SICHERHEITSELEMENT MIT ZWEIDIMENSIONALER NANOSTRUKTUR UND HERSTELLVERFAHREN FÜR DIESES SICHERHEITSELEMENT

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement für ein Wertdokument, wobei das Sicherheitselement ein dielektrisches Substrat aufweist, in dem eine zweidimensional periodische Nanostruktur geformt ist, die eine Vielzahl von Grundflächenelementen, die eine Grundebene definieren, und demgegenüber angehobenen oder abgesenkten Flächenelemente aufweist, wobei zwischen den Grundflächenelementen und den Flächenelemente jeweils ein senkrecht zur Grundebene gemessener Abstand besteht und zwischen den Grundflächenelementen und den Flächenelementen Verbindungsflanken ausgebildet sind, wobei die Grundflächenelemente und die Flächenelemente jeweils mit einer Metallschicht bedeckt sind, die dünner ist als der Abstand, und die Grundflächenelemente und die Flächenelemente in der Nanostruktur in einem regelmäßigen Muster abwechselnd angeordnet sind und in zwei Richtungen, die parallel zur Grundebene verlaufen, die zugeordnete Periode der Anordnung der Flächenelemente zwischen 100 nm und 450 nm beträgt. Die Erfindung betrifft weiter ein Herstellverfahren für ein solches Sicherheitselement.

[0002] Die DE 102011101635 A1, DE 102015008655 A1 oder DE 102012105571 A1 beschreiben solcher Sicherheitselemente und Herstellverfahren. In diesen Nanostrukturen aus dem Stand der Technik sind gegenüber einer metallisierten Grundebene angehobene oder abgesenkte Flächenelemente in einem zweidimensionalen Muster angeordnet, die sich über gleichgroßen Löchern in der metallisierten Grundebene befinden. Die Flächenelemente wirken als Antenne und bilden für bestimmte Wellenlängen elektromagnetische Resonanzen zwischen der Metallisierung in der Grundebene und den Flächenelementen aus. Dadurch ergibt sich eine Farbigkeit für sichtbares Licht in Auflicht und Durchlicht. Die Reflexion an der Ober- und der Unterseite ist aufgrund der unterschiedlichen Flächenbedeckung durch die Metallschicht unterschiedlich. Aus der Veröffentlichung L. Lin, and Y. Zheng. "Multiple plasmonic-photonic couplings in the Au nanobeaker arrays: enhanced robustness and wavelength tunability." Optics letters, 2060-2063 (2015) sind sogenannte Nanobecher-Arrays aus Gold bekannt, welche ebenfalls Farbeffekte ausbilden.

[0003] Die bekannten zweidimensional periodischen Subwellenlängengitter sind jedoch sehr aufwendig herzustellen. Es ist eine Strukturierung im Subwellenlängenmaßstab erforderlich, um die Metallschicht in der Grundebene und die demgegenüber angehobenen oder abgesenkten metallisierten Flächenelemente zu bilden.

[0004] Die EP 3124283 A1, die ein Sicherheitselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart, beschreibt ebenso wie die EP 3255468 A1 ein Displayelement und eine Beobachtungsmethode für das Displayelement. Die DE 10 2012 110 630 A1 offenbart einen Mehrschichtkörper sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitselements. Die WO 2014/023415 A1 beschreibt ein Sicherheitselement mit einer farbeffekterzeugenden Struktur und die DE 10 2012 025 262 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitselements.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zweidimensionale, farbfilternde Struktur anzugeben, die zum einen eine gute Farbfiltereigenschaft aufweist und sich zum anderen einfacher herstellen lässt.

[0006] Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert.

[0007] Das Sicherheitselement ist für ein Wertdokument, ein Banknotenpapier o. ä. ausgebildet. Es weist ein dielektrisches Substrat auf. In dem dielektrischen Substrat ist eine zweidimensional periodische Nanostruktur geformt. Diese definiert eine Vielzahl von Grundflächenelementen, die eine Grundebene definieren. Gegenüber den Grundflächenelementen befinden sich in der Nanostruktur angehobene oder abgesenkte Flächenelemente. Zwischen den Grundflächenelementen und den Flächenelementen besteht ein Abstand, wobei dieser senkrecht zur Grundebene gemessen ist. Die Grundflächenelemente und die Flächenelemente sind durch Verbindungsflanken miteinander verbunden. Die Nanostruktur kann somit beispielsweise durch säulenförmige Erhebungen oder Vertiefungen im dielektrischen Substrat ausgestaltet sein. Die Grundflächenelemente und die Flächenelemente sowie auch die Verbindungsflanken sind mit einer Metallschicht bedeckt, die dünner ist als der Abstand. Somit ist die Nanostruktur durchgängig mit der Metallschicht versehen. Die Grundflächenelemente und die Flächenelemente sind in einem regelmäßigen Muster abwechselnd angeordnet. Damit sind sie in zwei, nichtzusammenfallenden Richtungen, die parallel zur Grundebene verlaufen, periodisch. Die Periodenrichtungen können variieren. Insgesamt liegen die Perioden, in denen die Flächenelemente angeordnet sind, zwischen 100 nm und 450 nm, wodurch sich der Begriff der "Nanostruktur" ableitet. Anstelle einer Metallschicht kann auch eine andere hochbrechende Schicht verwendet werden. Somit kommen neben Metall für die hochbrechende Schicht als Material insbesondere Silizium, Zinksulfid oder Titandioxid in Frage. In dieser Beschreibung wird der Begriff "metallisch" als gleichbedeutend mit "hochbrechend" aufgefasst, soweit nicht ausdrücklich anderes beschrieben ist.

[0008] Wesentlich für die Wirkung der Nanostruktur und damit des Sicherheitselementes ist es, dass auf der Nanostruktur ein geschlossener Metallfilm gebildet ist. Er deckt eine Vielzahl von Erhebungen und die dazwischenliegenden Abschnitte, insbesondere alle Flanken der Vielzahl von Erhebungen ab. Anders als im Stand der Technik, in dem Erhebungen oder Vertiefungen des Profils nur auf den Plateaus metallisch überzogen sind, ist nun ein geschlossener Metallfilm ausgebildet. Die derart metallisierte Nanostruktur reflektiert einfallendes Licht in der nullten Beugungsordnung, wobei ein Interferenzeffekt auftritt, der die Reflexion farblich verändert, so dass ein Farbeffekt entsteht.

[0009] Die unbeschichtete Nanostruktur besteht dabei aus einem dielektrischen Material, welches z. B. eine Brechzahl von etwa 1,5 aufweist. Dabei eignen sich besonders Kunststofffolien, z. B. PET-Folien, als Substrat. Die eigentliche Basisstruktur ist z. B. ebenfalls in Kunststoff, bevorzugt UV-Lack, ausgebildet oder entsteht durch thermoplastische Verformung der Folie. Nach der Bedampfung wird schließlich die Struktur mit UV-Lack aufgefüllt und mit einer Deckfolie kaschiert. Somit liegt ein Schichtaufbau vor, bei dem die Ober- und die Unterseite im Wesentlichen dieselbe Brechzahl besitzt.

[0010] Für die Metallschichten kommen folgende Materialien in Frage: Al, Ag, Pt, Pd, Au, Cu, Cr und Legierungen davon. Als hochbrechende Schichten eignen sich besonders ZnS, ZnO, TiO₂, ZnSe, SiO, Ta₂O₅ oder Silizium.

[0011] Bei einem besonders zweckmäßigen Herstellverfahren wird zuerst ein Dielektrikum mit der Nanostruktur geeignet strukturiert und dann vollflächig beschichtet. Es ist bevorzugt, dass die Nanostruktur in ein Einbett-Dielektrikum eingebettet ist, welches vorzugsweise dieselbe Brechzahl hat wie das Dielektrikum des Substrates. Die Brechzahl kann beispielsweise zwischen 1,4 und 1,6 liegen. Dieselbe Brechzahl auf der Unter- und Oberseite der Struktur ist jedoch für den gewünschten optischen Effekt nicht zwingend.

[0012] Die Farbeffekte der zweidimensionalen Nanostruktur hängen stark von der Periodizität des Musters ab. Dies ist dazu in Weiterbildungen ausgenutzt, farbige Symbole bzw. Bilder zu erzeugen. Dazu ist der Flächenfüllfaktor und/oder der Abstand zwischen den Flächenelementen und Grundflächenelementen lokal variiert. Insbesondere ist es möglich, wie aus DE 102011101635 A1 bekannt, eine Gruppe mehrerer Flächenelemente und Grundflächenelemente lateral mit gleichbleibenden Abmessungen so zu gestalten, dass ein gewünschter Farbeffekt eintritt. Diese Gruppe bildet dann ein Sub-Pixel. Mehrere Sub-Pixel werden durch entsprechende geometrische Gestaltung mit unterschiedlichen Farbeigenschaften versehen und dann zu einem Pixel zusammengefasst. Dies erlaubt eine farbige Bilddarstellung. Die unterschiedlichen Farben können dabei durch die entsprechende lokale Variation eines oder mehrerer der Parameter des Gitters (Abstand zwischen Flächenelementen und Grundflächenelementen, Perioden des Musters in zwei Raumrichtungen sowie Ausdehnung der Flächenelemente) variiert werden. Durch die pixelweise Farbmischung von Basisfarben, z. B. RGB-Farben, in Subpixelbereichen können Echtfarbenbilder hergestellt werden. Der Vorteil von solchen Strukturen gegenüber der herkömmlichen Drucktechnik ist, dass hierbei eine sehr feine Motiv-Strukturierung bis in den Mikrometerbereich vorgenommen werden kann. Dennoch ist keine aufwendige Bemusterung von Metallisierungen etc. erforderlich, da die Metallschicht durchgängig ausgebildet sein kann. Diese Feinstrukturierung eignet sich besonders für Anwendungen in Moiré-Vergrößerungsanordnungen, wie ebenfalls in DE 102011101635 A1 beschrieben.

[0013] Das Substrat mit der beschichteten zweidimensional periodischen Nanostruktur kann insbesondere in einem Sicherheitselement für ein Wertdokument verwendet werden. Es kann insbesondere in einem Sicherheitsfaden, Aufreißfaden, Sicherheitsband, Sicherheitsstreifen, Patch oder Etikett integriert sein. Insbesondere kann das mit dem Gitter versehene Sicherheitselement transparente Bereiche oder Ausnehmungen überspannen.

[0014] Das Substrat mit der zweidimensional periodischen Nanostruktur mit geschlossenem Metallfilm zeigt ausgeprägte Farbeffekte in Reflexion. Die gewünschte Farbe kann durch die Wahl von Strukturparametern der Nanostruktur eingestellt werden. Infrage kommen der Abstand zwischen Flächenelementen und Grundflächenelementen, also die Höhe der Erhebungen oder Vertiefungen. Infrage kommt weiter die Periode bzw. die unterschiedlichen Perioden der Anordnungen von Erhöhungen und Vertiefungen in den Raumrichtungen parallel zur Grundebene. Ein weiterer möglicher Parameter ist die Abmessung der Flächenelemente sowie deren geometrische Form in Draufsicht. Diese kann rotationssymmetrisch sein. In anderen Ausbildungen hat sie eine zweizählige Symmetrie, ist beispielsweise rechteckig oder elliptisch. Der Anteil der Ausdehnung des Flächenelements an der Periode ist ebenfalls ein variierbarer Parameter, der Einfluss auf den Farbeffekt hat. Diese Parameter können natürlich lateral über das Sicherheitselement hinweg variiert werden, um den Farbeffekt zu variieren und so ein Motiv zu erzeugen. Auf diese Weise kann durch Anordnung von Nanostrukturabschnitten mit lateral unterschiedlichen Strukturparametern einfach ein farbiges Motiv oder ein Echtfarbenbild in Reflexion bereitgestellt werden. Die Strukturen können durch einfaches Prägen hergestellt werden. Anschließend findet eine metallische Beschichtung, beispielsweise Bedampfung statt. Diese Schicht muss dann nicht mehr aufwendig strukturiert werden, sondern bedeckt die Nanostruktur flächig. Auf diese Weise lassen sich Sicherheitselemente mit nicht fälschbaren optischen Eigenschaften kostengünstig in Großserie herstellen. Die Farbigkeit der Struktur ergibt sich aufgrund der Prägung und nicht aufgrund einer Strukturierung der Metallisierung, die beispielsweise sehr kostengünstig in Aluminium ausgeführt werden kann.

[0015] Das Sicherheitselement kann insbesondere Teil einer noch nicht umlauffähigen Vorstufe (z. B. Banknotenpapier) zu einem Wertdokument sein, das zusätzlich noch weitere Echtheitsmerkmale aufweisen kann, damit die späteren Wertdokumente nicht kopierbare Echtheitsmerkmale aufweisen, um eine Echtheitsüberprüfung zu ermöglichen und unerwünschte Kopien zu verhindern. Banknoten, Chip- oder Sicherheitskarten, wie z. B. Bank- oder Kreditkarten oder Ausweise, sind Beispiele für ein Wertdokument. Ein Banknotenpapier ist ein Beispiel für eine Vorstufe.

[0016] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der Ansprüche zu verlassen.

[0017] Nachfolgend wird die Erfindung beispielshalber anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2

perspektivische Schemadarstellungen zweier Varianten einer Nanostruktur für ein Sicherheitselement;

Fig. 3A bis 3B

Profile, die die Nanostruktur im Querschnitt haben kann und

Fig. 4 bis 6

Beispiele für die laterale Anordnung von Erhebungen oder Vertiefungen in der Nanostruktur des Sicherheitselementes in Aufsicht.

[0018] Figur 1 zeigt eine farbfilternde Nanostruktur 1, die zum Ausbilden eines Sicherheitselementes S für ein Wertdokument vorgesehen ist. Die Nanostruktur 1 ist dadurch hergestellt, dass ein Träger 2 mit einem Profil versehen wird, das Erhebungen mit seitlichen Flanken 4 über einer Grundfläche 5 besitzt. Die Seiten bilden die Flanken 4 und die Deckfläche bilden Flächenelemente 3. Die Nanostruktur ist mit einer Metallschicht 6 versehen, die sowohl auf der Grundfläche 5 als auch auf den Flächenelementen 3 aufgebracht ist. Auch die Flanken 4 sind mit der Deckschicht 6 versehen. Figur 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Erhebungen in Draufsicht auf eine Grundebene, die durch die Grundschicht 5 definiert ist, rechteckigen oder quadratischen Querschnitt haben, die Figur 2 eine Ausführungsform mit runden Erhebungen. Die Erhebungen sind in Form eines zweidimensional periodischen Musters angeordnet, wobei entlang zweier senkrecht zueinander liegenden Richtungen in der durch die Grundfläche definierten Grundebene mindestens eine Periode d vorgesehen ist, dergemäß sich die Anordnung der Erhebungen wiederholt. Die Figuren 3A bis 3B zeigen unterschiedliche Ausführungsformen für das Profil der Nanostruktur im Querschnitt, beispielsweise längs der Richtung, in der die Ausdehnung w₂ vorhanden ist. In Figur 3A ist das Profil trapezförmig. In Figur 3B ist das Profil gegenüber der Figur 3A invertiert. Statt Erhebungen liegen somit Vertiefungen vor.

[0019] Die Profildarstellungen der Figuren 3A bis 3B zeigen deutlich, dass die Erhebungen 7 bzw. Vertiefungen 8 in den Flächenelementen ebenso mit der Metallschicht versehen sind, wie an den Flanken 4. Ebenso ist in den verbleibenden Grundflächenelementen 9 der Grundfläche 5 die Metallschicht 6 vorgesehen, die im Ergebnis damit durchgängig und vollflächig ist. Fällt auf die Nanostruktur 1 unpolarisiertes Licht unter den Winkel Θ, wird es in der nullten Beugungsordnung reflektiert. Die Gitterperiode d ist kleiner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichtspektrums und liegt im Bereich zwischen 100 nm und 450 nm. Die Nanostruktur 1 ist in zwei Raumrichtungen in der Grundebene 5 periodisch. Die Periode kann in beiden Richtungen unterschiedlich sein. Perioden mit unterschiedlicher Periode können einen Polarisationseffekt zeigen. Möchte man diesen nicht, wählt man vorteilhafter Weise in beiden Raumrichtungen dieselbe Periode. Die Metallschicht 6 hat einen Brechungsindex v. Sie ist durch die Nanostruktur 1 auf dem Substrat 2 sowie eine Deckkaschierung 10 in ein Dielektrikum mit dem Brechungsindex n eingebettet. Hier handelt es sich bevorzugt um einen UV-Lack, der sich auf einer Folie, beispielsweise PET-Folie, befindet, die das Substrat 2 bildet. Der Brechungsindex beider Materialien liegt etwa bei 1,5.

[0020] Die Dicke der Metallschicht beträgt zwischen 20 nm und 150 nm. Sie ist in den Figuren mit t eingezeichnet.

[0021] Für die Nanostruktur 1 kommen verschiedenste Profile infrage; die Figuren 3A bis 3B zeigen lediglich exemplarische Beispiele. Gemein ist den Beispielen, dass die Flanken 4 ebenfalls mit der Metallschicht 6 versehen sind.

[0022] Eine verrundete Struktur ergibt sich vielfach herstellungsbedingt, da strikt scharfkantige Ecken, wie in den Figuren 3A und 3B, bei Prägeprozessen in Nanostrukturfeinheit nur sehr schwer oder in Praxis gar nicht zu erzielen sind.

[0023] Die Figuren 4 bis 6 zeigen mögliche Muster, in denen die Erhebungen 7 bzw. Vertiefungen 8 angeordnet werden können. Die Struktur des Musters kann beispielsweise orthogonal (Figur 4) oder hexagonal (Figuren 5 und 6) sein.

[0024] Um farbige Motive oder Echtfarbenbilder auszubilden, ist eine laterale Variation von Strukturparametern der Nanostruktur erforderlich. Es werden Teilbereiche vorgesehen, die unterschiedliche Strukturparameter haben. Aus dem Stand der Technik ist hierfür die Anordnung in Form Sub-Pixeln und Pixeln bekannt, wie oben erwähnt.

[0025] Die Perioden d liegen im Subwellenlängenbereich, d. h. im Bereich zwischen 100 nm und 450 nm. Die Füllfaktoren w₁/d₁ und w₂/d₂ liegen zwischen 0,2 und 0,8, bevorzugt zwischen 0,3 und 0,7. Um eine polarisationsunabhängige Farbfilterung zu erzielen, werden die Profilparameter für die beiden Raumrichtungen möglichst identisch gewählt, also p₁ = p₂ und s₁ = s₂. Dies ist jedoch optional. Ebenso sind im beschriebenen Ausführungsbeispiel die Periodizitätsrichtungen senkrecht zueinander. Auch dies ist optional. Auch räumlich asymmetrische Anordnungen des Profils und der Periodizität sind denkbar. Mit anderen Worten, das Muster 6 muss nicht, wie in Figur 1 dargestellt, ein kartesisches Muster sein. Auch können die Säulen 4 asymmetrisch gestaltet sein.

[0026] Für die Metallschichten kommen folgende Materialien in Frage: Al, Ag, Pt, Pd, Au, Cu, Cr und Legierungen davon. Als hoch brechende Schichten eignen sich beispielsweise ZnS, ZnO, TiO₂, ZnSe, SiO, Ta₂O₅ oder Silizium.

[0027] Zur Herstellung kommen verschiedene Prozesse in Frage. Zuerst wird der dielektrische Träger mit den im Muster angeordneten Erhebungen 7 oder Vertiefungen 8 ausgebildet und dann beschichtet. Wesentlich ist, dass die Beschichtung 6 zusammenhängend ist, also auch die Flanken 4 beschichtet sind.

[0028] Die Nanostrukturen können in einem Abformverfahren vervielfältig werden, so dass eine kostengünstige Massenproduktion realisiert werden kann. Hierzu wird auf die DE 102011101635 A1 verwiesen.

[0029] Weiter ist es möglich, ein Original, welches die oben beschriebenen Strukturen enthält, mit weiteren bekannten Strukturen, wie Reliefhologrammen, Mikrospiegel oder anderen bekannten Nanostrukturen, passergenau zusammenzusetzen. Dafür eignen sich insbesondere Nanoimprint-Verfahren. Es können auch transparente Bereiche innerhalb der oben beschriebenen Struktur, z.B. durch eine bereichsweise Laserdemetallisierung oder durch einen Waschfarbenprozess, realisiert werden.

Ansprüche

1. Sicherheitselement für ein Wertdokument, wobei das Sicherheitselement (S) aufweist:

- ein dielektrisches Substrat (2), in dem eine zweidimensional periodische Nanostruktur (1) geformt ist, die eine Vielzahl von Grundflächenelementen (9), die eine Grundebene (5) definieren, und demgegenüber angehobene oder abgesenkte, plane Flächenelemente (3) aufweist,

- wobei zwischen den Grundflächenelementen (9) und den Flächenelemente (3) jeweils ein senkrecht zur Grundebene (5) gemessener Abstand besteht und zwischen den Grundflächenelementen (9) und den Flächenelementen (3) Verbindungsflanken ausgebildet sind,

- wobei die Grundflächenelemente (9) und die Flächenelemente (3) jeweils mit einer metallischen oder hochbrechenden Schicht bedeckt sind, die dünner ist als der Abstand, und

- die Grundflächenelemente (9) und die Flächenelemente (3) in der Nanostruktur (1) in einem regelmäßigen Muster abwechselnd angeordnet sind und in zwei Richtungen, die parallel zur Grundebene (5) verlaufen, die zugeordnete Periode (d) der Anordnung der Flächenelemente (3) zwischen 100 nm und 450 nm beträgt, und

- auch die Verbindungsflanken mit der metallischen oder hochbrechenden Schicht bedeckt sind, so dass diese durchgehend die Nanostruktur (1) bedeckt,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Verbindungsflanken gegenüber der Grundebene (5) in einem Winkel zwischen 90 Grad und 70 Grad verlaufen, und

die mit der metallischen oder halbbrechenden Schicht bedeckte Nanostruktur einfallendes Licht in der nullten Beugungsordnung reflektiert, wobei ein Interferenzeffekt auftritt, der die Reflexion farblich verändert, so dass ein Farbeffekt entsteht.

2. Sicherheitselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostruktur (1) in ein Dielektrikum eingebettet ist.

3. Sicherheitselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (6) eine Dicke zwischen 20 nm und 250 nm, bevorzugt eine Dicke zwischen 25 nm und 150 nm, weiter bevorzugt eine einheitliche normale Dicke, hat.

4. Sicherheitselement nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostruktur (1) im Querschnitt ein trapezförmiges Profil aufweist.

5. Sicherheitselement nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das regelmäßige Muster in Draufsicht auf die Grundebene (5) eine rechteckige oder hexagonale Grundform hat.

6. Sicherheitselement nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen 50 nm und 500 nm beträgt und zur Farbvariation lateral variiert.

7. Sicherheitselement nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Perioden (d) und/oder die Ausdehnung (w) der Flächenelemente (3) zur Farbvariation lateral variieren.

8. Wertdokument mit einem Sicherheitselement (S) nach einem der obigen Ansprüche.

9. Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements (S), wobei

- in einem dielektrischen Substrat eine zweidimensional periodische Nanostruktur (1) geformt wird, die eine Vielzahl von Grundflächenelementen (9), die eine Grundebene (5) definieren, und demgegenüber angehobene oder abgesenkte, plane Flächenelemente (3) aufweist,

- wobei zwischen den Grundflächenelementen (9) und den Flächenelemente (3) jeweils ein senkrecht zur Grundebene (5) gemessener Abstand besteht und zwischen den Grundflächenelementen (9) und den Flächenelementen (3) Verbindungsflanken ausgebildet sind,

- wobei die Grundflächenelemente (9) und die Flächenelemente (3) jeweils mit einer metallischen oder hochbrechenden Schicht (6) bedeckt werden, die dünner ist als der Abstand, und

- die Grundflächenelemente (9) und die Flächenelemente (3) in der Nanostruktur (1) in einem regelmäßigen Muster abwechselnd angeordnet werden und in zwei Richtungen, die parallel zur Grundebene (5) verlaufen, die zugeordnete Periode (d) der Anordnung der Flächenelemente (3) zwischen 100 nm und 450 nm beträgt, und

auch die Verbindungsflanken mit der Schicht (6) bedeckt werden, so dass diese durchgehend die Nanostruktur (1) bedeckt,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Verbindungsflanken gegenüber der Grundebene (5) in einem Winkel zwischen 90 Grad und 70 Grad verlaufen, und

die mit der metallischen oder hochbrechenden Schicht durchgehend bedeckte Nanostruktur einfallendes Licht in der nullten Beugungsordnung reflektiert, wobei ein Interferenzeffekt auftritt, der die Reflexion farblich verändert, so dass ein Farbeffekt entsteht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sicherheitselement (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt wird.

Claims

1. Security element for a valuable document, wherein the security element (S) has:

- a dielectric substrate (2) in which a two-dimensionally periodic nano structure (1) is formed which has a multiplicity of base surface elements (9), which define a base plane (5), and flat surface elements (3) which are raised or lowered in relation to said base plane,

- wherein there is in each case a spacing, as measured perpendicularly to the base plane (5), between the base surface elements (9) and the surface elements (3), and connecting flanks are formed between the base surface elements (9) and the surface elements (3),

- wherein the base surface elements (9) and the surface elements (3) are each covered by a metallic or highly refractive layer which is thinner than the spacing, and

- the base surface elements (9) and the surface elements (3) in the nano structure (1) are arranged in an alternating manner in a regular pattern and, in two directions running parallel to the base plane (5), the associated period (d) of the arrangement of the surface elements (3) is between 100 nm and 450 nm, and

- the connecting flanks are also covered by the metallic or highly refractive layer, and therefore the latter covers the nano structure (1) continuously,

characterized in that

the connecting flanks run at an angle of between 90 degrees and 70 degrees in relation to the base plane (5), and

the nano structure covered by the metallic or semi-refractive layer reflects incident light in the zeroth order of diffraction, wherein an interference effect occurs which changes the reflection in colour such that a colour effect arises.

2. Security element according to Claim 1, characterized in that the nano structure (1) is embedded in a dielectric.

3. Security element according to Claim 1 or 2, characterized in that the metal layer (6) has a thickness between 20 nm and 250 nm, preferably a thickness between 25 nm and 150 nm, furthermore preferably a uniform normal thickness.

4. Security element according to one of the preceding claims, characterized in that the nano structure (1) has a trapezoidal profile in cross section.

5. Security element according to one of the preceding claims, characterized in that the regular pattern has a rectangular or hexagonal basic shape in a top view of the base plane (5).

6. Security element according to one of the preceding claims, characterized in that the spacing is between 50 nm and 500 nm and varies laterally for the colour variation.

7. Security element according to one of the preceding claims, characterized in that the periods (d) and/or the extent (w) of the surface elements (3) vary laterally for the colour variation.

8. Valuable document having a security element (S) according to one of the preceding claims.

9. Method for producing a security element (S), wherein

- in a dielectric substrate a two-dimensionally periodic nano structure (1) is formed which has a multiplicity of base surface elements (9), which define a base plane (5), and flat surface elements (3) which are raised or lowered in relation to said base plane,

- wherein there is in each case a spacing, as measured perpendicularly to the base plane (5), between the base surface elements (9) and the surface elements (3), and connecting flanks are formed between the base surface elements (9) and the surface elements (3),

- wherein the base surface elements (9) and the surface elements (3) are each covered by a metallic or highly refractive layer (6) which is thinner than the spacing, and

- the base surface elements (9) and the surface elements (3) in the nano structure (1) are arranged in an alternating manner in a regular pattern and, in two directions running parallel to the base plane (5), the associated period (d) of the arrangement of the surface elements (3) is between 100 nm and 450 nm, and

the connecting flanks are also covered by the layer (6), and therefore the latter covers the nano structure (1) continuously,

characterized in that

the connecting flanks run at an angle of between 90 degrees and 70 degrees in relation to the base plane (5), and

the nano structure continuously covered by the metallic or highly refractive layer reflects incident light in the zeroth order of diffraction, wherein an interference effect occurs which changes the reflection in colour such that a colour effect arises.

10. Method according to Claim 9,
characterized in that a security element (S) according to one of Claims 1 to 7 is produced.

Revendications

1. Élément de sécurité pour un document de valeur, l'élément de sécurité (S) présentant :

- un substrat diélectrique (2) dans lequel est formée une nanostructure périodique bidimensionnelle (1) qui présente une pluralité d'éléments de surface de base (9) qui définissent un plan de base (5) et des éléments de surface plans (3) surélevés ou abaissés par rapport à ceux-ci,

- une distance mesurée perpendiculairement au plan de base (5) existant respectivement entre les éléments de surface de base (9) et les éléments de surface (3), et des flancs de liaison étant réalisés entre les éléments de surface de base (9) et les éléments de surface (3),

- les éléments de surface de base (9) et les éléments de surface (3) étant respectivement recouverts d'une couche métallique ou hautement réfringente qui est plus mince que la distance, et

- les éléments de surface de base (9) et les éléments de surface (3) étant agencés en alternance dans la nanostructure (1) selon un motif régulier et, dans deux directions qui s'étendent parallèlement au plan de base (5), la période associée (d) de l'agencement des éléments de surface (3) étant comprise entre 100 nm et 450 nm, et

- les flancs de liaison étant également recouverts de la couche métallique ou hautement réfringente, de telle sorte que celle-ci recouvre la nanostructure (1) de manière continue,

caractérisé en ce que

les flancs de liaison s'étendent par rapport au plan de base (5) selon un angle compris entre 90 degrés et 70 degrés, et

la nanostructure recouverte de la couche métallique ou semi-réfringente réfléchit la lumière incidente dans l'ordre de diffraction zéro, un effet d'interférence se produisant qui modifie la couleur de la réflexion, de telle sorte qu'il en résulte un effet de couleur.

2. Élément de sécurité selon la revendication 1, caractérisé en ce que la nanostructure (1) est incorporée dans un diélectrique.

3. Élément de sécurité selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche métallique (6) a une épaisseur comprise entre 20 nm et 250 nm, de préférence une épaisseur comprise entre 25 nm et 150 nm, de préférence encore une épaisseur normale uniforme.

4. Élément de sécurité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la nanostructure (1) présente un profil trapézoïdal en section transversale.

5. Élément de sécurité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le motif régulier a une forme de base rectangulaire ou hexagonale en vue de dessus sur le plan de base (5).

6. Élément de sécurité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance est comprise entre 50 nm et 500 nm et varie latéralement pour la variation de couleur.

7. Élément de sécurité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les périodes (d) et/ou l'étendue (w) des éléments de surface (3) varient latéralement pour la variation de couleur.

8. Document de valeur avec un élément de sécurité (S) selon l'une quelconque des revendications précédentes.

9. Procédé de fabrication d'un élément de sécurité (S), dans lequel

- une nanostructure périodique bidimensionnelle (1) est formée dans un substrat diélectrique, laquelle présente une pluralité d'éléments de surface de base (9) qui définissent un plan de base (5) et des éléments de surface plans (3) surélevés ou abaissés par rapport à ceux-ci,

- une distance mesurée perpendiculairement au plan de base (5) existant entre les éléments de surface de base (9) et les éléments de surface (3), et des flancs de liaison étant réalisés entre les éléments de surface de base (9) et les éléments de surface (3),

- les éléments de surface de base (9) et les éléments de surface (3) étant respectivement recouverts d'une couche métallique ou hautement réfringente (6) qui est plus mince que la distance, et

- les éléments de surface de base (9) et les éléments de surface (3) étant agencés en alternance dans la nanostructure (1) selon un motif régulier et, dans deux directions qui s'étendent parallèlement au plan de base (5), la période associée (d) de l'agencement des éléments de surface (3) étant comprise entre 100 nm et 450 nm, et les flancs de liaison étant également recouverts de la couche (6), de telle sorte que celle-ci recouvre la nanostructure (1) de manière continue,

caractérisé en ce que

les flancs de liaison s'étendent par rapport au plan de base (5) selon un angle compris entre 90 degrés et 70 degrés, et

la nanostructure de la couche métallique ou hautement réfringente recouverte de manière continue réfléchit la lumière incidente dans l'ordre de diffraction zéro, un effet d'interférence se produisant qui modifie la couleur de la réflexion, de telle sorte qu'il en résulte un effet de couleur.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'un élément de sécurité (S) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 est fabriqué.

Zeichnung