Способ изготовления голографических этикеток
Изобретение относится к области защиты от подделок ценных бумаг, документов. Способ изготовления голографических этикеток заключается в формировании голограммы изображения маркировочного знака на поверхности рабочего слоя этикетки, регистрации рельефно-фазовой голограммы изображения маркировочного знака путем бесконтактной деформации рабочего слоя этикетки, последовательном нанесении отражающего и клеящего слоев на поверхность рабочего слоя. Рабочий слой этикетки выполнен в виде многослойной структуры, которая включает подложку и фоточувствительный термопластический регистрирующий слой. При этом голограмму изображения маркировочного знака формируют из отдельных фрагментов, причем данное формирование, а также регистрацию рельефно-фазовой голограммы изображения маркировочного знака частично совмещают во времени. Предложенное изобретение обеспечивает повышение защищенности голограммы изображения маркировочного знака от возможной подделки. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Данное изобретение относится к области защиты от подделок ценных бумаг, документов, полиграфической промышленности, преимущественно для изготовления оптических меток с элементами голографии, носящих защитный (от возможных подделок) или рекламный характер, а также для изготовления этикеток различного назначения.
Известен способ изготовления голографических этикеток [1], заключающийся в формировании и регистрации первичной голограммы маркировочного знака, формировании радужной голограммы и ее копировании на этикетку. Копирование осуществляют путем регистрации вторичной голограммы на позитивном фоторезистивном материале, травления, изготовления матрицы-копии с травленной вторичной голограммы и нанесения голограммы изображения маркировочного знака на этикетки путем их контактной деформации (штамповки) с помощью матрицы-копии. При этом в качестве подложки - основы этикетки используют металлизированную лавсановую ленту.
К недостаткам известного способа относятся сложная технология изготовления, вызванная многоступенчатым процессом изготовления этикетки и многократным копированием голограмм, а также невысокая степень защиты, обусловленная потенциальной возможностью копирования микрорельефа, несущего информацию о зарегистрированной рельефно-фазовой голограмме, так как он расположен на внешней, открытой несанкционированному доступу стороне этикетки. К недостаткам известного способа относится также низкое быстродействие, обусловленное наличием операций перезаписи голограмм и процессов фотохимической обработки.
Кроме того, присутствие операций штамповки с матрицы приводит к невозможности получения единичных экземпляров либо даже сравнительно малых серий голографических этикеток вследствие дороговизны используемой технологии.
Известен также способ изготовления голографических этикеток [2], заключающийся в формировании голограммы изображения маркировочного знака, ее регистрации на промежуточную регистрирующую среду, изготовлении матрицы - рельефной копии зарегистрированной голограммы, фиксации рельефно-фазовой голограммы изображения маркировочного знака путем контактной деформации рабочей поверхности этикетки, на которую предварительно нанесено отражающее покрытие, и нанесении на оборотную сторону этикетки клеящего покрытия.
Недостатки известного способа аналогичны недостаткам способа [1] и обусловлены теми же причинами.
Наиболее близок к изобретению и выбран авторами за прототип способ изготовления голографических этикеток [3], заключающийся в формировании голограммы изображения маркировочного знака на поверхности рабочего слоя этикетки, регистрации рельефно-фазовой голограммы изображения маркировочного знака путем бесконтактной деформации рабочей поверхности этикетки, последовательном нанесении на поверхность рабочего слоя отражающего и клеящего слоев, причем рабочий слой этикетки формируют в виде многослойной структуры, содержащей подложку и фоточувствительный термопластический регистрирующий слой.
Недостатками известного способа, наиболее близкого к изобретению и выбранного авторами за прототип, являются:
- сравнительно невысокая степень защиты голограммы от возможного считывания, вызванная возможностью восстановления геометрического рельефа на поверхности этикетки и его копирования при химическом удалении рабочего слоя. Дополнительно снижение степени защиты голограммы от копирования обусловлено тем, что в способе-прототипе нанесение отражающего слоя с высоким коэффициентом отражения, обеспечивающим высокие потребительские свойства фиксируемой голограммы, химически изолирует клеящий и рабочий слои друг от друга, позволяя посредством органических растворителей снять рабочий слой, не повредив микрорельеф, т.е. осуществить копирование голограммы;
- нерешенность задачи идентификации отдельно рассматриваемой голографической этикетки на уровне технического решения;
- невысокое быстродействие, обусловленное последовательным характером формирования голограммы этикетки на поверхности рабочего слоя и фиксации рельефно-фазовой голограммы.
Целью заявляемого способа является повышение степени защищенности голограммы и повышение быстродействия.
Поставленные цели решаются за счет того, что в известном способе изготовления голографических этикеток, заключающемся в формировании голограммы изображения маркировочного знака на поверхности рабочего слоя этикетки, регистрации рельефно-фазовой голограммы изображения маркировочного знака путем бесконтактной деформации рабочего слоя этикетки, последовательном нанесении на поверхность рабочего слоя отражающего и клеящего слоев, причем рабочий слой этикетки формируют в виде многослойной структуры, содержащей подложку и фоточувствительный термопластический регистрирующий слой, голограмму изображения маркировочного знака формируют из отдельных фрагментов, формирование и регистрацию рельефно-фазовой голограммы изображения маркировочного знака частично совмещают во времени.
Поставленная цель достигается также тем, что фрагменты изображения голограммы маркировочного знака частично пространственно перекрываются в области формирования голограммы.
Поставленная цель достигается также тем, что фрагменты изображения голограммы маркировочного знака разделяют при формировании на две группы: неизменные для изготавливаемых голографических этикеток и индивидуальные (идентификационные), отличающиеся для каждой этикетки.
Поставленная цель достигается также тем, что между отражающим и клеящим слоями наносят маскирующий слой.
Поставленная цель достигается также тем, что отражающий слой выполнен частично прозрачным с коэффициентом отражения, меньшим 1.
На фиг.1 приведены блок-схема устройства, реализующего предложенный способ (фиг.1, а), где введены следующие обозначения: источник когерентного излучения (лазер) 1, затвор 2, схема формирования голограммы 3, маркировочный знак 4, изготавливаемая голографическая этикетка 5, задатчик временных интервалов 6, устройство регистрации голограммы 7; блок-схема устройства регистрации голограмм (фиг.1, б), где введены следующие обозначения: источник постоянного тока 8, ключи 9, высоковольтный источник 10 с электродом 10а, теплопровод 11; блок-схема маркировочного знака (фиг.1, в), где введены обозначения: пространственно-временной модулятор света 12, оригинал маркировочного знака (транспарант) 13, светоделитель 14, кодирующее устройство 15.
На фиг.2 приведен вид голограммы маркировочного знака и введены следующие обозначения: неизменный фрагмент голограммы маркировочного знака 16, фрагмент, индивидуальный для каждой голограммы маркировочного знака 17, область перекрытия фрагментов 18.
На фиг.3 приведена временная диаграмма процессов формирования и фиксации голограммы маркировочного знака для способа-прототипа (фиг.3, а) и предложенного способа (фиг.3, б). Буквами А, Б отмечены циклограммы процессов формирования и фиксации голограммы маркировочного знака. Буквой В отмечена циклограмма процесса ввода-вывода последовательно изготавливаемых голографических меток из зоны формирования и фиксации голограммы.
На фиг.4 приведен разрез голографической этикетки в процессе изготовления после нанесения рабочего слоя (фиг.4, а), после фиксации рельефно-фазовой голограммы (фиг.4, б), после нанесения клеящего слоя (фиг.4, в - без нанесения маскирующего слоя, фиг.4, г - при нанесении маскирующего слоя) и введены следующие обозначения: подложка 19, рабочий слой 20, рельефно-фазовая голограмма 21, отражающий слой 22, клеящий слой 23, маскирующий слой 24.
Сущность заявляемого способа заключается в следующем.
Формируют маркировочный знак 4, голограмму изображения которого необходимо зафиксировать на этикетке. Собственно маркировочный знак представляет собой физически либо транспарант, либо объемную модель, либо совокупность плоских и объемных составных частей. Отличительной особенностью предложенного способа является то, что голограмму изображения маркировочного знака формируют из отдельных фрагментов, т.е. маркировочный знак, в свою очередь, представляет собой совокупность отдельных фрагментов. Рассмотрим возможные варианты изображения маркировочного знака (фиг.2).
Для первого варианта неизменный для всей совокупности формируемых голограмм изображения маркировочного знака фрагмент 16, например товарный знак фирмы; неизменный для определенной группы формируемых голограмм изображения маркировочного знака фрагмент 16а, например код защищаемого документа. На фиг.2, а приведен вид двух таких маркировочных знаков, имеющих неизменный фрагмент голограммы метки и разные коды защищаемых документов (неизменные фрагменты А1 и В1).
Для второго варианта неизменный для всей совокупности формируемых голограмм изображения маркировочного знака фрагмент 16, например товарный знак фирмы; неизменный для определенной группы формируемых голограмм изображения маркировочного знака фрагмент 16а, например код защищаемого документа, изменяющийся от голограммы к голограмме фрагмент 17, например порядковый номер голограммы (21 и 22). На фиг.2, б приведен вид двух таких последовательно изготавливаемых голограмм изображения маркировочного знака, имеющих неизменный фрагмент голограммы метки 16 (например, товарный знак), код защищаемого документа (А1) и оригинальный для каждой отдельно взятой формируемой и регистрируемой голограммы фрагмент 17 - порядковый номер голограммы (21 и 22).
Данные фрагменты голограмм могут быть как пространственно разнесенными, непересекающимися, как показано на фиг.2, а и 2, б, так и частично пространственно совпадать, образуя сложную интерференционную картину в области пересечения, как показано на фиг.2,в. На данной фигуре приведены два варианта пересечения различных фрагментов формируемой голограммы. При этом так как в области пространственного пересечения фрагментов формируемой голограммы один из фрагментов индивидуален для каждой отдельно взятой голограммы, то и область пространственного пересечения будет представлять собой варьирующуюся от голограммы к голограмме интерференционную картину. Особый интерес представляет вариант, представленный на второй картинке фиг.2, в. В данном случае индивидуальный для каждой голограммы фрагмент - номер (Т22) определяет собой границу фрагмента 17 (его форму). Внутренняя область данного фрагмента является общей для фрагментов голограммы 16 и 17. При этом после регистрации голограммы изображения маркировочного знака при ее визуализации в отличие от известных случаев нумерации голограмм изображения маркировочного знака внутреннее заполнение номера (индивидуального, меняющегося для каждой отдельно взятой голограммы!) будет представлять собой радужную интерференционную картину, в общем случае, изменяющуюся от этикетки к этикетке, что дополнительно затрудняет процесс копирования голограммы в целях подделки.
При освещении маркировочного знака 4 когерентным излучением лазера 1 получают его когерентное изображение, преобразуя которое посредством оптической системы формируют голограмму заданного типа, например Фурье-голограмму, радужную голограмму, голограмму изображения. Формирование голограммы изображения маркировочного знака осуществляют на поверхности рабочего слоя, выполненного из термопластического материала, обладающего свойством фоточувствительности. Формирующие голограмму изображения маркировочного знака пучки когерентного излучения вызывают в каждой точке рабочего слоя локальные изменения физико-химических свойств фототермопластического материала, преимущественно изменение напряженности поверхностного электростатического заряда. Перед формированием голограммы на поверхность рабочего слоя наносят равномерный электростатический заряд, который при экспонировании излучением (пространственно промодулированным соответственно формируемой голограмме изображения маркировочного знака) преобразуется вследствие индуцированной излучением фотопроводимости в потенциальный рельеф - распределение локальных величин поверхностного заряда по поверхности рабочего слоя, пропорциональное пространственному распределению интенсивности излучения, формирующего голограмму, на поверхности рабочего слоя.
Осуществляя нагрев рабочего слоя до температуры, превышающей температуру стеклования его материала, преобразуют сформированный потенциальный рельеф в геометрический микрорельеф, глубина которого пропорциональна локальным вариациям поверхностного заряда и, следовательно, локальной интенсивности когерентного излучения, формирующего голограмму маркировочного знака. Процесс преобразования потенциального рельефа в геометрический обусловлен следующими физическими процессами. При нагреве рабочего слоя до температуры, превышающей температуру стеклования (средняя температура плавления полимерных материалов) рабочий слой приобретает текучесть, вследствие чего локальные неоднородности поверхностного заряда приводят к возникновению поверхностных сил натяжения, отталкивающих друг от друга участки рабочего слоя, имеющие большие поверхностные заряды.
Прекращение тепловой нагрузки приводит к застыванию рабочего слоя и позволяет зафиксировать геометрический микрорельеф, тем самым регистрируя рельефно-фазовую голограмму изображения маркировочного знака. При этом деформацию рабочего слоя этикетки осуществляют бесконтактно, за счет формирования потенциального рельефа и его преобразования в геометрический микрорельеф за счет теплового воздействия на рабочий слой.
С целью повышения качества регистрируемой голограммы операции формирования и регистрации голограммы изображения маркировочного знака частично совмещают во времени.
В способе-прототипе операции формирования голограммы изображения маркировочного знака (формирование потенциального рельефа на поверхности рабочего слоя) и регистрации рельефно-фазовой голограммы (преобразование потенциального рельефа в геометрический и фиксация геометрического микрорельефа) осуществляют последовательно (см. временные диаграммы А и Б на фиг.3, а). Это приводит к снижению дифракционной эффективности регистрируемой голограммы вследствие частичного расплывания потенциального рельефа (вызвано конечной проводимостью рабочего слоя) и, следовательно, к снижению качества голограммы. В предложенном способе эти процессы частично совпадают во времени (см. временные диаграммы А и Б на фиг.3, б). В этом случае, помимо сокращения времени формирования голограммы знака и ее регистрации, обеспечивающего повышение быстродействия предложенного способа, повышается качество формируемой голограммы. Это может быть объяснено следующим. Процесс формирования голограммы на поверхности рабочего слоя приводит к возникновению поверхностного градиента электростатического поля, т.е. к появлению потенциального рельефа. При размягчении материала рабочего слоя в процессе теплового воздействия термопластический материал приобретает текучесть, т.е. приобретает некоторые свойства жидкости. Если во время теплового воздействия продолжать процесс экспонирования рабочего слоя излучением, т.е. продолжать процесс формирования голограммы метки, то вследствие фоточувствительности материала рабочего слоя будет продолжаться процесс формирования потенциального рельефа, что приведет к увеличению градиентов поверхностного заряда по поверхности рабочего слоя, а следовательно, и к увеличению глубины геометрического рельефа. Это приводит к повышению дифракционной эффективности регистрируемой рельефно-фазовой голограммы, тем самым повышая ее качество.
Формирование голограммы и ее регистрацию на поверхности рабочего слоя изготавливаемой этикетки аналогично способу-прототипу осуществляют непосредственно на поверхности каждой отдельно взятой этикетки, что позволяет вводить в голограммы изображения маркировочного знака фрагменты, индивидуальные для каждой этикетки (см. на фиг.2).
После регистрации голограммы на поверхность рабочего слоя наносят, например, испарением в вакууме отражающий слой 22, выполненный из металла (алюминий, серебро, молибден и т.п.). Отражающее покрытие повышает дифракционную эффективность зафиксированной голограммы, повышая ее потребительские свойства. Вместе с тем, выполнение отражающего слоя частично прозрачным, с коэффициентом отражения, меньшим 1, повышает защитные свойства голограммы изображения маркировочного знака, снижая возможность ее качественного копирования и затрудняя процесс подделки.
При нанесении отражающего покрытия на диэлектрические поверхности (микрорельеф рабочего слоя 20) коэффициент отражения зависит как от свойств материала отражающего покрытия, так и от его толщины. Поэтому при нанесении тонкого отражающего покрытия, имеющего остаточную прозрачность, т.е. имеющего коэффициент отражения, меньший 1, данный слой вследствие наличия микропор не является изолирующим (в смысле химической инертности), обеспечивая химический контакт и химическое взаимодействие граничащих с ним слоев голографической этикетки (рабочий слой 20, клеящее покрытие 23, маскирующий слой 24). При выполнении данного условия подделка голографической этикетки путем ее несанкционированного копирования затруднена, так как для копирования зарегистрированной рельефно-фазовой голограммы необходимо удалить рабочий слой 20, чтобы получить доступ к собственно голограмме - геометрическому микрорельефу. В силу тонкости слоев (доли и единицы мкм) это может быть осуществлено только химическим способом посредством растворения слоя 20. Если отражающий слой 22 выполнен тонким, то при растворении рабочего слоя частицы растворителя проникают через слой 22 и частично растворяют нижележащие слои (клеящий слой 23 и маскирующий слой 24), что приводит к искажению геометрического микрорельефа (из-за "размывания" тонкой высокочастотной структуры голограммы) и, следовательно, к невозможности копирования голограммы с высоким качеством.
Поверх отражающего покрытия на формируемую голограмму изображения маркировочного знака наносят клеящий слой 23. Этот слой наносят поверх отражающего. Он обеспечивает фиксацию сформированной голографической этикетки на поверхности защищаемого документа. Клеящий слой выполняют из материала, преимущественно органического, обладающего хорошими адгезионными свойствами к контактирующим с ним слоям этикетки и к поверхности защищаемого документа (бумага, пластик).
Для повышения степени защиты голографической этикетки от подделки между отражающим и клеящим слоями дополнительно наносят маскирующий слой 24, выполненный из фоточувствительного термопластического материала, аналогичного по физико-химическим параметрам материалу рабочего слоя 22. Этот слой выполняют из материала, близкого либо идентичного по физико-химическим свойствам материалу рабочего слоя. После нанесения данного слоя зарегистрированная рельефно-фазовая голограмма оказывается внутри двух идентичных по физико-химическим параметрам слоев, по границе раздела которых нанесено отражающее покрытие. Остаточная пористость отражающего слоя, обеспечиваемая его малой толщиной при коэффициенте отражения, меньшем 1, дополнительно повышает величину адгезии рабочего (20) и маскирующего (24) слоев. При этом данная структура не позволяет осуществить снятие контактных копий зарегистрированных голограмм при уничтожении каким-либо способом, например химическим растворением одного из слоев вследствие частичного растворения нижележащего слоя.
Для более полного описания работы заявленного способа приведем пример его реализации в устройстве.
Маркировочный знак 4 подсвечивают излучением лазера 1 через затвор 2 и посредством схемы 3 формирования голограммы формируют на поверхности рабочего слоя 20 голографической этикетки 5 голограмму изображения маркировочного знака. Перед формированием голограммы на поверхность рабочего слоя этикетки 5 наносят электростатический заряд. Его наносят посредством помещения этикетки в разрядный промежуток, образованный заземленным теплопроводом 11 и электродом 10а высоковольтного источника напряжения 10.
Тепловое проявление сформированной голограммы осуществляют путем подключения источника постоянного тока 8 к теплопроводу 11 посредством ключевого каскада 9. Теплопровод находится в тепловом контакте с этикеткой (ее подложкой 19) и представляет собой, например, токопроводящее покрытие на диэлектрическом основании, прижатое к обратной стороне этикетки. При тепловом проявлении происходит размягчение материала рабочего слоя и преобразование потенциального рельефа в геометрический микрорельеф (тем самым осуществляют регистрацию рельефно-фазовой голограммы изображения маркировочного знака). Снятие тепловой нагрузки посредством отключения ключевого каскада 9 приводит к застыванию рабочего слоя и к фиксации зарегистрированной голограммы. Синхронизацию процессов нанесения электростатического заряда, экспонирования рабочего слоя когерентным излучением, проявления и фиксации голограммы осуществляют посредством задатчика временных интервалов 6, снабженного выходными ключами и выполняющего функцию синхронизатора. Временная диаграмма осуществления данных процессов соответствует приведенной на фиг.3, б, т.е. процессы формирования и регистрации рельефно-фазовой голограммы частично совпадают во времени.
Для повышения дифракционной эффективности зарегистрированной голограммы наносят отражающий слой 22, например, испарением в вакууме на рабочий слой 20 этикетки тонкого слоя металла. В качестве материала покрытия могут быть применены серебро, алюминий, молибден и др. металлы. Варьируя временем нахождения этикетки в активной зоне напылительной установки, выбирают толщину наносимого отражающего слоя, обеспечивающую заданный коэффициент отражения, меньший 1 и соответствующий наличию частичной прозрачности слоя. После нанесения отражающего покрытия на него наносят клеящий слой 23, выполненный из материала, обладающего сильными адгезионными свойствами к материалу объекта, на который наносится этикетка. Если этикетки предназначены для нанесения на бумажные основы, например документы, то клеящее покрытие может быть выполнено из материала, обладающего термоклеящими свойствами. В случае нанесения этикеток на массивные объекты клеящее покрытие может быть выполнено из материала, обладающего свойствами холодного клея, например, скотч. В этом случае клеящее покрытие выполняют двухслойным, включающим собственно клеящее покрытие и защитный слой, например, из полиэтиленовой пленки.
Для способа по п.4 перед нанесением клеящего покрытия 23 на отражающее покрытие 22 наносят маскирующий слой 24, выполненный из материала, аналогичного по физико-химическим свойствам материалу рабочего слоя 20.
Последовательное нанесение рабочего и маскирующего слоев клеящего покрытия на подложку осуществляют посредством стандартных поливальных машин.
Нанесение изготовленной этикетки на носитель (защищаемый документ, упаковку, т.п.) происходит в дальнейшем рабочей стороной этикетки к носителю либо засчет прогрева термоклеящего покрытия, либо посредством удаления защитного слоя и механического контакта холодного клея с защищаемой поверхностью.
Основным преимуществом предложенного способа по сравнению с прототипом является повышение защищенности голограммы изображения маркировочного знака от возможной подделки. Это объясняется повышением качества зарегистрированной голограммы за счет частичного совмещения во времени процессов формирования и регистрации рельефно-фазовой голограммы, выполнением отражающего покрытия частично прозрачным и нанесением маскирующего слоя (последние две операции делают невозможным процесс механического копирования микрорельефа рельефно-фазовой голограммы путем химического удаления внешних слоев этикетки). Дополнительным положительным эффектом является повышение быстродействия, связанное с частичным совмещением во времени процессов формирования и регистрации рельефно-фазовой голограммы.
Список использованной научно-технической литературы.
1. Журнал Америка, № 340, март 1985, с.46-48.
2. Оптическая голография. / Под ред. Г.Колфилда, т.2, М.: Мир, 1982, с.412-413.
3. Патент России № 2035762, МКИ 6 G03H 1/00, В44F 1/12, В42D 15/10, В44F 1/14, G09F 19/12/19|20 - прототип.
1. Способ изготовления голографических этикеток, заключающийся в формировании голограммы изображения маркировочного знака на поверхности рабочего слоя этикетки, регистрации рельефно-фазовой голограммы изображения маркировочного знака путем бесконтактной деформации рабочего слоя этикетки, последовательном нанесении отражающего и клеящего слоев на поверхность рабочего слоя, причем рабочий слой этикетки формируют в виде многослойной структуры, содержащей подложку и фоточувствительный термопластический регистрирующий слой, отличающийся тем, что голограмму изображения маркировочного знака формируют из отдельных фрагментов, формирование и регистрацию рельефно-фазовой голограммы изображения маркировочного знака частично совмещают во времени.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фрагменты изображения голограммы маркировочного знака частично пространственно перекрываются в области формирования голограммы.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что фрагменты изображения голограммы маркировочного знака разделяют при формировании на две группы: неизменные, для изготавливаемых голографических этикеток и индивидуальные (идентификационные), отличающиеся для каждой этикетки.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что между отражающим и клеящим слоями наносят маскирующий слой.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что отражающий слой выполнен частично прозрачным с коэффициентом отражения, меньшим 1.
