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WO2011098626A1 - Procedimiento y dispositivo de seguridad documental por generación de imágenes múltiples - Google Patents

Procedimiento y dispositivo de seguridad documental por generación de imágenes múltiples Download PDF

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Publication number
WO2011098626A1
WO2011098626A1 PCT/ES2010/000461 ES2010000461W WO2011098626A1 WO 2011098626 A1 WO2011098626 A1 WO 2011098626A1 ES 2010000461 W ES2010000461 W ES 2010000461W WO 2011098626 A1 WO2011098626 A1 WO 2011098626A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liquid crystal
sheet
plates
confinement
images
Prior art date
Application number
PCT/ES2010/000461
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011098626A8 (es
Inventor
Xabier Quintana Arregui
José Manuel OTÓN SÁNCHEZ
Morten Andreas Geday
Carlos Carrasco Vela
Original Assignee
Universidad Politécnica de Madrid
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidad Politécnica de Madrid filed Critical Universidad Politécnica de Madrid
Priority to ES10845616T priority Critical patent/ES2702549T3/es
Priority to EP10845616.1A priority patent/EP2508358B1/en
Priority to US13/513,517 priority patent/US8885121B2/en
Publication of WO2011098626A1 publication Critical patent/WO2011098626A1/es
Publication of WO2011098626A8 publication Critical patent/WO2011098626A8/es

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42D—BOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/20—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof characterised by a particular use or purpose
    • B42D25/29—Securities; Bank notes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/52—Liquid crystal materials characterised by components which are not liquid crystals, e.g. additives with special physical aspect: solvents, solid particles
    • C09K19/60—Pleochroic dyes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M3/00—Printing processes to produce particular kinds of printed work, e.g. patterns
    • B41M3/14—Security printing
    • B41M3/148—Transitory images, i.e. images only visible from certain viewing angles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/02—Liquid crystal materials characterised by optical, electrical or physical properties of the components, in general
    • C09K19/0208—Twisted Nematic (T.N.); Super Twisted Nematic (S.T.N.); Optical Mode Interference (O.M.I.)
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07D—HANDLING OF COINS OR VALUABLE PAPERS, e.g. TESTING, SORTING BY DENOMINATIONS, COUNTING, DISPENSING, CHANGING OR DEPOSITING
    • G07D7/00—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency
    • G07D7/06—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of valuable papers or for segregating those which are unacceptable, e.g. banknotes that are alien to a currency using wave or particle radiation
    • G07D7/12—Visible light, infrared or ultraviolet radiation

Definitions

  • the present invention is part of the new safety techniques based on iridescent and non-iridescent variable optical devices.
  • iridescent and non-iridescent variable optical devices are advantageous for their application as safety devices: anisotropy, optical birefringence, the different liquid crystal phases that can be adopted, etc. they are qualities that, manipulated in the correct way, generate various effects in light that are easily verifiable to the naked eye or with the help of simple optical devices.
  • Hoffmueller proposes a model based on a liquid crystal with chiral behavior (the liquid crystal molecules have an orientational order and are optically active, producing a rotation of light when passing through them).
  • Two layers of liquid crystal are deposited on a substrate that serves as support, the second one with chiral behavior.
  • the interaction of the second layer with the first, whose molecules are partially oriented, causes a different interlacing between layers with which a variation of color is achieved by the rotation / inclination of the liquid crystal molecules.
  • two or more distinct regions of different color can be achieved.
  • WO2008058670-A1 proposes a device with a liquid crystal cell structure inserted in the documents to be protected.
  • the liquid crystal used is a chiral nematic liquid crystal and, associated with the "cell", there is a linear polarizer of light.
  • a verification unit consisting of another linear polarizer with a motif in the shape of the desired emblem.
  • the emblem chosen When observing the liquid crystal between the two polarizers, the emblem chosen must be seen in a dark tone.
  • WO2008067932-A3 proposes another device based on the alignment of the liquid crystal (orientation of the molecules on the surface).
  • the device has two motifs that are repeated alternately created by the different orientation of the molecules according to the area in which they are located. A homogeneous orientation is induced in one area and a homeotropic orientation in another so that they are clearly visible through a linear polarizer.
  • the need to create two different types of alignment homogeneous and homeotropic
  • a layer of inorganic material aluminum or aluminum oxide.
  • it does not contemplate the generation of gray scales, it only provides color differences by regions and does not contemplate the creation of motifs with recognizable shapes or high-resolution details.
  • WO2008138539-A1 proposes another alternative in which the security device shows complex motives.
  • the device is made up of three superimposed polymeric layers: the first and third polymeric liquid crystal conveniently oriented, the remaining polymeric layer acts as an intermediate layer between the previous ones.
  • the two layers of oriented liquid crystal provide two latent images visible by a polarizer. By rotating the polarizer 90 ° one of the images or the other is observed. These are binary images, there is no gray scale.
  • Main disadvantages complex manufacturing process, with several polymeric layers, supports, etc; likewise, it only provides a visible latent image by linear polarizer, with color inversion when the polarizer is rotated 90 °.
  • JP20090 78418-A proposes a structure formed by: a reflective layer, an intermediate layer and the liquid crystal layer in which the latent image is formed thanks to two different orientations of the liquid crystal molecules according to a certain alignment pattern. All of them covered by a protective layer whose refractive index is adjusted to the range of the refractive index of light in the region visible to the intermediate layer.
  • This structure has only one face and requires a reflective layer.
  • the proposed method manages to obtain a polymerized liquid crystal sheet with several latent images per face.
  • the manufacturing method employs confinement plates that introduce an alignment pattern into a liquid crystal that can be polymerizable, doped with a dichroic dye.
  • the resulting sheet will show two or more latent images when it is illuminated with polarized light on either side, or when observing the sheet through a polarizer.
  • the use of the polarizer is not really necessary, it is enough to observe the sheet with partially polarized light from, for example, a reflection with a sufficiently flush angle on a dielectric surface (thus, a table, a bright floor).
  • the decompensation of polarization components caused by the proximity to the Brewster angle is sufficient to observe the effect. It is also possible to observe it using the light emitted by a flat panel of liquid crystal, like that of a computer.
  • the invention manages to obtain a thin flexible sheet containing a set of images.
  • This sheet inserted in a document, serves to verify its authenticity. Generally, the appearance of the sheet will be uniform and dark. However, when partially polarized light strikes, one of the image sets determined by the face of the device closest to the polarized light appears. incident. The second set of images is shown, for example, by slightly rotating the sheet. If the other side of the device is illuminated, other sets of images will be visible.
  • the manufacture of the new device contains significant variations to the standard manufacture of liquid crystal displays.
  • the polymerizable liquid crystal is doped with at least one dichroic dye.
  • the liquid crystal is sandwiched between the two confinement plates.
  • the confinement plates orient the liquid crystal with the desired pattern
  • the liquid crystal is polymerized to ensure that the orientation pattern is permanent
  • the polymerized liquid crystal sheet is removed from the sandwich.
  • the polymerized liquid crystal is a thin sheet that already contains the alignment pattern.
  • the final transparent sheet will reveal one or more appearances with the use of a polarized light source, partially polarized light or a polarizer.
  • the appearance will depend on the face facing the polarized light source or the polarizer.
  • the liquid crystal is doped with one or more dichroic dyes.
  • the orientation of the liquid crystal, and with that of the dye, can be predetermined by properly conditioning the inner faces of the confinement plates used in the production of the sheet.
  • Glass plates which are commonly used as substrates in the manufacture of conventional liquid crystal devices, are hereby substituted. invention by confinement plates. These confinement plates can be of any opaque or transparent material, and are used only during the manufacturing process. Another innovative aspect of this procedure is that of how the orientation of the liquid crystal in the plane of the confinement plates is to be varied. This is achieved in two different ways: a) Using common alignment techniques in the production of liquid crystal devices, but defining different zones according to a pattern. In the standard manufacture of liquid crystal displays, the confinement plates are conditioned to obtain the same orientation of the liquid crystal throughout the surface; In this type of devices, on the contrary, several orientations are generated on each surface.
  • the external confinement plates are removed obtaining a thin and flexible sheet.
  • interdigitated electrodes with variation of orientation of the electrodes in the plane of the confinement plates.
  • the electrodes are constructed by photolithographic or micromechanical techniques, causing them to form a motive.
  • a liquid crystal layer is subsequently deposited whose orientation is controlled by applying voltages to the electrodes, so that the liquid crystal is reoriented by switching in the plane (IPS or in-plane switching). In this way a multiple alignment is obtained that reflects the reason imposed by the electrodes.
  • the liquid crystal is polymerized in situ to generate a thin and flexible sheet with the imprint conferred by the electrodes.
  • the applied voltage can be eliminated since the material maintains the orientation preset by the voltage distribution of the electrodes.
  • the confinement plates receive various treatments according to the pattern at different points of each of the two surfaces, isolating each other by different procedures: masks, photolithography, physical barriers, selective deposition, thermal evaporation, ink jets , or any other procedure commonly used in microelectronic manufacturing.
  • These treatments promote a homogeneous configuration (also called flat or parallel to the confinement plates) of the liquid crystal, but with different orientations, which determine the areas that eventually appear light or dark when illuminated with polarized light. This results in several images per face on the resulting doped liquid crystal sheet.
  • the variation in the alignment directions allows to define a gray scale and even color in the images.
  • the polymerization of the liquid crystal ensures that the sheet, when separated from the confinement plates, can be used autonomously in multiple applications with the latent images already defined.
  • the thin and flexible sheet suitable for insertion in a document or packaging, which constitutes the fundamental innovation of this invention, is achieved by performing the orientation processes on a monomeric liquid crystal (reactive mesogen) that polymerizes once oriented .
  • a monomeric liquid crystal reactive mesogen
  • the external confinement plates become superfluous once the material is polymerized, and the material can be extracted.
  • the result is a sheet whose thickness corresponds to the predetermined distance between the confinement plates, which can be selected during the manufacturing process.
  • the effect described is obtained with very thin sheets, between 2 and 100 ⁇ , which are completely flexible.
  • the effect is maintained when the sheet is encapsulated between protective layers, which further improves its possibilities of use in document security. 2.
  • the generation of gray scales by two different methods, which allows the creation of complex images.
  • An example of continuous alignment variation is a circular rub on one face, which creates a tangential alignment with respect to the rubbing center,
  • o Discreet using a finite number of alignment directions. For example, simple images of three levels of gray using alignments 0 or 45 ° and 90 ° to the axis of polarizer are generated. Increased the number of alignment angles increases the number of shades of gray. Another example may be with gray-scale superimposed images, using mirror alignments with respect to the polarizer axis. So if you get two images per face. The contrast of one or the other image can be improved by using a quarter wave retarder and a circular polarizer.
  • a scale is achieved with a certain number of gray levels typically used in a zone format or to achieve figurative appearances.
  • high quality complex images can be generated using motifs recorded on interdigitated external electrodes. These electrodes are used only once per sample.
  • An electric field is applied between the interdigitated electrodes located on one or both of the confinement plates.
  • the liquid crystal is oriented by switching on the plate plane according to the field lines applied ⁇ in pla ⁇ e switching). By varying the orientation of the interdigitation of the electrodes if it achieves a variation of the orientation of the liquid crystal in analogy of the variable alignment techniques.
  • the liquid crystal is then polymerized and the confinement plates are separated to obtain the resulting sheet.
  • the confinement plates with the electrodes can then be used to generate the same motif in a new sample. This procedure is suitable for the industrial manufacture of these sheets, since the confinement plates, which are the most expensive and complex element, are reusable.
  • gray scaleless motifs are used, the two images of each face appear independently. If the motifs have gray scale, the images appear superimposed, the contrast of one or the other can be increased by varying the orientation of the polarizer.
  • a color palette can be incorporated into the sheet, from the gray scale, by introducing an RGB matrix into the outer face of the already polymerized liquid crystal sheet, or into the inner face of one of the polymer protective layers already mentioned.
  • the matrix must be located such that the light or dark spots on the sheet coincide with the pixelated matrix.
  • low or medium resolution color patterns can be generated using dichroic dyes of various colors, which are deposited in the selected areas of the unpolymerized liquid crystal sheet by means of masks or using an inkjet printing system.
  • the dyes must be soluble in the liquid crystal. Once the monomer has been oriented and polymerized, the dyes cause the zones to vary between a dark and a colored state.
  • Figure 1 shows an example of a device with:
  • the device is constructed from two confinement plates (1 and 2) that are treated with alignment patterns (3 and 4).
  • the liquid crystal layer doped with the dichroic dye (5) is inserted into the gap between the plates whose desired alignment patterns have already been defined.
  • the present invention is intended to be implemented as an element of documentary security against counterfeiting bills, identification documents, bank cards, checks, packaging and, in general, any element whose intrinsic value advises its authentication.
  • the check is carried out taking advantage of the fact that the area will appear light or dark depending only on the orientation of the liquid crystal on the entrance face. If it is parallel to the polarization, then the dye will absorb the light and a dark state will be obtained. If it is perpendicular to the polarization, then it will not absorb it and a clear state will be obtained. If the input and output faces are reversed, the light and dark areas will depend on their orientation on the other side. Therefore, an image can be induced by simply forcing the alignment of the corresponding areas on one of the faces. The other side may contain a different image, independent of the first. The effect is observed by keeping the polarizer fixed and turning the cell, or by keeping the cell fixed and placing the polarizer in front and behind.

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Abstract

Se describe un nuevo sistema de seguridad y autentificación de documentos basado en un elemento transparente sobre el cual aparece más de una imagen dependiendo del modo en que se observa. El sistema está basado en células o láminas de cristal líquido dopado con uno o varios colorantes dicroicos. Las imágenes obtenidas con ayuda de un polarizador pueden estar impresas sobre una lámina muy delgada (μm o 10 decenas de μm) de material polímero; además pueden mostrar escalas de gris o colores. No es necesario aplicar señales eléctricas durante la fabricación ni durante su uso.

Description

PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO DE SEGURIDAD DOCUMENTAL POR GENERACIÓN DE IMÁGENES MÚLTIPLES
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La presente invención se encuadra dentro de las nuevas técnicas de seguridad basadas en dispositivos ópticos variables iridiscentes y no iridiscentes. Concretamente, en las propiedades de los cristales líquidos, que se ha comprobado son ventajosas para su aplicación como dispositivos de seguridad: anisotropía, birrefringencia óptica, las distintas fases cristal líquido que puede adoptar, etc. son cualidades que, manipuladas de la forma correcta, generan diversos efectos en la luz fácilmente verificables a simple vista o con ayuda de sencillos dispositivos ópticos.
En particular, Rumiko Yamaguchi y otros en "Polarized latent image forming in liquid crystal devices using polymer surface photo-modification technique", 2004, Proceedings of SPIE Vol. 5618, pp. 166-173, proponen inducir dos orientaciones ortogonales en cada placa de confinamiento, dando lugar a una imagen blanco y negro por cada cara, según el alineamiento del cristal líquido con respecto al plano de las placas de confinamiento y la orientación del polarizador o polarización de la luz incidente.
Sin embargo el dispositivo de Rumiko Yamaguchi y otros cuenta con numerosas desventajas: la utilización de técnicas de alineamiento combinadas en una misma superficie (UV + frotado, UV + calor), limitación a dos imágenes latentes como máximo en cada dispositivo y la necesidad de placas de confinamiento rígidas externas que impide su integración en otros elementos como documentos, embalaje o billetes de banco.
En el documento EP1894736-A2, Hoffmueller plantea un modelo basado en un cristal líquido con comportamiento quiral (las moléculas de cristal líquido tienen un orden orientacional y son ópticamente activas, produciendo una rotación de la luz al atravesarlas). Sobre un sustrato que sirve de soporte se depositan dos capas de cristal líquido, la segunda de ellas con comportamiento quiral. La interacción de la segunda capa con la primera, cuyas moléculas están parcialmente orientadas, provoca un diferente entrelazado entre capas con el que se consigue una variación de color por el giro/inclinación de las moléculas de cristal líquido. Mediante esta técnica se pueden conseguir dos o más regiones de distinto color bien diferenciadas. Sin embargo cuenta con numerosas desventajas: no contempla la generación de escalas de gris, emplea una doble capa de cristal líquido, sólo proporciona diferencias de color por regiones y no contempla la creación de motivos con formas reconocibles o detalles de alta resolución. Además, con esta técnica, resulta inviable la creación de cuádruple imagen latente (incluso de doble imagen latente) y la eliminación de placas de confinamiento externas.
WO2008058670-A1 propone un dispositivo con estructura de célula de cristal líquido insertado en los documentos que se desee proteger. El cristal líquido empleado es un cristal líquido nemático quiral y, asociado a la "célula", se cuenta con un polarizador lineal de luz. Para comprobar la autenticidad del elemento verificador, se cuenta con una unidad de verificación que consta de otro polarizador lineal con un motivo con la forma del emblema que se desee. Al observar el cristal líquido entre los dos polarizadores se ha de ver el emblema elegido en un tono oscuro. Dos importantes desventajas a añadir a las nombradas para el dispositivo propuesto en EP1894736-A2: la necesidad de emplear dos polarizadores lineales para llevar a cabo la verificación y la necesidad de una unidad de verificación que lleva asociado uno de estos polarizadores. WO2008067932-A3 propone otro dispositivo basado en el alineamiento del cristal líquido (orientación de las moléculas sobre la superficie). El dispositivo posee dos motivos que se repiten alternativamente creados por la diferente orientación de las moléculas según la zona en la que se encuentren. Se induce una orientación homogénea en una zona y una orientación homeotrópica en otra de manera que sean claramente visibles a través de un polarizador lineal. Como desventajas: la necesidad de crear dos tipos de alineamiento diferentes (homogéneo y homeotrópico) y una capa de material inorgánico (aluminio u óxido de aluminio). Además, no contempla la generación de escalas de gris, sólo proporciona diferencias de color por regiones y no contempla la creación de motivos con formas reconocibles o detalles de alta resolución.
WO2008138539-A1 propone otra alternativa en la que el dispositivo de seguridad muestra motivos complejos. El dispositivo está conformado por tres capas poliméricas superpuestas: la primera y la tercera de cristal líquido polimérico convenientemente orientado, la capa polimérica restante actúa como capa intermedia entre las anteriores. Las dos capas de cristal líquido orientado proporcionan dos imágenes latentes visibles mediante un polarizador. Girando el polarizador 90° se observa una de las imágenes o la otra. Se trata de imágenes binarias, no existe escala de gris. Desventajas principales: proceso de fabricación complejo, con varias capas poliméricas, soportes, etc; asimismo, sólo proporciona una imagen latente visible mediante polarizador lineal, con inversión de color al girar 90° el polarizador.
JP20090 78418-A propone una estructura formada por: una capa reflectante, una capa intermedia y la capa de cristal líquido en la que se forma la imagen latente gracias a dos orientaciones diferentes de las moléculas de cristal líquido según un determinado patrón de alineamiento. Todas ellas cubiertas por una capa protectora cuyo índice de refracción se ajusta al rango del índice de refracción de la luz en la región visible para la capa intermedia. Desventajas principales: Esta estructura tiene una sola cara y requiere una capa reflectante.
DESCRIPCIÓN
El método propuesto consigue obtener una lámina de cristal líquido polimerizado con varias imágenes latentes por cara. El método de fabricación emplea placas de confinamiento que introducen un patrón de alineamiento en un cristal líquido que pueda ser polimerizable, dopado con un colorante dicroico. La lámina resultante mostrará dos o más imágenes latentes cuando se ilumina con luz polarizada por una u otra cara, o bien al observar la lámina a través de un polarizador. En realidad no es necesario el uso del polarizador, basta con observar la lámina con luz parcialmente polarizada procedente, por ejemplo, de un reflejo con ángulo suficientemente rasante sobre una superficie dieléctrica (así, una mesa, un suelo brillante). La descompensación de componentes de polarización provocada por la proximidad al ángulo de Brewster basta para observar el efecto. Es también posible observarlo utilizando la luz emitida por una pantalla plana de cristal líquido, como la de un ordenador.
La invención consigue obtener una delgada lámina flexible que contiene un conjunto de imágenes. Dicha lámina, insertada en un documento, sirve para comprobar su autenticidad. Generalmente, la apariencia que tiene la lámina será uniforme y oscura. En cambio, cuando incide luz parcialmente polarizada aparece uno de los conjuntos de imágenes determinado por la cara del dispositivo más cercana a la luz polarizada incidente. El segundo conjunto de imágenes se muestra, por ejemplo, girando levemente la lámina. Si se ilumina la otra cara del dispositivo se harán visibles otros conjuntos de imágenes. La fabricación del nuevo dispositivo contiene variaciones significativas a la fabricación estándar de pantallas de cristal líquido.
- Se parte de un cristal líquido polimerizable.
- Se dopa el cristal líquido polimerizable con al menos un colorante dicroico.
- Se emplean placas de confinamiento, sobre cada una de las cuales se imprime un patrón de alineaciones de diferente orientación en la cara interna. La variación de orientación está en el plano de las placas de confinamiento.
- La lámina con las imágenes latentes se consigue en varias etapas, que se pueden resumir en las siguientes:
o Primero, se empareda el cristal líquido entre las dos placas de confinamiento. Las placas de confinamiento orientan el cristal líquido con el patrón deseado,
o Segundo, se polimeriza el cristal líquido para asegurar que el patrón de orientaciones sea permanente,
o Tercero, se extrae la lámina de cristal líquido polimerizada del emparedado o sandwich. El cristal líquido polimerizado es una fina lámina que ya contiene el patrón de alineamiento.
La lámina transparente final revelará una o varias apariencias con el empleo de una fuente de luz polarizada, luz parcialmente polarizada o un polarizador.
Si los patrones de alineamiento de las placas de confinamiento de las dos caras han sido distintos, la apariencia dependerá de la cara orientada hacia la fuente de luz polarizada o el polarizador.
El cristal líquido está dopado con uno o varios colorantes dicroicos. La orientación del cristal líquido, y con ello la del colorante, se puede predeterminar acondicionando adecuadamente las caras internas de las placas de confinamiento usado en la producción de la lámina.
Las placas de vidrio, que se emplean habitualmente como substratos en la fabricación de dispositivos de cristales líquidos convencionales, se sustituyen en la presente invención por unas placas de confinamiento. Estas placas de confinamiento pueden ser de cualquier material opaco o transparente, y se utilizan únicamente durante el proceso de fabricación. Otro aspecto innovador de este procedimiento es el relativo a cómo se ha de variar la orientación del cristal liquido en el plano de las placas de confinamiento. Esto se consigue de dos modos distintos: a) Usando técnicas de alineamiento comunes en la producción de dispositivos de cristales líquidos, pero definiendo distintas zonas según un patrón. En la fabricación estándar de pantallas de cristal líquido, se acondicionan las placas de confinamiento para obtener una misma orientación del cristal líquido en toda la superficie; en este tipo de dispositivos, por el contrario, se generan varias orientaciones en cada superficie. Posteriormente, una vez polimerizado el cristal líquido, se eliminan las placas de confinamiento externas obteniendo una lámina delgada y flexible. b) Empleando electrodos interdigitados con variación de orientación de los electrodos en el plano de las placas de confinamiento. En este caso se requiere el empleo de tensiones eléctricas durante el proceso de fabricación, no así durante el uso ordinario del dispositivo. Los electrodos se construyen por técnicas fotolitográficas o micromecánicas, haciendo que conformen un motivo. Posteriormente se deposita una capa de cristal líquido cuya orientación se controla aplicando tensiones a los electrodos, de modo que el cristal líquido se reoriente por conmutación en el plano (IPS o in-plane switching). De ese modo se obtiene un alineamiento múltiple que refleja el motivo impuesto por los electrodos. Provocado el alineamiento, el cristal líquido se polimeriza in situ para generar una lámina delgada y flexible con la impronta conferida por los electrodos. Una vez polimerizado, se puede eliminar la tensión aplicada ya que el material mantiene la orientación prefijada por la distribución de tensión de los electrodos.
Para conseguir imágenes múltiples, las placas de confinamiento reciben varios tratamientos según el patrón en distintos puntos de cada una de las dos superficies, aislando unos de otros por diferentes procedimientos: máscaras, fotolitografía, barreras físicas, deposición selectiva, evaporación térmica, chorros de tinta, o cualquier otro procedimiento empleado habitualmente en fabricación microelectrónica. Estos tratamientos promueven una configuración homogénea (también denominada en plano o paralela a las placas de confinamiento) del cristal líquido, pero con diferentes orientaciones, que determinan las zonas que eventualmente aparecen claras u oscuras al iluminar con luz polarizada. Ello da lugar a varias imágenes por cara en la lámina de cristal líquido dopado resultante. La variación en las direcciones de alineamiento permite definir una escala de grises e incluso color en las imágenes.
Por último, la polimerización del cristal líquido consigue que la lámina, al ser separada de las placas de confinamiento, pueda ser utilizada de forma autónoma en múltiples aplicaciones con las imágenes latentes ya definidas.
Novedades aportadas en la invención
Esta aplicación parte de un fenómeno descrito en la bibliografía científica ya citada, la generación de dos imágenes, blanca y negra, latentes en un dispositivo rígido. Se introduce una serie de innovaciones que permiten convertir el fenómeno en un producto utilizable como sistema de seguridad documental. Las aportaciones, sobre las cuales se basan las reivindicaciones, son fundamentalmente cuatro: 1. La eliminación de las placas de confinamiento externas del producto final. Para ello se ha desarrollado un procedimiento de polimerización de cristales líquidos que permite mantener la orientación inducida por las placas en su ausencia. El resultado es la obtención de una lámina delgada capaz de mantener las propiedades ópticas de la célula descrita. Así pues, la lámina delgada y flexible, apta para su inserción en un documento o embalaje, que constituye la innovación fundamental de esta invención, se consigue realizando los procesos de orientación sobre un cristal liquido monomérico (mesógeno reactivo) que se polimeriza una vez orientado. De este modo las placas de confinamiento externas se hacen superfluas una vez polimerizado el material, pudiendo extraerse el mismo. El resultado es una lámina cuyo espesor es el correspondiente a la distancia predeterminada entre las placas de confinamiento, la cual puede seleccionarse durante el proceso de fabricación. Se obtiene el efecto descrito con láminas muy delgadas, entre 2 y 100 μηι, que resultan completamente flexibles. El efecto se mantiene cuando la lámina se encapsula entre capas protectoras, lo cual mejora aún más sus posibilidades de utilización en seguridad documental. 2. La generación de escalas de gris, por dos métodos diferentes, que permite la creación de imágenes complejas.
- Si se desea conseguir una imagen en blanco y negro, se promueven dos alineamientos mutualmente ortogonales en las zonas elegidas de las placas de confinamiento, tal como se ha descrito anteriormente.
- Si se requiere una escala de grises, entonces se promueven zonas con orientaciones variables en el plano de las placas de confinamiento. Dichas zonas pueden generarse con alineamientos no lineales continuos o discretos. o Continua: variando continuamente la alineación espacial entre 0o y
360°. Un ejemplo de variación continua de alineamiento es un frotado circular en una cara, que crea un alineamiento tangencial con respecto al centro de frotado,
o Discreta: empleando un número finito de direcciones de alineación. Por ejemplo, se generan imágenes sencillas de tres niveles de gris empleando alineamientos de 0o, de 45° y de 90° con respecto al eje de polarizador. Aumentado el número de ángulos de alineamientos aumenta el número de tonos de gris. Otro ejemplo puede ser con imágenes superpuestas en escala de gris, empleando alineamientos especulares con respecto al eje del polarizador. Así si consigue dos imágenes por cara. Se puede mejorar el contraste de una u otra imagen empleando un retardador de cuarto de onda y un polarizador circular.
En alineamiento continuo, la dirección de alineamiento de las moléculas de cristal líquido en cada punto presenta un pequeño giro con respecto a la dirección de las moléculas de un punto inmediatamente adyacente. El resultado es un motivo fácilmente reconocible con escala de gris desplegada en un semicírculo. Un frotado radial produce una película similar que varía continuamente por el dispositivo, pero con la escala de gris invertida. Combinando un frotado circular (tangencial) en una cara con un frotado radial en la otra resultan dos motivos no figurativos de fácil reconocimiento.
En el caso de alineamiento discreto se consigue una escala con un determinado número de niveles de gris típicamente empleado en un formato de zonas o para conseguir apariencias figurativas. Alternativamente, se pueden generar imágenes complejas de alta calidad empleando motivos grabados en electrodos externos interdigitados. Estos electrodos se emplean una sola vez por muestra. Se aplica un campo eléctrico entre los electrodos interdigitados situados en una o ambos de las placas de confinamiento. El cristal líquido se orienta conmutando sobre el plano de placas según las líneas de campo aplicado {in plañe switching). Variando la orientación del interdigitado de los electrodos si consigue una variación del orientación del cristal líquido en analogía de las técnicas de alineamiento variable.
Seguidamente se polimeriza el cristal líquido y se separan las placas de confinamiento para obtener la lámina resultante. Las placas de confinamiento con los electrodos pueden entonces utilizarse para generar el mismo motivo en una nueva muestra. Este procedimiento resulta adecuado para la fabricación industrial de estas láminas, ya que las placas de confinamiento, que son el elemento más costoso y complejo, son reutilizables.
Generación de imágenes múltiples. Con una orientación de polarización de luz, o de polarizador, se consigue el mismo nivel de gris inclinando la orientación de alineamiento en sentido horario o antihorario. Por lo tanto, se puede duplicar el número de motivos generados creando en la práctica una imagen cuádruple. Dos imágenes aparecen al colocar el polarizador delante y detrás de la lámina, tal como se ha descrito anteriormente. Las otras dos se generan girando el polarizador en cada caso. Alternativamente, se pueden visualizar las imágenes separadas empleando un retardador de cuarto de onda alineado con la lámina y un polarizador circular.
Si se emplean motivos sin escala de gris, las dos imágenes de cada cara aparecen de forma independiente. Si los motivos tienen escala de gris, las imágenes aparecen superpuestas, pudiendo incrementarse el contraste de una u otra variando la orientación del polarizador.
La adición de colores, por dos métodos diferentes:
Se puede incorporar una paleta de colores a la lámina, a partir de la escala de gris, introduciendo una matriz RGB en la cara externa de la lámina de cristal líquido ya polimerizada, o en la cara interna de una de las capas protectoras de polímero ya mencionadas. La matriz tiene que estar situada tal que los puntos claros u oscuros de la lámina coincidan con el pixelado del matriz. g
Alternativamente, se pueden generar motivos de colores de baja o media resolución empleando colorantes dicroicos de diversos colores, que se depositan en las zonas escogidas de la lámina de cristal líquido sin polimerizar por medio de máscaras o utilizando un sistema de impresión por chorro de tinta. Los colorantes han de ser solubles en el cristal líquido. Una vez orientado y polimerizado el monómero, los colorantes hacen que las zonas varíen entre un estado oscuro y otro coloreado.
FIGURAS
La figura 1 muestra un ejemplo de dispositivo con:
- Placas de confinamiento (1 y 2)
- Patrones de alineamiento aplicados a las placas de confinamiento (3 y 4)
- Las moléculas orientadas de cristal líquido dopadas con el colorante dicroico.
(5)
- Imagen latente 1 en la cara A (6)
- Imagen latente 2 en la cara A (8)
- Imagen latente 1 en la cara B (7)
- Imagen latente 2 en la cara B (9)
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
El dispositivo se construye a partir de dos placas de confinamiento (1 y 2) que son tratados con patrones de alineamiento (3 y 4).
La capa de cristal líquido dopado con el colorante dicroico (5) se inserta en la separación entre las placas cuyos patrones deseados de alineamiento ya se han definido.
Se consiguen inducir distintos tipos de alineamiento de forma selectiva para obtener los motivos deseados en las dos caras A y B.
Con la ayuda de luz polarizada se identifican los motivos latentes creados.
En la capa de alineamiento de cara A (4) se emplean tres direcciones de alineamiento. Según la orientación del polarizador se harán visibles un motivo (6) u otro (8).
En la cara B (5) se emplean hasta cuatro direcciones de alineamiento de manera que, dependiendo de la dirección de polarización con la que la luz incida sobre ella, se podrán verificar unas formas (7) u otras (9). APLICACIÓN INDUSTRIAL
La presente invención está destinada a ser implementada como elemento de seguridad documental frente a la falsificación de billetes, documentos identif ¡cativos, tarjetas bancarias, cheques, embalaje y, en general, cualquier elemento cuyo valor intrínseco aconseje su autentificación. La comprobación se realiza aprovechando que la zona aparecerá clara u oscura dependiendo únicamente de la orientación del cristal líquido en la cara de entrada. Si es paralelo a la polarización, entonces el colorante absorberá la luz y se obtendrá un estado oscuro. Si es perpendicular a la polarización, entonces no la absorberá y se obtendrá un estado claro. Si se invierten las caras de entrada y salida, las zonas claras y oscuras dependerán de su orientación en la otra cara. Por lo tanto, se puede inducir una imagen sin más que forzar el alineamiento de las zonas correspondientes en una de las caras. La otra cara puede contener otra imagen diferente, independiente de la primera. El efecto se observa manteniendo fijo el polarizador y volteando la célula, o bien manteniendo fija la célula y colocando el polarizador delante y detrás.
Incluso, para observar el efecto, no es necesario utilizar un polarizador; basta con emplear luz ligeramente polarizada, como la procedente de un reflejo en el suelo o en una mesa. Este hecho favorece su implementación masiva como elemento de seguridad en etiquetas o billetes de banco, por ejemplo.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento para la fabricación de láminas con varias imágenes latentes a partir de un cristal líquido polimerizable caracterizado por comprender las siguientes etapas:
- definir diferentes zonas en la cara interior de al menos una placa de confinamiento;
- establecer una pluralidad de direcciones de alineamiento para orientar el cristal liquido en las zonas definidas en el paso anterior;
- dopar el cristal líquido con al menos un colorante dicroico
- disponer el cristal líquido dopado entre dos placas de confinamiento,
- polimerizar el cristal líquido y extraer la lámina formada.
2. Método según reivindicación 1 , caracterizado por que la etapa para definir zonas en la placa de confinamiento se realiza selectivamente para sendas caras interiores de las placas de confinamiento mediante al menos una de las siguientes técnicas:
- fotolitografía;
- máscaras;
- barreras físicas;
- deposición selectiva;
- evaporación térmica;
- chorros de tinta;
o una combinación de las anteriores.
3. Método según reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que la etapa para establecer direcciones de alineamiento se realiza en el plano de dichas placas para las zonas definidas de las placas de confinamiento, siguiendo un patrón de manera independientemente para cada una de las dos placas, mediante al menos una de las siguientes técnicas:
- frotado mecánico de una capa de material alineante;
- deposición oblicua de material alineante;
- fotoalineamiento de un material de fotosensible;
-incorporación de electrodos interdigitados en las placas de confinamiento; o una combinación de las anteriores.
4. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los alineamientos establecidos en al menos dos zonas de la lámina son no lineales.
5. Método según reivindicación 4, caracterizado por que al menos dos alineamientos establecidos son ortogonales entre sí.
6. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que se determina el ángulo relativo que forman los alineamientos entre sí para generar diferentes tonos de gris en la imagen latente.
7. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende una etapa para generar una paleta de colores mediante la introducción de una matriz de colores RGB.
8. Método según reivindicación 7, caracterizado por que la matriz de colores se dispone haciendo coincidir las zonas definidas en la lámina con el pixelado de dicha matriz sobre la cara externa de la lámina de cristal líquido ya polimerizada o bien sobre la cara interna de una de las capas de polímero de protección del dispositivo.
9. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la etapa de dopado se realiza depositando una pluralidad de colorantes dicroicos en las zonas definidas de las placas de confinamiento generando zonas de diferente color.
10. Un dispositivo de seguridad documental caracterizado por que comprende: - una lámina de cristal líquido polimerizado, dopado con al menos un colorante dicroico, distribuido por zonas definidas mediante unas placas de confinamiento extraíbles, de manera que, dichas zonas definidas mantienen orientaciones siguiendo un patrón de alineamientos que difieren una ángulo menor o igual a 90° en al menos una de las caras que forman imágenes latentes en escala de grises, que se manifiestan en presencia de luz polarizada, - una capa de protección que envuelve la lámina de cristal líquido preservando el dispositivo.
11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por que una pluralidad de colorantes dicroicos se distribuye en las zonas definidas en las caras de la lámina de cristal líquido para generar diferentes colores.
12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10 u 11 , caracterizado por que comprende además una matriz de colores RGB dispuesta entre el cristal líquido y la capa de polímero protector.
13. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 0 a 12, caracterizado por que los alineamientos tienen orientaciones relativas a 0°, 45°, 90° y 135° para generar dos imágenes monocromas no superpuestas por cara de la lámina.
14. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado por que se emplea alineamientos especulares con respecto al eje del polarizador para generar imágenes superpuestas en escala de gris.
15. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado por que además comprende dos placas de confinamiento extraíbles y reutilizables que se han tratado para crear un patrón con diferentes zonas y orientaciones en la lámina de cristal líquido.
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