Защитный элемент на основе люминесцентного материала

Изобретение относится к области техники, связанной с защитой от подделки бумажной и пластиковой полиграфической продукции. Заявляемый люминесцентный элемент защиты изделий от подделки предназначен для использования при оперативной проверке защищенных полиграфических изделий. Защитный люминесцентный элемент содержит в своем составе два люминесцентных компонента, расположенных в различных участках элемента, люминесцирующих в узких спектральных диапазонах шириной (30-50) нм, первый - с центральной частотой люминесценции в красном диапазоне длин волн от 630 нм 660 нм и второй - в ближней инфракрасной области спектра в диапазоне от 670 нм до 900 нм. Защитный элемент может быть сформирован красками, содержащими нанокристаллические люминесцентные материалы на основе квантовых точек. Визуализация и идентификация предлагаемого защитного элемента может осуществляться путем наблюдения его люминесценции через полосовой заградительный светофильтр, поглощающий излучение видимого диапазона, либо визуально, либо с помощью коммуникационных устройств типа смартфонов или планшетов. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области защитной маркировки полиграфической продукции, такой как ценные бумаги, банкноты, удостоверяющие документы.

Известны различные защитные элементы, применяемые для маркировки, идентификации и защиты от подделки полиграфических изделий. Это печатные элементы, обладающие цветопеременными и/или иными специальными свойствами, основанными на интерференционных, муаровых, голографических, дифракционных и других оптико-физических эффектах. Такие элементы формируются на поверхностях или в объеме защищаемых изделий. Проверка наличия и идентификация защитных элементов осуществляется либо визуально, либо с помощью специальных приборов - визуализаторов.

В последнее время появились сообщения о разработках специальных приложений, позволяющих осуществление проверки наличия защитной маркировки и ее идентификации с помощью мобильных коммуникационных устройств. Это, например, - защитный элемент StarPerf^® фирмы Orel (Curency News, 2013, №1 стр. 9) и защитный элемент MAGnite^® фирмы Giesecke & Devrient (Curency News, 2013, №1 стр. 8).

Одними из наиболее распространенных защитных элементов для полиграфической продукции являются защитные печатные визуально наблюдаемые и/или скрытые (латентные) изображения, выполненные красками, которые при воздействии на них внешних возбуждающих излучений люминесцируют в видимом или инфракрасном диапазонах излучений (1. "Использование химических средств для идентификации метки", http://daily.sec.ru/publication.cfm?rid=45&pid=26718, 31.03.2011; 2. "Способы защиты документов" www.bnti.ru 03.05.2011)

Проверка наличия и идентификация меток, люминесцирующих в видимом диапазоне излучений, осуществляется при освещении, исследуемого на подлинность объекта возбуждающим излучением, чаще всего УФ-излучением с длинной волны 365 нм. Возбуждать люминесценцию возможно и более длинноволновыми излучениями, например, в фиолетовой и даже синей области видимого спектрального диапазона с длинами волн от 400 до 470 нм. Однако для большинства редкоземельных и органических люминофоров может наблюдаться довольно сильное снижение уровня люминесценции. Для получивших в настоящее время широкое распространение нанокристаллических материалов на основе квантовых точек, интенсивность люминесценции снижается значительно слабее. Наблюдение люминесцирующих в видимом диапазоне защитных элементов осуществляется без каких-либо визуализирующих приборов. При этом фиксируется расположение, конфигурация и цвет наблюдаемых люминесцентных изображений, и производится их сравнение с аналогичными изображениями в эталонных образцах. Защитная маркировка, выполняемая красками, люминесцирующими в видимом диапазоне, широко распространена, и в настоящее время применяется, как правило, для оперативного визуального контроля. Недостатком такой маркировки является низкий уровень, обеспечиваемой защиты от подделок, связанный с широким распространением и доступностью, люминесцирующих в видимом диапазоне материалов, а также простотой их визуализации (проверка на подлинность осуществляется с помощью только одного источника УФ излучения).

Значительно более высокий уровень защиты достигается при использовании в печатных защитных элементах красок (материалов), люминесцирующих в ИК диапазоне излучений. Однако маркировка, выполненная такими красками, может контролироваться только с помощью специальной аппаратуры. Известны технические решения, в которых для визуализации ИК люминесцирующей маркировки используются либо электронно-оптические преобразователи, либо специальные монохромные видеокамеры с матричными регистрирующими элементами, чувствительными в ИК диапазоне ("Аппаратные средства проверки подлинности документов на основе оптического неразрушающего контроля", Специальная техника, №2, 2003 г.).

Регистрация и идентификация ИК маркировки может производиться по спектральным характеристикам ИК излучения (RU 2375751, 10.12.2009; RU 2015103180, 20.08.2016; RU 2355033, 10.05.2009). Проверка подлинности при этом может осуществляться в автоматических режимах высокоскоростного счетно-сортировального оборудования.

Недостатком защитных ИК люминесцентных элементов является необходимость использования для их регистрации и идентификации сложного оптико-электронного оборудования. Это практически исключает возможность оперативного контроля подлинности, защищаемых ими изделий при их производстве, продаже и использовании.

Еще одно известное решение (RU 2639807, 22.12.2017), являющееся наиболее близким к заявляемому, основано на одной из физиологических особенностей человеческого зрения, связанной с его цветовым восприятием электромагнитного излучения. Цвет, регистрируемого глазом излучения, неоднозначно определяется его спектральным составом. Например, желтый цвет люминесцентного излучения с длинной волны 580 нм, может быть практически не отличаться от цвета люминесцентного излучения, в спектре которого содержится узкополосные полосы излучения на длинах волн 620 нм и 520 нм. При раздельном воздействии на глаз излучением на этих длинах волн формировалось бы ощущение воздействия излучением красного цвета с длинной волны 620 нм, и соответственно зеленого цвета с длинной волны 520 нм соответственно. В указанном решении предлагается использовать при формировании защитных элементов полиграфические краски и лаки, содержащие люминофоры на основе квантовых точек с узкими одиночными линиями излучения. Размеры квантовых точек находятся в диапазоне 10-40 нм, а их послойная наноструктура требует применения высокоточных технологий. Параметры узкополосных кривых излучения квантовых точек крайне чувствительны к размерам и структуре слоев квантовых точек. При промышленном производстве выдерживать их крайне трудно, что, с одной стороны, обеспечивает высокую степень защищенности предлагаемых защитных элементов, но, с другой стороны, приводит к высоким уровням брака при изготовлении защитных элементов и соответственно к их высокой стоимости. Такое решение защитного элемента на практике оказывается трудно реализуемым из-за необходимости прецизионного подбора однокомпонентных и многокомпонентных люминофоров.

В заявляемом техническом решении решалась задача разработки защитного элемента, лишенного перечисленных выше недостатков, и основанного на иной особенности человеческого зрения, заключающейся в том, что человеческий глаз воспринимает цвет всех электромагнитных излучений с длинами волн в диапазоне от 600 нм до 750 нм как красный.

Это достигается тем, что предложен защитный элемент на основе люминесцентного материала, нанесенный на поверхность ценного документа, содержащий два люминесцентных компонента, согласно изобретению, каждый из двух люминесцентных компонентов, люминесцирующих в узких спектральных диапазонах шириной 30-50 нм, расположен на отдельном участке защитного элемента, причем для первого люминесцентного компонента центральная частота люминесценции находится в красном диапазоне длин волн 630-660 нм, а для второго люминесцентного компонента центральная частота люминесценции находится в ближней инфракрасной области спектра от 670 до 900 нм.

В частном случае участки, содержащие первый и второй люминесцентные компоненты, перекрываются.

В частном случае люминесцентные компоненты выполнены на основе люминесцентных материалов, содержащих квантовые точки.

Визуализация и идентификация защитного элемента проводится через полосовой фильтр, пропускающий излучение ближнего ИК-диапазона от 670 нм до 900 нм, и осуществляется либо непосредственно глазами (при длине волны люминесценции второго компонента в диапазоне от 670 нм до 700 нм), либо с помощью мобильных коммуникационных устройств типа смартфонов оснащенных видеокамерами, (при длине волны люминесценции второго компонента в диапазоне от 700 до 900 нм) путем контроля изменений конфигурации и цвета, визуализируемых изображений различных участков защитного элемента.

На Фиг. 1 показана демонстрационная банкнота с нанесенным на ее поверхность предлагаемым люминесцентным защитным элементом. На Фиг. 2 и Фиг. 3 показано изображение защитного элемента в зависимости от способа освещения и наблюдения изображений. На Фиг. 4 и Фиг. 5 показаны спектры зависимостей оптического пропускания интерференционного и абсорбционного фильтров соответственно, на Фиг. 6 показан спектр пропускания стандартного абсорбционного светофильтра СС8 (ГОСТ 9411-81).

Пример реализации заявляемого защитного элемента. Элемент состоит из двух пространственно разнесенных изображений (Фиг. 1). Изображение 1 выполнено прозрачным лаком, содержащим люминофор, люминесцирующий в видимом диапазоне излучений на длине волны 650 нм, а изображение (2) - лаком, содержащим люминофор, люминесцирующий в диапазоне ближнего ИК-излучения на длине волны 700 нм. Для обеспечения узкополосности люминесцентного свечения составы первого и второго люминофоров формировались на основе нанокристаллических материалов, содержащих квантовые точки двух различных типов, имеющих ширину спектральных пиков люминесценции 20-40 нм. Люминофор, используемый в лаке изображения 1, содержал квантовые точки состава CdSe/CdS/ZnS. Люминофор, используемый в лаке изображения 2 формировался на основе квантовых точек состава CdS/CdTeSe/CdS/Zns. Размерами квантовых точек обоих составов находились диапазоне 10-13 нм.

При нормальном естественном дневном освещении белым светом оба изображения выглядят полупрозрачными, имеющими желтоватый оттенок и трудно различимы на фоне полиграфического красочного слоя банкноты (см. Фиг. 1). При достаточно точном подборе цвета лака и цвета фонового полиграфического оттиска первое и второе изображения люминесцентного защитного элемента можно сделать практически незаметными. Защитный элемент становится скрытым (латентным).

При освещении банкноты излучением УФ-диапазона с длинной волны излучения в диапазоне (250-440) нм или излучением фиолетово-синей области спектра с длинной волны в диапазоне 400-500 нм оба изображения защитного элемента контрастно проявляются и имеют одинаковую красную окраску (см. Фиг. 2). Выявление защитного эффекта в таком элементе осуществлялось с помощью полосового пропускающего светофильтра ближнего ИК-диапазона, имеющего резкую зависимость нарастания коэффициента пропускания излучения от 0 до значений, приближающихся к стопроцентному пропусканию при переходе от видимой области спектра к области спектра ближнего ИК-диапазона.

Для выявления защитного эффекта использовался как специально изготовленный интерференционный светофильтр, так и стандартный абсорбционный светофильтр КС19 из набора оптических цветных стекол, изготовленный в соответствии с ГОСТ 9411-81. Спектры зависимостей оптического пропускания интерференционного и абсорбционного фильтров показаны соответственно на Фиг. 4 и Фиг. 5. При рассматривании, освещаемых возбуждающим излучением, изображений 1 и 2, через такие полосовые пропускающие светофильтры, изображение 1, люминесцирующее на длине волны 650 нм, становится практически незаметным (см. Фиг. 3). Используемый фильтр поглощает излучение на длине волны 650 нм (Фиг. 4 и Фиг. 5). Яркость же изображения 2 уменьшается незначительно, оно остается видимым и может лишь несколько менять оттенок красной окраски. По характеру изменения вида изображений в зависимости от способа освещения и наблюдения изображений 1 и 2, может осуществляться идентификация предлагаемого защитного элемента.

Таким образом, способ визуализации и идентификации предлагаемого защитного элемента заключается в освещении защитного элемента излучением с длинной волны в указанном диапазоне и сравнении изображений защитного элемента, наблюдаемых через полосовой пропускающий фильтр ИК диапазона и при его отсутствии. Процедура визуализации проводится с помощью простейших недорогих и доступных средств - источника УФ или фиолетово-синего излучения и полосового заградительного фильтра ИК диапазона.

Визуализация предлагаемого защитного элемента может осуществляться также с помощью современных коммуникационных устройств типа смартфонов или планшетов, оснащенных встроенными видеокамерами и импульсными LED осветителями, используемыми для фото и видео фиксации изображений. Для обеспечения возможности проведения визуализации предлагаемого защитного элемента на объективе видеокамеры необходимо устанавливать полосовой заградительный светофильтр, поглощающий излучение видимого диапазона с длиной волны от 400 нм до 660 нм, и пропускающий излучение ИК-диапазона с длиной волны от 670 нм до 900 нм, подобный рассмотренным выше (см. Фиг. 4 и Фиг. 5), а на вспышке-осветителе камеры - полосовой светофильтр, пропускающий излучение фиолетово-синего и УФ спектральных диапазонов с длиной волны от 350 нм до 500 нм. В качестве такого фильтра может быть использован стандартный абсорбционный светофильтр СС8 (ГОСТ 9411-81) спектр пропускания которого приведен на Фиг. 6. Визуализированные изображения защитного элемента наблюдаются на экране смартфона или планшета.

1. Защитный элемент на основе люминесцентного материала, нанесенный на поверхность ценного документа, содержащий два люминесцентных компонента, отличающийся тем, что каждый из двух люминесцентных компонентов, люминесцирующих в узких спектральных диапазонах шириной 30-50 нм, расположен на отдельном участке защитного элемента, причем для первого люминесцентного компонента центральная частота люминесценции находится в красном диапазоне длин волн от 630 до 660 нм, а для второго люминесцентного компонента центральная частота люминесценции находится в ближней инфракрасной области спектра в диапазоне от 670-900 нм.

2. Защитный элемент по п. 1, отличающийся тем, что участки элемента, содержащие первый и второй люминесцентные компоненты, пространственно перекрываются.

3. Защитный элемент по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что люминесцентные компоненты выполнены на основе люминесцентных материалов, содержащих квантовые точки.