Оптически изменяемое защитное устройство содержит фотонный кристалл, для которого падающий свет, принимаемый кристаллом, избирательно отражается или пропускается кристаллом для получения первого оптически изменяемого эффекта, наблюдаемого по первому множеству направлений. Падающий свет, принимаемый кристаллом, избирательно отражается или пропускается кристаллом для получения оптического эффекта, наблюдаемого по второму множеству направлений, которое отличается от первого множества.

[0001] Оптически изменяемое защитное устройство, содержащее фотонный кристалл, который избирательно отражает или пропускает падающий на него свет по первому множеству направлений, проявляя первый оптически изменяемый эффект, и второму множеству направлений, которое отличается от первого множества направлений, проявляя второй оптический эффект.

[0002] Устройство по п.1, в котором фотонный кристалл имеет полную или частичную запрещенную зону, которая не имеет вращательной симметрии вокруг нормали к его поверхности.

[0003] Устройство по п.1 или 2, в котором второй оптический эффект является оптически изменяемым.

[0004] Устройство по любому из предыдущих пунктов, содержащее фотонный кристалл, в котором проявление указанных первого и второго оптических эффектов зависит от ориентации кристалла относительно падающего света.

[0005] Устройство по п.4, в котором каждый оптически изменяемый эффект зависит от угла наблюдения относительно кристалла.

[0006] Устройство по любому из пп.3-5, в котором устройство выполнено так, что проявление эффектов видно невооруженным глазом.

[0007] Устройство по любому из пп.3-6, в котором часть одного или более оптически изменяемых эффектов проявляется в инфракрасной или ультрафиолетовой части электромагнитного спектра.

[0008] Устройство по любому из пп.3-7, в котором при освещении устройства источником белого света первый и второй оптически изменяемые эффекты являются цветовыми эффектами.

[0009] Устройство по п.7 или 8, в котором первый оптически изменяемый эффект является первым зависимым от угла цветовым эффектом, а второй оптически изменяемый эффект является вторым зависимым от угла цветовым эффектом, который отличается от первого.

[0010] Устройство по любому из пп.3-9, в котором первый и второй эффекты являются эффектами отражения.

[0011] Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором фотонный кристалл содержит квазикристалл.

[0012] Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором эффекты проявляются под воздействием одного или более видов света, выбранных из ультрафиолетового, видимого или инфракрасного диапазонов.

[0013] Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором фотонный кристалл образован из гранул первого материала и матрицы из второго материала, причем каждый материал имеет отличный от другого показатель преломления.

[0014] Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором структурные параметры фотонного кристалла отличаются в разных областях внутри кристалла так, чтобы получить разные соответствующие оптические свойства.

[0015] Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором фотонный кристалл образован из двух или более кристаллических структур, имеющих различные оптически изменяемые свойства.

[0016] Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором фотонный кристалл выполнен в виде самонесущей пленки.

[0017] Устройство по любому из пп.1-15, в котором фотонный кристалл размещен на подложке или несущем слое.

[0018] Устройство по п.17, в котором подложка или несущий слой представляют собой полимерный слой.

[0019] Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором защитное устройство снабжено слоем адгезива на одной или каждой из внешних его поверхностей.

[0020] Устройство по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащее рассеивающий слой.

[0021] Устройство по любому из предыдущих пунктов, на которое дополнительно нанесен один или более слоев оптически поглощающего материала.

[0022] Устройство по п.21, в котором поглощающий материал является избирательно поглощающим в зависимости от длины волны света.

[0023] Устройство по п.21 или 22, в котором поглощающий материал представляет собой типографскую краску или краситель.

[0024] Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором элемент дополнительно содержит металлизированный слой.

[0025] Устройство по п.24, в котором металлизированный слой избирательно деметаллизирован на ряде участков.

[0026] Устройство по п.24 или 25, в котором устройство дополнительно содержит резистивный слой на металлизированном слое.

[0027] Устройство по пп.24-26, в котором указанный металлизированный слой или резистивный слой нанесен в виде знаков.

[0028] Устройство по любому из предыдущих пунктов, которое выполнено машиночитаемым.

[0029] Устройство по п.28, в котором по меньшей мере один слой устройства или фотонный кристалл дополнительно содержит машиночитаемый материал.

[0030] Устройство по п.28, в котором устройство дополнительно содержит отдельный слой, содержащий машиночитаемый материал.

[0031] Устройство по п.29 или 30, в котором машиночитаемый материал представляет собой магнитный материал.

[0032] Устройство по любому из пп.28-31, в котором машиночитаемый материал выполнен реагирующим на внешнее воздействие.

[0033] Устройство по любому из пп.28-32, в котором машиночитаемый материал является, по существу, прозрачным.

[0034] Устройство по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащее оптически поглощающий материал, сформированный внутри кристаллической структуры.

[0035] Устройство по любому из пп.1-33, дополнительно содержащее наночастицы внутри кристаллической структуры.

[0036] Устройство по п.35, в котором фотонный кристалл дополнительно содержит наночастицы, распределенные в кристалле, по существу, равномерно, так что каждая часть кристалла проявляет, по существу, тот же самый оптический эффект.

[0037] Устройство по п.35, в котором фотонный кристалл дополнительно содержит наночастицы, распределенные в кристалле, по существу, неоднородно, так что разные части кристалла проявляют, по существу, разный оптический эффект.

[0038] Устройство по п.37, в котором наночастицы распределены в соответствии с градиентом концентрации.

[0039] Устройство по п.37, в котором наночастицы распределены в ряде зон в различных концентрациях.

[0040] Устройство по любому из пп.35-39, в котором наночастицы представляют собой наночастицы углеродного материала.

[0041] Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором устройство приспособлено для получения скрытого изображения, которое является избирательно видимым в зависимости от угла зрения.

[0042] Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором поверхность фотонного кристалла обработана тиснением рельефными структурами.

[0043] Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором поверхность фотонного кристалла пропечатана сверху.

[0044] Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором защитное устройство дополнительно содержит голограмму.

[0045] Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором фотонный кристалл выполнен в виде полимерной пленки.

[0046] Защищенный документ, содержащий защитное устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором защитное устройство приклеено к защищаемому документу или, по существу, содержится внутри защищаемого документа.

[0047] Защищенный документ по п.46, в котором защитное устройство встроено в пределах окна документа так, чтобы обеспечить прием падающего света поверхностями кристалла на каждой из противоположных лицевых сторон документа.

[0048] Защищенный документ по п.46 или 47, в котором защитное устройство предусмотрено в форме, выбранной из группы, включающей защитную нить, защитное волокно, защитную накладку, защитную полоску, защитную ленту или защитную пленку.

[0049] Защищенный документ по любому из пп.46-48, в котором защитное устройство покрывает сверху, присоединено к или составляет часть дополнительного защитного признака.

[0050] Защищенный документ по любому из пп.46-49, в котором защитное устройство подкреплено прозрачным слоем.

[0051] Защищенный документ по любому из пп.46-50, в котором защищаемый документ представляет собой банкноту.

Настоящее изобретение относится к усовершенствованиям в защитных устройствах (элементах защиты), которые могут быть использованы при изменяемых размерах и форме для различных случаев применения при подтверждении подлинности (опознания) или защите.

Обеспечительные документы, такие как банкноты, теперь часто являются носителями оптически изменяемых устройств, которые проявляют зависимое от угла цветное отражение. Это мотивировано прогрессом в областях применения имеющих компьютерное обеспечение настольной издательской системы и сканирования, которые обеспечивают обычные методы печати для защиты, такие как глубокая или офсетная печать, наиболее подверженные попыткам тиражирования или воспроизведения (подделки). Из предшествующего уровня техники хорошо известно использование жидкокристаллических материалов или тонкопленочных интерференционных структур для создания такого зависимого от угла цветного отражения. Примеры элементов защиты (защитных устройств) на основе жидких кристаллов описаны в ЕР 0435029, WO 03061980 и ЕР 1156934, а примеры элементов защиты с использованием тонкопленочных интерференционных структур описаны в US 4186943 и US 20050029800.

Планарная природа жидкокристаллических пленок и тонкопленочных интерференционных структур дает в результате наблюдаемое зависимое от угла цветное отражение, проявляющее ограниченное пространственное изменение, например, простое изменение красного цвета на зеленый при отклонении элемента защиты от нормального угла падения.

Фотонные кристаллы представляют собой структурированные оптические материалы, в которых показатель преломления периодически меняется по двум или предпочтительно по трем направлениям. Будучи подвергнутыми электромагнитному излучению с длиной волны, сравнимой с периодом пространственного изменения показателя преломления эти материалы проявляют ряд интересных оптических эффектов. Отражение под углом Брэгга может происходить в диапазоне длин волн, который зависит от направления падения/распространения и периодичности изменения показателя преломления. Это приводит к запрещенным зонам фотонной энергии, которые аналогичны электронным запрещенным зонам в полупроводниках. Как правило, электромагнитные волны в определенном диапазоне частот не могут распространяться в отдельных направлениях внутри кристалла, и падающее электромагнитное излучение при этих длинах волн вследствие этого отражается. Именно наличие таких частичных фотонных запрещенных зон приводит к появлению мерцающих цветов, наблюдаемых в опаловых драгоценных камнях.

В общем, существует сложная зависимость от длины волны, направления распространения и поляризации, которая определяет, какие электромагнитные волны могут распространяться внутри фотонного кристалла и те из них, которые, в остальном, отражаются. Однако если модуляция показателя преломления достаточно сильна, то распространение определенных частот на любом кристаллическом направлении может быть недопустимо, и возникает полная фотонная запрещенная зона. В этом случае предотвращается распространение света внутри кристалла в любом направлении, и материал ведет себя как идеальный отражатель, так что весь свет длины волны в пределах интервала запрещенной зоны прекрасно отражается независимо от направления падения света.

Существует два хорошо документированных способа изготовления структур с необходимым высоко упорядоченным изменением показателя преломления - микрофабрикация и самосборка. Вследствие сложности микрофабрикации значительные усилия были направлены на исследование самокомпанующихся систем, составленных из субмикронных трехмерных массивов диэлектрических гранул (сфер). Такие фотонные кристаллы образованы за счет предоставления коллоидной суспензии из гранул с одинаково подобранным размером возможности медленно оседать под влиянием гравитации или за счет приложения внешней силы, так что гранулы естественным образом упорядочиваются.

Одним хорошо известным примером является изготовление из опала синтетических структур, где одинаково подобранные по размеру субмикронные кварцевые гранулы построены через процесс осаждения в гранецентрированной кубической кристаллической структуре.

Дополнительные улучшения этой методики разработаны так, что синтетический опал ведет себя как предшественник или образец для дополнительной подгонки заданной структуры. Показано, что можно использовать такие системы в качестве образцов для реализации материалов, известных как перевернутые опалы. Здесь пустоты между кварцевыми гранулами сперва заполняют материалами с высоким показателем преломления, а затем кварц растворяют химическими средствами для получения материала, который состоит из воздушных (заполненных воздухом) гранул, разделенных однородной матрицей из материала с высоким показателем преломления.

Использование фотонных кристаллов для того, чтобы вызвать зависимое от угла цветное отражение описано в WO 03062900 и US 20050228072. Оптические свойства фотонных кристаллов могут быть заданы и изменены в большей степени, чем оптические свойства плоских жидкокристаллических и тонкопленочных интерференционных устройств. Во-первых, зависимость отраженного света от угла и длины волны может быть легко регулируема изменением структуры кристаллической решетки или простым регулированием размера гранулы (сферы) или отделением гранулы. Аналогичным образом, подобранные допустимые и недопустимые отражения/пропускания могут быть заданы или усилены внедрением структурных дефектов в решетку или внедрением наночастиц в структуру. Это, в принципе, дает возможность модифицировать и задавать структуру зоны (полосы), а, следовательно, и длину волны и пространственную зависимость коэффициента отражения.

Использование фотонных кристаллов в защитных устройствах ограничено, и в предшествующем уровне техники оно ограничено до простого зависимого от угла цветового отражения, наблюдаемое при наклоне устройства лицом, устанавливающим подлинность. В предшествующем уровне техники также нет сведений о том, как включать такие элементы в документы подлежащие защите так, чтобы дополнительные оптические эффекты, которые могут возникать от фотонных кристаллов в сравнении с другими известными дихроическими материалами, могли быть использованы для проверки подлинности документа. Задачей настоящего изобретения является повышение защиты устройств, описанных в предшествующем уровне техники.

Согласно настоящему изобретению предусматривается оптически изменяемое защитное устройство, содержащее фотонный кристалл, в случае которого принимаемый кристаллом падающий свет избирательно отражается или пропускается кристаллом для создания первого оптически изменяемого эффекта, наблюдаемого на первом наборе направлений, и принимаемый кристаллом падающий свет избирательно отражается или пропускается кристаллом для создания оптического эффекта, отличающегося от первого оптически изменяемого эффекта, наблюдаемого на втором наборе направлений, которое отличается от первого набора.

Оптический эффект может давать оптически изменяемый эффект, такой как отражение падающего света при всех длинах волн. Однако, как правило, указанный вызванный оптический эффект является вторым оптически изменяемым эффектом, который отличается от первого.

Поэтому оптически изменяемое защитное устройство, предпочтительно, содержит фотонный кристалл, который проявляет по меньшей мере одно зависимое от угла цветовое отражение, наблюдаемое на первом наборе направлений, и второе, отличающееся от первого зависимое от угла цветовое отражение, наблюдаемое на втором наборе направлений, которое отличается от первого набора. Первое и/или второе наборы направлений могут лежать, в основном, в соответствующих плоскостях.

Поэтому настоящее изобретение обеспечивает двунаправленный оптический эффект. Поэтому первый и второй оптически изменяемые эффекты, предпочтительно, зависят от ориентации кристалла относительно падающего света. Кроме того, как правило, оптически изменяемые эффекты являются функцией угла обзора относительно кристалла.

Поэтому изобретение предусматривает повышенный эффект защиты за счет обеспечения двух различных эффектов при обзоре защитного устройства из разных положений по мере его вращения. Предпочтительно, каждый эффект является видимым для человека-наблюдателя, хотя помимо этого или в качестве альтернативы он может быть машиночитаемым.

Отраженный свет в контексте настоящего изобретения включает как зеркально отраженный свет, так и рассеянный свет.

Фотоннокристаллические материалы, подходящие для использования в настоящем изобретении, являются теми материалами, где проявляемая полная или частичная фотонная запрещенная зоны не имеют вращательной симметрии вокруг нормали к ее поверхности. Например, пространственное изменение запрещенной зоны, связанное с падением света в плоскости x-z, может отличаться от пространственного изменения запрещенной зоны, связанного с падением света в плоскости y-z. В результате цвет отраженного света при произвольном азимутальном угле в плоскости x-z, в общем, не будет тем же, как цвет отраженного света при том же азимутальном угле в плоскости y-z. Таким образом, для произвольного азимутального угла перекоса поверхность будет проявляться, изменяющей цвет при вращении. Предпочтительно полная или частичная фотонная запрещенная зона может также являться функцией азимутального угла в одной или обеих плоскостях, так что одна или более плоскостей также показывают зависимое от угла изменение цвета.

Один из способов достижения этого эффекта состоит в получении фотонного кристалла, образованного гранулами (сферами) первого материала и матрицей из второго материала, в котором каждый материал имеет отличный от других соответствующий показатель преломления, причем относительное расположение гранул и матрицы дает различные эффекты на соответствующих наборах направлений.

Структурные параметры фотонного кристалла могут быть подобраны разными в различных зонах кристалла так, чтобы эффективно вырабатывать множественные кристаллы с различными оптическими свойствами. Кроме того "кристалл" может содержать множество отдельных кристаллов.

Для реализации настоящего изобретения могут быть использованы различные виды кристаллов, и следует отметить, что термин "фотонный кристалл" по своему назначению включает квазикристаллы, которые проявляют этот эффект, также как и более упорядоченные "не-квази" фотонные кристаллы обычного типа.

Также предусмотрено то, что структурные параметры фотонного кристалла могут быть подобраны разными в различных зонах кристалла так, чтобы эффективно вырабатывать множественные кристаллы с различными оптическими свойствами. Кроме того "кристалл" может содержать множество отдельных кристаллов.

Свет может содержать видимый и/или невидимый свет, поэтому включающий, например, ультрафиолетовый и инфракрасный свет. Могут быть использованы широкие и узкие зоны (полосы) длины волны. Подобным образом фотонный кристалл может быть выполнен так, чтобы избирательно отражать свет в невидимой части спектра (включая ультрафиолетовую и инфракрасную). Когда свет получен от источника белого света (широкая полоса длины волны), то первый и второй оптически изменяемые эффекты, предпочтительно, являются цветовыми эффектами. Поэтому первый оптически изменяемый эффект предпочтительно является первым зависимым от угла цветовым эффектом, а второй оптически изменяемый эффект, предпочтительно, является вторым зависимым от угла цветовым эффектом, т.е. отличается от первого. Таким образом, наблюдаемый цвет является различной функцией угла обзора при осмотре с двух соответствующих направлений.

Поэтому различие наблюдается при зависимом от угла цветовом отражении, когда устройство наклонено вдоль различных заданных кристаллографических направлений. Например, фотонный кристалл может быть ориентирован так, что один цветовой сдвиг виден при наклоне образца вокруг оси, параллельной длинной стороне прямоугольного документа, в котором заключено устройство, а второй цветовой сдвиг наблюдается тогда, когда образец вращают или наклоняют вокруг оси, параллельной короткой стороне документа.

Будет принято во внимание то, что два набора (множества) направлений не могут быть ортогональными. В то время как первый и второй эффекты, предпочтительно, наблюдаются в виде эффектов отражения, также наблюдаются эффекты пропускания.

Фотонные кристаллы могут быть предусмотрены в ряде форм, например, в виде самонесущего слоя. В качестве альтернативы он может быть подкреплен подложкой или несущим слоем, на который он наложен непосредственно или опосредовано (через один или более дополнительных слоев). Подложка или несущий слой могут принимать вид полимерного слоя.

Защитное устройство или элемент защиты может также содержать один или более дополнительных адгезивных слоев, например, для связывания устройства с дополнительным устройством и/или документом, подлежащим защите. Как правило, один или более таких адгезивных слоев предусмотрены на внешней поверхности устройства.

Также может быть предусмотрен рассеивающий слой так, чтобы вызвать рассеяние отраженного от фотонного кристалла света.

Оптически изменяемое защитное устройство может дополнительно содержать оптически поглощающий материал, предусмотренный в виде одного или более слоев, нанесенных на указанное устройство. Такой слой может быть предусмотрен на фотонном кристалле или, на самом деле, материал может быть сформирован внутри самой кристаллической структуры. Также наблюдается их сочетание. Включение такого поглощающего материала может быть использовано для усиления оптического эффекта для наблюдателя, или оно может быть использовано для усиления оптического эффекта при использовании, например поглощающих материалов, которые избирательно поглощают при длинах волн используемого цвета. В некоторых примерах с этой целью используют красители или типографские краски.

Оптические свойства могут быть также дополнительно или в качестве альтернативы дополнительно модифицированы или усилены за счет использования наночастиц, размещенных внутри кристаллической структуры, предпочтительно в междуузлиях. Наночастицы могут быть распределены в кристалле, по существу, равномерно, так что каждая часть кристалла проявляет, в основном, тот же самый оптический эффект. В качестве альтернативы наночастицы могут быть распределены в кристалле неоднородно, так что различные части кристалла проявляют, по существу, разный оптический эффект. Таким образом, наночастицы могут быть распределены в соответствии с градиентом концентраций. Наночастицы также могут быть распределены в ряде зон, имея различные концентрации.

Оптически изменяемое защитное устройство может дополнительно содержать металлизированный слой. Предпочтительно такой слой избирательно деметаллизирован на ряде участков. Помимо этого элемент может дополнительно содержать слой резиста поверх металлизированного слоя. Металлизированный слой и/или слой резиста предпочтительно скомпонованы в виде знаков. Такие слои со знаками или без них могут быть видимы с той же стороны фотонного кристалла, на которую падает свет, или с обратной стороны. Также наблюдается прозрачное визуальное отображение слоев при пропускании.

Также предпочтительно, чтобы устройство было скомпоновано машиночитаемым. Этого можно достичь рядом способов. Например по меньшей мере один слой устройства (используемый по выбору в качестве отдельного слоя) или сам по себе фотонный кристалл могут содержать машиночитаемый материал. Предпочтительно машиночитаемый материал представляет собой магнитный материал, такой как магнетит. Машиночитаемый материал может раагировать на внешнее воздействие. Кроме того, когда машиночитаемый материал сформован в виде слоя, то этот слой может быть прозрачным.

Оптически изменяемое защитное устройство может быть использовано во многих различных применениях, например, при прикреплении к ценным изделиям (объектам). Предпочтительно защитные устройства прикреплены к документу, подлежащему защите, или, по существу, включены в него. Такие документы, подлежащие защите включают банкноты, чеки, паспорта, удостоверения личности, сертификаты подлинности, финансовые оттиски и другие документы для обеспечения ценности или установления личности.

Поэтому защитное устройство может быть прикреплено к поверхности такого документа или заделано внутри документа так, чтобы обеспечить возможность приема падающего света поверхностями кристалла с одной или с каждой из противоположных лицевых сторон документа. Защитное устройство может иметь различные формы для использования с документами, подлежащими защите, причем они включают защитную нить, защитное волокно, защитную накладку (вставку), защитную ленту, защитную полоску или защитную пленку, но не ограничены ими в качестве примеров.

Фотоннокристаллические материалы на основе полимера являются особо подходящими для настоящего изобретения и, как правило, содержали бы полимерные материалы как для матрицы, так и для гранул. Типичные примеры полимерных фотонных кристаллов, подходящих для настоящего изобретения, описаны в US 20040131799, US 20050228072, US 20040253443 и US 6337131. Кристалл может быть образован из гранул первого материала и матрицы из второго материала, в которых каждый материал имеет различный соответствующий показатель преломления.

Материалы, подходящие для образования сфер (гранул) , предпочтительно, представляют собой отдельно взятые полимерные или сополимерные материалы. Типичные примеры включают как полимеры, так и сополимеры полимеризуемых ненасыщенных мономеров, а также - поликонденсаты и сополиконденсаты мономеров, содержащие по меньшей мере две реакционоспособные группы, причем подходят такие как, например, алифатические группы с высоким молекулярным весом, алифатические/ароматические или полностью ароматические сложные полиэфиры, полиамиды, поликарбонаты, полимочевины и полиуретаны, а также аминосмолы и фенольные смолы, такие как, например, меламиноформальдегидные, мочевиноформальдегидные и фенолформальдегидные конденсаты.

Материалы, подходящие для формирования матрицы включают добавочные полимеры и сополимеры полимеризуемых ненасыщенных мономеров, а также поликонденсатов и сополиконденсатов мономеров, имеющих две или более реакционноспособные группы, например алифатические группы с высоким молекулярным весом, алифатические-ароматические или полностью ароматические сложные полиэфиры и полиамиды, а также аминосмолы и фенольные смолы, такие как меламиноформальдегидные, мочевиноформальдегидные и фенолформальдегидные конденсаты.

Также для гранул и матрицы предусмотрены неполимерные материалы, и они могут представлять собой неорганические, металлические или гибридные композиты.

Предпочтительно фотоннокристаллический материал для использования в настоящем изобретении предусмотрен в виде пленки. Способы получения для образования полимерных пленок фотоннокристаллических материалов известны из уровня техники. Например, пленки могут быть изготовлены методами продолжительной переработки стандартного полимера, такими как раскатывание, каландрирование, выдувание пленки или плоскопленочная экструзия, что подробно описано в US 200050228072. В этом процессе расстановка (подгонка) гранул происходит при механическом воздействии, накладываемом процессом формирования пленки. Как только пленка сформирована, матрица оказывается поперечно-сшитой для фиксирования ориентации гранул. В качестве альтернативы пленка фотонокристаллического материала может быть изготовлена нанесением на несущую пленку композиции в виде покрытия, содержащей гранулы и матрицу, как описано в US 6337131. Как только композиция нанесена в виде покрытия, то любой диспергирующий или разбавляющий материал удаляется, и гранулы ориентируются в процессе их взаимной установки, после чего матрица оказывается поперечно-сшитой для фиксирования ориентации гранул.

В качестве альтернативы фотоннокристаллический материал может быть использован в порошкообразном или окрашенном виде. Пигменты получены формированием пленки на несущем слое, отделением пленки и размалыванием ее в пигмент или порошок.

Защитное устройство может быть помещено либо целиком на поверхности документа, как в случае полосы или накладки, либо оно может быть частично видно на поверхности документа в виде помещенной в окне защитной нити. Фотоннокристаллический материал, предпочтительно, включен в структуру устройства в виде пленки, но в качестве альтернативы он может быть включен в виде окрашенного покрытия.

Защитное устройство может включать другие дополнительные защитные признаки или оно может быть наложено поверх дополнительного защитного признака, одним из примеров которого является рассмотренный выше избирательно деметаллизированный слой, чтобы обеспечить усиленную защиту. Защитное устройство может быть также подкреплено прозрачным слоем, например, для того, чтобы позволить поверхности, связанной прозрачным слоем, принимать или пропускать свет.

Защитные нити сейчас присутствуют во многих из мировых валют, также как и в ваучерах, паспортах, дорожных чеках и других документах. Во многих случаях нить предусмотрена в частично заделанном или в открытом через окно виде, где нить оказывается вплетенной так, что проходит через бумагу внутри и снаружи. Один способ получения бумаги, с так называемыми местами обнаженными нитями, может быть найден в ЕР 0059056, ЕР 0860298 и WO 03095188 и описывает различные подходы для включения широких частично экспонируемых нитей в бумажную основу (подложку). Широкие нити, для которых типична толщина 2-6 мм, особенно полезны, т.к. дополнительная открытая (экспонируемая) поверхность дает возможность для лучшего использования оптически изменяемых устройств, таких как раскрыты в настоящем изобретении.

Указанное защитное устройство может быть встроено в документ так, что участки устройства видны с обеих сторон документа. Из уровня техники известны методы формирования прозрачных зон как в бумажных, так и полимерных подложках. Например, WO 8300659 описывает полимерную банкноту, образованную из прозрачной подложки, содержащей светонепроницаемое (рентгеноконтрастное) покрытие на обеих сторонах подложки. Светонепроницаемое покрытие не включено в локализованные участки на обеих сторонах подложки для образования прозрачной области.

Способы встраивания защитного устройства так, что оно видно с обеих сторон бумажного документа, описаны в ЕР 1141480 и WO 03054297. В способе, описанном в ЕР 1141480, одна сторона устройства полностью открыта на одной поверхности документа, в которую оно частично включено, и частично открыта в окнах на другой поверхности подложки.

В случае ленты или вставки фотоннокристаллическая пленка на носителе подложки, предпочтительно, заводского изготовления и переносится на подложку в последующей рабочей стадии. Фотоннокристаллическая пленка может быть нанесена на документ при использовании слоя адгезива (адгезивного слоя). Слой адгезива нанесен или на фотоннокристаллическую пленку или на поверхность документа, подлежащего защите, к которой должно быть приложено устройство. После переноса несущая полоса может быть удалена с оставлением устройства с фотоннокристаллической пленкой в виде экспонируемого слоя или, в качестве альтернативы, несущий слой может оставаться как часть структуры, действующей как внешний защитный слой.

После наложения фотоннокристаллического устройства документ, такой как банкнота, проходит через дополнительные стандартные процессы печати с защитой от подделок, включая один или более из следующих видов печати: мокрая или сухая литография, глубокая печать, высокая печать, флексография, растровая печать и/или глубокая печать. В предпочтительном примере и для повышения эффективности защитного устройства против подделки конструкция защитного устройства должна быть взаимосвязана с защищаемым документом по содержанию и совмещению с конструкциями, а также по идентификации информации, предусмотренной на документе.

Кроме того фотоннокристалическое устройство может быть подогнано посредством печати поверх рисунка или текста или тиснения либо до, либо после того, как он включен в документ, подлежащий защите. Тиснение может включать грубое недифракционное или дифракционное тиснение. Устройство может быть приспособлено для получения скрытого изображения, которое можно видеть избирательно в соответствии с углом зрения.

Поверхность фотонного кристалла может быть непосредственно обработана тиснением для получения рельефных структур, которые могут быть использованы для формирования скрытого изображения. Кроме того устройство может быть приспособлено к тому, чтобы содержать голограмму при использовании по выбору полученной тиснением структуры на поверхности фотонного кристалла или при обеспечении дифракционной структуры в дополнительном слое металла, который может, например, частично покрывать кристалл.

В некоторых случаях фотонный кристалл может проявлять дополнительный оптический эффект в ответ на внешнее воздействие. Как правило, дополнительный оптический эффект является оптически изменяемым эффектом. Воздействие может принимать ряд форм, включая механическое, термическое, химическое, электрическое, магнитное, электромагнитное или звуковое воздействие или, на самом деле, сочетание таких воздействий. В то время, как такие воздействия могут иметь необратимый эффект, предпочтительным является обратимый эффект. Для достижения такого эффекта может быть использован упругий фотонный кристалл.

Описание фигур чертежей

Теперь будут описаны некоторые примеры - настоящего изобретения со ссылкой на сопутствующие чертежи, в которых

фиг. 1 иллюстрирует действие фотоннокристаллических эффектов;

фиг. 2 показывает встраивание фотонного кристалла в несущий слой согласно первому примеру;

фиг. 3 показывает элемент защитное устройство в качестве второго примера, встроенное в защищаемый документ;

фиг. 4 - третий пример защитного устройства для использования в виде выставленной в окне защитной нити;

фиг. 5 - элемент защитное устройство согласно четвертому примеру, имеющее полимерный несущий слой;

фиг. 6а - защитное устройство согласно пятому примеру, имеющее деметаллизированные символы;

фиг. 6b - машиночитаемый шестой пример, включающий магнитный материал;

фиг. 7 - включение защитного устройства по седьмому примеру внутрь прозрачного участка;

фиг. 8а - защитное устройство согласно восьмому примеру;

фиг. 8b - машиночитаемый девятый пример в качестве альтернативы восьмому примеру;

фиг. 9а - вид передней стороны защитного устройства, частично заделанного внутрь бумажной подложки;

фиг. 9b - соответствующий вид задней стороны;

фиг. 10 - поперечное сечение защитного устройства десятого примера, содержащего два фотонных кристалла;

фиг. 11а,b,с - защитное устройство одиннадцатого примера при наблюдении его с трех направлений (соответственно, 11а, 11b, 11c);

фиг. 12 - защитное устройство двенадцатого примера, которое дополнительно подвергнуто обработке тиснением;

фиг. 13 - защитное устройство тринадцатого примера, имеющего красный и черный поглощающие слои;

фиг. 14 - защитное устройство тринадцатого примера, наложенное на документ;

фиг. 15 - защитное устройство четырнадцатого примера, имеющее запрещенные зоны в фотонном кристалле и имеющее поглощающий слой;

фиг. 16 - защитное устройство пятнадцатого примера, содержащее наночастицы;

фиг. 17 - защитное устройство шестнадцатого примера для использования его в качестве наклейки;

фиг. 18 - защитное устройство шестнадцатого примера, прикрепленное к подложке;

фиг. 19 - семнадцатый пример, аналогичный шестнадцатому;

фиг. 20 а,b,с - защитное устройство семнадцатого примера при наблюдении с трех различных направлений (соответственно, 20а, 20b, 20с) ;

фиг. 21а, 21b показывает, соответственно, передний и задний виды защитного устройства восемнадцатого примера, имеющего упругий фотонный кристалл; и

фиг. 21с представляет собой схематический вид восемнадцатого примера при его деформации в руке пользователя.

На фиг. 1 показано защитное устройство по настоящему изобретению, встроенное в защищаемый документ в виде накладки, приложенной к поверхности. На фиг. 2 показан вид в поперечном сечении накладки на документ по фиг. 1.

Защитное устройство содержит самонесущую фотоннокристаллическую пленку, на которую нанесен темный поглощающий слой. Для прилипания к защищаемому документу на внешнюю поверхность защитного устройства на темном поглощающем слое может быть нанесен слой адгезива. Хотя детальная физика фотонных кристаллов довольно сложна, может быть выделена закономерность при рассмотрении фотонного кристалла, показывающего разную и частичную фотонную запрещенную зону для света, распространяющегося в направлении х, по сравнению со светом, распространяющимся в направлении у. Изменение в частичной фотонной запрещенной зоне в плоскости x-z и y-z может быть результатом симметрии структуры фотонного кристалла, т.е. расположения гранул (сфер) при их укладке, или результатом наличия включений или дефектов внутри структуры фотонного кристалла.

Когда устройство на фиг. 2 наблюдается в отраженном свете по направлению наблюдения 1, то как только устройство наклоняют по оси 1, наблюдается высококонтрастный эффект смещения цвета. При вращении устройства вокруг нормали к его плоскости и наблюдении его по направлению наблюдения 2 цвет устройства поменяется и, кроме того, будет проявлять смещения цвета при наклоне по оси 2, отличающееся от смещения цвета при наклоне по оси 1 при том же угловом диапазоне. Например, цвет может меняться с красного при осмотре под относительно большим углом падения, например 70 °, к плоскости подложки, на зеленый при осмотре под более острым углом падения, например 45 ° к плоскости подложки. При вращении защищаемого документа и наблюдении по направлению наблюдения 2 для того же углового диапазона наблюдается различное высококонтрастное изменение цвета по мере наклона устройства по оси 2 по сравнению с наклоном по оси 1. Например, изменение цвета может происходить с зеленого при наблюдении под углом 70 ° к плоскости подложки на голубой при наблюдении под углом падения 45 ° к плоскости подложки.

На фиг. 3 показано защитное устройство настоящего изобретения, встроенное в защищаемый документ в виде представленной в окне нити с окнами с экспонируемой нитью и участками с заделанной нитью. На фиг. 4 показан вид в поперечном сечении одного примера настоящего изобретения, подходящего для применения в качестве представленной в окне защитной нити. Устройство содержит самонесущую фотоннокристаллическую пленку, на которую нанесен темный поглощающий слой. Для улучшения прилипания к защищаемому документу на внешние поверхности устройства может быть нанесен слой адгезива.

Когда устройство на фиг. 3 в отраженном свете при окружающих условиях, при наклоне устройства в первом направлении на оконных участках наблюдается высококонтрастный эффект изменения цвета от фотоннокристаллического слоя. Например, при наблюдении вдоль длинной оси защитной нити (направление наблюдения 1) изменение цвета может происходить с красного при обзоре под одним углом падения, например 70 °, на зеленый при обзоре под более острым (наклонным) углом падения, например 45 ° к плоскости подложки, причем наклон имеет место в плоскости, содержащей первое направление наблюдения, т.е вокруг оси 2. Если устройство наблюдается под углом 70 ° к плоскости подложки и повернуто вращением на 90 °, так что оно теперь видно вдоль короткой оси защитной нити (направление наблюдения 2), то при вращении будет наблюдаться изменение цвета, например, с красного на зеленый. Если сохраняется направление наблюдения 2, то наблюдается второе различное зависимое от угла изменение цвета, например, с зеленого на голубой, по мере того, как устройство наклоняют до более острого угла падения, например, 45 ° к плоскости подложки, причем наклон имеет место в плоскости, содержащей второе направление наблюдения, т.е вокруг оси 1.

В структуре, альтернативной той, которая показана на фиг. 4 и поясняется на фиг. 5, защитное устройство содержит полимерную несущую подложку, например, из полиэтилентерефталата (ПЭТ) или биаксиально ориентированного полипропилена (БОПП), на которую нанесен темный поглощающий слой. Затем слой фотоннокристаллического материала наносят на противоположную поверхность несущей пленки или, в качестве альтернативы - на темный поглощающий слой. Фотоннокристаллический слой может быть сформирован непосредственно на несущей подложке в виде покрытой пленки или он может быть сформирован в виде отдельной пленки, а затем ламинирован к несущей подложке. Отдельная пленка может быть сформована в виде самонесущего слоя при использовании, например, экструзии, или нанесением в виде покрытия на временный несущий слой, который затем удаляется в процессе ламинирования. Это особенно полезно, когда несущая подложка для защитной нити содержит дополнительные признаки защиты, такие как магнитные слои и металлизированные слои, содержащие деметаллизированные символы, которые не могут подходить для непосредственного нанесения на фотоннокристаллический слой или которые делают несущую подложку менее пригодной для использования в качестве слоя, на котором может непосредственно образовываться фотонный кристалл. Для улучшения прилипания к защищаемому документу на внешние поверхности устройства может быть нанесен слой адгезива.

То, что на фиг. 3, 4 и 5 защитное устройство представлено в виде вычлененной в окне защитной нити, имеет место только для иллюстрации, и фотонный кристалл мог бы также легко применен как часть нанесенного на поверхность признака (элемента) защиты, такого как полоска или накладка.

Примеры настоящего изобретения, описанные на фиг. 3 и 4, в первую очередь видны в отраженном свете, и как таковые оптические эффекты фотоннокристаллического материала лучше всего наблюдаются на темном неизбирательно поглощающем фоне. Этого можно достичь помещением поглощающего слоя под фотоннокристаллический слой или внедрением в фотоннокристаллические материалы поглощающих частиц.

Поглощающие частицы должны быть значительно больше размера гранул (сфер) фотонной решетки так, чтобы они не вызывали изменения в решетке и, следовательно, нежелательного изменения в оптических свойствах.

В то время как использование черного или очень темного в основном полностью поглощающего слоя может вызвать наиболее сильные изменения цвета, другие эффекты могут быть вызваны использованием частично поглощающего слоя других цветов или сочетания цветов, приводящих к различным явным цветовым смещениям. Поглощающий слой настоящего изобретения может содержать пигментированную типографскую краску или эмульсию или в качестве альтернативы может быть использован непигментированный поглощающий краситель.

Оптические свойства фотоннокристаллического слоя могут быть подогнаны модификацией характеристик фотоннокристаллической решетки. Наличие полной или частичной фотонной запрещенной зоны, приводящее к исключению определенных длин волн для определенных направлений падения/распространения, возникает из разницы в показателе преломления между матрицей и гранулами, образующими фотонный кристалл. Увеличение разницы в показателе преломления между матрицей и гранулами увеличивает интенсивность наблюдаемых цветов и изменений цвета, а также увеличивает количество направлений падения/распространения, на которых исключена определенная длина волны.

Фотонные кристаллы, которые могут быть более легко образованы в пленках, как правило, содержат полимерные материалы как в матрице, так и в гранулах (сферах). Полимеры как для матрицы, так и для гранул подобраны для того, чтобы довести до максимума разницу в показателе преломления. Разница в показателе преломления должна быть по меньшей мере 0,001, но более предпочтительно свыше 0,01 и даже более предпочтительно свыше 0,1.

Оптические свойства фотоннокристаллического слоя также могут быть модифицированы при изменении кристаллической структуры, расположения кристалла или размера гранул. В качестве общего ориентира независимо от типа полимера размер частицы гранул, предпочтительно, находится в интервале 50-500 нм, и даже, более предпочтительно, в интервале 100-500 нм для отражения кристаллом света в видимой области электромагнитного спектра.

В научной литературе (см. Optics Express, vol 15, №15, Page 9553-9561, 23 ^rd July 2007) описано, что наночастицы могут быть внедрены в матрицу фотонного кристалла для того, чтобы изменить или усилить наблюдаемые цвета, изменения цветов и допустимое отклонение по углу освещения. Предпочтительно размер наночастиц подобран так, что они находятся внутри междуузлий кристаллической решетки. Наночастицы вызывают явления резонансного рассеивания, которое происходит внутри фотонного кристалла, приводя к сильным структурным оттенкам. Например, включение наночастиц из углеродного материала диаметром менее 50 нм в систему, содержащую гранулы полистирола с размером гранулы 200 нм в матрице, усиливает полиэтилакрилата резонансное рассеивание для фотоннокристаллической пленки и значительно изменяет внешний вид фотоннокристаллической пленки от слабо-выраженной молочной окраски пленки до ярко-зеленой. Поэтому использование наночастиц дает ключевое преимущество, при котором сильно выраженные цвета наблюдаются без необходимости в отдельном поглощающем слое или включения грубых поглощающих частиц. Кроме того, есть увеличенное допустимое отклонение по углу освещения, так что наблюдаемый свет не зависит от положения источника света. Во втором примере для создания машиночитаемой изменяющей цвет пленки могут быть включены наночастицы магнетита.

Концентрация наночастиц может быть изменена поперек устройства. Например, наночастицы могли быть включены в локализованные участки или может иметь место градиент количества наночастиц поперек устройства. Это приведет к изменению яркости цвета и связанному с этим изменением цвета поперек устройства.

В одном предпочтительном воплощении эластичную фотоннокристаллическую пленку получают в процессе экструзии, а наночастицы добавляют в емкость с полимером перед экструзией. В этом случае латерально разнесенные зоны наночастиц могут быть получены при обеспечении комплекта разделителей в емкости с полимером, так что добавки подаются через экструдер при соответствующих латеральных положениях.

Частицы могут быть сделаны из материала, который является ориентированным в электрическом, магнитном или электромагнитном поле. Таким образом, на расположение частиц может влиять избирательное наложение этого указанного поля на эластичную фотоннокристаллическую пленку перед конечной стадией поперечной сшивки при получении пленки. Для создания нового фотолюминисцентного защитного признака (элемента защиты) могут быть добавлены нанофотолюминесцентные частицы, как например, квантовые точки. Например, для получения люминесцентных пленок могут добавляться наночастицы PbS. В научной литературе (Nature Materials, vol. 5 March 2006, page 179) показано, что внедрение квантовых точек в фотонный кристалл приводит к подавлению люминесценции, если частота эмиссии находится в запрещенной зоне фотонного кристалла. Если положение фотонной запрещенной зоны изменяется в соответствии с направлением падающего света относительно ориентации кристалла, так что оно перекрывает или проходит сквозь фотолюминесцентный пик заделанного источника излучения, то подавление/усиление эмиссии и динамическая модификация продолжительностей люминесценции может происходить при создании интерактивного защитного устройства, где флуоресценция или фосфоресценция возникают или исчезают за счет простого поворота устройства относительно падающего излучения.

Защитные устройства, содержащие фотоннокристаллические материалы в своей основе машиночитаемы вследствие избирательности длины волны фотоннокристаллических материалов. В дополнительных примерах машиночитаемый аспект настоящего изобретения может быть дополнительно расширен при внедрении в фотонный кристалл обнаруживаемых материалов или при внедрении отдельных машиночитаемых слоев. Обнаруживаемые материалы, которые реагируют на внешнее воздействие, включают флуоресцентные, фосфоресцентные, поглощающие инфракрасное излучение, термохромные, фотохромные, магнитные, электрохромные, проводящие и пьезохромные материалы, но не ограничены ими.

При одном предпочтительном воплощении пигмент в отдельных поглощающих слоях является машиночитаемым, например, сажа для получения машиночитаемого, проводящего или ИК поглощающего слоя. В качестве альтернативы для получения машиночитаемого магнитного слоя может служить магнитный материал, такой как магнетит.

Далее специалистам в уровне техники будет ясно, что защитное устройство по настоящему изобретению может быть использовано в сочетании с существующими подходами к изготовлению защитных нитей. Примеры подходящих способов и конструкций, которые могут быть использованы, включают указанные в WO 03061980, ЕР 0516790, WO 9825236 и WO 9928852, но не ограничены ими.

Фиг. 6а поясняет, как настоящее изобретение может сочетаться с деметаллизированными опознавательными знаками для применения в качестве защитной нити, вычлененной через окно. В способе требуется металлизированная пленка, содержащая, по существу, чистую полимерную пленку из ПЭТ или ему подобного материала, на первой стороне которой имеется непрозрачный слой металла. Подходящая предварительно металлизированная пленка представляет собой металлизированную пленку MELINEX S от DuPont предпочтительно 19 мкм толщиной. Слой металла запечатан с резистом, который содержит черный или темный краситель или пигмент. Подходящие резисты включают краситель BASE Neozapon Х51 или пигмент (хорошо диспергированный) "Carbon Black 7", примешанные к материалу как с хорошим сцеплением с металлом, так и с хорошим сопротивлением разрушению.

Запечатанную металлизированную пленку потом частично деметаллизируют в соответствии с известным способом деметаллизации при использовании выщелачивания, которое приводит к удалению металла на участках, не запечатанных с резистом. Остальные участки, покрытые резистом, имеют черный слой, который виден, когда деметаллизированная пленка при обзоре ее с первой стороны (по оси Y) оказывается усеянной чистыми участками. Блестящий металл остальных частей металлического слоя виден только с противоположной стороны деметаллизированной пленки (по оси X). Резист может быть запечатан в виде знаков (обозначений), таких как слова, цифры, рисунки и т.п., в случае чего получающиеся в результате знаки будут, позитивно, металлизированы металлом покрытым, однако, темным или черным резистом. В качестве альтернативы резист может быть запечатан так, чтобы осуществлять формирование знаков, негативно в случае чего получающиеся в результате знаки будут образованы деметаллизированными участками. Однако сформированные знаки ясно видны с обеих сторон, особенно в режиме пропускания света, из-за контраста между участками металла, которые удалены, и остающимися непрозрачными участками. Затем наносят фотоннокристаллический слой, предпочтительно используя процесс переноса, как со ссылкой на фиг. 5.

Защитное устройство, проиллюстрированное на фиг. 6а, проявляет две визуально отличающиеся характеристики защиты. Устройство включает в себя воздействующие друг на друга оптические эффекты эластичного фотоннокристаллического слоя, как описано в предыдущих примерах, когда обработанная подложка наблюдается в отраженном свете от первой стороны (по оси Y), и металлическое блестящее частичное покрытие, когда подложка наблюдается с другой стороны (по оси X). Кроме того, чисто позитивно или негативно сформированные знаки, ограниченные черным резистом, могут быть видны при пропускании света с любой стороны. Этот пример является особо предпочтительным при использовании в устройстве, которое видно с обеих сторон документа, в который оно включено. Например, устройство может быть встроено в защищаемый документ при использовании способов, описанных в ЕР 1141480 или WO 03054297.

Фиг. 6b иллюстрирует машиночитаемую версию устройства, показанного на фиг. 6а. Устройство содержит металлизированный слой ПЭТ основы, который деметаллизирован с получением подходящего рисунка, включая пары тонких полосок металла вдоль каждого края элемента. Как описано со ссылкой на фиг. 6а при проведении процесса деметаллизации используют черный резист. Защитный слой может быть нанесен на указанные пары тонких полосок металла (на фигуре не показано) для предотвращения коррозии металла от нанесенного следующим магнитного слоя. Подходящий защитный слой представляет собой VHL31534, поставляемый Sun Chemical и нанесенный с весовой массой покрытия 2 г/см ² . Защитный слой может быть при желании окрашен. Магнитный материал наносится только поверх пар параллельных тонких полосок металла, так чтобы не заслонять деметаллизированные знаки. Затем наносится фотоннокристаллический слой, предпочтительно, с использованием процесса переноса, как со ссылкой на фиг. 5. Для улучшения прилипания к защищаемому документу на внешние поверхности устройства может быть нанесен слой адгезива.

Когда магнитный материал включен в устройство либо внутри поглощающего слоя, либо в виде отдельного слоя, то магнитный материал может быть нанесен в любой конфигурации, но обычные примеры включают использование пар магнитных тонких параллельных полосок или использование магнитных блоков для получения зашифрованной структуры. Подходящие магнитные материалы включают пигменты оксида железа (Fe ₂ O ₃ или Fe ₃ O ₄ ), ферриты бария или стронция, железо, никель, кобальт или их сплавы. В контексте описания термин ″сплав ″ включает материалы, как например, никель, кобальт, железо:алюминий:никель:кобальт и т.п. Могут использоваться материалы в виде чешуйчатого никеля, кроме того подходят материалы в виде чешуйчатого железа. Обычные чешуйки (хлопья) никеля имеют размеры в длину и ширину в интервале 5-50 мкм, а толщину менее 2 мкм. Обычные чешуйки железа имеют размеры в длину и ширину в интервале 10-30 мкм, а толщину менее 2 мкм.

При альтернативном машиночитаемом воплощении прозрачный магнитный слой может быть встроен в любую часть структуры устройства в любом положении. Подходящие прозрачные магнитные слои, содержащие распределение частиц магнитного материала по размеру и по концентрации, при котором магнитный слой остается прозрачным, описаны в WO-A-03091953 и WO-A-03091952.

В дополнительном примере защитное устройство по настоящему изобретению может быть включено в защищаемый документ, так что данное устройство встроено в прозрачный участок документа. Защищаемый документ может иметь подложку, сформованную из любого обычного материала, включая бумагу и полимер. Из уровня техники известны методики для формирования прозрачных участков в каждом из этих типов подложек. Например, WO 08300659 описывает полимерную банкноту, сформованную из прозрачной подложки, содержащей светонепроницаемое покрытие на обеих ее сторонах. Светонепроницаемое покрытие исключено (отсутствует) на локализованных участках с обеих сторон подложки для образования прозрачного участка.

ЕР 1141480 описывает способ выполнения прозрачного участка в бумажной подложке. Другие способы формирования прозрачных участков в бумажных подложках описаны в ЕР 0723501, ЕР 0724519 и WO 03054297.

Фиг. 7 показывает защитное устройство по настоящему изобретению, включенное в прозрачный участок защищаемого документа. Фиг. 8а показывает вид в поперечном сечении защитного устройства внутри прозрачного участка. Защитное устройство содержит прозрачный несущий слой, который предпочтительно образует прозрачный участок подложки. Поглощающий материал нанесен на локализованные участки прозрачного слоя для формирования различимого рисунка или идентифицируемого изображения. Слой, содержащий эластичный фотоннокристаллический материал, проявляющий те же оптические характеристики, что и эластичный фотоннокристаллический материал на фиг. 3 и 4, расположен над поглощающим слоем.

Когда устройство на фиг. 7 наблюдается в отраженном свете со стороны А, то при наклоне устройства в двух различных направлениях наблюдается высококонтрастный эффект различного смещения изменение цвета от участков с фотоннокристаллическим слоем, размещенным над поглощающим слоем. Например, в направлении наблюдения 1 (фиг. 7) смещение цвета может быть с красного при наблюдении под острым углом падения к плоскости подложки на зеленый при наблюдении под более острым углом падения к плоскости подложки. В направлении наблюдения 2 будет проявляться разное смещение цвета в том же угловом диапазоне, например, с зеленого на голубой. В зонах не над поглощающим слоем переданный цвет насыщает отраженный цвет. Переданные и отраженные цвета взаимно дополняют друг друга, например, изменение цвета в отраженном свете с красного на зеленый при условии пропускания света видно, как изменение цвета с бирюзового на пурпурный.

Когда устройство на фиг. 8а наблюдается при отраженном свете или при пропускании со стороны В, темный поглощающий слой будет виден в виде идентифицируемого изображения. Если темное изображение эстетически неприемлемо, то для маскировки темного защитного слоя, так что он не виден со стороны В, может быть использован более эстетически приятный материал/цвет. Например, темные поглощающие зоны могут быть напечатаны поверх на стороне В прозрачного участка по-разному раскрашенной непрозрачной печатной краской или металлической печатной краской. В качестве альтернативы прозрачная несущая подложка может быть заменена на металлизированную полимерную подложку, как проиллюстрировано на фиг. 8b. Металлизированная подложка запечатана темным резистом в виде идентифицируемого изображения, как рассмотрено со ссылкой на фиг. 6. Затем запечатанную металлизированную пленку частично деметаллизируют, удаляя металл на участках, не запечатанных резистом. При наблюдении со стороны А фотоннокисталлическая пленка видна на фоне поглощающего темного резиста и появляется так, как описано со ссылкой на фиг. 8а, но при наблюдении со стороны В металлическое изображение появляется в виде идентифицируемого изображения, запечатанного темным резистом. Изображение может быть позитивным, т.е. задается металлическими участками, или негативным, т.е. задается прозрачными участками между металлическими участками.

В альтернативном машиночитаемом исполнении для обеспечения машиночитаемого шифра темный резист на фиг. 8b может быть сформирован при использовании магнитного пигмента, например магнетита. При дальнейшем воплощении только часть темного резиста предусмотрена с магнитным пигментом, а остальная часть предусмотрена с немагнитным пигментом. Если как магнитные, так и немагнитные участки являются, по существу, полностью поглощающими, то на тех двух участках эластичной фотоннокристаллической пленки не будет никакой визуальной разницы, и поэтому вид кода (шифра) не будет легко очевиден.

Фиг. 9 иллюстрирует пример, в котором защитное устройство по настоящему изобретению вставлено в окно (апертуру) бумажной подложки. Самонесущая фотоннокристаллическая пленка включена в бумажную подложку так, как описано в ЕР 1141480. Одна сторона фотоннокристаллической пленки полностью открыта (экспонирована) на передней поверхности бумажной подложки, в которую она (пленка) частично заделана (фиг. 9а) и частично открыта (экспонирована) в одном окне задней поверхности подложки (фиг. 9b). В этом примере наночастицы углеродного материала встроены в фотоннокристаллическую структуру.

При наблюдении устройства с передней стороны документа в отраженном свете, проиллюстрированном на фиг. 9а, вдоль направления наблюдения 1, высококонтрастный эффект смещения цвета наблюдается вдоль всего удлиненного защитного устройства. В этом примере изменение цвета происходит с красного при осмотре под одним углом падения к плоскости подложки, например, 70 °, на зеленый при осмотре под более острым углом падения к плоскости подложки, например, 45 °. При вращении устройства и осмотре по направлению наблюдения 2 наблюдается другой цвет по сравнению с осмотром по направлению наблюдения 1 для данного угла падения. Например, при угле 70 ° к плоскости подложки подложка оказывается зеленой в направлении наблюдения 2 по сравнению с тем, что она становится красной в направлении наблюдения 1. При наклоне под более острым углом падения, например 45 °, цвет устройства изменяется с зеленого на голубой в направлении наблюдения 2 по сравнению с изменением с красного на зеленый в направлении наблюдения 1. Включение наночастиц дает единственный слой, т.е. неламинированную сильно окрашенную и, по существу, непрозрачную пленку.

В этом состоит преимущество перед жидкокристаллическими меняющими цвет пленками, где использование отдельного черного или темного поглощающего слоя необходимо для получения ярко окрашенной в основном непрозрачной пленки. Если устройство на основе жидкого кристалла используется в примере, показанном на фиг. 9а, то для того, чтобы отражающий эффект изменения цвета был виден с обеих сторон документа, потребовались бы две жидкокристаллические пленки с поглощающим слоем между ними. В противоположность этому для настоящего изобретения использование самонесущей фотоннокристаллической пленки с включенными в нее наночастицами углеродного материала дает возможность отражающему эффекту изменения цвета быть видимым с обеих сторон документа при использовании только единственного слоя изменяющего цвет материала. При осмотре устройства с тыльной стороны документа в отраженном свете, проиллюстрированном на фиг. 9b, в зоне экспонирования фотоннокристаллической пленки в окне проявляются те же зависимые от вращения оптические свойства, как и те, которые наблюдаются с передней стороны документа.

При альтернативном воплощении того, что упомянуто на фиг. 9а и 9b, фотоннокристаллическая пленка может быть подкреплена несущим слоем для облегчения ее включения в бумажный документ. Фотоннокристаллический слой может быть сформован прямо на несущей подложке в виде покрытой слоем пленки или отдельной пленки, а затем ламинирован с несущей подложкой. Несущая подложка может содержать дополнительные признаки защиты, включая деметаллизированные рисунки, голографические рисунки в сочетании с высокоотражающим слоем, так что металлический слой или тонкий прозрачный слой материала с высоким показателем преломления (например, ZnS), запечатанные знаки, люминесцентные или магнитные материалы и грубое тиснение с рисунком защиты, который может либо представлять собой бленду, обработанную тиснением для получения осязаемого/видимого признака, либо мог включать печатные краски для дополнительного усиления видимости. Таким образом, на любой стороне защитного устройства можно наблюдать различный признак защиты.

При дополнительном воплощении защитное устройство по настоящему изобретению может быть сконструировано так, что различные эффекты изменения цвета наблюдаются на любой поверхности защитного устройства. Этого можно достичь ламинированием вместе двух фотоннокристаллических пленок с различными оптическими характеристиками или изменением оптических характеристик фотоннокристаллической пленки по толщине этой пленки.

Например, две фотоннокристаллические пленки могут быть выполнены из одних и тех же материалов, используемых для гранул (сфер) и матрицы, но отличаться по оптическим свойствам из-за разницы в размере гранул. Фиг. 10 показывает поперечное сечение защитного устройства, содержащего две фотоннокристаллические пленки, сцепленные вместе промежуточным (межслойным) связывающим материалом (адгезивом). Промежуточный связывающий материал содержит темный краситель или пигмент, так что он также ведет себя как поглощающий слой. Устройство может быть выполнено машиночитаемым за счет включения магнитного пигмента в промежуточный связывающий материал или нанесением дополнительного магнитного слоя на внутреннюю поверхность одной или обеих фотоннокристаллических пленок. Слой адгезива может быть нанесен на внешние поверхности устройства для улучшения прилипания к защищаемому документу. Защитное устройство встроено в документ так, что, по меньшей мере, на локализованных участках оно открыто на обеих поверхностях защищаемого документа. В этом примере первая фотоннокристаллическая пленка проявляет два различных изменения цвета при осмотре по направлению наблюдения, соответственно, 1 и 2 (на фиг. 10 не показано). Направление наблюдения 1 параллельно короткой стороне документа, а направление наблюдения 2 параллельно длинной стороне документа. При осмотре по направлению наблюдения 1 устройство оказывается красным при осмотре под углом 70 ° к плоскости подложки, и переходит в зеленый при более остром угле падения, например 45 °. В противоположность этому при осмотре по направлению наблюдения 2 устройство проявляет изменение цвета с оранжевого на голубой при наклоне его в том же самом угловом диапазоне. Вторая фотоннокристаллическая пленка оказывается желтой при осмотре в отраженном свете по направлению наблюдения 1 под углом 70 ° к плоскости подложки и переходит в цвет индиго при более остром угле падения, например 45 °. В противоположность этому при осмотре по направлению наблюдения 2 устройство проявляет изменение цвета с зеленого на фиолетовый при наклоне его в том же самом угловом диапазоне.

Различные эффекты изменения цвета на любой поверхности защитного устройства могут быть сформированы при использовании единственного слоя фотоннокристаллической пленки при локальном изменении оптических характеристик фотоннокристаллической пленки по толщине этой пленки. Например, размер гранулы может быть изменен через толщину пленки. Это изменение может быть внесено регулировкой компоновки гранул при формировании фотоннокристаллической пленки. В качестве альтернативы, если пленка изготовлена экструзией полимера, то два полимерных состава, содержащие гранулы и матрицу, могут быть получены с различными размерами гранул. Затем эти два полимерных сотава могут быть соэкструдированы в одинарную полимерную пленку с образованием кристаллической структуры, где имеет место ступенчатое изменение размера гранулы на межфазной границе в центре пленки.

Защитное устройство по настоящему изобретению может быть дополнительно подогнано, чтобы еще больше затруднить подделку и/или обеспечить идентифицируемую информацию. Процесс подгонки может иметь место до или после встраивания устройства в документ. В одном из примеров подгонка защитного устройства производится нанесением печатной информации на фотоннокристаллическую пленку. Фотоннокристаллическая пленка может быть запечатана изображениями при использовании любого из обычных способов печати, таких как глубокая печать, гравюра, струйная печать, офсетная печать, трафаретная печать, распыление красителя и флексографская печать. Печать может быть применена в виде обработки отдельной печатью в одном цвете или в виде обработки множественной печатью со множеством цветов.

В предпочтительном воплощении изображения напечатаны частично на фотоннокристаллической пленке и частично на подложке, в которую встроено устройство, в таком виде, что рисунок остается неразрывным между двумя поверхностями. При дополнительном воплощении один из цветов напечатанных изображений соответствует одному из меняющихся цветов фотоннокристаллической пленки. Например, если при наклоне устройства фотоннокристаллическая пленка меняет цвет с красного на зеленый, то любая напечатанная красным цветом информация будет, в основном, невидима под определенными углами падения, но становится видимой, как только образец наклоняют, в то время как статичный красный цвет напечатной информации контрастирует с зеленым цветом оптически меняющейся фотоннокристаллической пленки. Таким образом может быть создан признак защиты скрытого изображения.

Фиг. 11 иллюстрирует другой пример настоящего изобретения, где защитное устройство включено в документ в качестве накладки, наложенной на поверхность. Красное идентифицируемое изображение напечатано так, что часть его находится на подложке, а другая часть - на защитном устройстве. При осмотре подложки по направлению наблюдения 1 под углом, приблизительно, 70 ° к плоскости подложки (фиг. 11а) защитное устройство оказывается красным и насыщает по цвету печатную информацию на защитном устройстве, так что видна только напечатанная на подложке информация. Напечатанная информация обнаруживается либо при наклоне, либо при вращении подложки. При наклоне подложки до более наклонного угла падения при осмотре по направлению наблюдения 1 фотонный кристалл меняется с красного на зеленый. При вращении подложки и осмотре по направлению наблюдения 2, а также при сохранении того же самого угла падения фотонный кристалл также меняется с красного на зеленый.

В обоих случаях напечатанная красным информация будет обнаруживаться на защитном устройстве, и полное изображение будет образовано напечатанной на подложке информацией (фиг. 11b). Если устройство наклонено при осмотре по направлению наблюдения 2 в том же угловом диапазоне, как при осмотре по направлению наблюдения 1, фотоннокристаллическая пленка меняется с зеленой на голубую, и остается видимым красное идентифицируемое изображение. Второе зеленое идентифицируемое изображение может также быть напечатано на защитном устройстве. Зеленое изображение будет видимо по направлению наблюдения 1, когда угол падения составляет приблизительно 70 ° к плоскости подложки, но оно исчезнет при наклоне устройства, а фотонный кристалл поменяет цвет с красного на зеленый (фиг. 11b). По сравнению с этим зеленое изображение будет, по существу, невидимо по направлению наблюдения 2, когда угол падения составляет, приблизительно, 70 ° к плоскости подложки, но оно появляется, как только устройство наклоняют до более наклонного угла, и фотонный кристалл меняется с зеленого на голубой (фиг. 11с).

Защитное устройство в примере на фиг. 11а, 11b, 11c имеет ряд защитных аспектов; во-первых - различные изменения цвета при наклоне с разными направлениями наблюдения, и во-вторых -наличие двух скрытых изображений, которые, в ином случае, появляются и исчезают при наклоне в одном направлении наблюдения, но могут оба быть представлены в явном виде при наклоне во втором направлении наблюдения.

В качестве альтернативы печатанию обычными цветными полиграфическими красками также возможно печатание типографской краской (функциональные чернила). Под типографской краской имеется в виду краска, которая реагирует на внешнее воздействие. Краски этого типа включают флуоресцентные, фосфоресцентные, ИК-поглощающие, термохромные, фотохромные, магнитные, электромагнитные, проводящие и пьезохромные, но не ограничиваются ими.

Как и типографскими красками (функциональными чернилами), печатание на фотоннокристаллической пленке возможно и другими красками с оптическим эффектом. Краски с оптическим эффектом включают OVI ^R и Oasis ^R , предлагаемые Sicpa. Другие оптические краски включают краски, содержащие переливающийся компонент, иридин, краски с перламутровым эффектом, жидкокристаллические пигменты и пигменты на основе металла.

При дополнительном воплощении подгонку защитного устройства осуществляют тиснением фотоннокристаллической пленки возвышающимися или выступающими линейчатыми структурами. Вдавливание возвышающих линейчатых структур в фотоннокристаллические пленки является особо предпочтительным, потому что фасеты, образованные при вдавливании, дают в результате изменение угла падения поступающего света, создающего фасеты разных цветов из-за того, что цвет фотоннокристаллической пленки зависит от угла обзора. Использование возвышающейся линейчатой структуры с фотоннокристаллической пленкой имеет два аспекта защиты; во-первых, оптически изменяемое свойство, выработанное линейчатой структурой, во-вторых, создание локализованных участков, проявляющих разные изменения цвета на фоне пленки.

Например, если фотоннокристаллическое устройство проявляет, показывает изменение цвета с зеленого на голубой при наклоне устройства из положения с нормальным углом падения, то при осмотре под нормальным углом падения обработанные и необработанные тиснением участки окажутся зелеными. При наклоне устройства обработанные и необработанные тиснением участки будут менять цвет с зеленого на голубой при различных углах обзора по мере наклона устройства.

Дополнительное преимущество от использования тисненных возвышающихся или выступающих линейчатых структур состоит в том, что структуры имеют выступающую поверхность, которая может быть идентифицирована при прикосновении. Гладкая поверхность фотоннокристаллической пленки дополнительно повышает осязаемость этих выступающих структур.

Обработанные тиснением линейчатые структуры могут принимать любую удобную форму, включая прямую (прямолинейную) или искривленную, как, например, в виде полных или неполных дуг окружности или частей синусоидальной волны. Линии могут быть непрерывными или прерывающимися, и они могут быть образованы, например, черточками, точками или другими формами. Под другими формами мы подразумеваем то, что точки или черточки могли иметь графический вид. Толщины линий, как правило, находятся в интервале 10-500 мкм, предпочтительно 50-300 мкм. Лучше, когда отдельные линии едва видны невооруженным глазом, причем основное зрительное впечатление вызвано набором множественных линий. Линии могут характеризовать любую форму или очертание, например, квадрат, треугольник, шестиугольник, звезду, цветок или знаки, такие как буква или цифра.

Обработанные тиснением линейчатые структуры предпочтительно образованы наложением штампа для тиснения на фотоннокристаллическую пленку при нагревании и давлении. Лучше, когда процесс тиснения имеет место в процессе глубокой печати и проводится с использованием печатной формы для глубокой печати, имеющей растровые ячейки, определяющие линейчатые структуры. Предпочтительно, чтобы тиснение на эластичной фотоннокристаллической пленке было нечетким и бескрасочным, т.е. чтобы растровые ячейки не были заполнены краской. Однако также возможно то, что некоторые из растровых ячеек, задающих обработанную тиснением структуру, могут быть заполнены краской, а другие остаются незаполненными. Дальнейшая глубокая печать или бескрасочное тиснение могут быть проведены на участках подложки, граничащих с защитным устройством при использовании той же печатной формы для глубокой печати так, чтобы получить точное соответствие между различными участками.

На фиг. 12 показан пример защитной подложки, содержащей защитное устройство по настоящему изобретению, где фотоннокристаллические пленки подогнаны тиснением пленки после нанесения ее на основную подложку. В этом примере фотоннокристаллическая пленка встроена в бумажную подложку таким же образом, как упоминаемая на фиг. 9а, 9b и описанная в ЕР 1141480. На фиг. 12 показана передняя поверхность бумажной подложки, на которой устройство полностью экспонировано (открыто к воздействию). Элемент также экспонирован на задней поверхности на участке с окном. В этом примере фотоннокристаллическая пленка проявляет изменение цвета с красного на зеленый при наклоне устройства до острого угла падения и осмотре по направлению наблюдения 1 и изменение цвета с зеленого на голубой при наклоне устройства до острого угла падения и осмотре по направлению наблюдения 2. Обработанные тиснением линейчатые структуры, образованные соответствующей группой (набором) параллельных выступающих кривых, характеризуют цифру ″5 ″. Обработанные тиснением участки обеспечивают устройству дополнительный оптически изменяемый аспект в дополнение к зависимым от угла и вращению изменениям цвета, проявляемым необработанными тиснением структурами.

При осмотре подложки по направлению наблюдения 1 под относительно большим углом падения, например 70 °, к плоскости подложки (фиг. 11а) необработанные тиснением участки оказываются красными, а обработанные тиснением участки оказываются зелеными из-за преобладающего отраженного света, исходящего от краев выступающих линий. Разница в цвете возникает, потому что эффективный угол падения падающего на краевые участки света больше угла падения падающего на плоские необработанные тиснением участки света. При наклоне подложки до более наклонного (острого) угла падения необработанные тиснением участки меняют цвет с красного на зеленый, а обработанные тиснением участки меняют цвет с зеленого на голубой. Если устройство повернуто вращением на 90 °, так что оно видно по направлению наблюдения 2, обработанные и необработанные тиснением участки оказываются, по существу, того же цвета при данном угле зрения, потому что от края линий отражается очень мало света.

При дополнительном воплощении подгонка защитного устройства происходит при тиснении фотоннокристаллической пленки с недифракционной линейчатой структурой. Недифракционная линейчатая структура является примером выступающей линейчатой структуры, которая дает оптически изменяемый эффект при изменении угла падения света, но в которой этот эффект не вызван интерференцией или дифракцией. Защитные устройства, основанные на недифракционных линейчатых структурах, известны из предшествующего уровня техники, например, WO 9002 658 описывает защитное устройство, в котором одно или более промежуточных изображений вдавлены в отражающую поверхность. WO 9820382 раскрывает дополнительное защитное устройство, в котором группа элементарных участков, в которых линии протягиваются друг от друга под разными углами, образует соответствующие элементы изображения. US 1996539 раскрывает декоративный элемент, на поверхности которого образована рельефная структура, и она обладает цветопеременным эффектом. US 2005080089 раскрывает защитное устройство, которое имеет сегменты, заданными линейчатыми структурами в отражающей части подложки, которые вызывают недифракционное отражение падающего света по мере того, как меняется угол падения.

При альтернативном воплощении защитное устройство дополнительно содержит оптически изменяемое устройство, как например, голограмму или дифракционную решетку. Эти устройства обычно сформированы как рельефные структуры в подложке, которая, к тому же, предусмотрена с отражающим покрытием для благоприятствования повторному использованию устройства. В настоящем изобретении фотонный кристалл может вести себя как отражающее покрытие, и рельефная структура может быть впечатана тиснением непосредственно на фотоннокристаллической пленке или на лаке, нанесенном на фотоннокристаллическую пленку. В качестве альтернативы локализованные участки устройства могут быть предусмотрены с металлизированным слоем, а впоследствии рельефная структура может быть впечатана тиснением на лаке для тиснения поверх на металлизированного слоя. Таким образом, устройство содержит две латерально разнесенные зоны, причем одна проявляет свойства, связанные с изменением цвета фотоннокристаллической пленки, а другая проявляет оптически измененные свойства голографического устройства. В качестве альтернативы металлическое отражающее покрытие может быть заменено материалами, усиливающими прозрачное отражение, например, тонким слоем материала с высоким показателем преломления, таким как ZnS. В этом случае как оптически изменяемые свойства фотоннокристаллического материала, так и оптически изменяемые свойства голографического устройства видны на всех участках устройства, хотя оптически изменяемые свойства голографического устройства будут видны только при определенных углах обзора.

При дополнительном воплощении изобретения защитное устройство может быть подогнано нанесением слоя рассеяния на фотоннокристаллическую пленку. В предпочтительном воплощении слой рассеяния принимает форму матового покрытия или лака. В этом контексте матовое покрытие или лак является тем, что уменьшает внешний блеск фотоннокристаллической пленки при рассеянии отраженного от него света. Одним из примеров подходящего матового покрытия является суспензия тонкодисперсных включений в органической смоле. Поверхностные частицы (включения) рассеивают свет по мере его прохождения через покрытие, дающего в результате матовый внешний вид. Подходящим покрытием для настоящего изобретения является покрытие из ″Hi-Seal О 340 ″ предлагаемого Hi-Tech Coatings Ltd. В альтернативном решении тонкодисперсные включения могут быть заменены органическими восками. В качестве дополнительной альтернативы слой рассеяния может быть образован тиснением матовой структуры в поверхности фотоннокристаллического слоя. Подходящие обработанные тиснением матовые структуры описаны в WO 9719821. Слой рассеяния модифицирует цветоизменяющие свойства фотоннокристаллического слоя.

Слой рассеяния модифицирует поверхность фотоннокристаллической пленки, так что теперь отражение является более диффузным, уменьшая отблеск от фотоннокристаллической пленки и изменяя угловой диапазон, в котором соответствующие цвета защитного устройства хорошо видны лицом, устанавливающим подлинность. Например, если фотоннокристаллический материал показывает изменение цвета с красного на зеленый при наклоне от нормального угла падения, то изменение цвета с красного на зеленый происходит при положении ближе к нормальному углу падения для участка со слоем рассеяния в сравнении с участком без слоя рассеяния.

Дополнительный способ подгонки защитного устройства состоит в использовании двух или более различных цветных поглощающих слоев. Пример этого воплощения поясняется фиг. 13 и 14. На фиг. 13 показан вид в поперечном сечении конструкции защитного устройства для применения его в качестве поверхностной полосы или накладки (вставки). Устройство содержит несущую подложку, которая может быть покрыта разделительным слоем, на который нанесена фотоннокристаллическая пленка. Поверх фотоннокристаллической пленки в виде рисунка нанесен красный частично поглощающий слой, а поверх всего частично поглощающего слоя нанесен второй черный поглощающий слой. На черный поглощающий слой нанесен слой адгезива. Затем устройство переносится на защищаемый документ, такой как например, банкнота (фиг. 14). После переноса несущая полоска может быть удалена, после чего фотоннокристаллическая пленка остается открытой, или, в качестве альтернативы, несущий слой может быть оставлен на месте для образования внешнего защитного слоя. При подборе соответствующих цветов для неполного поглощающего слоя рисунки, образованные этим слоем, могут быть видны только при определенных углах зрения и направлениях наблюдения и невидимы при других. В этом примере фотонно-кристаллическая пленка при нормальном угле падения пропускает все длины волн кроме красного цвета и проявляет два различных оптически изменяемых эффекта в двух разных направлениях наблюдения, как описано со ссылкой на пример на фиг. 2. Тогда при углах падения, при которых фотонный кристалл оказывается красным, рисунок, образованный частично поглощающим слоем, является невидимым с устройством, проявляющим равномерно-красный цвет, но при наклоне или вращении устройства наблюдается различное изменение цвета для участков фотонного кристалла с частично поглощающим слоем и без него, и поэтому рисунки обнаруживаются. Обнаружение или появление рисунка имеет место в дополнение к тем двум различным оптически изменяемым эффектам, наблюдаемым в двух различных направлениях наблюдения.

При еще одном воплощении настоящего изобретения фотоннокристаллическая пленка может быть подогнана обеспечением разрывов (зазоров) в пленке, так что на локализованных участках виден нижележащий (подстилающий) слой. Разрывы могут быть обеспечены переносом или нанесением фотонно-кристаллической пленки на несущую подложку частично. В качестве альтернативы разрывы могут быть созданы на более поздней стадии, например, в процессе лазерной абляции полностью сформированной фотоннокристаллической пленки. Фиг. 15 иллюстрирует устройство, содержащее несущую подложку, поверх которой нанесен красный частично поглощающий слой, на который перенесена фотоннокристаллическая пленка. Лазер использован для образования в фотоннокристаллической пленке разрывов в виде идентифицируемого изображения. В этом примере фотоннокристаллическая пленка при нормальном угле падения пропускает все длины волн кроме длины волны красного цвета и проявляет два различных оптически изменяемых эффекта в двух разных направлениях, как описано со ссылкой на пример на фиг. 2. Тогда при углах падения, при которых фотонный кристалл оказывается красным, идентифицируемое изображение, определяемое экспонируемым красным поглощающим слоем в местах разрывов, неотличимо от фона.

При наклоне или вращении устройства фотоннокристаллическая пленка меняется с красной на зеленую, но разрывы, которые открывают нижележащий поглощающий слой, все-таки оказываются красными. Таким образом, появление идентифицируемого изображения вызвано наклоном или деформацией устройства. Раскрытие (появление) изображения происходит в дополнение к двум различным оптически изменяемым эффектам, наблюдаемым в двух различных направлениях наблюдения.

Фиг. 16 иллюстрирует дополнительный пример, где есть разрывы в фотоннокристаллической пленке. Устройство на фиг. 16 содержит фотоннокристаллическую пленку, которая перенесена, по существу, на прозрачную несущую подложку. В качестве альтернативы самонесущая фотоннокристаллическая пленка может быть использована без необходимости в несущей подложке. Фотоннокристаллическая пленка та же, что и описанная по отношению к фиг. 9а, 9b, и в фотоннокристаллическую структуру включены наночастицы углеродного материала для получения, по существу, прозрачной пленки с яркокрасным цветом при осмотре под нормальным углом падения. Для образования в эластичной фотоннокристаллической пленке разрывов в виде идентифицируемого изображения использовался лазер. Идентифицируемое изображение ясно видно с обеих сторон, особенно в режиме пропускания света из-за контраста между участками, по существу, непрозрачной фотоннокристаллической пленки, которая удалена, и остающимися непрозрачными участками. Защитное устройство, проиллюстрированное на фиг. 16, проявляет две визуально контрастные характеристики защиты; во-первых - оптические эффекты фотоннокристаллического слоя, а во-вторых идентифицируемое изображение, четко видимое при пропускании с любой стороны устройства.

При еще одном воплощении настоящего изобретения фотоннокристаллические материалы могут быть подобраны так, что при определенных углах зрения и при заданных направлениях наблюдения отраженный свет находится в области невидимых длин волн электромагнитного спектра. Использование фотонных кристаллов, где только одна составная часть цветового сдвига находится в видимой области электромагнитного спектра, дает возможность включить изображение в устройство, что станет видно только при определенных углах зрения при заданных направлениях наблюдения.

На фиг. 17 показан вид в поперечном сечении при дополнительном воплощении защитного устройства по настоящему изобретению. Устройство предназначено для использования в качестве метки защиты (метки уровня безопасности), и оно содержит фотоннокристаллическую пленку, на которой при использовании типографских красок или красителей напечатаны идентифицируемые знаки. Для получения явно непрозрачной цветной картины в фотоннокристаллическую пленку добавлены наночастицы углеродного материала. На одну сторону устройства нанесен слой адгезива, а поверх него наложен несущий слой лакированной бумаги. Слой лакированной бумаги позволяет легко удалять метку для повторного нанесения на документ или другой объект, требующий защиты.

На фиг. 18 показано устройство в виде метки, наложенное на подложку. Слой лакированной бумаги сначала удаляют для обнажения слоя адгезива. Потом устройство в виде метки наносят на подложку; адгезив может представлять собой материал, чувствительный к давлению или плавкий адгезив, и он может быть постоянным или временным. Использование временных адгезивов может быть полезно при необходимости удаления метки и повторного нанесения ее на другое изделие. Однако наиболее вероятно то, что метка должна быть нанесена неизменным способом. Для предотвращения удаления и повторного нанесения метки, нанесенной неизменным способом, метка также может быть снабжена элементами защиты от вскрытия, например, хрупкими слоями подложки, профилями оттисков изображения и т.п.

В примере на фиг. 18 фотоннокристаллическая пленка при осмотре с первого направления наблюдения, например, параллельного короткой стороне подложки, оказывается голубой при относительно большом угле падения, например 70 °, к плоскости подложки. Идентифицируемые знаки напечатаны голубым цветом так, что устройство наблюдения видно при этом относительно большом угле падения на первом направлении наблюдения, знаки явным образом не выделяются на цветовом фоне фотоннокристаллической пленки. При наклоне устройства и наблюдении его в первом направлении наблюдения фотоннокристаллическая пленка меняет цвет с голубого на невидимый ультрафиолетовый, и пленка окажется черной из-за наличия наночастиц углеродного материала. Как только устройство наклоняют, то раскрываются (появляются) голубые печатные идентифицируемые знаки, т.к. фон меняется с голубого на черный.

При вращении защитного устройства и наблюдении его при относительно большом угле падения по второму направлению наблюдения, т.е. параллельно длинной стороне подложки, то устройство окажется зеленым с голубыми идентифицируемыми знаками, видимыми на зеленом фоне. При наклоне устройства и наблюдении его по второму направлению наблюдения фотоннокристаллическая пленка меняется с зеленой на голубую. Как только устройство наклонено и наблюдается по второму направлению наблюдения голубые печатные идентифицируемые знаки исчезают на голубом фоне фотоннокристаллической пленки. Таким образом достигается признак защиты, так что при осмотре по одной стороне документа идентифицируемое изображение появляется при наклоне, но при вращении и осмотре по перпендикулярной ей стороне видно, что то же самое изображение при наклоне исчезает.

В модификациях к примерам на фиг. 17 и 18, показанных на фиг. 19 и 20, фотоннокристаллическая пленка содержит фотонный кристалл, который на одном направлении наблюдения только отражает инфракрасный свет при осмотре под относительно большим углом падения, и он отражает видимый свет только при наклоне до более наклонного угла падения. Фиг. 19 представляет собой поперечное сечение защитного устройства и содержит полимерную несущую подложку, на которую впечатан черный поглощающий слой. Затем фотоннокристаллическая пленка переносится на поглощающий слой с печатанием ее с красным идентифицируемым изображением поверх этого слоя. В этом примере наночастицы углеродного материала не включены в фотонный кристалл, но наличие поглощающего слоя означает, что в цвете видны только отраженные длины световых волн. На одну сторону устройства нанесен слой адгезива, а поверх него наложен несущий слой лакированной бумаги.

Фиг. 20 иллюстрирует вид устройства сверху. В примере на фиг. 20 фотоннокристаллическая пленка при осмотре с направления наблюдения 1 при относительно большом угле падения, например 70 °, к плоскости подложки оказывается бесцветной и поэтому устройство примет черный внешний вид нижележащего поглощающего слоя. Идентифицируемые знаки запечатаны красным цветом, так что, когда устройство осматривают при этом относительно большом угле падения в первом направлении наблюдения, знаки явно выражены на фоне черного цвета поглощающего слоя (фиг. 20а). При наклоне устройства и осмотре его в первом направлении наблюдения фотоннокристаллическая пленка меняет невидимый инфракрасный свет на видимый красный свет, а красные идентифицируемые знаки исчезнут на красном фоне, образованном фотоннокристаллической пленкой (фиг. 20b). При вращении защитного устройства и осмотре его под относительно большим углом падения по направлению наблюдения 2 устройство окажется красным, так что красные идентифицируемые знаки, по существу, неразличимы на фоне красной фотоннокристаллической пленки (фиг. 20b). При наклоне устройства и осмотре его в направлении наблюдения 2, фотоннокристаллическая пленка меняется с красной на зеленую, и красные идентифицируемые знаки становятся явно выраженными на зеленом фоне (фиг. 20с).

Таким образом получен признак защиты, так что при осмотре по одной стороне документа идентифицируемое изображение появляется при наклоне, но при вращении и при осмотре по перпендикулярной стороне видно, что то же самое идентифицируемое изображение исчезает при наклоне. Таким образом создан весьма интерактивный признак защиты, который является как поразительным, так и запоминаемым для лица, устанавливающего подлинность.

При дополнительном воплощении настоящего изобретения фотоннокристаллический материал подобран так, что когда устройство подвергнуто внешнему воздействию, то наблюдается дополнительный оптический эффект. Оптический эффект в каждом случае может давать не оптически изменяемый эффект, как например, отражение падающего света при всех длинах волн. Внешнее воздействие может иметь ряд форм либо само по себе, либо в сочетании с другими, причем эти формы включают механическое, термическое, химическое, электрическое, магнитное, электромагнитное или ультразвуковое воздействия.

Оптический эффект может давать не оптически изменяемый эффект, как например, отражение падающего света при всех длинах волн. Однако, как правило, полученный оптический эффект является оптически изменяемым эффектом.

Разница между оптическим откликом кристалла в присутствии или в отсутствии внешнего воздействия, предпочтительно, составляет достаточную величину, чтобы быть визуально обнаруживаемой человеком-наблюдателем и/или быть машиночитаемой.

Воздействие вызывает изменение в периодическом размещении одного или более отражающих элементов внутри кристаллической структуры. При одном воплощении изменение является прямым результатом деформации вследствие приложенной нагрузки, но при альтернативных воплощениях нет никакой непосредственной механической деформации, и изменение вызвано опосредованно, например, в случае термического, химического, электрического, магнитного, электромагнитного или ультразвукового воздействия.

В некоторых случаях воздействие вызывает изменение показателя преломления одного или более отражающих элементов внутри кристаллической структуры. Например, один или более элементов внутри кристаллической структуры могут проявлять электрооптический, магнитооптический или химический эффекты, при которых изменение в кристаллической структуре в первую очередь относится к показателю преломления, а не к размещению различных элементов, из которых составлена структура. В химических терминах это может являться результатом поглощения воды. Однако также наблюдается сочетание этого с механическим изменением периодического размещения внутри кристалла.

Фотонный кристалл может быть подобран так, что влияние воздействия на кристалл является обратимым при устранении воздействия или при приложении противоположного воздействия. Поэтому период (интервал) кристаллической решетки может быть обратимо изменен, например, сжат или расширен, в некоторых случаях упруго, приложением внешнего воздействия.

Одним предпочтительным примером является обратимое изменение периода фотоннокристаллической решетки посредством механического изгиба, растяжения, тыкания или сжатия материала. В этом смысле тыкание отличается от сжатия из-за того, что деформируемый участок не подкреплен с обратной стороны (с тыльной стороны) при деформации. В результате деформации характеристики полной или частичной фотонной запрещенной зоны, которая происходит от периодичности фотоннокристаллической решетки, изменяются, и, следовательно, отражающие и пропускающие свойства могут быть созданы так, чтобы давать отклик на механическое воздействие. В этом случае внешнее воздействие предпочтительно будет перенесено на защитное устройство путем его сжатия лицом, устанавливающим подлинность. Подходящими фотонными кристаллами для использования при воздействии в виде механической деформации являются те, которые имеют гибкую эластомерную матрицу и известны как эластичные фотонные кристаллы.

Эластичные или упругие фотонные кристаллы, как правило, содержат полимерные материалы как для матрицы, так и для гранул (сфер). Типичные примеры упругих фотонных кристаллов, подходящих для настоящего изобретения, описаны в US 20040131799, US 20050228072, US 20040253443 и US 6337131. Кристалл может быть сформирован из гранул (сфер) первого материала и матрицы из второго материала, в которых каждый материал имеет различный показатель преломления. Поэтому матрица может быть легко деформируема, принимая форму эластомерного материала.

Материалы, подходящие для образования гранул, являются, предпочтительно, отдельными полимерными или сополимерными материалами. Типичные примеры включают как полимеры, так и сополимеры полимеризуемых ненасыщенных мономеров, а также поликонденсаты и сополиконденсаты мономеров, содержащие, как минимум, две реакционноспособные группы, такие как, например, алифатические группы с высоким молекулярным весом, алифатические/ароматические или полностью ароматические сложные полиэфиры, полиамиды, поликарбонаты, полимочевины и полиуретаны, а также аминосмолы и фенольные смолы, такие как, например, меламиноформальдегидные, мочевиноформальдегидные и фенолформальдегидные конденсаты.

Материалы, подходящие для образования эластомерной матрицы, представляют собой добавочные полимеры, имеющие низкую температуру стеклования. Примеры включают добавочные полимеры и сополимеры полимеризуемых ненасыщенных мономеров, а также поликонденсаты и сополиконденсаты мономеров, имеющие, как минимум, две реакционноспособные группы, например алифатические группы с высоким молекулярным весом, алифатические/ароматические или полностью ароматические сложные полиэфиры и полиамиды, а также аминосмолы и фенольные смолы, такие как, например, меламиноформальдегидные, мочевиноформальдегидные и фенолформальдегидные конденсаты.

Для гранул и матрицы также предусмотрены неполимерные материалы, и они могут представлять собой неорганический или металлический или гибридный композит.

Фиг. 21 поясняет пример, где в защитном устройстве настоящего изобретения используется упругий или эластичный фотонный кристалл. Самонесущая эластичная фотоннокристаллическая пленка встроена в бумажную подложку, как описано в ЕР 1141480. Одна сторона фотоннокристаллической пленки полностью открыта на передней поверхности бумажной подложки, в которую пленка частично заделана (фиг. 21а) и частично открыта в одном окне (апертуре) на задней поверхности подложки (фиг. 21b). В этом примере в фотоннокристаллическую структуру включены наночастицы углеродного материала, так что пленка имеет ярко-красный цвет при осмотре под нормальным углом падения.

При осмотре устройства с передней стороны документа в отраженном свете, проиллюстрированном на фиг. 21а, и при осмотре по направлению наблюдения 1 по всему открытому и вытянутому защитному устройству наблюдается высококонтрастный эффект смещения (изменения) цвета. В этом примере изменение цвета происходит с красного, при осмотре под одним углом падения к плоскости подложки, например при 70 °, до зеленого при осмотре под более наклонным углом падения к плоскости подложки, например при 45 °. При вращении устройства и осмотре по направлению наблюдения 2 наблюдается иной цвет по сравнению с тем, который наблюдается при осмотре по направлению наблюдения 1 для данного угла падения. Например, при угле 70 ° к плоскости подложки подложка оказывается зеленой в направлении наблюдения 2 по сравнению с красной в направлении наблюдения 1. При наклоне до более наклонного угла падения, например 45 °, цвет устройства меняется с зеленого на голубой в направлении наблюдения 2 по сравнению с изменением цвета красного на зеленый в направлении наблюдения 1.

В этом примере механическое внешнее воздействие приложено посредством сгибания документа вокруг его центральной продольной оси, как поясняется на фиг. 21с. Деформация видоизменяет структуру фотонной зоны кристалла, а следовательно и длину волны и пространственную зависимость - коэффициента отражения, наблюдаемую лицом, устанавливающим подлинность. В этом примере деформация вызывает сжатие кристаллической решетки перпендикулярно плоскости подложки, что приводит к наблюдаемому смещению цвета в сторону коротких длин волн, например, красный цвет переходит в зеленый, а зеленый цвет переходит в голубой. В данном примере окно расположено так, что оно ″укладывается ″ в центральную ось документа, так что когда лицо, устанавливающее подлинность, сгибает документ около (по) центральной оси, то на оконном участке документа происходит максимальная деформация и, следовательно, изменение цвета. Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что при деформации упругого фотонного кристалла наблюдается динамичное изменение цвета.

В примере на фиг. 21а, 21b, 21с как только защитное устройство согнуто около центрального окна первоначальное изменение цвета с красного на зеленый при осмотре по направлению наблюдения 1 происходит на центральном участке окна (апертуры), где деформация максимальна, как только документ согнут дополнительно, деформация увеличивается вовне в направлении краев окна, и наблюдается смещение зеленой зоны к краю окна. Если документ согнут до достаточно большого радиуса кривизны центральный участок окна изменит цвет с зеленого на голубой. Зависимое от угла изменение цвета будет также наблюдаться, когда устройство находится в деформированном состоянии, например, оно могло происходить с зеленого на голубой при наклоне подложки в ее первоначальном деформированном состоянии и осмотре по направлению наблюдения 1. При устранении деформации фотоннокристаллический слой вернется к своему первоначальному цвету, и поэтому процесс установления подлинности является обратимым. Изменение цвета при деформации дает дополнительную интерактивную составную часть защитного устройства, которая является как запоминаемой для широкого круга лиц, так и трудной для подделки.

Во всех примерах рисунки или идентифицируемые изображения, образованные любым из слоев, например фотоннокристаллической пленкой, поглощающими слоями или подгоняющими слоями, могут принимать любой вид. Предпочтительно, когда рисунки представлены в виде изображений, таких как узоры, символы, буквенно-цифровые обозначения и их сочетания. Рисунки могут характеризоваться узорами, содержащими твердые или прерывающиеся участки, которые могут включать, например, контурные рисунки, конфигурации тонких филигранных линий, точечные структуры и геометрические узоры. Возможные обозначения включают обозначения из неримских шрифтов, примеры которых включают китайский, японский, санскритский и арабский, но не ограничены ими.