Microestructuras con relieve de superficie ópticamente eficaces y método para realizarlas.

Elemento que tiene al menos un área de superficie con una microestructura (12) con relieve de superficie ópticamente eficaz,

microestructura con relieve de superficie que tiene una modulación de superficie de transiciones de regiones (13) superiores a regiones (14) inferiores y de regiones (14) inferiores a regiones (13) superiores, caracterizado porque en una primera dirección lateral del área de superficie hay en promedio al menos una transición de una región (13) superior a una región (14) inferior o viceversa cada 20 micrómetros, y en una segunda dirección lateral del área de superficie, que es perpendicular a la primera dirección, hay en promedio al menos una transición de una región superior a una región inferior o viceversa cada 200 micrómetros,

en el que

(i) al menos en la primera dirección lateral, que es la dirección perpendicular a un eje anisotrópico, la disposición lateral de las transiciones es no periódica, lo que significa que la microestructura con relieve de superficie en esta dirección tiene una función de autocorrelación unidimensional promediada AC(x) que tiene una envolvente (31), que disminuye hasta el 10% de la AC con x≥0 dentro de una longitud de autocorrelación L, caracterizado porque la longitud de autocorrelación L es menor que tres veces una distancia lateral promedio entre transiciones adyacentes de regiones (13) superiores y (14) inferiores, y

(ii) las regiones (13) superiores se disponen sustancialmente en una meseta (15; 51) de relieve superior y las regiones (14) inferiores se disponen sustancialmente en una meseta (16; 52) de relieve inferior, de manera que la profundidad de modulación del relieve es sustancialmente uniforme por el área de superficie y un histograma de altura por la microestructura con relieve de superficie tiene un primer y un segundo pico pronunciado y la función de mérito es mayor que dos, en donde Dx1 es la anchura del primer pico y Dx2 es la anchura del segundo pico medida a la altura 1/e de la altura de pico total, y d corresponde a la profundidad de modulación del relieve y es la distancia entre los dos picos, y

(iii) la microestructura (12) con relieve de superficie es anisotrópica.

Microestructuras con relieve de superficie ópticamente eficaces y método para realizarlas

Campo técnico

La invención se refiere a dispositivos ópticos con una apariencia de color característica, que pueden usarse, por ejemplo, para proteger documentos y artículos frente a la imitación y falsificación.

Más particularmente, la invención se refiere a elementos que tienen al menos un área de superficie con una microestructura con relieve de superficie ópticamente eficaz y a métodos para realizar tales elementos.

Antecedentes de la invención

El uso de dispositivos ópticos para la protección frente a la falsificación, la manipulación ilegal y la protección de productos en general es actualmente una técnica ampliamente establecida.

Debido al aumento del fraude y la falsificación, se requieren constantemente medidas novedosas de lucha contra la falsificación. Durante muchos años, los hologramas han sido la tecnología de seguridad preferida. Entre tanto, esta tecnología tiene más de 3 años y por tanto es ampliamente conocida y está muy extendida. Las láminas holográficas pueden encontrarse incluso en cualquier tienda de regalos de hoy en día. Esta situación representa un riesgo para la seguridad puesto que mucha gente tiene acceso a la tecnología de los hologramas. Con la disponibilidad de impresoras de hologramas digitales, se ha abierto aún más el camino a la facilidad de uso de los sistemas de creación de modelos holográficos. Estas impresoras permiten la producción de muchos tipos diferentes de hologramas y se requiere un conocimiento mínimo de los ajustes holográficos o impresoras láser. Tales equipos permiten la preparación de modelos para la posterior fabricación del modelo metálico y su replicación en películas delgadas en grandes volúmenes.

Por tanto es sumamente deseable ampliar la gama de dispositivos de seguridad mediante características de seguridad novedosas, que sean claramente distinguibles de los dispositivos holográficos. Ejemplos de tales nuevos dispositivos son los dispositivos ópticamente variables (OVD) alternativos. Los OVD son dispositivos que cambian de aspecto a medida que cambia el ángulo de visión o el ángulo de iluminación. Un subgrupo de OVD son los dispositivos que cambian de color. Los OVD que cambian de color cambian de color a medida que cambia el ángulo de visión o iluminación. OVD que cambian de color representativos destacados son las películas colestéricas o de interferencia, que incluyen dispositivos ópticos basados en escamas de tales películas. Ambos muestran un cambio de color pronunciado a medida que el dispositivo se inclina desde un ángulo de visión perpendicular. En estos tipos de dispositivos que cambian de color no se observan colores irisados, un rasgo característico de los dispositivos holográficos convencionales producidos en masa.

Los efectos de cambio de color debidos a la interferencia de la luz en películas ópticas delgadas cuentan con una larga tradición en la historia de los componentes para películas delgadas modernas (por ejemplo J. A. Dobrowolski, "Optical thin-film security devices", en "Optical Document Security" ed. por R. L. van Renesse, Artechouse Boston 1998). Son posibles muchas composiciones diferentes de sistemas de película delgada en capas. Se obtiene un espectro de reflexión característico por ejemplo con una incidencia normal de la luz. Los espectros de reflexión o transmisión se desplazan hacia el lado de longitudes de onda corta a medida que el ángulo de incidencia aumenta. También son posibles sistemas de películas delgadas de múltiples capas, con frecuencia combinaciones de capas dieléctricas y metálicas, con materiales dieléctricos solamente. En este caso, se requieren películas delgadas de diferente índice de refracción.

Dispositivos de seguridad basados o bien en películas de interferencia delgadas o bien en escamas de tales películas están comercialmente disponibles hoy en día. Pueden encontrarse ejemplos, por ejemplo, en las patentes estadounidenses US-584351 y US-668642 de Flex Products, Inc.

Otros enfoques son los dispositivos de dispersión. El uso de efectos de dispersión isotrópicos y, aún más, anisotrópicos en OVD puede favorecer significativamente el atractivo óptico. Especialmente, la dispersión de luz anisotrópica es un medio útil para generar dispositivos sensibles al ángulo de visión. Las figuras 1.1 y 1.2 ilustran la dispersión de luz isotrópica y anisotrópica, respectivamente.

La reflexión en una superficie estructurada de manera isotrópica, tal como un papel de diario o la mayoría de superficies que se encuentran en artículos domésticos, es tal que no se prefiere ninguna dirección acimutal. Tal como se indica en la figura 1.1, la luz 1 entrante colimada se redirige en la superficie 2 de dispersión en nuevas direcciones 3 salientes con una distribución de luz de salida axialmente simétrica característica y un ángulo 4 de divergencia característico.

Sin embargo, una superficie estructurada de manera anisotrópica refleja la luz de manera pronunciada en determinadas direcciones y suprime la luz en otras direcciones. En la figura 1.2, la luz 1 entrante colimada incide sobre una superficie 5 de dispersión anisotrópica y se redirige en nuevas direcciones 6 salientes con una distribución 7 de luz de salida característica, que depende del ángulo 8, 8 acimutal correspondiente.

Para la representación de información, puede crearse un patrón de píxeles individuales con comportamiento de dispersión anisotrópica y orientación de dirección de anisotropía diferente. De este modo, dispositivos correspondientes pueden comprender una superficie de dispersión anisotrópica con un patrón que representa una imagen tal como un texto o una fotografía o similares. Puesto que la luz, en una dirección dada, se refleja o suprime dependiendo de la orientación de píxel específica, se ve una imagen de píxeles claros y oscuros. Además, estos dispositivos muestran un cambio pronunciado de vista positiva a negativa cuando se inclinan o se rotan. Tales dispositivos con superficie con patrón pueden generarse, por ejemplo, como sigue. En primer lugar, se rasteriza la imagen de interés en escala de grises, es decir, la imagen se divide en zonas claras y oscuras con una determinada resolución de píxeles. Entonces, las zonas oscuras (píxeles) se asignan a zonas de dispersión anisotrópica de una primera dirección de orientación y las zonas claras se asignan a zonas de dispersión anisotrópica con una dirección de orientación diferente, por ejemplo perpendicular a la primera dirección de orientación. Una ilustración de un cuadrado de 2 x 2 píxeles con una disposición de orientación de este tipo se proporciona en la figura 2. Los píxeles 1 y 1 están orientados en una dirección y los píxeles 11 y 1T están orientados transversalmente. Un dispositivo con un patrón de píxeles dispuestos de este modo aparecerá como positivo desde un primer ángulo de visión y cambiará a negativo a medida que el dispositivo se rota, por ejemplo, 9°.

Un método conocido de fabricación de películas de dispersión anisotrópica con anisotropía con patrón se describe en la solicitud de patente internacional WO-1/29148 de Rolle AG y también, por ejemplo, en Ibn-Elhaj et al., "Optical polymer thin films with isotropic and anisotropic nano-corrugated surface topologies", Nature, 21, vol. 41, págs. 796-799. Para la realización de las estructuras de superficie se hace uso de una denominada tecnología de ondulación monomérica (MC). Se basa en el hecho de que la separación de fases de mezclas o combinaciones especiales aplicadas a un sustrato se induce mediante reticulación, por ejemplo con exposición a radiación ultravioleta. La posterior retirada de componentes no reticulados deja una estructura con una topología de superficie específica. La topología puede hacerse anisotrópica mediante el alineamiento de una capa de alineamiento subyacente y, usando una capa de alineamiento con patrón, es posible crear una topología de superficie de dispersión anisotrópica con patrón.

Tal como se mencionó anteriormente, una característica interesante y deseada para muchos fines, en particular para la aplicación como dispositivo de seguridad, son los colores especiales y los efectos de cambio de color. En la solicitud de patente internacional WO-26/7742, se muestra con un único ejemplo (Ejemplo 5) que, basándose en la tecnología MC, en principio es posible conseguir profundidades de modulación, lo suficientemente profundas para generar un aspecto de colores pastel. Sin embargo, aunque la profundidad de modulación promedio y la periodicidad promedio de las topologías de superficie MC pueden ajustarse mediante diversos... [Seguir leyendo]

1. Elemento que tiene al menos un área de superficie con una microestructura (12) con relieve de superficie ópticamente eficaz, microestructura con relieve de superficie que tiene una modulación de superficie de transiciones de regiones (13) superiores a regiones (14) inferiores y de regiones (14) inferiores a regiones (13) superiores,

caracterizado porque en una primera dirección lateral del área de superficie hay en promedio al menos una transición de una región (13) superior a una región (14) inferior o viceversa cada 2 micrómetros, y en una segunda dirección lateral del área de superficie, que es perpendicular a la primera dirección, hay en promedio al menos una transición de una región superior a una región inferior o viceversa cada 2 micrómetros,

en el que

(i) al menos en la primera dirección lateral, que es la dirección perpendicular a un eje anisotrópico, la disposición lateral de las transiciones es no periódica, lo que significa que la microestructura con relieve de superficie en esta dirección tiene una función de autocorrelación unidimensional promediada AC(x) que tiene una envolvente (31), que disminuye hasta el 1% de la AC con x= dentro de una longitud de autocorrelación L, caracterizado porque la longitud de autocorrelación L es menor que tres veces una distancia lateral promedio entre transiciones adyacentes de regiones (13) superiores y (14) inferiores, y

(ii) las regiones (13) superiores se disponen sustancialmente en una meseta (15; 51) de relieve superior y las regiones (14) inferiores se disponen sustancialmente en una meseta (16; 52) de relieve inferior, de manera que la profundidad de modulación del relieve es sustancialmente uniforme por el área de superficie y un histograma de altura por la microestructura con relieve de superficie tiene un primer y un segundo pico pronunciado y la función de

d

M = ,

J(áx1)2+ (áx7 )2

mérito y i es mayor que dos, en donde Axi es la anchura del primer pico y Ax2 es la

anchura del segundo pico medida a la altura 1/e de la altura de pico total, y d corresponde a la profundidad de modulación del relieve y es la distancia entre los dos picos, y

(iii) la microestructura (12) con relieve de superficie es anisotrópica.

2. Elemento según la reivindicación 1, para el que la función de mérito M es mayor que 3,5.

3. Elemento según la reivindicación 1 ó 2, que tiene una relación de aspecto de relieve de superficie, caracterizado porque la relación de aspecto de relieve de superficie es mayor que 1,1.

4. Elemento según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque la relación de aspecto de relieve de superficie es menor que 5.

5. Elemento según cualquier reivindicación anterior, que tiene un factor de relleno de relieve de superficie, caracterizado porque el factor de relleno de relieve de superficie se sitúa en el intervalo de desde ,2 hasta ,8.

6. Elemento según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque una profundidad de modulación óptica, que se define como el producto de la profundidad de modulación del relieve y el índice de refracción del material que rellena la modulación de superficie, se sitúa en el intervalo de desde 1 nanómetros hasta 1 nanómetros.

7. Elemento según cualquier reivindicación anterior, en el que el elemento tiene un patrón de una pluralidad de áreas de superficie con microestructuras con relieve de superficie ópticamente eficaces.

8. Elemento según la reivindicación 7, caracterizado porque el patrón comprende al menos dos tipos de áreas de superficie con microestructuras con relieve de superficie anisotrópicas que tienen orientación de dirección de anisotropía diferente.

9. Elemento según la reivindicación 7, caracterizado porque el patrón comprende al menos dos tipos de áreas de superficie con microestructuras con relieve de superficie que tienen diferente profundidad de modulación óptica.

1. Elemento según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que el patrón representa al menos parte de una imagen.

11. Elemento según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque se deposita una capa de metal encima de la microestructura con relieve de superficie.

12. Uso de un elemento que tiene al menos un área de superficie con una microestructura con relieve de superficie ópticamente eficaz según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 como elemento de seguridad en un dispositivo de seguridad.

13. Uso según la reivindicación 12, en el que el dispositivo de seguridad se aplica a o se incorpora en un documento 5 de seguridad tal como un billete, pasaporte, carné, título de valor, cupón, cheque, tarjeta de crédito, certificado,

tique, y en el que el dispositivo de seguridad puede adoptar la forma de una tarjeta, banda de seguridad, etiqueta, fibra, hilo, material laminado o parche.

14. Uso de un elemento que tiene al menos un área de superficie con una microestructura con relieve de superficie ópticamente eficaz según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 para aplicaciones decorativas.