[0001] Die Erfindung betrifft ein optisch variables Sicherheitselement zur Absicherung von
Wertgegenständen, dessen Flächenausdehnung eine darauf senkrecht stehende z-Achse
definiert, mit einem reflektiven Flächenbereich. Die Erfindung betritt auch ein Verfahren
zum Herstellen eines solchen Sicherheitselements sowie einen mit einem solchen Sicherheitselement
ausgestatteten Datenträger.
[0002] Datenträger, wie Wert- oder Ausweisdokumente, aber auch andere Wertgegenstände, wie
etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen versehen,
die eine Überprüfung der Echtheit der Datenträger gestatten und die zugleich als Schutz
vor unerlaubter Reproduktion dienen. Die Sicherheitselemente können beispielsweise
in Form eines in eine Banknote eingebetteten Sicherheitsfadens, einer Abdeckfolie
für eine Banknote mit Loch, eines aufgebrachten Sicherheitsstreifens, eines selbsttragenden
Transferelements oder auch in Form eines direkt auf ein Wertdokument aufgedruckten
Merkmalsbereichs ausgebildet sein.
[0003] Eine besondere Rolle bei der Echtheitsabsicherung spielen Sicherheitselemente mit
betrachtungswinkelabhängigem oder dreidimensionalem Erscheinungsbild, da diese selbst
mit modernsten Kopiergeräten nicht reproduziert werden können. Dazu sind die Sicherheitselemente
mit optisch variablen Elementen ausgestattet, die dem Betrachter unter unterschiedlichen
Betrachtungswinkeln einen unterschiedlichen Bildeindruck vermitteln und beispielsweise
je nach Betrachtungswinkel einen anderen Farb- oder Helligkeitseindruck und/oder ein
anderes grafisches Motiv zeigen. Im Stand der Technik sind dabei als optisch variable
Effekte beispielsweise Bewegungseffekte, Pumpeffekte, Tiefeneffekte oder Flipeffekte
beschrieben, die mit Hilfe von Hologrammen, Mikrolinsen oder Mikrospiegeln realisiert
werden.
[0004] Vor einiger Zeit wurden optisch variable Sicherheitselemente vorgeschlagen, die zwei,
in unterschiedlichen Höhenstufen angeordnete und jeweils mit einer Farbbeschichtung
versehene Reliefstrukturen aufweisen (siehe
WO 2020/011390 A1,
WO 2020/011391 A1 und
WO 2020/011391 A2).
[0005] Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes optisch
variables Sicherheitselement mit attraktivem Erscheinungsbild und hoher Fälschungssicherheit
vorzuschlagen, das zudem einfach und kostengünstig herstellbar sein soll. Mit dem
zugehörigen Herstellungsverfahren sollen insbesondere Sicherheitselemente mit zwei
oder mehr unterschiedlichen Erscheinungsbildern bzw. Effekten in unterschiedlichen
Farben mit wenigen Arbeitsschritten erzeugt werden können. Zudem sollen die Sicherheitselemente
idealerweise mit einer geringen Schichtdicke hergestellt werden können, um das Ein-
oder Aufbringen in Sicherheits- und Wertdokumenten zu erleichtern.
[0006] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
[0007] Die Erfindung enthält zur Lösung der genannten Aufgabe ein optisch variables Sicherheitselement
mit einem reflektiven Flächenbereich, welches insbesondere zur Absicherung von Wertgegenständen
eingesetzt werden kann. Die Flächenausdehnung des Sicherheitselements definiert dabei
eine Ebene und eine auf der Fläche senkrecht stehende z-Achse.
[0008] Der reflektive Flächenbereich enthält eine Primärstruktur in Form einer ersten Prägelackschicht
mit einer ersten eingeprägten Reliefstruktur. Die erste Prägelackschicht ist teilweise
von einer Sekundärstruktur bedeckt, so dass auf der ersten Prägelackschicht Überdeckungsbereiche
mit Sekundärstruktur und Freibereiche ohne Sekundärstruktur vorliegen.
[0009] Die Primärstruktur und die Sekundärstruktur sind mit einer gemeinsamen reflexionserhöhenden
Beschichtung versehen, so dass die reflexionserhöhende Beschichtung in den Überdeckungsbereichen
auf der Sekundärstruktur und in den Freibereichen auf der Primärstruktur angeordnet
ist.
[0010] Die reflexionserhöhende Beschichtung enthält eine Schicht eines Phasenwechselmaterials,
das in kristallinem und amorphem Materialzustand einen unterschiedlichen Farbeindruck
und/oder eine unterschiedliche Reflektivität der Beschichtung erzeugt.
[0011] Das Phasenwechselmaterial liegt dabei - in zumindest einem Abschnitt - in den Überdeckungsbereichen
in amorphem Materialzustand vor und in den Freibereichen in kristallinem Materialzustand
vor, oder liegt umgekehrt in den Überdeckungsbereichen in kristallinem Materialzustand
und in den Freibereichen in amorphem Materialzustand vor.
[0012] Die beiden Materialzustände des Phasenwechselmaterials, kristallin bzw. amorph, werden
in dieser Beschreibung auch als definierte Materialzustände des Phasenwechselmaterials
bezeichnet. Durch Wärmeeinwirkung, insbesondere durch die mit der Absorption von Strahlung
verbundene Wärmeeinwirkung, kann der Materialzustand eines Phasenwechselmaterials
geändert werden, also von einem der definierte Materialzustände in den anderen definierten
Materialzustand wechseln. Dies bedeutet konkret, dass ein Phasenwechselmaterial, das
sich im kristallinen Zustand befindet, durch die in den amorphen Zustand übergeht,
bzw. dass ein Phasenwechselmaterial, das sich im amorphen Zustand befindet, in den
kristallinen Zustand übergeht.
[0013] Vorteilhaft enthält die reflexionserhöhende Beschichtung als Phasenwechselmaterial
Ge
xSb
yTe
z oder Ag
xIn
ySb
zTe
w, insbesondere Ge
2 Sb
2 Te
5 oder Ag
3 In
4 Sb
76 Te
17. Grundsätzlich können allerdings auch andere Phasenwechselmaterialien, wie etwa VO
x, NbO
x, GeTe, GeSb, GaSb, InSb, InSbTe, InSe, SbTe, TeGeSbS, AgSbSe, SbSe, GeSbMnSn, AgSbTe,
AuSbTe, oder AlSb im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden.
[0014] Das Phasenwechselmaterial liegt in der reflexionserhöhenden Beschichtung bevorzugt
als Effektschicht mit einer Schichtdicke zwischen 1 nm und 60 nm, insbesondere zwischen
3 nm und 30 nm vor.
[0015] Mit Vorteil ist die reflexionserhöhende Beschichtung dem Reliefverlauf der Reliefstruktur
der ersten Prägelackschicht folgend ausgebildet.
[0016] Die reflexionserhöhende Beschichtung bildet mit Vorteil ein mehrschichtiges Interferenzschichtelement,
dessen unterschiedlicher Farbeindruck durch einen unterschiedlichen Brechungsindex
des enthaltenen Phasenwechselmaterials in kristallinem und amorphem Zustand entsteht.
Das Interferenzschichtelement kann insbesondere reflektierend ausgebildet sein und
dazu eine Spiegelschicht, insbesondere eine Metallschicht, beispielsweise aus Aluminium
enthalten. In einem vorteilhaften Aufbau enthält das Interferenzschichtelement eine
optionale Barriereschicht, eine Effektschicht aus dem genannten Phasenwechselmaterial,
eine Dielektrikumsschicht und eine Spiegelschicht. Das Interferenzschichtelement weist
also bevorzugt genau drei, zumindest drei oder mehr als drei Teilschichten auf. In
Ausgestaltungen kann das Interferenzschichtelement fünf (bzw. sechs, Barriereschicht)
Teilschichten umfassen, beispielsweise Absorber, Dielektrikum, Reflektor (oder Absorber),
Dielektrikum und, Absorber, wobei eine oder mehrere der Absorber-Teilschichten als
Phasenwechselmaterial vorliegen können.
[0017] Der Brechungsindexunterschied des Phasenwechselmaterials in kristallinem und amorphem
Zustand ist dabei zweckmäßig größer als 0,2 insbesondere größer als 0,4 oder sogar
größer als 0,6. Der Brechungsindexunterschied wird für einen vorgegebenen Wellenlängenbereich
mit einer Größe von zumindest 50nm bestimmt. Der vorgegebene Wellenlängenbereich liegt
im Bereich des sichtbaren Lichts und hat dort weiter bevorzugt eine Größe von 100nm
oder 150nm und entspricht bevorzugt dem Bereich des sichtbaren Lichts.
[0018] In einer bevorzugten Ausgestaltung des Sicherheitselements zeigt der reflektive Flächenbereich
zumindest zwei, aus unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen erkennbare Erscheinungsbilder.
Die Sekundärstruktur ist dabei durch eine zweite Prägelackschicht mit einer zweiten,
sich von der ersten Reliefstruktur unterscheidenden, eingeprägten Reliefstruktur gebildet,
und die beiden eingeprägten Reliefstrukturen sind in z-Richtung in unterschiedlichen
Höhenstufen angeordnet und bilden eine tiefer liegende und eine höher liegende Reliefstruktur.
Die reflexionserhöhende Beschichtung folgt dabei jeweils dem Reliefverlauf der Reliefstruktur
der ersten und zweiten Prägelackschicht.
[0019] In anderen, ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltungen ist die Sekundärstruktur durch
einen Aufdruck, eine Ätzmaske oder einen Waschfarbbereich gebildet. Zur Ausbildung
eines solchen Aufdrucks können klassische Druckverfahren wie Offsetdruck, Hochdruck,
indirekter Hochdruck, Flexodruck, Tiefdruck oder Siebdruck, aber auch digitale Druckverfahren
wie Ink-Jet-Druck, Laserdruck, Thermosublimationsdruck, Thermotransferdruck, oder
indirekter Ink-Jet-Druck wie Nanoprinting eingesetzt werden. Der Aufdruck kann farblos
oder gefärbt sein, kann transparent, transluzent oder opak ausgebildet sein und kann
auch Lumineszenzstoffe, IR-absorbierende Stoffe, magnetische Stoffe oder andere maschinenlesbare
Merkmalsstoffe enthalten.
[0020] Wenn auch wegen der auffälligen Änderung der Interferenzfarbe vorteilhaft, muss das
Phasenwechselmaterial nicht zwingend Bestandteil eines Interferenzschichtelements
sein. Die unterschiedlichen Brechungsindices der amorphen bzw. kristallinen Phase
können auch genutzt werden, um andere bereichsweise Änderungen des Farbeindrucks und/oder
der Reflektivität der reflexionserhöhenden Beschichtung zu erzeugen.
[0021] In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Sicherheitselements ist vorgesehen, dass
die Sekundärstruktur im sichtbaren Spektralbereich farblos und transparent ist und
einen Absorber oder Reflektor für einen außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs
liegenden Wellenlängenbereich enthält. Vorzugsweise stellt in diesem Fall die Sekundärstruktur
die genannte zweite Prägelackschicht mit der zweiten Reliefstruktur dar und bildet
die tieferliegende Reliefstruktur des Sicherheitselements.
[0022] In einer anderen, ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung des Sicherheitselements ist
vorgesehen, dass die Sekundärstruktur einen im sichtbaren Spektralbereich wirkenden
Absorber oder Reflektor enthält. Vorzugsweise stellt in diesem Fall die Sekundärstruktur
die genannte zweite Prägelackschicht mit der zweiten Reliefstruktur dar und bildet
die höherliegende Reliefstruktur des Sicherheitselements.
[0023] Je nach gewünschter Farbwirkung des Sicherheitselements kann die erste Prägelackschicht
farblos oder gezielt eingefärbt sein. Auch die gegebenenfalls die Sekundärstruktur
bildende zweite Prägelackschicht kann farblos oder gezielt eingefärbt sein, um zusammen
mit der reflexionserhöhenden Beschichtung eine gewünschte Farbwirkung des Sicherheitselements
zu erzielen. Eingefärbte Prägelackschichten sind vorzugsweise mit einer lasierenden
Buntfarbe oder Unbuntfarbe versehen. Zweckmäßig sind allerdings auch andere Gestaltungen,
bei denen eine oder beide Prägelackschichten mit einer Lumineszenzfarbe oder einer
Nanopartikelfarbe eingefärbt sind.
[0024] In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Reliefstruktur und/oder die gegebenenfalls
die Sekundärstruktur bildende zweite Reliefstruktur durch Mikrospiegelanordnungen
mit gerichtet reflektierenden Mikrospiegeln gebildet, insbesondere mit nicht-diffraktiv
wirkenden Spiegeln, und vorzugsweise mit planen Spiegeln, Hohlspiegeln und/oder fresnelartigen
Spiegeln. Die lateralen Abmessungen der Mikrospiegel liegen dabei zweckmäßig unterhalb
von 50 µm, vorteilhaft unterhalb von 20 µm, bevorzugt bei etwa 10 µm, also zwischen
7 µm und 13 µm. Auf der anderen Seite liegen die lateralen Abmessungen der Mikrospiegel
aber auch oberhalb von 2 µm, insbesondere oberhalb von 3 µm oder sogar oberhalb von
5 µm. Die Ganghöhe der Mikrospiegel beträgt vorzugsweise weniger als 10 µm, bevorzugt
weniger als 5 µm.
[0025] Grundsätzlich können anstelle von Mikrospiegeln auch andere geprägte Reliefstrukturen,
insbesondere Fresnellinsen, Hohlspiegel, Hologrammstrukturen, Nanostrukturen oder
diffraktive geblazte Gitter eingesetzt werden. Vorteilhaft können auch achromatische
Beugungsgitter, sogenannte Mattstrukturen verwendet werden, die im Wesentlichen weißes
Licht reflektieren. Zur Erzeugung bunter Farben können die Reliefstrukturen zumindest
der zweiten Reliefstruktur auch Subwellenstrukturen, insbesondere Subwellenlängengitter,
aufweisen, die in Kombination mit der jeweiligen reflexionserhöhenden Schicht deren
Farbe bestimmt oder zumindest mitbestimmt.
[0026] Liegen zwei Reliefstrukturen vor, so ist mit Vorteil die erste Reliefstruktur ausgelegt
und ausgebildet, um einen ersten optisch variablen Effekt in einer ersten Farbe zu
zeigen, und die zweite Reliefstruktur ist ausgelegt und ausgebildet, einen zweiten
optisch variablen Effekt in einer zweiten, unterschiedlichen Farbe zu zeigen.
[0027] In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Überdeckungsbereiche und Freibereiche
zumindest in einem Teilbereich des Flächenbereichs als regelmäßiges oder unregelmäßiges
Raster mit Rasterelementen und Rasterzwischenräumen ausgebildet, wobei die Abmessungen
der Rasterelemente und Rasterzwischenräume in einer oder beiden lateralen Richtungen
unterhalb von 140 µm, vorzugsweise zwischen 20 µm und 100 µm, insbesondere zwischen
20 µm und 60 µm liegen.
[0028] In den durch die Überdeckungsbereiche und Freibereiche gebildeten Rasterbereichen
zeigt das Sicherheitselement vorteilhaft beim Kippen oder einer entsprechenden Änderung
der Betrachtungsrichtung ein Erscheinungsbild, das plötzlich von einem ersten zu einem
zweiten Erscheinungsbild (bzw. beim Zurückkippen vom zweiten zum ersten Erscheinungsbild)
springt. Dabei erfolgt gleichzeitig und ohne Zwischen- oder Übergangsstufe eine Änderung
des dargestellten Motivs (beispielsweise eine Wertzahl oder ein Wappen) und der Farbe
(beispielsweise Magenta, Grün oder Blau). Ein solches übergangslos zwischen zwei unterschiedlichen
Motiven mit zwei unterschiedlichen Farben wechselndes Erscheinungsbild wird als binärer
Farb- und Effektwechsel bezeichnet.
[0029] Das durch die Überdeckungsbereiche und Freibereiche gebildete Raster weist vorteilhaft
eine konstante Flächendeckung durch die Rasterelemente auf, welche zweckmäßig zwischen
30% und 70%, vorzugsweise zwischen 40% und 60%, insbesondere bei etwa 50% liegt.
[0030] Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Überdeckungsbereiche und Freibereiche
zumindest in einem Teilbereich des Flächenbereichs als Effektbereich ausgebildet sind,
in dem die Überdeckungsbereiche und/oder die Freibereiche laterale Abmessungen von
mehr als 140 µm aufweisen.
[0031] In diesen Effektbereichen zeigt das Sicherheitselement vorzugsweise zwei unterschiedliche
Effekte (beispielsweise ein dreidimensionales Motiv und einen Bewegungseffekt wie
einen laufenden Balken), die in zwei unterschiedlichen Farben in Erscheinung treten.
Die Bereiche unterschiedlichen Farbeindrucks und unterschiedlicher Effekte sind dabei
exakt zueinander gepassert, was nachfolgend auch als Farbe-zu-Effekt-Passerung bezeichnet
wird.
[0032] Zumindest ein Überdeckungsbereich und/oder zumindest ein Freibereich ist bei dieser
Ausgestaltung mit Vorteil mit lateralen Abmessungen von mehr als 250 µm, vorzugsweise
von mehr als 500 µm und insbesondere von mehr als 1 mm ausgebildet.
[0033] In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die reflexionserhöhende Beschichtung vollflächig
und ohne Aussparungen ausgebildet. Alternativ können auch Negativkennzeichen in dem
Sicherheitselement vorgesehen sein, die durch Aussparungen in der reflexionserhöhenden
Beschichtung gebildet sind. Die Negativkennzeichen können beispielsweise Text, Symbole
oder Wertzahlen bilden.
[0034] Das Phasenwechselmaterial der gemeinsamen reflexionserhöhenden Beschichtung kann
in dem zumindest einen Abschnitt des Sicherheitselements, also in genau einem Abschnitt,
in mehreren Abschnitten oder vollständig, in dem beschriebenen bereichsabhängigen
Materialzustand vorliegen. Der Abschnitt kann beispielsweise einen oder mehrere der
genannten Teilbereiche und/oder Aussparungen umfassen. Beispielsweise kann das Sicherheitselements
vollständig oder nur selektiv in dem(den) Abschnitt(en) bestrahlt worden sein, wobei
zusätzlich die nur bereichsweise vorliegende Sekundärstruktur als Belichtungsmaske
gewirkt hat.
[0035] Der beschriebene reflektive Flächenbereich des Sicherheitselements kann mit anderen
Sicherheitsmerkmalen kombiniert sein, beispielsweise mit Hologrammen, insbesondere
Echtfarbenhologrammen, mit Subwellenlängengittern oder anderen Subwellenlängenstrukturen,
mit Mikrospiegelanordnungen ohne diffraktive Gitter, oder auch mit maschinenlesbaren
Sicherheitsmerkmalen, die auf speziellen Materialeigenschaften, wie elektrischer Leitfähigkeit,
magnetischen Eigenschaften, Lumineszenz, Fluoreszenz oder dergleichen basieren.
[0036] Das optisch variable Sicherheitselement kann weitere Schichten, wie etwa eine Schutz-,
Abdeck- oder eine zusätzliche Funktionsschicht, eine Primerschicht oder eine Heißsiegellackschicht
enthalten. Diese sind für die vorliegende Erfindung allerdings nicht wesentlich und
sind daher nicht näher beschrieben.
[0037] Die Erfindung enthält auch einen Datenträger mit einem Sicherheitselement der beschriebenen
Art. Bei dem Datenträger kann es sich insbesondere um ein Wertdokument, wie eine Banknote,
insbesondere eine Papierbanknote, eine Polymerbanknote oder eine Folienverbundbanknote,
um eine Aktie, eine Anleihe, eine Urkunde, einen Gutschein, einen Scheck, eine hochwertige
Eintrittskarte, aber auch um eine Ausweiskarte, wie etwa eine Kreditkarte, eine Bankkarte,
eine Barzahlungskarte, eine Berechtigungskarte, einen Personalausweis oder eine Passpersonalisierungsseite
handeln.
[0038] Die Erfindung enthält weiter ein Verfahren zum Herstellen eines optisch variablen
Sicherheitselements bei dem
B) ein Träger bereitgestellt wird, dessen Flächenausdehnung eine darauf senkrecht
stehende z-Achse definiert,
A1) in einem Flächenbereich eine erste Prägelackschicht auf den Träger aufgebracht
wird,
P1) in die erste Prägelackschicht eine erste Reliefstruktur geprägt wird, so dass
eine Primärstruktur in Form der ersten Prägelackschicht mit der ersten eingeprägten
Reliefstruktur entsteht,
A2) eine Sekundärstruktur auf die erste Prägelackschicht aufgebracht wird, wobei die
Primärstruktur teilweise von der Sekundärstruktur überdeckt wird (Überdeckungsbereiche)
und teilweise nicht überdeckt wird (Freibereiche),
R1) eine reflexionserhöhende Beschichtung auf einen nicht überdeckten Anteil der Primärstruktur
und auf die Sekundärstruktur aufgebracht wird,
R2) beim Aufbringen der reflexionserhöhenden Beschichtung ein Phasenwechselmaterial
aufgebracht wird, das in kristallinem und amorphem Materialzustand unterschiedlichen
Brechungsindex aufweist, und das in einem definierten dieser Materialzustände auf
den genannten, nicht überdeckten Anteil der Primärstruktur und auf die Sekundärstruktur
aufgebracht wird, und
R3) das Phasenwechselmaterial der reflexionserhöhenden Beschichtung von der Seite
der Primär- und Sekundärstruktur her - optional in zumindest einem Abschnitt des Sicherheitselements
- mit Strahlung beaufschlagt wird, so dass die nur teilweise vorliegende Sekundärstruktur
als Belichtungsmaske wirkt, wodurch der Materialzustand des Phasenwechselmaterials
in dem nicht überdeckten Anteil der Primärstruktur (Freibereiche) durch die Strahlungseinwirkung
geändert wird und der Materialzustand des Phasenwechselmaterials auf der Sekundärstruktur
(Überdeckungsbereiche) unverändert bleibt.
[0039] Das Phasenwechselmaterial kann dabei insbesondere mit UV-Strahlung, Strahlung aus
dem sichtbaren Spektralbereich oder IR-Strahlung beaufschlagt werden. Im letztgenannten
Fall hat sich insbesondere die Verwendung von Strahlung im nahen Infrarot (0,78 -
3 µm) oder im mittleren Infrarot (3 - 50 µm), vorzugsweise bei etwa 8 - 12 µm (CO
2 - Laser und verwandte Gaslaser) bewährt.
[0040] In einer vorteilhaften Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass die Sekundärstruktur
im sichtbaren Spektralbereich farblos und transparent ist und einen Absorber oder
Reflektor für eine außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs liegenden Spektralbereich
enthält, und die Effektschicht des Phasenwechselmaterials mit Strahlung dieses außerhalb
des sichtbaren Spektralbereichs liegenden Spektralbereichs, insbesondere mit UV-Strahlung
oder naher oder mittlerer IR-Strahlung beaufschlagt wird.
[0041] In einer anderen, ebenfalls vorteilhaften Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass
die Sekundärstruktur einen im sichtbaren Spektralbereich wirkenden Absorber enthält,
und die Effektschicht des Phasenwechselmaterials mit Strahlung aus diesem sichtbaren
Spektralbereich beaufschlagt wird.
[0042] In einer besonders vorteilhaften Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass in Schritt
A2) als Sekundärstruktur eine zweite Prägelackschicht auf die erste Prägelackschicht
aufgebracht wird, und dass zwischen Schritt A2) und Schritt R1) in einem Schritt P2)
in die zweite Prägelackschicht eine zweite, sich von der ersten Reliefstruktur unterscheidende
Reliefstruktur geprägt wird, so dass die erste Reliefstruktur und die zweite Reliefstruktur
in z-Richtung in unterschiedlichen Höhenstufen bezogen auf den Träger angeordnet sind.
[0043] Die Strahlungsbeaufschlagung kann mit einer starken Lampe erfolgen, vorzugsweise
wird eine Laserquelle eingesetzt.
[0044] Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand
der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue
Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.
Es zeigen:
[0045]
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem erfindungsgemäßen optisch variablen
Sicherheitselement,
- Fig. 2
- schematisch einen Ausschnitt des Sicherheitselements der Fig. 1 im Querschnitt,
- Fig. 3
- in (a) bis (e) Zwischenschritte bei der Herstellung des Sicherheitselements der Fig.
2,
- Fig. 4
- schematisch einen Ausschnitt des Sicherheitselements nach einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und
- Fig. 5
- in (a) bis (d) Zwischenschritte bei der Herstellung des Sicherheitselements der Fig.
4.
[0046] Die Erfindung wird nun am Beispiel von Sicherheitselementen für Banknoten erläutert.
Figur 1 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer Banknote 10 mit einem erfindungsgemäßen
optisch variablen Sicherheitselement 12 in Form eines aufgeklebten Transferelements.
Es versteht sich allerdings, dass die Erfindung nicht auf Transferelemente und Banknoten
beschränkt ist, sondern bei allen Arten von Sicherheitselementen eingesetzt werden
kann, beispielsweise bei Etiketten auf Waren und Verpackungen oder bei der Absicherung
von Dokumenten, Ausweisen, Pässen, Kreditkarten, Gesundheitskarten und dergleichen.
Bei Banknoten und ähnlichen Dokumenten kommen neben Transferelementen (wie Patches
mit oder ohne eigene Trägerschicht) beispielsweise auch Sicherheitsfäden oder Sicherheitsstreifen
in Betracht.
[0047] Das auf die Banknote 10 aufgebrachte Sicherheitselement 12 ist selbst sehr flach
ausgebildet, vermittelt dem Betrachter aber dennoch den dreidimensionalen Eindruck
eines sich scheinbar aus der Ebene der Banknote 10 herauswölbenden Motivs 14, das
mit einer ersten Farbe erscheint. In der Praxis kann das Motiv 14 beispielsweise eine
Wertzahl, ein Portrait oder ein anderes grafisches Motiv darstellen. Innerhalb des
Motivs 14 ist in einem Teilbereich 16 ein Bewegungseffekt in einer zweiten Farbe sichtbar.
Beispielsweise kann sich ein heller Balken beim Kippen der Banknote 10 entlang des
geschwungenen Teilbereichs 16 vor und zurück bewegen und einen sogenannten Rolling-Bar-Effekt
erzeugen. Die Bereiche unterschiedlicher Farbe (erste und zweite Farbe) und unterschiedlicher
Effekte (dreidimensionales Motiv bzw. laufender Balken) sind dabei exakt zueinander
gepassert. Diese Passerung wird nachfolgend auch als Farbe-zu-Effekt-Passerung bezeichnet.
[0048] Der besondere Aufbau und die erfindungsgemäße Herstellung des Sicherheitselements
12 wird nun mit Bezug auf die Figuren 2 und 3 näher erläutert, wobei Fig. 2 schematisch
einen Ausschnitt des auf die Banknote 10 aufgebrachten Sicherheitselements 12 im Querschnitt
und Fig. 3 verschiedene Zwischenschritte bei der Herstellung des Sicherheitselements
12 zeigen.
[0049] Das Sicherheitselement 12 enthält einen flächigen, transparent farblosen Träger 18,
beispielsweise eine transparente farblose PET-Folie, dessen Flächenausdehnung eine
x-y-Ebene und eine darauf senkrecht stehende z-Achse definiert. Auf dem Träger 18
ist ein mehrfarbiger reflektiver Flächenbereich angeordnet, der einen Prägestrukturbereich
mit zwei Mikrospiegel-Prägungen 24, 34 in zwei unterschiedlichen Höhenstufen enthält.
[0050] Ein erster Prägebereich 24, der die oben genannte Primärstruktur bildet, ist durch
Mikrospiegel-Prägungen gegeben, die in eine erste, auf dem Träger 18 aufgebrachte
transparente Prägelackschicht 22 eingeprägt sind und deren Grundflächen in einer ersten
Höhe über dem Träger 18 liegen. Die erste Prägelackschicht 22 ist teilweise von einer
Sekundärstruktur in Form einer zweiten Prägelackschicht 32 mit einer zweiten eingeprägten
Reliefstruktur 34 mit Mikrospiegel-Prägungen bedeckt, so dass auf der ersten Prägelackschicht
22 Überdeckungsbereiche 66 mit zweiter Prägelackschicht 32 und Freibereiche 64 ohne
zweite Prägelackschicht vorliegen.
[0051] Die zweite Prägelackschicht ist im sichtbaren Spektralbereich transparent und farblos,
enthält aber einen Absorber 38 für IR-Strahlung einer Wellenlänge von etwa 10 µm,
wie weiter unten genauer erläutert. Die Grundflächen der Mikrospiegel des zweiten
Prägebereichs 34 liegen in einer zweiten, größeren Höhe über dem Träger 18, wobei
die Höhe wie auch die Richtung der positiven z-Achse vom Träger 18 ausgehend angegeben
wird. Da das Sicherheitselement 12 des Ausführungsbeispiels der Figuren 2 und 3 auf
Betrachtung von der Seite des Trägers 18 her ausgelegt ist, erstreckt sich die z-Achse
in der Darstellung Fig. 2 vom Träger weg nach unten.
[0052] Die Mikrospiegelprägungen bzw. Mikrospiegelanordnungen 24, 34 enthalten jeweils eine
Vielzahl von gegen die x-y-Ebene geneigten Mikrospiegeln, deren lokalen Neigungswinkel
gerade so gewählt sind, dass die Reliefstrukturen der Mikrospiegelprägungen 24, 34
im Zusammenspiel mit der Farbwirkung der nachfolgend beschriebene reflexionserhöhenden
Beschichtung 40 ein gewünschtes optisches Erscheinungsbild erzeugen. Konkret sind
die Neigungswinkel der Mikrospiegel im Ausführungsbeispiel so gewählt, dass die Mikrospiegelanordnungen
24, 26 den herausgewölbten dreidimensionalen Eindruck des Motivs 14 und den Rolling-Bar-Effekt
des Teilbereichs 16 erzeugen.
[0053] Die Mikrospiegel der Mikrospiegelprägungen 24, 34 weisen im Ausführungsbeispiel eine
laterale Abmessung von 10 x 10 µm
2 und eine maximale Höhe von 3,5 µm auf. Der auf die Grundflächen bezogene Höhenversatz
kann beispielsweise 6 µm betragen.
[0054] Als Besonderheit sind die beiden Mikrospiegelanordnung 24, 34 mit einer gemeinsamen,
jeweils dem Reliefverlauf der Prägelackschicht 22 bzw. 32 folgenden, reflexionserhöhenden
Beschichtung 40 versehen, welche in den Überdeckungsbereichen 66 auf der zweiten Prägelackschicht
32 und in den Freibereichen 64 auf der ersten Prägelackschicht 22 liegt.
[0055] Die reflexionserhöhende Beschichtung 40 bildet ein mehrschichtiges Interferenzschichtelement,
das im Ausführungsbeispiel ausgehend von den Prägelackschichten aus einer 5 bis 30
nm dicken Barriereschicht 42 aus SiO
2, einer 3 bis 30 nm dicken Effektschicht 44 eines Phasenwechselmaterials, einer 50
bis 500 nm dicken Dielektrikumsschicht 46 aus SiO
2 und einer 10 bis 50 nm dicken Spiegelschicht 48 aus Aluminium besteht. Als Phasenwechselmaterial
können dabei beispielsweise GeSbTe oder AgInSbTe eingesetzt sein.
[0056] In den Überdeckungsbereichen 66 liegt das Phasenwechselmaterial dabei in amorphem
Zustand 44-A vor, während es in den Freibereichen 64 in kristallinem Zustand 44-K
vorliegt. Wie oben erläutert, weist das Phasenwechselmaterial in kristallinem und
amorphem Zustand einen unterschiedlichen Brechungsindex auf, so dass der Farbeindruck
des Interferenzschichtelements je nach dem Materialzustand des enthaltenen Phasenwechselmaterials
unterscheidet. Das durch die Schichten 42, 44-A/44-K, 46, 48 gebildete Interferenzschichtelement
erscheint daher in den Überdeckungsbereichen 66 mit einem ersten Farbeindruck und
in den Freibereichen 64 mit einem zweiten, unterschiedlichen Farbeindruck.
[0057] Der Unterschied der Brechungsindices im kristallinen und amorphen Zustand des Phasenwechselmaterials
beträgt typischerweise mehr als 0,2, so dass sich in den Überdeckungsbereichen 66
und den Freibereichen 64 ein deutlich unterschiedlicher Farbeindruck ergibt. Die Brechungsindices
können für sichtbares Licht beispielsweise n=2,4 im hochbrechenden und n=1,6 im niedrigbrechenden
Zustand betragen, wodurch sich ein Brechungsindexunterschied von Δn=0,8 ergibt.
[0058] Da das Vorliegen der unterschiedlichen Materialzustände des Phasenwechselmaterials
genau auf die Grenzen der Mikrospiegelanordnungen der Überdeckungsbereiche 66 und
der Freibereiche 64 ausgerichtet ist, ergibt sich für den Betrachter 50 eine perfekte
Passerung der durch die Mikrospiegel erzeugten unterschiedlichen Effekte und der durch
das Phasenwechselmaterial erzeugten unterschiedlichen Farbeindrücke.
[0059] Konkret sind im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 die beiden Mikrospiegelanordnungen
24, 34 im Flächenbereich des Sicherheitselements 12 jeweils unmittelbar aneinander
angrenzend angeordnet, wobei ein Überdeckungsbereich 66 beispielsweise durch einen
5 mm breiten und 2 cm langen gekrümmten Streifen innerhalb eines 2,5 x 2,5 cm
2 großen Flächenbereichs gebildet ist.
[0060] Im Überdeckungsbereich 66 blickt der Betrachter durch die beiden transparenten Prägelackschichten
22, 32 hindurch auf die tiefer liegende Mikrospiegelanordnung 34, in der das Phasenwechselmaterial
in seiner amorphen Phase mit Brechungsindex n
A vorliegt, so dass das reflektierende Interferenzschichtelement 42/44-A/46/48 mit
einem ersten Farbeindruck erscheint.
[0061] Im den Überdeckungsbereich umgebenden Freibereich 64 blickt der Betrachter nur durch
die erste transparente Prägelackschicht 22 hindurch auf die höher liegende Mikrospiegelanordnung
24, in der das Phasenwechselmaterial in seiner kristallinen Phase mit Brechungsindex
n
K, mit |n
K-n
A|> 0,2 vorliegt, so dass das reflektierende Interferenzschichtelement 42/44-K/46/48
dort mit einem zweiten, unterschiedlichen Farbeindruck erscheint.
[0062] Da der Höhenunterschied der beiden Mikrospiegelanordnungen 24, 34 im Bereich von
einigen Mikrometern liegt, ist er für den Betrachter nicht wahrnehmbar, so dass die
beiden verschiedenfarbigen Motive und die unterschiedlichen Effekte in exaktem Passer
nebeneinander angeordnet zu sein scheinen.
[0063] Die erfindungsgemäße Herstellung des Sicherheitselements 12 wird nun mit Bezug auf
die Figur 3 näher beschrieben, wobei (a) bis (e) jeweils Zwischenschritte bei der
Herstellung des Sicherheitselements zeigen.
[0064] Zunächst wird mit Bezug auf Fig. 3(a) ein transparenter Träger 18, beispielsweise
eine transparente, farblose PET-Folie bereitgestellt und mit einer Primärstruktur
in Form einer ersten, transparenten und farblosen Prägelackschicht 22 versehen. Mit
einem selbst nicht gezeigten Prägewerkzeug wird die Mikrospiegelprägung 24, die das
gewünschte Motiv 14 des Sicherheitselements 12 erzeugt, in die erste Prägelackschicht
22 eingeprägt. Beim Einsatz eines UV-Prägelacks wird die Prägelackschicht 22 anschließend
gehärtet.
[0065] Auf die erste Prägelackschicht 22 wird mit einem selbst nicht gezeigten Druckzylinder
im gewünschten Überdeckungsbereich 66 des laufenden Balkens eine Sekundärstruktur
in Form einer zweiten Prägelackschicht 32 aufgedruckt, wie in Fig. 3(b) dargestellt.
Die zweite Prägelackschicht 32 enthält einen Absorber 38 für die Infrarotstrahlung
eines CO
2-Lasers bei 10,6 µm, ist aber im sichtbaren Spektralbereich transparent und farblos.
[0066] Mit Bezug auf Fig. 3(c) wird die zweite Prägelackschicht 32 dann mit einem selbst
nicht gezeigten Prägewerkzeug mit der den Rolling-Bar-Effekt erzeugenden Mikrospiegelprägung
34 versehen. Wird ein UV-Prägelack eingesetzt, so wird die Prägelackschicht 32 anschließend
gehärtet.
[0067] Auf die so gebildete Gesamt-Reliefstruktur, die durch die erste Reliefstruktur 24
der ersten Prägelackschicht 22 und die in dem Überdeckungsbereich 66 über der ersten
Prägelackschicht 22 liegende zweite Reliefstruktur 34 der zweiten Prägelackschicht
32 gebildet ist, wird dann vollflächig eine mehrschichtige reflexionserhöhende Beschichtung
40' aufgebracht. Dazu wird zunächst eine 5 bis 30 nm dicke SiO
2-Schicht 42 aufgebracht, die als Barriereschicht dient. Auf die Barriereschicht wird
eine 3 bis 30 nm dicke Effektschicht 44 eines Phasenwechselmaterials, beispielsweise
Ge
2Sb
2Te
5, aufgebracht, die nach ihrem Aufbringen zunächst durchgehend in ihrem amorphen Zustand
44-A vorliegt und daher sowohl im Überdeckungsbereich 66 als auch im Freibereich 64
einen Brechungsindex n
A aufweist. Um das reflektierende Interferenzschichtelement zu komplettieren, werden
noch eine 50 bis 500 nm dicke SiO
2-Schicht als Dielektrikumsschicht 46 und eine 10 bis 50 nm dicke Spiegelschicht 48
aus Aluminium aufgebracht.
[0068] Die Strukturseite der beschichteten Gesamt-Reliefstruktur wird dann mit einer Lackbeschichtung
36 und gegebenenfalls weiteren Beschichtungen versehen und dadurch der Schichtaufbau
an sich fertiggestellt, wie in Fig. 3(d) dargestellt.
[0069] Die Farbwirkung der aufgebrachten reflexionserhöhenden Beschichtung 40' ist in diesem
Zustand im Überdeckungsbereich 66 und im Freibereich 64 gleich und im Wesentlichen
durch den Brechungsindex n
A des Phasenwechselmaterials des gebildeten Interferenzschichtelements bestimmt.
[0070] Die reflexionserhöhende Beschichtung 40' wird nun von der Seite der Trägerfolie 18
her vollflächig mit der Infrarotstrahlung 60 eines CO
2-Lasers einer Wellenlänge von 10,6 µm beaufschlagt, wie in Fig. 3(e) dargestellt.
Im Freibereich 64 wird das Phasenwechselmaterial der Schicht 40' durch die von der
IR-Strahlung 60 erzeugte Wärme kristallisiert und dadurch in die kristalline Phase
44-K mit Brechungsindex n
K umgewandelt. Im Überdeckungsbereich 66 wird die Strahlung 60 durch den IR-Absorber
38 der zweiten Prägelackschicht 32 absorbiert und erreicht daher das Phasenwechselmaterial
der Schicht 40' nicht - dort bleibt das Phasenwechselmaterial im amorphen Zustand
mit Brechungsindex n
A erhalten.
[0071] Da die zweite Prägelackschicht 32 mit dem enthaltenen IR-Absorber auf diese Weise
als Belichtungsmaske für die IR-Strahlung 60 wirkt, findet die Umwandlung der amorphen
in die kristalline Phase des Phasenwechselmaterials in perfektem Register zur Form
und Lage des Überdeckungsbereichs 66 bzw. des Freibereichs 64 statt.
[0072] Die durch den Belichtungs- und Umwandlungsschritt gebildete reflexionserhöhende Beschichtung
40 enthält zwei Teilbereiche mit unterschiedlichem Brechungsindex des Phasenwechselmaterials
und damit unterschiedlicher Farbwirkung der Beschichtung, welche im perfekten Register
zu der Form und Lage der Mikrospiegelprägungen 24, 34 stehen. Im Überdeckungsbereich
66 ist die Farbwirkung der Beschichtung 40 nach wie vor durch den Brechungsindex n
A des amorphen Phasenwechselmaterials im Interferenzschichtstapel 42/44-A/46/48 bestimmt,
während im Freibereich 64 die Farbwirkung der Beschichtung 40 durch den Brechungsindex
n
K des kristallinen Phasenwechselmaterials im Interferenzschichtstapel 42/44-K/46/48
bestimmt ist. Das fertige Sicherheitselement 12 zeigt daher bei Betrachtung die oben
beschriebene Farbe-zu-Effekt-Passerung.
[0073] In einer Abwandlung des beschriebenen Verfahrens kann auch eine Prägelackschicht
32 ohne Absorber eingesetzt werden - hierzu können die Schichtdicken der Prägelackschicht
22 und der Prägelackschicht 32 so abgestimmt werden, dass die mit der Schichtdicke
exponentiell ansteigende Absorption des Prägelacks selbst ausreicht, um einerseits
eine Umwandlung des Phasenwechselmaterials im Freibereich 64 niedriger Gesamtschichtdicke
zu bewirken, und andererseits im Überdeckungsbereich 66 durch die höhere absorbierende
Schichtdicke eine Umwandung auszuschließen.
[0074] Weiter kann die Umwandlung des Phasenwechselmaterials auch durch Beaufschlagung mit
Strahlung einer anderen Wellenlänge, insbesondere mit IR-Strahlung, sichtbarem Licht
oder UV-Strahlung erfolgen. Es muss lediglich eine ausreichend starke Diskrimination
zwischen der Strahlungsdurchlässigkeit innerhalb und außerhalb des Überdeckungsbereichs
66 sichergestellt sein, um eine selektive Umwandlung des Phasenwechselmaterials nur
außerhalb des Überdeckungsbereichs 66 zu bewirken.
[0075] Die Figuren 4 und 5 illustrieren ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit
einem invertierten Schichtaufbau, bei dem die Betrachtung nicht durch die Trägerfolie,
sondern von der gegenüberliegenden Seite der Prägestrukturen her erfolgt. Die zweite
Prägelackschicht kann in dieser Variante mit einem im Sichtbaren absorbierenden Absorber
versehen werden, da bei der Betrachtung nicht durch diese Prägelackschicht hindurchgesehen
wird.
[0076] Figur 4 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines fertigen Sicherheitselements 70
nach dieser Erfindungsvariante, während Fig. 5 verschiedene Zwischenschritte bei der
Herstellung des Sicherheitselements 70 zeigt.
[0077] Das Sicherheitselement 70 enthält einen flächigen, transparenten und farblosen Träger
18, dessen Flächenausdehnung eine x-y-Ebene und eine darauf senkrecht stehende z-Achse
definiert. Wie bei der Ausgestaltung der Figuren 2 und 3 ist auf dem Träger 18 ein
mehrfarbiger reflektiver Flächenbereich angeordnet, der einen Prägestrukturbereich
mit zwei Mikrospiegel-Prägungen 24, 34 in zwei unterschiedlichen Höhenstufen enthält.
[0078] Ein erster Prägebereich 24, der die oben genannte Primärstruktur bildet, ist dabei
durch Mikrospiegel-Prägungen gegeben, die in eine erste, auf dem Träger 18 aufgebrachte
transparente Prägelackschicht 22 eingeprägt sind und deren Grundflächen in einer ersten
Höhe über dem Träger 18 liegen. Die erste Prägelackschicht 22 ist teilweise von einer
zweiten Prägelackschicht 72 mit einer Sekundärstruktur in Form einer zweiten eingeprägten
Reliefstruktur 34 mit Mikrospiegel-Prägungen bedeckt, so dass auf der ersten Prägelackschicht
22 Überdeckungsbereiche 66 mit zweiter Prägelackschicht 72 und Freibereiche 64 ohne
zweite Prägelackschicht vorliegen.
[0079] Die zweite Prägelackschicht 72 enthält einen Absorber für UV- oder Blaulicht, der
im sichtbaren Spektralbereich blau/ violett erscheint. Die Grundflächen der Mikrospiegel
des zweiten Prägebereichs liegen in einer zweiten, größeren Höhe über dem Träger 18,
wobei die Höhe wie auch die Richtung der positiven z-Achse vom Träger 18 ausgehend
gemessen wird. Da das Sicherheitselement 70 des Ausführungsbeispiels der Figuren 4
und 5 auf Betrachtung von der Oberseite, also der Seite der Mikrospiegelprägungen
24, 34 her ausgelegt ist, erstreckt sich die z-Achse in der Darstellung Fig. 4 vom
Träger weg nach oben.
[0080] Die Mikrospiegelprägungen bzw. Mikrospiegelanordnungen 24, 34 enthalten auch bei
dieser Ausgestaltung jeweils eine Vielzahl von gegen die x-y-Ebene geneigten Mikrospiegeln,
deren lokalen Neigungswinkel gerade so gewählt sind, dass die Reliefstrukturen der
Mikrospiegelprägungen 24, 34 im Zusammenspiel mit der Farbwirkung der reflexionserhöhenden
Beschichtung 80 ein gewünschtes optisches Erscheinungsbild erzeugen. Konkret können
die Neigungswinkel der Mikrospiegel wieder so gewählt sein, dass die Mikrospiegelanordnungen
24, 26 den herausgewölbten dreidimensionalen Eindruck des Motivs 14 und den Rolling-Bar-Effekt
des Teilbereichs 16 erzeugen. Die Größen und Höhen der Mikrospiegel können wie bei
der Ausgestaltung der Figuren 2 und 3 gewählt sein.
[0081] Die beiden Mikrospiegelanordnung 24, 34 sind mit einer gemeinsamen, jeweils dem Reliefverlauf
der Reliefstruktur der Prägelackschicht 22 bzw. 72 folgenden reflexionserhöhenden
Beschichtung 80 versehen, welche in den Überdeckungsbereichen 66 auf der zweiten Prägelackschicht
72 und in den Freibereichen 64 auf der ersten Prägelackschicht 22 angeordnet ist.
[0082] Wie bei der Ausgestaltung der Figuren 2 und 3 bildet die reflexionserhöhende Beschichtung
80 ein mehrschichtiges Interferenzschichtelement, allerdings mit umgekehrter Schichtreihenfolge.
Die reflexionserhöhende Beschichtung 80 besteht ausgehend von den Prägelackschichten
aus einer 10 bis 50 nm dicken Spiegelschicht 82 aus Aluminium, einer 50 bis 500 nm
dicken Dielektrikumsschicht 84 aus SiO
2, einer 3 bis 30 nm dicken Effektschicht 86 eines Phasenwechselmaterials und einer
5 bis 30 nm dicken Barriereschicht 88 aus SiO
2. Als Phasenwechselmaterial können beispielsweise GeSbTe oder AgInSbTe eingesetzt
sein. Die beschichteten Mikrospiegelanordnungen sind mit einer transparenten Lackschicht
36 eingeebnet.
[0083] Im Überdeckungsbereich 66 liegt das Phasenwechselmaterial in amorpher Form 86-A mit
Brechungsindex n
A vor, während es im Freibereich 64 in kristallinem Zustand 86-K mit Brechungsindex
n
K, mit |n
K-n
A|> 0,2 vorliegt. Da die unterschiedlichen kristallinen bzw. amorphen Materialzustände
des Phasenwechselmaterials genau auf die Grenzen der Mikrospiegelanordnungen der Überdeckungsbereiche
und der Freibereiche ausgerichtet sind, ergibt sich für den Betrachter 50 auch bei
diesem Ausführungsbeispiel eine perfekte Farbe-zu-Effekt-Passerung.
[0084] Konkret sind bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 die beiden Mikrospiegelanordnungen
24, 34 im Flächenbereich des Sicherheitselements 70 jeweils unmittelbar aneinander
angrenzend angeordnet, wobei ein Überdeckungsbereich 66 beispielsweise durch einen
5 mm breiten und 2 cm langen gekrümmten Streifen innerhalb eines 2,5 x 2,5 cm
2 großen Flächenbereichs gebildet ist.
[0085] Im Überdeckungsbereich 66 blickt der Betrachter 50 durch die transparente Lackschicht
36 auf die höher liegende Mikrospiegelanordnung 34, in der das Phasenwechselmaterial
in seiner amorphen Phase mit Brechungsindex n
A vorliegt, so dass das reflektierende Interferenzschichtelement 82/84/86-A/88 mit
einem ersten Farbeindruck erscheint.
[0086] Im Freibereich 64 blickt der Betrachter auf die tiefer liegende Mikrospiegelanordnung
24, in der das Phasenwechselmaterial in seiner kristallinen Phase mit Brechungsindex
n
K vorliegt, so dass das reflektierende Interferenzschichtelement 82/84/86-K/88 dort
mit einem zweiten Farbeindruck erscheint.
[0087] Da der Höhenunterschied der beiden Mikrospiegelanordnungen 24, 34 im Bereich von
einigen Mikrometern liegt, ist er für den Betrachter nicht wahrnehmbar, so dass die
beiden verschiedenfarbigen Motive und die unterschiedlichen Effekte in exaktem Passer
nebeneinander angeordnet zu sein scheinen.
[0088] Die erfindungsgemäße Herstellung des Sicherheitselements 70 wird nun mit Bezug auf
die Figur 5 näher beschrieben, wobei (a) bis (d) jeweils Zwischenschritte bei der
Herstellung des Sicherheitselements zeigen.
[0089] Zunächst wird mit Bezug auf Fig. 5(a) ein transparenter Träger 18, beispielsweise
eine transparent farblose PET-Folie bereitgestellt und mit einer Primärstruktur in
Form einer ersten, transparenten und farblosen Prägelackschicht 22 versehen. Mit einem
selbst nicht gezeigten Prägewerkzeug wird die Mikrospiegelprägung 24, die das gewünschte
Motiv 14 des Sicherheitselements 70 erzeugt, in die erste Prägelackschicht 22 eingeprägt.
Beim Einsatz eines UV-Prägelacks wird die Prägelackschicht 22 anschließend gehärtet.
[0090] Auf die erste Prägelackschicht 22 wird mit einem selbst nicht gezeigten Druckzylinder
im gewünschten Überdeckungsbereich 66 des laufenden Balkens eine Sekundärstruktur
in Form einer zweiten Prägelackschicht 72 aufgedruckt, wie in Fig. 3(b) dargestellt.
Die zweite Prägelackschicht 32 enthält einen Absorber für UV- oder Blaulicht, der
im sichtbaren Spektralbereich blau/violett erscheint. Die zweite Prägelackschicht
72 wird dann mit einem selbst nicht gezeigten Prägewerkzeug mit der den Rolling-Bar-Effekt
erzeugenden Mikrospiegelprägung 34 versehen. Wird ein UV-Prägelack eingesetzt, so
wird die Prägelackschicht 72 anschließend gehärtet.
[0091] Auf die so gebildete Gesamt-Reliefstruktur, die durch die erste Reliefstruktur 24
der ersten Prägelackschicht 22 und die in den Überdeckungsbereichen über der ersten
Prägelackschicht 22 liegende zweite Reliefstruktur 34 der zweiten Prägelackschicht
72 gebildet ist, wird dann vollflächig eine mehrschichtige reflexionserhöhende Beschichtung
80' aufgebracht. Dazu werden eine 10 bis 50 nm dicken Spiegelschicht 82 aus Aluminium,
eine 50 bis 500 nm dicken Dielektrikumsschicht 84 aus SiO
2, eine 3 bis 30 nm dicke Effektschicht 86 eines Phasenwechselmaterials und eine 5
bis 30 nm dicken Barriereschicht 88 aus SiO
2 aufgebracht.
[0092] Die Strukturseite der beschichteten Gesamt-Reliefstruktur wird dann mit einer Lackbeschichtung
36 und gegebenenfalls weiteren Beschichtungen versehen und dadurch der Schichtaufbau
an sich fertiggestellt, wie in Fig. 5(c) dargestellt.
[0093] Das Phasenwechselmaterial der Effektschicht 86 liegt nach seinem Aufbringen zunächst
durchgehend in seinem amorphen Zustand vor. Die Farbwirkung der aufgebrachten reflexionserhöhenden
Beschichtung 80' ist in diesem Zustand im Überdeckungsbereich 66 und im Freibereich
64 gleich und im Wesentlichen durch den Brechungsindex n
A des Phasenwechselmaterials des gebildeten Interferenzschichtelements bestimmt.
[0094] Die reflexionserhöhende Beschichtung 80' wird nun von der Seite der Trägerfolie 18
her vollflächig mit der Strahlung 90 einer UV-Quelle oder Blaulichtquelle beaufschlagt,
wie in Fig. 5(d) dargestellt.
[0095] Die dünne Aluminiumschicht 82 ist in diesem Spektralbereich ausreichend transparent,
um im Freibereich 64 einen großen Teil der einfallenden Strahlung 90 zu dem Phasenwechselmaterial
86 zu transmittieren und dieses durch die erzeugte Wärme zu kristallisieren und in
die kristalline Phase mit Brechungsindex n
K umzuwandeln. Im Überdeckungsbereich 66 wird die einfallende Strahlung 90 dagegen
durch den UV-oder Blauabsorber der Prägelackschicht 72 absorbiert und erreicht daher
das Phasenwechselmaterial 86 der Schicht 80' nicht - dort bleibt das Phasenwechselmaterial
im amorphen Zustand mit Brechungsindex n
A erhalten.
[0096] Da die zweite Prägelackschicht 72 mit ihrem UV-oder Blauabsorber auf diese Weise
als Belichtungsmaske für die Strahlung 90 wirkt, findet die Umwandlung der amorphen
in die kristalline Phase des Phasenwechselmaterials in perfektem Register zur Form
und Lage des Überdeckungsbereichs 66 bzw. des Freibereichs 64 statt.
[0097] Die durch den Belichtungs- und Umwandlungsschritt gebildete reflexionserhöhende Beschichtung
80 enthält zwei Teilbereiche mit unterschiedlichem Brechungsindex des Phasenwechselmaterials
und damit unterschiedlicher Farbwirkung der Beschichtung, welche im perfekten Register
zu der Form und Lage der Mikrospiegelprägungen 24, 34 stehen. Im Überdeckungsbereich
66 ist die Farbwirkung der Beschichtung 80 nach wie vor durch den Brechungsindex n
A des amorphen Phasenwechselmaterials im Interferenzschichtstapel bestimmt, während
im Freibereich 64 die Farbwirkung der Beschichtung 80 durch den Brechungsindex n
K des kristallinen Phasenwechselmaterials im Interferenzschichtstapel bestimmt ist.
Das fertige Sicherheitselement 70 zeigt daher bei Betrachtung die oben beschriebene
Farbe-zu-Effekt-Passerung.
[0098] Auch bei dieser Ausgestaltung kann die Umwandlung des Phasenwechselmaterials selbstverständlich
auch durch Beaufschlagung mit Strahlung anderer Wellenlänge erfolgen. Es muss lediglich
eine ausreichende Diskrimination zwischen der Strahlungsdurchlässigkeit innerhalb
und außerhalb des Überdeckungsbereichs 66 sichergestellt sein, um eine selektive Umwandlung
des Phasenwechselmaterials nur außerhalb des Überdeckungsbereichs 66 zu bewirken.
Bezugszeichenliste
[0099]
- 10
- Banknote
- 12
- Sicherheitselement
- 14
- Motiv
- 16
- Teilbereichs
- 18
- Träger
- 22
- erste Prägelackschicht
- 24
- erste Prägestruktur
- 32
- zweite Prägelackschicht
- 34
- zweite Prägestruktur
- 36
- Lackbeschichtung
- 38
- Absorber
- 40, 40'
- reflexionserhöhende Beschichtung
- 42
- Barriereschicht
- 44
- Effektschicht
- 44-A, 44-K
- Materialzustände des Phasenwechselmaterials
- 46
- Dielektrikumsschicht
- 48
- Spiegelschicht
- 50
- Betrachter
- 60
- Infrarotstrahlung
- 64
- Freibereich
- 66
- Überdeckungsbereich
- 70
- Sicherheitselement
- 72
- zweite Prägelackschicht
- 80, 80'
- reflexionserhöhende Beschichtung
- 82
- Spiegelschicht
- 84
- Dielektrikumsschicht
- 86
- Effektschicht
- 86-A, 86-K
- Materialzustände des Phasenwechselmaterials
- 88
- Barriereschicht
- 90
- Strahlung
1. Optisch variables Sicherheitselement zur Absicherung von Wertgegenständen, dessen
Flächenausdehnung eine darauf senkrecht stehende z-Achse definiert, mit einem reflektiven
Flächenbereich, wobei
- der reflektive Flächenbereich eine Primärstruktur in Form einer ersten Prägelackschicht
mit einer ersten eingeprägten Reliefstruktur enthält,
- die erste Prägelackschicht teilweise von einer Sekundärstruktur bedeckt ist, so
dass auf der ersten Prägelackschicht Überdeckungsbereiche mit Sekundärstruktur und
Freibereiche ohne Sekundärstruktur vorliegen,
- die Primärstruktur und die Sekundärstruktur mit einer gemeinsamen reflexionserhöhenden
Beschichtung versehen sind, so dass die reflexionserhöhende Beschichtung in den Überdeckungsbereichen
auf der Sekundärstruktur und in den Freibereichen auf der Primärstruktur angeordnet
ist,
- wobei die reflexionserhöhende Beschichtung eine Schicht eines Phasenwechselmaterials
enthält, das in kristallinem und amorphem Materialzustand einen unterschiedlichen
Farbeindruck und/oder eine unterschiedliche Reflektivität der Beschichtung erzeugt,
und
- wobei in zumindest einem Abschnitt das Phasenwechselmaterial in den Überdeckungsbereichen
in amorphem Materialzustand vorliegt und in den Freibereichen in kristallinem Materialzustand
vorliegt, oder umgekehrt.
2. Sicherheitselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die reflexionserhöhende Beschichtung als Phasenwechselmaterial GexSbyTez oder AgxInySbzTew, insbesondere Ge2 Sb2 Te5 oder Ag3 In4 Sb76 Te17 enthält.
3. Sicherheitselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial in der reflexionserhöhenden Beschichtung als Effektschicht
mit einer Schichtdicke zwischen 1 nm und 60 nm, insbesondere zwischen 3 nm und 30
nm vorliegt.
4. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die reflexionserhöhende Beschichtung ein mehrschichtiges Interferenzschichtelement
bildet, dessen unterschiedlicher Farbeindruck durch einen unterschiedlichen Brechungsindex
des enthaltenen Phasenwechselmaterials in kristallinem und amorphem Zustand entsteht.
5. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindexunterschied des Phasenwechselmaterials in kristallinem und amorphem
Zustand größer als 0,2 insbesondere größer als 0,4 oder sogar größer als 0,6 ist,
für einen vorgegebenen Wellenlängenbereich mit einer Größe von zumindest 50nm.
6. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der reflektive Flächenbereich zumindest zwei, aus unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen
erkennbare Erscheinungsbilder zeigt,
- die Sekundärstruktur durch eine zweite Prägelackschicht mit einer zweiten, sich
von der ersten Reliefstruktur unterscheidenden, eingeprägten Reliefstruktur gebildet
ist, und die beiden eingeprägten Reliefstrukturen in z-Richtung in unterschiedlichen
Höhenstufen angeordnet sind und eine tiefer liegende und eine höher liegende Reliefstruktur
bilden, und
- die reflexionserhöhende Beschichtung jeweils dem Reliefverlauf der Reliefstruktur
der ersten und zweiten Prägelackschicht folgt.
7. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärstruktur durch einen Aufdruck, eine Ätzmaske oder einen Waschfarbbereich
gebildet ist.
8. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärstruktur im sichtbaren Spektralbereich farblos und transparent ist und
einen Absorber oder Reflektor für einen außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs
liegenden Wellenlängenbereich enthält, vorzugsweise, dass die Sekundärstruktur die
genannte zweite Prägelackschicht mit der zweiten Reliefstruktur darstellt und die
tieferliegende Reliefstruktur des Sicherheitselements bildet.
9. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärstruktur einen im sichtbaren Spektralbereich wirkenden Absorber oder
Reflektor enthält, vorzugsweise dass die Sekundärstruktur die genannte zweite Prägelackschicht
mit der zweiten Reliefstruktur darstellt und die höherliegende Reliefstruktur des
Sicherheitselements bildet.
10. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reliefstruktur und/oder die gegebenenfalls die Sekundärstruktur bildende
zweite Reliefstruktur durch Mikrospiegelanordnungen mit gerichtet reflektierenden
Mikrospiegeln gebildet sind, insbesondere mit nicht-diffraktiv wirkenden Spiegeln,
und vorzugsweise mit planen Spiegeln, Hohlspiegeln und/oder fresnelartigen Spiegeln.
11. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Überdeckungsbereiche und Freibereiche zumindest in einem Teilbereich des Flächenbereichs
als regelmäßiges oder unregelmäßiges Raster mit Rasterelementen und Rasterzwischenräumen
ausgebildet sind, wobei die Abmessungen der Rasterelemente und Rasterzwischenräume
in einer oder beiden lateralen Richtungen unterhalb von 140 µm, vorzugsweise zwischen
20 µm und 100 µm, insbesondere zwischen 20 µm und 60 µm liegen.
12. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Überdeckungsbereiche und Freibereiche zumindest in einem Teilbereich des Flächenbereichs
als Effektbereich ausgebildet sind, in dem die Überdeckungsbereiche und/oder die Freibereiche
laterale Abmessungen von mehr als 140 µm aufweisen.
13. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sicherheitselement durch Aussparungen in der reflexionserhöhenden Beschichtung
Negativkennzeichen gebildet sind.
14. Datenträger mit einem optisch variablen Sicherheitselement nach wenigstens einem der
Ansprüche 1 bis 13.
15. Verfahren zum Herstellen eines optisch variablen Sicherheitselements, bei dem
B) ein Träger bereitgestellt wird, dessen Flächenausdehnung eine darauf senkrecht
stehende z-Achse definiert,
A1) in einem Flächenbereich eine erste Prägelackschicht auf den Träger aufgebracht
wird,
P1) in die erste Prägelackschicht eine erste Reliefstruktur geprägt wird, wodurch
eine Primärstruktur in Form der ersten Prägelackschicht mit der ersten eingeprägten
Reliefstruktur entsteht,
A2) eine Sekundärstruktur auf die erste Prägelackschicht aufgebracht wird, wobei die
Primärstruktur teilweise von der Sekundärstruktur überdeckt wird und teilweise nicht
überdeckt wird,
R1) eine reflexionserhöhende Beschichtung auf einen nicht überdeckten Anteil der Primärstruktur
und auf die Sekundärstruktur aufgebracht wird,
R2) beim Aufbringen der reflexionserhöhenden Beschichtung ein Phasenwechselmaterial
aufgebracht wird, das in kristallinem und amorphem Materialzustand unterschiedlichen
Brechungsindex aufweist, und das in einem definierten dieser Materialzustände auf
den genannten, nicht überdeckten Anteil der Primärstruktur und auf die Sekundärstruktur
aufgebracht wird, und
R3) das Phasenwechselmaterial der reflexionserhöhenden Beschichtung - optional in
zumindest einem Abschnitt des Sicherheitselements - von der Seite der Primär- und
Sekundärstruktur her mit Strahlung beaufschlagt wird, so dass die nur teilweise vorliegende
Sekundärstruktur als Belichtungsmaske wirkt, wodurch der Materialzustand des Phasenwechselmaterials
in dem nicht überdeckten Anteil der Primärstruktur durch die Strahlungseinwirkung
geändert wird und der Materialzustand des Phasenwechselmaterials auf der Sekundärstruktur
unverändert bleibt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärstruktur im sichtbaren Spektralbereich farblos und transparent ist und
einen Absorber oder Reflektor für eine außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs liegenden
Spektralbereich enthält, und die Effektschicht des Phasenwechselmaterials mit Strahlung
dieses außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs liegenden Spektralbereichs, insbesondere
mit UV-Strahlung oder naher oder mittlerer IR-Strahlung beaufschlagt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärstruktur einen im sichtbaren Spektralbereich wirkenden Absorber oder
Reflektor enthält, und die Effektschicht des Phasenwechselmaterials mit Strahlung
aus diesem sichtbaren Spektralbereich beaufschlagt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
- in Schritt A2) als Sekundärstruktur eine zweite Prägelackschicht auf die erste Prägelackschicht
aufgebracht wird, und dass
- zwischen Schritt A2) und Schritt R1) in einem Schritt P2) in die zweite Prägelackschicht
eine zweite, sich von der ersten Reliefstruktur unterscheidende Reliefstruktur geprägt
wird, so dass die erste Reliefstruktur und die zweite Reliefstruktur in z-Richtung
in unterschiedlichen Höhenstufen bezogen auf den Träger angeordnet sind.