DISPOSITIVO DE SEGURIDAD CON CRISTAL FOTONICO.

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

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...

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.