DE102008032224A1

DE102008032224A1 - Sicherheitselement

Info

Publication number: DE102008032224A1
Application number: DE102008032224A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. Heim
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2010-01-14
Also published as: CN102089123A; WO2010003646A1; CN102089123B; US20110114733A1; EP2318181A1; EP2318181B1; US8490879B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement zur Absicherung von Datenträgern mit einem dreischichtigen Dünnschichtelement (20) aus einer Reflexionsschicht (22), einer Absorberschicht (26) und einer zwischen der Reflexionsschicht und der Absorberschicht angeordneten dielektrischen Abstandsschicht (24). Nach der Erfindung sind die Reflexionsschicht (22), die Absorberschicht (26) und die dielektrische Abstandsschicht (24) so aufeinander abgestimmt, dass das Dünnschichtelement für Betrachtung von der Absorberschichtseite (26) her bei allen Betrachtungswinkeln (28, 28') und im gesamten sichtbaren Spektralbereich eine sehr geringe Reflexion aufweist und schwarz erscheint.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement zur Absicherung von Datenträgern, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sicherheitselements, einen entsprechend ausgestatteten Datenträger sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Datenträger, wie Wert- oder Ausweisdokumente, aber auch andere Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitsmerkmalen versehen, die eine Überprüfung der Echtheit des Datenträgers gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen.
Eine besondere Rolle bei der Echtheitsabsicherung spielen dabei Sicherheitsmerkmale, die selbst mit modernsten Kopiergeräten nicht reproduziert werden können. Zu diesem Zweck werden oft spezielle Druckfarben, die Glanzpigmente oder andere optische Effektpigmente enthalten, verdruckt, da der charakteristische Glanz und das Farbspiel derartige Pigmente nicht kopiert werden können.
Neben dem Sicherheitsbereich werden Glanz- oder Effektpigmente auch in anderen Bereichen der Technik eingesetzt, wie etwa bei Autolacken, dekorativen Beschichtungen oder in kosmetischen Formulierungen. Schwarze Glanzpigmente entfalten hier oft einen besonderen Reiz, da der Gegensatz von schwarzer Farbe und Glanzwirkung einerseits visuell attraktiv wirkt und das dunkle Erscheinungsbild andererseits einen geeigneten Hintergrund für eine Vielzahl optischer Effekte, wie etwa die Farbkippeffekte von Interferenzschichtsystemen oder Flüssigkristallschichten, bereitstellen kann.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitselement der eingangs genannten Art mit attraktivem visuellem Erscheinungsbild und hoher Fälschungssicherheit zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch das Sicherheitselement mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sicherheitselements, ein mit einem solchen Sicherheitselement ausgestatteter Datenträger und ein Verfahren zur Herstellung desselben sind in den nebengeordneten Ansprüchen angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß der Erfindung weist ein Sicherheitselement der eingangs genannten Art ein dreischichtiges Dünnschichtelement aus einer Reflexionsschicht, einer Absorberschicht und einer zwischen der Reflexionsschicht und der Absorberschicht angeordneten dielektrischen Abstandsschicht auf, bei dem die Reflexionsschicht, die Absorberschicht und die dielektrische Abstandsschicht so aufeinander abgestimmt sind, dass das Dünnschichtelement für Betrachtung von der Absorberschichtseite her bei allen Betrachtungswinkeln und im gesamten sichtbaren Spektralbereich eine sehr geringe Reflexion aufweist und schwarz erscheint.
Die Reflexion des Dünnschichtelements für Betrachtung von der Absorberschichtseite her liegt vorzugsweise bei allen Betrachtungswinkeln und im gesamten sichtbaren Spektralbereich unterhalb von 20%, vorzugsweise unterhalb von 15%, besonders bevorzugt unterhalb von 10%. Mit Vorteil weist das Dünnschichtelement für Betrachtung von der Absorberschichtseite her im gesamten sichtbaren Spektralbereich und bei allen Betrachtungswinkeln kein Reflexionsmaximum auf.
In manchen Ausgestaltungen weist das Dünnschichtelement für Betrachtung von der Absorberschichtseite her ein Reflexionsmaximum im ultravioletten Spektralbereich auf, das als charakteristisches Echtheitskennzeichen eingesetzt und mit geeigneten spektroskopischen Instrumenten nachgewiesen werden kann. Die genaue Position des Reflexionsmaximums im ultravioletten Spektralbereich hängt dabei vom Betrachtungswinkel ab, so dass auch die Variation des Reflexionsmaximums im Ultravioletten als Echtheitsmerkmal verwendet werden kann.
Die Schichtdicke der dielektrischen Abstandsschicht liegt bevorzugt zwischen etwa 20 nm und etwa 90 nm. In einer vorteilhaften Variante ist die Abstandsschicht im Wesentlichen aus einem niedrigbrechenden Dielektrikum mit Brechungsindex n < 1,8, insbesondere aus SiO₂ oder MgF₂, gebildet und weist eine Schichtdicke zwischen 50 nm und 90 nm, insbesondere von etwa 70 nm auf. Bei einer alternativen, ebenfalls vorteilhaften Variante ist die Abstandsschicht im Wesentlichen aus einem hochbrechenden Dielektrikum mit Brechungsindex n ≥ 1,8, insbesondere aus TiO₂ oder ZnS, gebildet und weist eine Schichtdicke zwischen 20 nm und 50 nm, insbesondere von etwa 40 nm auf.
Bei vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung kann das dielektrische Material der Abstandsschicht mit einem absorbierenden Stoff, beispielsweise mit absorbierenden Metallionen versetzt sein. Die dielektrische Abstandsschicht kann aufgedampft oder aufgedruckt werden. Im letzteren Fall kann als absorbierender Stoff beispielsweise Ruß beigemengt werden.
Bei Betrachtung von der Reflexionsschichtseite her erscheint das Dünnschichtelement bevorzugt bei allen Betrachtungswinkeln und im gesamten sichtbaren Spektralbereich metallisch hochglänzend. Diese metallische Re flexion kann insbesondere bei auch von der Unterseite her sichtbaren Sicherheitselementen genutzt werden. Sie ermöglicht zum einen die visuelle Unterscheidung des Dünnschichtelements von herkömmlichen schwarzen Druckschichten und kann andererseits auch als Teil eines weiteren Echtheitsmerkmals fungieren, wie weiter unten anhand eines Polarisationsmerkmals erläutert, bei dem die metallische Reflexionsschicht mit einer phasenschiebenden Schicht zusammenwirkt.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Dünnschichtelement Aussparungen in Form von Mustern, Zeichen oder Codierungen auf, die transparente oder transluzente Bereiche in dem Dünnschichtelement bilden. Die Aussparungen können sich durch das gesamte Dünnschichtelement erstrecken oder auch nur in der Reflexionsschicht ausgebildet sein.
Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Sicherheitselement eine farbkippende Schicht aus einem cholesterischen flüssigkristallinen Material auf, die der Absorberschichtseite des Dünnschichtelements zugewandt ist, so dass das schwarz erscheinende Dünnschichtelement einen dunklen Hintergrund für die farbkippende Schicht bildet. Die farbkippende Schicht kann selbstverständlich auch mit den genannten Aussparungen im Dünnschichtelement kombiniert sein. Weist das Sicherheitselement eine Trägerfolie auf, so können das Dünnschichtelement und die farbkippende Schicht auf derselben Seite oder auf gegenüberliegenden Seiten der Trägerfolie angeordnet sein.
Das Sicherheitselement kann weiter zumindest ein weiteres, maschinenlesbares Sicherheitsmerkmal aufweisen, insbesondere ein Sicherheitsmerkmal mit magnetischen, elektrisch leitfähigen, phosphoreszierenden, fluoreszierenden oder sonstigen lumineszierenden Stoffen. Weist das Sicherheitsele ment eine Trägerfolie auf, können das Dünnschichtelement und das weitere Sicherheitsmerkmal auf derselben Seite oder auf gegenüberliegenden Seiten der Trägerfolie angeordnet sein. Es versteht sich, dass die weiteren Sicherheitsmerkmale mit farbkippenden Schichten und/oder mit Aussparungen im Dünnschichtelement kombiniert sein können. Selbstverständlich ist es grundsätzlich auch denkbar, dass das erfindungsgemäße Dünnschichtelement auf einer Trägerfolie angeordnet ist, die als weiteres Sicherheitsmerkmal eine Beugungsstruktur oder Mattstruktur aufweist, wobei das Dünnschichtelement neben der Beugungsstruktur oder Mattstruktur oder aber über/unter der Beugungsstruktur oder Mattstruktur angeordnet ist.
In zweckmäßigen Ausgestaltungen liegt das Sicherheitselement auf einer Trägerfolie, insbesondere einer PET-Folie mit einer Schichtdicke zwischen 6 μm und 23 μm vor. Die Trägerfolie kann nach der Übertragung des Sicherheitselements auf einen Datenträger von dem restlichen Schichtaufbau des Sicherheitselements abgezogen werden oder sie kann als fester Bestandteil des Sicherheitselements in dem Schichtaufbau verbleiben.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Sicherheitselement eine Phasenverzögerungsschicht aus einem nematischen flüssigkristallinen Material auf, die der Reflexionsschichtseite des Dünnschichtelements zugewandt ist, so dass die Phasenverzögerungsschicht zusammen mit der Reflexionsschicht ein mit einem Polarisationsfilter prüfbares Polarisationsmerkmal bildet. Die Phasenverzögerungsschicht kann dabei insbesondere in Form von Mustern, Zeichen oder Codierungen vorliegen, so dass das gebildete Motiv beim Betrachten durch ein geeignetes Polarisationsfilter hervortritt. Weist das Sicherheitselement eine Trägerfolie auf, können das Dünnschichtelement und die Phasenverzögerungsschicht auf derselben Seite oder auf gegenüberliegenden Seiten der Trägerfolie angeordnet sein. Im letz teren Fall wird zweckmäßig eine Trägerfolie eingesetzt, die selbst keine oder nur geringe polarisierende Eigenschaften aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Sicherheitselement eine Phasenverzögerungsschicht aus einem geeigneten flüssigkristallinen Material auf, wobei die Phasenverzögerungsschicht der Absorberschichtseite des Dünnschichtelements zugewandt ist. Beispielsweise kann die Phasenverzögerungsschicht aus nematischem flüssigkristallinen Material über einer Schicht aus cholesterischem flüssigkristallinen Material angeordnet sein, wobei die Schicht aus cholesterischem flüssigkristallinen Material zusammen mit dem erfindungsgemäßen Dünnschichtelement einen Farbkippeffekt zeigt. Der Betrachter kann bei einer solchen Ausführungsform von der Absorberschichtseite her den Farbkippeffekt des cholesterischen flüssigkristallinen Materials in Kombination mit dem Dünnschichtelement wahrnehmen sowie mit geeigneten Hilfsmitteln den Polarisationseffekt des Polarisationsmerkmals aus nematischem flüssigkristallinen Material prüfen.
Das Sicherheitselement ist mit Vorteil ein Sicherheitsfaden, ein Sicherheitsband, ein Sicherheitsstreifen, ein Patch oder ein Etikett zum Aufbringen auf ein Sicherheitspapier, Wertdokument oder dergleichen.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements der beschriebenen Art, bei dem eine Reflexionsschicht, eine dielektrische Abstandsschicht und eine Absorberschicht übereinander angeordnet werden, um ein dreischichtiges Dünnschichtelement zu bilden, und bei dem die Reflexionsschicht, die Absorberschicht und die dielektrische Abstandsschicht so aufeinander abgestimmt werden, dass das Dünnschichtelement für Betrachtung von der Absorberschichtseite her bei allen Betrach tungswinkeln und im gesamten sichtbaren Spektralbereich eine sehr geringe Reflexion aufweist und schwarz erscheint.
Die Erfindung umfasst ferner einen Datenträger, insbesondere ein Wertdokument, wie eine Banknote, eine Ausweiskarte oder dergleichen, mit einem Sicherheitselement der beschriebenen Art. Zur Herstellung eines solchen Datenträgers wird ein Sicherheitselement der beschriebenen Art auf ein Datenträgersubstrat, beispielsweise ein bedrucktes oder unbedrucktes Papier- oder Kunststoffsubstrat, aufgebracht oder in ein solches Datenträgersubstrat vollständig oder teilweise eingebettet. Das Sicherheitselement kann insbesondere auch über einem Fensterbereich oder einer durchgehenden Öffnung des Datenträgers angeordnet und so von beiden Seiten her sichtbar sein.
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 eingebetteten Sicherheitsfaden,
2 schematisch den Schichtaufbau eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements im Querschnitt,
3 schematisch das Reflexionsspektrum des in 2 dargestellten Dünnschichtelements für senkrechte Betrachtungsrichtung von oben,
4 schematisch das Reflexionsspektrum einer dicken, gedruckten, schwarzen Schicht auf einer Folie,
5 eine Sicherheitsfolie wie sie für die Herstellung eines in 1 dargestellten Sicherheitsfadens eingesetzt werden kann,
6 schematisch das Reflexionsspektrum der Sicherheitsfolie der 5 in nicht ausgesparten Bereichen bei senkrechter Betrachtung von oben,
7, 8 weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Sicherheitsfolien,
9, 10 weitere Sicherheitsfolien nach Ausführungsbeispielen der Erfindung, die zusätzliche maschinenlesbare Sicherheitsmerkmale enthalten, und
11 bis 13 Sicherheitselemente nach weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung, bei denen das Dünnschichtelement mit einer Phasenverzögerungsschicht aus doppelbrechendem Material kombiniert ist.
Die Erfindung wird nun am Beispiel von Sicherheitselementen für Banknoten erläutert. 1 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer Banknote 10, die mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitselement 12 versehen ist. Das gezeigte Sicherheitselement stellt einen Sicherheitsfaden 12 dar, der an bestimmten Fensterbereichen 14 an der Oberfläche der Banknote 10 hervortritt, während er in den dazwischen liegenden Bereichen im Inneren der Banknote 10 eingebettet ist.
Bei der Betrachtung zeigt der Sicherheitsfaden 12 einen Farbkippeffekt mit brillant leuchtenden Farben, deren Farbton im Ausführungsbeispiel von Grün bei senkrechter Betrachtung zu Blau bei Betrachtung unter einem spitzen Winkel wechselt. Darüber hinaus weist der Sicherheitsfaden 12 Negativschriftzeichen 16 auf, die im Ausführungsbeispiel in Gestalt der einander abwechselnden Buchstaben- bzw. Ziffernfolgen „PL” und „10” gebildet sind. Im Auflicht sind die Negativschriftzeichen 16 durch das Fehlen eines farbigen Eindrucks bzw. des Farbkippeffekts erkennbar. Besonders stark treten die Negativschriftzeichen 16 bei Betrachtung der Banknote 10 in Durchlicht hervor, wo sie hell vor dem ansonsten opaken Hintergrund des eingebetteten Sicherheitsfadens 12 leuchten.
Um einen solchen visuellen Eindruck zu erzielen, enthält der Sicherheitsfaden 12 ein besonders ausgebildetes Dünnschichtelement, das mit seiner Oberseite einen allseits schwarzen Hintergrund für eine farbkippende Flüssigkristallschicht bildet, wie nachfolgend genauer erläutert.
Mit Bezug auf 2 enthält ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement im einfachsten Fall ein dreischichtiges Dünnschichtelement 20 mit einer Reflexionsschicht 22, einer Absorberschicht 26 und einer zwischen der Reflexionsschicht 22 und der Absorberschicht 26 angeordneten dielektrischen Abstandsschicht 24.
Die Reflexionsschicht 22 ist im Ausführungsbeispiel aus einer 30 nm dicken Aluminiumschicht gebildet. Grundsätzlich kommen als Reflektormaterialien jedoch auch andere Metalle, wie etwa Silber, Nickel, Kupfer, Eisen, Chrom, Gold oder weitere stark spiegelnde Metalle in Betracht. Die Schichtdicke der Reflexionsschicht liegt typischerweise zwischen 10 nm und 200 nm, zumeist zwischen etwa 30 nm und etwa 100 nm.
Für die dielektrische Abstandsschicht 24 kommen einerseits niedrigbrechende Dielektrika mit einem Brechungsindex unterhalb von 1,8 in Betracht, wie beispielsweise SiO₂, MgF, SiO_x mit 1 < x < 2, oder Al₂O₃. Andererseits können auch hochbrechende Dielektrika mit einem Brechungsindex von 1,8 oder mehr eingesetzt werden, wie etwa ZrO₂, ZnS, TiO₂ oder Indiumzinnoxid (ITO). Die Schichtdicke der Abstandsschicht 24 liegt bei niedrigbrechenden Dielektrika vorzugsweise zwischen etwa 50 nm und etwa 90 nm, bei hochbrechenden Dielektrika vorzugsweise zwischen etwa 20 nm und etwa 50 nm. Im Ausführungsbeispiel der 2 ist die dielektrische Abstandsschicht 24 durch eine 80 nm dicke SiO₂-Schicht gebildet.
Die Absorberschicht 26 ist im Ausführungsbeispiel durch eine 6 nm dicke Chromschicht gebildet. Grundsätzlich kommen als Absorberschichten jedoch auch andere Materialien, wie Eisen, Gold, Aluminium oder Titan, infrage, die in einer Dicke zwischen 2 nm und etwa 10 nm aufgebracht werden. Weitere Einzelheiten zum Aufbau von Dünnschichtelementen und insbesondere zu den für die Reflexionsschicht, die dielektrische Abstandsschicht und die Absorberschicht einsetzbaren Materialien sowie den für die Reflexionsschicht und die Absorberschicht infrage kommenden Schichtdicken können der Druckschrift WO 01/03945 A1 entnommen werden, deren Offenbarung insoweit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
Die Reflexionsschicht 22, die Absorberschicht 26 und die dielektrische Abstandsschicht 24 sind erfindungsgemäß so aufeinander abgestimmt, dass das Dünnschichtelement 20 für Betrachtung 28 von der Seite der Absorberschicht 26 her bei allen Betrachtungswinkeln 28, 28' und im gesamten sichtbaren Spektralbereich zwischen λ = 400 nm und λ = 800 nm eine sehr geringe Reflexion aufweist und für einen Betrachter schwarz erscheint.
Der wahrnehmbare Farbeindruck eines Dünnschichtelements mit dem geschilderten Aufbau beruht auf betrachtungswinkelabhängigen Interferenzeffekten durch Mehrfachreflexionen in den verschiedenen Teilschichten des Elements und hängt insbesondere von der optischen Dicke der dielektrischen Abstandsschicht ab. Bei herkömmlichen Dünnschichtelementen liegt der Wegunterschied der an verschiedenen Teilschichten reflektierten Strahlen in der Größenordnung der Wellenlängen des sichtbaren Lichts, so dass sich aufgrund von Auslöschung und Verstärkung bestimmter Wellenlängen ein winkelabhängiger Farbeindruck im sichtbaren Spektralbereich ergibt.
Bei den erfindungsgemäßen Dünnschichtelementen 20 ist die Schichtdicke der dielektrischen Abstandsschicht 24 nun so gering gewählt, dass alle konstruktiven Interferenzmaxima im ultravioletten Spektralbereich liegen und die Dünnschichtelemente im sichtbaren Spektralbereich bei allen Betrachtungswinkeln kein Reflexionsmaximum aufweisen. Durch geeignete Abstimmung insbesondere von Brechungsindex und Schichtdicke der Abstandsschicht 24 kann dabei überraschend erreicht werden, dass die Reflektivität des Dünnschichtelements im gesamten sichtbaren Spektralbereich, also von λ = 400 nm bis λ = 800 nm, sehr gering und weitgehend gleichmäßig ist, so dass ein derartiges Dünnschichtelement bei Betrachtung von der Seite der Absorberschicht her schwarz erscheint.
3 zeigt schematisch das Reflexionsspektrum 30 des in 2 dargestellten Dünnschichtelements 20 für senkrechte Betrachtung 28. Mit zunehmender Wellenlänge nimmt die Reflexion nach einem Reflexionsmaximum 32 im ultravioletten Spektralbereich, das im Ausführungsbeispiel bei etwa 250 nm liegt, stark ab und liegt dann im gesamten sichtbaren Spektralbereich von 400 nm bis 800 nm deutlich unterhalb von 10%.
Bei Betrachtung des Dünnschichtelements 20 unter einem spitzen Winkel 28' verschiebt sich das Reflexionsmaximum 32 aufgrund der physikalischen Gegebenheiten zu noch kürzeren Wellenlängen, verbleibt also im nicht sichtbaren, ultravioletten Spektralbereich. Wie aus dem flachen Anstieg 34 der Reflexion des Dünnschichtelements zwischen 800 nm und 1000 nm (3) ersichtlich, führt eine Blau-Verschiebung des Reflexionsspektrums auch dort nicht zu einer signifikanten Erhöhung der Reflexion im sichtbaren Spektralbereich, zumal das menschliche Auge am roten Ende des Spektralbereichs nur wenig empfindlich ist. Das Dünnschichtelement 20 erscheint daher auch bei schräger Betrachtung 28' für den Betrachter mit einem tiefschwarzen Farbton.
In 4 ist als Referenz das Reflexionsspektrum 40 einer dicken, gedruckten, schwarzen Schicht auf einer Folie gezeigt. Wie aus einem Vergleich der Reflexionskurven 30, 40 ersichtlich, erzeugt das erfindungsgemäße Dünnschichtelement 20 im sichtbaren Spektralbereich von 400 nm bis 800 nm einen Schwarz-Eindruck, der dem einer schwarzen Druckschicht sehr ähnlich ist.
Bei Betrachtung 29 des Dünnschichtelements 20 von der Unterseite, also der Seite der Reflexionsschicht 22 her, erscheint das Dünnschichtelement 20 bei allen Betrachtungswinkeln 29, 29' und im gesamten sichtbaren Spektralbereich metallisch hochglänzend. Der Dünnschichtaufbau des Elements 20 kann daher auch ohne Hilfsmittel ohne Weiteres von einer herkömmlichen schwarzen Druckschicht unterschieden werden. Daneben können die Lage des Reflexionsmaximums 32 im ultravioletten Spektralbereich und dessen Verschiebung beim Kippen des Dünnschichtelements 20 als charakteristische Echtheitskennzeichen eingesetzt und unter Zuhilfenahme geeigneter spektroskopischer Instrumente nachgewiesen werden.
Die metallische Reflexion von der Reflexionsschichtseite her kann für Sicherheitselemente genutzt werden, die zumindest teilweise von der Unterseite her sichtbar sind, beispielsweise für Sicherheitselemente, die über einem Durchsichts- oder Fensterbereich einer Banknote oder eines Wertdokuments angeordnet sind. In Zusammenspiel mit einer phasenschiebenden Schicht kann die metallische Reflexion auch zur Erzeugung eines Polarisationsmerkmals genutzt werden, wie weiter unten genauer erläutert. Darüber hinaus kann die Opazität der metallischen Reflexionsschicht 22 in Zusammenwirken mit demetallisierten Bereichen zur Erzeugung von Negativmustern genutzt werden, wie bereits anhand der Negativschriftzeichen „PL” und „10” des Sicherheitsfaden 12 der 1 illustriert.
In manchen Ausgestaltungen kann es vorteilhaft sein, das dielektrische Material der Abstandsschicht mit einem absorbierenden Stoff zu versehen. Beispielsweise kann SiO₂ mit absorbierenden Metallionen versehen werden, oder es kann in einer besonders einfachen Variante zum Aufbringen der Abstandsschicht 24 Glasbruch verdampft werden. Statt als Aufdampfschicht kann die dielektrische Abstandsschicht 24 auch als Druckschicht ausgeführt werden, wobei in diesem Fall leicht ein absorbierender Stoff, wie etwa Ruß, beigemengt werden kann.
Das Ausführungsbeispiel der 5 zeigt eine Sicherheitsfolie 50, wie sie für die Herstellung eines in 1 dargestellten Sicherheitsfadens 12 eingesetzt werden kann.
Die Sicherheitsfolie 50 enthält eine Trägerfolie 52 in Form einer transparenten Kunststofffolie, auf der in Schichtabfolge von unten nach oben eine Aluminium-Reflexionsschicht 54, eine 70 nm dicke Abstandsschicht 56 aus SiO₂ und eine 4 nm dicke Absorberschicht 58 aus Chrom aufgebracht sind, um ein dreischichtiges Dünnschichtelement 60 zu bilden, das bei Betrachtung von der Seite der Absorberschicht 58 her aus allen Betrachtungsrichtungen schwarz erscheint.
Weiter sind in das Dünnschichtelement 60 Aussparungen 62 in Form von Mustern, Zeichen oder Codierungen eingebracht, die transparente oder transluzente Bereiche in dem Dünnschichtelement 60 bilden. Zur Erzeugung der Aussparungen 62 wurde im Ausführungsbeispiel die Trägerfolie 52 im Bereich der gewünschten Aussparungen mit einer aktivierbaren Druckfarbe bedruckt und dann die Schichten 54, 56, 58 des Dünnschichtelements 60 vollflächig auf die bedruckte Trägerfolie aufgedampft. Anschließend wurde die Druckfarbe aktiviert und die drei darüberliegenden Schichten 54, 56, 58 bereichsweise entfernt.
Als aktivierbare Druckfarben eignen sich beispielsweise Druckfarben mit schäumbaren Additiven, die unter Wärmeeinwirkung Gas abspalten, durch die resultierende Volumenvergrößerung die Haftung an der Trägerfolie verringern und so nachfolgend mechanisch einwirkenden Behandlungsmethoden einen guten Angriffspunkt zur Herausarbeitung der Negativmuster bieten. Weitere Einzelheiten eines derartigen Waschverfahrens können der Druckschrift EP 0 516 790 B1 entnommen werden, deren Offenbarung insoweit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Es versteht sich, dass zur Erzeugung von Negativmustern auch andere, dem Fachmann bekannte Verfahren zur Erzeugung von Aussparungen zum Einsatz kommen können, wie beispielsweise das in der Druckschrift WO 99/13157 beschriebene, auf dem Aufdrucken einer löslichen Druckfarbe mit poröser Struktur basierende Waschverfahren, oder auch Ätzverfahren aller Art.
Auf das strukturierte Dünnschichtelement 60 ist weiter über eine Kleber- oder Primerschicht 64 vollflächig eine farbkippende, cholesterische Flüssigkristallschicht 66 aufgebracht. In den nicht ausgesparten Bereichen 68 bildet das schwarz erscheinende Dünnschichtelement 60 einen dunklen Hintergrund für die Flüssigkristallschicht 66 und lässt deren Farbkippeffekt mit brillanten Farben in Erscheinung treten.
6 zeigt schematisch das Reflexionsspektrum 70 der in 5 dargestellten Sicherheitsfolie 50 in den nicht ausgesparten Bereichen 68 bei senkrechter Betrachtung von oben, also bei Betrachtung von der Seite der farbkippenden Flüssigkristallschicht 66 her. Das Reflexionsspektrum 70 zeigt ein deutlich ausgeprägtes Reflexionsmaximum 72 im grünen Spektralbereich bei einer Wellenlänge von etwa 550 nm. Die Sicherheitsfolie 50 erscheint daher bei senkrechter Betrachtung in einem brillanten, leuchtenden Grün. Für spitze Betrachtungswinkel verschiebt sich das Reflexionsmaximum 72 aufgrund der physikalischen Gegebenheiten zu kürzeren Wellenlängen, vorliegend also in den blauen Spektralbereich. Die Sicherheitsfolie 50 erscheint daher bei spitzwinkliger Betrachtung tiefblau, so dass beim Kippen der Folie 50 ein ausgeprägter Farbkippeffekt von Grün zu Blau zu beobachten ist.
Im Bereich der Aussparungen 62 liegt die Flüssigkristallschicht 66 typischerweise vor einem hellen Hintergrund vor, wie etwa einem Papierhintergrund bei teilweise eingebetteten oder aufgeklebten Sicherheitselementen. Vor einem solchen hellen Hintergrund ist der Farbkippeffekt der Flüssigkristalle nicht oder nur schwach sichtbar, so dass die Aussparungen 62 in Aufsicht als farbfreie Bereiche ohne Farbkippeffekt in Erscheinung treten. Besonders auffällig sind die ausgesparten Bereiche 62 bei Betrachtung im Durchlicht, wo sie hell vor dem Hintergrund des ansonsten opaken Dünnschichtelements 60 hervortreten.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sicherheitsfolie 80 ist in 7 dargestellt. Der Aufbau der Sicherheitsfolie 80 entspricht weitgehend dem Aufbau der Sicherheitsfolie 50 der 5, allerdings mit dem Unterschied, dass nur die Reflexionsschicht 54 des Dünnschichtelements 60 mit Aussparungen versehen ist, während die Abstandschicht 56 und die Absorberschicht 58 vollflächig ausgebildet sind. Das visuelle Erscheinungsbild der Sicherheitsfolie 80 ist ähnlich zu dem Erscheinungsbild der Sicherheitsfolie 50, wobei allerdings in den ausgesparten Bereichen 62 die dort noch vorliegende Absorberschicht 58 den Negativmusterbereich etwas abdunkelt.
Gemäß dem in 8 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel 90 können das Dünnschichtelement 60 und die Flüssigkristallschicht 66 auch auf verschiedenen Seiten der Trägerfolie 52 angeordnet sein. Wesentlich ist für die erfindungsgemäße Wirkung lediglich, dass die Flüssigkristallschicht 66 der Absorberschichtseite 58 des Dünnschichtelements 60 zugewandt ist. Die Aussparungen des Dünnschichtelements 60 können sich wieder durch das gesamte Element erstrecken oder, wie im Ausführungsbeispiel der 8 dargestellt, nur in der Reflexionsschicht 54 ausgebildet sein.
Der Schichtaufbau der erfindungsgemäßen Sicherheitselemente kann auch weitere, insbesondere maschinenlesbare Sicherheitsmerkmale erhalten, wie in den Ausführungsbeispielen 100 und 110 der 9 und 10 am Beispiel eines magnetischen Sicherheitsmerkmals illustriert. Die Magnetbereiche 102 können dabei als gedruckte Bereiche direkt oder auch über einen Primer auf die schwarze Absorberschichtseite des Dünnschichtelements 60 aufgedruckt sein. Die Magnetbereiche 102 sind in der Regel schwarz und fallen daher vor dem schwarzen Hintergrund des Dünnschichtelements 60 nicht oder nur wenig auf.
Die Magnetbereiche 102 können auch auf die gegenüberliegende Seite der Trägerfolie 52 gedruckt werden. Diese in 10 gezeigte Variante hat den Vorteil, dass die Magnetbereiche dann von der Sichtseite (der Absorberschichtseite des Dünnschichtelements) prinzipiell nicht auffallen können. Dafür müssen die schwarzen Magnetbereiche in manchen Anwendungen effektiv optisch abgedeckt werden, um gegenüber der hochreflektierenden Umgebung nicht aufzufallen. Eine solche Abdeckung kann beispielsweise durch eine Beschichtung mit Metalleffektpigmenten und/oder Deckweißdruckschichten erfolgen.
Wie in den 11 und 12 gezeigt, kann das von einer Seite schwarz und von der anderen Seite metallisch glänzende Dünnschichtelement bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung auch mit einer Phasenverzögerungsschicht aus doppelbrechendem Material kombiniert sein.
Mit Bezug auf das Sicherheitselement 120 der 11 sind auf die Oberseite einer Trägerfolie 52 ein Dünnschichtelement 60 und über eine Kleberschicht eine farbkippende Flüssigkristallschicht 66 aufgebracht, wie grundsätzlich bereits im Zusammenhang mit 5 beschrieben. Zusätzlich ist auf der Unterseite der Trägerfolie 52 eine in Form eines Motivs aufgebrachte Phasenverzögerungsschicht 122 vorgesehen, die aus einem doppelbrechenden Material, beispielsweise aus nematischem flüssigkristallinen Material besteht. Die Phasenverzögerung der Phasenverzögerungsschicht 122 für sichtbares Licht liegt dabei typischerweise zwischen etwa λ/4 und etwa λ/2 und beträgt im beschriebenen Ausführungsbeispiel λ/4.
Bei Betrachtung des Sicherheitselements 120 von unten mit gewöhnlichem unpolarisierten Licht und ohne Hilfsmittel sind die Teilbereiche mit bzw. ohne Phasenverzögerungsschicht 122 praktisch nicht voneinander zu unter scheiden, da die Phasenverzögerung auf alle Polarisationsrichtungen des einfallenden Lichts gleichermaßen wirkt und die Lichtabsorption der Phasenverzögerungsschicht 122 vernachlässigbar gering ist.
Wird das Sicherheitselement 120 dagegen durch einen Zirkularpolarisator 124 hindurch betrachtet, so entstehen durch das Zusammenwirken der Phasenverzögerungsschicht 122 und der metallisch reflektierenden Reflexionsschicht 54 starke Kontrastunterschiede zwischen den Teilbereichen mit und ohne Phasenverzögerungsschicht 122, so dass das von der Phasenverzögerungsschicht 122 gebildete Motiv deutlich in Erscheinung tritt.
Die auftretenden Kontrastunterschiede beruhen dabei kurz gesagt auf der unterschiedlichen Beeinflussung der Polarisation des einfallenden und des von der Reflexionsschicht 54 reflektierten Lichts in den Bereichen mit bzw. ohne Phasenverzögerungsschicht 122, was dazu führt, dass das reflektierte Licht den Zirkularpolarisator 124 im einen Fall passieren kann und im anderen Fall gesperrt wird. Für eine ausführlichere Darstellung der Funktionsweise und für vorteilhafte Ausgestaltungen der Phasenverzögerungsschicht wird auf die deutsche Patentanmeldung DE 10 2006 021 429 A1 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
Da das einfallende Licht bei der Gestaltung der 11 vor und nach der Reflexion an der Reflexionsschicht 54 durch die Trägerfolie 52 hindurchlaufen muss, wird mit Vorteil eine Trägerfolie 52 eingesetzt, die selbst keine oder nur geringe polarisierende Eigenschaften aufweist.
Alternativ kann die Phasenverzögerungsschicht 122 auch direkt auf der Reflexionsschicht 54 angeordnet sein, wie bei dem Sicherheitselement 130 der 12 gezeigt. In diesem Fall spielen die polarisierenden Eigenschaften der Trägerfolie für das Polarisationsmerkmal keine Rolle.
Bei den Ausführungsbeispielen der 11 und 12 ist das Polarisationsmerkmal der Phasenverzögerungsschicht 122 mit einer farbkippenden Schicht 66 und mit Aussparungen 62 im Dünnschichtelement 60 kombiniert. Das Polarisationsmerkmal kann selbstverständlich auch bei Sicherheitselementen ohne Aussparungen und/oder bei Sicherheitselementen ohne farbkippende Schichten vorgesehen sein. Im letzteren Fall liegt auf der metallisch reflektierenden Seite eines Dünnschichtelements das Polarisationsmerkmal vor, während die gegenüberliegende Seite für den Betrachter schwarz glänzend erscheint. Die schwarz glänzende Fläche kann für sich genommen beispielsweise als Designelement eingesetzt werden oder einen schwarzen Hintergrund für ein weiteres Sicherheits- oder Designelement bilden.
Beispielsweise kann eine Banknote in einem ersten Bereich mit dem schwarz glänzenden Dünnschichtelement versehen sein und in einem Durchsichtsfenster eines anderen Bereichs eine Flüssigkristallschicht enthalten. Wird die Flüssigkristallschicht durch Falten der Banknote auf die schwarze Fläche des Dünnschichtelements gelegt, so tritt der zuvor nicht oder kaum sichtbare Farbkippeffekt der Flüssigkristallschicht deutlich hervor.
Des Weiteren ist es mit Bezug auf 13 auch möglich, eine Phasenverzögerungsschicht auf der der Absorberschichtseite des Dünnschichtelements zugewandten Seite anzuordnen, z. B. über einer Schicht aus cholesterischem flüssigkristallinen Material 66, die über einem Dünnschichtelement 60 angeordnet ist. Während bei dem in 13 gezeigten Sicherheitselement 140 die Schichtenfolge aus Trägerfolie 52, Dünnschichtelement 60 und cholesterischem flüssigkristallinen Material 66 dem Aufbau des in 11 gezeigten Sicherheitselements 120 entspricht, ist die Phasenverzögerungsschicht 142 des Sicherheitselements 140 auf der farbkippenden Flüssigkristallschicht 66 angeordnet. Die Phasenverzögerungsschicht 142 kann z. B. aus nematischem flüssigkristallinen Material bestehen und eine zur Erreichung der Phasenverzögerung geeignete Dicke, die zu einer Phasenverzögerung zwischen etwa λ/4 oder etwa λ/2 führt, aufweisen. Mit einem Zirkularpolarisator 144 kann der Polarisationseffekt, wie bei 11 beschrieben, vom Betrachter geprüft werden. Dabei wirkt das cholesterische flüssigkristalline Material 66 zusammen mit dem Dünnschichtelement 60 als Reflektor für die Phasenverzögerungsschicht aus nematischem flüssigkristallinen Material 142. Bei dem Sicherheitselement 140 kann der Betrachter von der der Absorberschichtseite zugewandten Seite also sowohl den Farbkippeffekt der Schicht aus cholesterischem flüssigkristallinen Material 66 über dem Dünnschichtelelente 60 wahrnehmen als auch den Polarisationseffekt des nematischen flüssigkristallinen Materials 142 mit einem geeigneten Polarisationsfilter 144 prüfen.
Der Polarisationseffekt des Sicherheitselements 140 wird dabei nicht, wie gegebenenfalls beim Sicherheitselement 120 der 12, durch polarisierende Eigenschaften der Folie 52 beeinträchtigt.
Anzumerken ist noch, dass die Trägerfolie des erfindungsgemäßen Sicherheitselements optional auch bereichsweise oder vollflächige eine insbesondere geprägte Beugungsstruktur und/oder Mattstruktur aufweisen kann, die neben bzw. über/unter dem Dünnschichtelement angeordnet ist und interessante synergistische Effekte, insbesondere Auflicht-/Durchlichteffekte, erzeugt, die den Fälschungsschutz des Sicherheitselements weiter erhöhen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 01/03945 A1 [0039]
- EP 0516790 B1 [0052]
- WO 99/13157 [0052]
- DE 102006021429 A1 [0064]

Claims

Sicherheitselement zur Absicherung von Datenträgern mit einem dreischichtigen Dünnschichtelement aus einer Reflexionsschicht, einer Absorberschicht und einer zwischen der Reflexionsschicht und der Absorberschicht angeordneten dielektrischen Abstandsschicht, bei dem die Reflexionsschicht, die Absorberschicht und die dielektrische Abstandsschicht so aufeinander abgestimmt sind, dass das Dünnschichtelement für Betrachtung von der Absorberschichtseite her bei allen Betrachtungswinkeln und im gesamten sichtbaren Spektralbereich eine sehr geringe Reflexion aufweist und schwarz erscheint.
Sicherheitselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexion des Dünnschichtelements für Betrachtung von der Absorberschichtseite her bei allen Betrachtungswinkeln und im gesamten sichtbaren Spektralbereich unterhalb von 20%, vorzugsweise unterhalb von 15%, besonders bevorzugt unterhalb von 10% liegt.
Sicherheitselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dünnschichtelement für Betrachtung von der Absorberschichtseite her im gesamten sichtbaren Spektralbereich und bei allen Betrachtungswinkeln kein Reflexionsmaximum aufweist.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dünnschichtelement für Betrachtung von der Absorberschichtseite her ein Reflexionsmaximum im ultravioletten Spektralbereich aufweist.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der dielektrischen Abstandsschicht zwischen 20 nm und 90 nm liegt.
Sicherheitselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsschicht im Wesentlichen aus einem niedrigbrechenden Dielektrikum mit Brechungsindex n < 1,8, insbesondere aus SiO₂ oder MgF₂, gebildet ist und eine Schichtdicke zwischen 50 nm und 90 nm, insbesondere von etwa 70 nm aufweist.
Sicherheitselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsschicht im Wesentlichen aus einem hochbrechenden Dielektrikum mit Brechungsindex n ≥ 1,8, insbesondere aus TiO₂ oder ZnS, gebildet ist und eine Schichtdicke zwischen 20 nm und 50 nm, insbesondere von etwa 40 nm aufweist.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material der Abstandsschicht mit einem absorbierenden Stoff, insbesondere mit absorbierenden Metallionen, versetzt ist.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dünnschichtelement bei Betrachtung von der Reflexionsschichtseite her bei allen Betrachtungswinkeln und im gesamten sichtbaren Spektralbereich metallisch hochglänzend erscheint.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dünnschichtelement Aussparungen in Form von Mustern, Zeichen oder Codierungen aufweist, die transparente oder transluzente Bereiche in dem Dünnschichtelement bilden.
Sicherheitselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen nur in der Reflexionsschicht des Dünnschichtelements vorliegen.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement eine farbkippende Schicht aus einem cholesterischen flüssigkristallinen Material aufweist, die der Absorberschichtseite des Dünnschichtelements zugewandt ist, so dass das schwarz erscheinende Dünnschichtelement einen dunklen Hintergrund für die farbkippende Schicht bildet.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement zumindest ein weiteres, maschinenlesbares Sicherheitsmerkmal, insbesondere mit magnetischen, elektrisch leitfähigen, phosphoreszierenden, fluoreszierenden oder sonstigen lumineszierenden Stoffen aufweist.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement auf einer Trägerfolie, insbesondere einer PET-Folie, mit einer Schichtdicke zwischen 6 μm und 23 μm vorliegt.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement eine Phasenverzögerungsschicht aus einem nematischen flüssigkristallinen Material aufweist, die der Reflexionsschichtseite des Dünnschichtelements zugewandt ist, so dass die Phasenverzögerungsschicht zusammen mit der Reflexionsschicht ein mit einem Polarisationsfilter prüfbares Polarisationsmerkmal bildet.
Sicherheitselement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverzögerungsschicht in Form von Mustern, Zeichen oder Codierungen vorliegt.
Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem eine Reflexionsschicht, eine dielektrische Abstandsschicht und eine Absorberschicht übereinander angeordnet werden, um ein dreischichtiges Dünnschichtelement zu bilden und bei dem die Reflexionsschicht, die Absorberschicht und die dielektrische Abstandsschicht so aufeinander abgestimmt werden, dass das Dünnschichtelement für Betrachtung von der Absorberschichtseite her bei allen Betrachtungswinkeln und im gesamten sichtbaren Spektralbereich eine sehr geringe Reflexion aufweist und schwarz erscheint.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass als dielektrische Abstandsschicht im Wesentlichen ein niedrigbrechendes Dielektrikum mit Brechungsindex n < 1,8, insbesondere SiO₂ oder MgF₂, in einer Schichtdicke zwischen 50 nm und 90 nm aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass als dielektrische Abstandsschicht im Wesentlichen ein hochbrechendes Dielektrikum mit Brechungsindex n ≥ 1,8, insbesondere TiO₂ oder ZnS, in einer Schichtdicke zwischen 20 nm und 50 nm aufgebracht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Abstandsschicht aufgedampft oder aufgedruckt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Dünnschichtelement mit Aussparungen in Form von Mustern, Zeichen oder Codierungen versehen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement auf der der Absorberschichtseite des Dünnschichtelements zugewandten Seite mit einer farbkippenden Schicht aus einem cholesterischen flüssigkristallinen Material versehen wird, so dass das schwarz erscheinende Dünnschichtelement einen dunklen Hintergrund für die farbkippende Schicht bildet.
Datenträger, insbesondere Wertdokument wie Banknote, Ausweiskarte oder dergleichen, mit einem Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
Verfahren zur Herstellung eines Datenträgers, bei dem ein Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 16 auf ein Datenträgersubstrat aufgebracht oder in ein Datenträgersubstrat vollständig oder teilweise eingebettet wird.