, см., например, US 5284364, приводят к видимым невооруженным глазом контурам - следам механического формирования или химического травления. Наиболее близким к заявляемому способу является способ изготовления скрытого изображения с помощью локального механического удаления твердого анизотропного полимерного материала с поверхности жесткой подложки (US 5284364). Такой способ приводит к формированию контрастного поляризованного изображения, но с ясно видимым невооруженным глазом контуром изображения, и не гарантирует защиты от повторного использования. Задачей настоящего изобретения является создание защитного оптического поляризационного элемента с высокой степенью защиты от повторного использования посредством прямого впечатывания скрытого изображения в защищаемый объект и последующего предварительно заданного структурирования по меньшей мере одного участка слоя, несущего указанное скрытое изображение на заданную глубину с обеспечением оптической анизотропии в указанном обработанном слое. При этом благодаря впечатыванию скрытого изображения методом прямой печати непосредственно на участок подложки, покрытый отражательный слоем, а также последующему структурированию заданным образом указанного участка, практически, исключается возможность репродуцирования указанного защитного элемента. Кроме того, в заявленном способе коэффициент преломления защитного слоя, по существу, совпадает с коэффициентом преломления участка слоя, несущего скрытое изображение, что исключает проявление контура (ореола) скрытого изображения, видимого невооруженным глазом, в области структурирования как в результате механической или химической обработки участка поверхности. Таким образом, благодаря такому выполнению защитного элемента он обладает высокой механической, химической, радиационной устойчивостью и стабильностью в широком температурном диапазоне невидимого в естественном свете невооруженным глазом и визуализируемого с высоким контрастом при использовании поляризационного фильтра изображения. Сущность изобретения Согласно первому аспекту изобретения предусмотрен способ изготовления оптического поляризационного защитного элемента, согласно которому: а) предусматривают подложку, б) наносят отражательный слой по меньшей мере на один участок подложки, в) впечатывают скрытое изображение по меньшей мере на один участок подложки, покрытый отражательным слоем методом прямой печати с помощью бесцветной прозрачной жидкой композиции, г) осуществляют предварительно заданное структурирование по меньшей мере одного участка слоя, несущего указанное скрытое изображение на предварительно заданную глубину с обеспечением оптической анизотропии в указанном структурированном-1 011838 участке слоя, которая обуславливает обеспечение невидимости изображения при наблюдении его невооруженным глазом и четкого контрастного изображения при просмотре в поляризованном свете, д) наносят тонкий прозрачный защитный слой по всей поверхности защитного поляризационного элемента, при этом коэффициент преломления защитного слоя, по существу, совпадает с коэффициентом преломления участка слоя, несущего скрытое изображение. При этом отражающий слой подложки выполнен из алюминия, в качестве отражающего слоя подложки может использоваться отражательная голограмма или голографическая фольга горячего тиснения. При этом согласно способу защитный слой представляет собой тонкий слой прозрачного пластика толщиной 6-12 мкм, или фазовую пластину толщиной 6-12 мкм, или тонкий прозрачный полимерный слой, содержащий голографическое изображение толщиной 1-3 мкм. Кроме того, защитный элемент сформирован таким образом, что выдерживает температуру 180 С. При этом в способе согласно первому аспекту изобретения защитный элемент сформирован таким образом, что представляет собой по меньшей мере часть одного из: документа, пластиковой карты, упаковки. Кроме того, в указанном способе скрытое прозрачное изображение выполнено с помощью бесцветной прозрачной жидкой композиции, содержащей от 5 до 30% полимера в органическом или неорганическом растворителе, или водной эмульсии, содержащей от 10 до 30% полимера. Кроме того, в способе согласно изобретению коэффициент преломления защитного слоя, по существу, совпадает с коэффициентом преломления участка слоя, несущего скрытое изображение. При этом перед этапом структурирования осуществляют сушку впечатанного скрытого изображения. При этом структурирование полученного изображения представляет собой механическую обработку с помощью валков, покрытых фетром, либо нанесение штрихов в машинном направлении с использованием плоттера или термопринтера. Согласно второму аспекту изобретения предусмотрен оптический поляризационный элемент, содержащий подложку с впечатанным в нее скрытым изображением на по меньшей мере один участок подложки с отражательным слоем методом прямой печати с помощью бесцветных прозрачных чернил и выполненный согласно способу, раскрытому выше. Описание фигур чертежей Признаки, элементы и преимущества изобретения вытекают из следующего описания вариантов осуществления изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых на фиг. 1 представлен общий вид сверху в циркулярно поляризованном свете защитного поляризационного элемента в законченном состоянии,на фиг. 2 представлен вид в поперечном сечении А-А защитного поляризационного элемента на этапе структурирования,фиг. 3 - вид в поперечном сечении А-А защитного поляризационного устройства в законченном состоянии. Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения Описание оптического поляризационного защитного элемента и способа его изготовления будет сделано со ссылками на фиг. 1-3. Согласно способу изготовления оптического поляризационного элемента на подложку 1, а именно на по меньшей мере один участок подложки 1, наносят отражательный слой 2. Отражательный слой 2 может представлять собой либо металлическую фольгу, либо полимерную пленку с металлическим покрытием, либо отражательную голограмму или голографическую фольгу горячего тиснения, либо поверхность документа или пластиковой карты с предварительно нанесенным отражательным участком, либо бумагу или картон, окрашенные краской со светоотражающими свойствами. Впечатывают скрытое изображение 3 (буквы, цифры, логотипы, орнаменты и т.д.), по меньшей мере на один участок подложки 1, покрытый отражательным слоем 2 методом прямой печати с помощью бесцветной прозрачной жидкой композиции. Бесцветная прозрачная жидкая композиция - раствор полимера в органическом или неорганическом растворителе с концентрацией от 5 до 30% или эмульсия с содержанием полимера от 10 до 30%. Вышеприведенные диапазоны содержания полимера в жидких композициях являются общепринятыми в промышленности и лабораторной практике для получения полимерных пленок. Прямая печать обеспечивает полную невозможность повторного использования защитного элемента. Все известные из уровня техники способы изготовления скрытого изображения и защитного элемента на его основе предполагают наличие сплошного, как правило, полимерного, слоя, несущего скрытое поляризованное изображение, на обратную сторону которого наносится клей, затем проводится вырубка и получается конечный продукт - самоклеющиеся этикетки и метки. Полученные таким способом этикетки и метки прикрепляются к защищаемому предмету либо вручную, либо с помощью автоматического аппликатора, в обоих случаях необходима достаточно высокая жесткость слоя, несущего скрытое изображение, что предопределяет возможность повторного использования элемента. В предлагаемом авторами способе сплошной слой, несущий скрытое изображение, отсутствует, отсутствует слой клея, скрытое изображение впечатывается любым полиграфическим методом непосредственно в поверхность защи-2 011838 щаемого объекта - заготовки документа, пластиковой карты, материала упаковки. В этом случае повторное использование защитного элемента невозможно. Впечатывание скрытого изображения может производиться с помощью любых способов печати: флексографской, офсетной, глубокой, трафаретной и др. В результате печати бесцветной прозрачной полимерной композицией полученное изображение 3 оказывается прозрачным как для естественного, так и для поляризованного света, то есть оно является невидимым как в естественном, так и в поляризованном свете. Для того, чтобы изображение 3 можно было визуализировать в поляризованном свете, необходимо сделать его анизотропным, для чего оно подвергается структурированию. Например, механическая обработка фетром является стандартной для структурирования приграничного слоя поверхности полимера в производстве ориентированных панелей для жидкокристаллических экранов (Jos van Haaren, Nature, V.411, 3 May 2001,6833, p. 29-30). Такой метод обработки поверхности полимеров известен давно, используется как в промышленности, так и в лабораторной практике (X. Wei, A Dissertation for the Degree of PhD in Physics, University of California atBerkley, 2000, "Sum-Frequency Spectroscopic Study. II. Surface Alignment of Polymers"). Другие способы ориентирования полимерных молекул в приповерхностном слое - облучение поверхности пучком тяжелых ионов под острым углом, нанесение штрихов, царапин на поверхность полимерной пленки. Во всех случаях в результате такой обработки на поверхности полимера происходит ориентирование и выстраивание полимерных молекул в граничном слое толщиной, зависящей от типа обработки, вдоль направления штрихов - царапин, при этом меняются оптические свойства полимерной пленки - возникает двулучепреломление. Такой эффект возникает при механической обработке многих изотропных полимерных материалов: полиимидов, поливинилового спирта, полиэтилена, полиэтилентерефталата, полипропилена и др. В вышеприведенном способе получения скрытого поляризованного изображения структурирование поверхности на глубину 0,5-2 мкм приводит к появлению двулучепреломления, что позволяет визуализировать скрытое изображение с помощью поляризационного фильтра. В предлагаемом способе изготовления скрытого поляризованного изображения 3 используются три способа обработки (структурирования): (а) механическая обработка с помощью дополнительного покрытого фетром вала, смонтированного в линии на пути движения ленты с впечатанным скрытым изображением; в циркулярном поляризованном свете после такой обработки визуализируется белое изображение на синем фоне; (б) термомеханическое проявление скрытого изображения с помощью игольчатой гребенки пишущей головки плоттера прямого вывода изображения, установленной в линии на пути движения ленты с впечатанным скрытым изображением, при этом на материал со скрытым изображением наносятся непрерывные штрихи в машинном направлении; в циркулярном поляризованном свете после такой обработки визуализируется белое изображение на синем фоне; (в) термомеханическое проявление скрытого изображения с помощью пишущей головки термопринтера, установленной в линии на пути движения ленты с впечатанным скрытым изображением, при этом на материал со скрытым изображением наносятся непрерывные штрихи в машинном направлении; в циркулярном поляризованном свете после такой обработки визуализируется белое изображение на синем фоне. Наносят защитный слой 4 поверх всей поверхности защитного поляризационного элемента. Защитный слой 4 представляет собой тонкий прозрачный полимерный слой, предохраняющий скрытое поляризованное изображение 3 от царапин и истирания. Кроме того, оптические свойства этого слоя выбираются таким образом, чтобы полностью скрыть контуры печати, что обеспечивается выбором материала из которого изготовлен защитный слой 4. В качестве защитного слоя 4 используется слой лака, устойчивого к истиранию и царапинам и имеющего коэффициент преломления, по существу, равный коэффициенту преломления полимера, используемого для записи скрытого изображения. Также в качестве защитного слоя может быть использована фазовая пластина, например четвертьволновая, в этом случае кроме защитной функции она выполняет функцию преобразователя поляризованного света - в линейном поляризованном свете вид визуализируемого изображения зависит от угла поворота поляризатора. Использование в качестве защитного слоя 4 прозрачной голограммы без собственного отражателя помимо прямой функции механической защиты повышает уровень защиты от подделки и внешнюю привлекательность продукта. Используемая голограмма прозрачна для видимого света и не блокирует поляризованный свет. Далее приводятся примеры реализации оптического поляризационного защитного элемента. Пример 1. В качестве подложки 1 (фиг. 1-3) используется пленка полиэтилентерефталата толщиной 36 мкм, на которую нанесена алюминиевая фольга толщиной 8 мкм в качестве отражательного слоя 2 (фиг. 1-3), на который 10% раствором фторолона в бутилацетате методом глубокой печати наносится рисунок 3 (скрытое изображение) (фиг. 1-3), после высушивания теплым воздухом (70 С) толщина изображения составляет 3 мкм, затем участок пленки со скрытым изображением подвергается структурированию по всей ширине ленты в печатающей головке термопринтера и затем покрывается термоустойчивым лаком 4(фиг. 1, 3) толщиной около 3 мкм. В результате получается изображение, невидимое невооруженным глазом, в циркулярно поляризованном свете визуализируется белое изображение на синем фоне (фиг. 1). Полученный продукт выдерживает температуру 180, так как все составляющие полученного продукта выдерживают температуру 180 и выше. Полиэтилентерефталатная пленка, дублированная алюминиевой-3 011838 фольгой, является стандартным упаковочным материалом, защитный знак в данном случае является неотъемлемой частью этого материала, не может существовать отдельно от упаковочного материала и, следовательно, не может быть повторно использован. Пример 2. В качестве подложки 1 (фиг. 1-3) выбирается бумага (страница документа), на выбранный участок страницы наносится светоотражающей краской отражательное окно 2 (отражательный слой) (фиг. 1-3), в пределах которого 30% водной эмульсией полипропилена методом флексографии наносится рисунок 3(фиг. 1-3), толщина изображения после ИК сушки составляет 3 мкм, структурирование поверхности изображения проводится с помощью пишущей гребенки плоттера прямого вывода изображения, далее в пределах отражательного окна 2 (отражательного слоя) (фиг. 1-3) припрессовывается прозрачная голографическая фольга горячего тиснения в качестве защитного слоя 4 (фиг. 1, 3). В результате на прозрачном голографическом фоне получается изображение 3, невидимое невооруженным глазом и визуализируемое в циркулярно поляризованном свете (фиг. 1). Защитный знак в данном случае является неотъемлемой частью бумажной подложки (страницы документа), прозрачный голографический слой разрушается при попытке отделения его от подложки, знак, в целом, не может существовать отдельно от бумажной подложки и, следовательно, не может быть повторно использован. Промышленная применимость Заявленное изобретение может использоваться для защиты от подделок ценных документов: паспортов, ваучеров, банкнот, акций, чековых книжек, и для идентификации подлинности указанных документов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ изготовления оптического поляризационного защитного элемента, включающий этапы,на которых: а) наносят отражательный слой по меньшей мере на один участок подложки,б) формируют скрытое изображение по меньшей мере на одном участке подложки, покрытом отражательным слоем, методом прямой печати с помощью бесцветной прозрачной жидкой композиции,в) осуществляют структурирование по меньшей мере одного участка слоя скрытого изображения для обеспечения оптической анизотропии в указанном участке слоя изображения, при котором изображение остается невидимым при наблюдении его невооруженным глазом и наблюдается четко контрастно в поляризованном свете,г) наносят тонкий прозрачный защитный слой по всей поверхности защитного поляризационного элемента, при этом коэффициент преломления защитного слоя, по существу, совпадает с коэффициентом преломления участка слоя скрытого изображения. 2. Способ по п.1, в котором отражающий слой подложки выполнен из алюминия. 3. Способ по п.1, в котором в качестве отражающего слоя подложки используется отражательная голограмма. 4. Способ по п.1, в котором в качестве отражающего слоя подложки используется голографическая фольга горячего тиснения. 5. Способ по п.1, в котором защитный слой представляет собой тонкий слой прозрачного пластика. 6. Способ по п.1, в котором защитный слой представляет собой фазовую пластину. 7. Способ по п.1, в котором защитный слой представляет собой тонкий прозрачный полимерный слой, содержащий голографическое изображение. 8. Способ по п.1, в котором защитный элемент сформирован таким образом, что выдерживает температуру 180 С. 9. Способ по п.1, в котором защитный элемент сформирован таким образом, что представляет собой по меньшей мере часть одного из документа, пластиковой карты, упаковки. 10. Способ по п.1, в котором скрытое изображение выполнено с помощью бесцветной прозрачной жидкой композиции, содержащей от 5 до 30% полимера в органическом или неорганическом растворителе, или водной эмульсии, содержащей от 10 до 30% полимера. 11. Способ по п.1 или 9, в котором перед этапом обработки осуществляют сушку впечатанного скрытого изображения. 12. Способ по п.1, в котором структурирование полученного изображения представляет собой механическую обработку с помощью валков, покрытых фетром, на глубину не более 0,5 мкм. 13. Способ по п.1, в котором структурирование полученного изображения представляет собой нанесение штрихов с использованием пишущей головки плоттера на глубину не более 2 мкм. 14. Способ по п.1, в котором структурирование полученного изображения представляет собой нанесение штрихов с использованием печатающей головки термопринтера на глубину не более 2 мкм. 15. Способ по п.1, в котором визуализация скрытого поляризованного изображения проводится с помощью циркулярного поляризатора. 16. Оптический поляризационный элемент, выполненный согласно способу по пп.1-15, содержащий-4 011838 подложку, на по меньшей мере одном участке которой имеется отражательный слой со сформированным на нем методом прямой печати с помощью бесцветной прозрачной композиции скрытым структурированным изображением, причем на поверхности поляризационный элемент имеет тонкий защитный слой,коэффициент преломления которого, по существу, совпадает с коэффициентом преломления участка слоя скрытого изображения.