ОПТИЧЕСКИ ИЗМЕНЯЮЩИЙСЯ ЭЛЕМЕНТ, ПРЕЖДЕ ВСЕГО ЗАЩИТНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2015 года по МПК B42D25/324 B42D25/328 G02B5/18 B42D15/00 

Изобретение относится к оптически изменяющемуся элементу, прежде всего защитному элементу, который, например, может использоваться для носителя данных.

Носители данных, такие как ценные документы и удостоверения личности, или ценные предметы, например, такие как брендовые изделия, часто для защиты снабжаются оптически изменяющимся элементом, который позволяет выполнять проверку подлинности носителя данных и одновременно служит для защиты от несанкционированного воспроизводства. Для этого оптически изменяющийся элемент имеет оптический эффект, который изменяется, например, при изменении направления рассмотрения и не может быть скопирован обычными копировальными устройствами.

Исходя из этого в основу изобретения положена задача указать оптически изменяющийся элемент, прежде всего защитный элемент, который использует высокую защиту от подделок с хорошей распознаваемостью и легкой верификацией.

Задача решена за счет оптически изменяющегося элемента, прежде всего защитного элемента, с прозрачным несущим слоем, по меньшей мере, частично прозрачным отражающим слоем, который выполнен на несущем слое, и прозрачным заполняющим слоем, который выполнен на отражающем слое, причем отражающий слой в области сюжета структурирован таким образом, что он образует несколько частично прозрачных микрозеркал, которые за счет направленного отражения падающего света при взгляде сверху на область сюжета демонстрируют различаемый сюжет, и причем коэффициенты преломления несущего слоя и заполняющего слоя в видимом спектре различаются не более чем на 0,2, чтобы различаемый при рассмотрении сверху сюжет при рассмотрении области сюжета на просвет не мог быть распознан.

Тем самым смотрящему представляется удивительный эффект, что он хотя и распознает при взгляде сверху сюжет, но при рассмотрении этого сюжета на просвет он исчезает. Этот оптический эффект можно назвать прозрачным «противоположным водяным знаком».

В предлагаемом элементе коэффициенты преломления несущего слоя и заполняющего слоя в видимом спектре могут отличаться не более чем на 0,1 и, прежде всего, не более чем на 0,05. В этом случае исчезновение сюжета при рассмотрении на просвет может быть хорошо обеспечено.

Под исчезновением сюжета при рассмотрении на просвет здесь понимают, прежде всего, то, что, например, также изображение, находящееся на определенном расстоянии за оптически изменяющимся элементом, через область сюжета в основном является видимым без искажений, и при этом сюжет, различаемый при рассмотрении сверху, практически более не может быть распознан. Эффекты преломления частично прозрачных микрозеркал при рассмотрении на просвет тем самым согласно изобретению не приводят к распознаваемости сюжета. Это достигается за счет очень похожих коэффициентов преломления несущего слоя и заполняющего слоя, за счет чего пропущенный свет хотя и получает незначительное боковое смещение за счет преломления в частично прозрачных микрозеркалах, но направление распространения света не изменяется или изменяется незначительно. Область сюжета при рассмотрении на просвет действует практически как плоскопараллельная пластина.

В оптически изменяющемся элементе обращенная от отражающего слоя верхняя сторона заполняющего слоя более не может повторять рельеф микрозеркал. Особо предпочтительно, верхняя сторона выполнена плоской. Это приводит к защите от нежелательных деформаций и, тем самым, от нежелательного копирования оптически изменяющегося элемента. Точно также обращенная от отражающего слоя нижняя сторона несущего слоя не может повторять рельеф микрозеркал.

Кроме того, в предлагаемом оптически изменяющемся элементе отражающий слой может быть диэлектрическим слоем, коэффициент преломления которого по меньшей мере в одной части видимого спектра отличается соответственно более чем на 0,2 от коэффициента преломления несущего слоя и от коэффициента преломления заполняющего слоя. Предпочтительно, отличие может быть > 0,3 и особо предпочтительно > 0,5.

Несколько частично прозрачных микрозеркал могут быть выполнены так, что за счет направленного отражения падающего света при рассмотрении сверху области сюжета при различных направлениях взгляда демонстрируются по меньшей мере два различных сюжета.

Кроме того, в предлагаемом оптически изменяющемся элементе минимальные продольные размеры микрозеркал могут быть > 1 мкм. Предпочтительно, они находятся в диапазоне от 3 до 300 мкм, прежде всего в диапазоне от 4 до 50 мкм, и предпочтительно в диапазоне от 5 до 20 мкм.

Микрозеркала могут, по меньшей мере, локально образовывать периодическую пилоообразную решетку или растр с фаской. Кроме того, возможно, что отражающий слой имеется только на отдельных участках и/или с различной структурой слоев на отдельных участках.

Кроме того, отражение от отражающего слоя на отдельных участках может по меньшей мере уменьшаться за счет противоотражающего рельефа, прежде всего субволновой дифракционной решетки или структуры «глаз мотылька», а предпочтительно практически полностью подавляется.

Кроме того, возможно, что отражающий слой на отдельных участках имеет различную толщину слоя.

Отражающий слой может быть образован одним или несколькими слоями с высоким коэффициентом преломления, который по меньшей мере в одной части видимого спектра имеет коэффициент преломления > 1,7, предпочтительно > 1,8 и особо предпочтительно > 2.

В предлагаемом оптически изменяющемся элементе толщина отражающего слоя может быть выбрана так, что за счет интерференции света, отраженного от пограничных поверхностей отражающего слоя, различаемый при рассмотрении сверху сюжет может демгнстрироваться цветным.

Прежде всего, толщина z слоя отражающего слоя для высокой отражающей способности при желаемой длине волны λ, в видимом спектральном диапазоне может быть выбрана такой, что выполнено следующее равенство , причем m является целым числом от 1 до 4, а n_R - коэффициентом преломления отражающего слоя. Предпочтительно, толщина z слоя выбрана таким образом, что равенство для z выполнено для m=2.

В предлагаемом оптически изменяющемся элементе отражающий слой/и могут в отражении иметь насыщенность более 40, предпочтительно более 50 и особо предпочтительно более 60. Для оценки цветов или же насыщенности используется система цветовых измерений CIE L*a*b*, и исходят из освещения стандартным источником света D65.

Кроме того, по меньшей мере один из отражающих слоев имеет толщину слоя, соответствующую оптической длине пути zn_R (при этом z является толщиной отражающего слоя, а n_R - коэффициентом преломления отражающего слоя) от 285 до 1755 нм, предпочтительно от 475 до 1365 нм и особо предпочтительно примерно от 500 до 1100 нм. Если отражающий слой образован посредством трех слоев, то предпочтительно, что оба внешних слоя имеют соответственно такую оптическую длину пути.

Кроме того, в предлагаемом оптически изменяющемся элементе толщина отражающего слоя может быть выбрана так, что на основании интерференции света, отраженного от пограничных поверхностей отражающего слоя, различаемый при рассмотрении сверху сюжет может демонстрироваться белым. Прежде всего, толщина отражающего слоя может быть выбрана так, что соответствующая оптическая длина пути составляет от 115 до 135 нм. Предпочтительно, оптическая длина пути составляет 125 нм.

В оптически изменяющемся элементе отражающий слой может иметь трехслойную структуру с двумя внешними слоями и расположенным между ними промежуточным слоем, причем коэффициенты преломления внешних слоев одинаковы. Прежде всего, коэффициенты преломления внешних слоев могут быть больше, чем коэффициент преломления промежуточного слоя.

Оптически изменяющийся элемент может быть выполнен, прежде всего, как защитная нить, отрывная лента, защитная лента, защитная полоса, накладка или этикетка для нанесения на носитель данных, например, такой как защищенная от подделки бумага, ценные документы или тому подобное. Прежде всего, оптически изменяющийся элемент может быть натянут над прозрачными или по меньшей мере просвечивающими участками или выемками.

Под понятием защищенной от подделки бумаги здесь понимают, прежде всего, еще не пригодную для обращения предварительную стадию ценного документа, которая наряду с предлагаемым оптически изменяющимся элементом может иметь, например, также другие признаки подлинности, например, такие как предусмотренные в объеме люминесцентные вещества. Под ценным документом здесь понимают с одной стороны документы, изготовленные из защищенной от подделки бумаги. С другой стороны, ценные документы могут быть также иными документами или предметами, которые снабжаются предлагаемым оптически изменяющимся элементом, чтобы ценные документы имели не копируемые признаки подлинности, чтобы обеспечить возможность проверки подлинности и одновременно предотвратить нежелательное копирование.

Кроме того, предоставляется носитель данных с предлагаемым оптически изменяющимся элементом (включая его усовершенствование). Носитель данных может быть, например, ценным документом, удостоверением личности, защищенной от подделки бумагой, или иным ценным предметом.

Кроме того, предоставляется оптически изменяющийся элемент согласно второму варианту, прежде всего защитный элемент, с несущим слоем, с отражающим слоем, который выполнен на несущем слое, причем отражающий слой в области сюжета по причине своей структуризации имеет несколько микрозеркал, которые за счет направленного отражения падающего света при взгляде сверху на область сюжета демонстрируют различаемый сюжет, и причем толщина отражающего слоя выбрана так, что за счет интерференции света, отраженного от пограничных поверхностей отражающего слоя, сюжет, различаемый при рассмотрении сверху, демонстрируется цветным или же пестрым, прежде всего одноцветным.

С таким оптически изменяющимся элементом согласно второму варианту можно осуществить отличное цветное изображение.

В случае оптически изменяющегося элемента согласному второму варианту толщина z слоя для желаемой длины волны λ может быть выбрана так, что выполнено следующее равенство , причем m является целым числом от 1 до 4, a n_R - коэффициентом преломления отражающего слоя. Прежде всего, приведенное выше равенство для z может быть выполнено для m=2.

Оптически изменяющийся элемент согласно второму варианту может быть усовершенствован таким же образом, что и описанный выше оптически изменяющийся элемент, в котором область сюжета также позволяет рассмотрение на просвет. Также оптически изменяющийся элемент согласно второму варианту может позволить рассмотрение на просвет, но он также может быть выполнен так, что невозможно рассмотрение на просвет без искажений или вообще рассмотрение на просвет.

Прежде всего, оптически изменяющийся элемент согласно второму варианту может иметь прозрачный заполняющий слой, который выполнен на отражающем слое.

Кроме того, отражающий слой может быть выполнен как отдельный отражающий слой. Однако также возможно, что отражающий слой состоит из нескольких слоев.

Отражающий слой/и может/могут в отражении иметь насыщенность более 40, предпочтительно более 50 и особо предпочтительно более 60.

Кроме того, по меньшей мере один из отражающих слоев имеет толщину слоя, соответствующую оптической длине пути zn_R (причем Z является толщиной слоя, а n_R - коэффициентом преломления отражающего слоя) от 285 до 1755 нм, предпочтительно от 475 до 1365 нм и особо предпочтительно примерно от 500 до 1100 нм. Если отражающий слой образован посредством трех слоев, то оба внешних слоя соответственно предпочтительно имеют такую толщину слоя в соответствии указанной оптической длине пути.

Понятно, что вышеназванные признаки изобретения, а также те которые еще будут разъяснены ниже, могут использоваться не только в указанной комбинации, но также и в других комбинациях или отдельно, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения.

Ниже изобретение будет еще более подробно разъяснено для примера на основании прилагаемых чертежей, которые также раскрываются существенные для изобретения признаки. Для большей наглядности на фигурах отказываются от изображения с соблюдением масштаба и пропорций. На фигурах показано:

Фиг. 1 - вид сверху на банкноту с предлагаемым оптически изменяющимся элементом 1.

Фиг. 2 - увеличенный вид оптически изменяющегося элемента 1 в разрезе для разъяснения предложенного в виде сверху сюжета.

Фиг. 3 - вид оптически изменяющегося элемента 1 в разрезе на фиг. 2 для разъяснения исчезновения сюжета при рассмотрении на просмотр.

Фиг. 4 - вид аналогичного оптически изменяющегося элемента в разрезе для разъяснения исчезновения сюжета при рассмотрении на просмотр в предлагаемом оптически изменяющемся элементе 1.

Фиг. 5 - зависимость длины волн степени R отражения оптически изменяющегося элемента на фиг. 2 или 3 для различных значений толщины z слоя отражающего слоя 6.

Фиг. 6 - диаграмма насыщенности С* оптически изменяющегося элемента на фиг. 2 в зависимости от толщины z слоя отражающего слоя 6 в отражении.

Фиг. 7 - диаграмма степени Т светопропускания в зависимости от длины волн для оптически изменяющегося элемента на фиг. 2 для различных значений толщины z слоя отражающего слоя 6.

Фиг. 8 - диаграмма для изображения насыщенности С* оптически изменяющегося элемента на фиг. 2 в зависимости от толщины z слоя отражающего слоя 6 в пропускании.

Фиг. 9 - вид еще одной формы осуществления предлагаемого оптически изменяющегося элемента 1 в разрезе.

Фиг. 10 - диаграмма насыщенности С* отражающего слоя 19 оптически изменяющегося элемента на фиг. 9 в зависимости от толщины z слоя отражающего слоя 6 в отражении.

Фиг. 11 - диаграмма степени R отражения оптически изменяющегося элемента 1 на фиг. 9 в зависимости от длины волн для различных значений толщины z слоя.

Фиг. 12 - диаграмма для значений а* и b* системы цветовых измерений CIE L*a*b* для различных значений толщины отражающего слоя 6 согласно форме осуществления на фиг. 2.

Фиг. 13 - диаграмма для значений а* и b* системы цветовых измерений CIE L*a*b* для различных значений толщины отражающего слоя 16,18 согласно форме осуществления на фиг. 9.

Фиг. 14 - диаграмма яркости L* и насыщенности С* при отражении в зависимости от толщины z слоя отражающего слоя 6 для оптически изменяющегося элемента на фиг. 2.

Фиг. 15 - вид еще одной формы осуществления предлагаемого оптически изменяющегося элемента 1 в разрезе.

В показанной на фиг. 1 форме осуществления предлагаемый оптически изменяющийся элемент 1 расположен в окне 2 банкноты 3 и поэтому может рассматриваться как сверху, так и на просвет. Оптически изменяющийся элемент 1 служит в качестве защитного элемента для возможности проверки подлинности банкноты 3 и поэтому также может быть назван защитным признаком.

Как показано в схематическом изображении на фиг. 1, в виде сверху смотрящий может воспринимать сюжет, в данном случае, например, звезду 4. Однако при рассмотрении на просвет эта звезда 4 для смотрящего невидима.

Чтобы можно было предоставить этот эффект, оптически изменяющийся элемент 1, как лучше всего видно на схематическом изображении в разрезе на фиг. 2, имеет прозрачный несущий слой 5, частично прозрачный отражающий слой 6 и прозрачный заполняющий слой 7, которые расположены друг на друге в этой последовательности. Тем самым, частично прозрачный отражающий слой 6 расположен между прозрачным несущим слоем 5 и прозрачным заполняющим слоем 7.

Прозрачный несущий слой 5 в описанной здесь форме осуществления является прозрачным лаком для тиснения (например, термопластичным или радиационно отверждаемым лаком), в котором вытиснена структура нескольких микрозеркал 8, причем на эту структуру нанесен частично прозрачный отражающий слой 6, чтобы образовать желаемые микрозеркала 8. В описанном здесь примере осуществления образован один единственный отражающий слой 6. Однако также возможно образовывать друг на друге несколько прозрачных отражающих слоев.

Предпочтительно, отражающий слой 7 (или отражающие слои) является диэлектрическим слоем (или диэлектрическими слоями). Эти слои могут быть нанесены на структурированный несущий слой 5 способом получения тонких пленок, например, путем электронно-лучевого испарения или ионного распыления.

Чтобы минимизировать нежелательные дифракционные эффекты, здесь минимальные продольные размеры микрозеркал 8 больше и, предпочтительно, явно больше максимальной длины волны видимого света. Под видимым светом здесь понимают, прежде всего, электромагнитное излучение в диапазоне длины волн от 380 до 780 нм. Поэтому, предпочтительно, минимальные продольные размеры микрозеркал 8 составляют по меньшей мере 3 мкм, предпочтительно по меньшей мере 5 мкм и особо предпочтительно по меньшей мере 10 мкм. Максимальная высота тиснения структурирования в прозрачном несущем слое может составлять менее 20 мкм, предпочтительно менее 10 мкм и особо предпочтительно менее 4 мкм. За счет этого легко можно утопить микрозеркала 8 в наиболее тонком соединении слоев.

Микрозеркала 8 могут быть расположены как в регулярном растре, или также в нерегулярном. Кроме того, возможно, что микрозеркала 8 также, по меньшей мере, локально образуют периодическую пилообразную решетку.

Структура несущего слоя 5 и, тем самым, расположение микрозеркал 8 выбрана на плоской области сюжета оптически изменяющегося элемента 1 так, чтобы в виде сверху на область сюжета (при направлении В1 взгляда и падающем направлении L1 света на фиг. 2) смотрящий может воспринимать сюжет (в данном случае - звезду 4), как указано стрелками R1 и R2 для отраженного света.

Поскольку прозрачный несущий слой 5 и прозрачный заполняющий слой 7 в описанном здесь примере осуществления имеют одинаковый коэффициент преломления, то изменения направлений аннулируют друг друга путем преломления падающего света на пограничной поверхности между верхней стороной отражающего слоя 6 и несущим слоем 5, с одной стороны, и на пограничной поверхности между нижней стороной отражающего слоя 6 и прозрачным заполняющим слоем 7, с другой стороны, в результате чего при передаче свет L1 смещается только по горизонтали (направление двойной стрелки Р1). Но переданный луч света сохраняет свое направление распространения. Поскольку горизонтальное смещение крайне незначительно и направление распространения сохраняется, микрозеркала 8 при рассмотрении на просвет практически более не распознаются. Предлагаемый защитный элемент 1 на просвет действует как прозрачное (возможно слегка молочное окно), в результате чего смотрящий хотя и может распознать через это окно, например, структурированный фон, но звезду 4 более не видит.

На фиг. 4 для дальнейшего разъяснения этого эффекта рассмотрения на просвет показан пример оптически изменяющийся элемент 1′, в котором коэффициенты преломления несущего слоя 5′ и заполняющего слоя 7′ явно различны. В этом случае преломления на пограничных поверхностях между отражающим слоем 6′ и несущим слоем 5′, с одной стороны, и заполняющим слоем 7′, с другой стороны, вызывают, что после передачи свет имеет другое направление распространения. Если через такой защитный элемент 1 рассматривать структурированный фон, то эффекты преломления и обусловленные ими изменения направлений приводят к видимым искажениям, которые в конце концов сделали ли бы сюжет защитного элемента (в данном случае - звезды 4) видимым.

Поэтому согласно изобретению несущий слой 5 и заполняющий слой 7 выбраны так, что их коэффициенты преломления в видимом спектре равны или различаются не боле чем на 0,2, поскольку до этой разницы коэффициентов преломления описанный эффект окна на просвет достигается еще не точно.

Предлагаемый оптически изменяющийся элемент 1 тем самым имеет в некоторой степени «эффект противоположного водяного знака», поскольку в виде сверху виден сюжет (в данном случае звезда 4) и на просвет сюжет более не виден и, тем самым, исчезает. Этот оптический эффект предлагаемого оптически изменяющегося элемента 1 также можно назвать прозрачным «противоположным водяным знаком».

В описанной здесь форме осуществления толщина отражающего слоя 6 выбирается с учетом его коэффициента преломления так, что в виде сверху звезда 4 кажется цветной. Для этого предпочтительно, чтобы коэффициент преломления частично прозрачного отражающего слоя 6 по возможности сильно отличался от коэффициента преломления несущего слоя 5. Отличие может быть, например, больше 0,2, предпочтительно более 0,4 и особо предпочтительно большее 0,6. Поскольку лаки для тиснения, которые могут использоваться для прозрачного несущего слоя 5, на практике часто имеют коэффициент преломления в 1,5, легче нанести частично прозрачный отражающий слой 6 с явно более высоким, вместо явно более низкого коэффициента преломления. Поэтому предпочтительно, что коэффициент преломления отражающего слоя составляет по меньшей мере 1,7, предпочтительно по меньшей мере 1,9 и особо предпочтительно больше 2.

Поэтому для настоящей формы осуществления, а также для следующих форм осуществления исходят из того, что коэффициент n_L преломления прозрачного несущего слоя составляет 1,5, а коэффициент преломления n_R частично прозрачного отражающего слоя 6-2,5.

Прозрачный заполняющий слой 7, наряду со своим действием для «эффекта противоположного водяного знака», служит также для защиты от механической и/или химической нагрузки и, прежде всего, от несанкционированной деформации. Поэтому обращенная от отражающего слоя 6 поверхность заполняющего слоя 7, предпочтительно, выполнена ровной.

Как показано в изображении на фиг. 2, падающий свет L1 отражается как от верхней, так и от нижней стороны отражающего слоя 6. За счет этого происходит интерференция отраженных от верхней и нижней стороны лучей, в результате чего в зависимости от толщины отражающего слоя 6 белый или пестрый свет отражается в направлении, заданном ориентацией микрозеркал 8. Для упрощения далее исходят из вертикального падения света, причем описанные эффекты конечно также и при падении света возникают с других направлений.

Конструктивная интерференция и соответственно высокая степень отражения света, отраженного от пограничных поверхностей отражающего слоя 6, возникает в том случае, если отраженные лучи света имеют различие в ходе в mλ, причем λ обозначает длину волны света, а m является целым числом. Различие в ходе при толщине z слоя отражающего слоя 6 следует из двойной оптической длины пути через отражающий слой 6 2·nRz и скачок фаз в λ/2, который здесь возникает на верхней пограничной поверхности (переход от оптически более тонкой в оптически более плотную среду). Тем самым для конструктивной интерференции складывается следующее условие:

Для поиска подходящей для длины λ волны толщины слоя можно вызвать указанное выше условие по z и получить следующее равенство 1:

Поскольку z, очевидно, должен быть положительным, то m должно быть больше или равно 0.

Факт, что отражающий слой 6 имеет за счет конструктивной интерференции максимум отражения при длине волны определенного цвета, однако его одного для создания изображения с высокой насыщенностью не достаточно. Далее это следует наглядно представить на основании рассчитанных спектров отражения и цветовых кодов. Для оценки цветов или же насыщенности используется система цветовых измерений CIE L*a*b*, и исходят из освещения стандартным источником света D65. Цветовой код L* при этом отражает яркость, в то время как а* и b* указывают место цвета на красно-зеленый или же сине-желтой оси.

В описанной форме осуществления отражающий слой 6 оптимизирован на максимально возможную насыщенность в зеленом цвете. Для этого в указанной выше формуле для z можно выбрать толщину слоя z так, чтобы конструктивная интерференция складывалась, например, при длине волны в 530 нм. Если исходить из n_R 2,5, то для m=0, 1, 2, 3, 4 следуют значения толщины z слоя в 53 нм, 159 нм, 265 нм, 371 нм и 477 нм.

На фиг. 5 показаны отражательная способность или степень R отражения вдоль вертикальной оси в зависимости от длины А волны для диапазона от 400 до 700 нм (вдоль горизонтальной оси) для значений толщины z слоя в 53 нм (кривая 10), 159 нм (кривая 11) и 477 нм (кривая 12). Из этих трех показанных в качестве примера спектров отражения распознают, что с увеличением толщины z слоя отражающего слоя максимум при длине волны в 530 нм становится все резче, причем при больших значениях толщины слоя другие максимумы смещаются в видимый спектр (в данном случае в изображенный спектр в 400-700 нм). Кроме того, распознают, что значение степени R отражения при желаемой длине волны в 530 нм является одинаковым для всех изображенных значений толщины z слоя.

Для квантификации насыщенности из этих спектров отражения цветовые коды L*a*b* или же насыщенность (далее также называемая просто С*) рассчитывается при стандартном освещении D65.

На фиг. 6 показана рассчитанная таким образом насыщенность С* при отражении, причем вдоль горизонтальной оси нанесена толщина z слоя в нм, а вдоль вертикальной оси - насыщенность С*. На изображении на фиг. 6 можно увидеть, что насыщенность С* сначала возрастает с увеличением толщины z слоя и затем при значениях толщины слоя соответственно m>2 снова падает. То есть самый насыщенный цвет получают в данном случае при m=2 или же толщине z слоя отражающего слоя в 265 нм. Причиной для прироста при небольших значениях толщины z слоя является показанная на фиг. 5 увеличивающая резкость максимума отражения. При больших значениях толщины z слоя наряду с желаемым максимум в видимый спектр перемещаются другие максимумы отражений, которые в данном случае в отражении дополнительно дают нежелательные доли синего или же красного цвета и снова снижают насыщенность.

Особенно насыщенные цвета тем самым складываются для m от 1 до 4, прежде всего для m=2 и m=3. По причинам затрат при этом интересен, прежде всего, более тонкий слой с m=2. То есть при рассмотрении всего видимого спектра от 380 до 780 нм в данном случае интересны, прежде всего, такие значения толщины z слоя, для которых действует равенство 1 с λ от 380 до 780 нм, и m от 1 до 4. Предпочтительно, m составляет от 2 до 3. Это соответствует оптической длине пути zn_R от 285 до 1755 нм, предпочтительно от 475 до 1365 нм. Кроме того, если учитывать, что человеческий глаз на краю этого спектра менее чувствителен, даже можно принять предпочтительный диапазон оптической длины пути еще уже и примерно от 500 до 1100 нм.

В отличие от показанных на фиг. 5 спектров отражения, соответствующие спектры передачи, которые изображены на фиг. 7, имеют только мало выраженные максимумы и минимумы. На фиг. 7 вдоль горизонтальной оси опять же наносится длина λ волны от 400 до 700 нм, а вдоль вертикальной оси - степень передачи или же передача Т, причем кривая 13 показывает толщину z слоя в 53 нм, кривая 14 - степень Т передачи для толщины z слоя в 159 нм, а кривая 15 - степень Т передачи для толщины z слоя в 477 нм. Следовательно, отражающий слой 6 при рассмотрении на просвет практически бесцветен и в основном представляется как простая прозрачная пленка, например, как можно увидеть на изображении на фиг. 8. На фиг. 8 таким же образом как и на фиг. 6 изображена насыщенность С*, однако при этом на фиг. 8 показана насыщенность при передаче, а на фиг. 6 - насыщенность при отражении.

Поскольку отражающий слой 6 в области сюжета в случае описанного оптически изменяющегося элемента 1 при рассмотрении на просвет кажется простой прозрачной пленкой, для смотрящего исчезает не только просмотренный в отражении сюжет (звезда 4), но также и цвет пленки отличается от сюжета, просмотренного в отражении, т.е. пленка в этом случае кажется в основном бесцветной или же другого цвета. Для смотрящего это является особенно очевидным и запоминающимся эффектом, который очень хорошо подходит для защитных признаков.

Цветность и яркость сюжета 4, видимого в отражении можно дополнительно улучшить по сравнению с описанной ранее формой осуществления за счет единственного отражающего слоя, если вместо только одного единственного отражающего слоя 6 используются несколько отражающих слоев.

В качестве особо преимущественного себя здесь показали тройные слои с двумя слоями 16 и 18 с высоким коэффициентом преломления и расположенным между ними промежуточным слоем 17. Схематическое изображение такого тройного отражающего слоя 18 в разрезе показано на фиг. 9.

Промежуточный слой 17 при этом может, например, иметь коэффициент преломления, который соответствует коэффициенту преломления несущего слоя 5 и/или заполняющего слоя 7 или же очень похож на него. В описанной здесь форме осуществления промежуточный слой имеет коэффициент преломления в 1,5. Толщину промежуточного слоя 17 следует снова выполнять так, чтобы возникала конструктивная интерференция отраженных от ее верхней и ее нижней стороны значений. Например, здесь выбирается толщина в λ/(4n_L)=88 нм.

Как видно на фиг. 10, на которой показана насыщенность С* для формы осуществления оптически изменяющегося элемента 1 на фиг. 9, тем самым возникает еще более явно высокая по сравнению с единственным отражающим слоем 6 насыщенность или насыщенность цвета (Chroma), которая в оптимальном значении выше 95 (по сравнению с только почти 55 в случае отдельного отражающего слоя 6).

На фиг. 10 таким же образом как и на фиг. 6 вдоль вертикально оси нанесена насыщенность С*, а толщина z слоя от 0 до 600 нм - вдоль горизонтальной оси, причем z в данном случае является толщиной слоя 16 с высоким коэффициентом преломления и слоя 18 с высоким коэффициентом преломления, которые в описанной форме осуществления имеют одинаковые значения толщины слоя. Конечно, значения толщины слоя обоих слоев 16 и 18 также могут быть различны.

Также максимальная степень R отражения (здесь опять же для 530 нм) для оптически изменяющегося элемента 1 на фиг. 9 теперь с прим. 0,6, как показано на фиг. 11, явно повышена по сравнению с прим. 0, 22 в случае одного единственного отражающего слоя 6 (фиг. 5). На фиг. 11 показана степень R отражения вдоль вертикальной оси, а значения z толщины слоя в 53 (кривая 20), 265 нм (кривая 21) и 477 нм (кривая 22) обоих слоев 16 и 18 с высокими коэффициентами преломления для диапазона длин волн от 400 до 700 нм вдоль горизонтальной оси. Промежуточный слой 17 имеет толщину 88 нм.

Тем самым структура отражающего слоя 19 в форме тройного слоя с двумя слоями 16 и 18 с высоким коэффициентом преломления и расположенным между ними промежуточным слоем 17 является наиболее преимущественной, поскольку можно достичь явного повышения качества по сравнению с одним единственным отражающим слоем 6 с относительно низкими дополнительными расходами при производстве.

В описанных ранее формах осуществления соответственно была проведена оптимизация в отношении отражения в зеленом цвете. Конечно, этим не ограничиваются. Предлагаемая концепция также может применяться к другим цветам и переноситься на них.

Так на фиг. 12 для формы осуществления согласно фиг. 2 значения для а* нанесены вдоль горизонтальной оси, а для b* - вдоль вертикальной оси для значений толщины z слоя отражающего слоя 6 от 0 до 500 нм с шагом в 1 нм, причем указанные стрелки показывают названные выше значения толщины z слоя в 53 нм, 159 нм, 265 нм, 371 нм и 477 нм для максимума отражения в 530 нм (в зеленом цвете).

На фиг. 13 показано соответствующее изображение, как на фиг. 12, для формы осуществления на фиг. 9, причем промежуточный слой 17 имеет толщину слоя в 88 нм.

Как можно увидеть на изображениях на фиг. 12 и 13, могут создаваться цвета всех цветовых углов с высокой насыщенностью. Так точки в направлении положительной оси а* представляют красные оттенки, точки в направлении отрицательной оси а* - зеленые оттенки, точки в направлении положительной оси b* - желтые оттенки, и точки в направлении положительной оси b* - синие оттенки. Между ними получают соответствующие смешанные цвета. Кроме того, для оптимизации определенного цветового оттенка можно оптимизировать толщину промежуточного слоя 17.

Здесь следует указать на то, что в виде сверху видимые цвета также зависят от угла отражения и могут иметь эффект переливания. Отражающие слои с высоким коэффициентом преломления показывают при этом меньшие переливы цвета, чем отражающие слои с низким коэффициентом преломления. В зависимости от применения явный эффект переливания цвета может быть желательным или нежелательным. В зависимости от этого можно выбрать, например, коэффициент преломления отражающего слоя.

Кроме того, толщина отражающего слоя может быть оптимизирована в отношении особенно насыщенного, также и в отношении по возможности белого изображения. На фиг. 14 для формы осуществления оптически изменяющегося элемента 1 на фиг. 2 вдоль вертикальной оси изображена яркость L* (кривая 23) и насыщенность С* (кривая 24) при отражении в зависимости от толщины z слоя от 0 до 500 нм вдоль горизонтального направления. Особо преимущественной является толщина z слоя ок. 50 нм. Здесь высокая яркость имеется при очень низкой насыщенности, что на практике вызывает очень яркие, белые изображения. Эта толщина слоя соответствует примерно одной оптической длине пути nRz в прим. 125 нм. Тем самым по приведенной выше формуле с m=0 при прим. 500 нм имеется широкий максимум, т.е. в центре видимого спектра. То есть в общем с толщиной слоя в соответствии одной оптической длине пути nRz ок. 125 нм можно достичь особенно ярких белых изображений.

За счет использования двух отражающих слоев 16 и 18 с толщиной прим. 50 нм и коэффициентом преломления в 2,5, который отделен промежуточным слоем 17 с коэффициентом преломления в 1,7 и толщиной 88 нм, также при структуре на фиг. 9 можно еще раз явно повысить яркость (отражающий слой 19 с тройным слоем).

Частично прозрачный отражающий слой 6 и слои 16 и 18 с высоким коэффициентом преломления могут быть, прежде всего, реализованы диэлектриками с высоким коэффициентом преломления, например, TiO₂ или ZnS. Для промежуточного слоя 17 с низким коэффициентом преломления можно использовать, например SiO₂ или MgF₂.

Для оптического действия в первую очередь имеют значение различия в коэффициенте преломления и в меньшей степени - абсолютные значения. Вместо отражающих слоев 6, 16, 18 с высоким коэффициентом преломления в лаке 5, 7 с низким коэффициентом преломления в принципе также могут использоваться и отражающие слои с низким коэффициентом преломления в лаках с высоким коэффициентом преломления. Так по уровню техники известны, прежде всего, лаки с коэффициентом преломления в 1,8, которые могут покрываться, например, отражающим слоем из MgF₂. Промежуточный слой в этом случае может быть слоем с высоким коэффициентом преломления, например, из ZnS. Кроме того, также могут использоваться диэлектрические полимеры в качестве отражающего слоя(ев) или же промежуточного слоя(ев).

Кроме того, микрозеркала 8 могут быть на отдельных участках покрыты различными отражающими слоями. Прежде всего, отражающие слои могут быть местами выпущены и/или иметься с различной толщиной слоя. За счет этого можно реализовать, прежде всего, также и многослойные виды и/или смену между видами с различными цветами. Возможность для реализации местами различных отражающих слоев - способы промывки, в которых, например, сначала промывочная краска надпечатывается на лаки для тиснения или же при необходимости уже имеющиеся нижние отражающие слои, в этом случае отражающий слой напыляется по всей поверхности и затем промывочная краска снова смывается, причем покрытие также наносится на предварительно покрытые промывочной краской участки.

Предлагаемый оптически изменяющийся элемент 1 может показывать несколько различных оптических эффектов. Оптические эффекты могут содержать, например, трехмерную выпуклость, трехмерную стереограмму, (мульти-) переливающиеся картинки и/или кинематические эффекты.

На фиг. 15 показано изображение формы осуществления оптически изменяющегося элемента 1 в разрезе, в котором элемент 1 имеет три участка А, В и С. На каждом из этих участков находятся микрозеркала 8, которые отражают падающий свет L1 в соответственно заданные направления R_A, R_B и R_C. При вертикально падающем свете L1 участки А, В и С ярко загораются соответственно из соответствующего направления R_A-R_C рассмотрения заданным отражающим слоем 6 цветом. За счет этого, например, возможно, что с различных направлений R_A-R_C рассмотрения воспринимают различные сюжеты. Участки А-С могут быть вложены друг в друга.

Чтобы можно было представить любые сюжеты так, чтобы негативное изображение не было видно с определенных направлений в виде сверху, можно, например, местами пропустить отражающий слой 6. В качестве альтернативы пропуску отражающего слоя 6 на участках, которые не должны ярко загораться ни из одного из возможных направлений r_A-r_C рассмотрения при виде сверху, вместо зеркал 8 может быть вытиснена антиотражающая структура (не показана), прежде всего субволновая дифракционная решетка или структура «глаз мотылька». Такой способ является особо преимущественным, поскольку не требуются дополнительные рабочие шаги для пропуска отражающего слоя и антиотражающие структуры с высоким разрешением могут быть вытиснены с точностью до регистра в той же рабочей операции рядом с микрозеркалами 8.

Предлагаемый оптически изменяющийся элемент может использоваться, прежде всего, на прозрачном участке ценного документа, прежде всего, банкноты. Однако, в качестве альтернативы, он может быть размещен на светлом или темном фоне. На темном фоне изображения в виде сверху кажутся особенно светлыми и контрастными. Однако поскольку темный фон нельзя интегрировать в любой дизайн банкнот, оптически изменяющийся элемент 1 может быть выполнен таким образом, что сюжет при рассмотрении сверху может восприниматься таким ярким, что он также на белом фоне или фоне с любым напечатанным сюжетом еще в достаточной мере выделяется.

Предлагаемый оптически изменяющийся элемент 1 также может быть выполнен в виде защитной нити. Кроме того, можно образовывать оптически изменяющийся элемент 1 непосредственно на ценном документе. Так можно выполнить непосредственную печать с последующим тиснением оптически изменяющегося элемента 1 на полимерной подложке, чтобы, например, образовать предлагаемый защитный элемент в пластиковых банкнотах. Предлагаемый оптически изменяющийся элемент 1 также может быть выполнен в самых различных подложках. Прежде всего, он может быть образован в или на бумажной подложке, бумаге с синтетическими волокнами, т.е. бумаге с х долей полимерных материалов в диапазоне от 0<х<100% по массе на синтетической пленке, например, пленке из полиэтилена (ПЭ), полиэтилентерефталата (ПЭТ), полибутилентерефталата (ПБТ), полиэтиленнафталата (ПЭН), полипропилена (ПП) или полиамида (ПА), или многослойного композита, прежде всего композита из нескольких различных пленок (композитного соединения) или композита из бумаги-пленки (пленка/бумага/пленка или бумага/пленка/бумага), причем оптически изменяющийся элемент может быть предусмотрен в каждом из слоев такого многослойного композита или на нем или между ним.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 оптически изменяющийся элемент

2 окно

3 банкнота

4 звезда

5 прозрачный несущий слой

6 частично прозрачный отражающий слой

7 прозрачный заполняющий слой

8 микрозеркала

10-15 кривая

16 слой с высоким коэффициентом преломления

17 промежуточный слой

18 слой с высоким коэффициентом преломления

19 отражающий слой

20-24 кривая

L1 падающий свет

R1, R2 отраженный свет

В1 направление взгляда

Р1 двойная стрелка

R степень отражения

Т коэффициент светопропускания

А, В, С участок

R_A, R_B, R_C направление

Защитный элемент содержит прозрачный несущий слой и частично прозрачный отражающий слой, который выполнен на несущем слое. Также элемент содержит прозрачный заполняющий слой, который выполнен на отражающем слое. Причем отражающий слой в области сюжета структурирован таким образом, что он образует несколько частично прозрачных микрозеркал, которые за счет направленного отражения падающего света при взгляде сверху на область сюжета демонстрируют различаемый сюжет. При этом коэффициенты преломления несущего и заполняющего слоя в видимом спектре различаются не более чем на 0,2, чтобы различаемый при рассмотрении сверху сюжет при рассмотрении области сюжета на просвет не мог быть распознан. Технический результат заключается в создании оптически изменяющегося защитного элемента с высокой защитой от подделки с высокой распознаваемостью и улучшенной верификации. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Оптически изменяющийся элемент, прежде всего защитный элемент, содержащий:
прозрачный несущий слой,
по меньшей мере, частично прозрачный отражающий слой, который выполнен на несущем слое, и
прозрачный заполняющий слой, который выполнен на отражающем слое,
причем отражающий слой в области сюжета структурирован таким образом, что он образует несколько частично прозрачных микрозеркал, которые за счет направленного отражения падающего света при взгляде сверху на область сюжета демонстрируют различаемый сюжет, и
причем коэффициенты преломления несущего слоя и заполняющего слоя в видимом спектре различаются не более чем на 0,2, чтобы различаемый при рассмотрении сверху сюжет при рассмотрении области сюжета на просвет не мог быть распознан.

2. Элемент по п. 1, в котором коэффициенты преломления несущего слоя и заполняющего слоя в видимом спектре отличаются не более чем на 0,1 и, прежде всего, не более чем на 0,05.

3. Элемент по п. 1 или 2, в котором обращенная от отражающего слоя верхняя сторона заполняющего слоя не повторяет рельеф микрозеркал.

4. Элемент по п. 1, в котором отражающий слой является диэлектрическим слоем, коэффициент преломления которого по меньшей мере в одной части видимого спектра отличается соответственно более чем на 0,2 от коэффициента преломления несущего слоя и от коэффициента преломления заполняющего слоя.

5. Элемент по п. 4, в котором коэффициент преломления отражающего слоя по меньшей мере в одной части видимого спектра соответственно отличается от коэффициента преломления несущего слоя и от коэффициента преломления заполняющего слоя более чем на 0,3 и, прежде всего, более чем на 0,5.

6. Элемент по п. 1, в котором несколько частично прозрачных микрозеркал выполнены так, что за счет направленного отражения падающего света при рассмотрении сверху области сюжета при различных направлениях взгляда демонстрируются по меньшей мере два различных сюжета.

7. Элемент по п. 1, в котором минимальные продольные размеры микрозеркал больше 1 мкм и, предпочтительно, находятся в диапазоне от 3 мкм до 300 мкм.

8. Элемент по п. 1, в котором толщина отражающего слоя выбрана так, что за счет интерференции света, отраженного от пограничных поверхностей отражающего слоя, различаемый при рассмотрении сверху сюжет демонстрируется цветным.

9. Элемент по п. 1, в котором толщина z слоя отражающего слоя для желаемой длины волны выбрана так,
что выполнено следующее равенство , причем m является целым числом от 1 до 4, а n_R - коэффициентом преломления отражающего слоя.

10. Элемент по п. 9, в котором приведенное выше равенство для z выполнено для m=2.

11. Элемент по п. 8, в котором отражающий слой в отражении имеет насыщенность более 40, предпочтительно более 50 и особо предпочтительно более 60.

12. Элемент по п. 8, в котором отражающий слой имеет толщину слоя, соответствующую оптической длине пути от 285 до 1755 нм, предпочтительно от 475 до 1365 нм и особо предпочтительно от 500 до 1100 нм.

13. Элемент по п. 8, в котором отражающий слой образован посредством трех слоев, из которых оба внешних имеют соответственно толщину слоя, соответствующую оптической длине пути от 285 и 1755 нм, предпочтительно от 475 до 1365 нм и особо предпочтительно от 500 до 1100 нм.

14. Элемент по п. 1, в котором отражающий слой образован посредством одного диэлектрического слоя или нескольких диэлектрических слоев с высоким коэффициентом преломления, имеющего/имеющих коэффициент преломления > 1,7, предпочтительно > 1,8 и особо предпочтительно > 2.

15. Элемент по п. 1, в котором толщина отражающего слоя выбрана так, что за счет интерференции света, отраженного от пограничных поверхностей отражающего слоя, различаемый при рассмотрении сверху сюжет демонстрируется белым.

16. Элемент по п. 15, в котором толщина отражающего слоя выбрана так, что соответствующая оптическая длина пути составляет от 115 до 135 нм.

17. Элемент по п. 1, в котором отражающий слой имеет трехслойную структуру с двумя внешними слоями и расположенным между ними промежуточным слоем, причем коэффициенты преломления внешних слоев одинаковы.

18. Оптический элемент по п. 17, в котором коэффициенты преломления внешних слоев больше, чем коэффициент преломления промежуточного слоя.

19. Носитель данных с оптически изменяющимся элементом по одному из предшествующих пунктов.