DE10322794B4

DE10322794B4 - Sensor für die Echtheitserkennung eines lumineszierenden Sicherheitselements eines Wertdokuments, Wertdokument sowie Verfahren zur Herstellung eines Wertdokuments

Info

Publication number: DE10322794B4
Application number: DE10322794A
Authority: DE
Inventors: Manfred 16352 Paeschke; Oliver 12277 Muth; Hermann 12159 Hecker; Arnim 14612 Franz-Burgholz; Detlef 12629 Klepsch
Original assignee: Bundesdruckerei GmbH
Current assignee: Bundesdruckerei GmbH
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2011-08-11
Anticipated expiration: 2023-05-20
Also published as: DE10322794A1; EP1625552A1; WO2004102490A1

Abstract

Wertdokument (4) mit mindestens einem für eine Echtheitserkennung ausgelegten Sicherheitselement (2), wobei das Sicherheitselement (2) in einem Markierungsbereich (14) eine Markierungsschicht (18) mit einem lumineszierenden Anti-Stokes-Leuchtstoff (20) mit durch eine Anregungswellenlänge zwischen 940 nm bis 990 nm anregbaren Anti-Stokes-Pigmenten, die in einer Lumineszenz-Antwort mit einer Antwortwellenlänge bei 800 nm +/– 10 nm emittieren, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsschicht (18) von einem Körper (16, 40) gebildet ist, bei dem die Anti-Stokes-Pigmente mit Partikeldurchmessern von weniger als 5 μm in eine Matrix eingelagert sind und in lateralen Teilbereichen der Markierungsschicht (18) Strahlungsabsorber, welche eine Emissionsstrahlung eines Anti-Stokes-Leuchtstoffes absorbieren können, durch selektive Bestrahlung mit einem Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm erzeugt sind, und die von einer für Wellenlängen von mehr als 780 nm und weniger als 1200 nm NIR-transparenten Deckschicht abgedeckt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wertdokument mit mindestens einem für eine Echtheitserkennung, insbesondere durch einen Sensor, ausgelegten Sicherheitselement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Wertdokuments gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 24. Insbesondere ist der Sensor für die Echtheitserkennung eines lumineszierenden Sicherheitselements des Wertdokuments ausgestaltet, mit einem Emitter zur Erzeugung eines Abtastsignals mit einer Anregungswellenlänge und mit einem Strahlungsempfänger zur Erfassung eines vom Sicherheitselement emittierten Antwortsignals mit einer Antwortwellenlänge.
Zum Schutz vor Fälschungen oder Nachahmungen werden Wert- oder Sicherheitsdokumente, wie beispielsweise Banknoten, Ausweiskarten oder Chipkarten, mit sogenannten Sicherheitsmerkmalen oder Sicherheitselementen versehen, die beispielsweise bei papierförmigen Wertdokumenten unter anderem eine Nachahmung durch Anfertigung von Farbkopien sicher ausschließen sollen. Die Sicherheitselemente können dabei insbesondere als optisch variable Elemente, wie beispielsweise Hologramme oder Interferenzschichtelemente, ausgestaltet sein, die beim Betrachten abhängig vom Betrachtungswinkel unterschiedliche Farbeindrücke vermitteln, beim Kopiervorgang aber nicht auf die Kopie mit übertragen werden. Derartige Sicherheitselemente sind jedoch nicht oder nur schwer maschinell auslesbar oder auswertbar, so dass eine automatisierte Sicherheitsüberprüfung der jeweiligen Wertdokumente nur bedingt und mit hohem technischem Aufwand möglich ist.
Gerade bei der Ausgestaltung eines Wertdokuments als Datenträger, wie beispielsweise als Identifikationskarte, Kreditkarte, Reisepaß, Führerschein oder dergleichen, ist jedoch zusätzlich zu einer visuell erkennbaren Echtheitsüberprüfung auch die Möglichkeit zur maschinellen Echtheitsüberprüfung bei hoher Fälschungssicherheit von besonderer Bedeutung. Zu diesem Zweck ist es beispielsweise aus der DE 101 13 266 A1 und aus der DE 101 13267 A1 bekannt, lumineszierende Anti-Stokes-Pigmente in einem Sicherheitselement eines Wertdokuments einzusetzen. Vorteilhafte Zusammensetzungen solcher Pigmente sowie Anregungs- und Emissionswellenlängen sind in der DE 102 03 397 A1 offenbart, die nach dem Zeitrang dieser Anmeldung offengelegt worden ist und nur bezüglich der Neuheit relevant ist.
Bei der Verwendung derartiger Anti-Stokes-Pigmente erfolgt über einen geeigneten Sensor die Einstrahlung eines von einem Emitter, insbesondere einem Laser, erzeugten Abtastsignals in den Markierungsbereich, in dem die Anti-Stokes-Pigmente vorgehalten sind. In Reaktion auf das eingestrahlte Abtastsignal emittieren die Anti-Stokes-Pigmente im sogenannten ”up-conversion-modus” ein Antwortsignal mit einer im Vergleich zur Anregungswellenlänge kürzeren Antwortwellenlänge, das in einem geeignet ausgelegten Strahlungsempfänger erfasst wird. Die Anregbarkeit der Anti-Stokes-Pigmente ist dabei von der eingestrahlten Anregungswellenlänge abhängig, wobei zudem die ausgesandte Antwortwellenlänge charakteristisch für die Materialeigenschaften des eingesetzten Anti-Stokes-Pigments, insbesondere für dessen Aktivator- und Codotierung im Hinblick auf das eingesetzte Wirtsgitter, ist. Durch eine Auswertung der ausgesandten Antwortwellenlänge im Vergleich zur eingestrahlten Anregungswellenlänge, möglicherweise unter zusätzlicher Auswertung der Signalform des abgestrahlten Antwortsignals, ist daher eine vergleichsweise zuverlässige Zuordnung der Signatur des Antwortsignals zu für bestimmte Anti-Stokes-Pigmente erwarteten Signaturen möglich. Bei Übereinstimmung der festgestellten mit einer erwarteten Signatur kann somit auf die erwartungsgemäße Anwesenheit einer bestimmten Gruppe von Anti-Stokes-Pigmenten und darüber auf die Echtheit des mit einem derartigen lumineszierenden Sicherheitsmerkmal versehenen Wertdokuments geschlossen werden. Vorteilhafte Vorgehensweisen dazu sind in der US 2002/0130303 A1 und US 2002/0130304 A1 offenbart.
Zum Einsatz bei der Echtheitserkennung von Wertdokumenten mit derartigen lumineszierenden Sicherheitselementen sind die aus der EP 1170707 A2 und der EP 1160719 A2 bekannten Sensoren besonders geeignet. Derartige Sensoren umfassen einen Emitter zur Erzeugung des Abtastsignals und einen Strahlungsempfänger zur Erfassung des Antwortsignals und können statisch-ortsfest oder auch mobil als Handsensor ausgeführt sein. Mit einem Sensor der oben genannten Art sollte eine besonders hohe Nachweisempfindlichkeit und -genauigkeit bei der Echtheitsüberprüfung des Wertdokuments erreichbar sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für eine Echtheitserkennung, insbesondere durch einen derartigen Sensor, besonders geeignetes Wertdokument sowie ein Verfahren zur Herstellung des Wertdokuments anzugeben.
Bezüglich des Sensors ist vorteilhaft der Emitter zur Erzeugung des Abtastsignals mit einer Anregungswellenlänge von etwa 940 nm bis 990 nm und der Strahlungsempfänger zur Erfassung des Antwortsignals mit einer Antwortwellenlänge von etwa 800 +/– 10 nm ausgelegt.
Bezüglich des Wertdokuments wird die Aufgabe durch ein Wertdokument des Anspruchs 1 gelöst. Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfahren des Anspruchs 24 gelöst. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass für eine besonders hohe Nachweisempfindlichkeit die Auswertung der Lumineszenzeigenschaften des Sicherheitselements gezielt auf eine besonders hohe erreichbare Signalintensität der Anti-Stokes-Pigmente ausgerichtet sein sollte. Gerade im Hinblick auf die für eine Verwendung in Wertdokumenten besonders geeigneten Typklassen von Anti-Stokes-Pigmenten hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die im nahen Infrarot(NIR)-Bereich gelegene, eigentlich unsichtbare Anti-Stokes-Bande eine besonders hohe, im Vergleich zur Emission im sichtbaren Bereich etwa 100- bis 500-fach überhöhte Lumineszenzintensität aufweist. Durch eine gezielte Nutzung dieser Anti-Stokes-Lumineszenz ist daher auch mit relativ kleinen Beimischungen der Anti-Stokes-Pigmente im Markierungsbereich eines Wertdokuments eine maschinell gut und zuverlässig auswertbare Signalintensität erreichbar. Der Sensor ist somit gezielt auf die Auswertung diese NIR-Lumineszenz ausgelegt.
Wie sich weiterhin überraschend herausgestellt hat, kann durch eine gezielte Variation der Aktivatorkonzentration und der Codotierungskonzentration im Anti-Stokes-Pigment eine Beeinflussung des Ankling- und des Abklingzeitverhaltens der jeweiligen Lumineszenzen erreicht werden. Durch eine Auswertung des Ankling- und des Abklingzeitverhaltens der Lumineszenz ist somit ein noch detaillierterer Rückschluss auf die genaue Zusammensetzung der verwendeten Anti-Stokes Pigmente ermöglicht. Um dies auch für die Echtheitsüberprüfung im Sinne einer hohen Vielzahl verschiedenartiger denkbarer Pigmentsorten nutzbar zu machen, ist der Strahlungsempfänger des Sensors vorteilhafterweise zur Erfassung einer Anklingzeit und/oder einer Abklingzeit des Antwortsignals ausgelegt.
Vorteilhafterweise ist der Sensor in ein ortsfestes Kartenlesegerät integriert oder als mobiles und/oder körpergetragenes Lesegerät ausgeführt.
Erfindungsgemäß umfasst das Sicherheitselement des Wertdokuments in einem Markierungsbereich eine lumineszierenden Anti-Stokes-Leuchtstoff umfassende Markierungsschicht, die von einer NIR-transparenten Deckschicht abgedeckt ist. Der Anti-Stokes-Leuchtstoff liegt erfindungsgemäß in Form von Anti-Stokes-Pigmenten mit Partikeldurchmesser von weniger als 5 μm vor.
Es ist vorgesehen, das Wertdokument in seiner Gesamtheit gezielt auf eine gemeinsame Verwendung mit dem Sensor zur Echtheitserkennung auszurichten. Es sollte somit eine Markierungsschicht vorhanden sein, die durch die Anregungswellenlänge des Sensors anregbare Anti-Stokes-Pigmente umfasst, die in ihrer Lumineszenzantwort mit der vorgesehenen Antwortwellenlänge emittieren. Um die in der Markierungsschicht vorgehaltenen Anti-Stokes-Pigmente für eine hohe Dokumentensicherheit aber auch vor externen Einflüssen und insbesondere vor Manipulationen zu schützen, sollte die Markierungsschicht in der Art einer versteckten, gekapselten oder geschützten Ausführung von einer Deckschicht abgedeckt sein. Die gezielte Auswertung der Luminezsenzerscheinungen im NIR-Bereich bleibt dabei ungehindert erhalten, indem die Deckschicht für Strahlung im nahen Infrarotbereich, d. h. erfindungsgemäß für Wellenlängen von mehr als 780 nm und weniger als 1200 nm, transparent gehalten ist.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist die NIR-transparente Deckschicht als Druckschicht, als Folie oder als opake Schicht ausgebildet. In alternativer vorteilhafter Ausgestaltung ist die NIR-transparente Deckschicht als opakes Substrat mit einer Dicke von mehr als 20 μm vorzugsweise mehr als 50 μm, ausgeführt.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung werden als Anti-Stokes-Pigmente besonders feinkörnige und in allen bekannten Sicherheitsdrucktechniken und Haftvermittlerschichten wie auch in Papierkörpern und Kunststoff-Folien verarbeitbare Sicherheitspigmente verwendet. Dazu ist der Anti-Stokes-Leuchtstoff vorteilhafterweise in Form eines Seltenerd-aktivierten, vorzugsweise Thulium-aktivierten und Ytterbium-codotierten Wirtsgitters ausgestaltet. Als Wirtsgitter oder Matrixmaterial kommt dabei insbesondere Gadoliniumoxysulfid (Gd0₂S), Yttriumoxysulfid (Y0₂S), Lanthanoxysulfid (La0₂S) und/oder Lutetiumoxysulfid (Lu0₂S) in Betracht. Derartige Anti-Stokes-Pigmente können in sehr geringer Füllmenge sowohl einer einzelnen Druckfarbe im sichtbaren Motiv beigemengt werden als auch als eigenständige, unsichtbare maschinenlesbare Druckmerkmale ausgeführt werden, wie beispielsweise Bar-Codes oder 2D-Codes oder Symbole, Diagramme, Muster oder Buchstaben-Zahlen-Kombinationen für beispielsweise einen OCR-Leser und dergleichen Lesegeräte.
Zwar weisen die genannten Anti-Stokes-Pigmente auch Anti-Stokes-Banden im visuell sichtbaren Bereich insbesondere zwischen 460 und 490 nm und zwischen 630 und 670 nm sowie zwischen 680 und 720 nm auf, die allerdings wesentlich weniger intensiv sind als die nunmehr zur Auswertung vorgesehene Anti-Stokes-Lumineszenz im NIR-Bereich. Die mit derartigen Anti-Stokes-Pigmenten erzeugten Sicherheitsmerkmale können in sehr feiner Körngrößenverteilung von einigen Mikrometer Abmessung verwendet werden und sind je nach Füllgrad in bevorzugt innenliegenden Druckgebilden unsichtbar bis weißlich. Gerade bei Verzicht auf die Verwendung der Emission im sichtbaren Wellenlängenbereich bei der Echtheitsprüfung kann ein derartiges Anti-Stokes-Pigment auch innenliegend in Dokumenten verwendet werden, wobei für die Auswertbarkeit lediglich sicherzustellen ist, dass die umgebenen Schichten NIR-transparent gehalten sind. Derartige Anti-Stokes-Pigmente können somit drucktechnisch oder flächenhaft bis vollflächig für das menschliche Auge völlig unsichtbar am Wertdokument angeordnet sein.
Um eine hohe Auslesegeschwindigkeit bei der Echtheitsprüfung zu ermöglichen und andererseits auch durch gezieltes Einstellen des Abkling- oder Anklingverhaltens eine nach verschiedenen Pigmenten differenzierte Echtheitsüberprüfung zu gewährleisten, weist das Anti-Stokes-Pigment vorteilhafterweise einen Ytterbium-Anteil von 0,05 ≤ x ≤ 0,80, vorzugsweise von 0,20 ≤ x ≤ 0,60, und einen Seltenerd-Anteil von 0,0001 ≤ Y ≤ 0,10, vorzugsweise von 0,0001 ≤ Y ≤ 0,05, auf. Zur gezielten Beeinflussung der An- und Abklingcharakteristik des Anti-Stokes-Pigments können zudem weitere Kationen- und/oder Anionen in das Wirtsgitter eingebaut sein. Durch eine geeignete Wahl der Konzentrationen ist insbesondere erreichbar, dass die Abklingzeit in einem Bereich von 1 bis 200 μs und insbesondere von 10 bis 50 μs eingestellt werden kann.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist das Wertdokument für drucktechnische Herstellungsverfahren besonders geeignet. Um die Einarbeitung des Anti-Stokes-Pigments in das Sicherheitselement auf besonders einfache Weise, vorzugsweise über ein übliches Druckverfahren, zu ermöglichen, weist das Anti-Stokes-Pigment erfindungsgemäß eine mittlere Partikelgröße von weniger als 5 μm, in besonders vorteilhafter Ausgestaltung weniger als 3 μm, insbesondere weniger als 2 μm, auf. Die Anti-Stokes-Pigmente sind dabei vorteilhafterweise in Form von kleinen anorganischen Partikeln in einer Druckfarbe eingearbeitet, wobei der Füllgrad im Bereich von 1 bis 30 Gewichtsprozent, vorteilhafterweise im Bereich von 1 bis 20 Gewichtsprozent und bevorzugt im Bereich von 5 bis 10 Gewichtsprozent gewählt ist, so dass die graphische und insbesondere farbliche Gestaltung nicht störend beeinflusst wird.
Das Wertdokument kann insbesondere in der Art eines Datenträgers als sogenannte ID-Karte, Reisepass, Visum, Führerscheinausweis, Kreditkarte, Postwertzeichen, Coupon, allgemeines Wertzeichen, Banknote oder dergleichen ausgestaltet sein, wobei mit hoher Zuverlässigkeit eine Echtheitsprüfung mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 m/s durchführbar ist. Das Sicherheitselement mit den lumineszierenden Anti-Stokes-Pigmenten ist weiterhin in besonders vorteilhafter Ausgestaltung in einer für das menschliche Auge unsichtbaren Form als maschinenlesbare Codierung in Form von individuellen oder gleichbleibenden Codes in Form von Bar-Codes, 2-D-Codes, Ziffer-Zahl-Symbol-Elementen oder dergleichen im Datenträger angebracht, wobei die Echtheitserkennung mit dem Sensor und dessen Auswerteeinheit derart erfolgt, dass der Code mittels eines geheimen und in der Auswerteeinheit angeordneten Algorithmus in Form eines Softwaremoduls oder auch bevorzugt in Form eines elektronischen Bausteins und/oder in einer externen Auswerteeinheit in Verbindung mit einem anderen Informationselement auf dem Datenträger auf Echtheit verifiziert werden kann, wobei Informationselemente wie Magnetstreifen, Bar-Codes, EAN-Codes und dergleichen drucktechnische Codes oder auch kontaktbehaftete und/oder kontaktlose Chipkarten bzw. RFID-Elemente in Form von ROM-Speicherelementen mit einmaligen IC-Seriennummern von beispielsweise einigen 10 bit bis 128 bit Länge gegen Fälschung und/oder Kopieren gesichert sind.
Wie sich herausgestellt hat, ist die zur Auswertung vorgesehene Lumineszenz im NIR-Bereich auf besonders günstige Weise nutzbar, indem die die lumineszierenden Anti-Stokes-Pigmente umfassende Markierungsschicht in ein umgebendes Schichtsystem einlaminiert ist. Das Wertdokument umfasst daher vorteilhafterweise einen Trägerkörper, der als Grundkörper für die Bildung einer Wert- oder ID-Karte ausgebildet ist, in den die Markierungsschicht einlaminiert ist. Die Markierungsschicht ist dabei vorteilhafterweise unter Bildung eines Laminatkörpers von einer Mehrzahl von NIR-transparenten Deckschichten abgedeckt.
Vorteilhafterweise ist die Markierungsschicht dabei von einem extrudierten oder spritzgegossenen Kunststoffkörper gebildet, in den die Anti-Stokes-Pigmente matrixartig eingelagert sind. Dabei kann zumindest eine, bevorzugt beide, Oberflächen des Substrats bzw. der die Markierungsschicht umfassenden Kernlage mit einer graphischen Gestaltung und wahlweise mit. einem oberen Decklaminat und/oder einem unteren Decklaminat versehen sein.
Bezüglich des Verfahrens zur Herstellung des Wertdokuments wird die genannte Aufgabe gelöst, indem die Markierungsschicht mittels eines Beschichtungsverfahrens wie Streichen, Spritzen, Sprühen, Coaten, Tauchen, vorzugsweise aber mittels eines Druckverfahrens, vorzugsweise mittels Siebdruck, Stichtiefdruck, Offsetdruck, Statistikdruck, Rastertiefdruck oder Lettersetdruck, auf den Trägerkörper aufgebracht wird. Damit ist eine vergleichsweise einfache Herstellung des mit dem Sicherheitselement ausgestatteten Wertdokuments ermöglicht, wobei zudem eine besonders hohe Flexibilität bei einer eventuell gewünschten graphischen Ausgestaltung der Markierungsschicht, beispielsweise als Druckbild, erreichbar ist. Desweiteren kommen auch Rastertiefdruckverfahren, Stahlstichtiefdruckverfahren, Flexodruckverfahren, digitale Druckverfahren in Form von Inkjet-Druckverfahren und/oder flüssige und feste Tonerverfahren oder auch die Aufbringung über die Kleberschicht eines Thermotransfer- und/oder Thermosublimationsbandes in Betracht. Eine besonders einfache Verarbeitbarkeit ist dabei erreich bar, indem vorteilhafterweise beim Aufbringen der Markierungsschicht eine Druckfarbe verwendet wird, in der zusätzlich zu den Anti-Stokes-Pigmenten ein Löse- und/oder ein Bindemittel enthalten ist.
Zur weiteren Erhöhung der Sicherheitsfunktion des Sicherheitselements kann die Vorgabe einer lateralen Struktur in der Markierungsschicht vorgesehen sein, so dass bei der Auswertung der Lumineszenzerscheinungen ortsaufgelöst zwischen aktiven und nicht aktiven Bereichen unterschieden werden kann. Um dies zu ermöglichen, werden erfindungsgemäß in lateralen Teilbereichen der Markierungsschicht durch selektive Bestrahlung mit einem Laser, vorzugsweise mit einem ND:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm, Strahlungsabsorber erzeugt. Durch die Laserbestrahlung können dabei insbesondere Ruß-Partikel erzeugt werden, die die Emissionsstrahlung der Anti-Stokes-Leuchtstoffe absorbieren, so dass in diesen Bereichen von außen keine Emission mehr registriert wird.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die gezielte Nutzung der Lumineszenzerscheinungen der Anti-Stokes-Pigmente im NIR-Bereich eine besonders hohe Signalintensität erreichbar ist, so dass eine zuverlässige Erkennung der Pigmente bei der Echtheitsüberprüfung selbst bei nur vergleichsweise geringen Pigmentkonzentrationen in der Markierungsschicht erreichbar ist. Das Lumineszenzsicherheitsmerkmal ist zudem im sichtbaren Wellenlängenbereich weitgehend unsichtbar, aber mittels infraroter Strahlung aktivierbar und verifizierbar, so dass die Echtheitsprüfung für eine maschinelle Auswertung besonders geeignet ist. Eine Nachbildung des Sicherheitselements ist damit aufgrund der versteckten Anordnung des Sicherheitselements nicht oder nur mit erheblichem Aufwand überhaupt denkbar. Die gezielte Beeinflussung des Ankling- und Abklingverhaltens der Anti-Stokes-Lumineszenz ermöglicht darüberhinaus, die erhältliche Vielfalt an Anti-Stokes-Pigmenten sehr stark zu erhöhen, so dass ein Nachbau oder eine Fälschung erheblich erschwert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 schematisch einen Sensor für die Echtheitserkennung eines lumineszierenden Sicherheitselements in einem zugeordneten Wertdokument,
2 eine alternative Ausführungsform des Wertdokuments nach 1,
3 bis 6 schematisch jeweils den Aufbau weiterer alternativer Ausführungsformen des Wertdokuments nach 1 und
7 das Wertdokument nach 1 in Aufsicht.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Der in 1 lediglich schematisch gezeigte Sensor 1 ist für die Echtheitserkennung eines luminesziernden Sicherheitselements 2 eines zugeordneten Wertdokuments 4 ausgelegt. Der Sensor 1 kann dabei als ortsfest installierter oder auch transportabler Sensor ausgestaltet sein und insbesondere hinsichtlich seiner funktionellen Komponenten gleich oder ähnlich wie die aus den Druckschriften EP 1160719 A2 und EP 1170707 A2 , deren Offenbarungsgehalt hiermit voll umfänglich einbezogen wird, bekannten Sensoren ausgestaltet sein. Als wesentliche Funktionskomponenten umfasst der Sensor 1 nach 1 einen Emitter 6 zur Erzeugung eines durch den Pfeil 8 symbolisierten Abtastsignals und einen zur Erfassung eines durch den Pfeil 10 symbolisierten, vom Sicherheitselement 2 emittierten Antwortsignals ausgelegten Strahlungsempfänger 12.
Das Sicherheitselement 2 des Wertdokuments 4 umfasst in einem Markierungsbereich 14 eine auf einem Trägerkörper 16 aufgebrachte Markierungsschicht 18, die als aktive Komponenten zur Echtheitsüberprüfung lumineszierende Anti-Stokes-Pigmente 20 umfasst. Die Markierungsschicht 18 von einer Deckschicht 22 abgedeckt.
Zum Zweck der Echtheitsüberprüfung strahlt der Emitter 6 des Sensors 1 ein Abtastsignal mit einer vorgegebenen Anregungswellenlänge in die die Anti-Stokes Pigmente 20 umfassende Markierungsschicht 18 ein. Durch das Abtastsignal werden die Anti-Stokes-Pigmente 20 zur Lumineszenz angeregt und emittieren mittels up-conversion ein Antwortsignal, dessen Antwortwellenlänge kleiner als die Anregungswellenlänge ist. Der Strahlungsempfänger 12 erfasst das emittierte Anwortsignal, wobei insbesondere auch eine zeitaufgelöste Auswertung vorgesehen sein kann. Anhand der Charakteristika des Antwortsignals, insbesondere anhand eines Vergleichs der Antwortwellenlänge mit der ausgesandten Anregungswellenlänge sowie möglicherweise einer Analyse der Signalform, ist durch die Auswertung ein Rückschluss auf Art und möglicherweise auch Anzahl der Anti-Stokes-Pigmente 20 in der Markierungsschicht 18 möglich. Somit kann erkannt werden, ob eine erwartete Art von Anti-Stokes-Pigmenten 20 in der Markierungsschicht 18 vorliegt, wobei für diesen Fall auf Echtheit des Wertdokuments 4 erkannt wird.
Der Sensor 1 und das mit diesem zu verwendende Wertdokument 4 sind für eine besonders hohe Zuverlässigkeit bei der Echtheitsprüfung mit vergleichsweise einfachen Mitteln ausgelegt. Dazu ist vorgesehen, sowohl die Anregung der Lumineszenz als auch die Auswertung der Lumineszenz in Wellenlängenbereichen im NIR (nahes Infrarot) vorzunehmen. Um dies zu ermöglichen, ist der Emitter 6 zur Erzeugung des Abtastsignals mit einer Anregungswellenlänge von etwa 940 nm bis 990 nm und der Strahlungsempfänger 12 zur Erfassung des Antwortsignals mit einer Antwortwellenlänge von etwa 800 +/– 10 nm ausgelegt. Die Anpassung insbesondere des Strahlungsempfängers kann dabei durch die Auswahl geeigneter Detektoren und/oder bedarfsweise durch die Vorgabe einer geeigneten Optik im Strahlengang ermöglicht oder erleichtert werden.
Um die im Ausführungsbeispiel vorgesehene konsequente Ausnutzung der Lumineszent im NIR-Bereich zu ermöglichen, andererseits aber auch einen zuverlässigen Schutz der Markierungsschicht 18 vor Beeinträchtigungen oder mechanischen Beschädigungen zu gewährleisten, ist die Deckschicht 22 vorgesehen, die durch geeignete Materialwahl NIR-transparent ausgelegt ist.
Das Sicherheitsmerkmal 2 kann vollflächig oder graphisch gestaltet auf dem Trägerkörper 16 angebracht sein. Alternativ kann die Markierungsschicht 18 mit den eingebetteten Anti-Stokes-Pigmenten 20 in Form einer Polymermatrix auch zur Haftvermittlung zur Deckschicht 22 verwendet werden, wobei auch unter oder auf der Markierungsschicht 18 eine nicht gezeigte graphische Gestaltung angeordnet sein kann. Der Trägerkörper 16 kann insbesondere aus Kunststoff oder aus Papier gebildet sein.
Die Anti-Stokes-Pigmente 20 sind auf Basis eines Thulium(Tm)-aktivierten und Ytterbium(Yb)-codotierten Wirtsgitters aufgebaut, wobei als Wirtsgitter Gadoliniumoxysulfid (Gd₂O₂S), Yttriumoxysulfid (Y₂O₂S), Lanthanoxysulfid (La₂O₂S) und/oder Lutetiumoxysulfid (Lu₂O₂S) eingesetzt sein kann. Das Anti-Stokes-Pigment 20 ist somit über die Formel (Gd_1-x-yYb_xTm_y)₂O₂S beziehungsweise (Gd_1-x-y)₂O₂S:Yb_xTm_y, (Y_1-x-yYb_xTm_y)₂O₂S beziehungsweise (Y_1-x-y)₂O₂S:Yb_xTm_y, (La_1-x-yYb_xTm_y)₂O₂S beziehungsweise (La_1-x-y)₂O₂S:Yb_xTm_y, (Lu_1-x-yYb_xTm_y)₂O₂S beziehungsweise (Lu_1-x-y)₂O₂S:Yb_xTm_y beschreibbar, wobei zur Einstellung eines im Detail auswertbaren Ankling- und Abklingverhaltens bei der Lumineszenz Konzentrationswerte von 0,20 ≤ x ≤ 0,60 für den Ytterbium-Anteil und von 0,001 ≤ y ≤ 0,05 für den Thulium-Anteil vorgesehen sind.
Die Anti-Stokes-Pigmente 20 sind dabei matrixartig in der Markierungsschicht 18 angeordnet. Dabei wurde genutzt, dass die Anti-Stokes-Pigmente 20 mit vergleichsweise geringen mittleren Partikeldurchmessern von beispielsweise weniger als 2 μm hergestellt werden können und ohne Reduktion der Antwortintensität bei vergleichsweise hohen Temperaturen von bis zu 200 oder 300°C matrixartig in die Markierungsschicht 18 integriert werden können, wobei eine Polymermatrix hergestellt werden kann und dabei Extrusion, Dünnfoliengießen, Kalandrieren oder auch Spritzguß verwendet werden kann. Die Anti-Stokes-Pigmente 20 sind darüberhinaus sehr gut chemisch beständig, so dass auch ein Einbau in eine Papiermatrix erfolgen könnte, wobei derartige opake Papiersubstrate mit matrixartig angeordneten Anti-Stokes-Pigmenten 20 und/oder mit graphisch gestalteter Anordnung oder in Form von Streifen, Punkten oder ganz allgemein wiederkehrenden Mustern versehen werden und für eine Echtheitserkennung herangezogen werden können.
Im Ausführungsbeispiel nach 2 ist schematisch eine besonders einfach gehaltene technische Ausführungsform des Wertdokuments 4 gezeigt. Als Trägerkörper 16 ist dabei ein Papier- oder Kunststoffsubstrat oder ein anderes in der Sicherheitsindustrie übliches Substrat eingesetzt. Das flächig und/oder graphisch gestaltete Sicherheitselement 2 ist dabei mittels in der graphischen Industrie üblicher Druckverfahren aufgebracht, kann aber auch in Form eines flächigen schichtartigen Elements auflaminiert oder geprägt oder sonstwie appliziert sein. Darüber ist nun möglicherweise in Form einer graphischen Gestaltung die Deckschicht 22 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel nach 2 sind sowohl der Trägerkörper 16 als auch die in Form einer graphischen Gestaltung vorgesehene Deckschicht 22 im NIR-Wellenlängenbereich durchsichtig, sodass eine ungestörte Echtheitsprüfung über die in der Markierungsschicht 18 enthaltenen Anti-Stokes-Pigmente 20 durch Verwendung des Sensors 1 ermöglicht ist. Beispielsweise könnte bei Verwendung üblicher Opak-weißer Papiere mit einer Grammatur von 70 bis 120 pro qm eine eindeutige Verifkation vorgenommen werden.
In 3 sind die einzelnen Schichten eines Wertdokumentes 4 als separate Segmente dargestellt. In diesem im Querschnitt gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Wertdokument 4 den Aufbau eines laminatartigen Verbundes mehrerer Schichten auf. Die die elektrolumineszierenden Pigmente 20 oder Anti-Stokes-Leuchtstoffe umfassende Markierungsschicht 18 ist dabei Teil eines Substrats, das aufgrund seiner vergleichsweise massiven Ausführung auch den Trägerkörper 16 bildet. Dieses Substrat kann beidseitig mit jeweils einer graphischen Gestaltung 30, beispielsweise einem Druckbild oder Muster, versehen sein, wobei die jeweilige graphische Gestaltung 30 ihrerseits wiederum mit einem oberen bzw. unteren Decklaminat 32 bedeckt ist. Die Decklaminate 32 und die graphischen Gestaltungen 30 sind dabei zur Bildung der jeweiligen Deckschicht 22 NIR-transparent ausgeführt.
Das nach dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ausgeführte Wertdokument 4 kann beispielsweise als einfache ID-Karte oder als Einlage in einem Reisepass und dergleichen verwendet werden, wobei der die Markierungsschicht 18 umfassende Trägerkörper 16 ein Kunststoffsubstrat oder auch ein Papiersubstrat sein kann. Die Decklaminate 32 können beispielsweise dünne PET-Folien mit innenliegenden diffraktiven Beugungsstrukturen und entsprechender Haftvermittlungsschicht sein, wobei die Decklaminate 32 zur weiteren Erhöhung der Fälschungssicherheit mikroperforiert sein können. Zur weiteren Erhöhung des Sicherheitsstandards kann mittels ND:YAG-Laserstrahls mit 1064 nm Wellenlänge eine Codierung in die Markierungsschicht 18 oder in die Folie 30 geschrieben sein, wobei durch lateral selektive Einstrahlung des ND:YAG-Laserstrahls laterale Teilbereiche der Markierungsschicht 18 deaktiviert werden, so dass hinsichtlich der Lumineszenzeigenschaften eine laterale, ebenfalls als Sicherheitsmerkmal verwendbare Struktur entsteht.
Im Ausführungsbeispiel nach 4 ist das Wertdokument 4 als Datenträger ausgeführt, bei dem die elektrolumineszierenden Pigmente 20 in einer matrixförmigen Anordnung in der Haftvermittlungsschicht 34 eines transparenten Hologramms 36 angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform dient somit das Hologramm 36 als Deckschicht 22 für die durch die Haftvermittlungsschicht 34 gebildete Markierungsschicht 18. Daher ist das Hologramm 36 im NIR-Wellenlängebereich transparent ausgeführt, so dass eine Verifikation über die Lumineszenzeigenschaften durch entsprechende Bestrahlung von oben erfolgen kann. Alternativ kann auch der in Form eines Substrats vorliegende Trägerkörper 16 NIR-transparent ausgeführt sein, so dass die Verifikation durch Bestrahlung von unten erfolgen kann. Das Hologramm 36 bezeichnet hierbei diffraktive Beugungsstrukturen im entsprechenden Schichtbestandteil.
In der ebenfalls explosionsartigen Darstellung des Ausführungsbeispiels nach 5 ist das Wertdokument 4 als typisches ID-Dokument auf Basis zweier miteinander verbundener Papiersubstrate 38 ausgeführt, die mittels einer Haftvermittlerschicht 40 miteinander verbunden sind. Die Haftvermittlerschicht 40 dient dabei als Markierungsschicht 18, wobei die elektrolumineszierenden Anti-Stokes-Pigmente 20 in die Haftvermittlerschicht 40 integriert sind. Die Papiersubstrate 38 sind an ihrer jeweiligen Außenseite jeweils mit einer graphischen Gestaltung 42 versehen, beispielsweise mit einem Druckbild. Der Einbau der Anti-Stokes-Pigmente 20 in die Haftvermittlerschicht 40 kann dabei gleichmäßig matrixartig oder auch graphisch gestaltet erfolgen, wobei insbesondere auch eine Codierungsgestaltung vorgesehen sein kann. Die graphische Gestaltung 42 kann in einer weiteren Ausführungsform mit weiteren transparenten Schutzschichten versehen sein.
Dabei können übliche graphische Drucktechniken oder auch Rollen beschichten, Vorhang gießen, sprühen und rakeln und dergleichen Beschichtungstechnologien eingesetzt sein.
Im Ausführungsbeispiel nach 6 ist das Wertdokument 4 ebenfalls als typisches ID-Dokument auf Basis zweier miteinander verbundener Papiersubstrate 38 ausgeführt, die mit einer Haftvermittlerschicht 40 miteinander verbunden sind, wobei die Anti-Stokes-Pigmente 20 in die Haftvermittlerschicht 40 integriert sind. Auch in dieser Ausführungsform sind die Papiersubstrate 38 auf ihrer jeweiligen Außenseite mit jeweils einer graphischen Gestaltung 42 versehen. Zum weitergehenden Schutz vor externen Einwirkungen und mechanischen Beschädigungen ist der solchermaßen gebildete Schichtverbund mit einem umfassenden transparenten Decklaminat 44 umgeben. Das Decklaminat 44 ist dabei insbesondere im NIR-Wellenlängenbereich transparent gehalten. Bevorzugt kann als Decklaminat 44 eine PET-Folie, eine PETG-Folie oder auch eine PVC-, PC-, PMMA- oder dergleichen transparenter polymere Folie einer typischen Dicke von beispielsweise 10 bis 100 μm verwendet werden. Die Folien können dabei innenliegend mit defraktiven Beugungsstrukturen versehen sein, wobei auch bei diesen Beugungsstrukturen darauf geachtet ist, das die Transparenz im NIR-Wellenlängenbereich gegeben ist. Das Decklaminat 44 kann dabei zusätzlich zur weiteren Erhöhung der Fälschungssicherheit mit einer Mikroperforation versehen sein.
Im Ausführungsbeispiel nach 7 ist das in Form einer Wertkarte ausgeführte Wertdokument 4 in Aufsicht gezeigt. Das Wertdokument 4 ist dabei grundsätzlich nach den Vorschriften der Norm ISO/IEC 7810 ausgeführt. Dabei umfasst das Wertdokument 4 Bereiche 50, 52, die NIR-transparent und möglicherweise auch optisch transparent gehalten sind. Die Bereiche 50, 52 eignen sich daher in besonderem Maße zur Aufnahme einer Markierungsschicht mit den elektrolumineszierenden Pigmenten 20 gemäß dem vorliegenden Konzept. Die obere Kante 54 des Bereichs 50 ist dabei in einem Abstand von zumindest 21 mm von der Oberkante 56 des Wertdokuments 4 entfernt angeordnet, wobei die Unterkante 58 des Bereichs 50 zumindest 33 mm von der Oberkante 56 entfernt ist. Der Bereich 52 schließt sich unmittelbar an die Unterkante 58 an, wobei seine Unterkante 60 zumindest 44 mm von der Oberkante 56 entfernt ist. Die Seitenkanten 62 des Bereichs 52 sind jeweils zumindest 20 mm von der entsprechenden Seitenkante 64 des Wertdokuments 4 angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Sensor
2: Sicherheitselement
4: Wertdokument
6: Emitter
8, 10: Pfeil
12: Strahlungsempfänger
14: Markierungsbereich
16: Trägerkörper
18: Markierungsschicht
20: Anti-Stokes-Pigmente
22: Deckschicht
30: graphische Gestaltung
32: oberes bzw. unteres Decklaminat
34: Haftvermittlungsschicht
36: Transparentes Hologramm
38: Papiersubstrat
40: Haftvermittlerschicht
42: graphische Gestaltung
44: Decklaminat
50, 52: NIR-transparenter Bereich
54: obere Kante
56: Oberkante
58, 60: Unterkante
62, 64: Seitenkante

Claims

Wertdokument (4) mit mindestens einem für eine Echtheitserkennung ausgelegten Sicherheitselement (2), wobei das Sicherheitselement (2) in einem Markierungsbereich (14) eine Markierungsschicht (18) mit einem lumineszierenden Anti-Stokes-Leuchtstoff (20) mit durch eine Anregungswellenlänge zwischen 940 nm bis 990 nm anregbaren Anti-Stokes-Pigmenten, die in einer Lumineszenz-Antwort mit einer Antwortwellenlänge bei 800 nm +/– 10 nm emittieren, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsschicht (18) von einem Körper (16, 40) gebildet ist, bei dem die Anti-Stokes-Pigmente mit Partikeldurchmessern von weniger als 5 μm in eine Matrix eingelagert sind und in lateralen Teilbereichen der Markierungsschicht (18) Strahlungsabsorber, welche eine Emissionsstrahlung eines Anti-Stokes-Leuchtstoffes absorbieren können, durch selektive Bestrahlung mit einem Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm erzeugt sind, und die von einer für Wellenlängen von mehr als 780 nm und weniger als 1200 nm NIR-transparenten Deckschicht abgedeckt ist.
Wertdokument (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper in Form einer Polymermatrix gebildet ist.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper in Form einer Papiermatrix gebildet ist.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper in Form einer Haftvermittlungsschicht (34) gebildet ist.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsschicht (18) auf einem Trägerkörper (16) aufgebracht ist.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsschicht (18) Teil eines Substrats ist, das einen Trägerkörper (16) bildet.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsschicht (18) im Trägerkörper (16) einlaminiert ist.
Wertdokument (4) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (16) als Grundkörper für die Bildung einer Wert- oder ID-Karte ausgebildet ist.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsschicht (18) von einem extrudierten, kalandrierten, spritzgegossenen oder filmgegossenen Kunststoffkörper gebildet ist, in den die Anti-Stokes-Pigmente (20) matrixartig eingelagert sind.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet dass, die Markierungsschicht (18) von einer Mehrzahl von NIR-transparenten Deckschichten abgedeckt ist.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die NIR-transparente Deckschicht als opake Schicht ausgebildet ist.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die NIR-transparente Deckschicht (50, 52) als opakes Substrat mit einer Dicke von mehr als 20 μm ausgeführt ist.
Wertdokument (4) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die NIR-transparente Deckschicht (50, 52) als opakes Substrat mit einer Dicke von mehr als 50 μm ausgeführt ist.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die NIR-transparente Deckschicht als Klebeschicht oder als Folie ausgebildet ist.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die NIR-transparente Deckschicht (22) in Form eines Hologramms (36) gebildet ist.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die NIR-transparente Deckschicht (22) in Form eines Papiersubstrats (38) mit grafischer Gestaltung (42) gebildet ist.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schichtverbund des Wertdokuments (4) mit der NIR-transparenten Deckschicht (22) in Form eines umfassenden transparenten Decklaminats (44) umgeben ist.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem der Anti-Stoke-Leuchtstoff seltenerdaktiviertes Lanthanoidenoxysulfid der Formel (LN_1-x-y)₂0₂S:Yb_xSE_y mit LN = La, Lu, Gd, Y und SE = TM, Er, Ho umfasst.
Wertdokument (4) nach Anspruch 18, bei dem der Anti-StokesLeuchtstoff einen Ytterbium-Anteil von 0,05 ≤ x ≤ 0,80, vorzugsweise von 0,20 ≤ x ≤ 0,60, und einen Steltenerd-Anteil von 0,0001 ≤ Y ≤ 0,10, vorzugsweise von 0,0001 ≤ Y ≤ 0,05, aufweist.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem die Anti-Stokes-Pigmente (20) eine mittlere Partikelgröße von weniger als 3 μm aufweisen.
Wertdokument (4) nach Anspruch 20, bei dem die Anti-Stokes-Pigmente (20) eine mittlere Partikelgröße von weniger als 2 μm aufweisen.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Strahlungsabsorber mit einem Nd:YAG-Lager erzeugt sind.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass Strahlungsabsorber in Form von Rußpartikeln erzeugt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Wertdokuments (4) mit mindestens einem für eine Echtheitserkennung ausgelegten Sicherheitselement (2), bei dem das Sicherheitselement (2) in einem Markierungsbereich (14) mit einer Markierungsschicht (18) versehen wird, die mit einem lumineszierenden Anti-Stokes-Leuchtstoff (20) mit durch eine Anregungswellenlänge zwischen 940 nm bis 990 nm anregbaren Anti-Stokes-Pigmenten, die in einer Lumineszenz-Antwort mit einer Antwortwellenlänge bei 800 nm +/– 10 nm emittieren, versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsschicht (18) von einem Körper gebildet ist, bei dem Anti-Stokes-Pigmente in eine Matrix eingelagert werden, wobei Anti-Stokes-Pigmente (20) mit Partikeldurchmessern von weniger als 5 μm hergestellt werden und bei Temperaturen von bis zu 200°C oder 300°C in die Matrix der Markierungsschicht (18) eingelagert werden und wobei in lateralen Teilbereichen der Markierungsschicht (18) durch selektive Bestrahlung mit einem Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm Strahlungsabsorber, welche eine Emissionsstrahlung eines Anti-Stokes-Leuchtstoffes absorbieren können, erzeugt werden und die Markierungsschicht (18) von einer für Wellenlängen von mehr als 780 nm und weniger als 1200 nm NIR-transpartenten Deckschicht (22) abgedeckt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem unter Verwendung von Extrusion, Dünnfoliengießen, Kalandrieren oder Spritzguss eine Polymermatrix hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, bei dem der Laser ein Nd:YAG-Laser ist.