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CN101652800A - 具有光子晶体的安全和/或有价文件 - Google Patents

具有光子晶体的安全和/或有价文件 Download PDF

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CN101652800A CN200880004390A CN200880004390A CN101652800A CN 101652800 A CN101652800 A CN 101652800A CN 200880004390 A CN200880004390 A CN 200880004390A CN 200880004390 A CN200880004390 A CN 200880004390A CN 101652800 A CN101652800 A CN 101652800A
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Abstract

本发明涉及一种带安全元件的安全和/或有价文件，其中，安全元件包含布置在基底上的光子晶体和发光物质，基底具有关于基底表面定义的取向。其特征在于，发光物质的发射波长lambda和光子晶体的光栅常数按公式lambda＝m*2*d彼此协调和预定，其中，d是光子晶体的两个晶面间的距离，m是正整数。

Description

具有光子晶体的安全和/或有价文件
技术领域
本发明涉及一种具有安全元件的安全和/或有价文件，其中安全元件含有布置在基底上的光子晶体和一种发光物质，基底具有关于基底表面定义的指向。本发明还涉及一种制造安全和/或有价文件的方法以及一种验证安全和/或有价文件的方法。
背景技术
在有价印刷和安全印刷中一贯将光学可变的颜色作为良好的安全特征，因为这些颜色无需技术辅助工具就能简单地进行检验。由实践可知例如钞票和文件的这些光学可变的颜色。虽然这些颜色很难复制，然而如在收银台的检验往往非常仓促，因此只能观察到颜色变化的存在。基于大多数的颜色和色素，例如具有这些效果并可商用的液晶或薄片，印刷伪造是公知的，尽管印刷伪造明显与原来的颜色变换色有所区别，但经验不足的外行一定无法识别真假。
另一种广为人知的安全系统包括发光物质的使用。在有价印刷和安全印刷的大多数文件中都有冷光，因为冷光无法用简单的工具(打印机、复印机)复制，且仅需UV光源就能进行检验。缺陷在于，大多数人仅凭颜色印象作快速检验，因此发光在局部可以例如用记号笔进行模仿。与此相对的是，精确的研究需要昂贵的分光计，用它可以区分不同的发光波长。虽然由此实现了一种简单且可靠的机器检验，但仪器方面的费用巨大，因而成本过高。
由文献WO 2006/045567 A2可知一种本文开头所述结构的安全和/或有价文件。在此，使用一种层作为光子晶体，所述层由具有紧密的单模直径分布的球或者说球体构成，其中球体构成球密堆积，也就是构成晶体结构。球的直径在此在50-500nm的范围内，因此对可见光的各种成分来说，在晶体的各种晶面上按布拉格定律示有不同的反射条件。由此获得一种光学可变的色彩效果，即在偏转安全和/或有价文件或者说从变化的观察角度来观察它们的情况下。按照这种现有技术，安全和/或有价文件可以额外含有发光物质。球体的直径这样选择，使得能够调出所期望的光学可变效果，而且完全独立于可能的发光。
例如在引用文献WO 03/025035 A2、US 4,391,928、EP 0 441 559B1和EP 0 955 323 B1中记载了适合制造光子晶体的方案。
发光束通常不具有方向特性，因为发射中心在涂层、油墨或类似物内部静态取向。由其它技术领域例如激光二极管技术可知，通过使用其层具有导致发光沿一定空间方向反射或向前增强的厚度的层结构来产生定向的发光。由于生产成本过高，这种结构不是很适用于有价印刷和安全印刷。
发明内容
因此本发明所要解决的技术问题是，提供一种安全元件，它能够很容易地用最少的辅助工具即使在观察比较仓促时也能得到检验，且可靠性得到提高。
为解决该技术问题，本发明给出的教导是，发光物质的发射波长lambda和光子晶体的光栅常数按下列公式彼此协调和预定：
lambda＝m＊2＊d，
其中，d是光子晶体的两个晶面间的距离，m是正整数。
换句话说，构成光子晶体的微粒鉴于直径和排列与发射波长相协调，使得发光强度在不同观察角度下是不同的。
通过本发明，对发光安全元件的可靠和简单的检验有了可观的改善。因为检验人员仅需使安全和/或有价文件受到一种激发发光的照射，例如UV的照射，并检验i)是否观察到发光，以及ii)如果是，在安全和/或有价文件倾斜时这种发光的强度是否发生变化。仅当符合上述两个标准时，安全和/或有价文件才被认为是真的。按本发明的发光安全元件不再能用简单的工具进行仿制。
本发明利用的认识是，光子晶体也能用于使本身未定向的发光辐射通过折射而得到强度在空间角内的各向异性分布。
被称为安全和/或有价文件的例如是：身份证、旅行护照、ID卡、出入证、签证、印花税票、票证、驾驶执照、汽车行驶证、钞票、支票、邮票、信用卡、任何芯片卡和不干胶标签(例如用于产品保护)。这些安全和/或有价文件通常具有基底、印刷层和光学上透明的覆盖层。基底是一种支承结构，含有信息、图像、图案和类似物的印刷层敷设在基底上。所有纸质和/或塑料质的专业材料都适合作为基底的材料。
安全元件是包括至少一个安全特征的结构单元。安全元件可以是一种可以是与安全和/或有价文件连接例如粘接的独立结构单元，但安全元件也可以是安全和/或有价文件的不可分割的组成部分。前者的一个例子就是可贴在安全和/或有价文件上的签证。用于后者的一个例子是集成例如层压在纸币或凭证内的平面结构。后者也包括安置在基底上的层或覆层。
安全特征是一种结构，它能以(相对简单的复制而言)提高的费用或甚至未经授权地生产、再造、做手脚或改变。安全特征在本发明框架内由光子晶体和发光物质复合构成。复合的概念在此是一种光学的耦合，伴随着晶面间距和发射波长的相互协调。
发光指的是尤其是在IR、可见光或UV范围内的电磁辐射的在原子或分子电子系统从激发状态弛豫到能量较低的状态通常弛豫到电子基态的过程中的发射。在此，通过电能或电势(电致发光)、电子轰击(阴极发光)、光子轰击(光致发光)、热作用(热发光)或摩擦(摩擦发光)实现之前的激发。在本发明的框架内优选为光致发光。发光尤其包括磷光以及(光-)荧光。
荧光是对活跃的电子状态的在辐射方面的去活化，其中，从活跃状态到低能量状态例如到基态的转变是允许自旋的(spinerlaubt)。在活跃状态的停留时间通常约为10-8S，亦即荧光的发射直接在用于激发的能量引入结束后终止。与之相反，磷光是在相互组合过程中对活跃状态的禁止自旋的去活化。因此弛豫微弱且缓慢。在活跃状态的停留时间为几毫秒直至几小时，且相应长久地可以观察到荧光的发射。
发光物质的发射波长对使用的物质来说是特有的，并通过活跃状态和低能量电子状态例如基态之间的能量差来确定。在此，一个发射光谱内的最大发射强度被称为发射波长。
发光物质含有能够发光的原子、分子或微粒。发光物质可用来提供发光色或发光油墨，它含有颜色或油墨的常用其它成分，如粘合剂、渗透剂、保鲜剂、生物杀灭剂、表面活性剂、缓冲物质、溶剂(水和/或有机溶剂)、填充剂、颜料、效应颜料、防沫剂、防沉淀剂、UV稳定剂等。对本领域技术人员来说，适用于不同印刷工艺的油墨配色由现有技术公开，按本发明使用的发光物质替代传统染料或颜料或作为传统染料或颜料的附加被混入。
当辐射波长小于发光波长时，辐射通常在功能上用于激活发光。然而当有关发光物质能够进行所谓的上转换过程(Up-ConversionProzessen)时，有更高波长的辐射也是起作用的。
晶面在空间上通过米勒指数h、k和l定义。间距d在此定义为彼此平行的晶面间亦即具有相同米勒指数的晶面间的最小距离。
球密堆积对应于fcc(面心立方的，面心立方体的，立方球密堆积的)或hcc或者说hcp(密排六方晶格的，六角密集堆积的)晶格。光栅常数a在此为：
a＝20.5＊D
其中，D是球或球体的直径，该直径作为相邻球体中心点的间距给出。
按布拉格定律，反射条件为：
lambda＝m＊2＊d
d是晶面的间距，m是正整数(阶)，尤其为1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。接下来用m＝1(第1阶)计算。
d和a的关系如下：
d＝a/(h2+k2+l2)0.5
发射波长lambda和球体直径D的关系为：
D＝[(h2+k2+l2)/8]0.5＊lambda
或在n表示(h2+k2+l2)的情况下
D＝(n/8)0.5＊lambda
直径D表示球体的平均直径(或彼此相邻的球体的平均间距)，它定义成是数目相关的(单模)的线性标准密度分布的最大值。这种密度分布通过
qr(x)＝dQr/dx
得出，其中qr是密度分布，Qr(x)是有关于数目的累积总合分布，dx是直径微分。
在本发明的框架内，密度分布应尽可能紧，从而在观察时产生清晰可见且可复制的角度关系。优选的是，当(大多与高斯分布相似的)密度分布在密度为最大值的一半时，具有小于(平均)直径D的10％、优选小于直径D的5％、理想地小于直径D的2％的宽度。
如果替代球体，使用其它的微粒型体，如薄层片晶或细杆，那么从上述意义来说，紧凑的尺寸分布同样重要。然后用平均的等效直径
Figure A20088000439000101
替代平均直径D，该等效直径按照定义的几何规则从相关形状计算得出。但在这种情况下，相应紧凑的纵横比分布(微粒的不同几何延伸)也很重要。
在本发明的框架内通常规定，光子晶体对于发射波长而言不具有完整的带隙。具有完整带隙的光子晶体迄今为止只在理论上假定，其特征在于，光不会朝任何一个空间方向传播。当光子晶体具有不完整的带隙时，如在本发明框架中所使用的那样，那么光仅能朝一定的空间方向传播。
发光物质原则上可以在IR、可见光或UV内发射。优选发射在可见光内进行，因为这时通过简单的肉眼检查就完成了对安全和/或有价文件的检验。
发光物质可以包括发光染料和/或发光颜料。
发光染料可以从“有机荧光染料、萘二甲酰亚胺、香豆素、氧杂蒽、噻吨、萘内酰亚胺、吖内酯、甲川、恶嗪、噻嗪和不同的两种或多种这类物质的混合物”中选取。发光颜料可以从“ZnS:Ag、Zn-硅酸盐、SiC、ZnS、CdS(用Cu或Mn激活)、ZnS/CdS:Ag、ZnS:Cu、Al、Y2O2S:Eu、Y2O3:Eu、YV04:Eu、Zn2SiO4:Mn、CaVVO4、(Zn，Mg)F2:Mn、MgSiO3:Mn、ZnO:Zn、Gd2O2S:Tb、Y2O2S:Tb、La2O2S:Tb、BaFCl:Eu、LaOBr:Tb、Mg-钨酸根、(Zn，Be)-硅酸盐：Mn、Cd-硼酸盐：Mn、Ca10(PO4)6F，Cl:Sb，Mn、(SrMg)2P2O7:Eu、Sr2P2O7:Sn、Sr4Al14O25:Eu、Y2SiO5:Ce，Tb、Y(P，V)O4:Eu、BaMg2Al10O27:Eu、MaAl11O19:Ce，Tb和不同的两种或多种这类物质的混合物”中选取。在此，“:”前是主晶格，“:”后是掺杂元素。
优选的是，发光物质是一种从“有机荧光染料、萘二甲酰亚胺、香豆素、氧杂蒽、噻吨、萘内酰亚胺、吖内酯、甲川、恶嗪、噻嗪和不同的两种或多种这类物质的混合物”中选取的荧光染料。其它合适且优选的荧光染料仅例如参考文献：Schwander等的“FluorescentDyes(荧光染料)”，载于Ullmann’s Encyclopedia of IndustrialChemistry(Ullmann的化工百科全书)，Wiley-VCH Verlag GmbH &Co.KGaA，2002；WO 03/052025A；WO 02/053677A；EP 0147252 A；GB 2,258,659；以及F.M.Winnik等的Xerox Discloser Journal(施乐发明杂志)，Vol.17，No.3，1992，161-162页。
在本发明的框架内，也可有利地使用不同的两种或多种发光物质，其中，不同的发光物质具有不同的发射波长。不同发射波长在此指的是在可见光内至少为3nm、5nm、10nm、20nm或30nm的波长差。基于不同的发射波长产生不同的角度，发光的不同颜色在这些角度下分别以特别高或特别低的强度被观察到。高强度指的是就发射波长而言观察到的最大强度。低强度指的是相对高强度变小的强度，例如变小至少5％、10％、20％、30％、50％或80％。由此在倾斜安全和/或有价文件时产生发光变色。
光子晶体有利地由光栅常数为a的fcc或hcc晶格构成，其中d＝a/n0.5，n＝1至20，尤其是n＝1至5，n代表(h2+k2+l2)，h、k和l作为米勒指数。晶格点或光子晶体的微粒原则上可以具有任意形状，例如作为薄层片晶或细杆。但优选的是，晶格点或微粒设计成球体。
特别优选的是，球体是芯-壳微粒，它们布置在球密堆积内。球体的待设定的平均直径在此取决于所使用发光物质的发射波长。因此当发光物质在IR范围(780-3000nm)内发射时，球体的平均直径在270-5000nm范围内，尤其在270-2500nm范围内。当发光物质在可见光范围(380-780nm)内发射时，球体的平均直径在135-1200nm范围内，尤其在135-600nm范围内。当发光物质在UV范围(100-380nm)内发射时，球体的平均直径在35-600nm范围内，尤其在35-300nm范围内。
光子晶体可通过从液体相沉积借助自组织例如在压力下制造，就好像是在喷墨印刷工艺中那样。例如，从SiO2溶液制造人工蛋白石已被充分公开。
特别优选的是，芯-壳微粒具有由有机或无机夹心材料制成的芯和由聚合有机外壳材料制成的壳，其中外壳材料在温度升高时可流动，而夹心材料在温度升高时则无法流动。背景在于，为形成光子晶体，在此必需的周期性远程结构例如球密堆积必须在定义的方向中制造。若有这种芯-壳微粒的填充剂或乳液或悬浮液在温度升高时遭受压力，那么当微粒可以相互运动时，在微粒间产生的剪力促使微粒朝着基底表面上的球密堆积排列并定位。在压力和温度条件下可流动的外壳简化了微粒相对彼此的这种排序运动，并产生了具有极好的长程有序(Fernordnung)和在基底上单一取向的光子晶体。详细来说，在此还存在各种各样的实施可能性。
无机夹心材料可以从“金属、半金属、金属硫属化物尤其金属氧化物、金属磷族元素化物尤其金属氮化物或金属磷化物、以及不同的两种或多种这类物质的混合物”中选取，其中，金属可以由元素周期表前三主族的元素构成或由副族的金属元素构成，以及其中半金属可以包括Si、Ge、As、Sb、和Bi，特别是从“SiO2、TiO2、ZrO2、SnO2和Al2O3”中选取。
有机夹心材料优选可以从“脂族的、脂族/芳香族的或全芳香族的聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚脲、聚氨酯、氨基塑料树脂、酚醛塑料树脂例如甲醛、尿素或苯酚的三聚氰胺冷凝物、环氧化物树脂、丙烯酸酯如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丙酯、聚苯乙烯、PVC、聚丙烯腈、一种或多种这类均聚物的无规或嵌段共聚物、以及不同的两种或多种这类均聚物或共聚物的混合物”中选取。
外壳材料可优选从“脂族的、脂族/芳香族的或全芳香族的聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚脲、聚氨酯、氨基塑料树脂、酚醛塑料树脂，例如甲醛、尿素或苯酚的三聚氰胺冷凝物、环氧化物树脂、聚环氧化物、聚甲基丙烯酸酯如聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚丙烯酸异丙酯，聚苯乙烯、PVC、聚丙烯腈、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯氧化物、聚丁二烯、聚四氟乙烯、聚甲醛、天然橡胶、聚异戊二烯、一种或多种这类均聚物的无规或嵌段共聚物、以及不同的两种或多种这类均聚物或共聚物的混合物”中选取。
相宜的是，夹心材料相比外壳材料具有更高的玻璃化温度，因为在处于材料的玻璃化温度之间的温度下，仅外壳材料可流动，夹心材料无法流动。夹心材料可例如具有高于60℃优选高于80℃最优选高于90℃的玻璃化温度，而外壳材料例如可以具有在40-90℃范围中尤其在60-80℃之间的玻璃化温度。例如当有机聚合物作为夹心材料时，推荐这一玻璃化温度范围。可选地，例如在使用无机夹心材料的情况下，夹心材料的玻璃化温度高于300℃，那么外壳材料的玻璃化温度例如在为聚碳酸酯的情况下也很高，例如在80-250℃、尤其在120至200℃的范围内。
在制造光子晶体时构成矩阵且球体或芯植入(和固定)在该矩阵内的外壳材料应具有不同于夹心材料折射指数的折射指数(也称为折射率)。不同的折射指数在此指的是，差别至少在0.001，更好地至少在0.01，有利地至少在0.1。技术人员鉴于折射指数的差别不难从前述用于夹心材料和外壳材料的材料中选出适用的材料来。在这里，夹心材料亦或外壳材料分别具有较高的折射指数。
夹心材料和外壳材料的重量比在2∶1至1∶5之间，尤其在3∶2至1∶3之间。在两种材料都为聚合材料的情况下，该比率优选不会大于2∶3。
在芯-壳微粒的芯和壳之间可设置连接层。交联或部分交联的有机聚合物适用于此。可选地，芯的表面也可以为以专业方式连接或粘附外壳材料而发挥功用。
适于生成光子晶体的芯-壳微粒的制造例如在本文开头所述的现有技术中予以说明，同样还记载了夹心材料、外壳材料、连接层等的其它变型和细节。就此详细地参考现有技术。
可按照本发明使用的光子晶体可以设计成薄层、层或薄膜。相应地，它们可以用常见的覆层工艺或粘附媒介敷设到基底上。就此它们可以构成文件的不可分割的组成部分，例如在卡片结构的情形下。
按本发明的光子晶体可以构成可见的图案，例如物体或人物的轮廓或字母和/或数字的字符串。条形码也可以用作图案。然后用相应的印刷工艺进行覆层或相应地截取薄膜。当然，光子晶体也可以宏观各向同性地亦即无图案地构成。
发光物质的布置存在不同可能性。发光物质可以布置在光子晶体的微粒内。在芯-壳微粒的情况下，可以布置在芯-壳微粒的夹心材料和/或外壳材料中。为此，在有机夹心材料的情况下，相关材料在凝固或聚合前在微粒的生产过程中优选与发光物质均匀地混合。在无机夹心材料的情况下可进行产生发光的掺杂，例如掺入稀土元素，其被装入夹心材料的主晶格中。然后可生成一种没有混入发光微粒的光子晶体，由此可靠地避免光子晶体的形成因存在有间隙的发光微粒而受阻。
在芯-壳微粒的夹心区域和/或外壳区域使用聚合材料的情况下，各聚合物含有发光的单体成分，也就是说有规律的、静态的、嵌段地或作为侧链(接枝共聚物)。在交联聚合物的情况下，交联介质也会发光。最后，发光物质可以共价地、离子地或合成地连接在聚合物链上。
发光物质当然也可布置在光子晶格的微粒间。在使用颜料的情况下推荐，颜料微粒的直径Dp与光子晶格的微粒的直径D(或
Figure A20088000439000141
)的比率Dp/D(或)要小于0.5，优选小于0.1，最优选小于0.02。颜料微粒可以布置在光子晶体的微粒或球体之间且实际上不会在印刷时对微粒或球体造成损害。当发光物质是发光染料时，它们可以自由地分布在光子晶格的微粒之间而不会干扰光子晶格的排列。在这两种情况下，光子晶体的制造通过将光子晶体的微粒与发光物质的混合和接下来至晶体的长程有序的形成而实现，就像上面所描述的那样。对此的一种变型方案为，发光物质例如通过逐层吸附沉淀在光子晶体微粒的表面上。由此在光子晶体的微粒上实现一种均匀的生长，结果是获得紧凑的密度分布。在此有利的是，光子晶体的微粒和发光物质可以彼此独立地选择和更改，这使得与有价印刷和安全印刷的不同产品的适配变得容易。
作为替代方案，光子晶体也能在下面设有发光物质。因此例如可用含有发光物质的颜料或油墨对基底进行覆层例如印刷。然后将光子晶体涂覆到例如在最简单的情形下作为薄膜的覆层上。这种变型方案就方法技术而言是最简单的，并且也允许例如为不同种类或价值的安全和/或有价文件以简单的方式修改发光物质/光子晶体的系统。
最后，可以在光子晶体内和/或含有发光物质的层内额外地安置不发光的着色剂，如染料或颜料。为此，可考虑所有在安全和/或有价文件领域内通用的、本领域技术人员公知的着色剂。同样，可在光子晶体或安全和/或有价文件的其它层内设置常用的法定特征物质。
此外本发明还涉及一种用于制造按本发明所述安全和/或有价文件或安全元件的方法，其中，基底在表面或部分表面上设有覆层，覆层含有要形成的光子晶体的微粒，且该覆层在热和压力的同时作用下被压缩，其中可选地在具有微粒的覆层前将含有发光物质的发光层敷设到基底上，并且/或者其中微粒含有发光物质或与此混合。在该制造方法的实施形式中，用压缩实现了光子晶体的形成。
优选在温度为60-260℃尤其70-190℃的范围内进行热作用，持续时间为0.5-7200S，优选在0.5-3600S，最优选为1-10S。压缩可以用1-100bar优选1-20bar的范围内的压力实现。压缩通常借助按压尤其层压完成。在使用无机夹心材料并与并且玻璃化温度比外壳材料更高的聚合物连接的情况下，例如在80至-250℃之间，热作用在相应更高温度下发生，例如在140-250℃之间。
在带有光子晶体微粒的覆层上可以设置隔离和/或保护层。保护层可以在热作用和压力作用过程中与基底、视情况与发光层、以及带有微粒的覆层焊接或被层压成叠层复合体。保护层就发射波长lambda而言应为透明的。
与前述方法不同的是，也可由此制造按本发明的安全和/或有价文件，即，将已完成的尤其是薄膜形式(厚度例如在0.1-500μm)的光子晶体敷设到基底上并通过粘结或通过层叠与之连接。其中，发光物质也已经存在于光子晶体内。在此当然也能事先设置具有含发光物质的独立覆层例如印刷层的基底。
此外本发明还涉及一种安全和/或有价文件，它通过前述按本发明的方法获得。
本发明最后涉及一种检验按本发明的安全和/或有价文件或安全元件的方法，其中例如通过暴露在UV辐射下来激活发光物质以用于发射发光辐射，其中依赖有关于安全和/或有价文件表面的角度来确定发光辐射的强度，以及其中将发光辐射的已确定的角度关系与预定的角度关系进行对比。若无法确定任何角度关系，或已确定的角度关系与预定的角度关系不一致，那么就不是按本发明的安全和/或有价文件，因而是仿制的。若已确定的角度关系与预定的角度关系一致，那么安全和/或者有价文件就是按本发明的，因而是真的。在最简单的情形下，这种确定借助肉眼检查完成。但也可以用机器来确定角度关系。在不同发光物质的情形下，这种确定针对各自的发射波长实施，不同的角度关系提供不同的发射波长。
附图说明
下文借助仅被实施形式示出的范例详细阐释本发明。
例1：按本发明的安全和/或有价文件的不同结构形式；
例2：例1中物体的荧光的角度关系。
具体实施方式
图1示出了按本发明的安全和/或有价文件的不同变型的横截面。
由图1a可以看到基底1，基底1可以是单层或多层的。印刷层2直接安置在该基底上，其中印刷层2含有两种均匀分布的不同荧光物质。第一种荧光物质的发射波长为500nm，第二种荧光物质的发射波长为707nm。按照层序接下来是设计成薄膜的光子晶体3。该光子晶体3由按文献WO 2003/025035 A2所述的芯-壳微粒构成。所述芯-壳微粒具有的微粒平均直径为354nm。对可见光透明的保护层4紧贴在光子晶体3上，保护层4本身可以是单层或多层的。也可以在印刷层2和光子晶体3之间布置单层或多层的中间层，这在图中出于简洁的原因而没有示出。基底1和印刷层2、光子晶体3以及保护层4通过层叠相互连接，并构成整体的层组。
在图1b的变型方案中使用了相同的荧光物质，但荧光物质布置在光子晶体3中。由此可取消印刷层2。荧光物质被吸收或吸附在芯-壳微粒的表面上，而且均匀分布。
在发射波长与光子晶体3的微粒的直径以及最终也与光子晶体3的光栅常数a和晶面距离d得到协调时，结果是，在相对安全和/或有价文件的表面法线成约45°时，红色(707nm)以最大强度被发射，然而在0°和90°时，强度大大削弱，通常在最大强度的90％以下。与之相反，绿色(500nm)被观察到在45°下仅为最大强度的10％或更小，然而在0°和90°时达到最大强度。
由图2a可知这一点，其中这涉及到在图2b中透视示出的半球在安全和/或有价文件的表面法线方向上的投影。当区域G在约90°和0°的情况下显示为绿色时，可以看到区域R在约45°的情况下呈红色。

Claims (30)

1.一种具有安全元件的安全和/或有价文件，其中所述安全元件包含布置在基底上的光子晶体和发光物质，所述基底具有关于所述基底的表面定义的取向，
其特征在于，
所述发光物质的发射波长lambda和所述光子晶体的光栅常数按下列公式彼此协调和预定，即
lambda＝m＊2＊d，
其中d是所述光子晶体的两个晶面间的距离，m是正整数。
2.按权利要求1所述的安全和/或有价文件，其中，所述发光物质在IR、可见光或UV中发射。
3.按权利要求1或2所述的安全和/或有价文件，其中，所述发光物质包括发光染料和/或发光颜料。
4.按权利要求3所述的安全和/或有价文件，其中，所述发光染料从“有机荧光染料、萘二甲酰亚胺、香豆素、氧杂蒽、噻吨、萘内酰亚胺、吖内酯、甲川、恶嗪、噻嗪和不同的两种或多种这类物质的混合物”中选取并且/或者发光颜料从“ZnS:Ag、Zn-硅酸盐、SiC、ZnS、CdS(用Cu或Mn激活)、ZnS/CdS:Ag、ZnS:Cu，Al、Y2O2S:Eu、Y2O3:Eu、YVO4:Eu、Zn2SiO4:Mn、CaVVO4、(Zn，Mg)F2:Mn、MgSiO3:Mn、ZnO:Zn、Gd2O2S:Tb、Y2O2S:Tb、La2O2S:Tb、BaFCl:Eu、LaOBr:Tb、Mg-钨酸根、(Zn，Be)-硅酸盐:Mn、Cd-硼酸盐:Mn、Ca10(PO4)6F，Cl:Sb，Mn、(SrMg)2P2O7:Eu、Sr2P2O7:Sn、Sr4Al14O25:Eu、Y2SiO5:Ce，Tb、Y(P，V)O4:Eu、BaMg2Al10O27:Eu、MaAl11O19:Ce，Tb和不同的两种或多种这类物质的混合物”中选取。
5.按权利要求1至4之一所述的安全和/或有价文件，其中，所述发光物质是荧光染料，该荧光染料从“有机荧光颜料、萘二甲酰亚胺、香豆素、氧杂蒽、噻吨、萘内酰亚胺、吖内酯、甲川、恶嗪、噻嗪和不同的两种或多种这类物质的混合物”中选取。
6.按权利要求1至5之一所述的安全和/或有价文件，其中，所述光子晶体由光栅常数为a的fcc或hcc晶格构成，并且d＝a/n0.5，n＝1至20，尤其是n＝1至5，其中n代表(h2+k2+l2)，h、k和l作为米勒指数。
7.按权利要求1至7之一所述的安全和/或有价文件，其中，所述光子晶体的晶格点借助球体或其中心点构成。
8.按权利要求7之一所述的安全和/或有价文件，其中，所述球体是芯-壳微粒，它们布置在球密堆积中。
9.按权利要求8所述的安全和/或有价文件，其中，当所述发光物质在IR(780-3000nm)内发射时，所述球体的平均直径在270-5000nm的范围内，尤其在270-2500nm范围内。
10.按权利要求8所述的安全和/或有价文件，其中，当所述发光物质在可见光(380-780nm)内发射时，所述球体的平均直径在135-1200nm的范围内，尤其在135-600nm的范围内。
11.按权利要求8所述的安全和/或有价文件，其中，当所述发光物质在UV(100-380nm)内发射时，所述球体的平均直径在35-600nm的范围内，尤其在35-300nm的范围内。
12.按权利要求8至11之一所述的安全和/或有价文件，其中，所述芯-壳微粒具有由有机或无机的夹心材料制成的芯和由聚合的有机的外壳材料制成的壳，其中，所述外壳材料在提高的温度下是能够流动的，而所述夹心材料在温度提高时则是不能流动的。
13.按权利要求12所述的安全和/或有价文件，其中，有机的夹心材料从“脂族的、脂族/芳香族的、或全芳香族的聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚脲、聚氨酯、氨基塑料树脂、酚醛塑料树脂例如甲醛、尿素或苯酚的三聚氰胺冷凝物、环氧化物树脂、丙烯酸酯如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丙酯、聚苯乙烯、PVC、聚丙烯腈、一种或多种这类均聚物的无规或嵌段共聚物、以及不同的两种或多种这类均聚物或共聚物的混合物”中选取。
14.按权利要求12所述的安全和/或有价文件，其中，无机的夹心材料从“金属、半金属、金属硫属化物尤其金属氧化物、金属磷族元素化物尤其金属氮化物或金属磷化物、以及不同的两种或多种这类物质的混合物”中选取，其中，金属可以由元素周期表前三主族的元素构成或由副族的金属元素构成，以及其中半金属可以包括Si、Ge、As、Sb和Bi，特别是从“SiO2、TiO2、ZrO2、SnO2和Al2O3”中选取。
15.按权利要求12至14之一所述的安全和/或有价文件，其中，所述夹心材料具有处于大于60℃、优选大于80℃、最优选大于90℃的范围内的玻璃化温度，或其中所述夹心材料具有高于300℃的玻璃化温度。
16.按权利要求12至15之一所述的安全和/或有价文件，其中，所述外壳材料从“脂族的、脂族/芳香族的、或全芳香族的聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚脲、聚氨酯、氨基塑料树脂、酚醛塑料树脂例如甲醛、尿素或苯酚的三聚氰胺冷凝物、环氧化物树脂、聚环氧化物、聚甲基丙烯酸酯如聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚丙烯酸异丙酯、聚苯乙烯、PVC、聚丙烯腈、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯氧化物、聚丁二烯、聚四氟乙烯、聚甲醛、天然橡胶、聚异戊二烯、一种或多种这类均聚物的无规或嵌段共聚物、以及不同的两种或多种这类均聚物或共聚物的混合物”中选取，以及其中，所述外壳材料优选具有在40-90℃范围内、特别在60-80℃范围内、或者在80-250℃范围内的玻璃化温度。
17.按权利要求1至16之一所述的安全和/或有价文件，其中，所述发光物质布置在所述光子晶体内。
18.按权利要求17所述的安全和/或有价文件，其中，所述发光物质布置在所述光子晶体的微粒中，特别是布置在所述芯-壳微粒的夹心材料和/或外壳材料中。
19.按权利要求17或18所述的安全和/或有价文件，其中，所述发光物质布置在所述光子晶体的微粒之间。
20.按权利要求1至19之一所述的安全和/或有价文件，其中，所述光子晶体下方设有发光物质。
21.一种用于制造按权利要求1至20之一所述的安全和/或有价文件或安全元件的方法，其中，基底在表面或部分表面上设有覆层，所述覆层含有光子晶体的微粒，且所述覆层在热和压力的同时作用下被压缩，其中可选地在具有光子晶体微粒的覆层前将含有发光物质的发光层敷设到基底上，并且/或者其中光子晶体的微粒包含发光物质或与此混合。
22.按权利要求21所述的方法，其中，热作用利用在60-180℃、特别在70-130℃的范围内的温度进行，持续时间为0.5-7200S，优选为0.5-3600S，最优选为1-10S。
23.按权利要求21或22所述的方法，其中，压缩利用1-100bar、优选1-20bar的压力进行。
24.按权利要求21至23之一所述的方法，其中，压缩借助按压尤其层压完成。
25.按权利要求21至24之一所述的方法，其中，在具有光子晶体微粒的覆层上设置隔离和/或保护层。
26.按权利要求21至25之一所述的方法，其中，所述保护层在热和压力的作用期间与所述基底、视情况与发光层以及带有光子晶体微粒的覆层焊接或层压成叠层复合体。
27.按权利要求26所述的方法，其中，所述保护层就发射波长lambda而言是透明的。
28.通过按权利要求21至27之一所述的方法获得的安全和/或有价文件或安全元件。
29.按权利要求1至20之一或28所述的安全和/或有价文件在实施形式中是身份证、旅行护照、ID卡、通行证、签证、印花税票、票证、驾驶执照、汽车行驶证、钞票、支票、邮票、信用卡、芯片卡或不干胶标签。
30.一种用于检验按权利要求1至20之一或28至29之一所述的安全和/或有价文件或安全元件的方法，其中激发发光物质以用于发射发光辐射，其中依赖有关于安全和/或有价文件表面的角度对发光辐射的强度进行观察或确定，以及其中将观察到的或确定的发光辐射的角度关系与预定的角度关系进行比较。
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