ES2340435T3 - Dispositivo de seguridad con cristal fotonico. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de seguridad ópticamente variable incluyendo un cristal fotónico que, a la recepción de luz incidente, genera un primer efecto óptico, y que, cuando el dispositivo se somete a un estímulo externo, genera un segundo efecto óptico que es diferente del primer efecto óptico, donde al menos uno de los efectos ópticos primero y segundo es un efecto ópticamente variable observable sobre un conjunto de direcciones y producido por la luz selectivamente reflejada o transmitida por el cristal.

Description

Dispositivo de seguridad con cristal fotónico.

La presente invención se refiere a mejoras en dispositivos de seguridad que pueden ser usados en formas y tamaños variables para varias aplicaciones de autenticación y seguridad.

Los documentos de seguridad, tales como billetes de banco, llevan ahora frecuentemente dispositivos ópticamente variables que exhiben una reflexión de color dependiente del ángulo. Esto ha sido motivado por el progreso en los campos de la autoedición y el escaneo por ordenador, que hacen las tecnologías convencionales de impresión de seguridad, tales como impresión en huecograbado y offset, más propensas a intentos de replicación o imitación. Es bien conocido en la técnica anterior usar materiales de cristal líquido o estructuras de interferencia de película fina para generar dicha reflexión de color dependiente del ángulo. Se describen ejemplos de dispositivos de seguridad basados en cristal líquido en EPO435029, WO03061980, y EP1156934 y se describen ejemplos de dispositivos de seguridad utilizando estructuras de interferencia de película fina en US4186943 y US20050029800.

La naturaleza plana de las películas de cristal líquido y las estructuras de interferencia de película fina da lugar a la reflexión de color dependiente del ángulo observada que exhibe limitada variación espacial, por ejemplo, un simple cambio de color rojo a verde al inclinar el dispositivo de seguridad alejándolo de la incidencia normal.

Los cristales fotónicos son materiales ópticos estructurados en los que el índice de refracción varía periódicamente en dos o preferiblemente tres dimensiones. Estos materiales exhiben un rango de efectos ópticos interesantes cuando se someten a radiación electromagnética de una longitud de onda comparable a la modulación espacial del índice de refracción. Se puede producir reflexión Bragg en un rango de longitudes de onda que dependen de la dirección de incidencia/propagación y la periodicidad de la variación del índice de refracción. Esto da origen a "intervalos de energía" fotónica que son análogos a los intervalos de banda electrónica en los semi-conductores. Típicamente, las ondas electromagnéticas dentro de un cierto rango de frecuencia no se pueden propagar en direcciones particulares dentro del cristal, y, en consecuencia, se refleja la radiación electromagnética incidente a estas longitudes de onda. La presencia de dichos intervalos de banda fotónica parciales es lo que da origen a los colores tenuemente brillantes observados en piedras preciosas de ópalo.

En general, hay una dependencia compleja de la longitud de onda, la dirección de propagación y polarización que dicta qué ondas electromagnéticas se pueden propagar dentro del cristal fotónico y cuáles son reflejadas de otro modo. Sin embargo, si la modulación en el índice de refracción es suficientemente fuerte, la propagación de algunas frecuencias puede estar prohibida en cualquier dirección cristalina, y surge un intervalo de banda fotónica completo. En este caso se evita que la luz se propague dentro del cristal en cualquier dirección, y el material actúa como un reflector ideal de modo que toda la luz de una longitud de onda dentro del rango de intervalos de banda sea reflejada perfectamente independientemente de la dirección de incidencia.

Hay dos métodos documentados de fabricar estructuras con la necesaria variación altamente ordenada en el índice de refracción: la microfabricación y el automontaje. Debido a la complejidad de la microfabricación se ha dedicado esfuerzo considerable a investigar los sistemas de automontaje compuestos de matrices tridimensionales submicrométricas de esferas dieléctricas. Tales cristales fotónicos se forman dejando que una suspensión coloidal de esferas de idénticas dimensiones sedimenten lentamente bajo la influencia de gravedad o por la aplicación de una fuerza externa de modo que las esferas se ordenen naturalmente. Un ejemplo conocido es la fabricación de estructuras de ópalo sintético donde esferas de sílice submicrométricas de dimensiones uniformes se organizan a través de un proceso de sedimentación en una estructura cristalina cúbica centrada en facetas.

Se han desarrollado más mejoras en esta técnica de modo que el ópalo sintético actúe como un precursor o plantilla para personalizar más la estructura. Se ha demostrado que es posible utilizar tales sistemas como plantillas para realizar materiales conocidos como ópalos invertidos. Aquí, los vacíos entre las esferas de sílice se llenan primero con materiales de un alto índice de refracción, y el sílice se disuelve posteriormente por medios químicos obteniendo un material que consta de esferas de aire separadas por una matriz uniforme del material de índice de refracción alto.

El uso de cristales fotónicos para generar reflexión de color dependiente del ángulo se describe en WO03062900, US-A1-2003/179 364, WO-A-2006/018 094 y US20050228072. Las propiedades ópticas de los cristales fotónicos pueden ser diseñadas y variadas en mayor medida que las propiedades ópticas de los dispositivos de cristal líquido plano e interferencia de película fina. En primer lugar, la dependencia angular y de longitud de onda de la luz reflejada puede ser controlada más fácilmente variando la estructura reticular cristalina regulando simplemente el tamaño de la esfera, o la separación de esferas. Igualmente, las reflexiones/transmisiones permitidas y no permitidas seleccionadas pueden ser modificadas o mejoradas introduciendo defectos estructurales en el retículo o introduciendo nanopartículas en la estructura. En principio, esto da libertad para modificar y diseñar la estructura de banda y por lo tanto la longitud de onda y dependencia espacial de la reflectividad.

El uso de cristales fotónicos en dispositivos de seguridad se ha limitado y en la técnica anterior su uso se limita a una simple reflexión de color dependiente del ángulo que el autenticador observa inclinando el dispositivo. Tampoco se describe en la técnica anterior cómo incorporar tales dispositivos a documentos de seguridad de tal manera que los efectos ópticos adicionales posibles de los cristales fotónicos, en comparación con otros materiales dicroicos conocidos, puedan ser usados para validar el documento. El objeto de la presente invención es mejorar la seguridad de los dispositivos descritos en la técnica anterior.

Según un primer aspecto de la invención proporcionamos un dispositivo de seguridad ópticamente variable incluyendo un cristal fotónico que, a la recepción de luz incidente, genera un primer efecto óptico, y que, cuando el dispositivo se somete a un estímulo externo, genera un segundo efecto óptico que es diferente del primer efecto óptico, donde al menos uno de los efectos ópticos primero y segundo es un efecto ópticamente variable observable en un conjunto de direcciones y producido por la luz selectivamente reflejada o transmitida por el cristal.

Hemos observado que los cristales fotónicos que tienen propiedades modificables como resultado de un estímulo externo, proporcionan una gran ventaja en el campo de los dispositivos de seguridad ópticamente variables.

Un efecto óptico en cada caso respectivo puede producir un efecto no variable ópticamente, tal como reflexión de la luz incidente en todas las longitudes de onda. Típicamente, sin embargo, dicho efecto óptico generado es un segundo efecto ópticamente variable que es diferente del primero.

El segundo efecto óptico es observable preferiblemente en el primer conjunto de direcciones, un subconjunto de dichas direcciones o un conjunto mayor de direcciones incluyendo el primer conjunto.

En el término "observable" se pretende incluir observación a simple vista y/o usando instrumentación apropiada. Así, los efectos pueden estar parcial o completamente en el espectro no visible (tal como UV o IR), aunque pueden ser observados, no obstante, usando detectores apropiados.

Típicamente el o cada efecto ópticamente variable depende de la orientación cristalina con respecto a la luz incidente y el o cada efecto ópticamente variable también puede ser una función del ángulo de visión con respecto al cristal.

La luz puede incluir una luz visible y/o no visible, incluyendo por lo tanto, por ejemplo, luz ultravioleta e infrarroja. Se puede usar bandas de longitud de onda ancha o estrecha. Cuando la luz es producida por una fuente de luz blanca (banda de longitud de onda ancha), preferiblemente el efecto observado es un efecto de color.

Por lo tanto, el dispositivo de seguridad ópticamente variable incluye preferiblemente un cristal fotónico que exhibe al menos una reflexión de color dependiente del ángulo en condiciones ambientales y una segunda reflexión de color diferente dependiente del ángulo cuando se aplique un estímulo externo especificado.

El cambio del efecto óptico por la aplicación de un estímulo externo, preferiblemente proporcionado directamente por el autenticador, proporciona una característica interactiva abierta al dispositivo incrementando por ello la memorabilidad de la característica de seguridad para el público general. Por lo tanto, el dispositivo es sencillo para que una persona del público lo autentique, pero muy difícil de falsificar debido al requisito de replicar el cambio del efecto óptico cuando se aplique el estímulo externo.

El estímulo externo puede tomar varias formas solas o en combinación, incluyendo éstas estímulos mecánicos, térmicos, químicos, eléctricos, magnéticos, electromagnéticos o ultrasónicos.

La diferencia entre la respuesta óptica del cristal en la presencia y ausencia del estímulo externo es preferiblemente de magnitud suficiente para ser detectable visualmente por un observador humano y/o es legible por máquina. Por lo tanto, el primer efecto ópticamente variable es preferiblemente un primer efecto de color dependiente del ángulo y el segundo efecto ópticamente variable es un segundo efecto de color dependiente del ángulo, que es diferente del primero. De esta forma, el color observado es una función diferente del ángulo de visión al verlo en la presencia y ausencia del estímulo externo.

Dichos efectos pueden ser típicamente efectos reflectores, aunque también se contemplan efectos transmisivos. La luz reflejada en el contexto de la presente invención incluye tanto luz especularmente reflejada como luz dispersada.

El estímulo produce preferiblemente una modificación en la espaciación periódica de una o más entidades refractivas dentro de la estructura cristalina. En una realización, la modificación es el resultado directo de deformación debido a un esfuerzo aplicado, pero en realizaciones alternativas no hay deformación mecánica directa y la modificación es inducida indirectamente, por ejemplo en el caso de un estímulo térmico, químico, eléctrico, magnético, electromagnético o ultrasónico.

En algunos casos, el estímulo produce una modificación en el índice de refracción de una o más entidades refractivas dentro de la estructura cristalina. Por ejemplo, una o más entidades dentro de la estructura cristalina puede exhibir efectos electroópticos, magnetoópticos o efectos químicos donde el cambio en la estructura cristalina es primariamente un cambio relativo a un índice de refracción más bien que la espaciación de las varios entidades de las que se compone la estructura cristalina. En términos químicos, éste podría resultar, por ejemplo, de la captación de agua. Sin embargo, se contempla también una combinación de éste con la modificación mecánica de la espaciación periódica dentro del cristal.

El cristal fotónico se puede seleccionar de tal manera que el efecto del estímulo sobre el cristal sea reversible a la extracción del estímulo o a la aplicación de un estímulo opuesto. Por lo tanto, la espaciación del retículo cristalino se puede modificar de forma reversible, por ejemplo contraerse o expandirse, en algunos casos elásticamente, aplicando un estímulo externo.

Un ejemplo preferido es modificar de forma reversible la espaciación del retículo del cristal fotónico estirando, curvando, empujando o prensando mecánicamente el material. Como resultado, se alteran las características del intervalo de banda fotónica pleno o parcial que derivan de la periodicidad del retículo de cristal fotónico, y por lo tanto las propiedades de reflexión o transmisión pueden ser modificadas para responder a un estímulo mecánico. Cristales fotónicos adecuados para uso con un estímulo de deformación mecánica son los que tienen una matriz elastomérica flexible y son conocidos como cristales fotónicos elásticos.

Los cristales fotónicos elásticos incluyen típicamente materiales poliméricos para la matriz y las esferas. Ejemplos típicos de cristales fotónicos elásticos adecuados para la presente invención se describen en US20040131799, US20050228072, US20040253443 y US6337131. El cristal se puede formar de esferas del primer material y una matriz de un segundo material donde cada material tiene un índice de refracción diferente respectivo. Por lo tanto, la matriz se puede deformar fácilmente tomando la forma de un material elastomérico.

Materiales adecuados para formar las esferas son preferiblemente materiales de polímero único o copolímero. Los ejemplos típicos incluyen tanto polímeros como copolímeros de monómeros polimerizables insaturados y policondensados y copolicondensados de monómeros conteniendo al menos dos grupos reactivos, tales como, por ejemplo, poliésteres alifáticos, alifáticos/aromáticos de alto peso molecular o completamente aromáticos, poliamidas, policarbonatos, poliureas y poliuretanos, pero también son adecuadas las resinas amino y fenólicas, tales como, por ejemplo, melamina-formaldehído, urea-formaldehído y condensados de fenol-formaldehído.

Los materiales adecuados para formar una matriz elastomérica son polímeros de adición que tienen una temperatura de transición vítrea baja. Los ejemplos incluyen polímeros de adición y copolímeros de monómeros insaturados polimerizables y también de los policondensados y copolicondensados de monómeros que tienen dos o más grupos reactivos, por ejemplo, poliésteres y poliamidas alifáticos, alifático-aromáticos o completamente aromáticos de alto peso molecular, pero también de las resinas amino y fenólicas, tal como melamina-formaldehído, urea-formaldehído y condensados de fenol-formaldehído.

También se contemplan materiales no poliméricos para las esferas y la matriz y pueden ser inorgánicos o metálicos o un compuesto híbrido.

Se puede usar varios tipos de cristales para lograr la presente invención, y se deberá indicar que con el término "cristal fotónico" se pretende incluir cuasi-cristales que exhiben este efecto, así como cristales "no cuasi" fotónicos ordenados más convencionales.

También se contempla que los parámetros estructurales del cristal fotónico se puedan disponer de modo que sean diferentes en diferentes regiones del cristal, con el fin de generar efectivamente múltiples cristales con diferentes propiedades ópticas. Además, el "cristal" puede incluir una pluralidad de cristales individuales.

El cristal fotónico se puede disponer de varias formas, por ejemplo como una capa de autosoporte. Alternativamente, puede ser soportado por un sustrato o capa de soporte en la que se monte directa o indirectamente (a través de una o más capas adicionales). El sustrato o la capa de soporte pueden tomar la forma de una capa polimérica.

El dispositivo de seguridad también puede incluir una o más capas adicionales adhesivas, por ejemplo, para unir el dispositivo a otro dispositivo y/o documento de seguridad. Se disponen típicamente una o varias de tales capas adhesivas sobre una superficie exterior del dispositivo.

También se puede disponer una capa de dispersión con el fin de producir dispersión de la luz reflejada del cristal fotónico.

El dispositivo de seguridad ópticamente variable puede incluir además un material ópticamente absorbente proporcionado como una o más capas aplicadas al dispositivo. Tal capa se puede disponer sobre el cristal fotónico o de hecho el material se puede formar dentro de la estructura cristalina propiamente dicha. También se contempla una combinación de estos. La inclusión de dicho material absorbente puede ser usada para mejorar el efecto óptico para un observador, o usarse para modificar el efecto óptico por el uso, por ejemplo, de materiales absorbentes que son selectivamente absorbentes en las longitudes de onda de luz usadas. En algunos ejemplos se usan colorantes o tintas para esta finalidad.

Adicional o alternativamente, las propiedades ópticas también pueden ser modificadas o mejoradas mediante la utilización de nanopartículas colocadas dentro de la estructura cristalina, preferiblemente en lugares intersticiales. Las nanopartículas pueden estar distribuidas sustancialmente uniformemente a través del cristal de tal manera que cada parte del cristal exhiba sustancialmente el mismo efecto óptico. Alternativamente, las nanopartículas pueden estar distribuidas de forma no homogénea a través del cristal de tal manera que partes diferentes del cristal exhiban un efecto óptico sustancialmente diferente. Así, las nanopartículas pueden estar distribuidas según un gradiente de concentración. Las nanopartículas también pueden estar distribuidas en varias regiones que tengan diferentes concentraciones.

El dispositivo de seguridad ópticamente variable puede incluir además una capa metalizada. Preferiblemente dicha capa está desmetalizada selectivamente en varias posiciones. Además, el dispositivo también puede incluir una capa de resist sobre la capa metalizada. La capa metalizada y/o la capa de resist se disponen preferiblemente como marcas. Tales capas con o sin marcas pueden ser visibles desde el mismo lado del cristal fotónico que recibe la luz, o desde el lado inverso. También se contempla la visión transmisiva de las capas.

También se prefiere que el dispositivo sea legible por máquina. Esto se puede lograr de varias formas. Por ejemplo, al menos una capa del dispositivo (opcionalmente como una capa separada) o el cristal fotónico propiamente dicho puede incluir también material legible por máquina. Preferiblemente el material legible por máquina es un material magnético, tal como magnetita. El material legible por máquina puede ser sensible a un estímulo externo. Además, cuando el material legible por máquina se forma en una capa, esta capa puede ser transparente.

El dispositivo de seguridad ópticamente variable puede ser usado en muchas aplicaciones diferentes, por ejemplo mediante unión a objetos de valor. Preferiblemente, los dispositivos de seguridad se adhieren o contienen sustancialmente dentro de un documento de seguridad. Tales documentos de seguridad incluyen billetes de banco, cheques, pasaportes, tarjetas de identidad, certificados de autenticidad, sellos fiscales y otros documentos para asegurar el valor o la identidad personal.

Por lo tanto, el dispositivo de seguridad se puede unir a una superficie de dicho documento o se puede incrustar dentro del documento con el fin de proporcionar superficies de cristal para recibir luz incidente en una o cada una de las caras opuestas del documento. El dispositivo de seguridad puede tomar varias formas diferentes para uso con documentos de seguridad, incluyendo éstas un hilo de seguridad, una fibra de seguridad, un parche de seguridad, una tira de seguridad, una banda de seguridad o una lámina de seguridad como ejemplos no limitadores.

Preferiblemente, el material de cristal fotónico para uso en la presente invención tiene forma de una película. Los métodos de producción para formar películas de materiales de cristal fotónico son conocidos en la técnica. Por ejemplo, se puede hacer películas usando técnicas estándar de procesado continuo de polímeros tales como laminado, calandrado, soplado de película o extrusión de película plana, como se detalla en US200050228072. En este proceso la alineación de las esferas tiene lugar bajo la fuerza mecánica aplicada por el proceso de formación de película. Una vez formada la película, la matriz se entrecruza para fijar la orientación de las esferas. Alternativamente, se puede hacer una película de material de cristal fotónico aplicando una composición de recubrimiento incluyendo las esferas y matriz a una película de soporte, como se describe en US6337131. Una vez que la composición de recubrimiento ha sido aplicada, se quita todo material dispersante o diluyente y las esferas se orientan mediante un proceso de sedimentación, después del que la matriz se entrecruza para asegurar la orientación de las esferas.

Alternativamente, el material de cristal fotónico puede ser usado en forma de polvo o pigmentada. Los pigmentos se obtienen formando una película en una capa de soporte, soltando la película y triturándola a un pigmento o polvo.

El dispositivo de seguridad puede incluir otras características de seguridad adicionales o el dispositivo se puede recubrir sobre una característica adicional de seguridad, de la que un ejemplo es la capa selectivamente desmetalizada explicada anteriormente, con el fin de proporcionar mayor seguridad. El dispositivo de seguridad también se puede soportar sobre una capa transparente, por ejemplo para que la superficie contactada por la capa transparente reciba o transmita luz.

Ahora hay hilos de seguridad en muchas divisas del mundo así como bonos, pasaportes, cheques de viaje y otros documentos. En muchos casos el hilo está dispuesto en una forma parcialmente incrustada o con ventana donde el hilo parece entrar y salir del papel. Un método para producir papel con los denominados hilos con ventana se puede ver en EP0059056. EP0860298 y WO03095188 describen diferentes aproximaciones para embeber hilos más anchos parcialmente expuestos en un sustrato de papel. Los hilos anchos, típicamente con una anchura de 2-6 mm, son especialmente útiles puesto que la zona adicional expuesta permite un mejor uso de dispositivos ópticamente variables tal como la presente invención.

El dispositivo se podría incorporar en un documento de tal manera que regiones del dispositivo sean visibles desde ambos lados del documento. Se conocen en la materia técnicas para formar regiones transparentes en sustratos tanto de papel como de polímero. Por ejemplo, WO8300659 describe un billete de banco de polímero formado por un sustrato transparente incluyendo un recubrimiento opacificante en ambos lados del sustrato. El recubrimiento opacificante se omite en regiones localizadas en ambos lados del sustrato para formar una región transparente.

En EP1141480 y WO03054297 se describen métodos para incorporar un dispositivo de seguridad de modo que sea visible desde ambos lados de un documento de papel. En el método descrito en EP1141480 un lado del dispositivo está completamente expuesto en una superficie del documento en la que está incrustado parcialmente, y parcialmente expuesto en ventanas en la otra superficie del sustrato.

En el caso de una banda o parche, la película de cristal fotónico se prefabrica preferiblemente en un sustrato de soporte y se transfiere al sustrato en un paso operativo posterior. La película de cristal fotónico se puede aplicar al documento usando una capa adhesiva. La capa adhesiva se aplica a la película de cristal fotónico o la superficie del documento seguro al que se ha de aplicar el dispositivo. Después de transferir la tira de soporte, se puede quitar dejando el dispositivo de película de cristal fotónico como la capa expuesta o alternativamente la capa de soporte puede permanecer como parte de la estructura que actúa como una capa protectora exterior.

Después de la aplicación del dispositivo de cristal fotónico, el documento, tal como un billete de banco, experimenta más procesos de impresión de seguridad estándar incluyendo uno o más de los siguientes; impresión litográfica en húmedo o en seco, impresión de huecograbado, impresión con tipos, impresión flexográfica, serigrafía, y/o impresión por fotograbado. En un ejemplo preferido y para aumentar la efectividad del dispositivo de seguridad contra la falsificación, el diseño del dispositivo de seguridad se deberá conectar al documento que protege mediante el contenido y registro de los diseños y la información identificativa dispuesta en el documento.

Además, el dispositivo de cristal fotónico puede ser personalizado por sobreimpresión o relieve antes o después de incorporarse al documento de seguridad. El relieve puede incluir un relieve no difractivo basto o un relieve difractivo. El dispositivo se puede disponer para producir una imagen latente que sea selectivamente visible según el ángulo de visión y/o la aplicación de un estímulo externo. La superficie del cristal fotónico puede estar directamente en relieve para producir estructuras elevadas que pueden ser usadas para formar una imagen latente. Además el dispositivo se puede disponer de manera que incluya un holograma, usando opcionalmente una estructura en relieve en la superficie del cristal fotónico, o proporcionando una estructura difractiva en otra capa metálica que pueda solapar parcialmente el cristal, por ejemplo.

En ejemplos especialmente dirigidos a la deformación mecánica con el fin de producir el efecto óptico, el dispositivo de seguridad se puede facilitar como un saliente de modo que él o una parte unida al dispositivo puede ser agarrado por un usuario y deformado (plásticamente o elásticamente) con el fin de aplicar el estímulo externo.

Algunos ejemplos de la invención se describirán ahora con referencia a los dibujos acompañantes, en los que:

La figura 1 representa un dispositivo de seguridad de un primer ejemplo incorporado a un documento de seguridad.

La figura 2 representa un segundo ejemplo de un dispositivo de seguridad para uso en un hilo de seguridad con ventana.

La figura 3 representa un dispositivo de seguridad según un tercer ejemplo que tiene una capa polimérica de soporte.

La figura 4a representa un dispositivo de seguridad según un cuarto ejemplo que tiene caracteres desmetalizados.

La figura 4b representa un quinto ejemplo legible por máquina incluyendo material magnético.

La figura 5 representa la incorporación de un dispositivo de seguridad según los ejemplos dentro de una región transparente.

La figura 6a representa un dispositivo de seguridad según un sexto ejemplo.

La figura 6b representa un séptimo ejemplo legible por máquina como una alternativa del sexto ejemplo.

La figura 7 representa un octavo ejemplo con un dispositivo de seguridad sobresaliente.

Las figuras 8a, 8b muestran vistas frontal y posterior respectivamente de un noveno ejemplo de dispositivo de seguridad que tiene un cristal fotónico elástico.

La figura 8c es una vista esquemática del noveno ejemplo deformado en la mano de un usuario.

La figura 9 representa una sección transversal de un décimo ejemplo de dispositivo de seguridad incluyendo dos cristales fotónicos

Las figuras 10a, b, c muestran un undécimo ejemplo de dispositivo de seguridad cuando se ve en tres niveles de deformación diferentes (10a, 10b, 10c, respectivamente).

La figura 11 representa un duodécimo ejemplo de dispositivo de seguridad que además está en relieve.

La figura 12 representa un decimotercer ejemplo de dispositivo de seguridad que tiene capas de absorción de rojo y negro.

La figura 13 representa el decimotercer ejemplo de dispositivo de seguridad aplicado a un documento.

La figura 14 representa un decimocuarto ejemplo de dispositivo de seguridad que tiene intervalos en el cristal fotónico y que tiene una capa absorbente.

La figura 15 representa un decimoquinto ejemplo de dispositivo de seguridad conteniendo nanopartículas.

La figura 16 representa un decimosexto ejemplo de dispositivo de seguridad para uso como una etiqueta.

La figura 17 representa el decimosexto ejemplo de dispositivo unido a un sustrato.

La figura 18 representa un decimoséptimo ejemplo, análogo al decimosexto.

Las figuras 19a, b, c muestran el decimoséptimo ejemplo de dispositivo de seguridad cuando se ve en tres diferentes niveles de deformación (19a, 19b, 19c respectivamente).

Y las figuras 20a, b, c muestran un dispositivo de seguridad según un decimoctavo ejemplo cuando se ve en tres niveles de deformación diferentes (20a, 20b, 20c respectivamente).

La figura 1 representa el dispositivo de seguridad de la presente invención incorporado a un documento de seguridad como un hilo con ventana, con ventanas de hilo expuesto y zonas de hilo incrustado. La figura 2 representa una vista en sección transversal de un ejemplo de la presente invención adecuado para aplicación como un hilo de seguridad con ventana. El dispositivo incluye una película de autosoporte de cristal fotónico elástico, sobre la que se aplica una capa absorbente oscura. Se puede aplicar una capa adhesiva a las superficies exteriores del dispositivo para mejorar la adherencia al documento seguro.

Cuando el dispositivo en la figura 1 se ve en la película de cristal fotónico elástico en reflexión en condiciones ambientales, es decir, antes de la aplicación de un estímulo externo, se observa un efecto de cambio de color de alto contraste en las regiones de ventana de la capa de cristal fotónico cuando el dispositivo se inclina. Por ejemplo, el cambio de color puede ser de rojo, cuando se ve en un ángulo de incidencia normal al plano de sustrato, a verde cuando se ve en un ángulo de incidencia especificado al plano del sustrato. Al presionar el dispositivo de seguridad en las regiones de ventana expuestas, tiene lugar una contracción en la espaciación del retículo cristalino del cristal fotónico elástico perpendicular al plano del dispositivo de seguridad. Esta contracción modifica la estructura de banda fotónica del cristal y por lo tanto la longitud de onda y la dependencia espacial de la reflectividad observada por el autenticador. En este ejemplo, la contracción del retículo da lugar a que el color observado se desplace a una longitud de onda más corta, por ejemplo, a la aplicación inicial de la presión el rojo va a verde y después, cuando la presión se incrementa más, el verde pasa a azul. Se observará un cambio de color angular dependiente también cuando el dispositivo esté en su estado deformado, por ejemplo, éste podría ser de verde a azul cuando el sustrato se incline en su estado empujado inicial. A la eliminación de la deformación, la capa de cristal fotónico volverá a su color original y por lo tanto el proceso de autenticación es reversible.

Los materiales usados en la película de cristal fotónico elástico se pueden seleccionar de tal manera que cuando se quite la presión, las propiedades ópticas ambiente del dispositivo no vuelvan al instante, sino que en cambio haya un retardo tal que el nuevo color pueda ser verificado fácilmente.

En una estructura alternativa a la representada en la figura 2 e ilustrada en la figura 3, el dispositivo de seguridad incluye un sustrato polimérico de soporte, por ejemplo tereftalato de polietileno (PET) o polipropileno biaxialmente orientado (BOPP), sobre el que se aplica una capa absorbente oscura. A continuación se aplica una capa de material de cristal fotónico elástico a la superficie opuesta de la película de soporte, o alternativamente a la capa absorbente oscura. La capa de cristal fotónico elástico se puede formar directamente sobre el sustrato de soporte como una película recubierta o formarse como una película separada y después laminar al sustrato de soporte. La película separada se puede formar como una capa de autosoporte, usando por ejemplo extrusión, o por recubrimiento sobre una capa de soporte temporal que después se desecha durante el proceso de laminación. Esto es especialmente beneficioso cuando el sustrato de soporte para el hilo de seguridad incluye características de seguridad adicionales, tales como capas magnéticas y capas metalizadas incluyendo caracteres desmetalizados, que pueden no ser adecuados para aplicación directa a la capa de cristal fotónico o que reducen la idoneidad del sustrato de soporte a usar como una capa sobre la que el cristal fotónico elástico se puede formar directamente. Se puede aplicar una capa adhesiva a las superficies exteriores del dispositivo para mejorar la adherencia al documento seguro.

El hecho de que el dispositivo de seguridad en las figuras 1, 2 y 3 tenga forma de un hilo de seguridad con ventana es para ilustración solamente y el cristal fotónico elástico se podría emplear fácilmente como parte de una característica de seguridad aplicada en superficie tal como una banda o un parche.

Los ejemplos de la presente invención descrita en las figuras 1 y 2 se ven primariamente en reflexión y como tal los efectos ópticos del material de cristal fotónico se ven mejor contra un fondo oscuro de absorción no selectiva. Esto se puede lograr poniendo una capa de absorción debajo de la capa de cristal fotónico o mediante la introducción de partículas absorbentes en los materiales de cristal fotónico. Las partículas absorbentes deberán ser significativamente más grandes que el tamaño de las esferas del retículo fotónico de modo que no produzcan un cambio en el retículo y en consecuencia un cambio indeseable en las propiedades ópticas.

Aunque el uso de una capa de absorción sustancialmente total, negra o muy oscura, puede dar origen a los cambios de color muy fuertes, se pueden generar otros efectos por el uso de una capa parcialmente absorbente de otros colores o una combinación de colores, dando origen a diferentes cambios de color evidentes. La capa absorbente de la presente invención puede incluir una tinta pigmentada o recubrimiento o alternativamente se puede usar un tinte absorbente no pigmentado.

Las propiedades ópticas de la capa de cristal fotónico se pueden personalizar modificando las características del retículo de cristal fotónico. La presencia de un intervalo de banda fotónica total o parcial, que da lugar a la exclusión de algunas longitudes de onda para direcciones específicas de incidencia/propagación, surge de la diferencia en el índice de refracción entre la matriz y las esferas que forman el cristal fotónico. El aumento de la diferencia en el índice de refracción entre las esferas y la matriz incrementa la intensidad de los colores y cambios de color observados e incrementa el número de direcciones de propagación de incidencia en las que se excluye una longitud de onda específica.

Los cristales fotónicos que se pueden formar más fácilmente en películas, incluyen típicamente materiales poliméricos para la matriz y las esferas. Se pueden ver ejemplos adecuados en US6337131 y US20050228072. En este caso, los polímeros para la matriz y las esferas se seleccionan con el fin de maximizar la diferencia del índice de refracción. La diferencia del índice de refracción deberá ser al menos 0,001, pero más preferiblemente superior a 0,01 e incluso más preferiblemente superior a 0,1.

Un ejemplo específico de materiales poliméricos que pueden ser usados para producir un material de cristal fotónico elástico adecuado para uso en la presente invención consta de esferas de poliestireno entrecruzado en una matriz de polietilacrilato. Hay una capa intermedia de polimetilmetacrilato entre las esferas y la matriz para asegurar la compatibilidad. El material de cristal fotónico elástico producido exhibe una estructura cristalina cúbica centrada en caras con el plano (111) paralelo a la superficie de la película.

Las propiedades ópticas de la capa de cristal fotónico también se pueden modificar cambiando la estructura cristalina, la espaciación del cristal o el tamaño de las esferas. Para el ejemplo específico explicado anteriormente, Ruhl y colaboradores, en Polymer 44 (2003) 7625-7634, han mostrado que el diámetro de la esfera de poliestireno se puede variar entre 150 y 300 nm para producir películas de diferentes colores cuando se ve en incidencia normal sin la aplicación de un estímulo externo. Por ejemplo, cuando se ve en incidencia normal y sin aplicación de un estímulo externo, el color varía con el tamaño de la esfera de la siguiente manera:

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Como una guía general, independientemente del tipo de polímero, el tamaño de partícula de las esferas es preferiblemente del rango de 50-500 nm, e incluso más preferiblemente del rango de 100-500 nm, para que el cristal refleje luz en la región visible del espectro electromagnético.

Se ha referido en la literatura científica, (véase Optics Express, Vol. 15, Nº 15, página 9553-9561, 23 Julio 2007), que se puede introducir nanopartículas en la matriz de un cristal fotónico con el fin de cambiar o mejorar los colores observados, los cambios de color y tolerancia en el ángulo de iluminación. El tamaño de las nanopartículas se selecciona preferiblemente de tal manera que asienten dentro de los lugares intersticiales del retículo de cristal. Las nanopartículas mejoran los eventos de dispersión resonante que tienen lugar dentro del cristal fotónico dando origen a colores estructurales fuertes. Por ejemplo, la incorporación de nanopartículas de carbono de menos de 50 nm de diámetro a un sistema de poliestireno/polietilacrilato antes citado con un tamaño de la esfera de 200 nm, mejora la dispersión resonante del cristal fotónico y altera drásticamente el aspecto de la película de cristal fotónico de una con un aspecto opalescente de color débil a una película de color verde intenso. Por lo tanto, el uso de las nanopartículas proporciona una ventaja clave porque se observan colores intensos fuertes sin necesidad de una capa de absorción separada o la incorporación de partículas absorbentes bastas. Además, hay una mayor tolerancia en el ángulo de iluminación de tal manera que el color observado ya no es tan dependiente de la posición de la fuente de luz. En un segundo ejemplo se puede incorporar nanopartículas de magnetita para generar una película magnética de cambio de color legible por máquina.

La concentración de las nanopartículas se puede variar a través del dispositivo. Por ejemplo, las nanopartículas se podrían introducir en regiones localizadas o podría haber un gradiente en el número de nanopartículas a través del dispositivo. Esto dará lugar a una variación de la intensidad del color y el cambio de color asociado a través del dispositivo.

En una realización preferida la película elástica de cristal fotónico se produce por un proceso de extrusión, y las nanopartículas se añaden al depósito de polímero antes de la extrusión. En este caso, se pueden lograr bandas lateralmente espaciadas de nanopartículas proporcionando un conjunto de divisores en el depósito de polímero de modo que los aditivos se suministren a través del extrusor en posiciones laterales correspondientes.

Las partículas se pueden hacer de material que sea orientable en un campo eléctrico, magnético o electro-magnético. De esta forma, la alineación de las partículas se puede llevar a cabo por la aplicación selectiva de dicho campo especificado a la película elástica de cristal fotónico antes del paso de entrecruzamiento final en la producción de la película. Se puede añadir partículas nanofotoluminiscentes, tales como puntos cuánticos, para crear una nueva característica de seguridad de fotoluminiscencia. Por ejemplo, se puede añadir nanopartículas PbS para producir películas luminiscentes. La literatura científica (Nature Materials Volumen 5 Marzo 2006 página 179) ha demostrado que embeber puntos cuánticos en un cristal fotónico da lugar a la supresión de luminescencia si la frecuencia de emisión cae dentro del intervalo de banda del cristal fotónico. Si la posición del intervalo de banda fotónica se puede cambiar en respuesta al estímulo externo, de modo que se solape o cruce a través del pico de fotoluminiscencia del emisor incrustado, se puede producir supresión/mejora de emisión y la modificación dinámica de las duraciones de la luminescencia. Si el estímulo externo es una deformación mecánica, se crea un dispositivo de seguridad interactivo donde la fluorescencia o fosforescencia se active o desactive presionando simplemente el dispositivo.

Los dispositivos de seguridad incluyendo materiales de cristal fotónico son inherentemente legibles por máquina debido a la selectividad de longitud de onda de los materiales de cristal fotónico. En otros ejemplos, el aspecto de legibilidad por máquina de la presente invención se puede ampliar más mediante la introducción de materiales detectables en el cristal fotónico o por la introducción de capas separadas legibles por máquina. Los materiales detectables que reaccionan a un estímulo externo incluyen, aunque sin limitación, materiales fluorescentes, fosforescentes, de absorción de infrarrojos, termocrómicos, fotocrómicos, magnéticos, electrocrómicos, conductores y piezocrómicos.

En una realización preferida, el pigmento en las capas absorbentes separadas es legible por máquina, por ejemplo, negro de carbón, para producir una capa legible por máquina, conductora o absorbente de IR. Alternativamente puede ser un material magnético, tal como magnetita, para producir una capa magnética legible por máquina.

Los expertos en la técnica entenderán también que el dispositivo de seguridad de la presente invención podría ser usado en combinación con acercamientos existentes para la fabricación de hilo de seguridad. Los ejemplos de métodos y construcciones adecuados que se puede usar incluyen, aunque sin limitación, los citados en WO03061980, EP05167 90, WO9825236, y WO9928852.

La figura 4a ilustra cómo se puede combinar la presente invención con caracteres desmetalizados para aplicación como un hilo de seguridad con ventana. El método requiere una película metalizada incluyendo una película polimérica sustancialmente clara de PET o análogos, que tiene una capa opaca de metal en su primer lado. Una película premetalizada adecuada es película metalizada MELIN EX S de DuPont preferiblemente de 19 \mum de grosor. La capa de metal se imprime con un resist que contiene un tinte o pigmento negro u oscuro. Los resists adecuados incluyen el tinte BASE Neozapon X51 o el pigmento (bien dispersado) "Carbon Black 7" mezclado con un material con buena adhesión a metal y resistencia cáustica. La película metalizada impresa es desmetalizada después parcialmente, según un proceso de desmetalización conocido usando un lavado cáustico que quita el metal en las regiones no impresas con el resist. Las regiones restantes recubiertas con resist proporcionan una capa negra que es visible cuando la película desmetalizada se ve desde su primer lado (a lo largo de la flecha Y) interdispersada con regiones claras. El metal brillante de las partes restantes de la capa metálica solamente es visible desde un lado opuesto de la película desmetalizada (a lo largo de la flecha X). El resist puede ser impreso en forma de marcas tales como palabras, números, configuraciones y análogos; en cuyo caso las marcas resultantes serán positivamente metalizadas, con el metal todavía cubierto por el resist oscuro o negro. Alternativamente el resist puede ser impreso con el fin de formar marcas negativamente, en cuyo caso las marcas resultantes las proporcionarán las regiones desmetalizadas. Sin embargo, las marcas formadas son claramente visibles desde ambos lados, especialmente en luz transmitida, debido al contraste entre las regiones del metal que han sido quitadas y las regiones opacas restantes. Entonces se aplica la capa de cristal fotónico, usando preferiblemente un proceso de transferencia, como el expuesto con referencia a la figura 3.

El dispositivo de seguridad ilustrado en la figura 4a exhibe dos características de seguridad de contraste visual. El dispositivo incluye los efectos ópticos interactivos de la capa de cristal fotónico elástico, como se ha descrito con respecto a los ejemplos anteriores, cuando el sustrato acabado se ve en reflexión desde el primer lado (a lo largo de la flecha Y); y un recubrimiento metálico parcial brillante cuando se ve desde el otro lado (a lo largo de la flecha X). Adicionalmente, se pueden ver marcas positivas o negativas claras, definidas por el resist negro, en transmisión desde ambos lados. Este ejemplo es especialmente ventajoso cuando se usa en un dispositivo que es visible desde ambos lados del documento en el que se incorpora. Por ejemplo, el dispositivo podría incorporarse a un documento seguro usando los métodos descritos en EP1141480 o WO03054297.

La figura 4b ilustra una versión legible por máquina del dispositivo ilustrado en la figura 4a. El dispositivo incluye una capa base de PET metalizada desmetalizada con un diseño adecuado incluyendo carriles de metal a lo largo de cada borde del dispositivo. Como se ha descrito con referencia a la figura 4a, se usa un resist negro durante el proceso de desmetalización. Se puede aplicar una capa protectora sobre los carriles de metal (no representados en la figura) para evitar que el metal sea corroído por la capa magnética, que se aplica después. Una capa protectora adecuada es VHL31534 suministrada por Sun Chemical aplicada con un peso de recubrimiento de 2 gsm. La capa protectora puede estar pigmentada opcionalmente. El material magnético solamente se aplica sobre los carriles de metal con el fin de no oscurecer las marcas desmetalizadas. Entonces se aplica la capa de cristal fotónico, preferiblemente usando un proceso de transferencia, como se expone con referencia a la figura 3. Se puede aplicar una capa adhesiva a las superficies exteriores del dispositivo para mejorar la adherencia al documento de seguridad.

Cuando se incorpora un material magnético al dispositivo dentro de la capa absorbente o como una capa separada, el material magnético se puede aplicar en cualquier diseño, pero los ejemplos comunes incluyen el uso de carriles magnéticos o el uso de bloques magnéticos para formar una estructura codificada. Los materiales magnéticos adecuados incluyen pigmentos de óxido de hierro (Fe_{2}O_{3} o Fe_{3}O_{4}), ferritas de bario o estroncio, hierro, níquel, cobalto y aleaciones de estos. En este contexto el término "aleación" incluye materiales como níquel: cobalto, hierro:aluminio:níquel:cobalto y análogos. Se puede usar materiales de níquel en copos; también son adecuados los materiales de hierro en copos. Los copos de níquel típicos tienen unas dimensiones laterales en el rango de 5-50 micras y un grosor de menos de 2 micras. Los copos de hierro típicos tienen unas dimensiones laterales en el rango de 10-30 micras y un grosor de menos de 2 micras.

En una realización alternativa legible por máquina se puede incorporar una capa magnética transparente en cualquier posición dentro de la estructura del dispositivo. En WO-A-03091953 y WO-A03091952 se describen capas magnéticas transparentes adecuadas conteniendo una distribución de partículas de un material magnético de un tamaño y distribuidas a una concentración en la que la capa magnética permanece transparente.

En otro ejemplo, el dispositivo de seguridad de la presente invención se puede incorporar en un documento de seguridad de tal manera que el dispositivo se incorpore a una región transparente del documento. El documento de seguridad puede tener un sustrato formado de cualquier material convencional incluyendo papel y polímero. Se conocen en la materia técnicas para formar regiones transparentes en cada uno de estos tipos de sustratos. Por ejemplo, WO8300659 describe un billete de banco polimérico formado por un sustrato transparente incluyendo un recubrimiento opacificante en ambos lados del sustrato. El recubrimiento opacificante se omite en regiones localizadas en ambos lados del sustrato para formar una región transparente.

EP1141480 describe un método de hacer una región transparente en un sustrato de papel. Otros métodos para formar regiones transparentes en sustratos de papel se describen en EP0723501, EP0724519 y WO03054297.

La figura 5 representa el dispositivo de seguridad de la presente invención incorporado a una región transparente de un documento de seguridad. La figura 6a representa una vista en sección transversal del dispositivo de seguridad dentro de la región transparente. El dispositivo de seguridad incluye una capa de soporte transparente, que forma preferiblemente la región transparente del sustrato. Se aplica un material absorbente a la capa transparente en regiones localizadas para formar una configuración reconocible o imagen identificativa. Una capa incluyendo un material de cristal fotónico elástico, que exhibe las mismas características ópticas que el material de cristal fotónico elástico de las figuras 1 y 2, está situada encima de la capa absorbente.

Cuando el dispositivo de la figura 6a se ve en reflexión desde el lado A, antes de la aplicación de un estímulo externo, se observa un efecto de cambio de color de alto contraste, desde las regiones de la capa de cristal fotónico elástico situadas encima de la capa absorbente, cuando el dispositivo se inclina. Por ejemplo, el cambio de color puede ser de rojo, cuando se ve en un ángulo de incidencia normal al plano de sustrato, a verde cuando se ve en un ángulo de incidencia especificado al plano del sustrato. Cuando se ve a la luz transmitida desde el lado A, las regiones encima de la capa absorbente todavía exhiben el cambio de color rojo-verde, pero en las regiones no encima de la capa absorbente, el color transmitido satura el color reflector. Los colores transmitidos y reflejados son complementarios, por ejemplo, un cambio de color de rojo a verde en reflexión se ve como un cambio de color de cian a magenta en transmisión. Al presionar el dispositivo de seguridad, tiene lugar una contracción en la espaciación del retículo de cristal perpendicular al plano del dispositivo de seguridad. Esta contracción modifica la estructura de banda fotónica del cristal y por lo tanto la longitud de onda y la dependencia espacial de la reflectividad observada por el autenticador. En este ejemplo, la contracción del retículo da lugar a que el color reflejado observada pase a una longitud de onda más corta, por ejemplo, el rojo pasa a verde y el verde pasa a azul, dando lugar a un cambio de color de verde a azul cuando el sustrato se inclina en el estado presionado. En contraposición, el color transmitido complementario observado se desplaza a una longitud de onda más larga dando lugar a un cambio de color de magenta a amarillo cuando el sustrato se inclina en su estado presionado.

Cuando el dispositivo en la figura 6a se vea en reflexión o transmisión desde el lado B, la capa de absorción oscura será visible en forma de una imagen identificativa. Si una imagen oscura no es estéticamente aceptable, entonces se podría usar un material/color más agradable estéticamente para ocultar el resist oscuro de modo que no sea visible desde el lado B. Por ejemplo, las zonas de absorción oscuras se podrían sobreimprimir en el lado B de la región transparente con tintas opacas de color diferente o tintas metálicas. Alternativamente, el sustrato de soporte transparente podría ser sustituido por un sustrato polimérico metalizado, como se ilustra en la figura 6b. El sustrato metalizado se imprime con un resist oscuro, como se ha explicado con referencia a la figura 4, en forma de la imagen identificativa. La película metalizada impresa se desmetaliza entonces parcialmente quitando el metal en las regiones no impresas con el resist. Cuando se ve desde el lado A, la película de cristal fotónico elástico se ve contra el resist oscuro absorbente y aparece como se describe con referencia a la figura 6a, pero cuando se ve desde el lado B, se observa una imagen metálica de la imagen identificativa impresa con el resist oscuro. La imagen podría ser positiva, es decir, definida por las regiones metálicas, o negativa, es decir, definida por las regiones transparentes entre las regiones metálicas.

En una construcción alternativa legible por máquina, el resist oscuro en la figura 6b se puede formar usando un pigmento magnético, por ejemplo, magnetita para proporcionar un código legible por máquina. En otra realización, solamente parte del resist oscuro está provista de un pigmento magnético y el resto está provisto de un pigmento no magnético. Si ambas regiones magnética y no magnética son sustancialmente totalmente absorbentes, no habrá diferencia visual en las películas de cristal fotónico elástico sobre las dos regiones y por lo tanto el formato del código no será fácilmente evidente.

Los materiales usados en el cristal fotónico elástico se pueden seleccionar de tal manera que cuando se quite la presión, las propiedades ópticas ambiente del dispositivo no vuelvan al instante, sino que, en cambio, haya un retardo tal que el nuevo color pueda ser verificado fácilmente. La presencia de tal dispositivo en regiones transparentes significa que el dispositivo puede ser empujado desde un lado y visto desde el otro lado. Por ejemplo, con referencia a la figura 6 el dispositivo puede ser autenticado empujando el lado B y viendo el cambio de color reflector contra el fondo absorbente oscuro desde el lado A. En este contexto, empujar se diferencia de presionar debido al hecho de que las regiones transparentes no se retrosoportan durante la deformación.

En un método de autenticación alternativo el dispositivo de seguridad incluyendo un cristal fotónicoelás tico se podría estirar para llevar a la práctica el proceso de autenticación. WO2004001130 describe un método para incorporar un elemento alargado, tal como un hilo de seguridad, a un documento seguro de tal manera que el elemento alargado esté expuesto dentro de un agujero. En un ejemplo de WO2004001130 el agujero se usa para formar una ranura en el borde del documento en el que el extremo de un hilo de seguridad está expuesto, como se ilustra en la figura 7. En un ejemplo de la presente invención, el hilo expuesto incluye una capa de cristal fotónico elástico que exhibe un cambio de color angular dependiente de las condiciones ambientales y un segundo cambio de color angular dependiente cuando se estira. El hecho de que el hilo esté expuesto permite estirarlo fácilmente sin tener que flexionar el documento.

La figura 8 ilustra un ejemplo donde el dispositivo de seguridad de la presente invención está incorporado en un agujero de un sustrato de papel. Se ha incorporado una película de autosoporte de cristal fotónico elástico a un sustrato de papel, como se describe en EP1141480. Un lado de la película de cristal fotónico está completamente expuesto en la superficie delantera de un sustrato de papel en el que está parcialmente incrustado (figura 8a), y parcialmente expuesto en un agujero en la superficie trasera del sustrato (figura 8b). En este ejemplo, el material de cristal fotónico incluye esferas de poliestireno entrecruzado en una matriz de polietilacrilato. Se han incorporado nanopartículas de carbono a la estructura de cristal fotónico de tal manera que la película tenga un color rojo intenso cuando se vea en incidencia normal sin la aplicación de un estímulo externo.

Al ver el dispositivo desde la parte delantera del documento en reflexión, ilustrado en la figura 8a, antes de la aplicación de un estímulo externo se observa un efecto de cambio de color de alto contraste a lo largo de todo el dispositivo de seguridad alargado expuesto. En este ejemplo el cambio de color es de rojo, cuando se observa en un ángulo de incidencia normal al plano de sustrato, a verde cuando se ve en un ángulo de incidencia especificado al plano del sustrato. La incorporación de las nanopartículas produce una película sustancialmente opaca de color fuerte, de una sola capa, es decir no laminada. Ésta es una ventaja sobre las películas de cambio de color de cristal líquido donde hay que usar una capa absorbente negra u oscura separada para generar una película sustancialmente opaca de color fuerte. Si un dispositivo basado en cristal líquido se usa en el ejemplo representado en la figura 8, para que el efecto de cambio de color reflector sea visible desde ambos lados del documento, se requerirían dos películas de cristal líquido con una capa absorbente entre ellas. En contraposición, en la presente invención el uso de la película de autosoporte de cristal fotónico elástico dopado con nanopartículas de carbono permite que el efecto de cambio de color reflector sea visible desde ambos lados del documento usando solamente una sola capa de material de cambio de color. Al ver el dispositivo desde la parte trasera del documento en reflexión, ilustrado en la figura 8b, antes de la aplicación de un estímulo externo, hay el mismo efecto de cambio de color de alto contraste que el observado desde la parte delantera del documento, donde la película de cristal fotónico elástico está expuesta en el agujero.

En este ejemplo se aplica un estímulo mecánico externo curvando el documento alrededor de su eje central longitudinal, como se ilustra en la figura 8c. Esta deformación modifica la estructura de banda fotónica del cristal y por lo tanto la longitud de onda y la dependencia espacial de la reflectividad observada por el autenticador. En este ejemplo la deformación produce una contracción del retículo perpendicular al plano del sustrato que da lugar a que el color observado se desplace a una longitud de onda más corta, por ejemplo, el rojo pasa a verde y el verde pasa a azul. En este ejemplo, el agujero se coloca de tal manera que caiga dentro del eje central del documento de modo que cuando el autenticador curve el documento alrededor del eje central, tenga lugar deformación máxima y por lo tanto cambio de color en la región de agujero del documento. Una ventaja de la presente invención es que, al deformar el cristal fotónico elástico, se observa un cambio de color dinámico. En el ejemplo de la figura 8, cuando el dispositivo se curva alrededor del agujero central, el cambio de color inicial de rojo a verde se produce en la región central del agujero donde la deformación es más alta, cuando el documento se curva más, la deformación aumenta hacia fuera hacia los bordes del agujero y se observa una banda verde que se desplaza hacia el borde del agujero. Si el documento se curva a un radio de curvatura suficientemente alto, la región central del agujero pasará de verde a azul. También se observará un cambio de color angular dependiente cuando el dispositivo esté en su estado deformado, por ejemplo, éste podría ser de verde a azul cuando el sustrato se incline en su estado deformado inicial. Al quitar la deformación, la capa de cristal fotónico volverá a su color original y, por lo tanto, el proceso de autenticación es reversible. El cambio de color con deformación proporciona un componente interactivo al dispositivo de seguridad que el público puede recordar y que es difícil de falsificar.

En una realización alternativa referenciada en la figura 8, la película de cristal fotónico elástico puede ser soportada por una capa de soporte para facilitar su incorporación al documento en papel. La capa de cristal fotónico elástico se puede formar directamente sobre el sustrato de soporte como una película recubierta o formarse como una película separada y posteriormente laminarse al sustrato de soporte. El sustrato de soporte puede incluir características de seguridad adicionales incluyendo diseños desmetalizados, diseños holográficos en combinación con una capa altamente reflectora tal como una capa metálica o una capa transparente fina de un material de alto índice de refracción (por ejemplo ZnS), marcas impresas, materiales luminiscentes o magnéticos, y relieve basto con un diseño de seguridad que puede estar en relieve ciego para producir una característica táctil/visible o incluir tintas impresas para mejorar más la visibilidad. De esta manera se puede observar una característica de seguridad diferente a ambos lados del dispositivo de seguridad.

En otra realización el dispositivo de seguridad de la presente invención se puede construir de tal manera que se observen diferentes efectos de cambio de color en ambas superficie del dispositivo de seguridad. Esto se puede lograr laminando conjuntamente dos películas de cristal fotónico con diferentes características ópticas o variando las características ópticas de la película de cristal fotónico en el grosor de la película.

Por ejemplo, se puede hacer dos películas de cristal fotónico elástico de los mismos materiales para las esferas y matriz, pero de diferentes propiedades ópticas debido a la diferencia de tamaño de la esfera. La figura 9 representa una vista en sección transversal de un dispositivo de seguridad incluyendo dos películas de cristal fotónico elástico adheridas juntamente con un adhesivo de laminación. El adhesivo de laminación incluye un tinte o pigmento oscuro de tal manera que también actúe como una capa absorbente. El dispositivo se puede hacer legible por máquina incorporando un pigmento magnético al adhesivo de laminación o aplicando una capa magnética adicional a la superficie interior de una o ambas películas de cristal fotónico elástico. Se puede aplicar una capa adhesiva a las superficies exteriores del dispositivo para mejorar la adherencia al documento seguro. El dispositivo de seguridad se incorpora a un documento de tal manera que al menos en regiones localizadas esté expuesto en ambas superficies del documento seguro. En este ejemplo ambas películas de cristal fotónico elástico primera y segunda constan de esferas de poliestireno entrecruzado en una matriz de polietilacrilato. Hay una capa intermedia de polimetilmetacrilato entre las esferas y la matriz para asegurar la compatibilidad. El material de cristal fotónico elástico producido exhibe una estructura cristalina cúbica centrada en cara con el plano (111) paralelo a la superficie de la película. La primera película de cristal fotónico elástico tiene un tamaño de esfera de 282 nm y parece roja cuando se ve en luz reflejada en incidencia normal y parece verde cuando se ve en un ángulo oblicuo de incidencia al plano del sustrato. Al deformar el dispositivo de seguridad, y ver en incidencia normal, el color del dispositivo cambia de rojo a verde y se desplaza a azul cuando el dispositivo se inclina en su estado deformado. La segunda película de cristal fotónico elástico tiene un tamaño de esfera de 259 nm y parece amarilla cuando se ve en luz reflejada en incidencia normal y parece azul cuando se ve en un ángulo oblicuo de incidencia al plano del sustrato. Al deformar el dispositivo de seguridad, y ver en incidencia normal, el color del dispositivo cambia de amarillo a azul y se desplaza a violeta como el dispositivo se inclina en su estado
deformado.

El dispositivo de seguridad en la figura 9 se incorpora a un documento de tal manera que coincida con un agujero en el documento. El autenticador no solamente observará diferentes cambios de color dependientes angulares al observar desde los lados opuestos del agujero, sino también una respuesta óptica diferente cuando se deforme, por ejemplo, por curvado, empuje o presión.

También se pueden generar diferentes efectos de cambio de color en cualquier superficie del dispositivo de seguridad usando una sola capa de película de cristal fotónico elástico variando localmente las características ópticas de la película de cristal fotónico elástico en el grosor de la película. Por ejemplo, el tamaño de esfera se puede variar a través del grosor de la película. Esta variación puede ser introducida controlando el montaje de las esferas durante la formación de la película de cristal fotónico elástico. Alternativamente, si la película se fabrica por extrusión de polímero, entonces se pueden generar dos mezclas de polímero, incluyendo las esferas y la matriz, con diferentes tamaños de esfera. Las dos mezclas de polimérico se pueden coextrusionar entonces a una sola película de polímero formando una estructura cristalina donde haya un cambio gradual en el tamaño de la esfera en una interface en el centro de la película.

El dispositivo de seguridad de la presente invención también se puede personalizar con el fin de aumentar la dificultad de falsificación y/o proporcionar información de identificación. El proceso de personalización puede tener lugar antes o después de incorporar el dispositivo al documento. En un ejemplo, la personalización del dispositivo de seguridad tiene lugar aplicando información impresa a la película de cristal fotónico elástico. En la película de cristal fotónico elástico se pueden imprimir imágenes usando alguno de los procesos de impresión convencionales tales como huecograbado, fotograbado, inyección de tinta, litografía offset, serigrafía, difusión de tinte y flexografía. La impresión se puede aplicar como una sola operación de impresión en un solo color o como múltiples operaciones de impresión en múltiples colores.

En una realización preferida, las imágenes se imprimen parcialmente en la película de cristal fotónico elástico y parcialmente en el sustrato. El dispositivo se incorpora de tal manera que el diseño continúe ininterrumpido entre las dos superficies. En otra realización, uno de los colores de las imágenes impresas corresponde a uno de los colores de conmutación de la película de cristal fotónico elástico. Por ejemplo si la película de cristal fotónico elástico pasa de rojo a verde al presionar el dispositivo, entonces toda información impresa en rojo será sustancialmente invisible en incidencia normal, pero será visible cuando la muestra sea empujada puesto que el rojo estático de la información impresa contrasta con el verde de la película de cristal fotónico ópticamente variable. De esta manera se puede crear una característica de seguridad de imagen latente.

La figura 10 ilustra otro ejemplo de la presente invención donde un dispositivo de seguridad ha sido incorporado al documento como un parche aplicado superficialmente. Se imprime una imagen identificativa en rojo de tal manera que una parte esté en el sustrato y otra parte esté en el dispositivo de seguridad. Al ver el sustrato en incidencia normal (figura 10a), el dispositivo de seguridad parece rojo y satura la información impresa en el dispositivo de seguridad de tal manera que solamente la información impresa en el sustrato sea visible. La información impresa aparece presionando el dispositivo de seguridad o inclinando el sustrato. Al inclinar el sustrato, el cristal fotónico elástico pasa de rojo a verde, y al presionar el dispositivo el cristal fotónico elástico también pasa de rojo a verde, y cuando se incrementa la presión también de verde a azul. En ambos casos, la información impresa en rojo aparecerá en el dispositivo de seguridad y se formará una imagen completa con la información impresa en el sustrato (figura 10b). También se puede imprimir una segunda imagen identificativa en verde en el dispositivo de seguridad, la imagen verde será visible en incidencia normal, pero desaparecerá al inclinar la muestra cuando sea saturada por el color verde del cristal fotónico elástico. Al presionar el dispositivo, la imagen verde desaparecerá inicialmente cuando el dispositivo pase de rojo a verde (figura 10b), pero cuando se incremente la presión, la imagen verde reaparecerá cuando el dispositivo pase de verde a azul (figura 10c).

El dispositivo de seguridad en la muestra en la figura 10 tiene varios aspectos de seguridad; en primer lugar, un cambio de color al inclinarlo; en segundo lugar, un cambio de color a la aplicación de un estímulo externo; y en tercer lugar, la presencia de dos imágenes latentes que aparecen y desaparecen alternativamente al inclinarlo, pero ambas pueden aparecer simultáneamente presionando el dispositivo.

Como una alternativa a la impresión de tintas de color ordinarias, también es posible imprimir tintas funcionales. Por tintas funcionales se entiende tintas que reaccionan a un estímulo externo. Las tintas de este tipo incluyen, aunque sin limitación, fluorescentes, fosforescentes, de absorción de infrarrojos, termocrómicas, fotocrómicas, magnéticas, electrocrómicas, conductoras y piezocrómicas.

Además de tintas funcionales, también es posible imprimir sobre la película de cristal fotónico elástico otras tintas de efectos ópticos. Las tintas de efecto óptico incluyen OVI® y Oasis® comercializadas por Sicpa. Otras tintas ópticas incluyen tintas conteniendo pigmentos iridiscentes, iriodinos, perlescentes, de cristal líquido y a base de metal.

En otra realización, la personalización del dispositivo de seguridad tiene lugar estampando en relieve la película de cristal fotónico elástico con estructuras de líneas elevadas. El relieve de las estructuras de líneas elevadas en las películas de cristal fotónico elástico es especialmente ventajoso porque las facetas generadas por el relieve dan lugar a un cambio en el ángulo de incidencia de la luz entrante, generando facetas de diferentes colores debido al hecho de que el color de la película de cristal fotónico elástico depende del ángulo de visión. El uso de una estructura de líneas elevadas con una película de cristal fotónico elástico tiene dos aspectos de seguridad; en primer lugar, la característica ópticamente variable generada por la estructura de líneas y, en segundo lugar, la creación de regiones localizadas que exhiben diferentes cambios de color de la película de fondo.

Por ejemplo, si el dispositivo de cristal fotónico elástico exhibe un cambio de color de verde a azul al inclinar el dispositivo alejándolo de la incidencia normal, cuando se vea en incidencia normal, las regiones en relieve y no en relieve parecerán verdes. Al inclinar el dispositivo las regiones no en relieve y en relieve cambiará de verde a azul en ángulos diferentes de visión cuando se incline el dispositivo. Además, si el dispositivo incluye regiones de orientaciones diferentes de las estructuras de líneas en relieve, cada región cambiará de verde a azul en ángulos de visión diferentes cuando se incline el dispositivo. Igualmente, girando el dispositivo en el plano de la película de cristal fotónico, las regiones en relieve pasarán de verde a azul o viceversa en puntos diferentes en la rotación cuando la orientación de las estructuras en relieve varíe con relación al observador.

Otra ventaja de usar estructuras en relieve de líneas elevadas es que las estructuras tienen una superficie elevada que puede ser identificada al tacto. La superficie lisa de la película de cristal fotónico mejora más la tactilidad de estas estructuras elevadas.

Las estructuras de líneas en relieve pueden tomar cualquier forma conveniente incluyendo recta (rectilínea) o curvada, tal como arcos completos o parciales de un círculo o secciones de una onda sinusoidal. Las líneas pueden ser continuas o discontinuas y, por ejemplo, estar formadas de trazos, puntos u otras formas. Por otras formas entendemos que los puntos o trazos podrían tener una forma gráfica. Las anchuras de línea son típicamente del rango de 10-500 micras, preferiblemente de 50-300 micras. Preferiblemente, las líneas individuales apenas son visibles a simple vista, dando una serie de múltiples líneas la impresión visual principal. Las líneas pueden definir cualquier forma, por ejemplo cuadrada, triangular, hexagonal, de estrella, flor o marcas, tales como una letra o número.

Las estructuras de líneas en relieve se forman aplicando preferiblemente una placa en relieve a la película de cristal fotónico elástico bajo calor y presión. Preferiblemente, el proceso de relieve tiene lugar durante el proceso de impresión de huecograbado y se lleva a cabo usando una plancha de huecograbado que tiene rebajes que definen las estructuras de líneas. La película de cristal fotónico elástico es preferiblemente de relieve ciego, es decir los rebajes no se llenan de tinta. Sin embargo, también es posible que algunos rebajes que definan la estructura en relieve se puedan llenar con tinta y otros queden sin llenar. Además, se puede llevar a cabo impresión en huecograbado o relieve ciego en regiones del sustrato adyacentes al dispositivo de seguridad usando la misma plancha de huecograbado con el fin de lograr la correspondencia exacta entre las diferentes regiones.

La figura 11 representa un ejemplo de una seguridad sustrato incluyendo un dispositivo de seguridad de la presente invención donde las películas de cristal fotónico elástico han sido personalizadas estampando en relieve la película después de haberse aplicado al sustrato base. En este ejemplo, la película de cristal fotónico elástico ha sido incorporada a un sustrato de papel de la misma manera que la referenciada en la figura 8 y descrita en EP1141480. La figura 11 representa la superficie delantera del sustrato de papel en que el dispositivo está completamente expuesto. El dispositivo también está expuesto en la superficie trasera en la región abierta. En este ejemplo, la película de cristal fotónico elástico exhibe un cambio de color rojo-verde al inclinarlo alejándolo de la incidencia normal y un cambio de color de rojo a verde a azul al empujar el dispositivo. Las estructuras de líneas en relieve, formadas por un conjunto respectivo de líneas elevadas sustancialmente paralelas, define el número "5". Las regiones en relieve proporcionan un aspecto ópticamente variable adicional al dispositivo además de los cambios de color dependientes del ángulo y dependientes de la presión exhibidos por las estructuras no en relieve. Cuando se ve en incidencia normal, ambas regiones en relieve y no en relieve parecen rojas.

Al inclinar el sustrato alejándolo de la incidencia normal, y verlo a lo largo de la dirección de visión Y de tal manera que las líneas se extiendan a 90º a la dirección de la luz incidente, el número "5" pasa casi de forma instantánea de rojo a un color predominantemente verde debido a la luz dominante reflejada que surge de los bordes de las líneas elevadas. En contraposición, la región no en relieve pasa de rojo a verde en un ángulo de incidencia más grande con relación al sustrato plano. La diferencia en el ángulo de visión en que tiene lugar el cambio de color, surge porque cuando se ve normalmente al sustrato el ángulo de incidencia efectivo de la luz incidente en las regiones de borde es más grande que el ángulo de incidencia de luz incidente en regiones no en relieve planas. Si el dispositivo se gira 90º, de modo que se vea a lo largo de la dirección de visión X paralela a la dirección de las líneas en relieve, al inclinar el sustrato ambas regiones en relieve y no en relieve pasan de rojo a verde sustancialmente en el mismo ángulo de visión porque el borde de las líneas refleja muy poca luz.

Si las líneas en relieve son tales que una porción significativa de la región de borde se extiende en un ángulo de aproximadamente 45º al sustrato base, entonces al inclinar el sustrato alejándolo de la incidencia normal, y verlo perpendicularmente a la dirección de las líneas, tendrá lugar un cambio casi instantáneo de rojo a un color predominantemente verde como se ha descrito previamente. Sin embargo, al inclinar más el sustrato, el ángulo de incidencia de la luz incidente en las regiones de borde se aproximará más a la incidencia normal dando lugar a una vuelta al rojo, exhibiendo efectivamente un cambio de color inverso.

En otra realización, la personalización del dispositivo de seguridad tiene lugar estampando en relieve la película de cristal fotónico elástico con una estructura de líneas no difractivas. Una estructura de líneas no difractivas es un ejemplo de una estructura de líneas elevadas que produce un efecto ópticamente variable cuando varía el ángulo de incidencia de la luz, pero en la que este efecto no es producido por interferencia o difracción. Los dispositivos de seguridad basados en estructuras lineales no difractivas son conocidos en la técnica anterior; por ejemplo, WO9002658 describe un dispositivo de seguridad en el que una o más imágenes transitorias están en relieve en una superficie reflectora. WO9820382 describe otro dispositivo de seguridad en el que un grupo de zonas elementales en las que las líneas se extienden en ángulos diferentes uno de otro formando respectivos píxeles de imagen. US1996539 describe un dispositivo decorativo en el que se forma una estructura en relieve en una superficie y tiene un efecto ópticamente variable. WO2005080089 describe un dispositivo de seguridad que tiene segmentos definidos por estructuras de líneas en una porción reflectora de un sustrato, que hace que la luz incidente sea reflejada de forma no difractiva cuando el ángulo de incidencia cambie.

En una realización alternativa, el dispositivo de seguridad incluye además un dispositivo ópticamente variable tal como un holograma o retículo de difracción. Estos dispositivos se forman comúnmente como estructuras en relieve en un sustrato, que entonces está provisto de un recubrimiento reflector para mejorar la repetición del dispositivo. En la presente invención, el cristal fotónico elástico puede actuar como el recubrimiento reflector y la estructura en relieve se puede estampar en relieve directamente en la película de cristal fotónico elástico o en una laca de relieve aplicada sobre la película de cristal fotónico elástico. Alternativamente, regiones localizadas del dispositivo pueden estar provistas de una capa metalizada, y la estructura en relieve se puede estampar posteriormente en relieve en una laca de relieve encima de la capa metalizada. De esta manera, el dispositivo incluye dos regiones lateralmente espaciadas: una que exhibe las propiedades de cambio de color de la película de cristal fotónico elástico y otra que exhibe las propiedades ópticamente variables de un dispositivo holográfico. Alternativamente, el recubrimiento metálico reflector puede ser sustituido por un material transparente de mejora de la reflexión, por ejemplo una capa fina de un material de alto índice de refracción tal como ZnS. En este caso, ambas propiedades de cambio de color del material de cristal fotónico elástico y las propiedades ópticamente variables del dispositivo holográfico son visibles en todas las zonas del dispositivo, aunque las propiedades ópticamente variables del dispositivo holográfico solamente sean visibles en ciertos ángulos de visión.

En otra realización de la invención, el dispositivo de seguridad puede ser personalizado mediante la aplicación de una capa de dispersión a la película de cristal fotónico elástico. En una realización preferida, la capa de dispersión toma la forma de un barniz o laca mate. En este contexto, un barniz o laca mate es el que reduce el brillo de la película de cristal fotónico elástico dispersando la luz reflejada. Un ejemplo de un barniz mate adecuado es una suspensión de partículas finas en una resina orgánica. Las partículas de la superficie dispersan la luz cuando pasa a través del barniz dando lugar a un aspecto mate. Un barniz adecuado para la presente invención es "Hi-Seal O 340" suministrado por Hi-Tech Coatings Ltd. En una solución alternativa, las partículas finas pueden ser sustituidas por ceras orgánicas. Como otra alternativa, la capa de dispersión puede ser generada estampando en relieve una estructura mate en la superficie de una capa de cristal fotónico. Se describen estructuras de acoplamiento en relieve adecuadas en WO9719821. La capa de dispersión modifica las propiedades de cambio de color de la capa de cristal fotónico elástico.

La capa de dispersión modifica la superficie de la película de cristal fotónico elástico de tal manera que la reflexión sea ahora más difusa reduciendo el deslumbramiento de la película de cristal fotónico elástico y cambiando el rango angular en el que los colores respectivos del dispositivo de seguridad son fácilmente visibles al autenticador. Por ejemplo, si el material de cristal fotónico elástico exhibe un cambio de color de rojo a verde al inclinarlo, el cambio de rojo a verde tiene lugar más próximo a la incidencia normal en la región con la capa de dispersión en comparación con otra sin capa de dispersión.

Otra forma de personalizar el dispositivo de seguridad es usar dos o más capas diferentes de absorción de color. Un ejemplo de esta realización se ilustra en las figuras 12 y 13. La figura 12 representa una vista en sección transversal de una construcción del dispositivo de seguridad adecuado para aplicación como una franja o parche superficial. El dispositivo incluye un sustrato de soporte, que puede estar recubierto con una capa de liberación, sobre el que se aplica una película de cristal fotónico elástico. Se aplica una capa de absorción de rojo parcial sobre la película de cristal fotónico elástico en forma de un diseño y se aplica una segunda capa de absorción de negro sobre toda la capa de absorción parcial. Se aplica una capa adhesiva a la capa de absorción de negro. El dispositivo es transferido posteriormente a un documento de seguridad, tal como un billete de banco (figura 13). Después de la transferencia, la tira de soporte se puede quitar, dejando expuesta la película de cristal fotónico elástico o alternativamente la capa de soporte se puede dejar en posición para formar una capa protectora exterior. Mediante la selección de los colores apropiados de la capa de absorción parcial los diseños definidos por esta capa pueden ser visibles en algunos ángulos de visión o estados de deformación e invisibles en otros. En este ejemplo, la película de cristal fotónico elástico transmite todas las longitudes de onda, excepto rojo, en incidencia normal. Entonces, en incidencia normal, el diseño formado por la capa de absorción de rojo parcial es invisible, apareciendo el dispositivo de color rojo uniforme, pero al inclinar o deformar (por ejemplo, presionar o curvar) el dispositivo, se observa un cambio de color diferente en las regiones cristal fotónico elástico con y sin la capa de absorción parcial y por lo tanto los diseños quedan expuestos. La exposición de la imagen se suma a los dos efectos ópticamente variables diferentes observados con y sin la presencia de un estímulo externo.

En otra realización de la presente invención, la película de cristal fotónico elástico puede ser personalizada disponiendo intervalos en la película de tal manera que la capa subyacente sea visible en regiones localizadas. Los intervalos se pueden disponer transfiriendo o recubriendo la película de cristal fotónico elástico sobre un sustrato de soporte de manera parcial. Alternativamente, los intervalos se pueden crear en una etapa posterior en el proceso, por ejemplo, extirpando con láser una película de cristal fotónico elástico completamente formada. La figura 14 ilustra un dispositivo incluyendo un sustrato de soporte sobre el que se ha aplicado una capa de absorción de rojo parcial sobre la que se ha transferido una película de cristal fotónico elástico. Se usa un láser para formar intervalos en la película de cristal fotónico elástico en forma de una imagen identificativa. En este ejemplo, la película de cristal fotónico elástico transmite todas las longitudes de onda, excepto rojo, en incidencia normal. Entonces, en incidencia normal, los intervalos y la película de cristal fotónico elástico parecen rojos y por lo tanto la información identificativa definida por los intervalos no es distinguible del fondo. Al deformar el dispositivo, la película de cristal fotónico pasa de rojo a verde, pero los intervalos que exponen la capa de absorción subyacente todavía parecen rojos, de esta manera se hace que la imagen identificativa aparezca al inclinar o deformar el dispositivo. La exposición de la imagen se suma a los dos efectos ópticamente variables diferentes observados con y sin la presencia de un estímulo externo.

La figura 15 ilustra otro ejemplo donde hay intervalos en la película de cristal fotónico elástico. El dispositivo en la figura 15 incluye una película de cristal fotónico elástico que ha sido transferida sobre un sustrato de soporte sustancialmente transparente. Se puede usar alternativamente una película de autosoporte de cristal fotónico elástico sin necesidad de un sustrato de soporte. La película de cristal fotónico elástico es la misma que la descrita en relación a la figura 9 y se han incorporado nanopartículas de carbono a la estructura de cristal fotónico para producir una película sustancialmente opaca con un color rojo intenso cuando se ve en incidencia normal sin la aplicación de un estímulo externo. Se usa un láser para formar intervalos en la película de cristal fotónico elástico en forma de una imagen identificativa. La imagen identificativa es claramente visible desde ambos lados, especialmente en luz transmitida debido al contraste entre las regiones de la película sustancialmente opaca de cristal fotónico elástico que han sido quitadas y las regiones opacas restantes. El dispositivo de seguridad ilustrado en la figura 15 exhibe dos características de seguridad de contraste visual; en primer lugar, los efectos ópticos de la capa de cristal fotónico y, en segundo lugar, la imagen identificativa claramente visible en transmisión desde ambos lados del dispositivo.

En otra realización de la presente invención, los materiales de cristal fotónico se puede seleccionar de tal manera que, una vez que se aplique el estímulo externo, la luz reflejada esté a las longitudes de onda no visibles del espectro electromagnético. El uso de cristales fotónicos elásticos donde solamente un componente del cambio de color está en la región visible del espectro electromagnético permite incorporar al dispositivo una imagen que solamente sea evidente cuando el estímulo externo se aplique o quite.

La figura 16 representa una vista en sección transversal de otra realización del dispositivo de seguridad de la presente invención. El dispositivo se ha previsto para uso como una etiqueta de seguridad e incluye una película de cristal fotónico elástico sobre la que se imprimen marcas identificativas usando tintas o colorantes. Se aplica una capa adhesiva a un lado del dispositivo y sobre ésta se aplica una capa de soporte de glasina. La capa de glasina permite quitar fácilmente la etiqueta para reaplicación a un documento, u otro elemento que requiera protección.

La figura 17 representa el dispositivo de etiqueta aplicado a un sustrato. Primero se quita la capa de glasina para exponer la capa adhesiva. Posteriormente se aplica el dispositivo de etiqueta al sustrato; el adhesivo usado puede ser un adhesivo sensible a la presión o de fusión en caliente y puede ser permanente o temporal. Se puede usar adhesivos temporales donde haya que quitar una etiqueta y reaplicarla a otro artículo. Sin embargo, es más probable que la etiqueta deba ser aplicada de manera permanente. Para evitar la extracción y la reaplicación de una etiqueta aplicada permanentemente, la etiqueta también puede estar provista de otras características antimanipulación, por ejemplo capas de sustrato frangibles, cortes pequeños, y análogos.

La película de cristal fotónico elástico consta de esferas de poliestireno entrecruzado en una matriz de polietilacrilato. Hay una capa intermedia de polimetilmetacrilato entre las esferas y la matriz para asegurar la compatibilidad. El material de cristal fotónico elástico producido exhibe una estructura cristalina cúbica centrada en cara con el plano (111) paralelo a la superficie de la película. Se han incorporado nanopartículas de carbono a la estructura de cristal fotónico de tal manera que la película tenga un color azul intenso cuando se vea en incidencia normal sin la aplicación de un estímulo externo. Las marcas identificativas se han impreso en un color azul de tal manera que cuando el dispositivo se vea en incidencia normal, las marcas no sean fácilmente evidentes contra el color de fondo de la película de cristal fotónico elástico. Al inclinar el dispositivo, sin aplicar un estímulo externo, la luz reflejada por la película de cristal fotónico cambia de azul a luz ultravioleta invisible y la película aparecerá negra debido a la presencia de las nanopartículas de carbono. Cuando el dispositivo se inclina, las marcas identificativas impresas en azul aparecen cuando el fondo cambia de azul a negro. Al deformar el dispositivo de seguridad, o por curvado, presión o estiramiento y verlo en incidencia normal, el color del dispositivo cambia de azul a negro debido a que la luz reflejada cambia de azul a luz ultravioleta invisible con el aspecto negro de nuevo debido a la presencia de las nanopartículas de carbono. De esta manera, las marcas identificativas azules aparecen al aplicar el estímulo externo. En este ejemplo, si el dispositivo se inclina en su estado deformado, su aspecto en luz visible no cambiarán pero habrá un cambio en la longitud de onda de la luz reflejada fuera del rango visible. Este cambio en la longitud de onda de la luz UV reflejada con el ángulo de visión puede proporcionar al dispositivo un aspecto legible por máquina que no es evidente a simple vista.

En otra realización se imprime o estampa en relieve una película de cristal fotónico, que en su estado deformado refleja luz a las longitudes de onda no visibles del espectro electromagnético, con una primera serie de líneas finas. Una segunda serie de líneas finas está situada debajo del dispositivo de seguridad, como parte de la capa de absorción o una capa adicional impresa. Cuando se deforma el dispositivo, la película de cristal fotónico elástico transmite toda la luz visible y es suficientemente transparente de modo que la primera y la segunda serie de líneas se combinen para producir una configuración muaré visible, preferiblemente en forma de una imagen identificativa.

En una modificación del ejemplo de las figuras 16 y 17, ilustrada en las figuras 18 y 19, la película de cristal fotónico elástico incluye un cristal fotónico que únicamente refleja luz infrarroja cuando se ve en incidencia normal, y refleja luz visible cuando se aplica un estímulo externo. Antes de la aplicación de un estímulo externo, el dispositivo pasa de luz infrarroja de reflexión a luz roja visible cuando se inclina el dispositivo. La figura 18 es una vista en sección transversal de un dispositivo de seguridad e incluye un sustrato polimérico de soporte sobre el que se imprime una capa absorbente oscura. Posteriormente se transfiere una película de cristal fotónico elástico sobre la capa absorbente y se sobreimprime con una imagen identificativa verde. En este ejemplo, el cristal fotónico no está dopado con nanopartículas de carbono, pero la presencia de la capa absorbente significa que solamente las longitudes de onda de luz reflejadas se ven como un color. Se aplica una capa adhesiva a un lado del dispositivo y sobre ésta se aplica una capa de glasina de soporte.

La figura 19 ilustra una vista en planta del dispositivo. Al ver el dispositivo ilustrado en las figuras 18 y 19 en incidencia normal, sin la aplicación de un estímulo externo, la película de cristal fotónico elástico aparecerá incolora y por lo tanto el dispositivo tomará el aspecto negro de la capa de absorción subyacente. La imagen identificativa verde será visible contra un fondo negro (figura 19a). Al inclinar el dispositivo, sin aplicar un estímulo externo, la luz reflejada por la película de cristal fotónico cambia de luz infrarroja invisible a luz roja visible y el dispositivo de seguridad pasará de negro a rojo, observándose todavía la imagen identificativa verde. Al deformar el dispositivo de seguridad, por curvado, presión o estiramiento, y verlo en incidencia normal, el color del dispositivo cambia inicialmente de negro a rojo, y se observa una imagen identificativa verde en un fondo rojo (figura 19b). Cuando aumenta el nivel de deformación, hay más contracción del retículo de cristal fotónico perpendicular al plano del sustrato, y el color observado pasa a una longitud de onda más corta y el dispositivo parece verde. Durante todo el proceso de deformación, el color de la imagen identificativa permanece constante, es decir verde, y por lo tanto cuando el autenticador deforma la muestra, observa una imagen verde en primer lugar en un fondo negro (figura 19a) y después un fondo rojo (figura 19b) y posteriormente la imagen verde se ve desaparecer en un fondo verde uniforme (figura 19c). De esta manera se crea una característica de seguridad altamente interactiva que es llamativa y fácil de recordar para el autenticador.

En otra realización de la presente invención las propiedades mecánicas de la película de cristal fotónico elástico se pueden variar en regiones localizadas de tal manera que el grado de contracción en la espaciación del retículo cristalino perpendicular al plano del dispositivo de seguridad se varíe a través del dispositivo. Esto da lugar a regiones lateralmente espaciadas que exhiben diferentes efectos de cambio de color cuando se deforma el dispositivo. La variación de las propiedades mecánicas puede tomar la forma de una variación local de la rigidez de una película polimérica de cristal fotónico elástico, que se puede lograr, por ejemplo, variando la densidad de entrecruzamiento a través de la película de cristal fotónico elástico. Las zonas con alta densidad de entrecruzamiento requerirán una deformación más alta para lograr el mismo cambio de color en comparación con las zonas con baja densidad de entrecruzamiento. En el ejemplo de la figura 20, la película polimérica de cristal fotónico elástico incluye regiones A y B. La región A tiene mayor densidad de entrecruzamiento que la región B. Al ver el dispositivo ilustrado en la figura 20 en incidencia normal y sin la aplicación de un estímulo externo, las regiones A y B de la película de cristal fotónico elástico aparecerán de un color rojo uniforme (figura 20a). Al deformar inicialmente la película de cristal fotónico elástico, la región A, con alta rigidez debido a una alta densidad de entrecruzamiento, permanecerá roja debido a una contracción despreciable de la espaciación del retículo cristalino. La región B, que es menos rígida, debido a una menor densidad de entrecruzamiento, pasará de rojo a verde debido a una contracción significativa de la espaciación del retículo cristalino y revelará la imagen de una estrella verde (figura 20b). Si el nivel de deformación se incrementa, la región A pasará eventualmente de rojo a verde, y la región B pasará de verde a azul (figura 20c). En todos los puntos en el estado deformado ambas regiones A y B también exhibirán un cambio de color angular dependiente.

En una realización alternativa a la explicada en relación a la figura 20, la variación de las propiedades mecánicas se puede lograr variando localmente el grosor de la película de cristal fotónico elástico. Las regiones más finas de la película de cristal fotónico elástico serán más fáciles de deformar que las regiones más gruesas y por lo tanto cambiarán de color a niveles inferiores de deformación. Se pueden facilitar fácilmente variaciones locales del grosor si la película de cristal fotónico elástico se forma mediante un proceso de recubrimiento. Alternativamente, las regiones de grosor reducido se pueden facilitar por relieve.

En todos los ejemplos, los diseños o imágenes identificativas creadas por alguna capa, por ejemplo la película de cristal fotónico, las capas de absorción o las capas de personalización, pueden tomar cualquier forma. Los diseños están preferiblemente en forma de imágenes tal como configuraciones, símbolos y caracteres alfanuméricos y sus combinaciones. Los diseños pueden ser definidos por configuraciones incluyendo regiones sólidas o discontinuas que pueden incluir, por ejemplo, configuraciones de líneas, configuraciones de líneas de filigranas finas, estructuras de puntos y configuraciones geométricas. Los caracteres posibles incluyen los no románicos, cuyos ejemplos incluyen, aunque sin limitación, chino, japonés, sánscrito y árabe.

Claims (21)

1. Un dispositivo de seguridad ópticamente variable incluyendo un cristal fotónico que, a la recepción de luz incidente, genera un primer efecto óptico, y que, cuando el dispositivo se somete a un estímulo externo, genera un segundo efecto óptico que es diferente del primer efecto óptico, donde al menos uno de los efectos ópticos primero y segundo es un efecto ópticamente variable observable sobre un conjunto de direcciones y producido por la luz selectivamente reflejada o transmitida por el cristal.

2. Un dispositivo de seguridad ópticamente variable según la reivindicación 1, donde dichos efectos ópticos primero y segundo incluyen efectos ópticamente variables primero y segundo respectivamente, donde el segundo efecto ópticamente variable es observable en dicho conjunto de direcciones donde, cuando el dispositivo es iluminado con una fuente de luz blanca, los efectos ópticamente variables primero y segundo son efectos de color, y donde el primer efecto ópticamente variable es un primer efecto de color dependiente del ángulo y el segundo efecto ópticamente variable es un segundo efecto de color dependiente del ángulo, que es diferente del primero.

3. Un dispositivo de seguridad ópticamente variable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el estímulo externo es uno o más de un estímulo mecánico, térmico, químico, eléctrico, magnético, electromagnético o ultrasónico.

4. Un dispositivo de seguridad ópticamente variable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la aplicación del estímulo produce una modificación de la espaciación periódica de una o más entidades refractivas dentro de la estructura cristalina, o donde la aplicación del estímulo produce una modificación del índice de refracción de una o más entidades refractivas dentro de la estructura cristalina.

5. Un dispositivo de seguridad ópticamente variable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el cristal fotónico está dispuesto de modo que el efecto del estímulo sobre el cristal sea reversible a la extracción del estímulo o a la aplicación de un estímulo opuesto.

6. Un dispositivo de seguridad ópticamente variable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde los parámetros estructurales del cristal fotónico son diferentes en posiciones diferentes dentro del cristal con el fin de producir diferentes propiedades ópticas correspondientes, o donde el cristal fotónico se forma de dos o más estructuras cristalinas que tienen diferentes propiedades ópticamente variables.

7. Un dispositivo de seguridad ópticamente variable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, incluyendo además una capa de dispersión.

8. Un dispositivo de seguridad ópticamente variable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, incluyendo además un material ópticamente absorbente dispuesto como una o más capas aplicadas al dispositivo.

9. Un dispositivo de seguridad ópticamente variable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el dispositivo incluye además una capa metalizada y donde la capa metalizada es desmetalizada selectivamente en varias posiciones.

10. Un dispositivo de seguridad ópticamente variable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el dispositivo se facilita de manera que sea legible por máquina.

11. Un dispositivo de seguridad ópticamente variable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, incluyendo además nanopartículas dentro de la estructura cristalina.

12. Un dispositivo de seguridad ópticamente variable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el dispositivo está dispuesto para producir una imagen latente que es selectivamente visible según el ángulo de
visión.

13. Un dispositivo de seguridad ópticamente variable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la superficie del cristal fotónico está en relieve con estructuras elevadas.

14. Un dispositivo de seguridad ópticamente variable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el cristal es un cristal fotónico elástico y donde se ha previsto que las propiedades mecánicas del cristal fotónico elástico sean diferentes en regiones localizadas respectivas.

15. Un dispositivo de seguridad ópticamente variable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde, después de la extracción del estímulo, el efecto del estímulo sobre el cristal permanece durante un período de retardo.

16. Un documento de seguridad incluyendo un dispositivo de seguridad según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el dispositivo de seguridad está adherido o sustancialmente contenido dentro del documento de seguridad.

17. Un documento de seguridad según la reivindicación 16, donde el dispositivo está incrustado dentro de una ventana de documento con el fin de proporcionar superficies de cristal para recibir luz incidente en cada una de las caras opuestas del documento.

18. Un documento de seguridad según las reivindicaciones 16 o 17, donde el dispositivo de seguridad se soporta sobre una capa transparente.

19. Un documento de seguridad según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, donde el dispositivo de seguridad se ha previsto como un saliente de tal manera que él o una parte unida al dispositivo puede ser agarrada por un usuario y deformada elásticamente con el fin de aplicar el estímulo.

20. Un documento de seguridad según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19, donde el dispositivo de seguridad está dispuesto en una forma seleccionada del grupo de un hilo de seguridad, una fibra de seguridad, un parche de seguridad, una tira de seguridad, una banda de seguridad o una lámina de seguridad.

21. Un documento de seguridad según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 20, donde el documento de seguridad es uno de un billete de banco, cheque, pasaporte, tarjeta de identidad, certificado de autenticidad o sello fiscal.