DE102011116494A1

DE102011116494A1 - Verfahren zum Herstellen eines optisch variablen Sicherheitselements mit mikrokapselbasierter Farbschicht

Info

Publication number: DE102011116494A1
Application number: DE102011116494A
Authority: DE
Inventors: Alexander Bornschlegl; Christoph Mengel
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-04-25
Also published as: EP2768678A1; WO2013056779A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optisch variablen Sicherheitselements (14) mit einer mikrokapselbasierten Farbschicht (34), bei dem U) eine Untergrundschicht (30, 32) auf ein Substrat aufgebracht wird F) eine mikrokapselbasierte Farbschicht (34) auf die Untergrundschicht (30, 32) aufgebracht wird, die in einem Bindemittel eine Vielzahl von Mikrokapseln (36) enthält, die jeweils eine Kapselhülle (38), eine in der Kapselhülle eingeschlossene Trägerflüssigkeit (40) und ein magnetisch ausrichtbares, plättchenförmiges Pigment (42; 60; 82) aufweisen, welches in der Mikrokapsel (36) im Wesentlichen frei drehbar und durch ein externes Magnetfeld (62) reversibel ausrichtbar ist, M) ein externes Magnetfeld (62) angelegt wird, um die drehbaren Pigmente (42; 60; 82) zumindest in einem Teilbereich der Farbschicht (34) in den Mikrokapseln (36) auszurichten, und L) in dem Teilbereich mit den ausgerichteten Pigmenten (60) durch Laserbeaufschlagung (64) mit einem Markierungslaser zumindest ein Teil (92) der Pigmente und/oder zumindest ein Teilbereich (68; 94) der Untergrundschicht modifiziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optisch variablen Sicherheitselements mit mikrokapselbasierter Farbschicht. Die Erfindung betrifft ferner eine Sicherheitsanordnung mit einem solchen Sicherheitselement und einen entsprechend ausgestatteten Datenträger.
Datenträger, wie Wert- oder Ausweisdokumente, aber auch andere Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen versehen, die eine Überprüfung der Echtheit des Datenträgers gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen. Die Sicherheitselemente können beispielsweise in Form eines in eine Banknote eingebetteten Sicherheitsfadens, einer Abdeckfolie für eine Banknote mit Loch, eines aufgebrachten Sicherheitsstreifens, eines selbsttragenden Transferelements oder auch in Form eines direkt auf ein Wertdokument aufgedruckten Merkmalsbereichs ausgebildet sein.
Eine besondere Rolle bei der Echtheitsabsicherung spielen Sicherheitselemente, die betrachtungswinkelabhängige visuelle Effekte zeigen, da diese selbst mit modernsten Kopiergeräten nicht reproduziert werden können. Für diesen Zweck werden seit einiger Zeit auch verkapselte magnetisch ausrichtbare Effektpigmente eingesetzt, die magnetisch in Form eines darzustellenden Motivs ausgerichtet werden können.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen optisch variabler Sicherheitselemente mit einer mikrokapselbasierten Farbschicht anzugeben, mit dem sich solche Sicherheitselemente mit attraktivem visuellem Erscheinungsbild und hoher Fälschungssicherheit erzeugen lassen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß der Erfindung ist bei einem Verfahren zur Herstellung eines optisch variablen Sicherheitselements mit einer mikrokapselbasierten Farbschicht vorgesehen, dass

U) eine Untergrundschicht auf ein Substrat aufgebracht wird
F) eine mikrokapselbasierte Farbschicht auf die Untergrundschicht aufgebracht wird, die in einem Bindemittel eine Vielzahl von Mikrokapseln enthält, die jeweils eine Kapselhülle, eine in der Kapselhülle eingeschlossene Trägerflüssigkeit und ein magnetisch ausrichtbares, plättchenförmiges Pigment aufweisen, welches in der Mikrokapsel im Wesentlichen frei drehbar und durch ein externes Magnetfeld reversibel ausrichtbar ist,
M) ein externes Magnetfeld angelegt wird, um die drehbaren Pigmente zumindest in einem Teilbereich der Farbschicht in den Mikrokapseln auszurichten, und
L) in dem Teilbereich mit den ausgerichteten Pigmenten durch Laserbeaufschlagung mit einem Markierungslaser zumindest ein Teil der Pigmente und/oder zumindest ein Teilbereich der Untergrundschicht modifiziert wird.

Dabei stellt jede laserinduzierte, visuell sichtbare oder maschinell erfassbare Veränderung der Pigmente bzw. der Untergrundschicht eine Modifikation dar. Typischerweise besteht die Modifikation in einer Änderung der Farbe, der Helligkeit oder des Reflexionsverhaltens (glänzend/matt) der Pigmente bzw. der Untergrundschicht. Bei den Änderungen, die maschinell erfassbar sind, kann es sich z. B. um Veränderungen handeln, die lediglich im infraroten oder ultravioletten Wellenlängenbereich detektierbar sind. Modifikationen der Pigmente bzw. der Untergrundschicht, die lediglich maschinell erfassbar sind, zeichnen sich dadurch aus, dass sie für das modifizierte Sicherheitselement einen hohen Fälschungsschutz bereitstellen, wobei die Echtheitsüberprüfung eines solchen Sicherheitselements zuverlässig durch geeignete Mittel zur maschinellen Detektion erfolgen kann.
In einer vorteilhaften Verfahrensvariante wird in Schritt U) eine lasermodifizierbare Untergrundschicht aufgebracht, vorzugsweise eine Untergrundschicht mit infrarotabsorbierenden Druckfarben und/oder Metallschichten. Im Schritt L) wird dann mit Vorteil zumindest ein Teilbereich der Untergrundschicht durch Laserbeaufschlagung modifiziert, insbesondere zerstört oder gebleicht. Durch die Modifikation der Untergrundschicht kann insbesondere der Kontrast zwischen einem transparenten Zustand der mikrokapselbasierten Farbschicht, bei dem die Pigmente senkrecht zur Ebene der Farbschicht ausgerichtet sind, und einem nicht-transparenten Zustand der mikrokapselbasierten Farbschicht, bei dem die Pigmente parallel zur Ebene der Farbschicht ausgerichtet sind, deutlich erhöht werden, wie weiter unten im Detail dargestellt.
Werden sowohl die Pigmente als auch die Untergrundschicht durch Laserbeaufschlagung modifiziert, kann insbesondere ein Motiv gleichzeitig und passergenau in die Untergrundschicht und die Farbschicht eingebracht werden. Werden nur die Pigmente modifiziert, kann insbesondere ein Motiv in die Farbschicht eingebracht werden, das nur bei bestimmten Ausrichtungen der Pigmente sichtbar ist.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird in Schritt F) eine mikrokapselbasierte Farbschicht aufgebracht, deren p1ättchenförmigen Pigmente für die Wellenlänge des Markierungslasers reflektierend sind. Die reflektierenden Pigmente können insbesondere durch oxidische mehrschichtige Interferenzschichtpigmente gebildet sein.
Gemäß einer anderen, ebenfalls zweckmäßigen Ausgestaltung wird in Schritt F) eine mikrokapselbasierte Farbschicht aufgebracht, deren plättchenförmige Pigmente mit dem Markierungslaser lasermodifizierbar sind. Die lasermodifizierbaren Pigmente können insbesondere durch mehrschichtige Interferenzpigmente mit metallischen Schichten gebildet sein.
Die verkapselten Pigmente sind vorzugsweise plättchenförmig ausgebildet, wobei das Verhältnis des größten zum kleinsten Durchmesser (Durchmesser-zu-Dickenverhältnis) der plättchenförmigen Pigmente mehr als 4:1, bevorzugt mehr als 10:1 beträgt und besonders bevorzugt zwischen 20:1 und 200:1 liegt. Der größte Durchmesser der plättchenförmigen Pigmente liegt bevorzugt zwischen 2 μm und 150 μm, insbesondere zwischen 5 μm und 50 μm.
Nach einer weiteren, ebenfalls zweckmäßigen Ausgestaltung wird in Schritt F) eine mikrokapselbasierte Farbschicht aufgebracht, deren Bindemittel Partikel enthält, die bei der Wellenlänge des Markierungslasers streuend oder absorbierend wirken. Die streuenden oder absorbierenden Partikel können insbesondere durch Titandioxid- oder Eisenoxidpartikel gebildet sein. Im sichtbaren Spektralbereich sind die Partikel vorzugsweise unauffällig.
In allen Ausgestaltungen wird die mikrokapselbasierte Farbschicht vorteilhaft im Sieb- oder Flexodruck aufgebracht. Die Mikrokapseln selbst weisen einen Durchmesser zwischen 1 μm und 200 μm, vorzugsweise zwischen 2 μm und 80 μm auf. Es versteht sich, dass der Durchmesser der Mikrokapseln mit Vorteil auf die Größe der verkapselten Pigmente abgestimmt ist. Die Wandstärke der Mikrokapseln liegt typischerweise zwischen 2% und 30%, vorzugsweise zwischen 5% und 15% des Durchmessers der Mikrokapseln.
Mit Vorteil werden im Schritt M) die Pigmente zumindest in einem Teilbereich der Farbschicht senkrecht zur Beaufschlagungsrichtung des Markierungslasers in Schritt L) ausgerichtet. Dadurch wird in diesem Bereich eine besonders hohe Wechselwirkungsstärke zwischen Laserstrahlung und Pigmenten erreicht. Ebenfalls mit Vorteil werden in Schritt M) die Pigmente zumindest in einem Teilbereich der Farbschicht parallel zur Beaufschlagungsrichtung des Markierungslasers in Schritt L) ausgerichtet. Dadurch wird in diesem Bereich eine besonders hohe Durchlässigkeit der Farbschicht für die Laserstrahlung erreicht und damit eine hohe Wechselwirkungsstärke zwischen Laserstrahlung und Untergrundschicht ermöglicht.
In vorteilhaften Ausgestaltungen werden die Pigmente im Schritt M) in verschiedenen Teilbereichen der Farbschicht unterschiedlich ausgerichtet, so dass durch die Laserbeaufschlagung gleichzeitig unterschiedliche Effekte in den verschiedenen Teilbereichen erzeugt werden können.
Die Mikrokapseln können selbstverständlich auch jeweils mehrere Pigmente enthalten, beispielsweise ein magnetisch ausrichtbares und ein optisch variables Pigment. Es können in einem Sicherheitselement auch verkapselte Pigmente mit unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften oder unterschiedlicher Wechselwirkungsstärke mit der eingesetzten Strahlung verwendet werden, so dass durch unterschiedliche starke Strahlung oder durch die unterschiedlichen Eigenschaften der Pigmente erste und zweite Informationen in das Sicherheitselement eingebracht werden können.
Die Laserbeaufschlagung kann vollflächig erfolgen, so dass die unterschiedliche Beeinflussung von Pigmenten und Untergrundschicht nur durch die magnetische Ausrichtung der Pigmente erzeugt wird. In manchen Gestaltungen kann es allerdings vorteilhaft sein, wenn die Laserbeaufschlagung in Schritt L) in einem Teilbereich in Form von Mustern, Zeichen oder einer Codierung erfolgt. Dabei kann die Strahlung selbst vollflächig sein und der Teilbereich durch eine geeignete Maske mit vorgegebenen, für die Strahlung durchlässigen Bereichen ausgewählt werden. Alternativ kann ein geeignet gebündelter Strahl in Form des zu modifizierenden Teilbereichs über das Sicherheitselement geführt werden.
In allen Gestaltungen wird die Untergrundschicht in Schritt U) mit Vorteil in Form einer Information, insbesondere eines Muster, Zeichens oder einer Codierung aufgebracht. Als Aufbringungsverfahren kommen für die Untergrundschicht insbesondere Siebdruck-, Flexodruck- oder Stichtiefdruck in Betracht.
Für die Laserbeaufschlagung in Schritt L) wird vorzugsweise ein Infrarot-Laser als Markierungslaser eingesetzt, bevorzugt ein Infrarot-Laser im Wellenlängenbereich von 0,8 μm bis 3 μm, wie etwa ein Nd:YAG-Laser oder Nd:YVO₄-Laser. Vorzugweise werden dabei gepulste Markierungslaser eingesetzt. Die Laserparameter, insbesondere Wellenlänge, Leistungsdichte, Pulsdauer und Einwirkungszeit, und die Materialien von Pigmenten und Untergrund werden je nach der gewünschten Modifikation (nur Pigmente, nur Untergrundschicht oder beide) geeignet aufeinander abgestimmt.
Die Erfindung enthält auch eine Sicherheitsanordnung zur Absicherung von Sicherheitspapieren, Wertdokumenten und dergleichen, mit einem Sicherheitselement, das nach einem oben beschriebenen Verfahren herstellbar ist, und mit einem Verifikationselement mit einem Magnetbereich. In dem Magnetbereich liegt vorteilhaft magnetisches Material in Form von Mustern, Linien, Zeichen oder einer Codierung vor. Das von dem magnetischen Material dargestellte Motiv kann für einen Betrachter offen sichtbar sein oder auch ohne Hilfsmittel verborgen sein, beispielsweise durch Überdeckung mit einer dunklen Druckschicht. Vorzugsweise ist der Magnetbereich im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des Verifikationselements magnetisiert.
Die Erfindung umfasst weiter einen Datenträger, insbesondere ein Wertdokument, wie eine Banknote, einen Pass, eine Urkunde, eine Ausweiskarte oder dergleichen, der mit einem nach einem oben beschriebenen Verfahren herstellbaren Sicherheitselement oder mit einer Sicherheitsanordnung der beschriebenen Art ausgestattet ist. Enthält der Datenträger sowohl ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement als auch ein zugehöriges Verifikationselement, so sind diese mit Vorteil geometrisch so auf dem Datenträger angeordnet, dass das Sicherheitselement durch Biegen oder Falten des Datenträgers über das Verifikationselement bringbar ist.
Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem erfindungsgemäßen optisch variablen Sicherheitselement,
2 einen Querschnitt durch ein Sicherheitselement mit einer reversiblen Änderung des visuellen Erscheinungsbilds, in der linken Bildhälfte ohne und in der rechten Bildhälfte mit Verifikationseinrichtung,
3 einen Zwischenschritt bei der Herstellung eines Sicherheitselements mit einem erfindungsgemäßen Verfahren,
4 in (a) und (b) das Erscheinungsbild der Untergrundschicht des Sicherheitselements der 3 vor der Laserbeaufschlagung und in (c) und (d) nach der Laserbeaufschlagung,
5 in (a) bis (c) ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem durch die magnetfeldinduzierte Transparenzänderung ein Motiv gleichzeitig und passergenau sowohl in die Untergrundschicht als auch in die Farbschicht eingebracht wird, und
6 in (a) bis (e) ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Motiv lediglich in die mikrokapselbasierte Farbschicht eingebracht wird.
Die Erfindung wird nun am Beispiel von Sicherheitselementen für Banknoten und andere Wertdokumente erläutert. 1 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer Banknote 10 mit einem direkt auf das Banknotenpapier 12 aufgedruckten, optisch variablen Sicherheitselement 14 mit einem interaktiv auslösbaren Echtheitskennzeichen 16. Die Erfindung ist allerdings nicht auf aufgedruckte Sicherheitselemente und Banknoten beschränkt, sondern kann bei allen Arten von Sicherheitselementen eingesetzt werden, beispielsweise bei Etiketten auf Waren und Verpackungen oder bei der Absicherung von Dokumenten, Ausweisen, Passen, und dergleichen.
Die Erfindung kann insbesondere auch bei Karten, wie etwa Ausweiskarten, Bankkarten, Kreditkarten, Gesundheitskarten oder Führerscheinen, eingesetzt werden. Neben aufgedruckten Elementen kommen beispielsweise auch Transferelemente, Sicherheitsfäden oder Sicherheitsstreifen und neben Aufsichtselementen auch Durchsichtselemente infrage.
Zurückkommend auf die Darstellung der 1 enthält das Sicherheitselement 14 ein reversibles, durch eine magnetische Verifikationseinrichtung (2) interaktiv auslösbares Echtheitskennzeichen. Ohne Verifikationseinrichtung zeigt das Sicherheitselement 14 ein einheitliches Erscheinungsbild, beispielsweise einen metallischen Glanz. Wird das Sicherheitselement 14 durch einen Benutzer auf die magnetische Verifikationseinrichtung gelegt, so wird das visuelle Erscheinungsbild des Sicherheitselements 14 interaktiv und reversibel verändert. Im Ausführungsbeispiel verschwindet der metallische Glanz des Sicherheitselements 14 beim Auflegen auf die Verifikationseinrichtung und eine informationsführende Untergrundschicht 16 mit der Denomination „5” der Banknote wird sichtbar, wie in 1 gestrichelt dargestellt. Entfernt der Benutzer das Sicherheitselement 14 wieder von der Verifikationseinrichtung 20, stellt sich nach kurzer Zeit der einheitliche Ausgangszustand wieder ein, in dem die Untergrundschicht 16 dem Betrachter verborgen ist.
Der Aufbau des Sicherheitselements 14 und das Zustandekommen der reversiblen Änderung des visuellen Erscheinungsbilds werden nun mit Bezug auf die Querschnittsdarstellung der 2 genauer erläutert. Dabei zeigt die linke Bildhälfte der Figur das Sicherheitselement 14 ohne Verifikationseinrichtung 20 bzw. einen Bereich 28 abseits des Magneten 20, während die rechte Bildhälfte einen Bereichs 26 des Sicherheitselements zeigt, der sich unmittelbar über dem Magneten 20 befindet.
Auf das Banknotenpapier 12 der Banknote 10 ist im Bereich des Sicherheitselements 14 eine Untergrundschicht 30 aufgebracht, die eine beliebige Information, wie etwa eine Darstellung der Denomination „5” der Banknote 10, enthalten kann. Die Untergrundschicht 30 kann aus einer oder mehreren Farben bestehen und wird typischerweise im Offset-, Letterset-, Flexo- oder Stichtiefdruck aufgebracht.
Über diese Untergrundschicht 30 ist im Siebdruckverfahren eine unter Normalbedingungen weitgehend opake, mikrokapselbasierte Farbschicht 34 aufgebracht. Die Farbschicht 34 enthält eine Vielzahl von Mikrokapseln 36, die jeweils eine Kapselhülle 38, eine in der Kapselhülle 38 eingeschlossene Trägerflüssigkeit 40 und zumindest ein plättchenförmiges, magnetisch ausrichtbares Pigment 42 aufweisen. Die Pigmente 42 sind in den Mikrokapseln 36 im Wesentlichen frei drehbar und können durch ein äußeres Magnetfeld, wie etwa das Feld 22 des Magneten 20, reversibel ausgerichtet werden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Pigmente 42 aus reduzierend behandeltem Carbonyleisenpulver hergestellte plättchenförmige Eisenpigmente mit einem hohen Verhältnis von Plättchendurchmesser zu Plättchendicke von 20:1 oder mehr. Der (größte) Plättchendurchmesser liegt dabei vorzugsweise zwischen 2 μm und 150 μm, insbesondere zwischen 5 μm und 50 μm, und die Plättchendicke liegt vorzugsweise zwischen 40 nm und 1,5 μm, insbesondere zwischen 200 nm und 1,3 μm.
Je nach beabsichtigter Anwendung können die Pigmente 42 ein- oder mehrschichtig ausgebildet sein und im letzteren Fall neben zumindest einer magnetischen Schicht auch zumindest eine nichtmagnetische Schicht aufweisen. Beispielsweise können oxidische mehrschichtige Interferenzpigmente als Laserstrahlung-reflektierende Pigmente eingesetzt werden und mehrschichtige Interferenzpigmente mit Metallschichten können als Laserstrahlungabsorbierende Pigmente eingesetzt werden.
Da die Pigmente 42 in der Trägerflüssigkeit 40 innerhalb der Kapselhülle 38 im Wesentlichen frei drehbar sind, weisen sie ohne äußeres Magnetfeld keine Vorzugsorientierung auf, sondern sind vielmehr im Wesentlichen zufällig und damit insgesamt isotrop ausgerichtet. Die gleichmäßige Verteilung der Ausrichtung der Pigmente 42 in alle Richtungen ist in der linken Bildhälfte der 2 schematisch dargestellt.
Im Bereich 26 unmittelbar über dem Magneten 20 werden die magnetisch ausrichtbaren Pigmente 42 dagegen aufgrund ihrer freien Drehbarkeit in der Kapselhülle 38 magnetisch ausgerichtet. Die plättchenförmigen Pigmente 42 orientieren sich dabei mit ihrer Plättchenausdehnung entlang der Magnetfeldlinien 22. Bei der in 2 gezeigten Situation treten die Magnetfeldlinien 22 im Bereich 26 im Wesentlichen senkrecht durch die Farbschicht 34 hindurch und richten die Pigmente 42 somit ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zur Ebene der Farbschicht 34 aus (rechte Bildhälfte der 2).
Wegen ihrer plättchenförmigen Gestalt wirken die Pigmente 42 für den Betrachter wie die Lamellen einer Jalousie, die den Blick auf die darunterliegende Untergrundschicht 30 freigeben oder ganz oder teilweise blockieren. In den Bereichen 28, in denen die Pigmente 42 im Wesentlichen isotrop in ihren Kapselhüllen 38 angeordnet sind (linke Bildhälfte der 2), schränken sie die Sicht auf die Untergrundschicht 30 stark ein, dass die Farbschicht 34 in diesem Bereich je nach Konzentration der Mikrokapseln 36 weitgehend opak erscheint und der metallischen Glanz der Pigmente 42 den visuellen Eindruck des Sicherheitselements 14 dominiert.
Im Bereich 26, in dem die Pigmente 42 durch den Magneten 20 im Wesentlichen senkrecht zur Ebene der Farbschicht 34 ausgerichtet sind, geben diese dagegen wie die parallel gestellten Lamellen einer Jalousie den Blick auf die darunterliegende Untergrundschicht 30 und die Darstellung der Denomination „5” frei. Wegen des großen Verhältnisses von Plättchendurchmesser zu Plättchendicke von 20:1 oder mehr, ergibt sich ein hoher Kontrast zwischen deckenden Teilbereichen 28 und transluzenten Teilbereichen 26. Darüber hinaus erscheint das durch die Plättchenausrichtung in den Teilbereichen 26, 28 erzeugte Motiv für das menschliche Auge mit einem effektvollen, dreidimensional anmutenden Erscheinungsbild.
Wird das Sicherheitselement 14 wieder von dem Magneten 20 entfernt, so relaxieren die magnetisch ausgerichteten Pigmente 42 aufgrund ihrer Beweglichkeit innerhalb der Kapselhülle 38 nach einiger Zeit wieder in den im Wesentlichen isotropen Ausgangszustand der linken Bildhälfte der 2. Die Änderung des visuellen Erscheinungsbilds des Sicherheitselements 14 wird also interaktiv ausgelöst und ist vollständig reversibel. Die Geschwindigkeit, mit der die Pigmente 42 in ihren Ausgangszustand zurückkehren, kann beispielsweise durch die Viskosität der Trägerflüssigkeit 40 in weitem Rahmen nach Wunsch eingestellt werden.
2 illustriert die Änderung des visuellen Erscheinungsbilds bei der Betrachtung eines fertigen Sicherheitselements 14. Die gegenwärtigen Erfinder haben jedoch überraschend gefunden, dass sich eine magnetische Ausrichtung der plättchenförmigen Pigmente 42 auch bereits bei der Herstellung von Sicherheitselementen mit mikrokapselbasierter Farbschicht vorteilhaft einsetzen lässt.
Die Erfindung setzt dabei bei der Beobachtung an, dass eine mikrokapselbasierte Farbschicht 34 durch ein externes Magnetfeld definiert von einem transparenten Zustand, in dem die Pigmente 42 senkrecht zur Ebene der Farbschicht ausgerichtet sind (rechte Bildhälfte der 2, Magnetfeld senkrecht zur Farbschichtebene) in einen nicht-transparenten Zustand überführt werden kann, in dem die Pigmente 42 parallel zur Ebene der Farbschicht ausgerichtet sind (Magnetfeld parallel zur Farbschichtebene). Diese Eigenschaft kann ausgenutzt werden, um beim Herstellungsprozess des Sicherheitselements 14 durch Laserbeaufschlagung magnetisch ausgerichteter Bereiche gezielt die Untergrundschicht 30 (im transparenten Zustand der Farbschicht 34) und/oder die Pigmente 42 selbst (im nicht-transparenten Zustand der Farbschicht 34) zu modifizieren.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel, das mit Bezug auf die 3 und 4 beschrieben wird, erlaubt die magnetfeldinduzierte Transparenzänderung, den Kontrast der interaktiv darstellbaren Information signifikant zu erhöhen.
Zunächst zeigt 4(a) das Erscheinungsbild 50 einer Untergrundschicht 30 eines Sicherheitselements 14 mit einer gedruckten Information 32 in Form des Buchstabens „a” im transparenten Zustand der Farbschicht 34. Die Pigmente 42 sind in dabei in den Mikrokapseln 36 senkrecht zur Farbschicht 34 ausgerichtet und geben den Blick auf die Information 32 ungehindert frei.
Werden die Pigmente 42 in den Mikrokapseln 36 nun durch ein Magnetfeld parallel zur Farbschichtebene ausgerichtet, so blockieren die Mikrokapseln 36 weitgehend die Sicht auf die Untergrundschicht 30, wie in 4(b) schematisch dargestellt. Allerdings gibt es in der Regel selbst bei hochpigmentierten Farbschichten 34 einzelne Stellen 54, an denen keine Mikrokapseln 36 vorhanden sind. Auch im nicht-transparenten Zustand der Farbschicht 34 kann somit im Erscheinungsbild 52 des Sicherheitselements dennoch ein Rest 56 der Information 32 zu sehen sein.
Um die Information 32 mit besonders hohem Kontrast zwischen transparenten und nicht-transparentem Mikrokapselzustand darstellen zu können, wird mit Bezug auf 3 erfindungsgemäß zunächst eine lasermodifizierbare Untergrundschicht 30 mit der gewünschten Information 32 auf das Substrat 12 aufgebracht. Die Lasermodifizierbarkeit der Untergrundschicht 30 kann beispielsweise darin bestehen, dass die Information 32 mit einer infrarotabsorbierenden Druckfarbe aufgedruckt wird, die beispielsweise durch die Infrarot-Strahlung eines als Markierungslaser eingesetzten Nd:YAG-Lasers zerstört oder stark gebleicht werden kann.
Auf diese lasermodifizierbare Untergrundschicht 30 wird eine mikrokapselbasierte Farbschicht 34 aufgebracht, die in einem Bindemittel eine Vielzahl von Mikrokapseln 36 mit plättchenförmigen, magnetisch ausrichtbaren Pigmenten 60 enthält, die bei der Wellenlänge des Nd:YAG-Markierungslasers hochreflektierend sind.
Dann wird ein externes Magnetfeld 62 angelegt, das die Pigmente 60 parallel zur Ebene der Farbschicht 34 ausrichtet. Im ausrichteten Zustand der Pigmente 60 werden die Untergrundschicht 30 und die Farbschicht 34 mit Laserstrahlung 64 eines Nd:YAG-Markierungslasers beaufschlagt, wobei die Laserparameter, insbesondere Leistungsdichte, Pulsdauer und Einwirkzeit, so gewählt werden, dass die hochreflektierenden Pigmente 60 selbst durch die Laserstrahlung 64 nicht verändert werden, sondern dass sie das eingestrahlte Laserlicht 64 weitestgehend reflektieren (Bezugszeichen 66). Außerhalb der Mikrokapseln 36 dringt die die Laserstrahlung 64 dagegen bis auf die lasermodifizierbare Untergrundschicht 30 vor und zerstört in den beaufschlagten Bereichen 68 die infrarotabsorbierende Druckfarbe der Information 32.
Dadurch entsteht im nicht-transparenten Zustand der Farbschicht 34 das in 4(c) dargestellte Erscheinungsbild 70, bei dem die Information 32 gerade in den außerhalb der Mikrokapseln 36 liegenden Bereichen 68 entfernt ist. Im nicht-transparenten Zustand der Farbschicht 34 ist somit kein oder praktisch kein Rest der Information 32 mehr sichtbar. Die zerstörten Bereiche 68 der Information 32 fehlen zwar auch im Erscheinungsbild 72 der Untergrundschicht 30 im transparenten Zustand der Farbschicht 34, wie in 4(d) gezeigt, führen in der Praxis aber nur zu einer leichten Aufhellung der dargestellten Information 32.
Dagegen wird der Kontrast zwischen transparentem und nicht-transparentem Zustand durch die beschriebene Maßnahme wesentlich erhöht. Sind beispielsweise nach dem Aufbringen von Untergrundschicht 30 und Farbschicht 34 im nicht-transparenten Zustand noch 5% der Information 32 sichtbar (Situation von 4(b)), so kann der Kontrast zwischen dem transparenten und nicht-transparenten Zustand mit K_vor = 100%/5% = 20 angegeben werden. Werden durch die Laserbeaufschlagung dann 4/5 der beaufschlagten Gebiete 68, also 4%-Punkte bezogen auf die ursprüngliche Information 32 zerstört, so sind im nicht-transparenten Zustand nur noch 1% der ursprünglichen Information sichtbar (Situation von 4(c)) und im transparenten Zustand noch 96% der ursprünglichen Information sichtbar (Situation von 4(d)). Der Kontrast nach der Laserbeaufschlagung hat sich somit auf K_nach = 96%/1% = 96, also fast um einen Faktor 5 erhöht. Diese Kontrasterhöhung fällt bei der Betrachtung wesentlich stärker ins Gewicht als die leichte Aufhellung der dargestellten Information 32.
Als hochreflektierende Pigmente 60 kommen bei dieser Ausgestaltung beispielsweise oxidische mehrschichtige Interferenzpigmente mit einer magnetischen Schicht in Betracht, welche die magnetische Ausrichtbarkeit gewährleisten. Die lasermodifizierbare Untergrundschicht 30 kann neben infrarotabsorbierenden Druckfarben beispielsweise auch Metallschichten, etwa aus Aluminium, Kupfer oder Gold, enthalten. Durch das Magnetfeld 62 werden die Pigmente 60 mit Vorteil senkrecht zur Einfallsrichtung der Laserstrahlung 64 des Markierungslasers ausgerichtet. Bei Laserbeaufschlagung senkrecht auf die Farbschicht 34, wie in 3 gezeigt, sind die Pigmente dann parallel zur Farbschichtebene ausrichtet. Erfolgt die Laserbeaufschlagung unter einem gewissen Winkel zur Senkrechten, werden vorzugsweise auch die Pigmente 60 durch das Magnetfeld 62 entsprechend in einem gewissen Winkel zur Farbschichtebene ausgerichtet.
Die Information wird durch die Laserstrahlung 64 in den beaufschlagten Bereichen 68 in der Praxis meist nicht vollständig zerstört, wie bei der obigen Berechnung des Kontrastverhältnisses bereits berücksichtigt. Die laserindizierte Änderung kann anstatt in einer Zerstörung auch in einer Ausbleichung oder einer anderen Modifikation der beaufschlagten Bereiche bestehen. Die lasermodifizierbare Untergrundschicht 30, die hochreflektierenden Pigmente 60 und die Laserparameter, insbesondere Wellenlänge, Leistungsdichte, Pulsdauer und Einwirkungszeit, werden mit Vorteil so aufeinander abgestimmt, dass eine hohe Modifikation der Untergrundschicht 30 mit einer geringen Beeinflussung des Pigmente 60 einhergeht. Unter Umständen kann dabei eine gewisse Veränderung der Pigmente 60 durch die Laserbeaufschlagung in Kauf genommen werden.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem durch die magnetfeldinduzierte Transparenzänderung ein Motiv gleichzeitig und passergenau sowohl in die Untergrundschicht 30 als auch in die Farbschicht 34 eingebracht werden kann.
Ausgangspunkt ist ein Sicherheitselement 80 der grundsätzlich in 2 dargestellten Art, wobei das Sicherheitselement 80 eine lasermodifizierbare Untergrundschicht 30 enthält, beispielsweise eine Untergrundschicht mit infrarotabsorbierenden Druckfarben, mit Metallschichten, etwa aus Aluminium, Kupfer oder Gold, oder mit irreversiblen thermochromen Farbstoffen, kombiniert mit Infrarotabsorbern. Die Mikrokapseln 36 der mikrokapselbasierten Farbschicht 34 enthalten bei dem Ausführungsbeispiel der 5 plättchenförmige, magnetisch ausrichtbare Pigmente 82, die ebenfalls lasermodifizierbar ausgebildet sind. Hierfür kommen beispielsweise magnetische, mehrschichtige Interferenzpigmente mit metallischen Schichten in Betracht.
Nun wird ein externes Magnetfeld 84 angelegt, das die Pigmente 82 in einem Teilbereich 86 der Farbschicht parallel zur Ebene der Farbschicht 34 ausrichtet (linke Bildhälfte in 5(a)) und in einem anderen Teilbereich 88 senkrecht zur Ebene der Farbschicht 34 ausrichtet (rechte Bildhälfte in 5(a)). Die Teilbereiche 86, 88 bildet dabei ein vorgegebenes Motiv, beispielsweise ein Muster alternierender Streifen 86, 88.
Im ausgerichteten Zustand der Pigmente 82 werden nun die Untergrundschicht 30 und die Farbschicht 34 unter senkrechtem Einfallswinkel mit Laserstrahlung 90 eines Markierungslasers beaufschlagt. In dem Teilbereich 86, in dem die Pigmente 82 parallel zur Farbschichtebene und damit senkrecht zur Richtung der Laserstrahlung 90 stehen, werden durch die Laserstrahlung 90 überwiegend nur die Pigmente 82 modifiziert, wie in der Figur durch die weiße Füllung der modifizierten Pigmente 92 angedeutet, während kaum Laserstrahlung 90 bis zur Untergrundschicht 30 vordringt (linke Bildhälfte in 5(a)). Die Modifikation der Pigmente kann dabei beispielsweise in einer laserinduzierten Änderung der Farbe, Helligkeit oder des Glanzes bestehen.
In dem Teilbereich 88, in dem die Pigmente 82 senkrecht zur Farbschichtebene und damit parallel zur Laserstrahlung 90 ausgerichtet sind, ist die Farbschicht 34 dagegen transparent, so dass dort die Laserstrahlung 90 die Untergrundschicht 30 erreicht und modifiziert, wie in der Figur durch die enge Schraffur der modifizierten Untergrundschicht 94 angedeutet (rechte Bildhälfte in 5(a)). Die Modifikation der Untergrundschicht kann dabei beispielsweise in einer laserinduzierten Änderung der Farbe, Helligkeit oder des Glanzes bestehen.
Werden bei der Betrachtung des Sicherheitselements 80 nun die Pigmente 82, 92 durch ein externes Magnetfeld 84 parallel zur Farbschichtebene ausgerichtet, wie in 5(b) gezeigt, so versperren die Pigmente 82, 92 die Sicht auf die Untergrundschicht 30. Der Betrachter blickt daher im Teilbereich 86 auf die modifizierten Pigmente 92 und im Teilbereich 88 auf die unmodifizierten Pigmente 82, so dass das durch die Teilbereiche 86, 88 gebildete Streifenmuster aufgrund des unterschiedlichen Erscheinungsbilds der Pigmente 82, 92 mit einem ersten visuellen Eindruck in Erscheinung tritt.
Werden bei der Betrachtung die Pigmente 82, 92 dagegen durch ein externes Magnetfeld 84 senkrecht zur Farbschichtebene ausgerichtet, wie in 5(c) gezeigt, so geben die Pigmente 82, 92 die Sicht auf die Untergrundschicht 30 frei. Der Betrachter blickt daher im Teilbereich 86 auf die unmodifizierte Untergrundschicht 30 und im Teilbereich 88 auf die modifizierte Untergrundschicht 94, so dass je nach Ausgestaltung und Modifikation der Untergrundschicht 30 das durch die Teilbereiche 86, 88 gebildete Streifenmuster mit einem zweiten visuellen Eindruck in Erscheinung tritt.
Durch die gleichzeitige Erzeugung der Modifikation der Pigmente 82 und der Untergrundschicht 30 stehen die modifizierten Bereiche von Farbschicht 34 und Untergrundschicht 30 im perfekten Passer.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 6 wird ein Motiv lediglich in die mikrokapselbasierte Farbschicht 34 eingebracht. Ausgangspunkt ist ein Sicherheitselement 100 der grundsätzlich in 2 dargestellten Art, wobei das Sicherheitselement 100 eine beliebige Untergrundschicht 30 enthält. Auf die Untergrundschicht 30 wird eine mikrokapselbasierte Farbschicht 34 aufgebracht, deren Mikrokapseln plättchenförmige, magnetisch ausrichtbare und lasermodifizierbare Pigmente 82 enthalten, beispielsweise magnetische, mehrschichtige Interferenzpigmente mit metallischen Schichten. Das Bindemittel 102 der Farbschicht 34 enthält bei diesem Ausführungsbeispiel Partikel 104, die für einen Betrachter kaum sichtbar sind, die aber bei der Wellenlänge des Markierungslasers stark streuend oder absorbierend wirken. Die Partikel 104 können für einen Nd:YAG-Markierungslaser beispielsweise aus Titandioxid oder Eisenoxid gebildet sein.
Zum Einbringen des Motivs in die Farbschicht 34 wird ein externes Magnetfeld 84 angelegt, das die Pigmente 82 der Farbschicht parallel zur Ebene der Farbschicht 34 ausrichtet. Im ausrichteten Zustand der Pigmente 82 wird nun die Farbschicht 34 in einem dem Motiv entsprechenden Teilbereich 106 mit der Laserstrahlung 108 des Nd:YAG-Markierungslasers beaufschlagt. Der Teilbereich 106 kann als Motiv beispielsweise die Denomination „5” der Banknote 10 bilden. Die Laserparameter, insbesondere Leistungsdichte, Pulsdauer und Einwirkzeit, werden dabei so gewählt, dass die Pigmente 82 in der gewünschten Art modifiziert werden (Bezugszeichen 92).
Aufgrund der streuenden oder absorbierenden Wirkung der Partikel 104 wird die Energie der Laserstrahlung 108 in der Farbschicht 34 verteilt, so dass die Laserstrahlung 108 bei der Untergrundschicht 30 nur mehr mit einer nicht für eine sichtbare Veränderung ausreichenden Intensität ankommt.
Werden bei der Betrachtung des Sicherheitselements 100 nun die Pigmente 82, 92 durch ein externes Magnetfeld 84 senkrecht zur Farbschichtebene ausgerichtet, wie in 6(b) dargestellt, so geben die Pigmente 82, 92 die Sicht auf die Untergrundschicht 30 frei. Der Betrachter sieht somit eine in der Untergrundschicht 30 gegebenenfalls enthaltene Information, beispielsweise das in der Aufsicht der 6(c) gezeigte Logo 32.
Werden bei der Betrachtung die Pigmente 82, 92 dagegen durch ein externes Magnetfeld 84 parallel zur Farbschichtebene ausgerichtet, wie in 6(d) dargestellt, so versperren die Pigmente 82, 92 die Sicht auf die Untergrundschicht 30. Der Betrachter blickt daher im Teilbereich 106 auf die modifizierten Pigmente 92 und außerhalb des Teilbereichs 106 auf die unmodifizierten Pigmente 82. Wegen des unterschiedlichen Erscheinungsbilds der Pigmente 82, 92 erscheint nunmehr für den Betrachter das durch den Teilbereich 106 gebildete Motiv in Form der Denomination „5”, wie in der Aufsicht der 6(e) gezeigt.
Anzumerken ist noch, dass die Untergrundschicht im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf beliebige Substrate, insbesondere auf Papier, Kunststoff oder einem Papier-Kunststoffverbund aufgebracht werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Banknote
12: Banknotenpapier
14: Sicherheitselement
16: Untergrundschicht
20: Verifikationseinrichtung
22: Magnetfeldlinien
26, 28: Bereiche
30: Untergrundschicht
32: Information
34: mikrokapselbasierte Farbschicht
36: Mikrokapseln
38: Kapselhülle
40: Trägerflüssigkeit
42: Pigment
50, 52: Erscheinungsbilder
54: Stellen ohne Mikrokapseln
56: Rest der Information
60: hochreflektierende Pigmente
62: externes Magnetfeld
64: Laserstrahlung
66: reflektierte Laserstrahlung
68: zerstörte Bereiche
70, 72: Erscheinungsbilder
80: Sicherheitselement
82: lasermodifizierbare Pigmente
84: externes Magnetfeld
86, 88: Teilbereiche
90: Laserstrahlung
92: modifizierte Pigmente
94: modifizierte Untergrundschicht^
100: Sicherheitselement
102: Bindemittel
104: streuend oder absorbierend wirkende Partikel
106: Teilbereich
108: Laserstrahlung

Claims

Verfahren zur Herstellung eines optisch variablen Sicherheitselements mit einer mikrokapselbasierten Farbschicht, bei dem U) eine Untergrundschicht auf ein Substrat aufgebracht wird F) eine mikrokapselbasierte Farbschicht auf die Untergrundschicht aufgebracht wird, die in einem Bindemittel eine Vielzahl von Mikrokapseln enthält, die jeweils eine Kapselhülle, eine in der Kapselhülle eingeschlossene Trägerflüssigkeit und ein magnetisch ausrichtbares, plättchenförmiges Pigment aufweisen, welches in der Mikrokapsel im Wesentlichen frei drehbar und durch ein externes Magnetfeld reversibel ausrichtbar ist, M) ein externes Magnetfeld angelegt wird, um die drehbaren Pigmente zumindest in einem Teilbereich der Farbschicht in den Mikrokapseln auszurichten, und L) in dem Teilbereich mit den ausgerichteten Pigmenten durch Laserbeaufschlagung mit einem Markierungslaser zumindest ein Teil der Pigmente und/oder zumindest ein Teilbereich der Untergrundschicht modifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt U) eine lasermodifizierbare Untergrundschicht aufgebracht wird, vorzugsweise eine Untergrundschicht mit infrarotabsorbierenden Druckfarben und/oder Metallschichten.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt L) zumindest ein Teilbereich der Untergrundschicht durch Laserbeaufschlagung modifiziert, insbesondere zerstört oder gebleicht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt F) eine mikrokapselbasierte Farbschicht aufgebracht wird, deren plättchenförmigen Pigmente für die Wellenlänge des Markierungslasers reflektierend sind und vorzugsweise durch oxidische mehrschichtige Interferenzschichtpigmente gebildet sind.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt F) eine mikrokapselbasierte Farbschicht aufgebracht wird, deren plättchenförmigen Pigmente mit dem Markierungslaser lasermodifizierbar sind und vorzugsweise durch mehrschichtige Interferenzpigmente mit metallischen Schichten gebildet sind.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt F) eine mikrokapselbasierte Farbschicht aufgebracht wird, deren Bindemittel Partikel enthält, die bei der Wellenlänge des Markierungslasers streuend oder absorbierend wirken und die vorzugsweise durch Titandioxid- oder Eisenoxid-Partikel gebildet sind.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt M) die Pigmente zumindest in einem Teilbereich der Farbschicht senkrecht zur Beaufschlagungsrichtung des Markierungslasers in Schritt L) ausgerichtet werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt M) die Pigmente zumindest in einem Teilbereich der Farbschicht parallel zur Beaufschlagungsrichtung des Markierungslasers in Schritt L) ausgerichtet werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbeaufschlagung in Schritt L) in einem Teilbereich in Form von Muster, Zeichen oder einer Codierung erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Untergrundschicht im Schritt U) in Form einer Information, insbesondere eines Muster, Zeichen oder einer Codierung, aufgebracht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbeaufschlagung in Schritt L) mit einem Infrarot-Laser im Wellenlängenbereich von 0,8 μm bis 3 μm, insbesondere mit einem Nd:YAG-Laser und/oder einem Nd:YVO₄-Laser erfolgt.
Sicherheitsanordnung zur Absicherung von Sicherheitspapieren, Wertdokumenten, Datenträgern und dergleichen mit einem nach einem der Ansprüche 1 bis 11 herstellbaren Sicherheitselement und mit einem Verifikationselement mit einem Magnetbereich.
Sicherheitsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Magnetbereich magnetisches Material in Form von Mustern, Linien, Zeichen oder einer Codierung vorliegt und/oder dass der Magnetbereich im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des Verifikationselements magnetisiert ist.
Datenträger mit einem nach einem der Ansprüche 1 bis 11 herstellbaren Sicherheitselement, oder mit einer Sicherheitsanordnung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei im letzteren Fall das Sicherheitselement und das Verifikationselement der Sicherheitsanordnung bevorzugt geometrisch so auf dem Datenträger angeordnet sind, dass das Sicherheitselement durch Biegen oder Falten des Datenträgers über das Verifikationselement bringbar ist.