ES2204589T3 - Superficie especializada. - Google Patents

Abstract

Un método para determinar si un artículo está falsificado, que comprende; (a) crear de una superficie de capas múltiples texturizada (2); (b) determinar de las características de reflexión de la superficie (2), en la que dicha reflexión se debe a múltiples reflexiones desde las intercaras de las múltiples capas de dicha superficie; (c) comparar de estas con las características esperadas para determinar si la superficie (2) está falsificada.

Description

Superficie especializada.

Esta invención se refiere a una superficie transparente, la cual absorbe, refleja y transmite, selectivamente, diferentes longitudes de onda de una manera determinada. Tiene aplicación especial, pero no exclusiva, en el campo de los dispositivos contra la falsificación (seguridad).

En la lucha contra la falsificación, ha existido siempre una presión creciente para desarrollar dispositivos de seguridad y marcaje que sean difíciles de falsificar, es decir, reproducir exactamente. Por otra parte, es necesario que tales dispositivos contra la falsificación sean eficaces y sencillos de usar sin la necesidad de equipo adicional y, a menudo, costoso.

EP-A-0194042 presenta una superficie que tiene elementos de relieve que definen dos patrones o diseños. Estos elementos de relieve están estructurados de tal modo que, al cambiar el punto de vista desde el que se mira la superficie, cambia la peculiaridad relativa de los dos diseños.

Esta invención incluye un método para determinar si un artículo está falsificado que comprende:

a)

formar una superficie de capas múltiples texturizada;

b)

determinar las características de reflexión de la superficie, en la que dicha reflexión se debe a múltiples reflexiones desde las intercaras de las múltiples capas de dicha superficie;

c)

comparar éstas con las características esperadas para determinar si la superficie está falsificada.

Preferentemente, se trata se una superficie de capas múltiples compuesta de un substrato transparente que tiene, como mínimo, dos capas delgadas depositadas sobre una cara del mismo y dichas capas tienen diferentes índices de refracción, de modo que las longitudes de onda/colores seleccionados se transmitan y/o reflejen.

Estas delgadas capas múltiples aplicadas a un substrato transparente proporcionan efectos de interferencia constructiva y destructiva, debido a las múltiples reflexiones en las intercaras entre los materiales.

Preferentemente, las capas están fabricadas de óxido metálico, sulfuro metálico o materiales polímeros. En general, las capas individuales tendrán un espesor menor o igual a la mitad de una longitud de onda si se compara con la radiación que se vaya a utilizar (por ejemplo, para la luz visible cada capa tendrá en general un espesor menor que 400 nanómetros)

Además, la superficie puede tener una capa coloreada o sombreada aplicada al substrato sobre la cara opuesta a la cara de las capas delgadas.

Dicha superficie puede emplearse como etiqueta de seguridad contra la falsificación y el substrato será preferentemente de un material plástico transparente.

Esta invención consta además de un método para determinar si un artículo está falsificado, comprende:

a)

utilizar una superficie, tal como se ha indicado anteriormente;

b)

determinar las características de transmisión y absorción de frecuencias/colores;

c)

comparar éstas con las características esperadas, para determinar si la superficie está falsificada.

La etapa (b) puede incluir una comparación de los espectros reflejados y/o transmitidos a diferentes ángulos de incidencia y/o los estados de polarización lineal de la radiación incidente.

Si las superficies están texturizadas la etapa (b) puede incluir además la detección de los cambios en el estado de polarización de la radiación reflejada.

La reivindicación independiente 4 muestra una superficie texturizada.

La reivindicación independiente 10 muestra un dispositivo de seguridad.

A continuación, de describe la invención por medio de un ejemplo únicamente y con referencia a las siguientes figuras, de las cuales:

La figura 1 muestra una superficie plana básica de capas múltiples.

La figura 2 muestra una etiqueta contra la falsificación incorporada a una superficie como la de la figura 1.

La figura 3a muestra una superficie de capas múltiples picada. Las figuras 3b y 3c muestran secciones transversales a las superficies picadas.

La figura 4 muestra una superficie de capas múltiples con un perfil sinusoidal.

La figura 5 muestra el efecto del cambio de color de una superficie de capas múltiples (como la figura 1), dependiendo del ángulo de incidencia de la luz aplicada.

La figura 6 muestra el efecto de la polarización lineal cuando se hace incidir la luz sobre una capa múltiple (o porción de capa múltiple) a 45 grados.

Realización simple de capas múltiples

La figura 1 muestra un substrato 1 que consta de una placa de cristal sobre la cual se encuentra una capa múltiple 2 formada por capas intercaladas de ZnS y MgF_{2} identificadas con los números de referencia 3 y 4. Estas se evaporan térmicamente sobre la placa de cristal, en primer lugar la de ZnS que, teniendo todas las capas (ocho en total), un espesor de 120 nm.

Otros métodos para proporcionar las capas son la pulverización catódica, el depósito por haz de electrones o la oxidación de metales con láser. Otros materiales muy conocidos por los expertos en la técnica, como el TiO_{2} o los polímeros, pueden emplearse alternativamente para las capas. Una pila de múltiples capas proporcionará un perfil de reflectividad que puede predecirse empleando las ecuaciones de Fresnel y se determina por el espesor de las capas de óxido depositadas y el índice de refracción. El perfil variará con el ángulo de incidencia y la polarización lineal de la luz que lo ilumine.

En el ejemplo de la figura 1, cuando se hace incidir perpendicularmente luz blanca sobre la superficie de capas múltiples, la luz reflejada es de color azul, y el color transmitido es naranja. Si la superficie se coloca sobre un fondo negro, primero el substrato, únicamente se verá la luz azul (se absorberá la luz naranja transmitida). Si el fondo es liso y con una alta reflectividad (blanco brillo o metálico) toda la luz naranja transmitida se volverá a reflejar a través de la película y la superficie aparecerá blanca o ligeramente coloreada. Si se coloca un fondo blanco y rugoso (es decir con dispersión difusa) detrás (primero el substrato) de la superficie de capas múltiples, la superficie aparecerá naranja porque el color transmitido será dominante. Esto se debe a que la única luz azul que alcanza el ojo proviene de las reflexiones especulares (es decir, como en un espejo) de la capa múltiple, por cuanto toda la luz transmitida a través de la capa se volverá a reflejar de forma difusa a través de ella, cualquiera que sea el ángulo de incidencia (ver figura 3). Por tanto, en todas las condiciones de iluminación, excepto en aquellas altamente direccionales, dominará la luz
naranja.

El espesor de las capas debe estar entre ¼ y 1 longitud de onda de la luz empleada en la aplicación. Para la luz visible el espesor debe ser menor que
800 nm.

Dispositivo contra la falsificación

De acuerdo con esta invención, la capa múltiple se puede emplear como un dispositivo contra la falsificación.

La superficie de capas múltiples se puede colocar sobre un fondo adecuado (primero el substrato), como, por ejemplo, un fondo codificado en blanco y negro y/o con tintas de colores. El color observado se puede examinar en comparación con dos tintas coloreadas pintadas sobre la superficie codificada junto a los elementos en blanco y negro.

La figura 2 muestra una realización práctica de una etiqueta de seguridad. La capa múltiple 2 está depositada sobre una parte de una etiqueta flexible de plástico transparente 5; es decir, que actúa como un substrato. La otra parte tiene cuadros en negro y blanco (reflectante de forma difusa), 6 y 7, respectivamente, impresos sobre ella. También aparecen impresos sobre ella cuadrados entintados en color naranja 8 y azul 9 con matices especiales. La etiqueta puede doblarse a lo largo del pliegue A-A, de modo que los cuadrados queden por debajo de la etiqueta de plástico. Si la reflexión azul que se observa en la capa múltiple sobre el cuadrado negro no tiene el mismo matiz que la tinta azul, y/o el color naranja transmitido desde la capa múltiple sobre el cuadrado blanco no tiene el mismo matiz que la tinta de color naranja, la superficie de múltiples capas estará falsificada.

En una realización alternativa, una superficie que contenga un fondo negro/blanco/coloreado se puede adherir permanentemente al substrato por diferentes medios, es decir, si tiene el color adecuado, el propio substrato se puede emplear como parte del diseño.

En otra realización, la capa múltiple se sitúa sobre un substrato blanco reflectante de forma difusa, y su superficie se ilumina y observa con incidencia perpendicular (por ejemplo con dos fibras paralelas, una de las cuales transmite la luz mientras que la otra detecta la reflexión). Si únicamente se mide la luz que incide perpendicularmente, entonces la luz naranja transmitida se dispersará en el substrato y proporcionará una débil señal de retorno en el receptor, y la reflexión azul será la dominante. Por lo tanto, el dispositivo indicará que la superficie es de color azul, mientras que el material aparecerá naranja a la vista, debido a la luz ambiente.

Efecto del ángulo de incidencia

Como se muestra en la figura 3, el ángulo con el cual la luz incide sobre una capa múltiple influye en su perfil o curva de reflectividad (y, como consecuencia, de transmisividad). De acuerdo con el ejemplo anterior de la capa múltiple compuesta por ocho capas intercaladas de ZnS y MgF_{2}, se observa que, cuando el ángulo de la luz incidente aumenta, la luz reflejada desde la superficie se torna de una longitud de onda mas corta y, por tanto, el color cambia de azul a púrpura (mientras que la transmisión oscila del naranja al amarillo).

Se propone que la dependencia angular del color de una capa múltiple plana pueda emplearse por medio de un dispositivo que obtenga simultáneamente los espectros de reflectividad y transmisividad a diferentes ángulos, y compare estos con los valores
esperados.

Efecto de polarización

Como se muestra en la figura 4, la polarización de la luz tendrá influencia en los espectros de reflectividad (y, como consecuencia, de transmisividad) de la capa múltiple. En el diagrama, la radiación TM polarizada de forma lineal se considera una radiación en la cual el vector eléctrico se encuentra en el plano de incidencia de la radiación entrante, mientras que en la radiación TE, el vector eléctrico se sitúa paralelo a la superficie donde incide. Con incidencia perpendicular, las reflectividades TE y TM son equivalentes, pero con cualquier otro ángulo sus espectros diferirán.

Para distinguir mejor entre capas múltiples diferentes, se propone que toda medida con incidencia no perpendicular pueda discriminar entre polarizaciones diferentes. Por ejemplo, esto puede conseguirse situando hojas de polarización alineadas encima de la fuente de luz y del detector, para limitar todas las medidas a una polarización lineal. Si se emplea radiación infrarroja, entonces se podrán substituir los polarizadores por polarizadores de rejilla de alambre.

Realización substrato/capa texturizada

En una disposición alternativa, la capa múltiple está texturizada. Por ejemplo, la superficie de múltiples capas puede presentarse con un perfil acanalado, picado u ondulado. De esta forma, los efectos de la polarización o los debidos a la variación del ángulo de incidencia de la luz pueden utilizarse mediante mediciones de la incidencia perpendicular.

La figura 5a muestra una superficie con depresiones y la 5b una sección transversal a través de la superficie, respectivamente. La superficie de capas múltiples está afectada con depresiones circulares de 5 micrones de diámetro (el tamaño más pequeño preferible para la luz visible).

La figura 5c muestra una superficie con depresiones en la que el propio substrato 1 está afectado de depresiones.

Como alternativa, los costados de las depresiones pueden ser perpendiculares y, en este caso, ello será equivalente a un substrato con parches de capas múltiples.

La superficie texturizada puede ser de cualquier forma adecuada; pueden tener forma de cuenco o plana, con costados de 45 grados o de cualquier otro ángulo.

La figura 6 muestra una superficie de múltiples capas texturizada de forma ondulada, que tiene crestas 11 y valles 12.

El diámetro de las depresiones (o la distancia entre crestas en una superficie ondulada) es importante y no puede ser demasiado pequeño. Si el diámetro fuera mucho menor que la longitud de onda de la luz, las depresiones no podrían verse. Si ambos valores fueran comparables, los efectos de difracción serían complejos, y la luz se redirigiría en otras direcciones. Por este motivo, es preferible un diámetro de cuatro o más longitudes de onda para las dimensiones de
dichas depresiones.

Cuando se ilumina directamente desde arriba, la superficie texturizada presenta zonas de la capa múltiple con incidencia normal (las crestas y los valles del perfil) y otras con ángulos discretos de alrededor de 45 grados (las zonas de pendiente). La luz incidente en las zonas de 45 grados se reflejará hacia el elemento opuesto en pendiente, y, seguidamente, se devolverá hacia la fuente de luz. Esto produce simultáneamente dos componentes de luz de diferentes espectros de reflectividad y, por lo tanto, dos colores.

Se propone que las superficies texturizadas como estas puedan emplearse para producir reflexiones de dos colores, en las cuales los elementos individuales son demasiado pequeños para resolver a simple vista, a ojo desnudo. Entonces, los colores se combinarían para producir una apariencia uniforme de color simple, pero los elementos ocultos pueden verse con un microscopio.

También se propone que la dependencia de la polarización, de la reflectividad, se pueda emplear para distinguir mejor una estructura determinada, ya que los colores reflejados por los elementos en pendiente mostrarán la misma dependencia de la polarización.

Una realización más de la invención consiste en el uso de parches planos de capas múltiples sobre un substrato coloreado, como en la figura 3b. La reflexión de incidencia perpendicular desde la capa múltiple puede compararse en color con la del substrato, que no permite distinguir los parches del substrato hasta que sean vistos con un ángulo tal que los parches muestren un color diferente en apariencia. El efecto se puede mejorar más adelante con el empleo adicional de diferencias de polarización.

Polarización-Conversión

Un aspecto adicional de tener una superficie texturizada es la posibilidad de girar completamente el ángulo de polarización lineal 90 grados, como se muestra en las figuras 7a a 7c. La radiación TM gira 180 grados mientras que la TE no, pero en ambos casos el plano de polarización permanece inalterable. No obstante, si están presentes componentes iguales de TM y TE, el efecto neto es que el plano global de polarización gira 90 grados.

Se puede tomar como ejemplo una cavidad circular, en la que su circunferencia se etiqueta como la esfera de un reloj. Suponiendo que la luz incida por el lado izquierdo (las 9 en punto), con el vector eléctrico paralelo al lateral (es decir, polarización TE). Si todos los fotones que inciden en la cavidad tienen vectores eléctricos paralelos, la luz que rebote desde las 12 en punto hasta las 6 en punto deberá incidir en las paredes como luz polarizada TM. Sin embargo, la luz que incida a mitad de camino entre las 9 y las 12 tendrá una polarización mixta, una mitad TM y la otra mitad TE.

Por lo tanto, se propone que la luz polarizada linealmente se haga incidir sobre una capa múltiple texturizada con un ángulo tal, que el plano global del vector eléctrico gire 90 grados y que esto se pueda detectar mediante la colocación de polarizadores alineados ortogonalmente sobre la fuente de luz y el detector. Sin esos polarizadores, se pueden observar los colores habituales (como se ha descrito anteriormente), pero cuando los polarizadores se encuentran en su lugar, la única luz que se puede detectar es aquella que se haya convertido (por ejemplo, cuatro puntos en el borde de una depresión en forma de cuenco o, en una estructura con aristas, la señal se detectará únicamente cuando el vector eléctrico incida en las aristas con un ángulo que no sea ni paralelo ni perpendicular a las acanaladuras). Aún más, dado que el espectro de reflexión de la luz incidente en los bordes es diferente al que incide en el fondo de la depresión, la señal de polarización-conversión será de un color diferente al del caso sin polarización.

En la realización preferida, la capa múltiple está provista de depresiones y estas tiene laterales planos a 45 grados, lo que maximiza la cantidad de luz que rebota de un lado a otro y retorna a un observador con incidencia perpendicular, y por lo tanto maximiza la señal de polarización-conversión. Generalmente, las depresiones se deben conformar de tal forma que parte de la luz incidente perpendicularmente se devuelva a la fuente mediante reflexión (es decir, se retrorrefleje). El diámetro de la depresión debe tener un tamaño suficiente como para que la luz pueda reflejarse especularmente (es decir, como en un espejo) y se minimicen los efectos de difracción.

Fabricación de la textura

Cuando la capa múltiple pueda incluir una superficie texturizada (es decir, una superficie no plana), se pueden emplear varios métodos de fabricación. Una de las formas posibles sería la deposición directa de las capas múltiples sobre un substrato texturizado (por ejemplo, una red de difracción). Para ello puede ser necesario hacer oscilar la red durante la deposición para asegurar un espesor uniforme de la capa. Otro método consiste en grabar por ataque químico en una capa múltiple gruesa para obtener capas múltiples de diferentes espesores (por ejemplo una estructura de diez capas que haya sido rebajada por ataque químico hasta dos en algunas zonas). Un proceso alternativo adicional consiste en el uso de características dieléctricas (por ejemplo, aristas fotorresistentes endurecidas) sobre la superficie de una capa múltiple plana para redirigir (refractar) la luz en ciertas zonas y, por lo tanto, modificar el ángulo de incidencia y el color observados.

A pesar de que la invención ha sido argumentada predominantemente con relación a la transmisión de absorción de longitudes de onda visibles (colores), debe observarse que no está limitada al espectro visible y se puede emplear con radiación de otras frecuencias, siempre que se seleccione la magnitud correcta de las dimensiones.

Claims (10)

1. Un método para determinar si un artículo está falsificado, que comprende;

(a)

crear de una superficie de capas múltiples texturizada (2);

(b)

determinar de las características de reflexión de la superficie (2), en la que dicha reflexión se debe a múltiples reflexiones desde las intercaras de las múltiples capas de dicha superficie;

(c)

comparar de estas con las características esperadas para determinar si la superficie (2) está falsificada.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa (b) comprende determinar la dependencia de la longitud de onda de las reflexiones.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la etapa (b) comprende observar el color reflejado en dos ángulos de incidencia diferentes.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa (b) comprende detectar los cambios en el estado de polarización de la luz reflejada.

5. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la superficie texturizada (2) contiene un substrato (1) transparente o absorbente que tiene al menos dos capas (3,4) depositadas sobre una de las caras del mismo, teniendo dichas capas diferentes índices de refracción, de modo que las longitudes de onda/colores seleccionados se transmitan y/o reflejen.

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dicho texturizado contiene depresiones o pozos (10) en forma de onda sinusoidal.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el diámetro de las depresiones o pozos (10) o la distancia entre las crestas de dicha forma de onda es mayor que 4 longitudes de onda y menor que 200 longitudes de onda de la luz.

8. Una superficie (2) texturizada que contiene un substrato (1) transparente que tiene al menos dos capas (3,4) depositadas sobre una de las caras del mismo, teniendo dichas capas diferentes índices de refracción y teniendo las capas o substrato un texturizado tal que permite que se transmitan longitudes de onda/colores seleccionados y en la que dicho texturizado comprende depresiones o pozos (10), o una forma de onda sinusoidal(11,12) y en la que el diámetro de las depresiones o pozos o la distancia entre crestas de dicha forma de onda es mayor que 4 longitudes de onda y menor que 200 longitudes de onda de la luz.

9. Una superficie texturizada de acuerdo con la reivindicación 8, en la que el diámetro de las depresiones o pozos, o la distancia entre crestas de dicha forma de onda es menor que 200 longitudes de onda de la luz.

10. Un dispositivo de seguridad que contiene una superficie de acuerdo con la reivindicación 9.