专利名称：具有集成安全器件的安全票据及其制造方法
技术领域：
本发明涉及安全票据和代币，尤其涉及提供具有集成安全器件或部件的安全票据，还涉及制造此安全票据的改进方法。定义安全票据如本文中所使用的，术语安全票据包括所有类型的有价票据和代币以及标识文件，包括但不限于以下这些诸如纸币和硬币的货币、信用卡、支票、护照、身份证、证券和股票、驾照、所有权证书、诸如机票和火车票的旅行证件、门禁卡和门票、出生证明、死亡证明和结婚证、以及成绩单的物品。·
本发明尤其但不排他地可适用于诸如纸币的安全票据或者诸如身份证或护照的标识文件，该安全票据或标识文件从施加有一个或更多个印刷层的基板形成。基板如本文中所使用的，术语基板指代藉以形成安全票据或代币的基底材料。基底材料可以是纸或者其他纤维性材料(诸如纤维素)；塑性或者聚合物材料包括但不限于聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET);或者两种或更多种材料的复合材料，诸如，纸和至少一种塑性材料的叠片、或者两种或更多种聚合物材料的叠片。澳大利亚首创的将塑性或聚合物材料用于安全票据的制造中已非常成功，因为聚合物纸币比其纸制的对应物更耐用并且还可以结合新的安全器件和部件。澳大利亚和其他国家生产的聚合物纸币中一个特别成功的安全部件是透明区或“窗口”。透明窗口或半窗口如本文中所使用的，术语窗口指代与施加印刷的基本不透明区域相比安全票据中的透明或半透明区。该窗口可以是完全透明的，从而允许光的传输基本不受影响，或者其可以是部分透明或者局部地半透明，从而允许光的传输但不允许通过窗口区清楚地看到物体。通过在形成该窗口区的区域中略去至少一层不透明层，窗口区可以在具有施加至透明聚合物基板的至少一侧的至少一层透明聚合物材料和一个或更多个不透明层的聚合物安全票据中形成。如果向透明基板的两侧施加不透明层，则可通过在该透明基板的两侧上在窗口区中略去不透明层来形成全透明窗口。通过在窗口区中在安全票据的仅一侧上略去不透明层，部分透明或半透明区(下文称作“半窗口 ”)可在两侧具有不透明层的聚合物安全票据中形成从而“半窗口 ”不是全透明的，但允许某些光通过而不允许通过该半窗口清楚地查看物体。可替换地，基板可能由基本不透明的材料(诸如，纸或纤维性材料)形成，其中将透明的塑性材料插入到纸或纤维性基板的切口或凹口中以形成透明窗口或半透明的半窗口区。不透明层
可 向透明基板施加一个或更多个不透明层以增加安全票据的不透明性。不透明层使得LT〈U，其中Ltl是入射到票据上的光的量，并且Lt是透射通过票据的光的量。不透明层可包括各种不透明涂层的任一种或更多种。例如，这些不透明涂层可包括散布于热激活可交联聚合物材料的粘合剂或吸收剂内的颜料(诸如二氧化钛)。可替换地，透明塑性材料的基板可夹在纸或其他部分或基本不透明材料的各不透明层之间，标记可随后印刷或以其他方式施加至这些不透明层。安全器件或部件如本文中所使用的，术语安全器件或部件包括旨在保护安全票据或代币不被伪造、复制、更改或篡改的大量安全器件、元件或部件中的任一种。安全器件或部件可设置于安全票据的基板之中或之上或者施加到底基板的一层或多层之中或之上，并且可采取各种各样的形式，诸如，嵌入到安全票据的各层中的安全线；诸如荧光、发光和磷光墨，金属墨，珠光墨，光致变色、热变色、感湿或压致变色墨之类的安全墨；包括浮凸结构的印刷或浮雕部件；干涉层；液晶器件；透镜或双凸透镜结构；诸如包括衍射光栅、全息图和衍射光学组件(DOE)的衍射器件的光学可变器件(0VD)。焦点大小如本文中所使用的，术语焦点大小指代折射通过透镜的光线以特定视角与物面相交的点的几何分布的尺寸，通常是有效直径或宽度。焦点大小可从理论计算、光线跟踪模拟、或从实际测量中推断出。焦距f在本说明书中，焦距在关于透镜阵列中的显微透镜使用时，意指在准直光从该阵列的透镜侧入射时从显微透镜的顶点到通过定位功率密度分布的最大值而给出的焦点的位置的距离(参见 T. Miyashita，“Standardization for microlenses and microlensarrays (对显微透镜和显微透镜阵列的标准化)” (2007), Japanese Journal of AppliedPhysics (日本应用物理期刊)46期,第5391页)。垂度高度s小透镜的垂度高度或者表面垂度s是从顶点到从小透镜的边缘垂直延伸穿过轴的最短线在轴上相交的点的距离。波瓣张角透镜的波瓣张角是由透镜形成的整个视角。
背景技术：
先前提出用于安全票据中的一类安全器件在US 5712731 (Drinkwater)中公开，其涉及将显微透镜和微缩图像组合以生成光学可变效果。在US 5712731中，通过在基板的表面上印刷来形成微缩图像并且可在单独的组件中或在接合到微缩图像的透明塑性薄片中形成显微透镜。微缩图像与显微透镜的节距(pitch)或旋转取向之间的细微失配可产生光学可变效果，诸如，放大的图像(称为莫尔放大镜，如M. Hutley等人在“Themoir6magnifier (莫尔放大镜)”(Pure and Applied Optics (纯光学和应用光学),第3卷，第133-142页(1994))中所描述的)。这些已知的安全器件可产生在观察角度改变时表现为在器件平面下方或上方移动和/或浮动的图像。
这些已知安全器件的缺点是它们不是非常适用于合并到薄的、柔性的安全票据(诸如，纸币或其类似物)中。并且，所产生的光学可变效果是单色的，并且对可由传统印刷方法(诸如，凹版印刷、柔性版和凹版印刷)产生的缩微图像的大小有限制。也已提出使用激光技术(例如，通过指引激光束通过显微透镜到激光吸收层上)在光学可变安全器件中形成微缩图像。但是，该技术仅产生单色图像。US 2008/0160226公开了一种具有第一认证部件和第二认证部件的安全元件。该第一部件包括第一网格中的多个聚焦元件和第二网格中的多个显微镜结构。这些显微镜结构在通过聚焦元件查看时被放大。该第二认证部件是机器和/或视觉可验证的，并且不被第一认证部件的聚焦元件影响。US 2008/0160226中的各个安全元件实施例中的许多包括用于将安全元件转移至票据的粘合层。其他各实施例包括两个吸收剂基板，一个用于各聚焦元件，而另一个用于各显微结构。在一些实施例中，这些显微结构可被浮雕，而在其他实施例中它们被印刷。US 2008/0160226中公开的安全元件展现出小于50 μ m的总厚度以使其尤其适用于附着证券纸、有价票据及其类似物。但是，这会对聚焦元件的大小和焦距以及·显微结构的大小和分辨率施加限制。因此期望提供一种其中缓解现有技术的至少一些缺点的安全票据及其制造方法。还期望提供一种合并可产生类似于显微透镜和微缩图像的组合的那些效果的光学可变效果、和增强视觉效果的器件的安全票据。还期望提供一种用于制造合并有这种安全器件的安全票据的改进方法。根据本发明的一个方面，提供了一种安全票据，包括基板，该基板设置有形成于该基板上的组成安全器件，其中该安全器件包括图像层和聚焦层，该图像层包括在票据的第一表面上的第一辐射可固化墨层中的多个经雕纹浮凸形成物，该聚焦层包括在第二表面上的第二辐射可固化墨层中的多个经雕纹聚焦元件浮凸形成物，其中该票据的总厚度基本落入从60到140 μ m的范围内并且该第一和第二表面分开大于50 μ m的预定距离以在通过聚焦层查看图像层时产生可见光学效果。根据本发明的另一方面，提供了一种制造具有组成安全器件的安全票据的方法，该方法包括以下步骤将第一可辐射可固化墨层施加到票据一侧上的表面；将第一辐射可固化墨层浮雕出多个浮凸形成物并用辐射固化以形成图像层；以及将第二可浮雕的辐射可固化墨层施加到第二表面；将第二辐射可固化层浮雕出经雕纹聚焦元件浮凸形成物并用辐射固化以形成聚焦层，其中，该票据的总厚度基本落入从60到140 μ m的范围内并且该第一和第二表面分开大于50 μ m的预定距离以在通过聚焦层查看图像层时产生可见光学效果。优选地，安全票据的总厚度基本落入从约70到120 μ m的范围内，更优选地从约80到ΙΟΟμπι的纸币的优选厚度范围内。其上分别设置图像层和聚焦层的第一和第二表面优选的分开距离基本落入从约60到100 μ m的范围内，并且更优选地在约65到90 μ m之间。通过将辐射可固化墨进行浮雕来在图像层中形成浮凸形成物的方法的优势尤其在于其使得高分辨率的图像元件能够被整体地形成于诸如纸币的安全票据中。例如，可通过浮雕中的“软浮雕”技术将具有纳米(nm)范围尺寸的浮雕形成到辐射可固化墨层中，并基本上同时地用诸如UV辐射、X射线或电子束的辐射固化该辐射可固化墨。
在更优选的实施例中，图像层中的多个图像浮凸形成物包括经雕纹衍射结构。具有包括形成为经雕纹衍射结构的多个图像元件的图像层和与该图像层分开预定距离(例如安全票据的透明基板的厚度)的聚焦层的安全器件允许产生各种光学可变效果。具体地，可产生色彩图像形式的可见光学效果，该光学可见效果可与诸如放大莫尔效应、三维效果和移动或浮动图像的其它效果组合。根据本发明的又一个方面，提供了一种合并有安全器件的安全票据，该安全器件包括图像层，该图像层包括施加到该器件的第一表面的多个浮凸形成物；以及聚焦层，该聚焦层包括在该器件的第二表面上形成的多个衍射结构，该第一和第二表面分开预定距离，由此在通过聚焦层查看图像层时产生色彩图像形式的可见光学效果。如果图像层包括衍射结构，则这些衍射结构可用于在非衍射背景上形成图像元件。该非衍射背景可采取各种形式。例如，它可以是透明背景、不透明和扩散散射(磨砂)背景，或者镜面反射背景。可替换地，衍射结构可形成背景，同时通过背景上的非衍射区(S卩，无衍射结构区)形成图像元件。聚焦层和/或图像层中的这多个浮雕元件形成物可包括显微透镜结构和/或微型镜元件。这多个浮雕元件形成物可替换地、或附加地包括形成至少一个菲涅耳透镜、波带片、或光子筛的形成物。对诸如菲涅耳透镜或波带片的衍射聚焦结构的使用在集成到安全票据中时尤其有优势，因为包含此类结构的器件与其折射对应物相比相当地薄。光子筛形式的衍射放大结构给予的更进一步优势在于其提供与波带片基本相同的功能性，但是具有更小的毗邻区，由此允许使用浮雕方法时生产的更大便利性。当通过聚焦层查看图像层的浮凸形成物时所产生的可见光学效果包括放大莫尔效应、三维效果、移动或浮动图像效果，或者这些效果的组合。因为浮凸形成物通过浮雕方法施加到器件，所以可在单个步骤中以靠近的空间关系(例如，相互毗邻或交织的结构)向该器件施加各种各样(生成对应各种各样的光学效果)的结构。在优选实施例中，可由透明材料形成安全票据的基板，其中图像层的浮凸形成物被浮雕到施加至基板一侧的辐射可固化层中。随后聚焦层的浮凸形成物可被浮雕到施加至该基板另一侧的辐射可固化层中。在优选布局中，基板两侧上的透明材料和辐射可固化层的厚度决定图像层和聚焦层的预定间隔。在可替换实施例中，图像层和聚焦层的浮凸形成物被浮雕到施加至形成安全票据的基板的相同侧上各表面的辐射可固化层中，这些表面由基本透明的中间层分隔开。可向图像层和/或聚焦层的经雕纹浮凸形成物施加至少一个金属涂层或高折射率(HRI)涂层。此特性的反射涂层改善了在通过聚焦层以反射模式查看时所产生的光学效果的可见性。使用这种布局，安全票据的基板可以是透明、半透明或不透明的。基本透明的中间层、辐射可固化层和任何高折射率涂层的厚度可决定图像层和/或聚焦层的预定间隔。适于在以上实施例中的某些实施例的情况下使用的不透明基板包括纸和/或聚合物混合基板。
尤其优选的是安全器件被集成到安全票据的基本透明窗口内，以在安全器件自身上面或上方提供另一安全层。可浮雕的辐射可固化墨本文中使用的术语可浮雕的辐射可固化墨指代在印刷过程中可施加到基板、并且虽然柔软但可被浮雕以形成浮凸结构并通过辐射固化以固定经雕纹的浮凸结构的任何墨、漆或其他涂层。固化过程不在辐射可固化墨被浮雕前发生，但是固化过程有可能在浮雕后或者与浮雕步骤基本上同时地发生。辐射可固化墨优选地是紫外(UV)辐射可固化的。可替换地，辐射可固化墨可由其他形式的辐射(诸如，电子束或X射线)固化。辐射可固化墨优选地是由透明胶材料形成的透明或半透明墨。这种透明或半透明 墨尤其适用于印刷光可透射的安全元件，诸如，数字型DOE和透镜结构。在一个特别优选的实施例中，该透明或半透明墨优选地包括基于丙烯酸的UV可固化的透明可浮雕漆或涂层。此类UV可固化漆可从各种制造商(包括Kingfisher Ink LimitecK翠鸟油墨有限公司))获得，产品紫外线型UVF-203或类似物。可替换地，辐射可固化的可浮雕涂层可基于其他合成物，例如，硝基纤维素。本发明中使用的辐射可固化墨和漆已被发现尤其适用于浮雕显微结构，包括衍射结构(诸如D0E、衍射光栅和全息图)、以及显微透镜和透镜阵列。但是，它们还可浮雕有更大的浮凸结构，诸如，非衍射光学可变器件。该墨优选地由紫外(UV)辐射基本上同时地浮雕和固化。在特别优选的实施例中，该辐射可固化墨在凹版印刷过程中基本上同时地被施加和浮雕。优选地，为了适用于凹版印刷，该辐射可固化墨的粘性基本落入从约20到约175厘泊的范围中，并且更优选地为从约30到约150厘泊。可通过测量从2号蔡恩杯(ZahnCup)排空漆的时间来确定粘性。在20秒内排空的样本具有30厘泊的粘性，而在63秒内排空的样本具有150厘泊的粘性。对于一些聚合物基板，可能必需在施加辐射可固化墨前向基板施加中间层以改善由该墨形成的已雕纹结构对该基板的粘附度。中间层优选地包括底漆层、更优选地，该底漆层包括聚乙烯亚胺。该底漆层还可包括交联剂，例如，多功能异氰酸盐。适用于本发明的其他底漆层的示例包括羟基封端聚合物；基于羟基封端聚合物的共聚物；交联或非交联的羟化丙烯酸酯；聚氨酯；以及UV固化阴离子或阳离子丙烯酸酯。合适的交联剂的示例包括异氰酸酯；聚氮丙啶；锆络合物；乙酰丙酮铝；三聚氰胺；以及碳化二亚胺。底漆的类型可针对不同基板和经雕纹墨结构而变化。优选地，可选择基本上不影响经雕纹墨结构的光学属性的底漆。在另一个可能实施例中，辐射可固化墨可包括金属颗粒以形成可印刷并可浮雕的金属墨合成物。该金属墨合成物可用于印刷反射安全兀件，诸如，衍射光栅或全息图。可替换地，如果期望将反射安全元件形成为安全器件的一部分，则例如由透明胶形成的透明墨可有或没有中间底漆层地被施加在基板的一侧上，然后对该透明墨进行浮雕并用辐射固化，随后在印刷过程中将金属墨合成物施加到经雕纹透明墨。金属墨合成物还可能被施加到足够薄以允许光透射的层中。金属墨在使用时优选地包括具有金属颜料颗粒和粘合剂的合成物。该金属颜料颗粒可优选地从以下组中选择铝、金、银、钼、铜、金属合金、不锈钢、镍铬铁合金以及黄铜。金属墨优选地具有低粘合剂含量和高颜料对粘合剂比。在Wolstenholme InternationalLimited (伍尔斯滕霍姆国际有限公司)的W02005/049745中描述了适于在本发明中使用的金属墨合成物的示例，其描述了适用于涂敷衍射光栅、包括金属颜料颗粒和粘合剂的涂层合成物，其中，颜料与粘合剂之比足够高到准许颜料颗粒对准衍射光栅的轮廓。合适的粘合剂可包括从以下组中选择的任何一种或多种硝酸纤维素、乙基纤维素、乙酸纤维素、乙酸丙酸纤维素(CAP)、乙酸丁酸纤维素(CAB)、醇溶丙酸(ASP)、氯乙烯、乙酸乙烯酯共聚物、乙酸乙烯酯、乙烯基、丙烯酸、聚氨酯、聚酰胺、松香酯、碳氢化合物、醛、酮、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、萜烯酚、聚烯烃、聚硅氧烷、纤维素、聚酰胺以及松香酯树脂。在一个尤其优选的金属油墨组合物中，粘合剂包括硝酸纤维素和聚氨酯。
颜料与粘合剂之比优选基本落在按重量计从约5:1到约O. 5:1的范围内，更优选地基本落在按重量计从约4:1到约I: I的范围内。按成分重量计的金属颜料含量优选地小于约10%，并且更优选地小于约6%。在尤其优选的实施例中，按成分重量计的颜料含量基本落在从约O. 2%到约6%的范围内，并且更优选的从约O. 2%到约2%。平均颗粒直径可以在从约2μπι到约20μπι的范围中，优选地在从约5μπι到约20μπι的范围中，并且更优选地在从约8μπι到约15 μ m的范围中。颜料颗粒的厚度优选地小于约IOOnm,并且更优选地小于约50nm。在一个实施例中，颜料颗粒的厚度基本落在从10至50nm的范围内。在另一实施例中，颜料颗粒的厚度基本落在从5至35nm的范围内，而在另一实施例中，颜料颗粒的平均厚度基本落在从5至18nm的范围内。诸如以上描述的可浮雕的UV可固化墨合成物已被发现尤其适用于浮雕以形成光学衍射安全器件，诸如，衍射光栅、全息图和衍射光学元件。在其中透明区域在一侧被至少一个不透明层覆盖的半窗口的情形中，由经雕纹金属墨形成的安全器件可以是从基板的另一侧仅在半窗口中可见的反射器件，该基板的另一侧在半窗口区中不被不透明层覆盖。在基板的一侧覆盖半窗口区的不透明层可能允许光的部分透射，从而由经雕纹墨形成的安全器件从该侧部分透射可见，该侧在半窗口区中被不透明层覆盖。在可折叠的柔性安全票据(诸如纸币或类似物)的情形中，如果在该票据的第一表面上在全窗口区中设置聚焦层，则可在该票据的另一部分上设置图像层，该图像层与聚焦层横向间隔开并位于该票据的反面上，由此当透镜层(例如，通过折叠)叠加到图像层上时，可通过聚焦层查看到图像层并且该可见光学效果变得显而易见。
现在将参考附图仅借助示例描述本发明的一些优选实施例，在附图中图I是根据本发明一个实施例的具有集成安全器件的安全票据的示意剖面；图2是类似于图I但具有修改安全器件的安全票据的示意剖面；图3是类似于图I但具有另一安全器件的安全票据的示意剖面；图4是具有由半窗口区中经雕纹墨形成的安全器件的安全票据的示意剖面；
图5是示出由集成安全器件产生的光学可变效果的示例的安全票据的平面图；图6示出图5的安全票据的聚焦层和图像层的平面视图；图7示出图5的安全票据的变型的平面视图；图8示出在本发明的一些实施例情况下使用的图像浮凸形成物的示例的平面视图和特写；图9示出在图6所示构造情况下 使用的替换性图像层；图10是具有在不透明基板上形成的安全器件的经修改安全票据的示意截面图；图11是穿过具有在经乳浊化的透明基板上形成的安全器件的另一安全票据的示意截面图；以及图12是其中透镜层不持久地覆盖在图像层上的安全票据的又一实施例的示意截面图。附图的详细描述参考图1，示出安全票据1，包括透明塑性材料的基板4以及该基板每侧上的一个或多个不透明层5、6。透明基板4优选地由诸如两层或多层双向拉伸聚丙烯薄膜的层压结构的透明聚合物材料形成。然而将领会到，其他透明或半透明聚合物材料基板可用于本发明中，诸如，聚乙烯和聚乙二醇对苯二甲酸酯(PET)。不透明层5、6可包括施加到基板4两侧的不透明墨的一个或多个涂层。可替换地，不透明层5、6可由多层纸或层叠的其他不透明材料形成到基板4的两侧以形成混合基板。如图I所示，在安全票据I的一区域中略去不透明层5、6以形成透明区或窗口 7。安全票据在窗口 7中设置有组成安全器件10，如将在以下描述的。安全器件10包括聚焦层11和图像层12。透明基板4的第一表面或上表面4a具有多个折射显微透镜15形式的经雕纹聚焦元件浮凸形成物，这些浮凸形成物已被浮雕到第一辐射可固化墨层中以形成聚焦层11。在器件的第二表面或下表面4b上有第二辐射可固化墨层，一般在13处示出的多个衍射图像浮凸形成物已被浮雕到该第二辐射可固化墨层中。该衍射图像浮凸形成物13形成图像层12。显微透镜15和图像浮凸形成物13可由以上描述的辐射可固化墨(例如，折射率η为1.47的UV丙烯酸盐)形成。透明基板4的厚度优选基本落入从约50到约120 μ m的范围内。辐射可固化墨的厚度优选不超过约10 μ m，并且更优选不超过5 μ m。因此，聚焦层11和图像层12分隔开的预定距离D大于50 μ m、优选地在60与100 μ m之间、更优选地在65到90 μ m之间。合并有安全器件的安全票据的总厚度优选地基本落在从约60到140 μ m的范围内。在透明基板被不透明墨覆盖的情形中，该不透明墨层优选在基板的每一侧上的总厚度落在从约5到20 μ m的范围内。当使用混合纸/聚合物基板时，不透明纸层的厚度可基本落在从约10 μ m到45 μ m的范围内。本发明允许使用相对较宽的聚焦元件和图像元件。优选聚焦元件和/或图像元件的节距至少为约50 μ m。经雕纹图像浮凸形成物在图像层的平面上可具有各种二维形状。例如，每个图像浮凸形成物可形成在通过聚焦层11查看时可见的较大总体图像的一部分。可替换地，每个图像浮凸形成物可以是完整图像，诸如字母、数字或几何形状。
图像层12的各非衍射区18形成图像产生部分13的背景。图像层的辐射可固化墨可以是部分透明的墨合成物，例如，包含以上所述的金或银金属颜料。在该情形中，穿过聚焦层11查看器件的观察者将在由非图像区18形成的反射性金或银背景上观察到由图像元件13形成的色彩衍射图像。另一保护涂层16可施加到图像层12上。这用于保护浮凸结构不受物理损害，并防止通过对浮凸结构的接触复制的伪造。该另一层16可以是基本透明的材料(诸如，高折射率(HRI)涂层)，或者其可以是反射材料(诸如，金属涂层)。HRI或金属涂层可用于取决于该涂层与图像层12之间的折射率的差异，来增强由器件产生的光学效果。例如，该光学效果可以是在透射中完全可见，但在反射中仅部分可见，反之亦然。可替换地，可用基本透明的墨印刷施加有具有不同折射率的另一墨层16的图像层12，从而该墨填充浮凸结构13并且背景区域18将呈现该另一层16的材料的外观。由此，该另一层16作为本实施例中的背景层。
例如，如果采用以上所述的诸如金或银的金属墨合成物中的一种的高反射材料，则对照镜面反射的金或银的背景，观察者将看到由浮凸结构13产生的色彩衍射图像，该镜面反射从背景区域18发生。包括染料或色彩颜料的非金属墨的施加将导致衍射、色彩或光学可变的图像对照具有染料或颜料的颜色的光学不变背景为可见。还有可能例如用具有高度表面粗糙度的非衍射和非周期性浮凸来构成背景区域18，从而当反射墨层16被施加到图像层12时，背景区上入射的光将被非镜面地(S卩，散射地)反射，并且该背景将呈现基本无色或磨砂的外观。还可向聚焦层11施加例如HRI材料的保护涂层17。图像浮凸形成物13可具有跨图像层的恒定空间频率f(=l/d，其中d是光栅间距)。根据光栅方程d(sin Qjsinei) =mλ (其中，Θ m是第m个衍射级的角位置，Θ i是入射角并且λ是入射光的波长)，在多色光下查看时图像的颜色随着观察角度改变而改变，并且对应于不同波长的不同一阶衍射最大值进入视界中。还可跨图像层调制空间频率和/或浮雕深度以产生更显著的视觉效果，诸如，全色调、多色莫尔放大图像。还可能将各图像元件13形成为亚波长光栅，以使它们作为用于特定波长光的零阶光栅。例如，具有约为300nm的光栅间距d的光栅将具有约550nm的强反射峰值，即，它会基本上显示为绿色。此类结构还产生的另一引起关注的效果在于它将在其自身平面中在旋转约90°时显示色偏移。如果形成多个亚波长图像浮凸形成物13，则它们的空间频率还可跨图像层进行调制以产生具有不同色彩的图像元件。例如，这些图像元件13中的一些可具有第一空间频率，从而它们以零衍射级产生绿色光，而剩下的图像元件可具有第二空间频率，从而它们以零衍射级产生红色光。应当领会到，可采用任何数量的不同色彩，从而可形成在旋转90°时显示色偏移的多色彩放大图像。聚焦层11和图像层12分开预定距离D，该预定距离D通常近似于或近似等于聚焦元件15的焦距以使得该聚焦元件基本与图像元件“对焦”。还可以通过将图像层12处的焦点大小调整为适应图像元件13的大小来减小距离D，从而焦点大小近似等于图像元件大小或在图像元件大小的窄范围内(例如，±20%)，如US临时申请61/157，309中所描述的。还可能使用“失焦”的聚焦元件，其具有显著大于距离D的焦距。例如，该焦距可近似为距离D的两倍,例如，当D为约80-85 μ m时,可使用焦距为约150-160 μ m的聚焦元件。如果每个图像浮凸形成物是图案或字符形式的微缩图并且各微缩图基本等同并且以特定重复周期或空间频率跨图像层重复，并且通过具有近似重复周期的各透镜15查看，则观察者将看到由莫尔条纹组成的组成图像，每个条纹是个体微缩图的放大版本。放大的程度将取决于聚焦层11中透镜阵列与图像层12中的微缩图阵列之间重复周期中的差异，并且还取决于透镜和图像阵列的相对角取向。
微缩图可形成为非衍射结构，例如，在图像层平面中的一个或两个维度中具有若干微米级的空间广度的结构。这是比由印刷方法所能实现的分辨率高得多的分辨率。可替换地，它们可以是具有与前面提到的非衍射结构相似的总体空间广度，但是衍射地形成亚结构(即每个微缩图是衍射光栅或亚波长光栅)的衍射结构。图像浮凸形成物还可能是更复杂的衍射、反射或折射结构。在一个实施例中，每个图像浮凸形成物13可被构成为在多色光的扩散照明下的反射中其产生实物或虚物的部分的图像，该物体对观察者显示为三维或无色的。此结构的一个示例是包括反射小平面(微型镜)的浮凸形成物，其中该小平面的斜坡(角度)被调制以便以模仿从物体表面的反射的方式来反射入射光，如PCT申请WO90/08338中所述。如PCT申请WO 2006/013215中描述的，能够产生伪3D效果的浮凸结构的又一个示例是包含一系列衍射区的浮凸结构，每个区中的衍射槽的空间频率和曲率安排成使得入射光以模拟从物体表面的反射的方式偏转。在透镜15阵列下查看这种特性的图像浮凸形成物13可对观察者产生还随着视角的变化而变化的伪3D印象。在另一实施例中，每个图像浮凸形成物13可以是以上描述的类型，但是产生整个物体的伪3D图像。根据以上讨论的莫尔放大器原理，如果各图像浮凸形成物13彼此基本等同并且各自位于透镜15下，则该器件可产生伪3D图像的旋转和放大版本的视觉光学效
果O在另一实施例中，每个图像浮凸形成物13可构成为微型镜阵列，其中每个微型机与基板之间的角被调制以产生高度反射的光学效果。例如，图像浮凸形成物13内的微型镜角可被调制为以模拟从三维实物或虚物的表面的反射的方式反射入射光，由此对观察者产生伪3D效果。一般而言，在使用器件时聚焦层的每个聚焦元件将位于一个图像元件13的上面，但是诸如动画的更为复杂的光学可变效果可通过应用从多个交织的(空间复用的)图像中衍生的图像元件13来产生。例如，可通过使两个图像交织来产生“翻转图像”效果。这种情形中的图像元件13会是交织图像的部分，并且每个聚焦元件15会位于一对图像元件13的上面，每个图像一个图像元件13。在又一示例中，图像元件13可包括多于一种类型的效果生成浮凸元件，从而图像层12包括例如产生旋转时偏移色彩的零阶衍射图像的亚波长光栅微缩图阵列，以及在使器件倾斜时偏移色彩但在器件旋转时不偏移色彩的衍射微缩图阵列。可由此通过单个图像层12产生两种或更多种不同类型的光学效果。还有可能采用衍射透镜结构作为聚焦元件以提供放大效果，例如图2中的菲涅耳显微透镜25。图2示出类似于图I的安全票据但具有修改的安全器件20的安全票据2。图2的安全票据2和器件20在所有其他方面基本等同于图I的安全票据I和器件10。菲涅耳显微透镜25可形成为具有如图2中所描绘的连续轮廓的结构，或者可由具有双阶或多阶轮廓的结构近似，如本领域所知晓的。图3示出类似于图I但具有另一改进的安全器件30的安全票据3。图3的安全票据3和器件30在所有其他方面基本等同于图I的安全票据I和器件10。安全器件30与图I的安全器件的不同之处在于图像层12中的已雕纹衍射结构33形成衍射背景，并且聚焦层14的聚焦元件35位于图像层中的非衍射区36的上面。现在参考图4，示出合并有图2的安全器件20的安全票据40。安全票据40包括 覆盖其上设置有图像层12的基板4侧面的第一不透明层42，并且可以可任选地包括覆盖该第一不透明层的第二不透明层44。在其上设置有聚焦层14的基板的另一侧，第一不透明层46 (以及可任选地第二不透明层48)覆盖除器件20的区域之外的基板4。未施加不透明涂层46、48的该未覆盖区45由此在该票据的上表面如图所示地形成包含器件20的半窗口区47.不透明层42和44可包括各种不透明涂层的任一种或更多种。例如，这些不透明涂层可包括散布于热激活、可交联的聚合物材料的粘合剂或吸收剂内的颜料(诸如二氧化钛)。可替换地，透明塑性材料的基板4可被夹在各不透明纸层之间，标记可随后向这些层印刷或以其他方式施加。安全票据还可能由具有切口区的纸或纤维性基板形成，其中透明塑性插入物被插入到该切口区中以形成透明窗口，墨合成物被施加并浮雕到该透明窗口以形成聚焦层11和图像层12。参考图5、6和8，示出安全票据120，包括窗口或半窗口区130，莫尔放大效果通过该窗口或半窗口区130是可见的。图5示出平面视图中的该安全票据。安全票据120具有类似于图I中所示的结构，但图像元件是图像层112中字母“A”113形式的已雕纹衍射显微结构，如图6的放大视图中所示，图6还示出聚焦层114的显微透镜115的放大视图。图8中的150处示出各图像元件113中的一个元件的极大放大版本。未被字母“A” 113占据的区118可以是未构成的区，或者可以被非周期地构成以扩散地散射入射光。在图8中，每个图像元件113包括一系列已雕纹衍射槽，其中黑线113a指示已雕纹部分(槽)，并且白线113b指示未雕纹部分(脊)。当以不同角度透射查看时或者在安全票据倾斜的情况下，该形成物可提供亮图像与暗图像之间的转换。施加到已雕纹图像层112的背景层(未示出)优选地是包括染料的半透明区，从而当通过包括显微透镜115并具有与图像层112相似(但不等同)的节距和旋转取向的聚焦层114查看图像元件113时，示出衍射光学可变效果的放大并旋转的字母113’对照非衍射色彩背景118是可见的，该背景颜色对应于染料的颜色。在图7中，示出图5的安全票据120的修改版本220，其中前景与背景的角色颠倒。在该实例中，图像层在除与字母“A”对应的区之外的任何地方都被浮雕，从而具有染料的颜色的放大和旋转版本213’对照与已雕纹区对应的彩色衍射背景218而在已开窗区230中是可见的。
如果使得毗邻的已雕纹113a和未雕纹113b区之间的间隔足够小，则图像元件可形成优先地反射特定颜色的光的亚波长光栅，如上所述。还将领会到，可在图像元件113内调制槽113a的空间频率以产生不同的色彩效果。还可以或替换地调制已雕纹槽的深度。图像层112的不同区域中的图像元件113还可具有不同空间频率和/或浮雕深度以跨图像层112产生不同色彩和/或亮度。在图9中示出对图5和7的图像层112的可替换图像层312 (未按比例画出)。在该实施例中，图像元件313 (由点线勾画)一般是不等同的。图像元件313包括已雕纹槽(黑线)313a和未雕纹区313b并且可跨图像层312调制各已雕纹槽的间距和曲率。在使用以图像层312为特征的器件中，每个图像元件313通过位于上方的透镜阵列114中的单个透镜查看，从而向观察者产生的印象是衍射图像350，该衍射图像350随着视角的变化而改变颜色并且显现为移动和/或浮动。 现在参考图10，示出设置有组成安全器件510、包括不透明基板51的修改安全票据50.该安全器件510类似于图I的安全器件10并包括图像层52和聚焦层54。由施加到不透明基板的第一表面59的辐射可固化墨层形成图像层52，然后将衍射图像浮凸形成物53浮雕到墨层中并固化该墨。向图像层52施加优选为HRI材料层的光学隔离物层56。随后向隔离物层56和显微透镜55施加辐射可固化墨层并在墨层中同时浮雕并固化以形成聚焦层54。然后可施加优选为HRI材料的另一层57以保护聚焦层54。图像层的未雕纹非衍射区58为已雕纹图像元件53形成了背景，但是应当领会到该布局可颠倒为已雕纹衍射区形成未雕纹区的背景，这些未雕纹区形成参考图3描述的图像元件。其上设置有安全器件510的侧面上的不透明基板51的表面除安全器件所在的区之外可由一个或多个其他不透明层(例如，已印刷层511和512)覆盖。因此，可在安全票据中形成半窗517以产生与图4类似的效果。在图10的实施例中，图像层52和聚焦层54位于基板的相同侧，这在一些制造装备中可能有优势。图11示出修改的安全票据60，其具有与图2和4的器件20类似的安全器件610。票据60包括透明基板61，在一表面71上已向该透明基板61施加了不透明涂层70。向基板61的与该不透明涂层70相反的表面72施加辐射可固化墨的图像层62，并且通过对该辐射可固化墨浮雕并固化来形成图像浮凸形成物63。然后向图像层62施加HRI涂层66，并在HRI涂层66的顶部施加另一基本透明的光学隔离物层67。可接着向光学隔离物层67的外表面73施加第二辐射可固化墨层，并且在该辐射可固化墨层中浮雕并固化聚焦元件浮凸形成物65以形成聚焦层64。随后向聚焦层64施加可与HRI涂层66相同或不同的又一 HRI材料层67以保护各透镜。如图10中所示，其上设置有安全器件610的侧面上的透明基板61的表面除安全器件所在的区之外可由一个或多个其他不透明层(例如，已印刷层611和612)覆盖。因此，可在安全票据中形成半窗617以产生与图4类似的效果。在图10和11的每一个中，当设置有HRI涂层时，光学隔离物的总厚度优选为使得图像层和聚焦层分隔开大于50 μ m的距离D。安全票据的总厚度优选地基本落在从约60到140 μ m的范围内，并且更优选地为至少约85 μ m以考虑到不透明基板和经乳浊化的透明基板的厚度。图12示出另一修改安全票据410，其包括除区域430、431外施加有不透明涂层422,424的透明基板411，区域430、431中的每一个形成安全票据410中的窗口区域。在第一窗口 430中施加了辐射可固化墨的聚焦层414，聚焦元件浮凸形成物415已被浮雕并固化到聚焦层414中。将HRI材料417作为保护涂层施加到聚焦元件浮凸形成物415。在第二窗口区431中，在基板的与聚焦层414相反的另一侧施加第二辐射可固化墨层，聚焦元件浮凸形成物415已被浮雕并固化到该第二辐射可固化墨层中。图像浮凸形成物413由第二HRI保护层416保护。通过将安全票据410折叠并将两个窗口区域430、431对齐，从而聚焦层414与图像层412重叠，可见光学效果可变得显而易见，例如，早先描述的衍射或非衍射莫尔放大效果、或者移动和/或浮动彩色图像。安全票据的“自验证”配置添加了又一个可识别的安全特征以供认证该票据。同样将领会到，聚焦层414与图像层412可位于基板411的相同侧上，而不是如图 11中所示的相反侧，只要相应地调整基板厚度和/或聚焦元件415的焦距即可。在一些应用中，可在施加可浮雕墨合成物层12、14、52、54、62、64、112、114、412、414之前向基板11、51、61、411的表面施加中间底漆层(未示出)以改善所得已雕纹结构向基板的粘附度。用于对UV可固化墨进行浮雕以形成已雕纹结构的装置可包括薄垫片或无缝辊。薄垫片或辊可由任何合适的材料(诸如，镍或聚酯)制造。优选地，经由镍氨基磺酸盐电镀工艺来产生镍薄垫片。支撑用于形成衍射浮凸结构或显微透镜阵列的显微结构的光阻材料玻璃板的表面可以是被真空镀金属或用纯银喷涂的。随后可将该板置于氨基磺酸镍溶液中并且经过一时间段镍分子沉积在涂敷有银的光阻材料的表面上，从而得到一原版拷贝。后续的各拷贝可用于转移该图像以用于再现，或者用于转移到紫外线聚酯薄垫片或制造无缝辊。可通过涂敷聚酯，且用紫外线可固化漆和接触剂拷贝主图像并借助于紫外光固化所转移的图像，来制造聚酯薄垫片。可通过将具有亚显微衍射图案或显微透镜图案的镀金属转移膜用于其上的显微透镜来制造无缝圆筒，这些显微透镜可被固定并转移到涂敷有粘合剂的圆筒上。可通过钳将该镀金属转移膜粘贴到辊。随后可固化粘合剂，优选地通过加热。一旦被固化，该转移膜被移去，从而在圆筒(即，辊)的表面留下具有亚显微或显微图案的镀金属层。这被重复直到该圆筒被完全覆盖。该圆筒随后可被置于铸造管中并用硅树脂浇铸以制造模具。该亚显微或显微图案可被铸造到硅树脂的内表面。一旦该硅树脂被固化，该模具被移开并置于第二个铸造管中。压延辊可随后放置于该模具中并用固体树脂浇铸、优选地用加热固化。一旦被固化，该辊可从模具中移开-其中硅树脂的内表面中的图案已被转移到树脂圆筒的外表面并准备好使用-以将该圆筒表面上的亚显微衍射图案或透镜图案转移到基板的第一表面上的已印刷紫外线可固化漆的表面中。在另一实施例中，圆筒涂敷有紫外线可固化树脂，从而将具有亚显微衍射图案或透镜图案的透明转移膜通过钳放置到紫外线树脂的表面并用紫外光固化。随后该圆筒就可如以上所述地浇铸，并用于将图案直接转移到基板的第一表面上的已印刷紫外线可固化漆的表面中。基板的上表面可印刷有与窗口或半窗口区不连续对准的可浮雕的UV可固化墨，从而其他后续印刷可在未对准区上进行以作为窗口或半窗口区外的图像/图案。然后基板可通过轧辊传递到以粘贴于圆筒表面的镍或聚酯薄贴片的形式携带亚显微衍射图案或透镜图案或图像的圆筒。在优选实施例中，可在无缝圆筒上保持这些图案，从而可改善转移的精度。然后可借助于使薄垫片或无缝辊的表面接触暴露紫外线可固化漆的表面的方式将亚显微衍射图案或透镜图案从薄垫片或无缝辊转移到暴露的紫外线可固化漆中。紫外光源可通过涂膜基板的上表面暴露并通过暴露到紫外光立即固化该漆。该紫外光源可以是安放于圆筒内部的200瓦到450瓦范围中的灯，从而通过已印刷紫外线漆固化并固定所转移的亚显微衍射图案或透镜图案。以上描述的通过将透明辐射可固化墨印刷到薄片上、对仍然软 的该墨进行浮雕并同时用辐射固化该墨来形成已雕纹浮凸结构安全器件的方法，与其他的通过将已雕纹安全器件(诸如，衍射光栅或全息图)从转印膜转移到安全票据上来施加安全器件的方法相比，允许多个安全部件形成于纸币或其他薄片型安全票据中，其中这些安全部件更为精确地对准个体薄片型票据的窗口或半窗口区。在本发明中，这至少部分地是由于安全器件的对准是作为印刷过程的组成步骤来生成的，并且没有遭遇到其中公差普遍大于1_的薄片馈送对准的问题。本发明的另一个优势在于它允许由聚焦层和图像层构成的各安全器件以节省成本的方式集成在诸如纸币的安全票据中，而基本上不增加该票据的厚度。在大多数实例中，安全器件的任何附加高度是不会被注意到的。因此，本发明允许使用相对较宽的聚焦元件和图像元件而不对进一步的印刷或器件的使用产生影响。由聚焦层和图像层形成的器件是公开的安全部件，其容许公众识别度增加，并使伪造者复制有更大的难度。将领会到，可对以上描述的本发明的各实施例作出各种修改和变更而不不背离本发明的范围和精神。例如，虽然示例性实施例已特别参考纸币形式的安全票据进行了描述，但是不同实施例中的不同聚焦层和图像层可被互换，将领会到本发明的各方面和实施例具有对其他类型的安全票据和标识文件的应用，这些安全票据和标识文件包括但不限于以下这些信用卡、支票、护照、身份证、安全证书和股票、驾照、所有权证书、诸如机票和火车票的旅行证件、门禁卡和门票、出生证明、死亡证明和结婚证、以及成绩单。
权利要求
1.一种包括基板的安全票据，所述基板设置有在所述基板上形成的组成安全器件，其中所述安全器件包括图像层和聚焦层，所述图像层包括所述票据的第一表面上的第一辐射可固化墨层中的多个已雕纹浮凸形成物，所述聚焦层包括第二表面上的第二辐射可固化墨层中的多个已雕纹聚焦元件浮凸形成物，其中所述票据的总厚度基本落在从60到140μπι的范围内并且所述第一和第二表面分开大于50μπι的预定距离以在通过所述聚焦层查看所述图像层时产生可见的光学效果。
2.一种制造具有组成安全器件的安全票据的方法，包括以下步骤 将第一可雕纹的辐射可固化墨层施加到所述票据一侧的表面上； 将所述第一辐射可固化墨层浮雕出多个浮凸形成物并用辐射进行固化以形成图像层；以及 将第二可雕纹的辐射可固化墨层施加到第二表面； 将所述第二辐射可固化层浮雕出已雕纹聚焦元件浮凸形成物并用辐射进行固化以形成聚焦层； 其中所述票据的总厚度基本落在从60到140 μ m的范围内并且所述第一和第二表面分开大于50 μ m的预定距离以在通过所述聚焦层查看所述图像层时产生可见光学效果。
3.如权利要求I或权利要求2所述的安全票据或方法，其特征在于，所述第一和第二辐射可固化层中的至少一个浮雕有衍射浮凸结构。
4.如权利要求3所述的安全票据或方法，其特征在于，所述图像层中的所述多个浮凸形成物包括已雕纹衍射结构。
5.如权利要求4所述的安全票据或方法，其特征在于，所述图像层中的所述已雕纹衍射浮凸结构形成衍射背景，并且所述图像层中的图像元件是在衍射背景上由非衍射区形成的。
6.如权利要求4所述的安全票据或方法，其特征在于，所述图像层中的所述已雕纹衍射浮凸结构形成非衍射背景上的图像元件。
7.如权利要求7所述的安全票据或方法，其特征在于，所述非衍射背景与在其上形成所述安全器件的基板是相同的。
8.如上述权利要求的任一项所述的安全票据或方法，其特征在于，所述已雕纹聚焦元件浮凸形成物是衍射结构。
9.如上述权利要求的任一项所述的安全票据或方法，其特征在于，在通过所述聚焦层查看所述图像层中的所述已雕纹浮凸形成物时产生的所述可见光学效果是彩色图像。
10.如上述权利要求的任一项所述的安全票据或方法，其特征在于，所述聚焦层和/图像层中的所述多个浮凸形成物包括显微透镜结构。
11.如上述权利要求的任一项所述的安全票据或方法，其特征在于，所述聚焦层和/或图像层中的所述多个浮凸结构形成至少一个菲涅耳透镜、波带片、或光子筛。
12.如上述权利要求的任一项所述的安全票据或方法，其特征在于，所述聚焦层和/图像层中的所述多个浮凸结构包括微型镜结构。
13.如上述权利要求的任一项所述的安全票据或方法，其特征在于，当通过所述聚焦层查看所述图像层中的所述浮凸形成物时产生的所述可见光学效果包括放大莫尔效应。
14.如上述权利要求的任一项所述的安全票据或方法，其特征在于，在通过所述聚焦层查看所述图像层的所述浮凸形成物时产生的所述可见光学效果包括三维效果。
15.如上述权利要求的任一项所述的安全票据或方法，其特征在于，在通过所述聚焦层查看所述图像层中的所述浮凸形成物时产生的所述可见光学效果包括移动或浮动图像。
16.如上述权利要求的任一项所述的安全票据或方法，其特征在于，所述基板由透明材料形成，所述图像层的所述浮凸形成物被浮雕到在所述基板一侧上施加的辐射可固化层中，并且所述聚焦层的所述浮凸形成物被浮雕到在所述基板另一侧上施加的辐射可固化层中。
17.如权利要求16所述的安全票据或方法，其特征在于，所述透明材料的厚度和所述基板另一侧上的所述辐射可固化层的厚度决定所述图像层和聚焦层的预定间隔。
18.如权利要求1-15的任一项所述的安全票据或方法，其特征在于，所述图像层和所述聚焦层的所述浮凸形成物被浮雕到施加到所述基板同一侧上表面的辐射可固化层中，所述各表面由基本透明的中间层分隔开。
19.如权利要求18所述的安全票据或方法，其特征在于，所述基板是不透明基板，诸如，纸或纸/聚合物混合基板。
20.如上述权利要求的任一项所述的安全票据或方法，其特征在于，向所述图像层和/或所述聚焦层的所述已雕纹浮凸形成物施加至少一个反射涂层或高折射率涂层。
21.如权利要求18、权利要求19或者从属于权利要求18或权利要求19的权利要求20所述的安全票据或方法，其特征在于，所述基本透明的中间层、所述辐射可固化层和任何高折射率的涂层的厚度决定所述图像层和/或所述聚焦层的所述预定间隔。
22.如权利要求I或权利要求3-20的任一项所述的安全票据，其特征在于，所述安全器件合并在所述安全票据的窗口或半窗口内。
23.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一和第二辐射可固化墨层中的至少一个被浮雕但同时是柔软的以形成所述浮凸形成物，并与所述浮雕步骤基本同时地用辐射固化以固定所述经雕纹浮凸形成物。
全文摘要
提供了一种具有基板(4)和组成安全器件(10)的安全票据(1)，该组成安全器件(10)包括图像层(12)和聚焦层(11)，图像层(12)和聚焦层(11)中的每一个从浮雕出浮凸形成物(13；15)的辐射可固化墨层形成。在该票据的第一表面上设置有浮雕有浮凸形成物(13)以形成图像层(12)的第一辐射可固化层，且在该票据的第二表面上设置有浮雕有聚焦元件浮凸形成物(15)的第二辐射可固化层(11)。该第一和第二表面分开预定距离D以在通过聚焦层(11)查看图像层(12)时产生可见的光学效果。在优选实施例中，第一和第二辐射可固化层中的至少一个浮雕有衍射浮凸结构，并且可向图像层(12)和/或聚焦层(11)中的已雕纹浮凸形成物施加高折射率涂层或反射涂层。本发明允许安全器件以节省成本的方式集成在诸如纸币的安全票据中，而基本上不增加该票据的厚度。
文档编号G07D7/12GK102958705SQ201180015508
公开日2013年3月6日 申请日期2011年3月24日 优先权日2010年3月24日
发明者G·F·鲍尔, O·巴蒂斯坦托斯, P·斯威夫特, K·I·乔里科 申请人:证券票据国际有限公司