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DE102011115589A1 - security element - Google Patents

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DE102011115589A1
DE102011115589A1 DE102011115589A DE102011115589A DE102011115589A1 DE 102011115589 A1 DE102011115589 A1 DE 102011115589A1 DE 102011115589 A DE102011115589 A DE 102011115589A DE 102011115589 A DE102011115589 A DE 102011115589A DE 102011115589 A1 DE102011115589 A1 DE 102011115589A1
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DE
Germany
Prior art keywords
grid
bars
security element
line
grid bars
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102011115589A
Other languages
German (de)
Inventor
Hans Lochbihler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Giesecke and Devrient GmbH
Original Assignee
Giesecke and Devrient GmbH
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Publication date
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First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=47040636&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE102011115589(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Giesecke and Devrient GmbH filed Critical Giesecke and Devrient GmbH
Priority to DE102011115589A priority Critical patent/DE102011115589A1/en
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Priority to EP12773222.0A priority patent/EP2766192B1/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement zur Herstellung von Wertdokumenten, wie Banknoten, Schecks oder dergleichen, das aufweist: ein dielektrisches Substrat (1), eine in das Substrat (1) eingebettete erste Liniengitterstruktur (2) aus mehreren längs einer Längsrichtung verlaufenden und in einer Ebene (L) angeordneten ersten Gitterstegen (3) aus Metall oder Halbleiter und eine in das Substrat (1) eingebettete zweite Liniengitterstruktur (6) aus längs der Längsrichtung verlaufenden zweiten Gitterstegen (7) aus Metall oder Halbleiter, die sich bezogen auf die Ebene (L) über der ersten Liniengitterstruktur (2) befindet, wobei die ersten Gitterstege (3) jeweils eine Breite (b) haben und in einem Abstand (a) nebeneinanderliegen, so dass zwischen den ersten Gitterstegen (3) längs der Längsrichtung verlaufende erste Gitterspalte (4) mit dem Abstand (a) entsprechender Breite gebildet sind, die zweite Liniengitterstruktur (6) zur ersten Liniengitterstruktur (2) invertiert und gegenüber der ersten Liniengitterstruktur (2) um eine halbe Periode verschoben ist, so dass in Draufsicht auf die Ebene die zweiten Gitterstege (7) über den ersten Gitterspalten (4) und zweite Gitterspalte (8), die zwischen den zweiten Gitterstegen (7) bestehen, über den ersten Gitterstegen (3) hegen, und die Breite der ersten Gitterstege (3) und der zweiten Gitterspalte (8), die Breite der zweiten Gitterstege (7) und der ersten Gitterspalte (4) und eine Dicke (t) der ersten Gitterstege (3) und der zweiten Gitterstege (7) jeweils unter 300 nm ist.The invention relates to a security element for producing value documents, such as banknotes, checks or the like, comprising: a dielectric substrate (1), a first line grid structure (2) embedded in the substrate (1), of a plurality along a longitudinal direction and in one plane (L) arranged first lattice webs (3) made of metal or semiconductor and embedded in the substrate (1) second line grid structure (6) extending along the longitudinal direction of the second grid webs (7) made of metal or semiconductor, with respect to the plane (L ) is located above the first line grid structure (2), the first grid bars (3) each having a width (b) and juxtaposed at a distance (a) such that first grid gaps (4) extending between the first grid bars (3) along the longitudinal direction ) are formed with the distance (a) corresponding width, the second line grid structure (6) to the first line grid structure (2) inverted and gege is shifted over the first line grid structure (2) by half a period, so that in plan view of the plane, the second grid bars (7) over the first grid columns (4) and second grid column (8), which between the second grid bars (7) , over the first grid bars (3) and the width of the first grid bars (3) and the second grid slots (8), the width of the second grid bars (7) and the first grid column (4) and a thickness (t) of the first Grid webs (3) and the second grid webs (7) are each less than 300 nm.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement zur Herstellung von Wertdokumenten, wie Banknoten, Schecks oder dergleichen, das eine Liniengitterstruktur aufweist.The invention relates to a security element for the production of value documents, such as banknotes, checks or the like, which has a line grid structure.

Sicherheitselemente von Wertdokumenten mit periodischen Liniengittern sind bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2009 012 299 A1 , DE 10 2009 012 300 A1 oder der DE 10 2009 056 933 A1 . Sie können im Subwellenlängenbereich Farbfiltereigenschaften aufweisen, wenn das Gitterprofil so ausgelegt ist, dass Resonanzeffekte im sichtbaren Wellenlängenbereich auftreten. Solche Farbfiltereigenschaften sind sowohl für reflektierende als auch für transmittierende Subwellenlängenstrukturen bekannt. Diese Strukturen haben einen stark polarisierenden Einfluss auf die Reflexion bzw. die Transmission eines einfallenden Lichtstrahls. Die Farbe ist in Reflexion bzw. Transmission solcher Subwellenlängengitter relativ stark winkelabhängig. Jedoch schwächt sich die Farbsättigung für diese Gitter deutlich ab, wenn das einfallende Licht unpolarisiert ist.Security elements of value documents with periodic line grids are known, for example from the DE 10 2009 012 299 A1 . DE 10 2009 012 300 A1 or the DE 10 2009 056 933 A1 , You can have color filter properties in the subwavelength range if the grating profile is designed to produce resonance effects in the visible wavelength range. Such color filter properties are known for both reflective and transmissive subwavelength structures. These structures have a strong polarizing influence on the reflection or the transmission of an incident light beam. The color is relatively strongly dependent on the angle in reflection or transmission of such subwavelength gratings. However, the color saturation for these gratings weakens significantly when the incident light is unpolarized.

Es ist ein Liniengitter mit Subwellenlängenstrukturen bekannt, welches winkelabhängige, farbfilternde Eigenschaften besitzt. Das Liniengitter besitzt ein Rechteckprofil aus einem dielektrischen Material. Die waagrechten Flächen sind mit einem hochbrechenden Dielektrikum überzogen. Oberhalb dieser Struktur befindet sich ebenfalls ein dielektrisches Material, wobei bevorzugterweise die Brechungsindizes des Gittersubstrats und des Deckmaterials identisch sind. Dadurch ist eine optisch wirksame Struktur ausgebildet, die aus zwei Gittern aus dem hochbrechenden Material besteht, welche durch die Höhe des ursprünglichen Rechteckprofils beabstandet sind. Die das Liniengitter bildenden Gitterstege sind beispielsweise aus ZnS. Man kann damit zwar einen Farbkontrast in Reflexion erzeugen, in Transmission ist eine Veränderung des Farbtons für unterschiedliche Winkel jedoch kaum wahrnehmbar. Diese Struktur bietet sich deshalb lediglich als Sicherheitsmerkmal in Reflexion an und muss dazu auf einem absorbierenden Untergrund aufgebaut werden.A line grating with subwavelength structures is known, which has angle-dependent, color-filtering properties. The line grid has a rectangular profile made of a dielectric material. The horizontal surfaces are covered with a high refractive dielectric. Above this structure is also a dielectric material, wherein preferably the refractive indices of the grating substrate and the cover material are identical. As a result, an optically active structure is formed, which consists of two gratings of the high refractive index material, which are spaced apart by the height of the original rectangular profile. The lattice webs forming the line grid are made of ZnS, for example. Although one can thus produce a color contrast in reflection, in transmission, a change in hue for different angles is barely perceptible. Therefore, this structure offers itself only as a security feature in reflection and has to be built on an absorbent surface.

Die bekannten zweidimensional periodischen Subwellenlängengitter mit nicht zusammenhängender Oberfläche zeigen zwar ausgeprägte Farbfiltereigenschaften. Sie sind jedoch auf eine große Winkeltoleranz optimiert. Ihr Farbton ändert sich daher beim Verkippen kaum.Although the known two-dimensional periodic sub-wavelength gratings with non-contiguous surface show pronounced color filter properties. However, they are optimized for a large angular tolerance. Their color shade therefore hardly changes when tilted.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitselement anzugeben, das einen auch bei Durchsicht guten Farbeffekt zeigt, welcher sich bevorzugt beim Verkippen ändert.The invention is therefore based on the object to provide a security element that shows a good color also when viewed, which changes preferably when tilting.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Sicherheitselement zur Herstellung von Wertdokumenten, wie Banknoten, Schecks oder dergleichen, das aufweist: ein dielektrisches Substrat, eine in das Substrat eingebettete erste Liniengitterstruktur aus mehreren längs einer Längsrichtung verlaufenden und in einer Ebene angeordneten ersten Gitterstegen aus Metall oder Halbleiter und eine in das Substrat eingebettete zweite Liniengitterstruktur aus längs der Längsrichtung verlaufenden zweiten Gitterstegen aus Metall oder Halbleiter, die sich bezogen auf die Ebene über der ersten Liniengitterstruktur befindet, wobei die ersten Gitterstege jeweils eine Breite haben und in einem Abstand nebeneinanderliegen, so dass zwischen den ersten Gitterstegen längs der Längsrichtung verlaufende erste Gitterspalte mit dem Abstand entsprechender Breite gebildet sind, die zweite Liniengitterstruktur zur ersten Liniengitterstruktur invertiert ist, wobei in Draufsicht auf die Ebene die zweiten Gitterstege über den ersten Gitterspalten und zweite Gitterspalte, die zwischen den zweiten Gitterstegen bestehen, über den ersten Gitterstegen liegen, und die Breite der ersten Gitterstege und der zweiten Gitterspalte sowie die Breite der zweiten Gitterstege und der ersten Gitterspalte unter 300 nm ist. Diese Gitter befinden sich derart in einem Abstand zueinander, so dass kein geschlossener Halb- bzw. Halbmetallfilm vorliegt. Dabei kann optional die Dicke der Gitterstege unter 300 nm sein.This object is achieved by a security element for the production of documents of value, such as banknotes, checks or the like, comprising: a dielectric substrate, embedded in the substrate first line grid structure of a plurality of longitudinally extending and arranged in a plane first grid bars made of metal or A semiconductor and a second line grid structure embedded in the substrate of longitudinally extending second metal or semiconductor grid bars located above the first grid line structure with respect to the plane, wherein the first grid bars each have a width and are juxtaposed such that therebetween the first grid bars along the longitudinal direction extending first grid column are formed with the distance corresponding width, the second line grid structure is inverted to the first line grid structure, wherein in plan view of the plane, the second G Iterstege over the first grid columns and second grid column, which exist between the second grid bars over the first grid bars, and the width of the first grid bars and the second grid column and the width of the second grid bars and the first grid column is less than 300 nm. These grids are at a distance from each other, so that there is no closed half or half metal film. Optionally, the thickness of the grid webs may be below 300 nm.

Bei einer periodischen Liniengitterstruktur entspricht die Phasenverschiebung einer halben Periode.In a periodic line grid structure, the phase shift corresponds to half a period.

Erfindungsgemäß wird ein Doppel-Liniengitter verwendet, das aus zwei übereinanderliegenden komplementär zueinander aufgebauten, d. h. gegeneinander verschobenen Liniengitterstrukturen besteht. Der Wert von 90° ist natürlich im Rahmen der Fertigungsgenauigkeit zu sehen. Durch Fertigungstoleranzen können hier Abweichungen entstehen, da in der Regel ein Rechteckprofil nicht perfekt ausgebildet, sondern nur durch ein Trapezprofil angenähert werden kann, dessen obere Parallelkante kürzer ist als. Die Liniengitterstrukturen sind aus Metall oder Halbleitermaterial. Die Schichtdicke der Gitterstege ist geringer als die Modulationstiefe, also als der Abstand der Gitterebenen der Liniengitterstrukturen.According to the invention, a double-line grid is used which consists of two superposed complementary to each other, d. H. consists of mutually displaced line grid structures. Of course, the value of 90 ° is to be seen in the context of manufacturing accuracy. By manufacturing tolerances deviations may arise here, since usually a rectangular profile is not perfectly formed, but can be approximated only by a trapezoidal profile whose upper parallel edge is shorter than. The line grid structures are made of metal or semiconductor material. The layer thickness of the lattice webs is less than the modulation depth, that is, the spacing of the lattice planes of the line lattice structures.

Es zeigte sich, dass ein derart aufgebautes Gitter überraschenderweise sowohl in Reflexion als auch in Transmission reproduzierbare und gut wahrnehmbare Farbeffekte liefert.It was found that a lattice constructed in this way surprisingly provides reproducible and readily perceptible color effects both in reflection and in transmission.

Das erfindungsgemäße Sicherheitselement kann einfach durch einen Schichtaufbau hergestellt werden, indem zuerst eine Grundschicht bereitgestellt wird, auf der die erste Liniengitterstruktur ausgebildet wird. Darauf bringt man eine dielektrische Zwischenschicht auf, die die erste Liniengitterstruktur überdeckt und bevorzugt dicker als die Gitterstege der ersten Liniengitterstruktur ist. Darauf kann dann die verschobene zweite Liniengitterstruktur ausgebildet werden und eine dielektrische Deckschicht bildet den Abschluss des die Liniengitterstruktur einbettenden Substrates. Alternativ kann auch in dem dielektrischen Substrat zuerst ein Subwellengitter ausgebildet werden, das ein Rechteckprofil im Querschnitt hat. Bedampft man dieses metallisch senkrecht, entsteht eine Metallschicht auf den Plateaus und in den Gräben, welche die ersten und zweiten Gitterstege bilden. Man hat damit den gewünschten nicht zusammenhängenden Metallfilm der ersten und zweiten Gitterstege in unterschiedlichen Ebenen, wenn die Schichtdicke der Gitterstege geringer ist als die Modulationstiefe des Rechteckprofils des zuvor strukturierten dielektrischen Substrates.The security element according to the invention can be produced simply by a layer construction by first providing a base layer on which the first line grid structure is formed. Then you put on a dielectric intermediate layer, which is the first Line grid structure is covered and preferably thicker than the grid bars of the first line grid structure. The displaced second line grid structure can then be formed thereon, and a dielectric cover layer forms the termination of the substrate embedding the line grid structure. Alternatively, a sub-waveguide having a rectangular profile in cross-section can first be formed in the dielectric substrate as well. If this metallic is vaporized vertically, a metal layer is formed on the plateaus and in the trenches which form the first and second lattice webs. It thus has the desired non-contiguous metal film of the first and second grid bars in different planes when the layer thickness of the grid bars is less than the modulation depth of the rectangular profile of the previously structured dielectric substrate.

Einen besonders guten Farbeffekt erhält man, wenn der Abstand zwischen den ersten und den zweiten Gitterstegen, also die Modulationstiefe der Struktur, zwischen 50 nm und 500 nm, bevorzugt zwischen 100 nm und 300 nm liegt. Der Abstand ist dabei von jeweils gleichweisenden Flächen der ersten und zweiten Liniengitterstruktur zu bemessen, d. h. beispielsweise von der Unterseite der ersten Gitterstege zur Unterseite der zweiten Gitterstege bzw. von der Oberseite der ersten Gitterstege zur Oberseite der zweiten Gitterstege. Der Abstand ist dabei selbstverständlich senkrecht zur Ebene zu messen, bezeichnet also den Höhenunterschied zwischen den gleichgerichteten Flächen der Gitterstege.A particularly good color effect is obtained when the distance between the first and the second lattice webs, ie the modulation depth of the structure, is between 50 nm and 500 nm, preferably between 100 nm and 300 nm. The distance is to be dimensioned by respectively equivalent surfaces of the first and second line grid structure, d. H. for example, from the bottom of the first grid webs to the bottom of the second grid bars or from the top of the first grid bars to the top of the second grid bars. The distance is of course to measure perpendicular to the plane, so called the height difference between the rectified surfaces of the grid bars.

Als Material für die Gitterstege kommen Metalle infrage, beispielsweise Aluminium, Silber, Kupfer, Gold, Chrom, Platin und Legierungen von diesen Materialien. Der gewünschte Farbeffekt zeigt sich auch bei der Verwendung von Halbleitern, wie Silizium oder Germanium.Suitable materials for the grid bars metals come into question, for example, aluminum, silver, copper, gold, chromium, platinum and alloys of these materials. The desired color effect is also evident when using semiconductors, such as silicon or germanium.

Möchte man die Buntheit in Reflexion steigern, können die ersten Gitterstege der ersten Liniengitterstruktur und/oder die zweiten Gitterstege der zweiten Liniengitterstruktur mit eine Multilayerbeschichtung, z. B. als Trilayer aus zwei übereinanderliegenden Metall- oder Halbleiterbeschichtungen mit einer dazwischen liegenden dielektrischen Schicht, aufgebaut werden. Das Sicherheitselement kann auch bei ungefähr senkrechtem Einfallswinkel annähernd farbneutral in der Reflexion ausgestaltet werden. Dies hat den Vorteil, dass der transmittierte Farbton durch die Reflexion nicht verändert wird. Bevorzugt für die Gitterstrukturen des Sicherheitselementes ist ein Füllfaktor von 0,5, d. h. gleiche Breite für die Gitterstege wie für die Gitterspalte. Ein solcher Füllfaktor ist aber nicht zwingend. Mit einer Abweichung davon kann man den Farbton der Reflexion für eine Reflexion von der Vorderseite unterschiedlich gestalten für einen Reflexionsfarbton, der sich bei der Reflexion an der Rückseite des Sicherheitselementes einstellt.If one wishes to increase the chroma in reflection, the first lattice webs of the first line lattice structure and / or the second lattice webs of the second line lattice structure may be provided with a multilayer coating, e.g. B. as a trilayer of two superimposed metal or semiconductor coatings with an intervening dielectric layer can be constructed. The security element can be configured approximately color-neutral in the reflection even at approximately vertical angle of incidence. This has the advantage that the transmitted hue is not changed by the reflection. Preferred for the grid structures of the security element is a filling factor of 0.5, d. H. same width for the grid bars as for the grid column. Such a fill factor is not mandatory. With a deviation from this, one can make the hue of the reflection for reflection from the front different for a reflection hue, which occurs in the reflection at the back of the security element.

Das Sicherheitselement mit dem Doppel-Liniengitter zeigt eine winkelabhängige Farbfilterung bei Reflexion und Transmission. Diese Winkelabhängigkeit ist besonders markant, wenn die Gitterlinien senkrecht zur Lichteinfallsebene stehen. Die Farbfilterung kann dazu verwendet werden, um Motive mehrfarbig so zu gestalten, dass sie beim Verkippen bzw. Verdrehen ihre Farbe ändern. Es ist deshalb bevorzugt, dass in Draufsicht auf die Ebene mindestens zwei Bereiche vorgesehen sind, deren Längsrichtungen der Liniengitterstrukturen schräg zueinander liegen, insbesondere rechtwinklig sind. Bei senkrechter Betrachtung kann ein solches Motiv so gestaltet werden, dass es in Transmission eine einheitliche Farbe und keine weitere Struktur hat. Dreht man dieses Motiv nun um die vertikale Achse, ändert sich die Farbe des einen Bereichs, beispielsweise des Hintergrundes, anders als die Farbe des anderen Bereichs, beispielsweise eines Motivs. Ein Drehen senkrecht zur Beobachtungsrichtung verändert die Farben des Motivs sowie des Hintergrundes bis hin zu einem vollständigen Farbwechsel. Denn der Gitterbereich, dessen Gitterlinien parallel zur Einfallsebene verlaufen, ändert beim Verkippen kaum seine Farbe.The security element with the double-line grid shows angle-dependent color filtering for reflection and transmission. This angle dependence is particularly striking when the grid lines are perpendicular to the light incidence plane. Color filtering can be used to make motifs multicolored so that they change color when tilted or twisted. It is therefore preferred that, in plan view of the plane, at least two regions are provided whose longitudinal directions of the line grid structures are oblique to one another, in particular at right angles. When viewed vertically, such a motif can be designed so that it has a uniform color in transmission and no other structure. If you rotate this motif around the vertical axis, the color of one area, for example of the background, changes differently than the color of the other area, for example a motif. Turning perpendicular to the viewing direction changes the colors of the subject and the background to a complete color change. Because the grid area, whose grid lines are parallel to the plane of incidence, hardly changes its color when tilted.

Natürlich sind auch Anordnungen mit mehreren unterschiedlich angeordneten Bereichen denkbar. Dadurch können Motive mit mehreren Farben in Transmission hergestellt werden. Natürlich können die Liniengitter in den einzelnen Bereichen auch unterschiedliche Geometrieparameter hinsichtlich Breite und Abstand haben. In diesem Fall verschwindet jedoch das Motiv bei senkrechter Betrachtung nicht.Of course, arrangements with several differently arranged areas are conceivable. This allows you to create motifs with multiple colors in transmission. Of course, the line grids in the individual areas may also have different geometry parameters in terms of width and spacing. In this case, however, the subject does not disappear when viewed vertically.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the specified combinations but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielshalber anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings, which also disclose features essential to the invention. Show it:

1 eine Schnittdarstellung eines Sicherheitselementes mit einem Doppel-Liniengitter, 1 a sectional view of a security element with a double-line grid,

2a–c die spektrale Abhängigkeit der Transmission, Reflexion und Absorption des Sicherheitselementes der 1 in einer ersten Ausführungsform, 2a -C the spectral dependence of the transmission, reflection and absorption of the security element of the 1 in a first embodiment,

3 Farbwerte im LCh-Farbraum für Reflexion und Transmission für das Sicherheitselement der 2 bei Variation einer Modulationstiefe, 3 Color values in the LCh color space for reflection and transmission for the security element of the 2 with variation of a modulation depth,

4 Farbwerte im LCh-Farbraum für Reflexion und Transmission für das Sicherheitselement der 2 bei Variation einer Schichtdicke, 4 Color values in the LCh color space for reflection and transmission for the security element of the 2 with variation of a layer thickness,

5 Farbwerte im LCh-Farbraum für Reflexion und Transmission für ein Sicherheitselement der 1 in einer zweiten Ausführungsform bei Variation einer Schichtdicke, 5 Color values in the LCh color space for reflection and transmission for a security element of the 1 in a second embodiment with variation of a layer thickness,

6 eine Schnittdarstellung ähnlich der 1 für ein Doppel-Liniengitter, dessen Gitterstege mit Trilayerbeschichtung versehen sind, 6 a sectional view similar to the 1 for a double-line grid whose grid bars are provided with a trilayer coating,

7 Farbwerte im LCh-Farbraum für Reflexion und Transmission für das Sicherheitselement der 6 bei Variation einer Schichtdicke, 7 Color values in the LCh color space for reflection and transmission for the security element of the 6 with variation of a layer thickness,

8a–b zwei Draufsichten auf ein Motiv, das mit dem Sicherheitselement der 1 gebildet ist, 8a -B Two plan views of a subject using the security element 1 is formed,

9a–b Erläuterungen des Wechsels des optischen Eindruckes bei der Betrachtung des Motives der 8, 9a -B Explanations of the change of the visual impression when considering the motive of the 8th .

10 Farbwerte im LCh-Farbraum für Reflexion und Transmission für das Sicherheitselement der 2, wobei die Polarisationsabhängigkeit eingetragen und die Modulationstiefe variiert ist, 10 Color values in the LCh color space for reflection and transmission for the security element of the 2 , where the polarization dependence is entered and the modulation depth is varied,

11 Farbwerte im LCh-Farbraum für Reflexion sowie Transmission für das Sicherheitselement der 2, wobei die Auftragung der der 10 entspricht, allerdings unter Variation einer Schichtdicke, 11 Color values in the LCh color space for reflection as well as transmission for the security element of the 2 , where the application of the 10 corresponds, but with variation of a layer thickness,

12 und 13 Darstellungen ähnlich der 11, jedoch für unterschiedliche Materialien der Gitterstege des Doppel-Liniengitters, und 12 and 13 Representations similar to the 11 However, for different materials of the grid bars of the double-line grid, and

14 eine Darstellung ähnlich der 3 für ein Sicherheitselement gemäß dem Stand der Technik. 14 a representation similar to the 3 for a security element according to the prior art.

1 zeigt in Schnittdarstellung ein Sicherheitselement 5, das ein in ein Substrat 1 eingebettetes Doppel-Liniengitter aufweist. In das Substrat 1 ist eine erste Liniengitterstruktur 2 eingearbeitet, die in einer Ebene L angeordnet ist. Die erste Liniengitterstruktur besteht aus ersten Gitterstegen 9 mit der Breite a, die sich längs einer senkrecht zur Zeichenebene liegenden Längsrichtung erstrecken. Zwischen den ersten Gitterstegen 3 befinden sich erste Gitterspalte 4, die eine Breite b haben. Die Dicke der ersten Gitterstege 3 (gemessen senkrecht zur Ebene L) ist mit t angegeben. In einer Höhe h über den ersten Gitterstegen 3 befindet sich eine zweite Liniengitterstruktur 6 mit zweiten Gitterstegen 7. Diese haben die Breite b. Die zweite Liniengitterstruktur 6 ist so gegenüber der ersten Liniengitterstruktur 2 phasenverschoben, dass die zweiten Gitterstege 7 möglichst exakt (im Rahmen der Fertigungsgenauigkeit) über den ersten Gitterspalten 4 zu liegen kommen. Gleichzeitig liegen zweite Gitterspalte 8, die zwischen den zweiten Gitterstegen 7 bestehen, über den ersten Gitterstegen 3. 1 shows in section a security element 5 that one in a substrate 1 has embedded double-line grid. In the substrate 1 is a first line grid structure 2 incorporated, which is arranged in a plane L. The first line grid structure consists of first grid bars 9 with the width a, which extend along a longitudinal direction perpendicular to the plane of the drawing. Between the first grid bars 3 there are first grid column 4 that have a width b. The thickness of the first grid bars 3 (measured perpendicular to the plane L) is indicated by t. At a height h above the first grid bars 3 there is a second line grid structure 6 with second grid bars 7 , These have the width b. The second line grid structure 6 is so opposite the first line grid structure 2 out of phase, that the second grid bars 7 as exactly as possible (within the manufacturing accuracy) over the first grid gaps 4 to come to rest. At the same time there are second grid gaps 8th between the second grid bars 7 exist, over the first grid bars 3 ,

Die Dicke t ist kleiner als die Höhe h, so dass kein zusammenhängender Film aus den Gitterstegen 3 und 7 gebildet ist.The thickness t is less than the height h, so no coherent film of the grid bars 3 and 7 is formed.

In der schematischen Schnittdarstellung der 1 ist die Breite a der ersten Gitterstege 3 gleich der Breite b der zweiten Gitterstege 7. Bezogen auf eine Periode d beträgt somit in jeder Liniengitterstruktur der Füllfaktor 50%. Dies ist jedoch nicht zwingend. Gemäß der Formel b + a = d kann eine beliebige Variation erfolgen.In the schematic sectional view of 1 is the width a of the first grid bars 3 equal to the width b of the second grid bars 7 , Based on a period d, the fill factor in each line grid structure is therefore 50%. However, this is not mandatory. According to the formula b + a = d, any variation can be made.

Auch ist in der schematischen Schnittdarstellung der 1 die Dicke t der ersten Gitterstege 2 gleich der Dicke t der zweiten Gitterstege 7. Dies kommt einer einfacheren Herstellung zugute, ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Wesentlich ist jedoch, dass die Modulationstiefe h, d. h. der Höhenunterschied zwischen der ersten Liniengitterstruktur 2 und der zweiten Liniengitterstruktur 6 größer ist als die Summe der Dicken der ersten Gitterstege 3 und der zweiten Gitterstege 7, da ansonsten keine Trennung zwischen den beiden Liniengitterstrukturen 2 und 6 gegeben wäre.Also, in the schematic sectional view of 1 the thickness t of the first grid bars 2 equal to the thickness t of the second grid bars 7 , This is easier to manufacture but is not essential. However, it is essential that the modulation depth h, ie the height difference between the first line grid structure 2 and the second line grid structure 6 is greater than the sum of the thicknesses of the first grid bars 3 and the second grid bars 7 , otherwise there is no separation between the two line grid structures 2 and 6 would be given.

Das Sicherheitselement S der 1 reflektiert einfallende Strahlung E als reflektierte Strahlung R. Weiter wird ein Strahlungsanteil als transmittierte Strahlung T durchgelassen. Die Reflexions- und Transmissionseigenschaften hängen vom Einfallswinkel θ ab, wie nachfolgend noch erläutert wird.The security element S of 1 Reflects incident radiation E as reflected radiation R. Further, a radiation component is transmitted as transmitted radiation T. The reflection and transmission properties depend on the angle of incidence θ, as will be explained below.

Die Herstellung des Sicherheitselementes S kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass auf eine Grundschicht 9 zuerst die erste Liniengitterstruktur 2 und darauf eine Zwischenschicht 5 aufgebracht wird. In die dabei nach oben abgebildete Gitterspalte 4 kann dann die zweite Liniengitterstruktur mit den zweiten Gitterstegen 7 eingebracht werden. Eine Deckschicht 10 deckt das Sicherheitselement ab. Die Brechzahlen der Schichten 9, 5 und 10 sind im Wesentlichen gleich und können beispielsweise etwa 1,5, insbesondere 1,56 betragen.The production of the security element S can be done, for example, that on a base layer 9 first the first line grid structure 2 and then an intermediate layer 5 is applied. In the case of the grid column shown up 4 can then the second line grid structure with the second grid bars 7 be introduced. A cover layer 10 covers the security element. The refractive indices of the layers 9 . 5 and 10 are substantially the same and may be, for example, about 1.5, especially 1.56.

Die Maße b, a und t sind im Subwellenlängenbereich, d. h. kleiner als 300 nm. Die Modulationstiefe beträgt bevorzugt zwischen 50 nm und 500 nm.The measures b, a and t are in the sub-wavelength range, i. H. less than 300 nm. The modulation depth is preferably between 50 nm and 500 nm.

Es ist aber auch ein Herstellungsverfahren möglich, bei dem zuerst auf einer Oberseite des Substrates 1 ein Rechteckgitter hergestellt wird. Das Substrat 1 wird also so strukturiert, dass Gräben der Breite a sich mit Stegen der Breite b abwechseln. Das strukturierte Substrat wird anschließend mit der gewünschten Beschichtung bedampft, so dass die ersten und zweiten Liniengitter und die ersten und zweiten Liniengitterstrukturen entstehen. Nach der Bedampfung wird schließlich die Struktur mit einer Deckschicht abgedeckt Man erhält damit einen Schichtaufbau, bei dem die Ober- und Unterseite im Wesentlichen denselben Brechungsindex besitzt.But it is also a manufacturing method possible, in which first on an upper side of the substrate 1 a rectangular grid is made. The substrate 1 is thus structured so that trenches of width a are with webs of width b alternate. The patterned substrate is then vapor-deposited with the desired coating to form the first and second line grids and the first and second line grating structures. After vapor deposition, the structure is finally covered with a cover layer. This gives a layer structure in which the top and bottom sides have essentially the same refractive index.

Das strukturierte Substrat kann auf verschiedene Arten erhalten werden. Eine Option ist die Reproduktion mit einem Master. Der Masterform kann z. B. nun in UV-Lack auf Folie, z. B. PET-Folie, repliziert werden. Man hat dann das Substrat 1 als dielektrisches Material, welches beispielsweise eine Brechzahl von 1,56 aufweist. Alternativ kommen auch Heißprägeverfahren infrage.The structured substrate can be obtained in various ways. One option is the reproduction with a master. The master form can z. B. now in UV varnish on foil, z. As PET film to be replicated. You then have the substrate 1 as a dielectric material having, for example, a refractive index of 1.56. Alternatively, hot stamping methods are also suitable.

Der Master oder auch das Substrat selbst kann mithilfe einer e-Beam-Anlage, einem fokussierten Ionenstrahl oder durch Interferenzlithographie hergestellt werden, wobei die Struktur in einen Photolack geschrieben und anschließend entwickelt wird.The master, or even the substrate itself, can be fabricated using an e-beam, focused ion beam or interference lithography, writing the structure into a photoresist and then developing it.

Die Struktur eines photolithographisch hergestellten Masters kann in einem Folgeschritt in ein Quarzsubstrat geätzt, werden, um möglichst senkrechte Flanken des Profils auszubilden. Der Quarzwafer dient dann als Vorform und kann z. B. in Ormocer umkopiert oder durch galvanische Abformung vervielfältigt werden. Ebenso ist eine direkte Abformung des photolithographisch hergestellten Originals in Ormocer bzw. in Nickel in einem galvanischen Verfahren möglich. Auch kann ein Motiv mit verschiedenen Gitterstrukturen in einem Nanoimprint-Verfahren ausgehend von einem homogenen Gittermaster zusammengesetzt werden.The structure of a photolithographically produced master can be etched in a subsequent step into a quartz substrate in order to form as vertical as possible edges of the profile. The quartz wafer then serves as a preform and can, for. B. in Ormocer copied or duplicated by galvanic impression. Likewise, a direct impression of the photolithographically produced original in Ormocer or in nickel in a galvanic process is possible. Also, a motif with different lattice structures can be assembled in a nanoimprint process starting from a homogeneous lattice master.

Solche Herstellverfahren für Subwellenlängen-Gitterstrukturen sind dem Fachmann bekannt.Such manufacturing methods for sub-wavelength grating structures are known to the person skilled in the art.

Die 2a bis 2c zeigen exemplarisch die spektralen Eigenschaften eine Sicherheitselementes S, dessen Doppel-Liniengitter folgende Profilparameter hat d = 360 nm, b = 180 nm, h = 200 nm, das Material der Gitterstege ist Aluminium, t = 30 nm, das Dielektrikum hat eine Brechzahl von 1,56. 2a zeigt auf der y-Achse die Transmission als Funktion der auf der x-Achse aufgetragenen Wellenlänge für verschiedene Einfallswinkel, nämlich 0°, 15°, 30° und 45°. 2b zeigt analog die Reflexion und die 2c die Absorption des Sicherheitselementes. Der Einfallswinkel Θ ist in 1 definiert.The 2a to 2c show exemplarily the spectral properties of a security element S, whose double-line grating has the following profile parameters d = 360 nm, b = 180 nm, h = 200 nm, the material of the grid bars is aluminum, t = 30 nm, the dielectric has a refractive index of 1 , 56th 2a shows on the y-axis the transmission as a function of the wavelength plotted on the x-axis for different angles of incidence, namely 0 °, 15 °, 30 ° and 45 °. 2 B Analog shows the reflection and the 2c the absorption of the security element. The angle of incidence Θ is in 1 Are defined.

Wie man sieht, tritt eine spektralselektive Absorption auf, das Sicherheitselement entwickelt also eine Farbeigenschaft in Transmission. Ein deutlicher Einfluss auf die Farbeigenschaften in Transmission, d. h. für die transmittierte Strahlung T, wird durch den Richtungswechsel des Peaks bei etwa 550 nm für den Einfallswinkel 0° in eine Absenkung für nicht-senkrechten Betrachtungswinkel (θ > 0°) hervorgerufen. In Reflexion zeigt sich das umgekehrte Phänomen.As you can see, a spectrally selective absorption occurs, so the security element develops a color property in transmission. A clear influence on the color properties in transmission, d. H. for the transmitted radiation T, is caused by the change in the direction of the peak at about 550 nm for the incidence angle 0 ° in a depression for non-perpendicular viewing angle (θ> 0 °). Reflection shows the reverse phenomenon.

Dies bewirkt letztendlich einen Farbumschlag in Transmission von Gelb nach Blau beim Verkippen von senkrechter Betrachtung um einen Winkel von 30°.This ultimately causes a color change in transmission from yellow to blue when tilting from vertical viewing at an angle of 30 °.

Zur Verdeutlichung des vorteilhaften Farbeffektes des Sicherheitselementes S sei als Vergleich auf die 14 hingewiesen, die für ein bekanntes Sicherheitselement eine Darstellung ähnlich der 3 zeigt. Die Struktur des dort zugrunde liegenden Sicherheitselementes entspricht im Wesentlichen der der 1, jedoch sind die erste und die zweite Liniengitterstruktur nicht aus Metall, sondern aus ZnS mit einer Schichtdicke von 70 nm. Wie man sieht, treten keine spektralselektiven Absorptionen auf. Die Farbeigenschaften in Transmission sind deutlich schlechter. Die Buntheit beträgt etwa nur ein Viertel und die Helligkeit ist zudem hinsichtlich des Einfallswinkels moduliert. Daher ist der Farbkontrast in Transmission bei einer Variation des Einfallswinkels drastisch verschlechtert. Ein solches Gitter kann allenfalls im reflektiven Betrieb, d. h. auf einer schwarzen Untergrundschicht eingesetzt werden.To illustrate the advantageous color effect of the security element S is to be compared to the 14 noted that for a known security element a representation similar to the 3 shows. The structure of the underlying security element essentially corresponds to that of 1 however, the first and second line lattice structures are not made of metal but of ZnS with a layer thickness of 70 nm. As can be seen, no spectrally selective absorptions occur. The color properties in transmission are significantly worse. The chroma is only about a quarter and the brightness is also modulated with respect to the angle of incidence. Therefore, the color contrast in transmission is drastically deteriorated with a variation of the incident angle. Such a grating can at best be used in reflective operation, ie on a black background layer.

Die nachfolgenden 3 und 4 zeigen, wie sich die Modulationstiefe (3) bzw. die Schichtdicke (4) auf die Farbeigenschaften des Sicherheitselementes der 1 bzw. 2 auswirken. Dabei ist jeweils in der linken Spalte der Figuren die Reflexion, in der rechten Spalte die Transmission dargestellt. Die Darstellung erfolgt im LCh-Farbraum. Die oberste Zeile zeigt die Helligkeit L*, die mittlere Zeile die Buntheit C*, und die untere Zeile den Farbton h°. Die geometrischen Parameter des Doppel-Liniengitters sind d = 360 nm, b = 180 nm. Das Material für die Liniengitterstruktur ist Aluminium, das Substrat und die Bereiche 4 und 5 von 1 haben eine Brechzahl von 1,56. Dieser Wert entspricht etwa dem Brechungsindex von PET-Folien und UV-Lacken.The following 3 and 4 show how the modulation depth ( 3 ) or the layer thickness ( 4 ) on the color properties of the security element of 1 respectively. 2 impact. In each case in the left column of the figures, the reflection, in the right column, the transmission is shown. The representation takes place in the LCh color space. The top line shows the brightness L *, the middle line the chroma C *, and the bottom line the hue h °. The geometric parameters of the double line grid are d = 360 nm, b = 180 nm. The material for the line grid structure is aluminum, the substrate and the regions 4 and 5 from 1 have a refractive index of 1.56. This value corresponds approximately to the refractive index of PET films and UV varnishes.

Es ist zu erkennen, dass die Helligkeit und die Buntheit in Transmission mit zunehmender Modulationstiefe h ansteigt. Ein gut wahrnehmbarer Farbkontrast ist in Transmission gegeben, wenn die transmittierte Helligkeit und Buntheit höher als die reflektierte Helligkeit und Buntheit sind. Dies ist bei Modulationstiefen zwischen 150 nm und 280 nm der Fall. Es zeigt sich eine wesentlich verbesserte Farbeigenschaft in Transmission gegenüber dem Sicherheitselement mit ZnS-Gitterstegen. Die Helligkeit ist zudem hinsichtlich des Einfallswinkels moduliert. Daher ist der Farbkontrast in Transmission bei einer Variation des Einfallswinkels drastisch erhöht. Bei einer Liniengitterstruktur mit einer Modulationstiefe von h = 200 nm bewirkt bereits ein Verkippen um 15° eine deutliche Veränderung des Farbtons und der Helligkeit in Transmission.It can be seen that the brightness and the chroma in transmission increase with increasing modulation depth h. A well-perceived color contrast is given in transmission when the transmitted brightness and chroma are higher than the reflected brightness and chroma. This is the case at modulation depths between 150 nm and 280 nm. It shows a much improved color property in transmission over the security element with ZnS grid bars. The brightness is also modulated with respect to the angle of incidence. Therefore, the color contrast in transmission is drastically increased with a variation of the incident angle. With a line grid structure with a modulation depth of h = 200 nm, tilting by 15 ° already causes a significant change in hue and brightness in transmission.

4 zeigt den Einfluss der Schichtdicke. Das Material ist wiederum Aluminium, und die geometrischen Parameter d, b, h entsprechen denen der 2. Es zeigt sich, dass eine Schichtdicke im Bereich von 20 nm und 30 nm günstige Farbeigenschaften in Transmission bewirkt. Die Helligkeit der Transmission liegt in derselben Größenordnung der Helligkeit in Reflexion. Die Buntheit in Transmission ist dagegen deutlich höher. 4 shows the influence of the layer thickness. The material is again aluminum, and the geometric parameters d, b, h correspond to those of 2 , It turns out that a layer thickness in the range of 20 nm and 30 nm produces favorable color properties in transmission. The brightness of the transmission is in the same order of magnitude of the brightness in reflection. The chroma in transmission, however, is significantly higher.

Ähnliche Farbeigenschaften zeigen sich für eine Gitterstruktur, welche der der 4 entspricht, jedoch als Material für die Gitterstege Silizium verwendet. Dieses Gitter hat, wie 5 zeigt, eine größere Helligkeit in Transmission als in Reflexion. Mit zunehmender Schichtdicke t steigt die Buntheit in Transmission an und für einen Einblickwinkel von 30° und eine Schichtdicke größer 70 nm ist die Transmissions-Buntheit auch größer als die Buntheit in Reflexion. Ein Gitter mit einer 100 nm dicken Siliziumschicht erscheint in Reflexion rot, seine Buntheit nimmt bei zunehmenden Einfallswinkeln ab. In Transmission geht hingegen der Farbton von einem schwachen Grün in einen kräftigen gelben Farbton über.Similar color properties are evident for a lattice structure, which is that of the 4 corresponds, however, used as a material for the grid bars silicon. This grid has, like 5 shows a greater brightness in transmission than in reflection. With increasing layer thickness t, the chroma increases in transmission and for a viewing angle of 30 ° and a layer thickness greater than 70 nm, the transmission chroma is also greater than the chroma in reflection. A grating with a 100 nm thick silicon layer appears red in reflection, its chroma decreases with increasing angles of incidence. In transmission, on the other hand, the hue changes from a faint green to a rich yellow hue.

Der winkelabhängige Farbeffekt in Transmission ist jedoch nicht nur auf eine Liniengitterstruktur beschränkt, welche eine einzige Metallschicht oder Halbleiterschicht in den Gitterstegen aufweist. Die beschriebenen Effekte werden auch für Doppel-Liniengitter erhalten, deren Gitterstege aus mehreren Schichten bestehen. Dabei ist jedoch stets die Gesamtdicke der Schichten kleiner als die Modulationstiefe h. Mindestens eine der Schichten besteht aus einem Metall oder einem Halbleiter. Trilayer eignen sich besonders bevorzugt für die Schichtstruktur. Eine größere Anzahl an Schichten verbessert den winkelabhängigen Farbeffekt kaum, erhöht jedoch die Herstellungskosten.However, the angle-dependent color effect in transmission is not limited to only a line grid structure having a single metal layer or semiconductor layer in the grid bars. The effects described are also obtained for double-line gratings whose lattice webs consist of several layers. However, the total thickness of the layers is always smaller than the modulation depth h. At least one of the layers is made of a metal or a semiconductor. Trilayers are particularly preferred for the layer structure. A larger number of layers hardly improves the angle-dependent color effect, but increases the manufacturing cost.

6 zeigt exemplarisch ein Sicherheitselement, bei dem die ersten und zweiten Gitterstege 3 und 7 jeweils durch eine Trilayerbeschichtung realisiert sind. Sie weisen eine metallische Schicht 11, eine dielektrische Zwischenschicht 12 und eine weitere metallische Schicht 13 auf. Bevorzugt, jedoch nicht zwingend, ist die Dicke der beiden Metallschichten identisch. 6 shows an example of a security element, in which the first and second grid bars 3 and 7 each realized by a trilayer coating. They have a metallic layer 11 , a dielectric interlayer 12 and another metallic layer 13 on. Preferably, but not necessarily, the thickness of the two metal layers is identical.

7 zeigt die Farbwerte im LCh-Farbraum für das Sicherheitselement S mit dem Schichtaufbau gemäß 6, wobei die Metallschichten 11 und 13 jeweils 10 nm dicke Aluminiumschichten sind und die dielektrische Schicht 12 eine Siliziumdioxidschicht ist. 7 zeigt die Farbwirkung als Funktion der Dicke der Siliziumdioxidschicht. Die weiteren Parameter sind d = 360 nm, b = 180 nm und h = 200 nm. Das Substrat 1 und die Bereiche 4 und 5 haben, wie in allen anderen Ausführungsformen, auch eine Brechzahl von 1,56. 7 shows the color values in the LCh color space for the security element S with the layer structure according to FIG 6 , wherein the metal layers 11 and 13 each 10 nm thick aluminum layers and the dielectric layer 12 is a silicon dioxide layer. 7 shows the color effect as a function of the thickness of the silicon dioxide layer. The other parameters are d = 360 nm, b = 180 nm and h = 200 nm. The substrate 1 and the areas 4 and 5 have, as in all other embodiments, a refractive index of 1.56.

Das Sicherheitselement zeigt eine etwas geringere Helligkeit in Transmission, jedoch eine höhere Buntheit als in Reflexion. Siliziumdioxidschichtdicken über 60 nm bewirken beim Verkippen einen kräftigen Farbton in Transmission. In Reflexion erscheint das Sicherheitselement dagegen grün. Bei 70 nm Schichtdicke von Siliziumdioxid ist das Sicherheitselement bei ungefähr senkrechten Einfallswinkel annähernd farbneutral in Reflexion. Dies hat den Vorteil, dass der transmittierte Farbton nicht durch die Reflexion verändert wird.The security element shows a slightly lower brightness in transmission, but a higher chroma than in reflection. Silicon dioxide layer thicknesses above 60 nm cause a strong hue in transmission when tilted. In reflection, the security element appears green. At 70 nm layer thickness of silicon dioxide, the security element is approximately neutral in reflection at approximately vertical angles of incidence. This has the advantage that the transmitted hue is not changed by the reflection.

Die obigen Ausführungen beziehen sich stets auf Gitterprofile mit einem Tastverhältnis b:a = 1:1 (Füllfaktor 0,5). Dieser Wert ist bevorzugt, aber nicht zwingend. Mit einer Abweichung von diesem Wert kann man erreichen, dass der Farbton der Reflexion der Struktur für die Vorder- und die Rückseite unterschiedlich ist.The above statements always relate to grid profiles with a duty ratio b: a = 1: 1 (fill factor 0.5). This value is preferred, but not mandatory. Deviating from this value, it is possible to make the color tone of the reflection of the structure different for the front and the back.

Die winkelabhängige Farbfilterung der beschriebenen Sicherheitselemente kann nun dazu benutzt werden, um Motive mehrfarbig zu gestalten, die beim Verkippen bzw. Verdrehen ihre Farbe ändern.The angle-dependent color filtering of the security elements described can now be used to make multi-colored motifs that change their color when tilted or twisted.

Die einfache Ausgestaltung eines mehrfarbigen Motivs mit Doppel-Liniengitter ist eine Anordnung, bei der unterschiedliche Bereiche gebildet werden, deren Längsrichtung der Liniengitterstrukturen gegeneinander verdreht ist, vorzugsweise um 90°. Denn bei einer Verkippung eines Gitters, bei dem die Gitterlinien parallel zur Einfallsebene verlaufen, ändert sich die spektrale Transmissions- bzw. Reflexionscharakteristik kaum.The simple embodiment of a multicolor motif with a double-line grid is an arrangement in which different areas are formed whose longitudinal direction of the line grid structures is rotated relative to one another, preferably by 90 °. For with a tilt of a grid, in which the grid lines are parallel to the plane of incidence, the spectral transmission or reflection characteristics hardly changes.

Die 8a und 8b zeigen ein Sicherheitselement, in dem Bereiche eines Hintergrundes 14 eines Motives 15 mit vertikal verlaufender Längsrichtung und das Motiv 15 mit horizontal verlaufender Längsrichtung ausgebildet sind. In der Darstellung der 8b sieht man diese Linienrichtungen schematisch angedeutet. Das Motiv 15 zeigt einen Schmetterling sowie zwei Zahlenwerte. 8a zeigt das Motiv 15 schematisch in Weiß auf schwarzem Hintergrund. Das Motiv 15 wie der Hintergrund 14 sind exemplarisch mit den Parametern der Ausführungsform gemäß 1 ausgestaltet.The 8a and 8b show a security element in which areas of a background 14 a motive 15 with vertical longitudinal direction and the motif 15 are formed with horizontally extending longitudinal direction. In the presentation of the 8b you can see these line directions indicated schematically. The motif 15 shows a butterfly as well as two numerical values. 8a shows the motif 15 schematic in white on a black background. The motif 15 like the background 14 are exemplary with the parameters of the embodiment according to 1 designed.

Die 9a und 9b zeigen unterschiedliche Beleuchtungszustände, wenn das Sicherheitselement S der 8 vor einer Hintergrundbeleuchtung 16 im Durchlicht betrachtet wird. Bei senkrechter Betrachtung (obere Teilfigur der 9a) erscheint das Sicherheitselement einheitlich gelb in Transmission. Wenn das Sicherheitselement nun um die vertikale Achse gedreht wird, ändert sich die Farbe des Hintergrundes 14 von Gelb zu Blau. Wenn stattdessen um die horizontale Achse gekippt wird, erscheint das Motiv 15 blau (untere Darstellung der 9a). Die Situation für unterschiedliche Azimutwinkel zeigt die 9b. Hier verändern sich die Farben des Motives 15 und des Hintergrundes 14 bis hin zu einer vollständigen Inversion.The 9a and 9b show different lighting conditions when the security element S the 8th in front of a backlight 16 is viewed in transmitted light. When viewed vertically (upper part of the figure 9a ), the security element appears uniform yellow in transmission. If the security element is now rotated around the vertical axis, the color of the background 14 from yellow to blue. If you tilt the horizontal axis instead, the subject will appear 15 blue (lower illustration of the 9a ). The situation for different azimuth angles shows the 9b , Here the colors of the motif change 15 and the background 14 to a complete inversion.

Es sind natürlich auch Anordnungen mit Gittern unterschiedlicher Orientierung in mehreren Motivbereichen denkbar, wie im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits erläutert.Of course, arrangements with gratings of different orientation in several motif areas are also conceivable, as already explained in the general part of the description.

Das Sicherheitselement S besitzt ferner polarisierende Eigenschaften in Transmission. 10 zeigt das Farbverhalten eines Sicherheitselementes S mit einer Liniengitterstruktur, dessen Gitterstege aus Aluminium bestehen, als Funktion der Modulationstiefe h in Reflexion (linke Spalte) sowie in Transmission (rechte Spalte) für TE- und TM-Polarisation bei senkrechtem Einfallswinkel. Die Auftragung entspricht ansonsten der der 3. Die Parameter des Sicherheitselementes sind d = 360 nm, b = 180 nm, t = 30 nm. Die Brechzahl des Substrats 1 beträgt n = 1,56.The security element S also has polarizing properties in transmission. 10 shows the color behavior of a security element S with a line grid structure whose grid bars are made of aluminum, as a function of the modulation depth h in reflection (left column) and in transmission (right column) for TE and TM polarization at a normal angle of incidence. The application otherwise corresponds to that of 3 , The parameters of the security element are d = 360 nm, b = 180 nm, t = 30 nm. The refractive index of the substrate 1 is n = 1.56.

Es zeigt sich, dass das Sicherheitselement bei einer Modulationstiefe oberhalb 150 nm einen guten Helligkeitskontrast für die beiden Polarisationsrichtungen in Transmission aufweist. Ferner ist die Änderung in der Buntheit für Modulationstiefen zwischen 200 nm und 260 nm besonders groß. Die Farbänderung hat ein Maximum bei einer Modulationstiefe von 270 nm.It turns out that the security element has a good brightness contrast for the two polarization directions in transmission at a modulation depth above 150 nm. Furthermore, the change in chroma is particularly large for modulation depths between 200 nm and 260 nm. The color change has a maximum at a modulation depth of 270 nm.

11 zeigt den Einfluss der Schichtdicke t für das Gitter der 10 bei einer Modulationstiefe von 250 nm. Das Sicherheitselement hat bei Schichtdicken oberhalb von 20 nm gute Polarisationseigenschaften in Transmission. Die Buntheit und der Farbkontrast sind bei Schichtdicken zwischen 20 nm und 30 nm besonders hoch. Hier beobachtet man einen Farbumschlag von Blau nach Gelb, wenn sich die Polarisation der Beleuchtung von TM-Polarisation in TE-Polarisation ändert. 11 shows the influence of the layer thickness t for the grid of 10 at a modulation depth of 250 nm. The security element has good polarization properties in transmission at layer thicknesses above 20 nm. The chroma and the color contrast are particularly high at layer thicknesses between 20 nm and 30 nm. Here, a color change from blue to yellow is observed as the polarization of the illumination changes from TM polarization to TE polarization.

Sicherheitselemente, deren Liniengitterstukturen Silizium in den Gitterstegen aufweisen, haben ebenfalls Polarisationswirkung in Transmission. 12 zeigt die LCh-Farbwerte eines Sicherheitselementes mit den Gitterparametern d = 360 nm, b = 180 nm und h = 300 nm, dessen Gitterstege aus einer Bedampfung mit amorphen Silizium erzeugt wurden. Sie bestehen also aus amorphen Silizium. Es sind deutliche Helligkeitsunterschiede in Transmission für Siliziumschichtdicken oberhalb 100 nm zu beobachten. Für eine Siliziumschichtdicke von etwa 140 nm ist die Änderung in der Buntheit besonders groß. Die Transmission erscheint für TM-Polarization orange, für TE-Polarisation violett.Safety elements whose line grid structures comprise silicon in the grid bars also have a polarization effect in transmission. 12 shows the LCh color values of a security element with the lattice parameters d = 360 nm, b = 180 nm and h = 300 nm, whose lattice webs were produced from an evaporation with amorphous silicon. So they are made of amorphous silicon. There are clear brightness differences in transmission for silicon layer thicknesses above 100 nm. For a silicon layer thickness of about 140 nm, the change in chroma is particularly large. The transmission appears orange for TM polarization, violet for TE polarization.

13 zeigt das Farbverhalten, wenn statt amorphem Silizium kristallines Silizium verwendet wird. Ansonsten entsprechen die Parameter denen der 12. Dieses Sicherheitselement zeigt bereits für Schichtdicken oberhalb von 40 nm deutliche Helligkeitsunterschiede. Die Schichtdicke von 100 nm eignet sich besonders gut als Polarisationsfilter. Der Farbkontrast Orange/Blau ist für eine Siliziumschichtdicke von 120 nm am stärksten. 13 shows the color behavior when crystalline silicon is used instead of amorphous silicon. Otherwise the parameters correspond to those of the 12 , This security element shows clear brightness differences even for layer thicknesses above 40 nm. The layer thickness of 100 nm is particularly well suited as a polarizing filter. The orange / blue color contrast is strongest for a silicon layer thickness of 120 nm.

Die Polarisationseigenschaften des Sicherheitselementes erlaubt eine Echtheitsüberprüfung durch Betrachtung der Transmission bei linear polarisierter Beleuchtung. Eine solche Beleuchtung wird beispielsweise von LCD-Bildschirmen bereitgestellt. Sogar der blaue Himmel ist teilweise linear polarisiert (im Gegensatz zum bewölkten Himmel) und kann sich als Strahlquelle für die Untersuchung des Sicherheitselementes eignen.The polarization properties of the security element allow authenticity verification by considering the transmission in linearly polarized illumination. Such illumination is provided, for example, by LCD screens. Even the blue sky is partially linearly polarized (in contrast to the cloudy sky) and can be used as a beam source for the investigation of the security element.

Das Sicherheitselement kann insbesondere als Durchsichtfenster von Banknoten oder anderen Dokumenten dienen. Es kann auch teilweise farblich überdruckt sein bzw. die Gitterbereiche können bereichsweise demetallisiert sein oder ohne Liniengitter ausgestaltet werden, so dass ein solcher Bereich vollständig metallisiert ist. Es sind auch Kombinationen mit diffraktiven Gitterstrukturen, wie Hologrammen, denkbar.The security element can serve in particular as a transparent window of banknotes or other documents. It may also be partially overprinted color or the grid areas may be partially demetallized or configured without line grid, so that such an area is completely metallized. Combinations with diffractive grating structures, such as holograms, are also conceivable.

Die Echtheitsüberprüfung des Sicherheitselementes kann ohne Hilfsmittel vorgenommen werden. Mithilfe eines Polarisators kann eine zusätzliche Authentifizierung erfolgen.The authenticity check of the security element can be made without any aids. A polarizer can provide additional authentication.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Substratsubstratum
22
erste Liniengitterstrukturfirst line grid structure
33
erster Gitterstegfirst grid web
44
erster Gitterspaltfirst grid gap
55
Zwischenschichtinterlayer
66
zweite Liniengitterstruktursecond line grid structure
77
zweiter Gitterstegsecond grid bridge
88th
zweiter Gitterspaltsecond grid gap
99
Grundschichtbase layer
1010
Deckschichttopcoat
11, 1311, 13
Metallschichtmetal layer
1212
dielektrische Zwischenschichtdielectric interlayer
1414
Hintergrundbackground
1515
Motivmotive
1616
HintergrundbeleuchtungBacklight
hH
Modulationstiefemodulation depth
t, t1, t2t, t1, t2
Beschichtungsdickecoating thickness
bb
Linienbreitelinewidth
aa
Spaltenbreitecolumn width
dd
Periodeperiod
SS
Sicherheitselementsecurity element
LL
Ebenelevel
E e
einfallende Strahlungincident radiation
RR
reflektierte Strahlungreflected radiation
TT
transmittierte Strahlungtransmitted radiation
ΘΘ
Einfallswinkelangle of incidence

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009012299 A1 [0002] DE 102009012299 A1 [0002]
  • DE 102009012300 A1 [0002] DE 102009012300 A1 [0002]
  • DE 102009056933 A1 [0002] DE 102009056933 A1 [0002]

Claims (7)

Sicherheitselement zur Herstellung von Wertdokumenten, wie Banknoten, Schecks oder dergleichen, das aufweist: – ein dielektrisches Substrat (1), – eine in das Substrat (1) eingebettete erste Liniengitterstruktur (2) aus mehreren längs einer Längsrichtung verlaufenden und in einer Ebene (L) angeordneten ersten Gitterstegen (3) aus Metall oder Halbleiter und eine in das Substrat (1) eingebettete zweite Liniengitterstruktur (6) aus längs der Längsrichtung verlaufenden zweiten Gitterstegen (7) aus Metall oder Halbleiter, die sich bezogen auf die Ebene (L) über der ersten Liniengitterstruktur (2) befindet, wobei – die ersten Gitterstege (3) jeweils eine Breite (b) haben und in einem Abstand (a) nebeneinanderliegen, so dass zwischen den ersten Gitterstegen (3) längs der Längsrichtung verlaufende erste Gitterspalte (4) mit dem Abstand (a) entsprechender Breite gebildet sind, – die zweite Liniengitterstruktur (6) zur ersten Liniengitterstruktur (2) invertiert ist, wobei in Draufsicht auf die Ebene die zweiten Gitterstege (7) über den ersten Gitterspalten (4) und zweite Gitterspalte (8), die zwischen den zweiten Gitterstegen (7) bestehen, über den ersten Gitterstegen (3) liegen, und – die Breite der ersten Gitterstege (3) und der zweiten Gitterspalte (8), die Breite der zweiten Gitterstege (7) und der ersten Gitterspalte (4) und eine Dicke (t) der ersten Gitterstege (3) und der zweiten Gitterstege (7) jeweils unter 300 nm ist.Security element for producing value documents, such as banknotes, checks or the like, comprising: a dielectric substrate ( 1 ), - one in the substrate ( 1 ) embedded first line grid structure ( 2 ) of a plurality of first grid webs extending along a longitudinal direction and arranged in a plane (L) (US Pat. 3 ) of metal or semiconductor and one in the substrate ( 1 ) embedded second line grid structure ( 6 ) extending along the longitudinal direction of the second grid bars ( 7 ) made of metal or semiconductors, which with respect to the plane (L) over the first line grid structure ( 2 ), wherein - the first grid bars ( 3 ) each have a width (b) and are at a distance (a) next to each other, so that between the first grid bars ( 3 ) along the longitudinal direction extending first grid column ( 4 ) are formed with the spacing (a) of corresponding width, - the second line grid structure ( 6 ) to the first line grid structure ( 2 ) is inverted, wherein in plan view of the plane, the second grid webs ( 7 ) over the first grid columns ( 4 ) and second grid column ( 8th ) between the second grid bars ( 7 ), over the first grid bars ( 3 ), and - the width of the first grid bars ( 3 ) and the second grid column ( 8th ), the width of the second grid bars ( 7 ) and the first grid column ( 4 ) and a thickness (t) of the first grid webs ( 3 ) and the second grid bars ( 7 ) is each below 300 nm. Sicherheitselement nach Anspruch 1, wobei das dielektrische Substrat (1) eine Grundschicht (9), auf dem die erste Liniengitterstruktur (2) ausgebildet ist, eine darauf aufgebrachte dielektrische Zwischenschicht (5), die sowohl die ersten Gitterstege (3) als auch die ersten Gitterspalte (4) überdeckt und dicker als die ersten Gitterstege (3) ist, und eine über der zweiten Liniengitterstruktur (6) angeordnete dielektrische Deckschicht (10) umfasst, wobei bevorzugt die Zwischenschicht (5), die Deckschicht (10) und das Substrat (9) die gleiche Brechzahl haben.A security element according to claim 1, wherein the dielectric substrate ( 1 ) a base layer ( 9 ) on which the first line grid structure ( 2 ) is formed, a dielectric interlayer applied thereto ( 5 ), which both the first grid bars ( 3 ) as well as the first grid column ( 4 ) and thicker than the first grid bars ( 3 ) and one above the second line grid structure ( 6 ) arranged dielectric cover layer ( 10 ), wherein preferably the intermediate layer ( 5 ), the top layer ( 10 ) and the substrate ( 9 ) have the same refractive index. Sicherheitselement nach einem der obigen Ansprüche, wobei zwischen den ersten Gitterstegen (3) und den zweiten Gitterstegen (7) senkrecht zur Ebene gemessen ein Abstand (h) besteht, der zwischen 50 nm und 500 nm, bevorzugt zwischen 100 nm und 300 nm liegt.A security element according to any one of the preceding claims, wherein between the first grid bars ( 3 ) and the second grid bars ( 7 ) measured perpendicular to the plane a distance (h), which is between 50 nm and 500 nm, preferably between 100 nm and 300 nm. Sicherheitselement nach einem der obigen Ansprüche, wobei die ersten Gitterstege (3) und die zweiten Gitterstege (7) eine Beschichtung aus einer oder mehreren der folgenden Materialien aufweist: Al, Ag, Cu, Au, Cr, Pt, Si, Ge und Legierungen von diesen Materialien.Security element according to one of the above claims, wherein the first grid bars ( 3 ) and the second grid bars ( 7 ) has a coating of one or more of the following materials: Al, Ag, Cu, Au, Cr, Pt, Si, Ge, and alloys of these materials. Sicherheitselement nach einem der obigen Ansprüche, wobei die ersten und/oder die zweiten Gitterstege (3, 7) eine Trilayerbeschichtung aus zwei übereinanderliegenden Metall- oder Halbleiterbeschichtungen (11, 13) mit einer dazwischen liegenden dielektrischen Schicht (12) aufweisen.Security element according to one of the above claims, wherein the first and / or the second grid webs ( 3 . 7 ) a trilayer coating of two superimposed metal or semiconductor coatings ( 11 . 13 ) with an intervening dielectric layer ( 12 ) exhibit. Sicherheitselement nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Breite (b) gleich dem Abstand (a) ist.A security element according to any one of the preceding claims, wherein the width (b) is equal to the distance (a). Sicherheitselement nach einem der obigen Ansprüche, das in Draufsicht auf die Ebene (L) mindestens zwei Bereiche (14, 15) aufweist, deren Längsrichtungen schräg zueinander liegen, insbesondere rechtwinklig.Security element according to one of the preceding claims, which, in plan view of the plane (L), comprises at least two regions ( 14 . 15 ), whose longitudinal directions are at an angle to each other, in particular at right angles.
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