Защитный элемент для полиграфических изделий и защищенное от подделки полиграфическое изделие
Изобретение относится к области защиты от подделки и может быть использовано для маркировки, идентификации полиграфической продукции, например ценных бумаг, удостоверяющих документов. Предложен защитный элемент, содержащий способные люминесцировать участки, образующие скрытые цветные изображения, видимые при облучении возбуждающим излучением УФ-диапазона, выполненные красками, содержащими нанокристаллические материалы на основе квантовых точек. Одна часть изображения характеризуется спектральным составом излучения, состоящим из одной узкополосной линии, а другая часть изображения характеризуется спектральным составом излучения, состоящим по меньшей мере из двух узкополосых линий. Цвета люминесценции упомянутых изображений являются одинаковыми при наблюдении невооруженным глазом, но являются различными при наблюдении через узкополосые светофильтры, обеспечивающие селекцию спектрального состава люминесцентного излучения. Технический результат заключается в создании надежного защитного элемента, подлинность которого можно проверить визуально с помощью простейших технических средств. Поставленная задача решается также полиграфическим изделием, которое содержит защитный элемент, охарактеризованный выше. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области защиты от подделки, а также для маркировки, идентификации бумажной и пластиковой полиграфической продукции, такой как ценные бумаги, удостоверяющие документы.
Известны различные защитные элементы, применяемые для маркировки, идентификации и защиты от подделки полиграфических изделий, в частности печатные элементы, обладающие цветопеременными свойствами на основе муаровых, голографических, дифракционных и других оптико-физических эффектов. Такие элементы формируются на поверхностях или в объеме защищаемых изделий. В качестве защитных элементов широкое распространение получили печатные изображения, выполненные красками, люминесцирующими в видимом или инфракрасном диапазонах при воздействии возбуждающего излучения.
Наиболее перспективным является использование наноструктурных люминесцирующих соединений, так называемых квантовых точек.
Известна возможность использования люминесцентной маркировки, обеспечивающей высокий уровень защиты, за счет использования люминесцентных меток, содержащих полупроводниковые нанокристаллические структуры на основе квантовых точек (КТ). Наличие эффекта размерного квантования в КТ обеспечивает уникальные свойства. Так, изменение размера КТ из одного материала вызывает изменение полосы их люминесценции в широком спектральном диапазоне. Использование нанокристаллов полупроводниковых соединений в качестве КТ является более перспективным, поскольку в отличие от красителей оказывается возможным эффективное возбуждение люминесценции нанокристаллов разных размеров одним источником света, как лазерным, так и широкополосным. Нанокристаллы демонстрируют более узкие и симметричные полосы люминесценции, чем обычные органические красители (А.Б. Баранов и др. «Практическое использование наноструктур, Санкт-Петербург, 2014, стр. 73-76).
В последние годы активно разрабатываются различные способы защиты от подделки ценных изделий с использованием наночастиц.
Так, например, известен способ защиты, при котором на ценном изделии формируют пассивную защитную метку заданной структуры, в качестве материала пассивной защитной метки используют частицы кремния или пористого кремния наноразмерного уровня по меньшей мере трех разных размеров, при этом возможность контроля наличия и подлинности защитной метки обеспечивают методом анализа по эффектам люминесценции в процессе внешнего воздействия на нее зондирующего электромагнитного излучения видимого оптического диапазона и детектирования информативных признаков защитной метки в ее оптическом отклике на упомянутое внешнее воздействие с последующим визуальным и автоматическим сопоставлением зарегистрированных параметров информативных признаков защитной метки с информативными признаками, содержащимися в базе данных средства детектирования. Зондирующее электромагнитное излучение формируют для каждого размера наночастицы упомянутого вещества вначале с частотой и мощностью, характерными для возбуждения люминесценции наночастицы соответствующего размера, и затем с увеличенной мощностью, обеспечивающей снижение контрастности люминесценции (RU 2359328, 20.06.2009).
Известен способ кодирования и декодирования данных, в котором кодирование включает в себя нанесение на объект матричного кода люминесцентным красителем, а декодирование включает считывание информации при помощи оптоэлектронного устройства и дешифровку его по заранее созданному алгоритму. Нанесение данных осуществляют по меньшей мере тремя разными люминесцентными красителями, существенно отличающимися друг от друга цветом, интенсивностью и временем жизни люминесценции. Декодирование информации включает засветку матричного кода источником света и фиксацию люминесцентного излучения оптоэлектронным устройством, фиксируют данные о пространственной конфигурации матричного кода, спектральной полосе, интенсивности и длительности люминесцентного свечения и передают их на дешифрующее устройство (RU 2436157, 10.12.2011).
Благодаря известной форме спектров люминесценции квантовых точек анализ спектра люминесценции их смеси обеспечивает надежную идентификацию составляющих и установление их количественных вкладов. Однако для такого анализа требуется применение специального дорогостоящего спектрального оборудования, что является недостатком при проведении контроля подлинности печатной продукции.
Таким образом, известные способы защиты изделий с помощью квантовых точек являются высокоэффективными, но дорогостоящими. В этой связи существует необходимость в разработке новых эффективных защитных элементов для полиграфических изделий, характеризующихся простотой контроля подлинности.
Наиболее близким к предложенному изобретению является техническое решение, описанное ниже.
Известно люминесцирующее изображение, содержащее серию неперекрывающихся ячеек на основе по меньшей мере двух люминесцирующих материалов, излучающих при возбуждении разные цвета. Для каждой ячейки определена точка люминесцентного материала, имеющая размер не более размера ячейки, при этом часть точек испускает излучение сочетающихся между собой цветов для образования третьего цвета. Сочетание излучений от смежных ячеек образует зону изображения с заданной цветовой окраской. Люминесцирующие точки расположены в сочетаниях, декодируемых посредством фильтра (US 2006/0201362, 14.09.2006).
Недостатком известного решения является легкость подделки вследствие достаточно простого анализа используемых люминесцирующих материалов, расположенных в соответствующих ячейках.
Задача, решаемая настоящим изобретением - создание надежного защитного элемента, подлинность которого можно проверить визуально с помощью простейших технических средств.
Поставленная задача решается описываемым защитным элементом для полиграфических изделий, содержащим способные люминесцировать участки, образующие скрытые цветные изображения, видимые при облучении возбуждающим излучением УФ-диапазона, выполненные красками, содержащими нанокристаллические материалы на основе квантовых точек, причем одна часть изображения характеризуется спектральным составом излучения, состоящим из одной узкополосной линии, а другая часть изображения характеризуется спектральным составом излучения, состоящим по меньшей мере из двух узкополосых линий, при этом цвета люминесценции упомянутых изображений являются одинаковыми при наблюдении невооруженным глазом, но являются различными при наблюдении через узкополосые светофильтры, обеспечивающие селекцию спектрального состава люминесцентного излучения.
Предпочтительно, одна часть изображения выполнена красками на основе квантовых точек одного типа и одинакового размера частиц, а другая часть изображения выполнена красками на основе квантовых точек двух или более типов и размеров. Согласно изобретению, одна часть изображения может быть выполнена из материала на основе квантовых точек, люминесцирующих излучением желтого цвета, а другая часть изображения - из материала на основе смеси квантовых точек, люминесцирующих излучением красного и зеленого цвета, соответственно.
Поставленная задача решается также полиграфическим изделием, которое содержит защитный элемент, охарактеризованный выше.
Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является повышение степени защиты изделия при сохранении простоты контроля его подлинности.
Возможность реализации изобретения с достижением технического результата в объеме заявленной совокупности признаков поясняется ниже и иллюстрируется с помощью фигур 1 и 2.
На Фиг. 1 приведены характерные спектры чувствительности человеческого глаза. На Фиг. 2 показаны изображения защитного элемента для полиграфической продукции, выполненные на бумажной или пластиковой подложке.
Предложенное техническое решение учитывает свойства человеческого зрения и монохроматичность люминесцентного излучения квантовых точек. Человеческий глаз обладает довольно грубым механизмом спектральной дифференциации, использующим рецепторы (колбочки) лишь с тремя перекрывающимися спектральными зонами чувствительности спектра (Marks, W.B., Dobelle, W.H. & MacNichol, E.F. Visual pigments of single primate cones. Science (1964) 143: 1181-1183).
Пример конкретной реализации изобретения, не ограничивающий его объем.
На Фиг. 1 приведены характерные спектры чувствительности для колбочек, чувствительных к излучению в синей (кривая С), зеленой (кривая 3) и красной (кривая К) областях спектра. Там же пунктирными линиями показано возможное расположение спектров КТ трех различных размеров, люминесцирующих в зеленой (3), желтой (Ж) и красной (К) областях спектра. Люминесцентное излучение квантовых точек является практически монохроматическим с шириной спектра порядка 70 нм - 40 нм и длиной волны, определяемой их размером и химическим составом. Так как кривые чувствительности красных и зеленых колбочек сильно перекрываются, излучение смеси квантовых точек, люминесцирующих красным (λ≈620 нм) и зеленым (λ≈520 нм) излучениями, будет восприниматься как излучение желтого цвета, имеющее оттенок, определяемый концентрациями красных и зеленых точек. Цвет люминесценции такой смеси, при соответствующем выборе концентраций красных и зеленых квантовых точек, может практически не отличаться от цвета люминесценции квантовых точек, люминесцирующих желтым (λ≈580 нм) излучением.
При соответствующем подборе концентраций КТ можно добиться полного совпадения цветового восприятия люминесценции состава из смеси красных и зеленых точек с цветовым восприятием люминесценции от однокомпонентного состава квантовых точек, люминесцирующих излучением желтого цвета (λ≈580 нм). Немонохроматический состав излучения смеси красных и зеленых КТ можно выявить с помощью спектрально-селективных оптических устройств, простейшими из которых является узкополосные светофильтры. Подбор размеров, химического состава КТ и их концентраций, обеспечивающих совпадение цвета люминесценции смеси красных и зеленых КТ с цветом люминесценции желтых КТ, является достаточно сложной технологической задачей, практически не выполнимой для фальсификаторов.
При наблюдении предлагаемого защитного элемента при естественном освещении или при освещении ультрафиолетовым излучением, применяемым для обнаружения люминесцентных меток на ценных бумагах, банкнотах и других объектах, его структура неразличима, так как цвета различных его элементов (надписи, фона и др.) зрительно неразличимы, хотя и имеют различные спектральные составы (люминесцируют простым или составным излучениями). Элементы изображения становятся различимыми при наблюдении защитного элемента с использованием соответствующим образом подобранных светофильтров, в различной степени пропускающих излучение компонентов составного излучения.
В качестве примера возможного исполнения предлагаемого защитного элемента. На Фиг. 2 показаны изображения защитной метки, выполненной на бумажной или пластиковой подложке 1 черного цвета, в виде прямоугольной области 2, заполненной прозрачной люминесцентной краской с квантовыми точками, люминесцирующими желтым излучением на длине волны 580 нм, и сформированным внутри него изображением 3 буквы "А", выполненной прозрачной люминесцентной краской со смешанным составом квантовых точек двух типов (размеров), люминесцирующих на длинах волн 520 нм и 620 нм. Концентрация квантовых точек в смесевом составе подобрана таким образом, что цвет люминесценции краски, которой выполнено изображение буквы "А", максимально совпадает с цветом люминесцентного излучения краски фоновой прямоугольной области, т.е. с цветом излучения на длине волны 580 нм. При непосредственном наблюдении метки невооруженным глазом ни фоновая прямоугольная область, ни изображение буквы "А" практически не видны (фиг. 2а). При освещении метки возбуждающим люминесценцию УФ-излучением, например, с длиной волны 365 нм и наблюдении ее невооруженным глазом будет наблюдаться яркая прямоугольная область желтого цвета (фиг. 2б). Изображение буквы "А" при этом практически не будет проявляться, так как цвет ее люминесценции совпадает с цветом люминесценции фоновой прямоугольной области (на фиг. 2б контраст буквы "А" для наглядности увеличен). При наблюдении люминесцирующей метки через узкополосный красный светофильтр с полосой пропускания в области 620 нм яркость и контраст фоновой прямоугольной области резко понижаются, а изображение буквы "А" становится четко различимым с явно выраженным красноватым оттенком (фиг. 2в). Аналогично при наблюдении люминесцирующей метки через узкополосный зеленый светофильтр с полосой пропускания в области 520 нм контраст и яркость фоновой прямоугольной области также резко понижаются, а изображение буквы "А" становится различимым и принимает зеленоватый оттенок (фиг. 2г). При наблюдении метки через узкополосный желтый светофильтр с полосой пропускания в области 580 нм фоновая область становится четко различимой и имеет желтый цвет, изображение буквы "А" становится темно-серым и также будет четко различаться (фиг. 2г).
Таким образом, наблюдение полученной люминесцирующей метки через узкополосные светофильтры позволяет выявить скрытую структуру метки и тем самым визуализировать ее простым и надежным способом.
Из материалов заявки ясно, что в качестве квантовых точек могут быть использованы различные известные соединения на основе элементов II-VI групп таблицы Менделеева с хорошо выраженной кристаллической структурой и узким распределением частиц по размерам. Дополнительно следует отметить, перспективность использования при изготовлении защитного элемента полупроводниковых квантовых точек, которые характеризуются способностью к люминесценции на любой заданной длине волны.
Дополнительно необходимо отметить следующее. По сравнению с известными изделиями, содержащими в защитном элементе краски на основе традиционных органических или неорганических люминофоров, эффект изменения цветовых контрастов изображений с помощью светофильтров достичь не удается. Это связано с тем, что в отличие от узкополосных монохроматических спектров люминесценции, характерных для квантовых точек, спектры люминесценции традиционных люминофоров являются широкополосными.
1. Защитный элемент для полиграфических изделий, содержащий способные люминесцировать участки, образующие скрытые цветные изображения, видимые при облучении возбуждающим излучением УФ-диапазона, выполненные красками, содержащими нанокристаллические материалы на основе квантовых точек, причем одна часть изображения характеризуется спектральным составом излучения, состоящим из одной узкополосной линии, а другая часть изображения характеризуется спектральным составом излучения, состоящим по меньшей мере из двух узкополосых линий, при этом цвета люминесценции упомянутых изображений являются одинаковыми при наблюдении невооруженным глазом, но являются различными при наблюдении через узкополосые светофильтры, обеспечивающие селекцию спектрального состава люминесцентного излучения.
2. Защитный элемент по п. 1, отличающийся тем, что скрытые цветные изображения выполнены с возможностью распознавания их считывающими устройствами в скоростных режимах счетно-сортировального оборудования.
3. Защитный элемент по п. 1, отличающийся тем, что одна часть изображения выполнена красками на основе квантовых точек одного типа и одинакового размера частиц, а другая часть изображения выполнена красками на основе квантовых точек двух или более типов и размеров частиц.
4. Защитный элемент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что одна часть изображения выполнена из материала на основе квантовых точек, люминесцирующих излучением желтого цвета, а другая часть изображения выполнена из материала на основе смеси квантовых точек, люминесцирующих излучением красного и зеленого цвета соответственно.
5. Защищенное от подделки полиграфическое изделие, содержащее защитный элемент, охарактеризованный в п. 1
