ES2940565T3 - Security feature based on luminescent substances, verifiable by smartphone and provision for verification - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a una característica de seguridad verificable por teléfono inteligente (01) que contiene un material luminiscente que puede ser excitado a la luminiscencia por la radiación electromagnética visible generada por un teléfono inteligente y, después de la terminación de la excitación, exhibe una emisión que puede detectarse por medio de un unidad de captura de imágenes del teléfono inteligente durante un tiempo de caída en el rango de 1 ms a 100 ms. La invención también se refiere a un conjunto para verificar un documento de seguridad (02) que comprende tal característica de seguridad (01). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)The invention relates to a smartphone verifiable security feature (01) containing a luminescent material that can be excited to luminescence by visible electromagnetic radiation generated by a smartphone and, after completion of excitation, exhibits a emission that can be detected by means of a smartphone image capture unit during a decay time in the range of 1 ms to 100 ms. The invention also relates to a set for verifying a security document (02) comprising such a security feature (01). (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Característica de seguridad basada en sustancias luminiscentes, verificable por teléfono inteligente y disposición para la verificaciónSecurity feature based on luminescent substances, verifiable by smartphone and provision for verification
La presente invención se refiere a una característica de seguridad con una sustancia luminiscente, que puede verificarse con la ayuda de un teléfono inteligente habitual en el mercado. La invención se refiere además a una disposición para la verificación de un documento de seguridad con una característica de seguridad de este tipo. The present invention relates to a security feature with a luminescent substance, which can be verified with the help of a commercially available smartphone. The invention further relates to an arrangement for checking a security document with such a security feature.
Se conoce desde hace mucho tiempo por el estado de la técnica el uso de características de seguridad dotadas de sustancias de luminiscencia (sustancias luminiscentes) para la protección y para la autentificación de documentos de valor y de seguridad. Se usan principalmente como las denominadas características de Nivel 2. Su presencia puede detectarse a través de la emisión de sustancias luminiscentes que puede excitarse con dispositivos portátiles simples (fuentes de radiación UV o IR) y que se realiza principalmente en la región espectral visible. También sirven como protección contra copias. Por otra parte, las características de seguridad luminiscentes dotadas de seguridad contra la falsificación especialmente alta se usan sin embargo también como características de nivel 3 que pueden leerse por máquina. La verificación de la autenticidad de tales características está asociada por regla general con un alto nivel de gasto técnico.The use of security features provided with luminescent substances (luminescent substances) for the protection and authentication of valuable and security documents has been known for a long time from the prior art. They are mainly used as so-called Level 2 features. Their presence can be detected through the emission of luminescent substances which can be excited by simple portable devices (UV or IR radiation sources) and which takes place mainly in the visible spectral region. They also serve as copy protection. On the other hand, luminescent security features having particularly high counterfeiting security are, however, also used as machine-readable level 3 features. Verification of the authenticity of such features is as a rule associated with a high level of technical expense.
Tanto en el área de documentos de seguridad y de valor como en el área de protección de productos, existe un interés creciente en el uso de características de autenticidad que presenten un alto nivel de seguridad (característica de nivel 2+ o de nivel 3), sin embargo pueden probarse con poco esfuerzo técnico.Both in the area of security and value documents and in the area of product protection, there is a growing interest in the use of authenticity features that present a high level of security (level 2+ or level 3 feature), however they can be tested with little technical effort.
Así, por el documento WO 2012/083469 A1 se conoce un dispositivo para la autentificación de documentos marcados con sistemas fotocromáticos. La característica de seguridad fotocromática muestra un cambio de color y/o un cambio de forma bajo la acción de una excitación con destello. Además se describe que la característica de seguridad está formada a base de una proteína retiniana.Thus, from the document WO 2012/083469 A1 a device for the authentication of documents marked with photochromic systems is known. The photochromic safety feature shows a change in color and/or a change in shape under flash excitation. It is further described that the security feature is formed on the basis of a retinal protein.
Por el documento DE 102015219395 A1 se conoce una característica de identificación con al menos dos elementos de identificación dispuestos en una superficie limitada definida para la identificación de un objeto. Tras la irradiación de la superficie con luz visible, un primer elemento de identificación que está constituido por tinta de impresora se vuelve visualmente visible y un segundo elemento de identificación no se vuelve visualmente visible.From DE 102015219395 A1 an identification feature is known with at least two identification elements arranged on a defined limited area for the identification of an object. Upon irradiation of the surface with visible light, a first identification element consisting of printer ink becomes visually visible and a second identification element does not become visually visible.
El documento EP 0091 184 A1 nombra una sustancia luminiscente de sulfuro que emite luz de verde a naranja con un tiempo de luminiscencia prolongado. Esta sustancia luminiscente se ha descrito mediante la fórmula general (Zn1-x,CdX)S:eMI’, fMm', gX', en donde Mr se ha seleccionado entre cobre y oro, Mm' se ha seleccionado entre galio e indio, y X' se ha seleccionado entre cloro, bromo, yodo, flúor y aluminio.EP 0091 184 A1 names a sulphide phosphor which emits green to orange light with a long glow time. This luminescent substance has been described by the general formula (Zn 1 -x,CdX)S:eMI', fMm', gX', where Mr has been selected from copper and gold, Mm' has been selected from gallium and indium, and X' has been selected from chlorine, bromine, iodine, fluorine and aluminum.
El documento WO 02/071347 A1 describe un procedimiento y un dispositivo para la autentificación de documentos u objetos de seguridad que presentan un compuesto luminiscente. El compuesto puede excitarse por luz de excitación. The document WO 02/071347 A1 describes a method and a device for the authentication of documents or security objects that have a luminescent compound. The compound can be excited by excitation light.
Por el documento US 7.079.230 B1 se conoce un procedimiento así como un dispositivo de autentificación para la detección de una marcación de autentificación.From US Pat. No. 7,079,230 B1 a method as well as an authentication device for detecting an authentication marking is known.
El documento EP 1672568 A1 describe etiquetas de seguridad a prueba de falsificación así como un escáner óptico para iluminar, detectar y clasificar una muestra o la etiqueta de seguridad.EP 1672568 A1 describes tamper-proof security labels as well as an optical scanner for illuminating, detecting and sorting a sample or the security label.
En el documento US 2010/0102250 A1 se han descrito un procedimiento y un aparato para la autentificación de una característica de seguridad fotoluminiscente.In US 2010/0102250 A1 a method and an apparatus for the authentication of a photoluminescent security feature have been described.
El documento US 2016/0314374 A1 describe un dispositivo para un aparato inteligente portátil así como un procedimiento para la autentificación de un objeto que va a autentificarse.US 2016/0314374 A1 describes a device for a portable smart device as well as a method for authenticating an object to be authenticated.
Por el documento US 2013/0153789 A1 se conoce un material de luminiscencia y objetos con este material. Además, se ha descrito un procedimiento para la autentificación de los objetos con el material de luminiscencia. El material está constituido por una primera partícula de una primera red hospedadora inorgánica con al menos una primera sustancia y una segunda partícula de una segunda red hospedadora inorgánica con al menos una segunda sustancia.From US 2013/0153789 A1 a luminescent material and objects with this material are known. In addition, a method for authenticating the objects with the luminescent material has been described. The material consists of a first particle of a first inorganic host network with at least one first substance and a second particle of a second inorganic host network with at least one second substance.
El documento WO 2018/007444 A1 describe un procedimiento para la autentificación de una marcación de seguridad así como la marcación de seguridad y un aparato lector, que puede realizar el procedimiento. La marcación de seguridad puede emitir una luz luminiscente de larga luminiscencia. El aparato de lectura con unidad de CPU y unidad de memoria, por ejemplo un teléfono inteligente, se usa para generar y registrar la emisión.WO 2018/007444 A1 describes a method for authenticating a security marking as well as the security marking and a reading device that can carry out the method. The security marking can emit a long luminescent luminescent light. The reading apparatus with CPU unit and memory unit, for example a smartphone, is used for generating and recording the broadcast.
El documento WO 2013/012656 A1 divulga distintas composiciones de sustancia luminiscente que comprenden uno o más iones emisores así como uno o más iones de impurezas. Un ion emisor está caracterizado por una primera constante de tiempo de extinción en el estado no perturbado. Los iones de impurezas conducen a un comportamiento de extinción predeterminado con un tiempo de extinción modificado que es mayor de cero y menor que el tiempo de extinción no perturbado. Un sistema de autentificación está configurado para la medición del tiempo de extinción, cuando esta composición de sustancia luminiscente se ha aplicado a un artículo. Document WO 2013/012656 A1 discloses different luminescent substance compositions comprising one or more emitting ions as well as one or more impurity ions. An emitting ion is characterized by a first decay time constant in the undisturbed state. Impurity ions lead to a predetermined quenching behavior with a modified quenching time that is greater than zero and less than the undisturbed quenching time. An authentication system is configured for the measurement of the extinction time, when this phosphor composition has been applied to an article.
El documento WO 2013/034471 A1 así como el documento DE 10 2011 082 174 A1 describen un dispositivo para reconocer un documento que presenta una característica de seguridad basada en sustancia luminiscente con las denominadas propiedades de conversión de longitud de onda. Para ello, está previsto un dispositivo generador de luz (por ejemplo, una unidad de destello-LED), que irradia la característica de seguridad con luz de excitación, así como un dispositivo de registro de imágenes (por ejemplo, una cámara digital de un aparato de comunicación móvil), que debe registrar la luz emitida por la característica de seguridad. Sin embargo, se ha demostrado que las sustancias luminiscentes divulgadas regularmente presentan tiempos de extinción que no permiten evaluar la emisión con aparatos ampliamente extendidos, en particular una comprobación de autenticidad con la ayuda de teléfonos inteligentes habituales en el mercado.WO 2013/034471 A1 and DE 10 2011 082 174 A1 describe a device for recognizing a document that has a phosphor-based security feature with so-called wavelength conversion properties. For this, a light-generating device (for example, an LED flash unit) is provided, which irradiates the security feature with excitation light, as well as an image recording device (for example, a digital camera from a mobile communication device), which must register the light emitted by the security feature. However, it has been shown that the regularly reported luminescent substances have extinction times which do not allow evaluation of the emission with widely used devices, in particular an authenticity check with the aid of commercially available smartphones.
El documento WO 2013/034603 A1 describe un procedimiento para la verificación de un documento de seguridad con una característica de seguridad en forma de un elemento de impresión fluorescente. El procedimiento prevé que el elemento de impresión se excite por medio de una fuente de luz y, como resultado de esta excitación, emita radiación electromagnética que puede detectarse en una etapa posterior por medio de un detector. Los datos registrados se evalúan mediante una comparación con datos predeterminados. En una etapa posterior, el resultado de la verificación se emite dependiendo del resultado de la comparación. En particular, el procedimiento debe realizarse con un teléfono inteligente, en donde el módulo de destello del teléfono inteligente se usa como fuente de excitación y el fotodetector de la cámara del teléfono inteligente se usa como unidad de detección. Como sustancias luminiscentes para el elemento de impresión fluorescente a modo de pigmento se mencionan sustancias luminiscentes inorgánicas, concretamente sustancias luminiscentes de nitruro; sustancias luminiscentes de ortosilicato alcalinotérreo y oxiortosilicato alcalinotérreo dopadas con europio; sustancias luminiscentes de granate de galio y aluminio y metal de tierras raras dopadas con cerio; (Ca,Sr)S:Eu2+ que emite luz roja; y SrGa2S4:Eu2+ que emite luz verde. En el caso de las sustancias luminiscentes propuestas se trata de las denominadas sustancias luminiscentes de conversión LED que se extinguen de manera extremadamente rápida. Sin embargo, se ha demostrado que prácticamente no es posible detectar de manera confiable las señales de luminiscencia de estas sustancias luminiscentes que se extinguen de manera rápida directamente durante la excitación con destello, porque las señales de luminiscencia presentan una intensidad demasiado baja en comparación con la luz de excitación y se cubren por el destello excitante de alta intensidad del teléfono inteligente.WO 2013/034603 A1 describes a method for verifying a security document with a security feature in the form of a fluorescent printing element. The method provides that the printing element is excited by means of a light source and, as a result of this excitation, emits electromagnetic radiation that can be detected at a later stage by means of a detector. The recorded data is evaluated by comparison with predetermined data. In a later stage, the verification result is output depending on the comparison result. In particular, the method must be performed with a smartphone, where the flash module of the smartphone is used as the drive source and the photodetector of the smartphone camera is used as the detection unit. As luminescent substances for the pigment-like fluorescent printing element are mentioned inorganic luminescent substances, namely nitride luminescent substances; europium-doped alkaline earth orthosilicate and oxyorthosilicate luminescent substances; cerium-doped rare earth metal and gallium aluminum garnet luminescent substances; (Ca,Sr)S:Eu2+ which emits red light; and SrGa2S4:Eu2+ which emits green light. The proposed luminescent substances are so-called LED conversion luminescent substances which extinguish extremely quickly. However, it has been shown that it is practically not possible to reliably detect the luminescence signals of these rapidly extinguishing luminescent substances directly during flash excitation, because the luminescence signals have too low an intensity compared to the excitation light and are covered by the high intensity exciting flash of the smart phone.
En la aplicación práctica de las sustancias luminiscentes descritas en el estado de la técnica mencionado anteriormente se han mostrado dos problemas hasta ahora no resueltos. Estas sustancias luminiscentes conocidas previamente se usan regularmente como las denominadas sustancias luminiscentes de conversión para la producción de LED blancos, de modo que estas sustancias luminiscentes también están contenidas por regla general como partes constituyentes de conversión de radiación en los LED de destello de los teléfonos inteligentes habituales en el mercado.In the practical application of the luminescent substances described in the aforementioned prior art, two hitherto unresolved problems have emerged. These previously known luminescent substances are regularly used as so-called conversion luminescent substances for the production of white LEDs, so that these luminescent substances are as a rule also contained as radiation conversion constituents in the flash LEDs of smartphones. common in the market.
Esto significa que la radiación de excitación de las unidades de destello de los teléfonos inteligentes usadas como fuente de excitación presenta con alta probabilidad las mismas señales de luminiscencia que se esperan de la característica de seguridad que se va a examinar. Una prueba fiable de la autenticidad de los documentos de valor y de seguridad dotados den tales características de seguridad se ha excluido ya por este motivo.This means that the excitation radiation from smartphone flash units used as excitation source exhibits with high probability the same luminescence signals as expected from the security feature to be examined. A reliable proof of the authenticity of valuable and security documents endowed with such security features has already been excluded for this reason.
Un segundo problema resulta del hecho de que las sustancias luminiscentes mencionadas en el estado de la técnica para su uso como características de seguridad presentan por regla general tiempos de extinción cortos en el intervalo de ns a ps al igual que los que pueden aplicarse también para los LED de destello por las razones mencionadas. En el caso de una excitación con el destello de un teléfono inteligente, las emisiones que proceden de la característica de seguridad o bien se superponen por completo mediante el destello o éstas ya se han extinguido antes de que se realice el registro de imágenes.A second problem results from the fact that the luminescent substances mentioned in the prior art for use as safety features generally have short extinction times in the range from ns to ps, just like those that can also be applied for Flash LED for the reasons mentioned. In the case of a smartphone flash excitation, the emissions from the safety feature are either completely overlapped by the flash or are already extinguished before the image recording takes place.
Partiendo del estado de la técnica, un objetivo de la presente invención consiste en facilitar una característica de seguridad basada en sustancias luminiscentes mejorada que pueda verificarse únicamente con ayuda de un teléfono inteligente o de un aparato de procesamiento de datos ampliamente extendido, multifuncional comparable. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar una disposición para la verificación de una característica de seguridad de este tipo.Proceeding from the state of the art, an object of the present invention is to provide an improved security feature based on luminescent substances that can only be verified with the aid of a smartphone or a comparable multifunctional, widely used data processing device. Another object of the present invention is to provide an arrangement for verification of such a security feature.
De acuerdo con la invención, la solución del objetivo se realiza mediante una característica de seguridad basada en sustancias luminiscentes, verificable con un teléfono inteligente de acuerdo con la reivindicación 1 adjunta así como mediante una disposición para la verificación de una característica de seguridad de este tipo de acuerdo con la reivindicación independiente 9 adjunta.According to the invention, the solution of the objective is realized by means of a security feature based on luminescent substances, verifiable with a smartphone according to the appended claim 1 as well as by means of an arrangement for the verification of such a security feature according to the attached independent claim 9.
Una idea de solución general para el objetivo mencionado, que la invención implementa, consiste en primer lugar en que una característica de seguridad se dota de una sustancia luminiscente específica que evita los problemas descritos anteriormente. Para ello, esta sustancia luminiscente debe estar configurada de tal manera que pueda excitarse por un lado con una fuente de luz de un teléfono inteligente o bien un aparato de procesamiento de datos móvil similar, es decir, en particular, un LED de destello de un teléfono inteligente. Al mismo tiempo, la sustancia luminiscente debe presentar una característica de luminiscencia tal que permita que puedan detectarse las señales de luminiscencia aún con alta seguridad con la ayuda de la unidad de registro de imágenes del mismo teléfono inteligente (aparato móvil de procesamiento de datos) también tras finalizar el proceso de excitación. Además de una alta eficiencia de la excitabilidad espectral y un alto rendimiento de luminiscencia, esto requiere principalmente un tiempo de extinción de la sustancia luminiscente de acuerdo con la invención adaptado a la velocidad excepcional de la unidad de registro de imágenes del teléfono inteligente.A general solution idea for the mentioned aim, which the invention implements, consists first of all in that a security feature is provided with a specific luminescent substance which avoids the problems described above. For this purpose, this luminescent substance must be configured in such a way that it can be activated on the one hand by a light source from a smartphone or a similar mobile data processing device, that is to say, in particular, a flash LED from a smartphone. At the same time, the luminescent substance must have a luminescence characteristic such that it allows the luminescence signals to be detected with still high reliability with the aid of the image recording unit of the same smartphone (mobile data processing device) as well. after completion of the excitation process. In addition to a high efficiency of the spectral excitability and a high luminescence yield, this primarily requires an extinction time of the luminescent substance according to the invention adapted to the exceptional speed of the image recording unit of the smartphone.
Mediante la invención se facilita una característica de seguridad evaluable de manera fiable, que permite incluir en la prueba propiedades exclusivas de luminiscencia, como la característica de emisión y extinción espectral de las sustancias luminiscentes utilizadas para la creación de la característica de seguridad, como criterio de autenticidad. Además, es una gran ventaja que las señales de luminiscencia que se extinguen de la característica de seguridad de acuerdo con la invención no sean visibles para el ojo humano ni durante ni después de finalizar la excitación. Se ha demostrado que las posibilidades de elección para proporcionar sustancias luminiscentes adecuadas para realizar la solución inventiva mostrada están severamente limitadas. Esto se aplica en particular a la característica de extinción requerida.By means of the invention, a reliably evaluable security feature is provided, which allows unique luminescence properties, such as the spectral emission and extinction characteristic of the luminescent substances used for the creation of the security feature, to be included in the test, as a criterion of authenticity. Furthermore, it is a great advantage that the extinguishing luminescence signals of the safety feature according to the invention are not visible to the human eye either during or after the excitation has ended. It has been shown that the possibilities of choice to provide suitable luminescent substances to realize the inventive solution shown are severely limited. This applies in particular to the required extinguishing characteristic.
La invención proporciona una característica de nivel 3 o al menos una característica con funcionalidad de nivel 2+, como puede usarse en documentos de seguridad y de valor para la verificación de autenticidad. Tales características son generalmente invisibles para el ojo humano, por ejemplo, también después de la excitación con fuentes de luz UV o IR. Hasta ahora, sus características solo podían probarse con un gran esfuerzo técnico, por ejemplo, con la ayuda de máquinas clasificadoras de alta velocidad. Mediante la presente invención se permite por primera vez una comprobación de la autenticidad de tales características exclusivas con ayuda de teléfonos inteligentes habituales en el mercado. The invention provides a level 3 feature or at least a feature with level 2+ functionality, as can be used in security and value documents for authenticity verification. Such features are generally invisible to the human eye, for example also after excitation with UV or IR light sources. Until now, its features could only be tested with great technical effort, for example with the help of high-speed sorting machines. By means of the present invention a check of the authenticity of such exclusive features is enabled for the first time with the aid of commercially available smartphones.
La característica de seguridad de acuerdo con la invención puede aplicarse sobre o en un documento de valor o de seguridad y comprende una sustancia luminiscente que puede excitarse para dar luminiscencia con radiación electromagnética de longitud de onda predeterminada, tal como puede generarse por una unidad de iluminación de un teléfono inteligente, después de lo cual la sustancia luminiscente emite una radiación detectable por el dispositivo de cámara de un teléfono inteligente. La emisión de la sustancia luminiscente presenta un tiempo de extinción en el intervalo de ms. De acuerdo con la invención, los tiempos de extinción se han seleccionado en el intervalo entre 1 y 100 ms, preferentemente en el intervalo entre 5 y 50 ms, de nuevo preferentemente entre 10 y 30 ms.The security feature according to the invention can be applied on or in a valuable or security document and comprises a luminescent substance that can be excited to luminesce with electromagnetic radiation of predetermined wavelength, such as can be generated by a lighting unit. of a smartphone, whereupon the luminescent substance emits radiation detectable by the camera device of a smartphone. The emission of the luminescent substance has an extinction time in the range of ms. According to the invention, the decay times have been selected in the range between 1 and 100 ms, preferably in the range between 5 and 50 ms, again preferably between 10 and 30 ms.
El acontecimiento de extinción (proceso de extinción) básicamente caracteriza la disminución dependiente del tiempo de la intensidad de la radiación emitida por una sustancia luminiscente. A este respecto, la curva de extinción a menudo puede describirse con una ecuación exponencial simple de la forma I = Iüe-(t/t). La constante de extinción t contiene en ésta designa aquella duración de tiempo hasta la cual la intensidad de la emisión ha disminuido en un 36,79 % (= 1/etel) de la intensidad de partida después de que se haya apagado la fuente de excitación. Sin embargo, ha resultado que no todas las sustancias luminiscentes presentan una extinción monoexponencial. Más bien resultan de la superposición de procesos de relajación distintos dado el caso también curvas de extinción multiexponenciales (por ejemplo, bi o triexponenciales).The quenching event (quenching process) basically characterizes the time-dependent decrease in the intensity of the radiation emitted by a luminescent substance. In this regard, the extinction curve can often be described by a simple exponential equation of the form I = Iüe-(t/t). The extinction constant t contains in it designates the length of time up to which the intensity of the emission has decreased by 36.79% (= 1/etel) of the starting intensity after the excitation source has been switched off . However, it has turned out that not all luminescent substances have a monoexponential extinction. Rather, multi-exponential (eg bi- or tri-exponential) extinction curves result, if appropriate, from the superimposition of different relaxation processes.
Como una clase particularmente adecuada de sustancias luminiscentes para la característica de seguridad han resultado las sustancias luminiscentes de granate de silicato impurificadas conjuntamente con Ce3+ y Mn2+ (CSS), que pueden describirse con la fórmula:As a particularly suitable class of luminescent substances for the safety feature, silicate garnet luminescent substances co-doped with Ce3+ and Mn2+ (CSS) have emerged, which can be described by the formula:
Ca3Sc2Si3Ü12:Ce3+,Mn2+.Ca3Sc2Si3Ü12:Ce3+,Mn2+.
Las sustancias luminiscentes de este tipo se caracterizan por una alta intensidad de absorción a 450 nm, una alta intensidad de luminiscencia y por una eficiente transferencia de energía entre los iones Ce3+ y el Mn2+.Luminescent substances of this type are characterized by a high absorption intensity at 450 nm, a high luminescence intensity and by efficient energy transfer between Ce3+ and Mn2+ ions.
De acuerdo con un modo de escritura alternativo puede describirse la sustancia luminiscente con la fórmula:According to an alternative way of writing the luminescent substance can be described with the formula:
(Ca1-xCex)3(Sc1-zMnz)2Si3Ü12,(Ca1-xCex)3(Sc1-zMnz)2Si3Ü12,
en donde basándose en los radios iónicos conocidos en la bibliografía técnica, a menudo se parte de que los iones Ce3+ se incorporan preferentemente en posiciones de red de Ca2+ y los iones Mn2+ preferentemente en posiciones de red Sc3+.where based on the ionic radii known in the technical literature, it is often assumed that Ce3+ ions are preferentially incorporated into Ca2+ lattice positions and Mn2+ ions preferentially into Sc3+ lattice positions.
En investigaciones experimentales, se determinó sorprendentemente que las sustancias luminiscentes de Ca3Sc2Si3Ü12:Ce3+,Mn2+ de fase pura, altamente eficaces y especialmente estables se forman sobre todo cuando al calcular los pesos de las sustancias de partida se parte de que los iones Mn2+ se incorporan en la red tanto en sitios de Ca2+ como también en sitios de Sc3+. Se consiguen resultados particularmente buenos cuando los cálculos de peso se realizan con la suposición de que aproximadamente el 75 % de los coactivadores de Mn2+ sustituyan los iones Ca2+ y aproximadamente el 25 % los iones Sc3+ como partes constituyentes de red.In experimental investigations, it was surprisingly found that highly effective and particularly stable phase-pure Ca3Sc2Si3Ü12:Ce3+,Mn2+ luminescent substances are formed above all when calculating the weights of the starting substances it is assumed that the Mn2+ ions are incorporated into the lattice at both Ca2+ sites and also at Sc3+ sites. Particularly good results are achieved when weight calculations are made with the assumption that about 75% of the Mn2+ coactivators replace Ca2+ ions and about 25% Sc3+ ions as lattice constituent parts.
De manera especialmente preferente, la sustancia luminiscente de acuerdo con la invención puede describirse mediante la siguiente fórmula química general:With particular preference, the luminescent substance according to the invention can be described by the following general chemical formula:
(Ca1 -x-yCexM ny)3(Sc1-zM nz)2Si3Ü12 (Ca1 -x-yCexM ny)3(Sc1-zM nz)2Si3Ü1 2
con 0<x<0,1; 0<y<0,8; 0<z<0,8with 0<x<0.1; 0<y<0.8; 0<z<0.8
en donde se prefiere una relación y/z de = 2.where a y/z ratio of = 2 is preferred.
Teniendo en cuenta los factores estequiométricos, esto corresponde a la relación especificada para la ocupación de los sitios de red de Ca2+ o bien Sc3+ por iones coactivadores Mn2+.Taking stoichiometric factors into account, this corresponds to the ratio specified for the occupancy of the Ca2+ or Sc3+ lattice sites by coactivating Mn2+ ions.
Con los materiales de Ca3Sc2Si3O12:Ce3+,Mn2+ descritos se proporcionan sustancias luminiscentes especialmente ventajosas de acuerdo con la invención, que presentan emisiones con tiempos de extinción entre 5 y 30 ms y cuyas señales de luminiscencia pueden detectarse con alta seguridad utilizando los módulos de cámara de los teléfonos inteligentes habituales en el comercio también después de finalizar la excitación con destello.The described Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 :Ce3+,Mn2+ materials provide particularly advantageous luminescent substances according to the invention, which have emissions with decay times between 5 and 30 ms and whose luminescence signals can be detected with high security using commercially available smartphone camera modules even after flash excitation has ended.
Los espectros de emisión de las sustancias luminiscentes de acuerdo con la invención están constituidos por en cada caso tres bandas, que pueden asignarse a la luminiscencia directa de los iones activadores Ce3+ (banda con un Amáx. de aproximadamente 505 nm), así como las emisiones permitidas a través de la transferencia de energía de Ce3+ -Mn2+ de los coactivadores Mn2+ posicionados en los distintos sitios de red. Los máximos de las bandas de emisión mencionadas en último lugar se encuentran aproximadamente en 570 nm (Mn2+ en sitio de Ca2+) y en aproximadamente 700 nm (Mn2+ en sitio de Sc3+).The emission spectra of the luminescent substances according to the invention consist of three bands in each case, which can be assigned to the direct luminescence of the activating Ce3+ ions (band with an Amax of approx. 505 nm) as well as the emissions allowed through the transfer of energy from Ce3+ -Mn2+ from the Mn2+ coactivators positioned in the different lattice sites. The maxima of the last-mentioned emission bands lie at about 570 nm (Mn2+ at Ca2+ site) and at about 700 nm (Mn2+ at Sc3+ site).
Las intensidades relativas de las diferentes bandas de emisión pueden variarse y ajustarse a través de las concentraciones de los iones activadores y coactivadores y a través de las relaciones de concentración respectivas. Además, las emisiones individuales presentan diferentes tiempos de extinción espectral. Mientras que el tiempo de extinción de la emisión de Ce3+ permitida desde el punto de vista de mecánica cuántica se encuentra en el intervalo de nanosegundos, para las dos bandas de emisión de Mn2+ que resultan de las transiciones ópticas prohibidas desde el punto de vista de mecánica cuántica se consiguen tiempos de extinción den el intervalo de milisegundos de un solo dígito (Mn2+ en sitio de Ca2+) o en el intervalo de milisegundos de dos dígitos (Mn2+ en sitio de Sc3+).The relative intensities of the different emission bands can be varied and adjusted through the concentrations of the activating and coactivating ions and through the respective concentration ratios. Furthermore, individual emissions exhibit different spectral extinction times. While the quenching time of the Ce3+ emission allowed from the quantum mechanical point of view is in the range of nanoseconds, for the two Mn2+ emission bands resulting from the optical transitions it is prohibited from the mechanical point of view Quantum extinction times are achieved in the single-digit millisecond interval (Mn2+ at Ca2+ site) or in the double-digit millisecond interval (Mn2+ at Sc3+ site).
El hecho de que las bandas de emisión que se encuentran en la región espectral verde con máximos en aproximadamente 505 y 570 nm se superpongan en gran medida debido a sus semianchuras comparativamente grandes, también conduce a una superposición de las curvas de extinción de estas emisiones. Sin embargo, las sustancias luminiscentes de CSS modificadas están caracterizadas por diferentes curvas de extinción espectral con tiempos de extinción diferenciables. Por otro lado, de esta constelación resulta que para el caso de que en las mediciones de extinción se detecte toda la región espectral visible, resulta un desplazamiento de color significativo de la luminiscencia que se extingue de las sustancias luminiscentes. Además, se ha demostrado que las bandas de emisión individuales no presentan curvas de extinción monoexponenciales debido a sus superposiciones características. Más bien, las curvas de extinción bi- o tri-exponenciales son características.The fact that the emission bands lying in the green spectral region with maxima at about 505 and 570 nm largely overlap due to their comparatively large half-widths also leads to an overlap of the extinction curves of these emissions. However, modified CSS luminescent substances are characterized by different spectral extinction curves with differentiable extinction times. On the other hand, it results from this constellation that if the entire visible spectral region is detected in the extinction measurements, a significant color shift of the extinguishing luminescence of the luminescent substances results. Furthermore, it has been shown that the individual emission bands do not exhibit monoexponential extinction curves due to their characteristic overlaps. Rather, bi- or tri-exponential extinction curves are characteristic.
El comportamiento de extinción especial descrito contribuye en gran medida a la exclusividad de las sustancias luminiscentes de Ca3Sc2Si3O12:Ce3+,Mn2+ de acuerdo con la invención. A esto se añaden otras propiedades que recomiendan estas sustancias luminiscentes para su uso en características de seguridad luminiscentes, cuya presencia y autenticidad pueden verificarse con la ayuda de teléfonos inteligentes habituales en el mercado. Por un lado, las sustancias luminiscentes mencionadas prácticamente no pueden excitarse en la región espectral ultravioleta y, por otro lado, el color del cuerpo de los pigmentos luminiscentes correspondientes se ha conseguido de modo que puede adaptarse fácilmente al diseño de color de los documentos de seguridad y de valor que van a protegerse (billetes de banco, documentos de identidad, pasaportes, permisos de conducir, etc.) o bien puede ocultarse por las tintas utilizadas para la fabricación de estos documentos. Esto significa que la presencia de las sustancias luminiscentes de CSS:Ce3+,Mn2+ introducidas como características de seguridad en los documentos de seguridad no puede reconocerse por el observador ni a simple vista ni con la ayuda de fuentes de excitación UV habituales. The described special quenching behavior contributes to a large extent to the uniqueness of the Ca3Sc2Si3O12:Ce3+,Mn2+ phosphors according to the invention. Added to this are other properties that recommend these luminescent substances for use in luminescent security features, the presence and authenticity of which can be verified with the help of common smartphones on the market. On the one hand, the mentioned luminescent substances cannot be excited practically in the ultraviolet spectral region and, on the other hand, the body color of the corresponding luminescent pigments has been achieved in such a way that it can be easily adapted to the color design of security documents. and of value that are going to be protected (banknotes, identity documents, passports, driving licenses, etc.) or can be hidden by the inks used to manufacture these documents. This means that the presence of CSS:Ce3+,Mn2+ luminescent substances introduced as security features in security documents cannot be recognized by the observer either with the naked eye or with the aid of usual UV excitation sources.
Por otro lado, una forma de realización especial de la invención es que, con la excitación UV, se añaden sustancias luminiscentes de luminiscencia eficaz, que se extinguen rápidamente a las sustancias luminiscentes con un comportamiento de extinción retardado que emiten casi exclusivamente en la región espectral visible, preferentemente que pueden excitarse a 450 nm. La fotoluminiscencia estacionaria de los componentes adicionales correspondientes, claramente perceptible con excitación UV, puede servir como un enmascaramiento que mejora la seguridad de las características de seguridad integradas en los documentos de seguridad.On the other hand, a special embodiment of the invention is that, during UV excitation, luminescent substances with effective luminescence, which extinguish quickly, are added to luminescent substances with a delayed extinguishing behavior, which emit almost exclusively in the spectral region. visible, preferably excitable at 450 nm. The stationary photoluminescence of the corresponding additional components, clearly perceptible under UV excitation, can serve as a security-enhancing masking of security features embedded in security documents.
Incluso si las posibilidades de elección para proporcionar las sustancias luminiscentes requeridas para la realización de la solución inventiva mostrada son severamente limitadas, además de las sustancias luminiscentes de Ca3Sc2Si3O12:Ce3+,Mn2+ hay sin embargo algunos otros materiales que podrían usarse para la producción de características de seguridad debido a su comportamiento de extinción, sin embargo no se encuentran en el alcance de protección de las reivindicaciones. En la siguiente tabla se han resumido algunas de las composiciones de sustancias luminiscentes sometidas a prueba para determinar su idoneidad de acuerdo con la invención así como composiciones de sustancias luminiscentes no de acuerdo con la invención, incluyendo las propiedades de luminiscencia relevantes para la aplicación inventiva. Even if the possibilities of choice for providing the luminescent substances required for the realization of the shown inventive solution are severely limited, in addition to the luminescent substances of Ca3Sc2Si3O12:Ce3+,Mn2+ there are however some other materials that could be used for the production of lighting characteristics. security due to their extinction behavior, however they are not in the scope of protection of the claims. Some of the luminescent substance compositions tested for suitability according to the invention as well as non-inventive phosphor compositions have been summarized in the following table, including luminescent properties relevant to the inventive application.
En particular, la tabla contiene datos con respecto a los máximos medidos de las respectivas bandas de emisión y con respecto a los tiempos de extinción. Se utilizó escala verbal para evaluar el rendimiento de luminiscencia y la excitabilidad espectral a 450 nm.In particular, the table contains data regarding the measured maxima of the respective emission bands and regarding the extinction times. Verbal scale was used to assess luminescence performance and spectral excitability at 450 nm.
En el caso de las sustancias luminiscentes mencionadas se trata esencialmente de granates de silicato o bien granates de germanato impurificados de manera conjunta con Ce3+ y Mn2+, de redes base silicáticas o fosfáticas complejas activadas con iones Mn2+ y dado el caso adicionalmente activadas de manera conjunta con determinados iones de tierras raras (Ce3+, Eu2+, Dy3+), de compuestos de galato activados con Cr3 así como de las sustancias luminiscentes activadas con Mn4+ BaGeF6:Mn4+ y K2SiF6 :Mn4+.The luminescent substances mentioned are essentially silicate garnets or germanate garnets codoped with Ce3+ and Mn2+, complex silicate or phosphatic base networks activated with Mn2+ ions and optionally additionally coactivated with certain rare earth ions (Ce3+, Eu2+, Dy3+), Cr3-activated gallate compounds as well as the Mn4+-activated phosphors BaGeF6:Mn4+ and K 2 SiF 6 :Mn4+.
Esta lista no tiene carácter concluyente.This list is not conclusive.
En este contexto, debe considerarse extremadamente ventajoso modificar las sustancias luminiscentes que parecen adecuadas cambiando deliberadamente su composición química, es decir, mediante sustituciones realizadas de manera dirigida en la red parcial de cationes y/o aniones, de modo que sus propiedades de luminiscencia , en particular sus tiempos de extinción característicos, se diferencien claramente de los datos descritos en la bibliografía técnica. De esta manera, la exclusividad de los materiales luminiscentes que se extinguen de manera retardada y la seguridad contra la falsificación de las características de seguridad correspondientes pueden elevarse claramente.In this context, it should be considered extremely advantageous to modify the luminescent substances that seem suitable by deliberately changing their chemical composition, i.e. by substitutions carried out in a targeted manner in the partial lattice of cations and/or anions, so that their luminescence properties, in particularly their characteristic extinction times, clearly differ from the data described in the technical literature. In this way, the exclusivity of delayed-extinguishing luminescent materials and the security against counterfeiting of the corresponding security features can be clearly increased.
Otra forma de realización de la invención se caracteriza por que para crear las características de seguridad se utilizan mezclas de sustancias luminiscentes, cuyos componentes individuales, preferentemente exclusivos, presentan tiempos de extinción diferentes y que pueden distinguirse por detectores. También en este caso resulta un aumento de la protección contra la falsificación de las características de seguridad de acuerdo con la invención.Another embodiment of the invention is characterized in that mixtures of luminescent substances are used to create the security features, the individual, preferably exclusive, components of which have different extinction times and can be distinguished by detectors. In this case, too, an increase in the protection against counterfeiting of the security features according to the invention results.
La sustancia luminiscente presenta preferentemente un tiempo de extinción en el intervalo de ms de un dígito o dos dígitos, de modo que la emisión de la sustancia luminiscente puede detectarse con una unidad de registro de imágenes, en particular con una cámara de un teléfono inteligente. Las cámaras de teléfonos inteligentes actualmente conocidas tienen una frecuencia de imagen en el intervalo de 240 fps (fotogramas por segundo) hasta 960 fps. Son concebibles frecuencias de imagen más altas, sobre todo, en aparatos futuros, lo que no impide sin embargo el uso de la invención descrita en el presente documento. Con las velocidades de imagen actualmente conocidas, mediante la cámara del teléfono inteligente puede grabarse una primera imagen después de aproximadamente 4,2 ms o bien, en casos excepcionales, después de 1 ms.The luminescent substance preferably has an extinction time in the range of more than one or two digits, so that the emission of the luminescent substance can be detected with an image recording unit, in particular with a smartphone camera. Currently known smartphone cameras have a frame rate in the range of 240 fps (frames per second) up to 960 fps. Higher frame rates are conceivable, above all, in future apparatuses, which however does not preclude the use of the invention described herein. With currently known frame rates, a first image can be recorded by the smartphone camera after approximately 4.2 ms or, in exceptional cases, after 1 ms.
La frecuencia de imagen del detector de imagen utilizado (especialmente la cámara de un teléfono inteligente) determina un límite inferior para el tiempo de extinción de las sustancias luminiscentes que se pueden utilizar en el sentido de la invención. En el caso de que el ojo humano no deba reconocer la característica de seguridad en el sentido de realizar un nivel de seguridad particularmente alto, la fisiología de la visión humana predetermina un límite superior. En particular, el tiempo de extinción de la sustancia luminiscente debe ser inferior a 1 s en este caso, ya que un observador humano normal puede percibir una luminiscencia de la sustancia luminiscente que dura más de 1 s. The frame rate of the image detector used (in particular a smartphone camera) determines a lower limit for the decay time of the luminescent substances that can be used within the meaning of the invention. In the event that the human eye is not to recognize the security feature in the sense of realizing a particularly high level of security, the physiology of human vision predetermines an upper limit. In particular, the extinguishing time of the phosphor should be less than 1 s in this case, since a luminescence of the phosphor lasting longer than 1 s can be perceived by a normal human observer.
De acuerdo con la invención, la sustancia luminiscente es una sustancia luminiscente de granate de silicato impurificado con Ce3+ o Mn2+. Cuando se excita con la luz de LED que emiten luz blanca, preferentemente con una longitud de onda máxima de 450 nm, la luminiscencia estacionaria de la sustancia luminiscente presenta un espectro de emisión de banda ancha con varios máximos de emisión en la región espectral visible. Estos máximos se encuentran en aproximadamenteAccording to the invention, the phosphor is a silicate garnet phosphor doped with Ce3+ or Mn2+. When excited with light from LEDs emitting white light, preferably with a maximum wavelength of 450 nm, the stationary luminescence of the phosphor exhibits a broadband emission spectrum with several emission maxima in the visible spectral region. These maxima are located at about
505 nm (asignable a la emisión de iones Ce3+ en sitios de Ca2+ dodecaédricos),505 nm (assignable to Ce3+ ion emission at dodecahedral Ca2+ sites),
570 nm (asignable a la emisión sensibilizada de iones Mn2+ en sitios de Ca2+ dodecaédricos),570 nm (assignable to sensitized emission of Mn2+ ions at dodecahedral Ca2+ sites),
700 nm (asignable a la emisión sensibilizada de iones Mn2+ en sitios de Sc3+ octaédricos).700 nm (assignable to sensitized emission of Mn2+ ions at octahedral Sc3+ sites).
Los tiempos de extinción espectral de las diferentes bandas de emisión se encuentran en el orden mencionado en el intervalo de ns, en el intervalo de ms de un dígito o de dos dígitos.The spectral decay times of the different emission bands are in the order mentioned in the interval of ns, in the interval of ms of one digit or of two digits.
El tiempo de extinción de la sustancia luminiscente de la característica de seguridad se encuentra preferentemente en el intervalo de 1 ms a 50 ms. La sustancia luminiscente de la característica de seguridad presenta de manera especialmente preferente un tiempo de extinción de 10 ms a 30 ms.The extinguishing time of the luminescent substance of the security feature is preferably in the range from 1 ms to 50 ms. The luminescent substance of the security feature particularly preferably has an extinction time of 10 ms to 30 ms.
Para que la característica de seguridad solo pueda detectarse por medio de un teléfono inteligente, la sustancia luminiscente está configurada de modo que puede excitarse en la región espectral visible, en particular en la región espectral azul, para que la fuente de destello del teléfono inteligente pueda suministrar esta radiación de excitación. Además, la sustancia luminiscente está configurada de modo que emite en la región espectral visible para garantizar que pueda detectarse con el módulo de cámara de un teléfono inteligente habitual en el comercio. Además, la sustancia luminiscente está configurada de modo que su luminiscencia se extingue en el intervalo de ms después de que se completa la excitación con destello, de modo que es posible una verificación segura después de finalizar la excitación. So that the security feature can only be detected by means of a smartphone, the luminescent substance is configured in such a way that it can be excited in the visible spectral region, in particular in the blue spectral region, so that the flash source of the smartphone can supply this exciting radiation. In addition, the luminescent substance is configured so that it emits in the visible spectral region to ensure that it can be detected with the camera module of a commercially available smartphone. In addition, the luminescent substance is configured so that its luminescence is extinguished within ms after the flash drive is completed, so that a safe verification is possible after the drive is finished.
La luz blanca de una unidad de iluminación de un teléfono inteligente se genera por un LED, que consiste en un chip semiconductor LED que emite a aproximadamente 450 nm, por ejemplo, y una o más sustancias luminiscentes de conversión LED colocadas sobre el chip semiconductor LED. Estas sustancias luminiscentes de conversión son capaces de convertir proporcionalmente la emisión del LED azul en radiación de luminiscencia visible de onda más larga (emisiones de banda ancha en la región espectral verde, amarillo y rojo) con un máximo de emisión de por ejemplo aproximadamente 560 nm. La luz blanca del LED que está disponible como unidad de iluminación de los teléfonos inteligentes habituales en el comercio resulta de la mezcla de colores aditivos de los componentes de luminiscencia individuales descritos, en donde la proporción espectral azul presenta la intensidad claramente más alta. Esto significa que la sustancia luminiscente que puede utilizarse para proporcionar la característica de seguridad de acuerdo con la invención debe estar configurada preferentemente de modo que presente una alta eficiencia de excitabilidad espectral, particularmente en el intervalo entre 420 nm y 470 nm. El máximo de la excitabilidad espectral de la sustancia luminiscente se encuentra de manera especialmente preferente a aproximadamente 450 nm.The white light from a smartphone lighting unit is generated by an LED, which consists of an LED semiconductor chip emitting at about 450 nm, for example, and one or more LED conversion phosphors placed on top of the LED semiconductor chip. . These conversion luminescent substances are capable of proportionally converting blue LED emission into longer wave visible luminescence radiation (broadband emissions in the green, yellow and red spectral region) with an emission maximum of eg approx. 560 nm . The white light of the LED, which is available as a lighting unit of commercially available smartphones, results from the additive color mixing of the individual luminescent components described, with the blue spectral ratio having the clearly highest intensity. This means that the luminescent substance that can be used to provide the security feature according to the invention should preferably be configured so that it has a high spectral excitability efficiency, particularly in the range between 420 nm and 470 nm. The maximum of the spectral excitability of the phosphor is particularly preferably at about 450 nm.
La cámara del teléfono inteligente está disponible como unidad de registro de imágenes para detectar las señales de luminiscencia de la sustancia luminiscente. La unidad de registro de imágenes está equipada preferentemente con un detector CMOS y un filtro IR. Con ello, ésta presenta una sensibilidad espectral que comprende toda la región espectral visible hasta aproximadamente 750 nm. Por medio de la unidad de registro de imágenes pueden grabarse imágenes individuales, series de imágenes o grabaciones de vídeo. Para la sustancia luminiscente utilizada para crear la característica de seguridad, esto significa que debe configurarse de tal manera que, después de que se haya realizado la excitación, emita con la mayor intensidad posible, preferentemente en la región espectral entre 480 nm y 750 nm. The smartphone camera is available as an image recording unit for detecting the luminescence signals of the luminescent substance. The image recording unit is preferably equipped with a CMOS detector and an IR filter. As a result, it has a spectral sensitivity that covers the entire visible spectral region up to approximately 750 nm. By means of the image recording unit, individual images, image series or video recordings can be recorded. For the luminescent substance used to create the security feature, this means that it must be configured in such a way that, after excitation has been carried out, it emits with the highest possible intensity, preferably in the spectral region between 480 nm and 750 nm.
El aparato terminal móvil utilizado de acuerdo con la invención para la verificación de la característica de seguridad es preferentemente un teléfono inteligente convencional. Es comprensible para el experto en la materia que la misma funcionalidad también pueda estar integrada en una tableta o un aparato de procesamiento de datos multifuncional similar, para lo cual debe estar equipado con una cámara con unidad de registro de imágenes y/o unidad de iluminación así como una unidad de procesamiento de datos. Igualmente deben estar comprendidos por la invención aparatos de este tipo que tengan el mismo efecto. La unidad de procesamiento de datos es preferentemente un procesador, en particular un microprocesador.The mobile terminal device used according to the invention for verification of the security feature is preferably a conventional smartphone. It is understandable to a person skilled in the art that the same functionality can also be integrated into a tablet or similar multifunctional data processing device, for which it must be equipped with a camera with image recording unit and/or lighting unit. as well as a data processing unit. Apparatus of this type having the same effect should also be included in the invention. The data processing unit is preferably a processor, in particular a microprocessor.
Preferentemente, la sustancia luminiscente está dispuesta en la característica de seguridad de modo que forme un patrón. Los pigmentos de sustancia luminiscente se han aplicado preferentemente sobre un soporte como un patrón definido. El patrón puede estar dispuesto como una forma, por ejemplo un triángulo o una estrella. Como alternativa, el patrón formado por la sustancia luminiscente de la propia característica de seguridad puede contener datos y puede estar dispuesto como un código, por ejemplo, un código QR. Los pigmentos luminiscentes se han impreso como característica de seguridad, por ejemplo, en un documento de seguridad. La impresión o aplicación puede realizarse con procedimientos de impresión conocidos tales como impresión por huecograbado, impresión flexográfica, impresión offset o serigrafía. Además, la sustancia luminiscente puede aplicarse sobre el documento de seguridad o introducirse en el documento de seguridad mediante procedimientos de recubrimiento o procedimientos de laminación. La distribución del tamaño de grano de los pigmentos de sustancia luminiscente se ha adaptado preferentemente al respectivo procedimiento de impresión y aplicación. Preferably, the luminescent substance is arranged on the security feature so as to form a pattern. Luminescent substance pigments have preferably been applied to a support as a defined pattern. The pattern may be arranged as a shape, for example a triangle or a star. Alternatively, the pattern formed by the luminescent substance of the security feature itself may contain data and may be arranged as a code, eg a QR code. Luminescent pigments have been printed as a security feature, eg on a security document. The printing or application can be carried out using known printing methods, such as gravure printing, flexographic printing, offset printing or screen printing. Furthermore, the luminescent substance can be applied to the security document or introduced into the security document by coating processes or laminating processes. The grain size distribution of the luminescent substance pigments is preferably adapted to the respective printing and application process.
La característica de seguridad, en particular la sustancia luminiscente, tiene preferentemente una alta estabilidad de procesamiento. En particular, la sustancia luminiscente presenta una alta estabilidad térmica y mecánica. La sustancia luminiscente presenta preferentemente una alta resistencia al envejecimiento frente a influencias ambientales. La estabilidad y la resistencia al envejecimiento son necesarias para garantizar que la característica de seguridad pueda verificarse de forma fiable durante todo el ciclo de vida del documento de seguridad.The security feature, in particular the luminescent substance, preferably has a high processing stability. In particular, the phosphor has a high thermal and mechanical stability. The luminescent substance preferably has a high aging resistance against environmental influences. Stability and resistance to aging are necessary to ensure that the security feature can be reliably verified throughout the entire life cycle of the security document.
Una ventaja de la característica de seguridad de acuerdo con la invención, que comprende una sustancia luminiscente, puede verse en el hecho de que la característica de seguridad puede excitarse por medio de un destello de un teléfono inteligente debido a las características de luminiscencia especialmente configuradas de la sustancia luminiscente y su emisión puede detectarse por la cámara del teléfono inteligente, lo que permite una verificación simple, rápida y fácil de usar de la característica de seguridad. Puede realizarse una comprobación de autenticidad y/o comprobación de integridad. Se ha demostrado que es ventajoso seleccionar una sustancia luminiscente especial con tiempos de extinción en el intervalo de ms para proporcionar la característica de seguridad, cuyas señales de luminiscencia aún pueden medirse de manera confiable incluso después de finalizar el proceso de excitación. La verificación ventajosamente no se refiere exclusivamente a la detección de la presencia de la característica de seguridad, también incluye el espectro de emisión, la forma específica de la curva de extinción (característica de extinción) y el patrón formado por los pigmentos de sustancia luminiscente en la comprobación de autenticidad como criterios de autenticidad. Otra ventaja de la característica de seguridad consiste en que los humanos no pueden percibirla visualmente.An advantage of the security feature according to the invention, which comprises a luminescent substance, can be seen in the fact that the security feature can be aroused by means of a flash from a smartphone due to the specially configured luminescence characteristics of the luminescent substance and its emission can be detected by the smartphone's camera, allowing for simple, fast and easy-to-use verification of the security feature. An authenticity check and/or integrity check may be performed. It has proven to be advantageous to select a special luminescent substance with decay times in the ms range to provide the safety feature, whose luminescence signals can still be reliably measured even after the end of the excitation process. The verification advantageously does not refer exclusively to the detection of the presence of the security feature, it also includes the emission spectrum, the specific shape of the extinction curve (extinction characteristic) and the pattern formed by the phosphor pigments in authenticity checking as authenticity criteria. Another advantage of the security feature is that humans cannot visually perceive it.
La disposición de acuerdo con la invención comprende una característica de seguridad de acuerdo con la invención en una de las realizaciones descritas anteriormente, que se aplica sobre un documento de valor o de seguridad o se introduce en un documento de valor o de seguridad. Además, la disposición comprende un teléfono inteligente, que comprende una unidad de iluminación, una unidad de registro de imágenes y una unidad de procesamiento de datos. The arrangement according to the invention comprises a security feature according to the invention in one of the embodiments described above, which is applied on a valuable or security document or embedded in a valuable or security document. Furthermore, the arrangement comprises a smartphone, which comprises a lighting unit, an image recording unit and a data processing unit.
Ha resultado que un enfoque de solución ventajoso para poder medir de manera confiable la luminiscencia que se extingue de las sustancias luminiscentes después de finalizar el proceso de excitación consiste en utilizar una combinación de destellos individuales y grabaciones en serie o de vídeo como procedimientos de detección, en donde la duración de las grabaciones en serie o en vídeo deben superar claramente a la del destello excitante.It has turned out that an advantageous solution approach to be able to reliably measure the quenching luminescence of luminescent substances after completion of the excitation process is to use a combination of single flashes and serial or video recordings as detection methods, where the duration of the serial or video recordings must clearly exceed that of the exciting flash.
Al mismo tiempo, la duración de grabación debe adaptarse al tiempo de extinción de la sustancia luminiscente utilizada. En la última grabación, es decir, en el último fotograma, la intensidad de emisión de la sustancia luminiscente debe ser cero, tal como era antes de la excitación con destello. Este fotograma puede utilizarse como referencia para calcular las diferencias de imagen (B1-R; B2-R;...Bn-R). El análisis de las diferencias de imagen, el ajuste de contraste a realizar y la consideración e inclusión de otros procedimientos para el análisis de imagen (análisis de histogramas de los diferentes canales de color) pueden considerarse como un requisito previo esencial para no solo detectar la presencia de una sustancia luminiscente inventiva seleccionada con la ayuda del teléfono inteligente, sino también al mismo tiempo verificar la característica de emisión espectral y la característica de extinción exclusiva.At the same time, the recording duration must be adapted to the extinction time of the luminescent substance used. In the last recording, ie in the last frame, the emission intensity of the luminescent substance must be zero, as it was before the flash excitation. This frame can be used as a reference to calculate the image differences (B 1 -R; B 2 -R;...Bn-R). The analysis of image differences, the contrast adjustment to be performed and the consideration and inclusion of other procedures for image analysis (histogram analysis of the different color channels) can be considered as an essential prerequisite to not only detect the presence of a selected inventive luminescent substance with the help of the smartphone, but also at the same time checking the spectral emission characteristic and the exclusive extinction characteristic.
Además, se ha demostrado que es extremadamente ventajoso mantener la distancia entre el teléfono inteligente y la característica de seguridad que se va a comprobar lo más pequeña posible cuando se verifica la autenticidad del documento de seguridad. De esta manera, puede elevarse la intensidad de la excitación con destello y puede reducirse claramente la influencia perturbadora de la luz extraña. En particular, la distancia entre el dispositivo de detección y el documento de seguridad puede seleccionarse para que sea menor que el intervalo de ajuste del eje del teléfono inteligente; no se requieren imágenes nítidas para la excepción y verificación de las señales de luminiscencia difusa. Furthermore, it has proven to be extremely advantageous to keep the distance between the smartphone and the security feature to be checked as small as possible when verifying the authenticity of the security document. In this way, the intensity of the flash excitation can be increased and the disturbing influence of extraneous light can be significantly reduced. In particular, the distance between the detection device and the security document can be selected to be less than the adjustment range of the axis of the smartphone; sharp images are not required for the exception and verification of diffuse luminescence signals.
Por ejemplo, el teléfono inteligente debe configurarse con una App de tal manera que se realizan al menos las siguientes etapas para la verificación de la característica de seguridad:For example, the smartphone must be configured with an App in such a way that at least the following steps are performed for verification of the security feature:
En una primera etapa del procedimiento, la característica de seguridad se excita para dar la luminiscencia por medio de la unidad de iluminación del teléfono inteligente, preferentemente activando un solo destello del módulo de destello LED, de modo que la característica de seguridad emite una radiación electromagnética en la región espectral visible. In a first method step, the security feature is excited to luminescence by means of the lighting unit of the smartphone, preferably by triggering a single flash of the LED flash module, so that the security feature emits electromagnetic radiation. in the visible spectral region.
En una segunda etapa del procedimiento, paralelamente a la excitación con un solo destello, las señales de luminiscencia de la sustancia luminiscente de la característica de seguridad de acuerdo con la invención, que se extinguen producidas después de finalizar la excitación se detectan por medio de la unidad de registro de imágenes, es decir, con la ayuda del módulo de la cámara del teléfono inteligente.In a second method step, parallel to the single-flash excitation, the luminescent signals of the luminescent substance of the security feature according to the invention, which extinguish after the end of the excitation, are detected by means of the image registration unit, that is, with the help of the smartphone camera module.
En otra etapa del procedimiento, las características de luminiscencia en las imágenes registradas se evalúan por la unidad de procesamiento de datos y se comparan con datos de referencia para verificar la característica de seguridad y confirmar la autenticidad del documento de seguridad.In another stage of the method, the luminescence features in the recorded images are evaluated by the data processing unit and compared with reference data to verify the security feature and confirm the authenticity of the security document.
Otros detalles, ventajas y perfeccionamientos de la invención resultan de la siguiente descripción de formas de realización preferidas de la invención, con referencia al dibujo. Muestran:Other details, advantages and refinements of the invention result from the following description of preferred embodiments of the invention, with reference to the drawing. Show:
figura 1 una representación esquemática de una forma de realización de una característica de seguridad de acuerdo con la invención en un documento de seguridad en forma de billete de banco;1 is a schematic representation of an embodiment of a security feature according to the invention in a security document in the form of a banknote;
figura 2 una representación esquemática de componentes de una disposición de acuerdo con la invención para la verificación de la característica de seguridad;2 a schematic representation of components of an arrangement according to the invention for the security feature verification;
figura 3 una representación esquemática del comportamiento de subida y extinción de una sustancia luminiscente de la característica de seguridad con la excitación con destello;3 is a schematic representation of the rise and fall behavior of a luminescent substance of the safety feature with flash excitation;
figura 4 un diagrama de flujo para realizar la verificación de la característica de seguridad con la disposición de acuerdo con la invención;figure 4 a flowchart for performing security feature verification with the arrangement according to the invention;
figura 5 un espectro de excitación de la banda de emisión de 700 nm de una sustancia luminiscente de acuerdo con la invención de acuerdo con el ejemplo de realización 1;5 is an excitation spectrum of the 700 nm emission band of a luminescent substance according to the invention according to exemplary embodiment 1;
figura 6 un espectro de emisión de la fotoluminiscencia estacionaria excitada a 450 nm de la sustancia luminiscente de acuerdo con el ejemplo de realización 1;6 is an emission spectrum of the stationary photoluminescence excited at 450 nm of the luminescent substance according to exemplary embodiment 1;
figura 7 curvas de extinción espectral de las diferentes bandas de emisión de una sustancia luminiscente inventiva descrita en el ejemplo de realización 1;Figure 7 Spectral extinction curves of the different emission bands of an inventive luminescent substance described in Embodiment Example 1;
figura 8 un desplazamiento de color de la luminiscencia de la sustancia luminiscente que se extingue, detectada por toda la región espectral visible de acuerdo con el ejemplo de realización 1, representado por medio del desarrollo temporal de las coordenadas de color x-y en la tabla de colores estándar CIE; 8 a color shift of the luminescence of the extinguishing luminescent substance, detected over the entire visible spectral region according to exemplary embodiment 1, represented by means of the time course of the x-y color coordinates in the color table CIE standard;
figura 9 espectros de emisión de la fotoluminiscencia estacionaria de las sustancias luminiscentes excitadas a 450 nm de acuerdo con los ejemplos de realización 2 y 3;Figure 9 Emission spectra of the stationary photoluminescence of the luminescent substances excited at 450 nm according to Embodiment Examples 2 and 3;
figura 10 curvas de extinción de las principales bandas de emisión de las sustancias luminiscentes excitadas a 450 nm de acuerdo con los ejemplos de realización 2 y 3;figure 10 extinction curves of the main emission bands of the excited luminescent substances at 450 nm according to embodiment examples 2 and 3;
La figura 1 muestra una característica de seguridad 01 de acuerdo con la invención, que se aplica sobre un documento de valor, a saber, un documento de seguridad 02 en forma de billete de banco que se representa en forma simbolizada. La característica de seguridad sirve para la detección de la autenticidad del documento de seguridad 02. La característica de seguridad 01 presenta aquí la forma de una estrella. Se coloca debajo de una característica visible 03, en este caso el valor nominal del billete de banco. La característica de seguridad 01 consiste en una sustancia luminiscente que puede excitarse por medio de la unidad de iluminación de un teléfono inteligente, preferentemente en la región espectral azul, para dar la luminiscencia que se extingue en el intervalo de ms, como se ha divulgado anteriormente en el contexto de la descripción de la invención.1 shows a security feature 01 according to the invention, which is applied to a valuable document, namely a security document 02 in the form of a banknote, which is represented in symbol form. The security feature is used to detect the authenticity of the security document 02. The security feature 01 is here in the shape of a star. It is placed under a visible feature 03, in this case the face value of the banknote. The security feature 01 consists of a luminescent substance that can be excited by means of the illumination unit of a smartphone, preferably in the blue spectral region, to give the luminescence that extinguishes in the interval of ms, as previously disclosed. in the context of the description of the invention.
La figura 2 muestra una representación esquemática de una disposición para la verificación de la característica de seguridad 01, en donde la característica de seguridad se excita para dar la luminiscencia por medio de una unidad de iluminación 04 de una unidad de registro de imágenes 06 de un aparato terminal móvil, concretamente un teléfono inteligente 07, en el que la unidad de iluminación 04 genera luz de excitación, en particular destello 08 de LED blanca con un máximo espectral de aproximadamente 450 nm. El destello 08 tiene una intensidad Ia . Durante la excitación, la sustancia luminiscente de la característica de seguridad 01 emite radiación electromagnética estacionaria en la región espectral visible, que se extingue en el intervalo de ms después de finalizar la excitación. La emisión que se extingue Ie de la sustancia luminiscente se detecta con una cámara 09 de la unidad de registro de imágenes 06 del teléfono inteligente 07 al activar una grabación en serie o de vídeo. La cámara 09, que funciona como detector, detecta además una radiación ambiental I0 de luz de día o luz de ambiente, que da contra la característica de seguridad 01 y el billete de banco 02 y reflejada allí. La influencia de la radiación ambiental I0 puede mantenerse pequeña en el procedimiento de acuerdo con la invención debido a que se mantiene pequeña una distancia d entre la característica de seguridad 01 y el teléfono inteligente 07. Debido a la pequeña distancia d, que se encuentra preferentemente por debajo del intervalo de enfoque de la unidad de registro de imágenes 06, el teléfono inteligente 07 apantalla la radiación ambiental I0 en gran medida. Para la verificación confiable de las señales de luminiscencia difusas de la característica de seguridad no se requieren concretamente grabaciones de imágenes nítidas.Figure 2 shows a schematic representation of an arrangement for checking the security feature 01, whereby the security feature is excited to luminescence by means of an illumination unit 04 of an image recording unit 06 of a mobile terminal device, namely a smartphone 07, in which the lighting unit 04 generates excitation light, in particular white LED flash 08 with a spectral maximum of approximately 450 nm. Flash 08 has an intensity I a . During excitation, the luminescent substance of security feature 01 emits stationary electromagnetic radiation in the visible spectral region, which dies out within ms after the end of excitation. The quenching emission I e of the luminescent substance is detected by a camera 09 of the image recording unit 06 of the smartphone 07 by triggering a serial or video recording. The camera 09, which functions as a detector, additionally detects an ambient radiation I 0 of daylight or ambient light, which hits the security feature 01 and the banknote 02 and is reflected there. The influence of ambient radiation I 0 can be kept small in the method according to the invention because a distance d between the security feature 01 and the smartphone 07 is kept small. Due to the small distance d, which is located preferably below the focus range of the image recording unit 06, the smartphone 07 shields the ambient radiation I 0 to a great extent. Clear image recordings are not specifically required for the reliable verification of the diffuse luminescence signals of the security feature.
La figura 3 muestra una representación esquemática del comportamiento de subida y extinción de la sustancia luminiscente, que se usa en la característica de seguridad 01. Una curva de emisión 11 de la característica de seguridad 01 excitada para dar la luminiscencia está representada en el diagrama a lo largo de un eje de tiempo t. Figure 3 shows a schematic representation of the rising and dying behavior of the luminescent substance, which is used in the security feature 01. An emission curve 11 of the security feature 01 excited to give the luminescence is represented in the diagram a along a time axis t.
Además, está representada gráficamente una curva de excitación 12 de destello a lo largo del eje de tiempo. Si el destello individual se genera por medio del teléfono inteligente 07 (figura 2), la curva de excitación de destello de LED 12 aumenta abruptamente, mantiene su nivel por un corto tiempo y luego cae a cero en el intervalo de ns a gs. La sustancia luminiscente de la característica de seguridad 01 se excita para la luminiscencia mediante la radiación electromagnética del destello, en donde su curva de emisión 11 aumenta casi simultáneamente con la curva de excitación con destello 12. Tras finalizar la excitación con destello 12, la emisión de la sustancia luminiscente 11 se extingue de manera claramente más lenta que la radiación de excitación de la unidad de iluminación del teléfono inteligente dotada preferentemente de LED de emisión blanca. De acuerdo con la invención, el tiempo de extinción de la sustancia luminiscente se encuentra en el intervalo de ms.In addition, a flash excitation curve 12 is plotted along the time axis. If the single flash is generated by means of the smartphone 07 (FIG. 2), the LED flash drive curve 12 rises sharply, holds its level for a short time, and then falls to zero in the range from ns to gs. The luminescent substance of the security feature 01 is excited to luminescence by the electromagnetic radiation of the flash, whereby its emission curve 11 increases almost simultaneously with the flash excitation curve 12. After completion of the flash excitation 12, the emission of the luminescent substance 11 extinguishes significantly slower than the excitation radiation of the lighting unit of the smartphone preferably equipped with white-emitting LEDs. According to the invention, the extinguishing time of the phosphor is in the range of ms.
Las imágenes 13 individuales de la característica de seguridad 01 registradas por el detector 09 del teléfono inteligente 07 (figura 2) están representadas por debajo del eje de tiempo en la figura 3. Los registros de imagen 13 muestran la intensidad de emisión que se extingue de la característica de seguridad 01 por medio de la luminosidad del patrón de estrellas utilizado como ejemplo, que se vuelve más pequeña con el tiempo. Tras la extinción esencialmente completa de la emisión de la sustancia luminiscente, puede registrarse una imagen de referencia 14b como la última imagen de la secuencia de imágenes grabadas. Dependiendo del procedimiento de evaluación, también puede registrarse una imagen de referencia adicional 14a (imagen inicial) antes de la activación de la radiación de excitación (activación del destello). Para garantizar la disponibilidad de una imagen de referencia requerida para calcular las diferencias de imágenes, una imagen de inicio 14a puede grabarse opcionalmente como una imagen de referencia adicional dado el caso ya antes de la activación de las grabaciones en serie o de vídeo decisivas para la detección de las señales de luminiscencia que se extinguen de la característica de seguridad.The individual images 13 of the security feature 01 recorded by the detector 09 of the smartphone 07 (FIG. 2) are represented below the time axis in FIG. 3. The image records 13 show the extinguishing emission intensity of safety feature 01 by means of the luminosity of the star pattern used as an example, which becomes smaller over time. After essentially complete extinguishing of the emission of the luminescent substance, a reference image 14b can be recorded as the last image of the recorded image sequence. Depending on the evaluation method, an additional reference image 14a (initial image) can also be recorded before the activation of the excitation radiation (flash activation). In order to ensure the availability of a reference image required for calculating the image differences, a start image 14a can optionally be recorded as an additional reference image, if necessary already before the activation of serial or video recordings decisive for the detection of the extinguishing luminescence signals of the security feature.
La figura 4 muestra, de forma simplificada, el desarrollo principal de la verificación de la característica de seguridad 01 utilizando la disposición representada en la figura 3. En una etapa de posicionamiento 41, el documento de seguridad que va a verificarse se posiciona de modo que pueda detectarse de manera segura por la unidad de registro de imágenes del teléfono inteligente. En una etapa de comprobación de referencia 42 opcional, la imagen de inicio 14a de la característica de seguridad se genera ya antes de la activación de la excitación con destello del teléfono inteligente. En una etapa de detección 43, se activa un solo destello con la ayuda de la unidad de registro de imágenes de la unidad de iluminación del teléfono inteligente y se realiza una grabación de imágenes en serie o de vídeo para registrar las señales de luminiscencia de la sustancia luminiscente utilizada para crear de la característica de seguridad, que están presentes después de finalizar la excitación con destello y que se extinguen en el intervalo de ms. Finalmente, en una etapa de análisis de emisión 44, las series de imágenes grabadas y las grabaciones de referencia se comparan por medio de la unidad de procesamiento de datos. Además del cálculo de las diferencias de imagen y su análisis, se utilizan a este respecto otros métodos de procesamiento de imágenes como por ejemplo el ajuste de contraste y el análisis de histogramas de los diferentes canales de color para verificar de esta manera tanto la emisión espectral como también la característica de extinción exclusiva de la sustancia luminiscente utilizada de acuerdo con la invención. La autenticidad del documento de seguridad comprobado puede confirmarse en una etapa de liberación 45 comparando los parámetros calculados con los parámetros de autenticidad de la característica de seguridad depositados preferentemente en la memoria de datos del teléfono inteligente. En particular, la autenticidad e integridad del documento de seguridad pueden confirmarse mediante la verificación de la característica de seguridad en el documento de seguridad.Figure 4 shows, in simplified form, the main sequence of the verification of the security feature 01 using the arrangement represented in Figure 3. In a positioning step 41, the security document to be verified is positioned so that can be safely detected by the smartphone's image recording unit. In an optional reference check step 42, the start image 14a of the security feature is already generated before the flash drive of the smartphone is activated. In a detection step 43, a single flash is triggered with the help of the image recording unit of the illumination unit of the smartphone, and a serial image or video recording is performed to record the luminescence signals of the light. Luminescent substance used to create the security feature, which are present after completion of flash excitation and which extinguish within ms. Finally, in a broadcast analysis step 44, the recorded image series and the reference recordings are compared by means of the data processing unit. In addition to the calculation of the image differences and their analysis, other image processing methods such as contrast adjustment and histogram analysis of the different color channels are used in this regard in order to verify in this way both the spectral emission as well as the unique quenching characteristic of the phosphor used according to the invention. The authenticity of the checked security document can be confirmed in an unlocking step 45 by comparing the calculated parameters with the authenticity parameters of the security feature preferably stored in the data memory of the smartphone. In particular, the authenticity and integrity of the security document can be confirmed by checking the security feature in the security document.
La figura 5 muestra un espectro de excitación 121 de la banda de emisión de 700 nm de una sustancia luminiscente de acuerdo con el ejemplo de realización 1. Para producir esta sustancia luminiscente se homogeneizan 0,2822 g de CaCÜ3, 0,5335 g de Sc2(C2O4)3*10,723H2O, 0,1803 g de SiÜ2 , 0,0052 g de CeÜ2 , y 0,0358 g de MnC2O4-2H2O completamente mediante morteros con adición de acetona. Después de evaporar el disolvente, la mezcla de polvo seco se transfiere a un crisol de corindón. La muestra se precalcina primero en un horno de cámara a 500 °C durante 2 h en atmósfera de aire y a continuación se somete a recocido en un horno tubular a 1400 °C durante 4 h en atmósfera del 5 % de H2 /95 % de N2. A continuación, el producto resultante se tamiza. Esta sustancia luminiscente presenta la fórmula (Ca2,82Ce0,03Mn0,15)(Sc1,95Mn0,05)Si3O12. El espectro de excitación ilustra que la sustancia luminiscente inventiva a modo de ejemplo presenta una excitabilidad espectral máxima en el intervalo de 440 a 450 nm.5 shows an excitation spectrum 121 of the 700 nm emission band of a luminescent substance according to Embodiment Example 1. To produce this luminescent substance, 0.2822 g of CaC03, 0.5335 g of Sc2 are homogenized (C2O4)3*10.723H2O, 0.1803 g of SiÜ 2 , 0.0052 g of CeÜ 2 , and 0.0358 g of MnC2O4-2H2O completely by mortars with acetone addition. After evaporating the solvent, the dry powder mixture is transferred to a corundum crucible. The sample is first precalcined in a chamber furnace at 500 °C for 2 h in air atmosphere and then annealed in a tube furnace at 1400 °C for 4 h in an atmosphere of 5% H 2 /95 % CO. No. 2 . The resulting product is then sieved. This luminescent substance has the formula (Ca2.82Ce0.03Mn0.15)(Sc1.95Mn0.05)Si3O12. The excitation spectrum illustrates that the exemplary inventive phosphor exhibits a maximum spectral excitability in the range 440 to 450 nm.
La figura 6 muestra un espectro de emisión 111 correspondiente de la sustancia luminiscente de acuerdo con el ejemplo de realización 1 con una excitación de 450 nm. Se muestra que la sustancia luminiscente configurada de manera especial a través de la composición de sustancia luminiscente y las condiciones de preparación seleccionadas presenta emisiones de banda ancha en toda la región espectral visible. Son visibles tres bandas de emisión con máximos en aproximadamente 505 nm, 570 nm y aproximadamente 700 nm, en donde la banda presenta con un máximo de aproximadamente 700 nm la intensidad relativa más alta. Como ya se ha descrito, estas bandas de la luminiscencia directa de los iones activadores de Ce3+ (Ce3+ en el sitio de Ca2+), así como las emisiones permitidas a través de la transferencia de energía de Ce3+ - Mn2+ pueden asignarse a los activadores conjuntos de Mn2+ posicionados en los diferentes sitios de red (Mn2+ en el sitio de Ca2+ o bien Mn2+ en el sitio de Sc3+).6 shows a corresponding emission spectrum 111 of the luminescent substance according to exemplary embodiment 1 at an excitation of 450 nm. It is shown that the specially configured luminescent substance due to the luminescent substance composition and the selected preparation conditions exhibits broadband emissions in the entire visible spectral region. Three emission bands with maxima at about 505 nm, 570 nm and about 700 nm are visible, with the band showing the highest relative intensity at a maximum of about 700 nm. As already described, these bands from the direct luminescence of Ce3+ activating ions (Ce3+ at the Ca2+ site) as well as the emissions allowed through Ce3+ - Mn2+ energy transfer can be assigned to the joint activators of Mn2+ positioned in the different network sites (Mn2+ in the Ca2+ site or Mn2+ in the Sc3+ site).
La figura 7 muestra las curvas de extinción espectral de las bandas de emisión individuales. La curva 1311 es la curva de extinción para la emisión a 505 nm, la curva 1312 es la curva de extinción para la emisión a 570 nm y la curva 1313 es la curva de extinción para la emisión a 700 nm. Puede reconocerse claramente que las curvas de extinción espectral para las emisiones individuales difieren significativamente. Tal como ya se ha explicado, se determina una extinción en el intervalo de nanosegundos para la emisión con un máximo de aproximadamente 505 nm, mientras que las bandas de luminiscencia con máximos de aproximadamente 570 o bien aproximadamente 700 nm presentan tiempos de extinción en el intervalo de milisegundos de un dígito o bien de dos dígitos. Además, es evidente para el experto en la materia que es muy poco probable que las curvas de extinción individuales se desarrollen exponencialmente. Más bien, las curvas medidas parecen presentar características de extinción multiexponencial.Figure 7 shows the spectral extinction curves of the individual emission bands. Curve 1311 is the extinction curve for emission at 505 nm, curve 1312 is the extinction curve for emission at 570 nm, and curve 1313 is the extinction curve for emission at 700 nm. It can be clearly recognized that the spectral extinction curves for the individual emissions differ significantly. As already explained, an extinction in the range of nanoseconds is determined for the emission with a maximum of about 505 nm, while the luminescence bands with maxima of about 570 or about 700 nm exhibit extinction times in the range either single-digit or double-digit milliseconds. Furthermore, it is clear to the person skilled in the art that individual extinction curves are highly unlikely to develop exponentially. Rather, the measured curves seem to exhibit multi-exponential decay characteristics.
La figura 8 ilustra el desplazamiento de color que resulta cuando se detecta la luminiscencia que se extingue por toda la región espectral visible. A este respecto muestra la figura 8 en primer lugar una representación esquemática de una tabla de colores estándar CIE 15 del sistema de valencia estándar CIE. El sistema de valencia estándar CIE se definió en 1931 para establecer una relación entre la percepción humana del color y las causas físicas del estímulo del color y normalmente registra la totalidad de todos los colores perceptibles, en donde la percepción del color se relaciona con la de un observador normal definido. Cada color o espectro de emisión de un objeto autoluminoso se representa por una única coordenada x-y en la tabla de valores estándar CIE. Las coordenadas de color de las señales de luminiscencia medidas integralmente en función del tiempo de extinción están representadas en la figura 8 por medio de los elementos con los números de referencia 140 a 147. Al mismo tiempo, los datos determinados para una sustancia luminiscente de acuerdo con el ejemplo de realización 1 pueden tomarse de la siguiente tabla.Figure 8 illustrates the color shift that results when quenching luminescence is detected throughout the visible spectral region. In this connection, FIG. 8 firstly shows a schematic representation of a CIE standard color table 15 of the CIE standard valence system. The CIE standard valence system was defined in 1931 to establish a relationship between human color perception and the physical causes of the color stimulus and normally records the totality of all perceptible colors, where color perception is related to that of a defined normal observer. Each color or emission spectrum of a self-luminous object is represented by a unique xy coordinate in the CIE standard value table. The color coordinates of the signals Integrally measured luminescence as a function of the extinction time are represented in FIG. 8 by means of the elements with the reference numerals 140 to 147. At the same time, the data determined for a luminescent substance according to Embodiment Example 1 can be taken from the following table.
El desplazamiento de color que va tendencialmente desde la región espectral verde a la roja resulta de la superposición de las bandas de emisión representadas en la figura 6 así como de las diferencias y la superposición de las curvas de extinción correspondientes representadas en la figura 7 de la sustancia luminiscente de acuerdo con el ejemplo de realización 1. El comportamiento de extinción especial descrito contribuye en gran medida a la exclusividad de la sustancia luminiscente Ca3Sc2Si3O12:Ce3+,Mn2+ de acuerdo con la invención.The color displacement that goes tendentially from the green to the red spectral region results from the superposition of the emission bands represented in figure 6 as well as from the differences and the superposition of the corresponding extinction curves represented in figure 7 of the luminescent substance according to exemplary embodiment 1. The described special quenching behavior makes a significant contribution to the uniqueness of the luminescent substance Ca3Sc2Si3O12:Ce3+,Mn2+ according to the invention.
La figura 9 muestra los espectros de emisión 1123, 113 de la fotoluminiscencia estacionaria de las sustancias luminiscentes excitadas a 450 nm de acuerdo con los ejemplos de realización 2 y 3. La figura 10 muestra las curvas de extinción asociadas 132, 133 de las principales bandas de emisión de las sustancias luminiscentes excitadas a 450 nm de acuerdo con los ejemplos de realización 2 y 3.Figure 9 shows the emission spectra 1123, 113 of the stationary photoluminescence of the luminescent substances excited at 450 nm according to embodiment examples 2 and 3. Figure 10 shows the associated extinction curves 132, 133 of the main bands emission of excited luminescent substances at 450 nm according to embodiment examples 2 and 3.
Para producir la sustancia luminiscente según el ejemplo de realización 2, se disuelven completamente 0,2898 g de CaCOa, 0,1362 g de ScaOa, 0,1803 g de SiOa, 0,0130 g de Ce(NOa)3-6H2O, 0,0179 g de MnC2O4-2HaO y 1,8170 g de tris(hidroximetil)aminometano en una mezcla de 10 ml de ácido nítrico y 100 ml de agua con agitación y calentamiento en una placa calefactora. A continuación, el líquido se evapora hasta que el gel restante se enciende y se forma una espuma negra. Esta espuma se seca primero a 150 °C en un armario de secado, luego se muele finamente en mortero y se transfiere a un crisol de porcelana. En una primera etapa de calentamiento, la mezcla se somete a recocido durante 2 h a 1000 °C en la atmósfera de aire de un horno de cámara para descomponer las partes constituyentes residuales orgánicas que quedan. El material recocido, que ahora presenta un color de cuerpo blanco, se mezcla a continuación con el dos por ciento en masa de ácido bórico y se somete a recocido de nuevo esta vez durante 4 h a 1300 °C en una atmósfera de gas de formación al 5 %. La sustancia luminiscente resultante presenta la composición (Ca2,895Ce0,03Mn0,075) (Sc1,975Mn0,025)Si3O12. La curva 112 de la figura 9 muestra el espectro de emisión de esta sustancia luminiscente. En la figura 10, la curva 132 designa la curva de extinción de esta sustancia luminiscente, que emite preferentemente en la región espectral verde.To produce the luminescent substance according to Embodiment Example 2, 0.2898 g CaCOa, 0.1362 g ScaOa, 0.1803 g SiOa, 0.0130 g Ce(NOa)3-6H2O, 0, are completely dissolved. 0.0179 g of MnC2O4-2HaO and 1.8170 g of tris(hydroxymethyl)aminomethane in a mixture of 10 ml of nitric acid and 100 ml of water with stirring and heating on a hot plate. The liquid is then evaporated until the remaining gel ignites and a black foam forms. This foam is first dried at 150 °C in a drying cabinet, then finely ground in a mortar and pestle and transferred to a porcelain crucible. In a first heating stage, the mixture is subjected to annealing for 2 h at 1000 °C in the air atmosphere of a chamber furnace in order to decompose the remaining organic residual constituent parts. The annealed material, which now has a white body color, is then mixed with 2% by mass boric acid and annealed again this time for 4 h at 1300 °C in a forming gas atmosphere at 5 %. The resulting luminescent substance has the composition (Ca2.895Ce0.03Mn0.075) (Sc1.975Mn0.025)Si3O12. Curve 112 of Figure 9 shows the emission spectrum of this luminescent substance. In FIG. 10, curve 132 designates the extinction curve of this luminescent substance, which preferentially emits in the green spectral region.
Para producir la sustancia luminiscente de acuerdo con el ejemplo de realización 3 con la composición (Ca2,745Ce0,03Mn0,225) (Sc1,925Mn0,075)Si3O12 se disuelven 0,2747 g de CaCO3, 0,1327 g de Sc2O3, 0,1803 g de SiO2 , 0,0130 g de Ce(NO3)3-6H2O, 0,0537 g de MnC2O4-2H2O y 1,8170 g de tris(hidroximetil)aminometano en una mezcla de 10 ml de ácido nítrico y 100 ml de agua con agitación y calentamiento. A continuación, el líquido se evapora hasta que el gel resultante se enciende. La espuma negra producida se seca en un armario de secado a 150 °C, luego se muele finamente en mortero y se transfiere a un crisol de porcelana. Después de un primer recocido de dos horas a 1000 °C en la atmósfera de aire de un horno de cámara así como y la posterior adición del dos por ciento en masa de ácido bórico al material recocido enfriado, se lleva a cabo un nuevo tratamiento térmico de cuatro horas a 1100 °C en una atmósfera de gas de formación al 5 %. El espectro de emisión de la sustancia luminiscente obtenida, medido a 450 nm de excitación, está representado en la curva 113 de la figura 9, la curva de extinción asociada puede deducirse de la curva 133 de la figura 10.To produce the luminescent substance according to Embodiment Example 3 with the composition (Ca2.745Ce0.03Mn0.225) (Sc1.925Mn0.075)Si3O12, 0.2747 g of CaCO3, 0.1327 g of Sc2O3, 0 0.1803 g of SiO 2 , 0.0130 g of Ce(NO3)3-6H2O, 0.0537 g of MnC2O4-2H2O and 1.8170 g of tris(hydroxymethyl)aminomethane in a mixture of 10 ml of nitric acid and 100 ml of water with stirring and heating. The liquid is then evaporated until the resulting gel ignites. The produced black foam is dried in a drying cabinet at 150°C, then finely ground in a mortar and pestle and transferred to a porcelain crucible. After an initial annealing of two hours at 1000 °C in the air atmosphere of a chamber furnace as well as the subsequent addition of two percent by mass of boric acid to the cooled annealed material, a new heat treatment is carried out. four hours at 1100°C in a 5% formation gas atmosphere. The emission spectrum of the obtained luminescent substance, measured at 450 nm excitation, is represented by curve 113 of FIG. 9, the associated extinction curve can be deduced from curve 133 of FIG. 10.
Los dos ejemplos de realización y las figuras asociadas muestran una vez más con toda claridad que en el caso de las sustancias luminiscentes de Ca3Sc2Si3O12:Ce3+,Mn2+ se trata de una clase particularmente adecuada de sustancias luminiscentes para la formación de una característica de seguridad de acuerdo con la invención. Variando la composición de la sustancia luminiscente y las condiciones de preparación, pueden crearse numerosas composiciones de sustancia luminiscente exclusivas con diferente comportamiento de extinción y espectros de emisión distinguibles y, por esta razón, con un nivel de seguridad y autenticidad marcadamente alto. Las propiedades exclusivas de las sustancias luminiscentes que pueden usarse para proteger documentos de valor y de seguridad en forma de características de seguridad pueden verificarse de manera confiable con la ayuda de teléfonos inteligentes habituales en el comercio. The two exemplary embodiments and the associated figures show once more clearly that the luminescent substances Ca3Sc2Si3O12:Ce3+,Mn2+ are a particularly suitable class of luminescent substances for the formation of a security feature according to with the invention. By varying the phosphor composition and the preparation conditions, numerous unique phosphor compositions with different quenching behavior and distinguishable emission spectra can be created and, for this reason, with a remarkably high level of security and authenticity. The unique properties of luminescent substances that can be used to protect valuable and security documents in the form of security features can be reliably verified with the help of commercially available smartphones.
Lista de números de referenciaReference number list
01 característica de seguridad01 security feature
02 documento de seguridad / billete de banco02 security document / bank note
03 valor nominal03 face value
04 unidad de iluminación04 lighting unit
05 -06 unidad de registro de imágenes05 -06 image registration unit
07 teléfono inteligente07 smartphone
08 destello08 flash
09 cámara / detector09 camera / detector
10 -11 curva de emisión10 -11 emission curve
12 curva de excitación con destello12 flash drive curve
13 registro de imagen de la característica de seguridad 0113 security feature image record 01
14a imagen de inicio14th start image
14b imagen de referencia14b reference image
15 tabla de colores estándar CIE15 CIE standard color table
41 - 45 etapas del procedimiento41 - 45 steps of the procedure
111 espectro de emisión de la sustancia luminiscente de acuerdo con el ejemplo de realización 1 112 espectro de emisión de la sustancia luminiscente de acuerdo con el ejemplo de realización 2 113 espectro de emisión de la sustancia luminiscente de acuerdo con el ejemplo de realización 3 121 espectro de excitación de la sustancia luminiscente de acuerdo con el ejemplo de realización 1 1311 curva de extinción para la emisión a 505 nm de la sustancia luminiscente de acuerdo con el ejemplo de realización 1111 emission spectrum of the luminescent substance according to exemplary embodiment 1 112 emission spectrum of the luminescent substance according to exemplary embodiment 2 113 emission spectrum of the luminescent substance according to exemplary embodiment 3 121 spectrum excitation curve of the luminescent substance according to exemplary embodiment 1 1311 extinction curve for the emission at 505 nm of the luminescent substance according to exemplary embodiment 1
1312 curva de extinción para la emisión a 570 nm de la sustancia luminiscente de acuerdo con el ejemplo de realización 11312 extinction curve for emission at 570 nm of the luminescent substance according to exemplary embodiment 1
1313 curva de extinción para la emisión a 700 nm de la sustancia luminiscente de acuerdo con el ejemplo de realización 11313 extinction curve for emission at 700 nm of the luminescent substance according to exemplary embodiment 1
132 curva de extinción de la emisión predominantemente verde de la sustancia luminiscente de acuerdo con el ejemplo de realización 2132 extinction curve of the predominantly green emission of the luminescent substance according to exemplary embodiment 2
133 curva de extinción de la emisión predominantemente verde de la sustancia luminiscente de acuerdo con el ejemplo de realización 3133 extinction curve of the predominantly green emission of the luminescent substance according to exemplary embodiment 3
140 - 147 coordenadas de color x-y de la luminiscencia integral que se extingue de la sustancia luminiscente de acuerdo con el ejemplo de realización 1 140 - 147 x-y color coordinates of the extinguishing integral luminescence of the luminescent substance according to exemplary embodiment 1
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