DE102015207268A1 - Security element and method for producing a security element - Google Patents
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Abstract
Sicherheitselement (10) mit einem mittels Laserlithographie eingebrachten optischen Sicherheitsmerkmal, umfassend eine transparente polymere Folie (11) und eine direkt oder mittelbar auf die Folie aufgebrachte Farbschicht (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Farbschicht Metallpigmente (12) enthält.Security element (10) with an introduced by laser lithography optical security feature, comprising a transparent polymeric film (11) and a directly or indirectly applied to the film ink layer (14), characterized in that the ink layer contains metal pigments (12).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitselement mit einem mittels Laserlithographie eingebrachten optischen Sicherheitsmerkmal, umfassend eine transparente polymere Folie und eine direkt oder mittelbar auf die Folie aufgebrachte Farbschicht.The present invention relates to a security element with an introduced by laser lithography optical security feature comprising a transparent polymeric film and a directly or indirectly applied to the film ink layer.
Sicherheitselemente mit einer transparenten Folie als Trägermaterial sind hinlänglich bekannt. In Form von Klebeetiketten mit geprägten Hologrammen, Kinegrammen oder anderen optisch variablen Elementen werden sie oft für Fälschungssicherung oder Fälschungsschutz verwendet. Security elements with a transparent film as a carrier material are well known. In the form of adhesive labels with embossed holograms, kinegrams or other optically variable elements, they are often used for counterfeiting or counterfeit protection.
In vielen Fällen wird dazu eine Folie mit Hilfe eines fein strukturierten Prägewerkzeugs mit einer Prägestruktur (Reliefstruktur) versehen, oder ein auf eine Folie dünn aufgebrachter Lack wird mit einer Prägung versehen. Mit Hilfe eines darauf folgenden Metallisierungsschrittes lässt sich die Struktur in Reflexion als phasenmodulierende Struktur beobachten. Ebenso kann eine Folie, oder eine Folie mit geeigneter Lackschicht, zunächst metallisiert und anschließend geprägt werden. Auch hier wird im Resultat eine in Reflexion beobachtbare phasenmodulierende Struktur erzeugt. In many cases, for this purpose, a film is provided with the aid of a finely structured embossing tool having an embossed structure (relief structure), or a lacquer applied thinly to a film is embossed. With the aid of a subsequent metallization step, the structure can be observed in reflection as a phase-modulating structure. Likewise, a film, or a film with a suitable lacquer layer, first metallized and then embossed. Here as well, a phase-modulating structure observable in reflection is produced as a result.
Der Metallisierungsschritt erfolgt in vielen Fällen durch Vakuumbedampfung oder durch Sputterprozesse. Die resultierende Metallisierung ist somit vollflächig. Es können aber auch partielle Metallisierungen vorgenommen werden, indem zum Beispiel zunächst eine partielle Release-Schicht-Bedruckung auf der Folie vorgenommen wird. Nach einer darauffolgenden Bedampfung kann die Release-Schicht und damit die Metallisierung partiell entfernt werden.The metallization step takes place in many cases by vacuum evaporation or by sputtering processes. The resulting metallization is thus full-surface. However, partial metallizations can also be carried out by, for example, first making a partial release-layer printing on the film. After a subsequent evaporation, the release layer and thus the metallization can be partially removed.
Neben Prägeprozessen zur Erzeugung optischer Sicherheitselemente, bzw. optisch variabler Elemente, sind ebenso Laserlithographieverfahren bekannt. Mit Hilfe eines fokussierten, gepulsten Laserstrahls wird hierbei eine Folie, die mit einer Metallisierung versehen ist, derart bearbeitet, dass die in der Metallisierungsschicht fokussierte Laserstrahlung zu einer lokalen, mikroskopischen Demetallisierung führt. In vorberechneter Verteilung angeordnet ergeben viele solcher Demetallisierungspunkte die erwünschte optisch variable Struktur. Beispielsweise können diese Demetallisierungspunkte auf einem orthogonalen Raster in X- und Y-Richtung angeordnet sein. Der Durchmesser der aus dem Lithographieschritt resultierenden Demetallisierungspunkte ist dabei im Wesentlichen abhängig von der Intensitätsverteilung des Laserlichtes im Fokusbereich und der eingebrachten Energie des Laserpulses, aber auch von der Schichtdicke der Metallisierung. Wünschenswert ist ein Durchmesser der Demetallisierungspunkte in der Größe der Rasterabstände des orthogonalen Rasters.In addition to embossing processes for producing optical security elements, or optically variable elements, laser lithography methods are also known. With the aid of a focused, pulsed laser beam, in this case a film which is provided with a metallization is processed in such a way that the laser radiation focused in the metallization layer leads to a local, microscopic demetallization. Placed in precalculated distribution, many such demetallization points yield the desired optically variable structure. For example, these demetallization points may be arranged on an orthogonal grid in the X and Y directions. The diameter of the demetallization points resulting from the lithography step is essentially dependent on the intensity distribution of the laser light in the focus area and the introduced energy of the laser pulse, but also on the layer thickness of the metallization. It is desirable to have a diameter of the demetallization points in the size of the grid spacing of the orthogonal grid.
Untersuchungen in Tobias Kresse, „Realisierung eines zylinderförmigen Volumendatenspeichers“, Dissertation Universität Heidelberg, 2005, zeigen eine Abhängigkeit der Schichtdicke einer Metallisierung und der sich daraus ergebenden optischen Absorption für Licht im sichtbaren Bereich. Mit zunehmender Schichtdicke wächst auch die Absorption, die dann am sogenannten Perkolationspunkt ein Maximum durchläuft und daraufhin mit weiter zunehmender Schichtdicke wieder abfällt. Für Aluminium beispielsweise wird so eine maximale Absorption von ca. 20% bis 25% erreicht. Diese Absorption wird während des Lithographieprozesses genutzt, um die Metallschicht während des Laserpulses kurzzeitig zu erhitzen. In Folge entsteht ein "Demetallisierungspunkt". Wird eine solche Schichtdicke mit maximaler Absorption gewählt, bietet sich die Möglichkeit eines stabilen Lithographieprozesses mit erwünscht gleichbleibend großen Durchmessern der Demetallisierungspunkte, da Schwankungen der Metallisierungsschichtdicke nur geringe Absorptionsschwankungen ergeben. Ebenso ergibt sich, dass eine Struktur mit geringer Laserleistung und damit effizient erzeugt werden kann, da eine hohe Absorption vorliegt. Als nachteilig stellt sich jedoch heraus, dass die Schichtdicke maximaler Absorption zu einer Reflexion von nur ca. 50% führt. Derartige Bedampfungen erscheinen nicht typisch spiegelnd, sondern leicht gräulich und mindern die Sichtbarkeit des eingebrachten Sicherheitsmerkmals.Investigations in Tobias Kresse, "Realization of a Cylindrical Volumetric Data Memory", Dissertation University of Heidelberg, 2005, show a dependence of the layer thickness of a metallization and the resulting optical absorption for light in the visible range. With increasing layer thickness, the absorption also increases, which then passes through a maximum at the so-called percolation point and then drops again as the layer thickness increases. For aluminum, for example, a maximum absorption of about 20% to 25% is achieved. This absorption is used during the lithography process to briefly heat the metal layer during the laser pulse. The result is a "demetallization point". If such a layer thickness is selected with maximum absorption, there is the possibility of a stable lithography process with desirably constant large diameters of the demetallization points, since fluctuations in the metallization layer thickness result in only slight absorption fluctuations. It also follows that a structure with a low laser power and therefore can be generated efficiently, since there is a high absorption. However, it turns out to be disadvantageous that the layer thickness of maximum absorption leads to a reflection of only about 50%. Such fumes do not appear typically reflective, but slightly greyish and reduce the visibility of the introduced security feature.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitselement bereitzustellen, das eine hohe Absorption, hohe Reflexion, hohe Prozessstabilität und einfache Herstellungsmöglichkeiten vereint.The invention has for its object to provide a security element that combines high absorption, high reflection, high process stability and ease of production.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement umfasst eine transparente Folie und eine darauf aufgebrachte metallpigmenthaltige Farbschicht. Die vorliegende Erfindung hat erkannt, dass die optische Absorption einer solchen Farbschicht bei großer Variation der Farbschichtdicke konstant bleibt. Maßgeblich für die Absorption ist nämlich das einzelne metallische Pigment, das von benachbarten Pigmenten elektrisch isoliert in der Farbschicht vorliegt. The invention solves this problem with the features of the independent claims. A security element according to the invention comprises a transparent film and a metal pigment-containing color layer applied thereto. The present invention has recognized that the optical absorption of such a color layer remains constant with a large variation of the ink layer thickness. The decisive factor for the absorption is in fact the single metallic pigment, which is present in the color layer in an electrically isolated manner from neighboring pigments.
Somit wird über die Schichtdicke eines einzelnen Pigmentes die optische Eigenschaft bestimmt. Thus, the optical property is determined via the layer thickness of a single pigment.
Mit der erfindungsgemäßen Metallpigmentfarbe können optische Eigenschaften erzielt werden, die bei erheblich variierender Farbschichtdicke nahezu gleichbleibende Absorptionen für einen Lithographieprozess aufweisen. Weiterhin können Farben mit Metallpigmenten eine hohe Absorption aufweisen. Es ergibt sich daher eine hohe Prozessstabilität des Lithographieprozesses, beispielsweise bezüglich Schwankungen der Laserleistung oder Schwankungen der Fokuslage zur absorbierenden Schicht und damit einhergehenden Schwankungen der Intensitätsverteilung in der absorbierenden Schicht. Die benötigte Laserleistung ist darüber hinaus vergleichsweise gering. Die per Absorption in die Pigmente bzw. die Farbschicht eingebrachte Energie führt zu einer Verdrängung von Metall und somit zu einem "Demetallisierungspunkt". Es zeigt sich, dass Folien mit Metallpigment-Auftrag mit einer optischen Dichte von ca. OD 0,5 bis hin zu einer optischen Dichte von ca. OD 1,5 mit identischen Laserpulsleistungen erfolgreich belichtet werden können.With the metal pigment paint according to the invention, it is possible to achieve optical properties which, with a significantly varying ink layer thickness, have nearly constant absorptions for a lithographic process. Furthermore, colors with metal pigments can have a high absorption. There is therefore a high process stability of the lithographic process, for example with regard to fluctuations in the laser power or fluctuations in the focus position relative to the absorbing layer and the associated fluctuations in the intensity distribution in the absorbing layer. The required laser power is also comparatively low. The energy introduced by absorption into the pigments or the color layer leads to a displacement of metal and thus to a "demetallization point". It turns out that films with a metal pigment coating with an optical density of approx. OD 0.5 up to an optical density of approx. OD 1.5 can be successfully exposed with identical laser pulse powers.
Die Farbschicht enthält metallische Pigmente mit vorzugsweise relativ großem mittleren Durchmesser von mindestens 1 μm, in bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise mindestens 2 μm oder mindestens 5 μm oder mindestens 10 μm. Für bestimmte Druckverfahren, beispielsweise Inkjet-Druck, kann ein mittlerer Durchmesser von höchstens 50 μm, weiter vorzugsweise höchstens 30 μm, noch weiter vorzugsweise höchstens 20 μm oder 15 μm vorteilhaft sein. Die Metallpigmente sind vorzugsweise scheibenförmig mit einer im Verhältnis zum Durchmesser geringen Dicke. Die mittlere Dicke liegt zwischen 10 nm und 200 nm, vorzugsweise zwischen 10 nm und 150 nm. Der Durchmesser der metallischen Pigmente liegt vorzugsweise in einem engen Bereich um den mittleren Durchmesser. Vorteilhaft weisen weniger als 10% der metallischen Pigmente einen mittleren Durchmesser auf, der weniger als halb so groß ist wie der mittlere Durchmesser aller Pigmente, und/oder weniger als 10% der metallischen Pigmente weisen einen mittleren Durchmesser auf, der mehr als doppelt so groß ist wie der mittlere Durchmesser aller Pigmente. The color layer contains metallic pigments preferably having a relatively large mean diameter of at least 1 .mu.m, in certain embodiments preferably at least 2 .mu.m or at least 5 .mu.m or at least 10 .mu.m. For certain printing processes, for example inkjet printing, a mean diameter of at most 50 μm, more preferably at most 30 μm, even more preferably at most 20 μm or 15 μm may be advantageous. The metal pigments are preferably disk-shaped with a small thickness relative to the diameter. The average thickness is between 10 nm and 200 nm, preferably between 10 nm and 150 nm. The diameter of the metallic pigments is preferably in a narrow range around the average diameter. Advantageously, less than 10% of the metallic pigments have a mean diameter less than half the average diameter of all pigments, and / or less than 10% of the metallic pigments have a mean diameter that is more than twice as large is like the mean diameter of all pigments.
Die Farbschicht kann direkt, d.h. unmittelbar, auf der Folie angeordnet sein. Alternativ können sich zwischen der Folie und der Farbschicht eine oder mehrere weitere Schichten befinden, beispielsweise ein Haftvermittler und/oder eine Lackschicht.The color layer can be directly, i. immediately, be arranged on the slide. Alternatively, one or more further layers may be present between the film and the color layer, for example an adhesion promoter and / or a lacquer layer.
Eine vorteilhafte Bedruckung der Folie führt zu einer Anordnung der Pigmente mit überwiegender oder sogar nahezu vollständiger Parallelität der Pigmente zur Folienoberfläche. Es entsteht eine Spiegelschicht von hoher optischer Qualität mit nur geringer Streuung. Durch einen Druckschritt können Farbschichten entstehen, die mehrere übereinander und überwiegend bzw. nahezu parallel zueinander angeordnete Pigmente enthalten. Die Pigmente untereinander berühren sich jedoch vorteilhaft nicht und sind damit vorteilhaft elektrisch voneinander isoliert angeordnet. An advantageous printing of the film leads to an arrangement of the pigments with predominant or even almost complete parallelism of the pigments to the film surface. The result is a mirror layer of high optical quality with little scattering. By means of a printing step, color layers can be formed which contain a plurality of pigments arranged one above the other and predominantly or nearly parallel to one another. However, the pigments do not advantageously touch each other and are therefore advantageously arranged electrically insulated from one another.
Vorteilhaft für die Einbringung eines optischen Sicherheitsmerkmals ist, dass die Metallisierung in einem erfindungsgemäßen Schichtsystem auf einfache Weise batch-weise oder alternativ auf Stückebene individuell gestaltet werden kann. Bedruckungen in nicht vollflächiger Form durch klassische Druckverfahren, beispielsweise Siebdruck oder Tiefdruck, sind möglich. Aber auch für Inkjet-Prozesse geeignete Tinten mit metallischen Pigmenten sind möglich und erlauben die Herstellung lithographietauglicher Schichtsysteme. Vorteilhaft ist eine Korrelation zwischen einer per menschlichem Auge sichtbaren Information einer Bedruckung und einem darin zumindest in Teilen eingebrachten optischen Sicherheitsmerkmal möglich.It is advantageous for the introduction of an optical security feature that the metallization in a layer system according to the invention can be designed in a simple manner in a batch-wise or, alternatively, individually at the unit level. Printing in non-full-surface form by conventional printing methods, such as screen printing or gravure printing, are possible. However, inks suitable for inkjet processes with metallic pigments are also possible and allow the production of lithograph-compatible coating systems. Advantageously, a correlation is possible between information visible to a human eye of an imprint and an optical security feature incorporated therein at least in part.
Der Schichtaufbau aus Folie und Farbschicht kann in einer Ausführungsform ohne weitere Zwischenschritte lithographisch bearbeitet und dann weiterverarbeitet werden. In einer alternativen Ausführungsform kann der Schichtaufbau zunächst mit einer oder mehreren weiteren Schichten versehen werden, beispielsweise einer farbigen Farbschicht oder einer Kleberschicht ggf. mit Linern oder Heißklebern oder anderen Schichten, bevor ein Lithographieprozess durchgeführt wird. Weiterhin ist es möglich, dass die Metall-Pigment-Farbschicht durch Zugabe geeigneter Farben eingefärbt wird und sich somit ein farbig metallisch glänzendes Sicherheitsmerkmal ergibt. Obwohl während des Lithographieprozesses meistens eine mikroskopische Demetallisierung stattfindet, sind dennoch Prozessparameter möglich, die in einem solchen Schichtaufbau eine Brechungsindexänderung der Folie oder eine Reliefbildung erzeugen und damit im Resultat keine optische amplitudenmodulierende Struktur sondern eine optische phasenmodulierende Struktur darstellen.The layer structure of film and ink layer can be lithographically processed in one embodiment without further intermediate steps and then processed further. In an alternative embodiment, the layer structure may initially be provided with one or more further layers, for example a colored ink layer or an adhesive layer optionally with liners or hot-melt adhesives or other layers, before a lithographic process is carried out. Furthermore, it is possible that the metal-pigment ink layer is colored by adding suitable colors and thus results in a colored metallic shiny security feature. Although during the lithography process mostly a microscopic demetallization Nevertheless, process parameters are possible which produce a refractive index change of the film or a relief formation in such a layer structure and thus do not constitute an optical amplitude-modulating structure but an optical phase-modulating structure.
Wenn sich die Farbschicht in einer Ausführungsform an Luft befindet, also nicht von einer weiteren Schicht, beispielsweise einer Kleberschicht, bedeckt ist, kann sie auch mikroskopisch ablatiert werden.If the ink layer is in one embodiment in air, so is not covered by another layer, such as an adhesive layer, it can also be ablated microscopically.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigtThe invention will be explained below with reference to preferred embodiments with reference to the accompanying figures. It shows
Das Sicherheitselement
Ein Aluminiumpigment
Die Metallpigmente
In einem nachfolgenden Schritt wird ein optisches Sicherheitsmerkmal mittels Laserlithographie in die Farbschicht
In der Ausführungsform gemäß
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SCRIBOS GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: TESA SCRIBOS GMBH, 69126 HEIDELBERG, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: LOUIS POEHLAU LOHRENTZ PATENTANWAELTE PARTNERS, DE Representative=s name: LOUIS, POEHLAU, LOHRENTZ, DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
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