ES2314214T3

ES2314214T3 - Elemento opticamente variable.

Info

Publication number: ES2314214T3
Application number: ES03737876T
Authority: ES
Inventors: Andreas Schilling; Wayne Robert Tompkin; Rene Staub
Original assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Current assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2009-03-16
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: DE10221491A1; EP1506096A2; WO2003095657A3; US20050168723A1; US7215450B2; CN100526091C; RU2314210C2; ATE408522T1; WO2003095657A2; JP4405913B2; PL203166B1; EP1506096B1; AU2003245819A8; DK1506096T3; RU2004136313A; CN1662389A; DE50310522D1; AU2003245819A1; KR100972406B1; JP2005525593A

Abstract

Elemento ópticamente variable, caracterizado porque superficies parciales del elemento ópticamente variable (26) con estructuras de superficie (32, 34) acromáticas, que presentan diferentes características de dispersión, reflexión o difracción, se combinan de forma superpuesta con una estructura de película delgada (24).

Description

Elemento ópticamente variable.

Para determinados usos, como el ámbito de seguridad de documentos, se tiene el objetivo de ofrecer características de seguridad definidas y fácilmente detectables y explicables para la detección a tiempo real.

A modo de ejemplo, el documento WO 97/19821 describe un patrón plano ópticamente variable con al menos una representación de una configuración gráfica. A cada representación se asignan zonas de superficie de un tipo determinado. Con una iluminación con luz visible, las representaciones se hacen visibles en forma de imágenes, que presentan puntos claros y oscuros con diferentes ángulos de observación. Las zonas de superficie que se han mencionado comprenden estructuras de red, cuyo número de líneas es superior a 250 líneas/mm, de tal forma que se obtienen efectos de difracción claramente visibles en el intervalo visible.

El documento US-A-2001/043396 describe elementos de difracción, que se aplican en los espacios intermedios de los elementos del fondo. Los efectos de difracción de los elementos del fondo se ven perjudicados por los elementos de difracción de los espacios intermedios. En este caso no existe una cubrición con una estructura de película delgada.

Un documento con un elemento de seguridad con actividad óptica de difracción se conoce, a modo de ejemplo, a partir del documento EP 0 105 099 B1. El elemento de seguridad comprende una estructura de difracción, que por difracción de la luz incidente genera al menos un patrón de color, que representa una característica a tiempo real que se puede comprobar visualmente. La estructura de difracción está configurada de tal modo que el patrón de color que se ajusta con un sentido de iluminación y observación dado se mueve con una velocidad predeterminada localmente a lo largo de una trayectoria predeterminada, cuando el sustrato se gira en su plano en un sentido de giro determinado y con una velocidad determinada.

El documento EP 0 375 833 B1 describe un patrón plano ópticamente variable con una representación gráfica, donde el patrón plano se divide en m campos de retícula, que contienen elementos de difracción ópticamente activos con más de 10 líneas/mm. En este patrón plano ópticamente variable conocido, cada campo de retícula presenta una dimensión máxima inferior a 0,3 mm y una división en N partes de campo con respectivamente un elemento de difracción. Cada elemento de difracción se corresponde a un píxel predeterminado de N representaciones. Los parámetros de una estructura en relieve están predeterminados en cada uno de los N elementos de difracción por la pertenencia a una superficie parcial, de tal forma que cada una de las N representaciones es visible en un sentido de observación predeterminado del patrón plano.

Un elemento de seguridad de interferencia óptico se describe en el documento US-A 3 858 977. Este elemento conocido comprende un sustrato y un filtro, que comprende al menos una capa de interferencia óptica. La capa de interferencia óptica posee una característica conocida de su reflectancia de espectro y una transmitancia de espectro conocida diferente de la misma, que varían ambas con el ángulo de incidencia de luz. El sustrato, que puede formar una zona de superficie de un documento de valor, como un billete de banco, comprende una sección de superficie que es adyacente al filtro y está coloreada para absorber una parte de la luz transmitida por el filtro.

Los patrones planos ópticamente variables, que están configurados como los patrones planos ópticamente variables que se han descrito anteriormente, pueden generar dependiendo de la selección de diseño y tecnología dependiendo del ángulo de observación diferentes efectos visuales, ópticamente variables como una tridimensionalidad o perspectiva, efectos de movimiento, inversiones de imagen o similares. Al girar o inclinar el patrón plano o el elemento provisto de un patrón plano de este tipo alrededor de determinados ejes en el espacio aparecen muchos elementos de diseño en los colores típicos del arco iris.

Esta transición prácticamente continua a lo largo de todo el espectro del arco iris solamente tiene desventajas en algunos usos de seguridad. Se opone al objetivo de proporcionar para la detección a tiempo real características de seguridad lo mas definidas posibles y fácilmente detectables y explicables. Una transición continua de color o cambio de color de este tipo, de hecho, representa un problema de definición. Además se necesita una delimitación clara de características con respecto a la funcionalidad y el aspecto entre el uso de seguridad y usos comerciales para evitar equívocos por una imitación sencilla o por la transferencia de características comerciales a documentos de seguridad, etc.

Por lo tanto, la invención tiene el objetivo de proporcionar un elemento ópticamente variable, que para el observador durante el giro o la inclinación no provoque la impresión de una transición de color continua sino de un cambio de color definido, prácticamente discreto.

Este objetivo se resuelve de acuerdo con la invención porque las superficies parciales de un patrón plano ópticamente variable comprenden estructuras de superficie acromáticas con diferentes características de dispersión, reflexión o difracción y se combinan de forma superpuesta con una estructura de película delgada. El objetivo se resuelve además por un elemento de seguridad, que comprende un patrón plano ópticamente variable con dos o más superficies parciales, que poseen estructuras de superficie acromáticas con diferentes características de dispersión, reflexión o difracción y que se combinan de forma superpuesta con una estructura de película delgada.

Las estructuras de superficie acromáticas son en este caso estructuras de superficie que tienen un aspecto considerablemente incoloro para el observador. Son ejemplos de estructuras de superficie acromáticas macroestructuras, estructuras de tipo Blaze acromáticas (estructuras asimétricas), estructuras simétricas, por ejemplo, redes sinusoidales, estructuras mate o elementos kinoform. En estos diferentes tipos de estructuras de superficie acromáticas, el comportamiento acromático se consigue respectivamente por una configuración diferente de la estructura de superficie. Se describen ejemplos de estructuras acromáticas en el documento WO 97/19821 que se ha citado al principio.

En estructuras de tipo Blaze acromáticas como, a modo de ejemplo, redes de dientes de sierra, y estructuras simétricas acromáticas como, por ejemplo, redes sinusoidales, el periodo de la estructura de superficie no es más corto de 1,5 \mum. Las estructuras de tipo Blaze se caracterizan porque se pueden describir por zonas respectivamente como funciones lineales (forma de dientes de sierra, forma rectangular) y actúan, por tanto, como espejos inclinados.

Un intervalo preferido del tamaño de las estructuras individuales de la estructura de superficie es el intervalo de 2 \mum a 10 \mum. La profundidad típica de estas estructuras de superficie se sitúa en el intervalo de 500 nm a 2 \mum. Se prefieren estructuras de este intervalo de tamaño desde el punto de vista de técnica de producción frente a estructuras todavía mayores.

De este modo, estas estructuras acromáticas se sitúan en un intervalo, en el que los aspectos de difracción influyen ya solamente ligeramente en las propiedades ópticas y las estructuras actúan esencialmente como espejos inclinados. Se pueden obtener ejemplos para la construcción de estructuras de tipo Blaze acromáticas en el artículo "Non-standard Diffraction Structures for OVD's" de Renen Staub et al., SPIE Vol. 3314, páginas 194 a 202, 1998.

Las macroestructuras también actúan esencialmente por reflexión. Una macroestructura se puede representar por una función parcialmente constante y diferenciable M (x,y) de las coordenadas x e y de un plano de referencia imaginario. La función M (x,y) describe una superficie curvada al menos en zonas parciales, donde en la zona parcial se aplica \DeltaM (x,y) = 0 y la función M (x,y) no es ninguna función triangular o rectangular periódica. Una macroestructura tiene una forma de relieve tridimensional, que puede estar configurada como patrón complejo y se conforma, a modo de ejemplo, en forma de un logotipo o un símbolo. Los valores de extremo adyacentes de una macroestructura están separados entre sí habitualmente al menos 0,1 mm.

Las estructuras mate se caracterizan por un perfil de superficie estocástico, donde las profundidades medias y los tamaños laterales de las estructuras se pueden describir por magnitudes características estadísticas. Se pueden presentar diferentes parámetros estructurales en diferentes direcciones preferidas. Son parámetros estructurales importantes, a modo de ejemplo, la profundidad media y la longitud de correlación. Tales estructuras mate se pueden producir mediante procesos que comprenden una característica estadística. En estos procesos se trata de, por ejemplo, decapado en húmedo, esmerilado, tratamiento con chorro de arena o similares.

Son valores numéricos típicos para el valor de rugosidad medio de estructuras mate de 20 nm a 2000 nm, preferiblemente de 50 nm a 500 nm. Son valores numéricos típicos para la longitud de correlación de estructuras mate de 200 nm a 50.000 nm, preferiblemente de 500 nm a 10.000 nm.

Los elementos kinoform son estructuras que generan un comportamiento de dispersión definido para el usuario mediante efectos de difracción.

El patrón plano ópticamente variable de acuerdo con la invención se puede usar particularmente en elementos de seguridad como documentos, billetes de banco, tarjetas de crédito o similares. Los elementos de seguridad consisten en una combinación de estructuras de película delgada con estructuras de superficie difractivas acromáticas, por lo que los efectos visuales de la estructura de película delgada y los efectos visuales de la estructura de superficie difractiva se pueden adaptar particularmente bien entre sí.

Se caracterizan perfeccionamientos preferidos del patrón plano ópticamente variable de acuerdo con la invención en las reivindicaciones dependientes.

Una realización preferida del patrón plano ópticamente variable consiste en que las estructuras de superficie acromáticas se configuren como estructuras mates, que comprenden diferentes características de dispersión.

Una posibilidad particularmente interesante consiste en configurar las estructuras mate de tal forma que las características de dispersión de las superficies parciales se diferencien con respecto al cambio de color y contraste. El efecto óptico conseguido de este modo posibilita una delimitación particularmente buena de las características ópticas.

Se pueden conseguir otros efectos ópticos ventajosos si las estructuras mate se diferencian en su profundidad media y/o en su longitud de correlación. Mediante los parámetros profundidad media y longitud de correlación se puede determinar la anchura del cono de dispersión y la forma del cono de dispersión. Por superficies parciales con estructuras mate, que se diferencian con respecto a los anteriores parámetros, se consigue de este modo que las superficies parciales posean conos de dispersión conformados de manera diferente.

Las estructuras mate se pueden configurar como estructuras mate isótropas. Isótropo significa en este caso que la característica de dispersión de la estructura mate no depende del ángulo de giro en el plano. Tales estructuras mate isótropas se tienen que usar particularmente cuando modificaciones del ángulo de giro no deben conducir a una modificación del efecto óptico del elemento ópticamente variable.

Para obtener efectos ópticos adicionales, las estructuras mate se pueden configurar como estructuras mate anisótropas. De este modo se pueden conseguir efectos dinámicos, a modo de ejemplo, una modificación de la luminosidad o del valor acromático dependiendo del ángulo de giro.

Una realización preferida adicional de un patrón plano ópticamente variable de acuerdo con la invención consiste en que las estructuras de superficie acromáticas se configuran como macroestructuras o estructuras de tipo Blaze, que comprenden diferentes características de reflexión.

El tamaño de las estructuras individuales de la estructura de superficie de estructuras de tipo Blaze se sitúa en el intervalo de 2 \mum a 10 \mum. La profundidad típica de estas estructuras de superficie se sitúa en el intervalo de 500 nm a 2 \mum. El tamaño de la macroestructura se sitúa preferiblemente en el intervalo de 20 \mum a 30 \mum. La altura de estructura de una macroestructura preferiblemente es menor de \mum, sin embargo, también puede comprender 40 \mum. Las macroestructuras y las estructuras de tipo Blaze actúan esencialmente por reflexión. Por la selección de diferentes características de reflexión se puede obtener de este modo una pluralidad de efectos ópticos diferentes.

En el dimensionado de las macroestructuras, la separación de flancos y la pendiente de flancos de los elementos individuales se tiene que seleccionar en la medida de lo posible de tal forma que no se presenten efectos de difracción en el intervalo visible. Además, la estructura de película delgada se tiene que disponer preferiblemente sobre la macroestructura, es decir, disponer en dirección al observador.

Las macroestructuras sencillas se pueden describir para superficies parciales por funciones matemáticas, a modo de ejemplo, por M (x,y) = a x (1+sen (2\piF_{y}Xy)) para una macroestructura periódica. F_{y} es en este caso la frecuencia en el espacio de la macroestructura periódica M (x,y) en la dirección del eje de coordenadas y. Adicionalmente también es posible que la macroestructura esté compuesta por una sección predeterminada de otra función matemática periódicamente. La frecuencia en el espacio F_{y} presenta un valor de como máximo 10 líneas/mm y se sitúa preferiblemente por debajo de un valor de 3 líneas/mm.

En este caso es particularmente ventajoso configurar la estructura de superficie de una superficie parcial como estructura de dientes de sierra (estructura de tipo Blaze). Son estructuras geométricas ventajosas adicionales, a modo de ejemplo, estructuras de microlentes y estructuras de ondas (macroestructuras).

Dependiendo del ámbito de aplicación es ventajoso seleccionar una estructura de película delgada con una capa de película delgada con un índice de refracción alto o seleccionar una estructura de película delgada con un índice de refracción bajo. Un índice de refracción alto se forma preferiblemente por un índice de refracción superior a 2, a modo de ejemplo, por un índice de refracción de 2,3 ó 2,4. Un índice de refracción bajo se forma preferiblemente por un índice de refracción inferior a 1,5, a modo de ejemplo, por un índice de refracción de 1,4.

Las estructuras de película delgada se pueden formar de diferente modo. Por un lado es posible construir éstas a partir de un número par o impar de capas de dielectricidad con diferentes índices de refracción, a modo de ejemplo, a partir de 5 ó 10 de tales capas. Adicionalmente es posible construir una estructura de película delgada a partir de una capa de absorción y una capa de distancia (\lambda/4 o \lambda/2) a la que se une una capa de reflexión o una capa de separación óptica (transmisiva).

Adicionalmente es ventajoso superponer a un patrón plano ópticamente variable de acuerdo con la invención otras características de seguridad. De este modo es posible combinar el patrón plano ópticamente variable con una capa de reflexión presente solamente de forma parcial o superponer con una estructura difractiva, a modo de ejemplo, un Kinegram. Adicionalmente también es posible generar un patrón plano a modo de mosaico.

La invención se explica a continuación mediante varios ejemplos de realización con referencia a los dibujos adjuntos de forma ilustrativa.

Se muestra:

En la Figura 1, un patrón plano ópticamente variable con iluminación con luz blanca colimada para la ilustración del efecto de la combinación de una estructura de película delgada con dos estructuras mate isótropas

En la Figura 2, una representación similar a la Figura 1, en la que, sin embargo, el patrón plano ópticamente variable se ha inclinado en comparación con la Figura 1 y

En la Figura 3, una representación esquemática de una estructura acromática asimétrica con una estructura de película delgada y una estructura de película delgada plana.

La Figura 1 muestra un sustrato 10 con un patrón plano, que comprende una combinación de una estructura de película delgada con dos estructuras mate isótropas. La flecha 12 orientada contra el sustrato 10 ilustra una iluminación con luz blanca colimada. Una iluminación colimada de este tipo se presenta, a modo de ejemplo, cuando la luz procede de una única fuente de luz, que está relativamente separada del sustrato 10.

Las dos estructuras mate del sustrato 10 se diferencian en su profundidad media y/o en su longitud de correlación, de tal forma que una de las estructuras mate dispersa la luz blanca incidente colimada a lo largo de un mayor intervalo angular que la otra estructura mate. El cono de dispersión de la estructura mate con el mayor intervalo angular se indica con la referencia 14 y el cono de dispersión de la otra estructura mate, con la referencia 16.

Suponiendo que las propiedades de la película delgada y las propiedades de las estructuras mate sean aproximadamente independientes entre sí, se obtiene la ventaja de que el cambio de color característico con una iluminación colimada se puede reconocer de forma más sencilla por el usuario, ya que el cambio de color no solamente se obtiene en el reflejo especular.

Con la referencia 18 se indica el sentido de observación, es decir, el sentido de visualización del usuario sobre el sustrato 10. El observador tiene que inclinar el sustrato 10 y colocarlo de tal forma que la fuente de luz aparezca en el reflejo especular. Por la superposición de la estructura de película delgada con las dos estructuras mate, las zonas de observación, en las que se puede detectar el efecto de película delgada, aumentan de forma ventajosa. De acuerdo con la Figura 1, a modo de ejemplo, la superficie parcial del sustrato 10, que está revestida con la estructura mate con el cono de dispersión 16, es visible en color rojo brillante, es decir, en el color de película delgada rojo con una intensidad correspondientemente elevada. La superficie parcial que está revestida con la estructura mate que presenta el cono de dispersión 14, también aparece con el color rojo, sin embargo, es más oscura debido a la zona de dispersión más amplia, ya que la intensidad en el sentido de observación indicado por la flecha 18 está disminuida correspondientemente. Esto se ilustra por los puntos 20 y 22.

Al inclinar el sustrato 10, como se dibuja en la Figura 2, se realiza un cambio de la iluminación con luz blanca 12 colimada reflejada por la película delgada, a modo de ejemplo, hacia verde, lo que se indica por la flecha 23. La iluminación con luz blanca colimada indicada por la flecha 12 y el sentido de observación indicado por la flecha 18 permanecen sin modificar.

Debido a las diferentes características de dispersión de forma correspondiente al cono de dispersión 14 y el cono de dispersión 16 de las dos estructuras mate, además, la superficie parcial anteriormente más clara de acuerdo con el punto 20 en la Figura 1 ahora aparece más oscura y la superficie parcial más oscura anteriormente de acuerdo con el punto 22 ahora, de forma correspondiente al punto 22' en la Figura 2, más clara. La configuración de color concreta está predeterminada en este caso por la película delgada. El cambio de color de rojo a verde se indica evidentemente solamente a modo de ejemplo. Además del cambio de color se produce de forma ventajosa también un cambio de contraste en la luminosidad relativa. A estos dos efectos del cambio de color y de contraste se puede recurrir ventajosamente para la referencia y permiten, de este modo, una comunicación sencilla para el usuario.

La Figura 3 ilustra esquemáticamente una combinación de una estructura de película delgada 24 con una estructura acromática asimétrica. Con la referencia 26 se representa esquemáticamente un patrón plano, que consiste en dos elementos de superficie diferentes 28 y 30, que delimitan entre sí. La zona 32 ilustra una disposición con una estructura de película delgada inclinada a modo de dientes de sierra y la zona 34 ilustra esquemáticamente una estructura de película delgada plana. Los diferentes efectos ópticos de las dos estructuras de película delgada 32 y 34 se producen esencialmente porque para la estructura de película delgada inclinada 32 entre el grosor de película delgada decisivo para el efecto óptico Deff y el grosor de capa aplicado por vaporización físicamente Dphys existe una diferencia. A diferencia de esto no existe en la estructura de película delgada plana 34 entre el grosor de película delgada decisivo para el efecto óptico Deff y el grosor de capa aplicado por vaporización físicamente Dphys ninguna diferencia. Con una estructura de película delgada de este tipo 24 se pueden generar de forma ventajosa dos efectos diferentes, dependiendo de si para la película delgada se selecciona un material con un índice de refracción alto o con un índice de refracción bajo. Las propiedades ópticas de capas delgadas se describen, por ejemplo, en el libro "Optical properties of thin solid films" de O. S. Heavens, Londres, Butterworths Scientific Publications, 1955, páginas 154 y sucesivas.

En un material de película delgada con un alto índice de refracción es factible que las superficies parciales tengan colores diferentes y que estos colores sean estables a lo largo de un intervalo de ángulo de inclinación relativamente grande. En un material de película delgada con un índice de refracción bajo se puede realizar una inversión de color asimétrica, es decir, una superficie parcial 28 ó 30 muestra con una inclinación, a modo de ejemplo, un cambio de color de rojo a verde, mientras que la otra superficie parcial 30 ó 28 muestra un cambio de color de verde a rojo. El rojo de una de las superficies parciales y el rojo de la otra, sin embargo, no son idénticos después de una inclinación de este tipo, sino ligeramente diferentes. Lo correspondiente se aplica para el color verde o de forma correspondiente para otros colores.

De este modo se superpone un efecto difractivo acromático a un efecto de interferencia de película delgada con una inversión de color predeterminada, por lo que se garantiza un cambio de color definido. Los problemas de definición presentes en un cambio de color continuo conocido o que solamente se pueden que excluir de forma difícil se eliminan por el cambio de color definido provocado de acuerdo con la invención.

Claims

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1. Elemento ópticamente variable,

caracterizado porque

superficies parciales del elemento ópticamente variable (26) con estructuras de superficie (32, 34) acromáticas, que presentan diferentes características de dispersión, reflexión o difracción, se combinan de forma superpuesta con una estructura de película delgada (24).
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```
2. Elemento ópticamente variable de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizado porque

las estructuras de superficie acromáticas están configuradas como estructuras mates, que presentan diferentes características de dispersión.
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\vskip1.000000\baselineskip
```
3. Elemento ópticamente variable de acuerdo con la reivindicación 2,

caracterizado porque

las características de dispersión con respecto al cambio de color y de contraste son diferentes en la luminosidad relativa.
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\vskip1.000000\baselineskip
```
4. Elemento ópticamente variable de acuerdo con la reivindicación 2,

caracterizado porque

las estructuras mate se diferencian en su profundidad media y/o en su longitud de correlación.
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\vskip1.000000\baselineskip
```
5. Elemento ópticamente variable de acuerdo con la reivindicación 2,

caracterizado porque

las estructuras mate están configuradas como estructuras mate isótropas.
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\vskip1.000000\baselineskip
```
6. Elemento ópticamente variable de acuerdo con la reivindicación 2,

caracterizado porque

las estructuras mate están configuradas como estructuras mate anisótropas.
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\vskip1.000000\baselineskip
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7. Elemento ópticamente variable de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizado porque

las estructuras de superficie acromáticas están configuradas como estructuras de tipo Blaze acromáticas y/o como macroestructuras, que presentan diferentes características de reflexión.
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\vskip1.000000\baselineskip
```
8. Elemento ópticamente variable de acuerdo con la reivindicación 7,

caracterizado porque

la estructura de superficie de una superficie parcial está configurada como estructura de dientes de sierra.
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\vskip1.000000\baselineskip
```
9. Elemento ópticamente variable de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizado porque

la estructura de película delgada comprende una capa de película delgada con un alto índice de refracción, particularmente con un índice de refracción superior a 2.
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\global\parskip1.000000\baselineskip
```
10. Elemento ópticamente variable de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizado porque

la estructura de película delgada comprende una capa de película delgada con un índice de refracción bajo, particularmente con un índice de refracción inferior a 1,5.
```
\vskip1.000000\baselineskip
```
11. Elemento de seguridad con un elemento ópticamente variable de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes.