DE102008008685A1

DE102008008685A1 - Sicherheitselement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102008008685A1
Application number: DE102008008685A
Authority: DE
Inventors: Winfried Dr. Hoffmüller; Marius Dr. Dichtl; André Gregarek
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 2008-02-12
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2009-08-13
Also published as: WO2009100869A2; ATE526457T1; US20100320742A1; US8534709B2; WO2009100869A3; EP2242657A2; EP2242657B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements (12) mit einer metallisierten Mikroreliefstruktur und einem dazu gepasserten Negativmuster, bei dem P) ein Träger (20) mit einer Prägestruktur mit Erhebungen (24) und Vertiefungen (26) versehen wird, die erste und zweite Bereiche mit unterschiedlichen ersten und zweiten Niveauhöhen bilden, - wobei die gewünschte Mikroreliefstruktur (28) in die ersten Bereiche der Prägestruktur eingebracht wird und - die zweiten Bereiche der Prägestruktur in Form des gewünschten Negativmusters ausgebildet werden, M) die Prägestruktur mit den ersten und zweiten Bereichen vollflächig metallisiert (30) wird und L) die metallisierte Prägestruktur mit Laserstrahlung beaufschlagt wird, um durch die Einwirkung der Laserstrahlung die Metallisierung (30) selektiv in den zweiten Bereichen der Prägestruktur zu entfernen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement mit einer metallisierten Mikroreliefstruktur und einem Negativmuster sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Datenträger, wie Wert- oder Ausweisdokumente, aber auch andere Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen versehen, die eine Überprüfung der Echtheit des Datenträgers 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 oder eines selbsttragenden Transferelements ausgebildet sein, das nach seiner Herstellung auf ein Wertdokument aufgebracht wird.
Zur Erhöhung der Sicherheit und als Fälschungsschutz sind die Sicherheitselemente oft mit Negativmustern, wie etwa einer sogenannten Negativschrift versehen. Diese Negativmuster werden insbesondere durch metallfreie Bereiche in einer ansonsten durchgehenden Metallisierung des Sicherheitselements gebildet.
Zur Herstellung derartiger metallfreier Bereiche ist in der Druckschrift WO 99/ 13157 ein Waschverfahren beschrieben, bei dem eine transluzente Trägerfolie unter Verwendung einer Druckfarbe mit hohem Pigmentanteil mit einem gewünschten Muster bedruckt wird. Aufgrund des hohen Pigmentanteils bildet die Druckfarbe nach dem Trocknen einen porigen, erhabenen Farbauftrag. Auf der bedruckten Trägerfolie wird dann eine dünne Abdeckschicht gebildet, die im Bereich des Farbauftrags den Farbkörper wegen seiner großen Oberfläche und der porösen Struktur nur teilweise ab deckt. Der Farbauftrag und die darüberliegende Abdeckschicht können dann durch Auswaschen mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernt werden, so dass in der Abdeckschicht in den ursprünglich bedruckten Bereichen der Trägerfolie Aussparungen erzeugt werden. Durch die erreichbaren scharfen Konturen kann durch Aufdrucken eines Schriftzugs beispielsweise eine gut lesbare Negativschrift in die Abdeckschicht eingebracht werden.
Auch metallisierte Hologramme, holographische Gitterbilder und andere hologrammähnliche Beugungsstrukturen können mit einem derartigen Waschverfahren oder durch Aufdrucken einer Resistmaske auf die Hologramm-Metallisierung und einen nachfolgenden Ätzschritt mit einem Negativmuster versehen werden. Mit herkömmlichen Verfahren ist es allerdings nicht möglich, die Reliefstrukturen des Hologramms in exaktem Register mit der Hologramm-Metallisierung und den metallfreien Bereichen des Negativmusters auszubilden. Da für den Aufdruck einer Waschfarbe oder eines Resistlacks, die die Position der späteren Negativmuster bestimmen und für die Prägung des Hologramms getrennte Arbeitsschritte erforderlich sind, kann eine exakte Positionierung von Prägung und Negativmuster nicht gewährleistet werden.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitselements mit einer metallisierten Mikroreliefstruktur und einem dazu gepasserten Negativmuster sowie ein entsprechend hergestelltes Sicherheitselement anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Eine zugehöriges Sicherheitselement und ein Datenträger mit einem solchen Sicherheitselement sind in den nebengeordneten Ansprüchen angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einer metallisierten Mikroreliefstruktur und einem dazu gepasserten Negativmuster

P) ein Träger mit einer Prägestruktur mit Erhebungen und Vertiefungen versehen, die erste und zweite Bereiche mit unterschiedlichen ersten und zweiten Niveauhöhen bilden, – wobei die gewünschte Mikroreliefstruktur in die ersten Bereiche der Prägestruktur eingebracht wird, und – die zweiten Bereiche der Prägestruktur in Form des gewünschten Negativmusters ausgebildet werden,
M) wird die Prägestruktur mit den ersten und zweiten Bereichen vollflächig metallisiert, und
L) wird die metallisierte Prägestruktur mit Laserstrahlung beaufschlagt, um durch die Einwirkung der Laserstrahlung die Metallisierung selektiv in den zweiten Bereichen der Prägestruktur zu entfernen.

Die Mikroreliefstruktur des Sicherheitselements kann insbesondere eine diffraktive Struktur darstellen, wie etwa ein Hologramm, ein holographisches Gitterbild oder eine hologrammähnliche Beugungsstruktur, oder auch eine achromatische Struktur, wie etwa eine Mattstruktur mit einem nichtfarbigen, typischerweise silbrig-matten Erscheinungsbild, ein Blazegitter mit einem sägezahnartigen Furchenprofil oder eine Fresnellinsen-Anordnung. Die Abmessungen der Strukturelemente der diffraktiven Mikroreliefstrukturen liegen meist in der Größenordnung der Lichtwellenlänge, also in der Regel zwischen 300 nm und 1 μm. Manche Mikroreliefstrukturen weisen auch kleinere Strukturelemente auf, wie etwa Subwellenlängengitter oder Mottenaugenstrukturen, deren Strukturelemente auch kleiner als 100 nm sein können.
In einer vorteilhaften Erfindungsvariante wird die Mikroreliefstruktur in Schritt P) in ersten, vertieften Bereichen mit einer niedrigen Niveauhöhe eingebracht, und das Negativmuster wird durch zweite, erhabene Bereiche mit einer großen Niveauhöhe gebildet.
Bevorzugt wird dabei nach dem Metallisierungsschritt M) eine laserstrahlabsorbierende Deckschicht auf die metallisierte Prägestruktur aufgebracht, die die Vertiefungen der Prägestruktur füllt. Nach ihrem Aufbringen wird die laserstrahlabsorbierende Deckschicht zweckmäßig von den erhabenen Bereichen der metallisierten Prägestruktur entfernt, insbesondere abgerakelt oder abgewischt. Dabei kann ein technisch unvermeidbarer, dünner Tonungsfilm der laserstrahlabsorbierenden Deckschicht auf den erhabenen Bereichen der metallisierten Prägestruktur verbleiben. Wie nachfolgend genauer erläutert, kann ein solcher Tonungsfilm die gewünschte Demetallisierung der erhabenen Bereiche überraschenderweise sogar unterstützen und fördern.
Bezüglich des auf den erhabenen Bereichen verbleibenden Tonungsfilms ist anzumerken, dass dieser bei geeigneter Wahl des zu beschichtenden Substrates (Prägelack) gegebenenfalls auch ohne vorhergehendes Abrakeln auf den erhabenen Bereichen verbleibt. In der Praxis hat sich nämlich gezeigt, dass sich das Deckschichtmaterial bei geeigneten, geprägten Beschichtungssub straten überwiegend in den Vertiefungen sammelt und ein dünner Tonungsfilm auf den erhabenen Bereichen verbleibt.
Die laserstrahlabsorbierende Deckschicht enthält mit Vorteil laserstrahlabsorbierende Pigmente oder Farbstoffe. Für Laserstrahlung im nahen Infrarot kommen hierfür beispielsweise Rußpigmente, Infrarotabsorber auf Antimon/Zinn-Basis, oder auch Magnetpigmente, etwa auf Basis von Eisenoxiden infrage, wobei letztere neben der für die Herstellung wichtigen Absorptionswirkung zusätzlich als Merkmalsstoffe zur maschinellen Echtheitsprüfung des fertigen Sicherheitselements geeignet sind. Die Konzentration der Pigmente liegt je nach Art des Pigmentes zwischen etwa 1% und etwa 65%, typischerweise im Bereich von etwa 15%.
In anderen Ausgestaltungen kann die laserstrahlabsorbierende Deckschicht auch aus einem Material bestehen, das durch die Einwirkung der Laserstrahlung zersetzt wird und dabei die eingestrahlte Laserenergie verbraucht. Hierfür kommen beispielsweise Deckschichten auf Basis von Polymethylmethacrylaten infrage, die thermisch depolymerisiert werden können. Ein konkretes Deckschichtmaterial kann beispielsweise aus einer Mischung aus 25% Degalan M345 (Degussa), 74% Ethylacetat und 1% eines Infrarotabsorbers, wie etwa Ruß, bestehen.
Die laserstrahlabsorbierende Deckschicht enthält mit Vorteil ein Bindemittel hoher Temperaturbeständigkeit. Insbesondere kann ein mit einem Absorber versehener, hochtemperaturbeständiger UV-Lack als laserstrahlabsorbierende Deckschicht aufgebracht werden. UV-Lacke hoher Temperaturbeständigkeit enthalten oft novolacmodifizierte Epoxidharzacrylate, wie etwa die von Cytec angebotenen Lackrohstoffe Ebecryl 639 und Ebecryl 629 oder der von CrayValley angebotene Lackrohstoff Craynor CN112C60. Es sind jedoch, insbesondere aus dem Elektronikbereich, auch hochtemperaturbeständige Lacke bekannt, die diesen Bestandteil nicht benötigen. Es versteht sich, dass zur Formulierung eines hochtemperaturbeständigen, strahlungshärtenden Lacks (UV- oder Elektronenstrahlhärtung) neben den erwähnten oder anderen Lackrohstoffen noch weitere Substanzen, wie z. B. Photoinitiatoren oder Reaktionsverdünner zur Einstellung der Viskosität eingesetzt werden können oder müssen. Ferner kann der hochtemperaturbeständige Lack zur Einstellung seiner Absorptionscharakteristik als Absorber geeignete Farbstoffe und/oder Pigmente enthalten.
Weiter ist es von Vorteil, wenn die laserstrahlabsorbierende Deckschicht eine hohe Wärmeleitfähigkeit und/oder eine hohe Wärmekapazität aufweist, da die entstehende Wärme dann rasch von den beaufschlagten Stellen abgeführt werden kann, bzw. bei moderater Temperaturerhöhung eine große Wärmemenge aufgenommen werden kann.
Die laserstrahlabsorbierende Deckschicht kann nach dem Demetallisierungsschritt entfernt, beispielsweise ausgewaschen werden, oder sie kann in dem Sicherheitselement verbleiben und vorteilhaft in das Design des Sicherheitselements integriert werden. Im letzteren Fall kann die Deckschicht insbesondere auch einen Merkmalsstoff zur visuellen und/oder maschinellen Echtheitsprüfung des Sicherheitselements enthalten.
Die Beaufschlagung der metallisierten Prägestruktur mit Laserstrahlung in Schritt L) erfolgt bei dieser Erfindungsvariante zweckmäßig von der metallisierten Vorderseite der Prägestruktur her.
Nach einer weiteren, ebenfalls vorteilhaften Erfindungsvariante wird die Mikroreliefstruktur in Schritt P) in zweiten, erhabenen Bereichen mit einer großen Niveauhöhe eingebracht, und das Negativmuster wird durch erste, vertiefte Bereiche mit einer niedrigen Niveauhöhe gebildet. Die Beaufschlagung der metallisierten Prägestruktur mit Laserstrahlung in Schritt L) erfolgt bei dieser Erfindungsvariante zweckmäßig von der der Metallisierung abgewandten Rückseite der Prägestruktur her.
Um eine Wechselwirkung zwischen Laserstrahlung und Prägestruktur zu erreichen, kann die Prägestruktur dabei mit einem laserstrahlabsorbierenden Prägelack ausgebildet werden. Mit Vorteil werden dem Prägelack vor dem Aufbringen auf den Träger laserstrahlabsorbierende Zusatzstoffe beigefügt. Derartige Zusatzstoffe weisen vorteilhaft einen Merkmalsstoff zur visuellen und/oder maschinellen Echtheitsprüfung des Sicherheitselements auf.
In allen Erfindungsvariante kann die Prägestruktur zur Demetallisierung mit einem Infrarotlaser im Wellenlängenbereich von 0,8 μm bis 3 μm, insbesondere mit einem Nd:YAG-Laser beaufschlagt werden. Die zur Demetallisierung erforderliche Energiedichte hängt von dem verwendeten Metall, der aufgebrachten Schichtdicke und der Absorption der Deckschicht bzw. des Prägelacks ab. Die Laserintensität ist über dem bestrahlten Bereich vorzugsweise möglichst gleichförmig, was beispielsweise durch Strahlformung des Laserstrahlprofils, insbesondere durch ein sogenanntes Top-Hat-Profil mit einem im Wesentlichen rechteckigen Laserstrahlprofil erreicht werden kann.
In manchen Erfindungsvarianten enthält der beschichtete Träger Bereiche, in denen Steuermarken für die Anlagensteuerung vorliegen. Diese Steuermarken können auch außerhalb der eigentlichen geprägten Motive angeordnet sein. Sie können mit Vorteil separat mit einem Waschverfahren demetallisiert werden, bei dem vor dem Metallisierungsschritt M) eine lösliche Waschfarbe in Form der gewünschten Aussparungen in die genannten Be reiche aufgedruckt wird, und die Waschfarbe nach dem Metallisierungsschritt M) im Bereich der Aussparungen zusammen mit der dort vorliegenden Metallisierung durch ein Lösungsmittel abgewaschen wird. Weitere Einzelheiten zu einem derartigen Waschverfahren können der Druckschrift WO 99/13157 entnommen werden, deren Offenbarung insoweit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Eine separate Demetallisierung mit einem derartigen Waschverfahren bietet sich auch an, um den Bereich der Schweißnaht der zur Prägung der Prägestruktur eingesetzten Werkzeuge sauber und zuverlässig zu demetallisieren.
Die Erfindung umfasst auch ein Sicherheitselement für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen mit einer metallisierten Mikroreliefstruktur und einem dazu gepasserten Negativmuster, das in der beschriebenen Weise herstellbar ist und das eine Prägestruktur mit Erhebungen und Vertiefungen aufweist, die erste und zweite Bereiche mit unterschiedlichen ersten und zweiten Niveauhöhen bilden, wobei die metallisierte Mikroreliefstruktur in den ersten Bereiche der Prägestruktur vorliegt und das Negativmuster in den zweiten Bereichen der Prägestruktur vorliegt.
Bei dem Sicherheitselement kann es sich insbesondere um einen Sicherheitsfaden, ein Sicherheitsband, einen Sicherheitsstreifen, ein Patch oder ein Etikett zum Aufbringen auf ein Sicherheitspapier, Wertdokument oder dergleichen handeln. Die Erfindung umfasst ferner einen Datenträger, insbesondere einen Markenartikel, ein Wertdokument oder dergleichen, mit einem Sicherheitselement der beschriebenen Art.
Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Zur besseren Anschaulichkeit wird in den Figuren auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Darstellung verzichtet.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem Hologramm-Sicherheitsfaden nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 schematisch einen Querschnitt durch den Sicherheitsfaden der 1,
3 in (a) bis (d) Zwischenschritte bei der Herstellung des Sicherheitsfadens der 1 und 2, und
4 in (a) bis (c) Zwischenschritte bei der Herstellung eines Sicherheitselements nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Erfindung wird nun am Beispiel von Sicherheitselementen für Banknoten erläutert. 1 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer mit einem erfindungsgemäßen Hologramm-Sicherheitsfaden 12 versehenen Banknote 10. Der Hologramm-Sicherheitsfaden 12 weist einen metallisierten Hologrammbereich 14 auf, der mit einer Negativschrift 16 versehen ist, die im Ausführungsbeispiel die Ziffernfolge „20" bildet. Erfindungsgemäß ist die Negativinformation 16 exakt mit den geprägten Reliefstrukturen des Hologramms 14 und mit der Hologramm-Metallisierung gepassert.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf Hologramm-Sicherheitsfäden und Banknoten beschränkt ist, sondern bei allen Arten von Sicherheitselementen eingesetzt werden kann, beispielsweise bei Etiketten für Waren und Verpackungen oder bei der Absicherung von Dokumenten, Ausweisen, Pässen, Kreditkarten, Gesundheitskarten und dergleichen. Bei Banknoten und ähnlichen Dokumenten kommen außer Sicherheitsfäden beispielsweise auch Transferelemente infrage.
Mit Bezug auf den in 2 gezeigten, schematischen Querschnitt weist der Sicherheitsfaden 12 eine Trägerfolie 20 auf, die auf ihrer Oberseite mit einer UV-härtenden Präglackschicht 22 versehen ist. Die Präglackschicht 22 enthält eine Prägestruktur mit Erhebungen 24 und Vertiefungen 26, wobei die Vertiefungen 26 zusätzlich eine Mikroreliefstruktur 28 in Form des darzustellenden Hologramms 14 und eine Hologramm-Metallisierung 30, beispielsweise aus Aluminium aufweisen. Die Erhebungen 24 sind dagegen weder mit einer Mikroreliefprägung noch mit einer Metallisierung versehen und bilden daher ein innerhalb des Hologrammbereichs 14 ein Negativmuster 16, das sowohl zur Mikroreliefprägung 28 als auch zur Hologramm-Metallisierung 30 exakt gepassert ist.
In 2 und den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Erhebungen und Vertiefungen der Prägestruktur der übersichtlicheren Darstellung halber stets als Rechteckstrukturen mit nur zwei Niveauhöhen dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass die Erhebungen und Vertiefungen im allgemeinen Fall auch mit schrägen Flanken, mit gerundeten Übergängen und/oder mit zusätzlichen Strukturen versehen sein können. Auch werden stets nur die Prägestruktur und die für die Erläuterung notwendigen Schichten gezeigt und andere Elemente des Aufbaus, wie etwa Trägerfolien, Klebe- und Schutzschichten, entweder nur schematisch dargestellt oder ganz weggelassen.
Die Herstellung eines erfindungsgemäßen, exakt gepasserten Sicherheitselements, wie etwa des Hologramm-Sicherheitsfadens 12, wird nun anhand der 3 erläutert, wobei die Trägerfolie 20 der einfacheren Darstellung halber jeweils nicht gezeigt ist. Mit Bezug zunächst auf die 3(a) wird in die Prägelackschicht 22 eine Prägestruktur mit Erhebungen 24 und Vertiefungen 26 eingeprägt, so dass erste Bereiche 24 mit einer großen Niveauhöhe h₁ und zweite Bereiche 26 mit einer niedrigen Niveauhöhe h₂ entstehen.
Die vertieften, zweiten Bereiche 26 der Prägestruktur sind dabei zusätzlich mit einer Mikroreliefstruktur 28 in Form des darzustellenden Hologramms 14 versehen, während die erhabenen ersten Bereiche 24 in Form des gewünschten Negativmusters 16 ausgebildet sind.
Dann wird die Prägestruktur 24, 26, 28 vollflächig mit einer Metallisierung 30 beschichtet, wie in 3(b) gezeigt. Für die Metallisierung kann beispielsweise Aluminium, Chrom, Kupfer oder Silber eingesetzt werden.
Anstelle einer einfachen Metallschicht kann selbstverständlich auch ein mehrschichtiger Aufbau zum Einsatz kommen, der eine Metallschicht enthält, wie etwa ein farbkippendes Dünnschichtelement. Ein solches Dünnschichtelement weist typischerweise eine metallische Reflexionsschicht, beispielsweise aus Aluminium, eine dielektrischen Abstandsschicht, beispielsweise aus SiO₂, und eine dünne Absorberschicht, beispielsweise aus Chrom, auf. Mit besonderem Vorteil können dabei Dünnschichtelemente eingesetzt werden, die aufgrund eines im Bereich der Laserwellenlänge des eingesetzten Demetallisierungslasers liegenden Absorptionsmaximums leicht deme tallisiert werden können. Solche Dünnschichtelemente sind im Einzelnen in der WO 97/31774 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
Anschließend wird die metallisierte Prägestruktur vollflächig mit einem laserstrahlabsorbierenden Lack beschichtet, der die Vertiefungen 26 der Prägestruktur füllt. Der aufgebrachte Lack wird von der Oberfläche der Prägestruktur abgerakelt, abgewalzt oder abgewischt, wobei in der Regel ein technisch nicht vermeidbarer, dünner Tonungsfilm 34 auf den Erhebungen 24 der Prägestruktur verbleibt. Insgesamt ergibt sich nach diesem Verfahrensschritt eine metallisierte Prägestruktur mit einem Lackauftrag 32, der die Vertiefungen 26 der Prägestruktur vollständig ausfüllt und der auf den Erhebungen 24 in einem dünnen Tonungsfilm 34 vorliegt, wie in 3(c) gezeigt.
Um die Erhebungen 24 selektiv zu demetallisieren wird die metallisierte und mit Lack beschichtete Prägestruktur über ihrer gesamten Fläche mit Laserstrahlung 36 beaufschlagt. Dabei werden der laserstrahlabsorbierende Lack und die Laserparameter, insbesondere Wellenlänge, Strahlform und Intensität, so aufeinander abgestimmt, dass sich eine für die Demetallisierung ausreichende Wechselwirkung zwischen der Laserstrahlung und dem Lack ergibt. Diese Wechselwirkung besteht insbesondere in der Absorption der Laserstrahlung durch in dem Lack vorliegende Pigmente oder Farbstoffe. In manchen Gestaltungen steht nicht die direkte Wechselwirkung des Lacks mit der Laserstrahlung im Vordergrund, sondern dessen Eigenschaften in Bezug auf die Auswirkungen der Laserstrahlung nach ihrer Absorption, beispielsweise die Fähigkeit des Lacks, eine große Wärmemenge aufzunehmen und/oder die Fähigkeit, die entstandene Wärme rasch aus den bestrahlten Bereichen abzuleiten.
Für die Laserbestrahlung kann insbesondere ein Infrarotlaser, beispielsweise ein Nd:YAG Laser einer Wellenlänge von 1064 nm, eingesetzt werden. Die Laserintensität ist über dem bestrahlten Bereich idealerweise gleichförmig, beispielsweise in Form eines im Wesentlichen zylinderförmigen sogenannten Top-Hat-Profils. Die Energiedichte, die erreicht werden kann, hängt von dem Material und der Dicke der Metallisierung 30 und der Absorption der Lackschicht 32 ab und kann für die Demetallisation einer 40 nm dicken Aluminiumschicht 30 beispielsweise 1,5 kJ/m² betragen.
Auf Bestrahlung mit einem solchen Nd:YAG-Laser abgestimmt, ist im Ausführungsbeispiel der 3 als laserstrahlabsorbierender Lack 32 ein UV-Lack hoher Temperaturbeständigkeit eingesetzt, in den ein Infrarotabsorber mit einem Absorptionsmaximum im nahen Infrarot eindispergiert ist. Durch die Einwirkung der Laserstrahlung 36 auf die mit Lack beschichtete Metallisierung 30 werden die erhabenen Bereiche 24 demetallisiert, während die Metallisierung in den vertieften Bereichen 26 erhalten bleibt. Nach dem Entfernen, beispielsweise Auswaschen, des absorbierenden Lacks 32 erhält man daher eine teilweise metallisierte Prägestruktur, bei der die metallisierten Mikroreliefsstrukturen 28, 30 der Vertiefungen 26 perfekt mit den Negativmustern der Erhebungen 24 gepassert sind, wie in 3(d) dargestellt.
Überraschend wurde dabei gefunden, dass ein im Bereich der Erhebungen 24 verbleibender, dünner Tonungsfilm die Demetallisierung durch die Laserbeaufschlagung sogar fördern kann. Ohne an eine bestimmte Erklärung gebunden sein zu wollen, wird der Mechanismus der selektiven Demetallisierung und die überraschende Verbesserung durch einen dünnen Tonungsfilm gegenwärtig wie folgt erklärt: Im Bereich der Vertiefungen 26, in denen der Lack 32 mit einer großen Schichtdicke vorliegt, wird die einfallende Laserstrahlung zu einem großen Teil oder sogar vollständig im Lack 32 absor biert, in Wärme umgewandelt und durch den Bindemittelanteil des Lacks im Volumen der Vertiefung 26 verteilt. Auch die eventuell bei einer Absorption der Laserstrahlung in der Metallisierung 30 der Mikroreliefstruktur 28 entstehende Wärme wird mittels des Lacks 32 von der Metallschicht abgeführt und unschädlich verteilt. Die Laserstrahlung und die erzeugte Wärme erreichen daher nicht oder nur stark abgeschwächt die metallisierten Mikroreliefstrukturen 28, 30, so dass dort kein für eine Demetallisation ausreichender Energieeintrag erfolgt.
Betrachtet man den Bereich der Erhebungen 24 zunächst ohne einen dünnen Tonungsfilm, so wird die Laserstrahlung dort von der Metallisierung ohne Abschwächung absorbiert und führt bei geeignet gewählten Laserparametern zum Verdampfen, Oxidieren oder einer sonstigen Entfernung der Metallisierung 30 der Erhebungen 24. Ein dünner Tonungsfilm 34 kann durch die höhere Absorption des Infrarotabsorbers des Lacks 32 verglichen mit dem blanken Metall 30 sogar noch zu einem erhöhten Energieeintrag führen und dadurch die Demetallisation der Erhebungen 24 fördern.
UV-Lacke hoher Temperaturbeständigkeit können beispielsweise novolacmodifizierte Epoxidharzacrylate enthalten, auch wenn dieser Bestandteil in modernen Lackentwicklungen nicht unbedingt vorhanden sein muss. Neben einer hohen Temperaturbeständigkeit weist der Lack 32 vorzugsweise auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und/oder eine hohe Wärmekapazität auf, um die an der Metallisierung der Mikroreliefstruktur 28 entstehende Wärme ableiten und aufnehmen zu können. In den erhabenen Bereichen 24, wo der Lack nur als dünner Tonungsfilm vorliegt, ist der Effekt der Wärmeableitung und Wärmeaufnahme nach gegenwärtigem Verständnis gering und wird darüber hinaus auch von dem zusätzlichen Energieeintrag durch die erhöhte Absorption übertroffen, so dass dort insgesamt eine erhöhte Energiemenge für die Demetallisierung bereitsteht.
Die vorstehend beschriebene vorteilhafte Wirkung des dünnen Tonungsfilms kann grundsätzlich auch durch Aufbringen einer dünnen Metallschicht, insbesondere einer dünnen Chromschicht erreicht werden. Z. B. lässt sich eine ca. 10 nm dicke Chromschicht sehr leicht demetallisieren, wodurch gleichzeitig darüberliegende Schichten mit abgelöst werden, die für sich betrachtet schwer zu demetallisieren sind. Dem Fachmann sind geeigneteVerfahren zur Aufbringung einer vorstehend beschriebenen dünnen Metallschicht bekannt, weshalb hier nicht weiter darauf eingegangen wird. Die vorstehend beschriebene Ausführungsform erreicht durch den Einsatz dünner Metallschichten in den zu demetallisierenden Bereichen eine ähnliche Wirkung wie ein dort verbleibender dünner Tonungsfilm. Gegenwärtig sind die Ausführungsformen mit die Demetallisierung erleichternden dünnen Metallschichten, insbesondere Chromschichten, aber nicht bevorzugt.
Als Infrarotabsorber können verschiedene, dem Fachmann an sich bekannte, Pigmente oder Farbstoffe eingesetzt werden. Der Anteil der Pigmente in dem absorbierenden Lack liegt im Allgemeinen zwischen 1% und 65%, typischerweise bei etwa 10% bis 20%.
Die absorbierende Lackschicht kann nach der Demetallisierung entfernt werden, wie etwa im Ausführungsbeispiel der 3 gezeigt. Es ist jedoch auch möglich, die Lackschicht nach der Demetallisierung in dem Schichtaufbau zu belassen und gegebenenfalls in das Erscheinungsbild des Sicherheitselements zu integrieren. Diese bietet sich beispielsweise dann an, wenn das Sicherheitselement auf Betrachtung von der Rückseite, also der Seite der Trägerfolie, her ausgelegt ist. Insbesondere wird das Bindemittel der Lack schickt im Hinblick auf seine Löslichkeit auch danach ausgewählt, ob eine späteres Entfernen der Lackschicht vorgesehen ist oder nicht.
In einer anderen Erfindungsvariante kann die laserstrahlabsorbierende Lackschicht 32 auch so gewählt sein, dass sie von der absorbierten Laserstrahlung zersetzt wird und dabei in Bereichen großer Schichtdicke die eingestrahlte Laserenergie weitgehend verbraucht, so dass dort die Demetallisierungsschwelle für die bedeckte Metallschicht 30 nicht mehr überschritten wird. Beispielsweise kann der Lack 32 in dieser Variante aus Polymethylmethacrylaten aufgebaut sein, die thermisch depolymerisiert werden können. Bei der Laserbeaufschlagung laufen die Depolymerisation und die Verdampfung der Lackschicht endotherm ab und verbrauchen dabei die eingestrahlte Laserenergie. In den Bereichen großer Schichtdicke, wie den Vertiefungen 26, schützt eine solche Lackschicht daher die darunterliegende Metallisierung 30, während in den erhabenen Bereichen 24, die keine oder nur eine dünne Lackschicht 34 aufweisen, eine Demetallisierung erfolgt.
In einer weiteren alternativen Verfahrensvariante kann auf das Aufbringen einer separaten, absorbierenden Deckschicht verzichtet und der Prägelack selbst als Belichtungsmaske für die Laser-Demetallisierung verwendet werden, wie anhand der Darstellung der 4 erläutert.
Bei dieser Variante werden die Laserwellenlänge des Demetallisierungslasers und der zur Erzeugung der Prägestruktur verwendete Prägelack so aufeinander abgestimmt, dass eine Wechselwirkung zwischen Prägelack und Laserstrahlung im oben genannten Sinne entsteht. Insbesondere kann für die Demetallisierung eine Laserwellenlänge gewählt werden, bei der der eingesetzte Prägelack absorbiert, oder der Prägelack kann gezielt mit einem Absorber für eine gewünschte Laserwellenlänge versetzt werden. Weiter kann ein Prägelack hoher Temperaturbeständigkeit gewählt werden, der die im Prägelack oder an der Metallisierung entstehende Wärme gut aufnehmen und rasch ableiten kann.
In allen Fällen wird der Prägelack 42, wie in 4(a) gezeigt, auf eine Trägerfolie 20 aufgebracht und in Form einer Prägestruktur mit Erhebungen 44 und Vertiefungen 46 geprägt, so dass erste Bereiche 44 mit einer großen Niveauhöhe h₁ und zweite Bereiche 46 mit einer niedrigen Niveauhöhe h₂ entstehen. Anders als bei dem Ausführungsbeispiel der 2 und 3 werden bei dieser Erfindungsvariante die erhabenen, ersten Bereiche 44 der Prägestruktur mit einer Mikroreliefstruktur 48 in Form des darzustellenden Hologramms 14 versehen, während die vertieften, zweiten Bereiche 46 in Form des gewünschten Negativmusters 16 ausgebildet sind.
Mit Bezug auf 4(b) wird die Prägestruktur 44, 46, 48 anschließend vollflächig mit einer Metallisierung 50 beschichtet und die metallisierte Prägestruktur wird über ihrer gesamten Fläche von der Rückseite her mit Laserstrahlung 52 beaufschlagt. Es versteht sich, dass die Trägerfolie 20 hierfür für die Laserwellenlänge transparent sein muss, oder dass die Schichtenfolge vor der Demetallisation auf ein anderes Material übertragen und die Trägerfolie 20 abgezogen wird.
Der Prägelack 42 wirkt bei dieser Verfahrensvariante selbst als Belichtungsmaske: Im Bereich der Erhebungen 44 liegt der Prägelack in einer großen Schichtdicke zwischen der einfallenden Laserstrahlung 52 und Metallisierung 50, so dass die Laserstrahlung dort, analog zum oben beschriebenen Fall einer in den Vertiefungen 26 vorliegenden Lackschicht, in der Prägelackschicht 42 zu einem großen Teil oder sogar vollständig absorbiert und die entstehende Wärme im Volumen der Erhebung 44 verteilt wird. Eine Deme tallisierung der auf den Erhebungen 44 vorliegenden Metallschicht 50 wird dadurch wirkungsvoll unterdrückt. In den vertieften Bereichen 46 erreicht die einfallende Laserenergie dagegen im Wesentlichen ungeschwächt oder sogar durch die Absorption des Prägelacks verstärkt die dort vorliegende Metallschicht 50 und führt zu deren Demetallisierung. Dabei ist darauf zu achten, dass die Prägung 46 so tief reicht, also die Niveauhöhe h₂ klein genug gewählt wird, dass die absorbierte Laserenergie die Demetallisierungsschwelle in den Vertiefungen 46 überschreitet.
Insgesamt wird somit auch bei dieser Variante ein metallisiertes Hologramm 44, 50 mit einer perfekt gepasserten Negativinformation 46 erzeugt, wobei die Rolle der erhabenen bzw. vertieften Bereichen verglichen mit der Ausgestaltung der 2 und 3 gerade umgekehrt ist.
Der bei der Gestaltung der 2 und 3 eingesetzte laserabsorbierende Lack kann auch mit zusätzlichen Merkmalen ausgestattet sein und beispielsweise magnetische, elektrisch leitfähige, thermochrome, phosphoreszierende, fluoreszierende oder sonstige lumineszierende Merkmalsstoffe enthalten. Das zusätzliche Merkmal kann auch nur in einer gewünschten Farbigkeit des Lacks liegen. Merkmalsstoffe können sowohl bei der Demetallisierung eine Funktion haben, beispielsweise als Absorber, als auch später im fertigen Sicherheitselement als Echtheitsmerkmal fungieren.
Die Maske kann in manchen Ausgestaltungen mit geeigneten Lösungsmitteln oder auch wässrig ausgewaschen werden, wodurch sich weitere Kombinationsmöglichkeiten eröffnen. Beispielsweise können in einem ersten Schritt demetallisierte Bereiche erzeugt werden, deren Form und Lage in der oben erläuterten Weise durch die Erhebungen bzw. Vertiefungen der Prägestruktur vorgegeben sind. Um weitere Bereiche zu demetallisieren, kann bei spielsweise von der Gegenseite durch Laserbestrahlung demetallisiert werden, oder der lösliche Lack kann entfernt, eine Resistmaske gedruckt und dann erneut demetallisiert werden. Eine Kombinationen des oben beschriebenen Verfahrens mit weiteren Demetallisierungsverfahren kann insbesondere außerhalb der eigentlichen Motive Vorteile bringen, beispielsweise um die Bereiche an der Schweißnaht von Prägewerkzeugen oder Bereiche von Steuermarken, die auch außerhalb des Prägebereichs der Motive liegen können, zuverlässig zu demetallisieren.
Am Rand gelegene Steuermarken können dabei bereits im Anschluss an die Prägung noch vor der Lack-Beschichtung der Hauptfläche der Prägestruktur mit einer Waschfarbe beschichtet werden und nach der Metallisierung freigewaschen werden, um so die für die Anlagensteuerung wichtigen Elemente sofort freizulegen. Einzelheiten zu einem dabei einsetzbaren Waschverfahren können der Druckschrift WO 99/13157 entnommen werden, deren Offenbarung insoweit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
Auch im Bereich der Schweißnaht von Prägewerkzeugen kann eine separate Demetallisierung durch ein Waschverfahren vorteilhaft sein, da dort die Topographie oft durch unerwünschte Ablagerungen bestimmt wird und dann beim Beschichten mit laserabsorbierendem Lack eine schlecht definierte Schichtdicke erzeugt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 99/13157 [0004, 0022, 0058]
- WO 97/31774 [0038]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einer metallisierten Mikroreliefstruktur und einem dazu gepasserten Negativmuster, bei dem P) ein Träger mit einer Prägestruktur mit Erhebungen und Vertiefungen versehen wird, die erste und zweite Bereiche mit unterschiedlichen ersten und zweiten Niveauhöhen bilden, – wobei die gewünschte Mikroreliefstruktur in die ersten Bereiche der Prägestruktur eingebracht wird, und – die zweiten Bereiche der Prägestruktur in Form des gewünschten Negativmusters ausgebildet werden, M) die Prägestruktur mit den ersten und zweiten Bereichen vollflächig metallisiert wird, und L) die metallisierte Prägestruktur mit Laserstrahlung beaufschlagt wird, um durch die Einwirkung der Laserstrahlung die Metallisierung selektiv in den zweiten Bereichen der Prägestruktur zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroreliefstruktur in Schritt P) in ersten, vertieften Bereichen mit einer niedrigen Niveauhöhe eingebracht wird, und das Negativmuster durch zweite, erhabene Bereiche mit einer großen Niveauhöhe gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Metallisierungsschritt M) eine laserstrahlabsorbierende Deck schicht auf die metallisierte Prägestruktur aufgebracht wird, die die Vertiefungen der Prägestruktur füllt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die laserstrahlabsorbierende Deckschicht nach ihrem Aufbringen von den erhabenen Bereichen der metallisierten Prägestruktur entfernt, insbesondere abgerakelt oder abgewischt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein dünner Tonungsfilm der laserstrahlabsorbierenden Deckschicht auf den erhabenen Bereichen der metallisierten Prägestruktur verbleibt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die laserstrahlabsorbierende Deckschicht laserstrahlabsorbierende Pigmente oder Farbstoffe enthält.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die laserstrahlabsorbierende Deckschicht durch die Einwirkung der Laserstrahlung zersetzt wird und dabei die eingestrahlte Laserenergie verbraucht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die laserstrahlabsorbierende Deckschicht ein Bindemittel hoher Temperaturbeständigkeit enthält.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als laserstrahlabsorbierende Deckschicht ein mit einem Absorber versehener, hochtemperaturbeständiger UV-Lack aufgebracht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als laserstrahlabsorbierende Deckschicht ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und/oder hoher Wärmekapazität gewählt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die laserstrahlabsorbierende Deckschicht nach dem Demetallisierungsschritt entfernt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die laserstrahlabsorbierende Deckschicht nach dem Demetallisierungsschritt im Sicherheitselement verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die laserstrahlabsorbierende Deckschicht einen Merkmalsstoff zur visuellen und/oder maschinellen Echtheitsprüfung des Sicherheitselements enthält.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung der metallisierten Prägestruktur mit Laserstrahlung in Schritt L) von der metallisierten Vorderseite der Prägestruktur her erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroreliefstruktur in Schritt P) in zweiten, erhabenen Bereichen mit einer großen Niveauhöhe eingebracht wird, und das Negativmuster durch erste, vertiefte Bereiche mit einer niedrigen Niveauhöhe gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung der metallisierten Prägestruktur mit Laserstrahlung in Schritt L) von der der Metallisierung abgewandten Rückseite der Prägestruktur her erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägestruktur in einem laserstrahlabsorbierenden Prägelack ausgebildet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dem Prägelack vor dem Aufbringen auf den Träger laserstrahlabsorbierende Zusatzstoffe beigefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die laserstrahlabsorbierenden Zusatzstoffe einen Merkmalsstoff zur visuellen und/oder maschinellen Echtheitsprüfung des Sicherheitselements enthalten.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägestruktur zur Demetallisierung mit einem Infrarotlaser im Wellenlängenbereich von 0,8 μm bis 3 μm, insbesondere einem Nd:YAG-Laser beaufschlagt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche, in denen auf dem Träger Steuermarken für die Anlagensteuerung vorliegen und/oder Bereiche von Schweißnähten der zur Prägung eingesetzten Prägewerkzeuge mit einem Waschverfahren demetallisiert werden, bei dem vor dem Metallisierungsschritt M) eine lösliche Waschfarbe in Form gewünschter Aussparungen in die genannten Bereiche aufgedruckt wird, und die Waschfarbe nach dem Metallisierungsschritt M) im Bereich der Aussparungen zusammen mit der dort vorliegenden Metallisierung durch ein Lösungsmittel abgewaschen wird.
Sicherheitselement für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen mit einer metallisierten Mikroreliefstruktur und einem dazu gepasserten Negativmuster, herstellbar nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement eine Prägestruktur mit Erhebungen und Vertiefungen umfasst, die erste und zweite Bereiche mit unterschiedlichen ersten und zweiten Niveauhöhen bilden, wobei die metallisierte Mikroreliefstruktur in den ersten Bereiche der Prägestruktur vorliegt und das Negativmuster in den zweiten Bereichen der Prägestruktur vorliegt.
Sicherheitselement nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die metallisierte Mikroreliefstruktur in ersten, vertieften Bereichen mit einer niedrigen Niveauhöhe vorliegt, und das Negativmuster durch zweite, erhabene Bereiche mit einer großen Niveauhöhe gebildet ist.
Sicherheitselement nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen mit einer laserstrahlabsorbierenden Deckschicht gefüllt sind.
Sicherheitselement nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die laserstrahlabsorbierende Deckschicht einen Merkmalsstoff zur visuellen und/oder maschinellen Echtheitsprüfung des Sicherheitselements enthält.
Sicherheitselement nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die metallisierte Mikroreliefstruktur in zweiten, erhabenen Bereichen mit einer großen Niveauhöhe vorliegt, und das Negativmuster durch erste, vertiefte Bereiche mit einer niedrigen Niveauhöhe gebildet ist.
Sicherheitselement nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägelack der Prägestruktur laserstrahlabsorbierende Zusatzstoffe enthält.
Sicherheitselement nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die laserstrahlabsorbierenden Zusatzstoffe einen Merkmalsstoff zur visuellen und/oder maschinellen Echtheitsprüfung des Sicherheitselements enthalten.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement ein Sicherheitsfaden, ein Sicherheitsband, ein Sicherheitsstreifen, ein Patch oder ein Etikett zum Aufbringen auf ein Sicherheitspapier, Wertdokument oder dergleichen ist.
Datenträger, insbesondere Markenartikel, Wertdokument oder dergleichen, mit einem Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 29.
Verwendung eines Sicherheitselements nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 29 oder eines Datenträgers nach Anspruch 30 zur Fälschungssicherung von Waren beliebiger Art.