EP2033026B1 - Security element - Google Patents
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- EP2033026B1 EP2033026B1 EP07725526A EP07725526A EP2033026B1 EP 2033026 B1 EP2033026 B1 EP 2033026B1 EP 07725526 A EP07725526 A EP 07725526A EP 07725526 A EP07725526 A EP 07725526A EP 2033026 B1 EP2033026 B1 EP 2033026B1
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Definitions
- the invention relates to a security element for security papers, documents of value and the like having a carrier film which is provided at least in a partial region with an alignment layer having a substantially negligible optical effect, and with a aligned on the alignment layer, aligned motif layer based on a liquid crystalline material, the has at least two forming a motif areas with different orientation of the liquid-crystalline material.
- Valuables such as branded goods or documents of value, are often provided with security elements for the purpose of protection, which allow verification of the authenticity of the object of value and at the same time serve as protection against unauthorized reproduction.
- security elements for the purpose of protection, which allow verification of the authenticity of the object of value and at the same time serve as protection against unauthorized reproduction.
- the special properties of liquid-crystalline materials are exploited, and above all the viewing angle-dependent color impression and the light-polarizing effect of the liquid crystals.
- the liquid-crystalline material is usually applied to a suitable for the alignment of liquid crystals carrier film made of plastic.
- the carrier sheet may also be provided with a special alignment layer for aligning liquid crystals.
- Suitable alignment layers are, for example, a layer of a linear photopolymer, a finely structured layer or a layer oriented by the application of shear forces. Suitable finely structured layers can be produced by embossing, etching, scoring or direct printing of the structures.
- EP 1 336 874 A2 discloses a process for producing anisotropic polymer films having an improved alignment of polymerizable, for example, nematic or cholesteric liquid crystalline material on a substrate having a structured surface which is in the form of lattices.
- the direction of the grids can be chosen freely, so that patterned structures can be created.
- the photoaligment of liquid crystal layers is also known.
- alignment layers of linear photopolymers are used, which can be patterned by exposure to polarized light.
- the document describes EP 0 611 981 A1 an optical device comprising an anisotropic film of crosslinked liquid-crystalline monomers with locally different orientation of the liquid-crystal molecules, which has an alignment layer made of a photoorientierbaren polymer network in contact with the liquid-crystal layer.
- the alignment layer is produced by selective irradiation with polarized UV light and the structure thereby induced is fixed by crosslinking.
- the present invention seeks to provide a security element of the type mentioned, which avoids the disadvantages of the prior art.
- the security element provide improved alignment of liquid crystalline material and provide high protection against counterfeiting.
- the different effective height of the helical structure determines the preferred direction of the cholesteric liquid-crystalline material (indicated by the so-called "director") at the end of the helical structure facing away from the carrier film, ie at the surface of the alignment layer.
- the alignment layer and / or the motif layer are preferably printed during the production of the security element. After application and a possible solvent-drying step, the alignment layer and / or the motif layer are crosslinked by UV radiation or by electron beam. Before crosslinking, the alignment layer may still be subjected to a photoisomerization step, as explained below.
- the different effective height of the helical structure of the cholesteric liquid crystal material of the alignment layer is produced by regions with differently sized layer thicknesses.
- the preferred direction of the cholesteric liquid crystal material changes within a pitch of 360 °. Therefore, at the surface of differently thick portions of the cholesteric alignment layer, the director generally has different layer thickness-adjustable directions.
- a subsequently applied nematic motif layer arranges with its preferred direction according to the respective specifications by the alignment layer.
- the preferred direction of the liquid crystals is in most cases in the layer plane.
- the invention also includes designs in which the preferred direction is slightly inclined to the horizontal.
- a layer with a photoisomerizable substance is applied to the carrier film as an alignment layer.
- a photo-isomerizable twisting agent can be advantageously used.
- the photoisomerizable twister may form the alignment layer together with a nematic liquid crystal system.
- the photoisomerizable reducer may be in addition to a non-photoisomerizable Verdriller present.
- the photoisomerizable and non-photoisomerizable twisters used may differ in terms of their effectiveness (indicated by the so-called HTP (helical twisting power) value) and / or their concentration.
- the isomerization of the additional twisting device may, for example, lead to a change in the HTP value of this twisting device and thus result in a different pitch.
- the additional twisting device in the non-isomerized state can produce a different direction of rotation than the non-photoisomerizable twisting device.
- the carrier film with the applied alignment layer is exposed to UV radiation in subregions in order to isomerize the photoisomerizable substance in these subregions.
- the photoisomerization of the liquid crystal material usually causes an increase in the pitch of the resulting cholesteric helical structure.
- the layer thickness of the alignment layer is therefore advantageously chosen so that it corresponds to the maximum desired rotation of the director of the cholesteric liquid crystals prior to the photoisomerization.
- the pitch of the helical structure in the exposed portions may be increased and the local twist of the director at the surface of the alignment layer may be reduced accordingly.
- the UV exposure to isomerization is advantageously carried out in an oxygen-containing atmosphere, in particular in air, so that the polymerization is initially prevented by the oxygen inhibition.
- the UV exposure to crosslinking then takes place in an inert gas atmosphere, especially in an argon, nitrogen or carbon dioxide atmosphere.
- UV exposure to isomerization may also be in a wavelength range that does not cause cross-linking of the alignment layer. This can be achieved, for example, by suitably tuning the photoinitiator for the polymerization and the photoisomerizable substance.
- Narrow-band exposure for example with a UV laser, a UV LED or narrow-band filters outside the absorption band of the photoinitiator, initially triggers only the photoisomerization, but not the polymerization. Subsequently, the obtained structure can be fixed by the polymerization step.
- the UV exposure to the isomerization is preferably carried out through a mask, which shields the radiation causing the isomerization in the impermeable areas.
- a mask which shields the radiation causing the isomerization in the impermeable areas.
- a rotating mask a mask printed on the back of the carrier film or a parallel to the carrier film guided masking tape, as for example in the document DE 103 30 421 A1 is considered.
- the alignment layer is subjected before or during the cross-linking to selective heating in regions, for example by a motive heat transfer roller or by means of a laser pen, whereby a partial change of the pitch of the helical structure can also be achieved.
- the motif layer of the security element is advantageously formed on the basis of a nematic liquid-crystalline material.
- the layer thickness of the motif layer may be uniform and is in particular between about 0.5 and about 4 microns.
- the motif layer can be applied over the whole area to the alignment layer, since the motif is already predetermined by the different orientation of the alignment layer and taken over by the motif layer.
- the motif layer can additionally be applied to the alignment layer in the form of a second motif.
- the second motif can then be supplemented with the first motif formed by the differently oriented regions of the motif layer to form a total information.
- the alignment layer is preferably formed by combining a nematic liquid crystal system with a twist. According to the invention, it is always applied in such a layer thickness that its optical effect within the security element is negligible, and the optical effect is determined essentially only by the optical properties of the motif layer.
- the layer thickness of the security element is preferably always chosen smaller than the 5-fold pitch of the helical structure of the cholesteric liquid crystal material, since above this thickness already clearly recognizable color effects can occur.
- the layer thickness of the alignment layer is even less than twice the pitch of the helical structure of the cholesteric liquid crystal material.
- such thin cholesteric liquid-crystal layers also have the advantage that they can be produced reproducibly and with good accuracy, so that the orientation of the liquid crystals, which is decisive for the alignment, too can be reproducibly and accurately specified on the surface of the alignment layer.
- one or more further layers may be provided which serve to protect the security element or one of its partial layers, to improve the adhesion of individual layers or to further increase the security against counterfeiting.
- the at least one further layer may in particular be a reflective layer, a diffraction-optically effective layer, such as a hologram, a color-shift-effect layer, such as another layer of cholesteric liquid-crystalline material, an interference layer, or a layer formed by iridescent interference-layer pigments or liquid-crystal pigments, or be a machine-readable layer.
- a machine-readable layer advantageously contains machine-readable feature substances, in particular reflective, magnetic, electrically conductive, phosphorescent, fluorescent or other luminescent substances.
- the invention further includes a security paper for the production of value documents or the like and a data carrier, in particular a value document, such as a banknote, identity card or the like, wherein the security paper or the data carrier according to the invention are equipped with a security element of the type described above.
- the described manufacturing method can be advantageously carried out on a conventional printing press, so that no separate machine for aligning the liquid crystals is required. Also, no polarized UV radiation is needed for alignment. Overall, a targeted alignment of nematic liquid-crystalline material is possible, which can be produced by printing thin alignment layers very fine structures.
- Fig. 1 shows a schematic representation of a banknote 10, which is provided with a security element 12 according to the invention.
- the security element 12 appears structureless when viewed without aids. Only when a polarizing filter is placed on the banknote becomes, appears for the viewer a preselected motive, which allows him an assessment of the authenticity of the bill.
- a security element 20 has a carrier film 22, for example a smooth PET film of good surface quality, onto which a thin alignment layer 24 made of a cholesteric liquid-crystalline material is applied, preferably printed.
- the imprint can be done for example in gravure, inkjet or flexographic printing.
- the alignment layer 24 is printed in the form of the desired motif in different subregions 26, 28 with different sized layer thickness d 1 or d 2 .
- both layer thicknesses d 1 and d 2 lie below twice the pitch h of the helical structure of the cholesteric liquid crystal material.
- the pitch h of the cholesteric liquid crystal material is typically a few hundred nm.
- Cholesteric liquid crystal layers with a layer thickness in the range or below 2 times the pitch h can be reproduced and with good accuracy.
- the different orientation ⁇ of the director on the surfaces of the regions 26 and 28 can therefore be specified as desired.
- a comparatively thick motif layer 30 of nematic liquid-crystalline material is printed on the thus structured alignment layer 24 .
- the layer thickness of the motif layer 30 is typically substantially greater than the layer thicknesses of the alignment layer 24 and is for example 0.5 to 4 ⁇ m. Also, the motif layer 30 can be printed over the entire surface with a uniform layer thickness.
- the cholesteric liquid crystals of the alignment layer 24 serve to align the nematic liquid crystals of the motif layer 30.
- the liquid crystals of the nemate layer 30 always align themselves with their preferred direction so that their director points in the direction of the director of the surface of the underlying alignment layer 24.
- the different orientations of the director on the surface of the subregions 26, 28 of the alignment layer 24 thus produce a different orientation of the nematic liquid crystals in the subregions 32 and 34 of the motif layer 30, as indicated by the different hatchings in FIG Fig. 2 indicated.
- the motif of the alignment layer formed by the subregions 26, 28 thus continues into the motif layer 30, resulting in a structured retarder with a regionally different orientation in accordance with the specifications of the motif of the alignment layer.
- the optical effect of the cholesteric alignment layer 24 can be neglected due to their low layer thicknesses d 1 d 2 ⁇ h.
- a layer thickness of the order of magnitude of 10 * h, ie ten times the pitch is required in order to achieve a distinct color-shift effect.
- the layer thickness of the alignment layer 24 is therefore chosen smaller than this layer thickness in the context of the invention, preferably even significantly smaller, and more preferably below 2 times the pitch h, as in the embodiment described above.
- the optical effect of the security element 20 is then determined only by the differently oriented regions of the motif layer 30, while the alignment layer 24 does not contribute to the optical effect, but merely serves for the correct alignment of the nemate layer 30.
- the orientation difference ⁇ of the sub-regions 32,34 of 90 ° in the embodiment maximum contrast between light and dark since the linear polarizer 36th can be oriented in such a way that it is maximally permeable to light from the partial regions 32, while it blocks light from the partial regions 34 ( Fig. 3 (b) ).
- the linear polarizer 36th can be oriented in such a way that it is maximally permeable to light from the partial regions 32, while it blocks light from the partial regions 34 ( Fig. 3 (b) ).
- the linear polarizer 36th can be oriented in such a way that it is maximally permeable to light from the partial regions 32, while it blocks light from the partial regions 34 ( Fig. 3 (b) ).
- an orientation difference ⁇ of 45 ° proves to be advantageous in order to achieve a maximum difference in contrast.
- the alignment layer 24 does not need to be fully applied in the invention. In the regions in which the alignment layer 24 has recesses or even larger gaps, the orientation of the motif layer 30 is then determined by an orientation predetermined by the carrier film 22 or by a separate alignment layer on the carrier film 22. The same effect can be achieved by a very thinly applied region of the alignment layer 24, since the preferred direction of a very thin cholesteric liquid crystal layer practically corresponds to the preferred direction predetermined by the underlying carrier film or an alignment layer, for example from a photoorientierbaren polymer network.
- the motif layer 30 can be applied over the whole area to the alignment layer 24, since a first motif is already predetermined by the structure of the alignment layer 24.
- the motif layer 30 but also applied in the form of a second motif, which is then superimposed and / or supplemented with the first motif of the alignment layer 24.
- the alignment layer 44 may be applied in the form of narrow parallel strips 46, 48 of different layer thicknesses and the motif layer 50 may be printed on the alignment layer 44 in the form of a coat of arms or any other graphic motif.
- the motif layer 50 may be printed on the alignment layer 44 in the form of a coat of arms or any other graphic motif.
- the alignment layer 24 or 44 is advantageously printed on the carrier film 22.
- the cholesteric liquid crystals of the alignment layer can be obtained in a manner known per se from nematic liquid crystals by adding small amounts of a twisting agent. After drying the solvent, the alignment layer is crosslinked by means of UV radiation or electron beam. Subsequently, or after an intermediate storage of the coated carrier films, a layer of nematic liquid crystals is printed. These orient themselves, as described, at the orientation of the uppermost molecular layer of the alignment layer, so that the Nematen layer can orient locally differently even with full-surface printing and therefore reproduce a desired motif.
- hologram embossing lacquer can be applied and a hologram embossing (UV or thermal) take place.
- a direct metallization the application of heat sealing lacquer and subsequent application to a value document come into question, as well as the combination with other cholesteric liquid crystal structures and the transfer to a thread structure, for example for a security thread embedded in a security paper.
- the different orientation of the motif layer is produced by selective photoisomerization of a photoisomerizable substance in the alignment layer.
- a thin alignment layer 64 of a cholesteric liquid-crystalline material having a uniform layer thickness d is first applied to a smooth PET film 62 of good surface quality, as in FIG Fig. 5 (a) shown.
- the alignment layer is preferably printed. Optionally, it is dried physically or by a thermal dryer after printing.
- the alignment layer 64 in this variant of the present invention contains a photoisomerizable substance which isomerizes on exposure and thereby alters the pitch of the resulting helical structure of the cholesteric liquid crystal material.
- the photoisomerizable substance may be a photoisomerizable twisting agent whose twisting strength changes upon exposure.
- the alignment layer 64 is exposed in a further step in air with a desired pattern of UV radiation 66, as in FIG Fig. 5 (b) shown.
- the exposure effects in the irradiated portion 68 a photoisomerization of the cholesteric liquid crystal material and thus usually an increase in the pitch of the helical structure.
- the layer thickness d of the alignment layer 64 is therefore chosen in the exemplary embodiment so that it corresponds to the maximum desired rotation of the director of the cholesteric liquid crystals. If the pitch of the helix structure in the exposed portions 68 is increased by local exposure and photoisomerization, the twist of the director on the surface of the alignment layer 64 is thereby reduced.
- the exposure can be done by a mask 70, for example with a flashlamp as a radiation source.
- a rotating mask for example, a rotating, equipped with motifs transparent cylinder, such as quartz or plastic, comes into question.
- the cylinder can be arranged both above the moving web and under the moving web. In the latter case, wrapping of the web with full contact is possible, but the carrier film 62 must be transparent in the UV range used for the isomerization. In the case of a mask cylinder arranged above the web, this requirement does not apply to the carrier film 62, but there is a risk that the contact of the cylinder with the web disturbs the layer.
- the exposure can also be done by a mask already printed on the back of the film.
- the film must be transparent to the UV radiation used.
- the latter method may require the transfer of the layer at the latest at the end of the production process, should the mask motif not appear in the final product.
- the motif can also be applied with a removable printing ink, which after exposure removed from the carrier film 62, z. B. washed off, is. It is also conceivable, the motive of the mask by a UV-absorbing and visually unrecognizable ink to produce. A mask provided with such a print can therefore remain on the carrier film.
- the exposure can be done with both the positive image and the negative image of the desired subject.
- the mask 70 used may be absorbent or reflective, in which case the heating of the mask or foil may be minimized. It is understood that only the radiation leading to isomerization must be shielded from the mask.
- the printed and exposed carrier sheet advantageously passes through a heated zone with low turbulence for this purpose so that the alignment layer will not be faded.
- the oxygen inhibition prevents the polymerization of the alignment layer 64 in the partial region 68. Rather, the polymerization of the alignment layer 64 is triggered only in a further step by UV irradiation of the entire alignment layer in a protective gas atmosphere (for example Ar, N 2 or CO 2 ).
- a protective gas atmosphere for example Ar, N 2 or CO 2 .
- a motif layer 72 of nematic liquid crystals can be printed on the alignment layer 64 over the entire surface or in the form of another motif.
- the nematic liquid crystals arrange with their preferred direction in accordance with the specifications of the alignment layer 64, so that motif regions 74 and 76 are formed with different orientation of the nematic liquid crystals, as in FIG Fig. 5 (c) shown.
- the detection of the motif can be done by means of a linear polarizer, as in the embodiments described above.
- the photoisomerization of the first step can be effected by using a narrow band radiation source, such as a laser source, UV LEDs, or conventional radiators in conjunction with narrow band filters, without causing polymerization by the radiation lying outside the absorption band of the photoinitiator.
- a narrow band radiation source such as a laser source, UV LEDs, or conventional radiators in conjunction with narrow band filters
- the photoisomerization can also take place before the solvent drying, so that only a heated dryer section is required.
- the crosslinking of the alignment layer 64 then takes place after passing through the solvent dryer.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen mit einer Trägerfolie, die zumindest in einem Teilbereich mit einer Ausrichtungsschicht mit einer im Wesentlichen vernachlässigbaren optischen Wirkung versehen ist, und mit einer auf der Ausrichtungsschicht angeordneten, ausgerichteten Motivschicht auf Basis eines flüssigkristallinen Materials, die zumindest zwei ein Motiv bildende Bereiche mit unterschiedlicher Orientierung des flüssigkristallinen Materials aufweist.The invention relates to a security element for security papers, documents of value and the like having a carrier film which is provided at least in a partial region with an alignment layer having a substantially negligible optical effect, and with a aligned on the alignment layer, aligned motif layer based on a liquid crystalline material, the has at least two forming a motif areas with different orientation of the liquid-crystalline material.
Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel oder Wertdokumente, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen ausgestattet, die eine Überprüfung der Echtheit des Wertgegenstands gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen. Vielfach werden dabei die besonderen Eigenschaften von flüssigkristallinen Materialien ausgenutzt, und dabei vor allem der betrachtungswinkelabhängige Farbeindruck und die lichtpolarisierende Wirkung der Flüssigkristalle.Valuables, such as branded goods or documents of value, are often provided with security elements for the purpose of protection, which allow verification of the authenticity of the object of value and at the same time serve as protection against unauthorized reproduction. In many cases, the special properties of liquid-crystalline materials are exploited, and above all the viewing angle-dependent color impression and the light-polarizing effect of the liquid crystals.
Zur Ausrichtung wird das flüssigkristalline Material meist auf einer für die Ausrichtung von Flüssigkristallen geeigneten Trägerfolie aus Kunststoff aufgebracht. Die Trägerfolie kann auch mit einer speziellen Ausrichtungs- bzw. Alignmentschicht für die Ausrichtung von Flüssigkristallen versehen sein. Als Alignmentschichten kommen beispielsweise eine Schicht aus einem linearen Photopolymer, eine fein strukturierte Schicht oder eine durch Ausübung von Scherkräften ausgerichtete Schicht anfrage. Geeignete fein strukturierte Schichten können durch Prägen, Ätzen, Einritzen oder direkten Druck der Strukturen hergestellt werden.For alignment, the liquid-crystalline material is usually applied to a suitable for the alignment of liquid crystals carrier film made of plastic. The carrier sheet may also be provided with a special alignment layer for aligning liquid crystals. Suitable alignment layers are, for example, a layer of a linear photopolymer, a finely structured layer or a layer oriented by the application of shear forces. Suitable finely structured layers can be produced by embossing, etching, scoring or direct printing of the structures.
Die Druckschrift
Auch das Photoaligment von Flüssigkristallschichten ist bekannt. Im Allgemeinen werden dabei Alignmentschichten aus linearen Photopolymeren eingesetzt, die durch Belichtung mit polarisiertem Licht strukturiert werden können. Beispielsweise beschreibt die Druckschrift
Der technische Aufwand für das Photoaligment von Flüssigkristallschichten ist allerdings beträchtlich. Auch ist meist polarisierte UV-Strahlung erforderlich, um die Ausrichtung der Photopolymere zu gewährleisten. Erfolgt die Ausrichtung durch Prägestrukturen, ist in der Regel ein getrennter Arbeitsgang erforderlich, der oft in einer separaten Maschine durchgeführt werden muss.However, the technical complexity of the photoaligment of liquid crystal layers is considerable. Also, mostly polarized UV radiation is required to ensure alignment of the photopolymers. Aligning by embossing structures usually requires a separate operation, often in a separate machine.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitselement der eingangs genannten Art anzugeben, das die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere soll das Sicherheitselement eine verbesserte Ausrichtung von flüssigkristallinem Material bereitstellen und einen hohen Fälschungsschutz bieten.Based on this, the present invention seeks to provide a security element of the type mentioned, which avoids the disadvantages of the prior art. In particular, the security element provide improved alignment of liquid crystalline material and provide high protection against counterfeiting.
Diese Aufgabe wird durch das Sicherheitselement mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Ein Sicherheitspapier, ein Datenträger sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren sind in den nebengeordneten Ansprüchen angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the security element having the features of the main claim. A security paper, a data carrier and a corresponding manufacturing method are specified in the independent claims. Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Nach der Erfindung ist bei einem gattungsgemäßen Sicherheitselement vorgesehen, dass
- die Ausrichtungsschicht aus einem cholesterischen flüssigkristallinen Material gebildet ist, und die Schichtdicke der Ausrichtungsschicht so gewählt ist, dass ihre optische Wirkung im Wesentlichen vernächlässigbar ist, und dass
- die unterschiedliche Orientierung der Motivschichtbereiche durch eine unterschiedliche effektive Höhe der helikalen Struktur des cholesterischen Flüssigkristallmaterials der Ausrichtungsschicht bewirkt ist.
- the alignment layer is formed from a cholesteric liquid crystalline material, and the layer thickness of the alignment layer is chosen so that its optical effect is substantially negligible, and that
- the different orientation of the motif layer areas is caused by a different effective height of the helical structure of the cholesteric liquid crystal material of the alignment layer.
Die unterschiedliche effektive Höhe der helikalen Struktur bestimmt dabei die Vorzugsrichtung des cholesterischen flüssigkristallinen Materials (angegeben durch den sogenannten "Direktor") an dem der Trägerfolie abgewandten Ende der helikalen Struktur, d. h. an der Oberfläche der Ausrichtungsschicht.The different effective height of the helical structure determines the preferred direction of the cholesteric liquid-crystalline material (indicated by the so-called "director") at the end of the helical structure facing away from the carrier film, ie at the surface of the alignment layer.
Die Ausrichtungsschicht und/oder die Motivschicht werden bei der Herstellung des Sicherheitselements vorzugsweise aufgedruckt. Nach dem Aufbringen und einem eventuellen Lösungsmittel-Trocknungsschritt werden Ausrichtungsschicht und/oder Motivschicht durch UV-Strahlung oder mittels Elektronenstrahl vernetzt. Vor der Vernetzung kann die Ausrichtungsschicht noch einem Photoisomerisierungsschritt unterworfen werden, wie weiter unten erläutert.The alignment layer and / or the motif layer are preferably printed during the production of the security element. After application and a possible solvent-drying step, the alignment layer and / or the motif layer are crosslinked by UV radiation or by electron beam. Before crosslinking, the alignment layer may still be subjected to a photoisomerization step, as explained below.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist die unterschiedliche effektive Höhe der helikalen Struktur des cholesterischen Flüssigkristallmaterials der Ausrichtungsschicht durch Bereiche mit verschieden großer Schichtdicke erzeugt. Wie weiter unten genauer erläutert, ändert sich die Vorzugsrichtung des cholesterischen Flüssigkristallmaterials innerhalb einer Ganghöhe um 360°. An der Oberfläche verschieden dicker Teilbereiche der cholesterischen Ausrichtungsschicht weist der Direktor daher im Allgemeinen in verschiedene durch die Schichtdicke einstellbare Richtungen. Eine nachfolgend aufgebrachte nematische Motivschicht ordnet sich mit ihrer Vorzugsrichtung entsprechend der jeweiligen Vorgaben durch die Ausrichtungsschicht an. Die Vorzugsrichtung der Flüssigkristalle liegt in den meisten Fällen in der Schichtebene. Die Erfindung umfasst jedoch auch Gestaltungen, bei denen die Vorzugsrichtung leicht gegen die Horizontale geneigt ist.In a preferred variant of the invention, the different effective height of the helical structure of the cholesteric liquid crystal material of the alignment layer is produced by regions with differently sized layer thicknesses. As explained in more detail below, the preferred direction of the cholesteric liquid crystal material changes within a pitch of 360 °. Therefore, at the surface of differently thick portions of the cholesteric alignment layer, the director generally has different layer thickness-adjustable directions. A subsequently applied nematic motif layer arranges with its preferred direction according to the respective specifications by the alignment layer. The preferred direction of the liquid crystals is in most cases in the layer plane. However, the invention also includes designs in which the preferred direction is slightly inclined to the horizontal.
Gemäß einer weiteren ebenfalls bevorzugten Erfindungsvariante wird als Ausrichtungsschicht eine Schicht mit einer photoisomerisierbaren Substanz auf die Trägerfolie aufgebracht. Als photoisomerisierbare Substanz kann mit Vorteil ein photoisomerisierbarer Verdriller verwendet werden. Der photoisomerisierbare Verdriller kann dabei zusammen mit einem nematischen Flüssigkristallsystem die Ausrichtungsschicht bilden. Alternativ kann der photoisomerisierbare Verdriller zusätzlich zu einem nicht photoisomerisierbaren Verdriller vorliegen. Die eingesetzten photoisomerisierbaren und nicht photoisomerisierbaren Verdriller können sich dabei im Hinblick auf ihre Wirksamkeit (angegeben durch den sogenannten HTP-(helical twisting power)Wert) und/oder ihre Konzentration unterscheiden. Die Isomerisierung des zusätzlichen Verdrillers kann beispielsweise zu einer Änderung des HTP-Wertes dieses Verdrillers führen und damit eine andere Ganghöhe zur Folge haben. Daneben kann der zusätzliche Verdriller im nicht isomerisierten Zustand eine andere Drehrichtung erzeugen als der nicht photoisomerisierbare Verdriller.According to a further likewise preferred variant of the invention, a layer with a photoisomerizable substance is applied to the carrier film as an alignment layer. As the photoisomerizable substance, a photo-isomerizable twisting agent can be advantageously used. The photoisomerizable twister may form the alignment layer together with a nematic liquid crystal system. Alternatively, the photoisomerizable reducer may be in addition to a non-photoisomerizable Verdriller present. The photoisomerizable and non-photoisomerizable twisters used may differ in terms of their effectiveness (indicated by the so-called HTP (helical twisting power) value) and / or their concentration. The isomerization of the additional twisting device may, for example, lead to a change in the HTP value of this twisting device and thus result in a different pitch. In addition, the additional twisting device in the non-isomerized state can produce a different direction of rotation than the non-photoisomerizable twisting device.
In diesem Fall wird die Trägerfolie mit der aufgebrachten Ausrichtungsschicht vor der Vernetzung der Ausrichtungsschicht in Teilbereichen mit UV-Strahlung beaufschlagt, um die photoisomerisierbare Substanz in diesen Teilbereichen zu isomerisieren. Die Photoisomerisierung des Flüssigkristallmaterials bewirkt in der Regel eine Vergrößerung der Ganghöhe der resultierenden cholesterischen Helixstruktur.In this case, before the crosslinking of the alignment layer in subregions, the carrier film with the applied alignment layer is exposed to UV radiation in subregions in order to isomerize the photoisomerizable substance in these subregions. The photoisomerization of the liquid crystal material usually causes an increase in the pitch of the resulting cholesteric helical structure.
Die Schichtdicke der Ausrichtungsschicht wird daher mit Vorteil so gewählt, dass sie vor der Photoisomerisierung der maximalen gewünschten Verdrehung des Direktors der cholesterischen Flüssigkristalle entspricht. Durch bereichsweise Belichtung und Photoisomerisierung kann die Ganghöhe der Helixstruktur in den belichteten Teilbereichen vergrößert und die lokale Verdrehung des Direktors an der Oberfläche der Ausrichtungsschicht entsprechend reduziert werden.The layer thickness of the alignment layer is therefore advantageously chosen so that it corresponds to the maximum desired rotation of the director of the cholesteric liquid crystals prior to the photoisomerization. By partial exposure and photoisomerization, the pitch of the helical structure in the exposed portions may be increased and the local twist of the director at the surface of the alignment layer may be reduced accordingly.
Die UV-Beaufschlagung zur Isomerisierung erfolgt mit Vorteil in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, insbesondere an Luft, so dass die Polymerisation durch die Sauerstoffinhibierung zunächst verhindert wird. Die UV-Beaufschlagung zur Vernetzung erfolgt anschließend in einer InertgasAtmosphäre, insbesondere in einer Argon-, Stickstoff- oder Kohlendioxid-Atmosphäre.The UV exposure to isomerization is advantageously carried out in an oxygen-containing atmosphere, in particular in air, so that the polymerization is initially prevented by the oxygen inhibition. The UV exposure to crosslinking then takes place in an inert gas atmosphere, especially in an argon, nitrogen or carbon dioxide atmosphere.
Alternativ kann die UV-Beaufschlagung zur Isomerisierung auch in einem Wellenlängenbereich erfolgen, der keine Vernetzung der Ausrichtungsschicht bewirkt. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Abstimmung des Photoinitiators für die Polymerisation und der photoisomerisierbaren Substanz erreicht werden. Schmalbandige Belichtung, beispielsweise mit einem UV-Laser, einer UV-LED oder durch schmalbandige Filter außerhalb der Absorptionsbande des Photoinitiators, löst dann zunächst nur die Photoisomerisierung, nicht jedoch die Polymerisation aus. Nachfolgend kann die erhaltene Struktur durch den Polymerisationsschritt fixiert werden.Alternatively, UV exposure to isomerization may also be in a wavelength range that does not cause cross-linking of the alignment layer. This can be achieved, for example, by suitably tuning the photoinitiator for the polymerization and the photoisomerizable substance. Narrow-band exposure, for example with a UV laser, a UV LED or narrow-band filters outside the absorption band of the photoinitiator, initially triggers only the photoisomerization, but not the polymerization. Subsequently, the obtained structure can be fixed by the polymerization step.
Die UV-Beaufschlagung zur Isomerisierung erfolgt vorzugsweise durch eine Maske hindurch, die in den undurchlässigen Bereichen die die Isomerisierung bewirkende Strahlung abschirmt. Hier kommt insbesondere eine rotierende Maske, eine auf die Rückseite der Trägerfolie aufgedruckte Maske oder ein parallel zur Trägerfolie geführtes Maskenband, wie es beispielsweise in der Druckschrift
Gemäß einer anderen bevorzugten Erfindungsvariante wird die Ausrichtungsschicht vor oder bei der Vernetzung einer bereichsweisen selektiven Erwärmung unterworfen, beispielsweise durch eine mit Motiven versehene Wärmeübertragungswalze oder mittels Laserschreiber, wodurch sich ebenfall eine bereichsweise Änderung der Ganghöhe der helikalen Struktur erzielen lässt.According to another preferred variant of the invention, the alignment layer is subjected before or during the cross-linking to selective heating in regions, for example by a motive heat transfer roller or by means of a laser pen, whereby a partial change of the pitch of the helical structure can also be achieved.
Die Motivschicht des Sicherheitselements ist mit Vorteil auf Basis eines nematischen flüssigkristallinen Materials gebildet. Die Schichtdicke der Motivschicht kann einheitlich sein und liegt insbesondere zwischen etwa 0,5 und etwa 4 µm.The motif layer of the security element is advantageously formed on the basis of a nematic liquid-crystalline material. The layer thickness of the motif layer may be uniform and is in particular between about 0.5 and about 4 microns.
Die Motivschicht kann vollflächig auf die Ausrichtungsschicht aufgebracht werden, da das Motiv bereits durch die unterschiedliche Orientierung der Ausrichtungsschicht vorgegeben und von der Motivschicht übernommen wird. Selbstverständlich kann die Motivschicht zusätzlich in Form eines zweiten Motivs auf die Ausrichtungsschicht aufgebracht werden. Das zweite Motiv kann sich dann mit dem durch die unterschiedlich orientierten Bereiche der Motivschicht gebildeten ersten Motiv zu einer Gesamtinformation ergänzen.The motif layer can be applied over the whole area to the alignment layer, since the motif is already predetermined by the different orientation of the alignment layer and taken over by the motif layer. Of course, the motif layer can additionally be applied to the alignment layer in the form of a second motif. The second motif can then be supplemented with the first motif formed by the differently oriented regions of the motif layer to form a total information.
Die Ausrichtungsschicht ist vorzugsweise durch Kombination eines nematischen Flüssigkristallsystems mit einem Verdriller gebildet. Sie wird erfindungsgemäß stets in einer solchen Schichtdicke aufgebracht, dass ihre optische Wirkung innerhalb des Sicherheitselements vernachlässigbar ist, und die optische Wirkung im Wesentlichen nur von den optischen Eigenschaften der Motivschicht bestimmt wird. Dazu ist die Schichtdicke des Sicherheitselements vorzugsweise stets kleiner als die 5-fache Ganghöhe der helikalen Struktur des cholesterischen Flüssigkristallmaterials gewählt, da oberhalb dieser Dicke bereits deutlich erkennbare Farbeffekte auftreten können.The alignment layer is preferably formed by combining a nematic liquid crystal system with a twist. According to the invention, it is always applied in such a layer thickness that its optical effect within the security element is negligible, and the optical effect is determined essentially only by the optical properties of the motif layer. For this purpose, the layer thickness of the security element is preferably always chosen smaller than the 5-fold pitch of the helical structure of the cholesteric liquid crystal material, since above this thickness already clearly recognizable color effects can occur.
Besonders bevorzugt ist die Schichtdicke der Ausrichtungsschicht sogar kleiner als die 2-fache Ganghöhe der helikalen Struktur des cholesterischen Flüssigkristallmaterials. Neben ihrer vernachlässigbaren optischen Wirkung haben derartige dünne cholesterische Flüssigkristallschichten auch den Vorteil, dass sie sich reproduzierbar und mit guter Genauigkeit herstellen lassen, so dass auch die für die Ausrichtung maßgebliche Orientierung der Flüssigkristalle an der Oberfläche der Ausrichtungsschicht reproduzierbar und genau vorgegeben werden kann.More preferably, the layer thickness of the alignment layer is even less than twice the pitch of the helical structure of the cholesteric liquid crystal material. In addition to their negligible optical effect, such thin cholesteric liquid-crystal layers also have the advantage that they can be produced reproducibly and with good accuracy, so that the orientation of the liquid crystals, which is decisive for the alignment, too can be reproducibly and accurately specified on the surface of the alignment layer.
In Weiterbildungen der Erfindung können eine oder mehrere weitere Schichten vorgesehen sein, die dem Schutz des Sicherheitselements oder einer seiner Teilschichten, einer verbesserten Haftung einzelner Schichten oder einer weiteren Erhöhung der Fälschungssicherheit dienen. Die zumindest eine weitere Schicht kann insbesondere eine reflektierende Schicht, eine beugungsoptisch wirksame Schicht, wie etwa ein Hologramm, eine Farbkippeffekte zeigende Schicht, wie etwa eine weitere Schicht aus cholesterischem flüssigkristallinem Material, eine Interferenzschicht, oder eine durch irisierende Interferenzschichtpigmente oder Flüssigkristallpigmente gebildete Schicht, oder eine maschinenlesbare Schicht sein. Eine solche maschinenlesbare Schicht enthält mit Vorteil maschinenlesbare Merkmalsstoffe, insbesondere reflektierende, magnetische, elektrisch leitfähige, phosphoreszierende, fluoreszierende oder sonstige lumineszierende Stoffe.In developments of the invention, one or more further layers may be provided which serve to protect the security element or one of its partial layers, to improve the adhesion of individual layers or to further increase the security against counterfeiting. The at least one further layer may in particular be a reflective layer, a diffraction-optically effective layer, such as a hologram, a color-shift-effect layer, such as another layer of cholesteric liquid-crystalline material, an interference layer, or a layer formed by iridescent interference-layer pigments or liquid-crystal pigments, or be a machine-readable layer. Such a machine-readable layer advantageously contains machine-readable feature substances, in particular reflective, magnetic, electrically conductive, phosphorescent, fluorescent or other luminescent substances.
Die Erfindung enthält auch ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen, bei dem
- eine Trägerfolie bereitgestellt und zumindest in einem Teilbereich mit einer Ausrichtungsschicht mit einer im Wesentlichen vernachlässigbaren optischen Wirkung versehen wird,
- auf die Ausrichtungsschicht eine ausgerichtete Motivschicht auf Basis eines flüssigkristallinen Materials aufgebracht wird, die zumindest zwei ein Motiv bildende Bereiche mit unterschiedlicher Orientierung des flüssigkristallinen Materials aufweist, wobei
- als Ausrichtungsschicht eine Schicht aus einem cholesterischen flüssigkristallinen Material in einer solchen Schichtdicke aufgebracht wird, dass die optische Wirkung der Ausrichtungsschicht im Wesentlichen vernachlässigbar ist, und wobei
- die unterschiedliche Orientierung der Motivschichtbereiche durch eine unterschiedliche effektive Höhe der helikalen Struktur des cholesterischen Flüssigkristallmaterials der Ausrichtungsschicht bewirkt wird.
- a carrier foil is provided and provided at least in a partial area with an alignment layer having a substantially negligible optical effect,
- on the alignment layer, an aligned motif layer is applied based on a liquid-crystalline material having at least two areas forming a motif with different orientation of the liquid-crystalline material, wherein
- is applied as an alignment layer, a layer of a cholesteric liquid crystalline material in such a layer thickness that the optical effect of the alignment layer is substantially negligible, and wherein
- the different orientation of the motif layer areas is effected by a different effective height of the helical structure of the cholesteric liquid crystal material of the alignment layer.
Die Erfindung enthält ferner ein Sicherheitspapier für die Herstellung von Wertdokumenten oder dergleichen und einen Datenträger, insbesondere ein Wertdokument, wie eine Banknote, Ausweiskarte oder dergleichen, wobei das Sicherheitspapier bzw. der Datenträger erfindungsgemäß mit einem Sicherheitselement der oben beschriebenen Art ausgestattet sind.The invention further includes a security paper for the production of value documents or the like and a data carrier, in particular a value document, such as a banknote, identity card or the like, wherein the security paper or the data carrier according to the invention are equipped with a security element of the type described above.
Das beschriebene Herstellungsverfahren kann vorteilhaft auf einer herkömmlichen Druckmaschine durchgeführt werden, so dass keine separate Maschine für die Ausrichtung der Flüssigkristalle erforderlich ist. Auch wird für die Ausrichtung keine polarisierte UV-Strahlung benötigt. Insgesamt ist eine gezielte Ausrichtung von nematischem flüssigkristallinem Material möglich, wobei durch den Aufdruck dünner Ausrichtungsschichten sehr feine Strukturen erzeugt werden können.The described manufacturing method can be advantageously carried out on a conventional printing press, so that no separate machine for aligning the liquid crystals is required. Also, no polarized UV radiation is needed for alignment. Overall, a targeted alignment of nematic liquid-crystalline material is possible, which can be produced by printing thin alignment layers very fine structures.
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.Further exemplary embodiments and advantages of the invention are explained below with reference to the figures, in the representation of which a representation true to scale and proportion has been dispensed with in order to increase the clarity.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem er- findungsgemäßen Sicherheitselement,
- Fig. 2
- ein Sicherheitselement nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt und einen Linearpolarisator zur Be- trachtung der Motivschicht,
- Fig. 3
- Aufsichten auf das Sicherheitselement von
Fig. 2 , wobei (a) den visuellen Eindruck ohne Hilfsmittel und (b) und (c) den Eindruck bei Betrachtung mit einem in verschiedenen Orien- tierungen aufgelegten Linearpolarisator zeigen, - Fig. 4
- in (a) ein Sicherheitselement nach einem anderen Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt, und in (b) eine Aufsicht auf das Sicherheitselement von (a) bei Betrachtung mit aufgelegtem Linearpolarisator, und
- Fig. 5
- in (c) ein Sicherheitselement nach einem weiteren Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung, und in (a) und (b) Zwischen- schritte bei der Herstellung des Sicherheitselements von (c).
- Fig. 1
- a schematic representation of a banknote with a security element according to the invention,
- Fig. 2
- a security element according to an embodiment of the invention in cross section and a linear polarizer for viewing the motif layer,
- Fig. 3
- Supervision of the security element of
Fig. 2 where (a) shows the visual impression without aids and (b) and (c) the impression when viewed with a linear polarizer placed in different orientations, - Fig. 4
- in (a) a security element according to another embodiment of the invention in cross-section, and in (b) a plan view of the security element of (a) when viewed with superimposed linear polarizer, and
- Fig. 5
- in (c) a security element according to a further embodiment of the invention, and in (a) and (b) intermediate steps in the preparation of the security element of (c).
Die Erfindung wird nun am Beispiel einer Banknote erläutert.
Mit Bezug zunächst auf
Die Ausrichtungsschicht 24 ist in Form des gewünschten Motivs in verschiedenen Teilbereichen 26, 28 mit unterschiedlich großer Schichtdicke d1 bzw. d2 aufgedruckt. Beide Schichtdicken d1 und d2 liegen im Ausführungsbeispiel unterhalb der 2-fachen Ganghöhe h der helikalen Struktur des cholesterischen Flüssigkristallmaterials. Die Ganghöhe h des cholesterischen Flüssigkristallmaterials beträgt typischerweise einige 100 nm. Beispielsweise kann die Schichtdicke d1 etwa 5/4*h und die Schichtdicke d2 etwa 3/2*h betragen, so dass sich die Schichtdicken um Δd = h/4 unterscheiden. Da sich die Vorzugsrichtung des cholesterischen Flüssigkristallmaterials, die durch den sogenannten Direktor angegeben wird, über die Ganghöhe h gerade um 360° dreht, unterscheiden sich die Orientierungen des Direktors an der Oberfläche des Teilbereichs 26 und an der Oberfläche des Teilbereichs 28 um
vorliegend also um Δϕ = 90°.The
in the present case by Δφ = 90 °.
Cholesterische Flüssigkristallschichten mit einer Schichtdicke im Bereich oder unterhalb der 2-fachen Ganghöhe h lassen sich reproduzierbar und mit guter Genauigkeit herstellen. Die unterschiedliche Orientierung Δϕ des Direktors an den Oberflächen der Bereiche 26 und 28 kann daher nach Wunsch vorgegeben werden.Cholesteric liquid crystal layers with a layer thickness in the range or below 2 times the pitch h can be reproduced and with good accuracy. The different orientation Δφ of the director on the surfaces of the
Auf die so strukturierte Ausrichtungsschicht 24 ist eine vergleichsweise dicke Motivschicht 30 aus nematischem flüssigkristallinem Material aufgedruckt. Die Schichtdicke der Motivschicht 30 ist typischerweise wesentlich größer als die Schichtdicken der Ausrichtungsschicht 24 und beträgt beispielsweise 0,5 bis 4 µm. Auch kann die Motivschicht 30 mit einer einheitlichen Schichtdicke vollflächig aufgedruckt werden.On the thus structured
Die cholesterischen Flüssigkristalle der Ausrichtungsschicht 24 dienen erfindungsgemäß der Ausrichtung der nematischen Flüssigkristalle der Motivschicht 30. Die Flüssigkristalle der Nematenschicht 30 ordnen sich mit ihrer Vorzugsrichtung dabei stets so an, dass ihr Direktor in Richtung des Direktors der Oberfläche der darunterliegenden Ausrichtungsschicht 24 zeigt. Die unterschiedlichen Orientierungen des Direktors an der Oberfläche der Teilbereiche 26, 28 der Ausrichtungsschicht 24 erzeugen so eine unterschiedliche Orientierung der nematischen Flüssigkristalle in den Teilbereichen 32 und 34 der Motivschicht 30, wie durch die unterschiedlichen Schraffuren in
Das von den Teilbereichen 26, 28 gebildet Motiv der Ausrichtungsschicht setzt sich somit in die Motivschicht 30 fort, es entsteht ein strukturierter Retarder mit einer entsprechend den Vorgaben des Motivs der Ausrichtungsschicht bereichsweise unterschiedlichen Orientierung.The motif of the alignment layer formed by the
Die optische Wirkung der cholesterischen Ausrichtungsschicht 24 kann aufgrund ihrer geringen Schichtdicken d1 d2 < h vernachlässigt werden. Typischerweise ist bei cholesterischen Flüssigkristallschichten nämlich eine Schichtdicke in der Größenordnung von 10*h, also der zehnfachen Ganghöhe erforderlich, um einen deutlichen Farbkippeffekt zu erreichen. Die Schichtdicke der Ausrichtungsschicht 24 wird daher im Rahmen der Erfindung kleiner als diese Schichtdicke gewählt, vorzugsweise sogar deutlich kleiner und besonders bevorzugt unterhalb der 2-fachen Ganghöhe h, wie im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel. Die optische Wirkung des Sicherheitselements 20 wird dann nur von den verschieden orientierten Bereichen der Motivschicht 30 bestimmt, während die Ausrichtungsschicht 24 zur optischen Wirkung nicht beiträgt, sondern lediglich der korrekten Ausrichtung der Nematenschicht 30 dient.The optical effect of the
Bei Betrachtung des Sicherheitselements 20 ohne Hilfsmittel ist die unterschiedliche Orientierung der Teilbereiche 32, 34 der Motivschicht nicht zu erkennen, da die unterschiedlich polarisierende Wirkung der beiden Teilbereiche mit bloßem Auge nicht wahrnehmbar ist. Dies wird in der Aufsicht der
Ist der in
Wird der Reflektor hingegen durch eine metallische Schicht bereitgestellt, erweist sich ein Orientierungsunterschied Δϕ von 45° als vorteilhaft, um einen maximalen Kontrastunterschied zu erzielen.On the other hand, if the reflector is provided by a metallic layer, an orientation difference Δφ of 45 ° proves to be advantageous in order to achieve a maximum difference in contrast.
Durch die Wahl anderer Werte für Δϕ oder die Hinzunahme weiterer Teilbereiche mit anderen Orientierungsunterschieden können auch Motive mit mehrere Grauabstufungen dargestellt werden. ,By choosing other values for Δφ or adding other sub-areas with different orientation differences, you can also display motifs with several gray shades. .
Die Ausrichtungsschicht 24 muss in der Erfindung nicht vollflächig aufgebracht sein. In den Bereichen, in denen die Ausrichtungsschicht 24 Aussparungen oder auch größere Lücken aufweist, wird die Orientierung der Motivschicht 30 dann durch eine von der Trägerfolie 22 vorgegebene Orientierung oder durch eine separate Alignmentschicht auf der Trägerfolie 22 bestimmt. Dieselbe Wirkung kann durch einen sehr dünn aufgebrachten Bereich der Ausrichtungsschicht 24 erzielt werden, da die Vorzugsrichtung einer sehr dünnen cholesterischen Flüssigkristallschicht praktisch der von der darunterliegenden Trägerfolie bzw. einer Alignmentschicht, beispielsweise aus einem photoorientierbaren Polymernetzwerk, vorgegebenen Vorzugsrichtung entspricht.The
Die Motivschicht 30 kann vollflächig auf die Ausrichtungsschicht 24 aufgebracht werden, da ein erstes Motiv bereits durch die Struktur der Ausrichtungsschicht 24 vorgegeben ist. Selbstverständlich kann die Motivschicht 30 aber auch in Form eines zweiten Motivs aufgebracht werden, das sich dann mit dem ersten Motiv der Ausrichtungsschicht 24 überlagert und/ oder ergänzt.The
Beispielsweise kann, wie beim Sicherheitselement 40 der
Die Ausrichtungsschicht 24 bzw. 44 wird mit Vorteil auf die Trägerfolie 22 aufgedruckt. Die cholesterischen Flüssigkristalle der Ausrichtungsschicht können dabei in an sich bekannter Weise aus nematischen Flüssigkristallen durch Zugabe kleiner Mengen eines Verdrillers erhalten werden. Nach dem Trocknen des Lösungsmittels wird die Ausrichtungsschicht mittels UV-Strahlung oder Elektronenstrahl vernetzt. Anschließend oder nach einer Zwischenlagerung der beschichteten Trägerfolien wird eine Schicht nematischer Flüssigkristalle aufgedruckt. Diese orientieren sich, wie beschrieben, an der Orientierung der obersten Molekülschicht der Ausrichtungsschicht, so dass sich die Nematenschicht auch bei vollflächigem Druck lokal unterschiedlich orientiert und daher ein gewünschtes Motiv wiedergeben kann.The
Nach dem Trocknen des Lösungsmittels und UV-Vernetzung können weitere bei der Herstellung von Sicherheitselementen übliche Schritte erfolgen, die nicht Kern der vorliegenden Erfindung sind und daher nur kurz erwähnt werden. Beispielsweise kann Hologrammprägelack aufgebracht werden und eine Hologrammprägung (UV oder thermisch) erfolgen. Auch eine direkte Metallisierung, das Aufbringen von Heißsiegellack und nachfolgende Applikation auf ein Wertdokument kommen infrage, ebenso wie die Kombination mit weiteren cholesterischen Flüssigkristallstrukturen sowie der Transfer auf einen Fadenaufbau, beispielsweise für einen in ein Sicherheitspapier gebetteten Sicherheitsfaden.After drying of the solvent and UV crosslinking, it is possible to carry out further customary steps in the production of security elements which are not the core of the present invention and are therefore mentioned only briefly. For example, hologram embossing lacquer can be applied and a hologram embossing (UV or thermal) take place. Also a direct metallization, the application of heat sealing lacquer and subsequent application to a value document come into question, as well as the combination with other cholesteric liquid crystal structures and the transfer to a thread structure, for example for a security thread embedded in a security paper.
In einer zweiten Erfindungsvariante wird die unterschiedliche Ausrichtung der Motivschicht durch eine selektive Photoisomerisierung einer photoisomerisierbaren Substanz in der Ausrichtungsschicht erzeugt.In a second variant of the invention, the different orientation of the motif layer is produced by selective photoisomerization of a photoisomerizable substance in the alignment layer.
Zur Herstellung eines Sicherheitselements 60 nach der zweiten Erfindungsvariante wird zunächst auf einer glatten PET-Folie 62 guter Oberflächenqualität eine dünne Ausrichtungsschicht 64 aus einem cholesterischen flüssigkristallinen Material mit einer einheitlichen Schichtdicke d aufgebracht, wie in
Die Ausrichtungsschicht 64 enthält bei dieser Erfindungsvariante eine photoisomerisierbare Substanz, die bei Belichtung isomerisiert und dadurch die Ganghöhe der resultierenden helikalen Struktur des cholesterischen Flüssigkristallmaterials verändert. Die photoisomerisierbare Substanz kann ein photoisomerisierbarer Verdriller sein, dessen Verdrillungsstärke sich bei Belichtung ändert.The
Nach dem Aufbringen wird die Ausrichtungsschicht 64 in einem weiteren Schritt an Luft mit einem gewünschten Motiv mit UV-Strahlung 66 belichtet, wie in
Die Belichtung kann durch eine Maske 70 erfolgen, beispielsweise mit einer Blitzlampe als Strahlungsquelle. Auch eine rotierende Maske, beispielsweise ein rotierender, mit Motiven ausgestatteter transparenter Zylinder, etwa aus Quarz oder Kunststoff, kommt infrage. Der Zylinder kann dabei sowohl über der laufenden Bahn als auch unter der laufenden Bahn angeordnet sein. Im letzteren Fall ist eine Umschlingung der Bahn mit Vollkontakt möglich, allerdings muss die Trägerfolie 62 in dem für die Isomerisierung eingesetzten UV-Bereich transparent sein. Bei einem über der Bahn angeordneten Maskenzylinder entfällt diese Anforderung an die Trägerfolie 62, dafür besteht die Gefahr, dass der Kontakt des Zylinders mit der Bahn die Schicht stört.The exposure can be done by a
Die Belichtung kann auch durch eine auf der Rückseite der Folie bereits aufgedruckte Maske erfolgen. Auch in diesem Fall muss die Folie für die verwendete UV-Strahlung transparent sein. Das letztere Verfahren kann den Transfer der Schicht spätestens am Ende des Produktionsprozesses erforderlich machen, soll das Maskenmotiv nicht im Endprodukt auftauchen. Alternativ kann das Motiv auch mit einer entfernbaren Druckfarbe aufgebracht sein, die nach der Belichtung von der Trägerfolie 62 wieder entfernt, z. B. abgewaschen, wird. Es ist auch denkbar, das Motiv der Maske durch eine UV-Strahlung absorbierende und visuell nicht erkennbare Druckfarbe zu erzeugen. Eine mit einem solchen Aufdruck versehene Maske kann daher auf der Trägerfolie verbleiben.The exposure can also be done by a mask already printed on the back of the film. Also in this case, the film must be transparent to the UV radiation used. The latter method may require the transfer of the layer at the latest at the end of the production process, should the mask motif not appear in the final product. Alternatively, the motif can also be applied with a removable printing ink, which after exposure removed from the
Ferner kann die Belichtung durch ein parallel zur Trägerfolie 62 geführtes Maskenband, wie es in der Druckschrift
Die Belichtung kann sowohl mit dem Positivbild als auch mit dem Negativbild des gewünschten Motivs erfolgen. Die verwendete Maske 70 kann absorbierend oder reflektierend ausgeführt sein, wobei in letzterem Fall die Erwärmung der Maske oder Folie auf ein Minimum reduziert werden kann. Es versteht sich, dass nur die zur Isomerisierung führende Strahlung von der Maske abgeschirmt werden muss.The exposure can be done with both the positive image and the negative image of the desired subject. The
Nach dem Belichtungsschritt ist eine gewisse Ruhezeit nötig, in der sich die Neuordnung der Flüssigkristallmoleküle in den bestrahlten Bereichen stabilisiert. Die bedruckte und belichtete Trägerfolie durchläuft zu diesem Zweck mit Vorteil eine erwärmte Zone mit geringen Turbulenzen, so dass die Ausrichtungsschicht nicht verblasen wird.After the exposure step, a certain rest time is needed in which the reorganization of the liquid crystal molecules in the irradiated areas stabilizes. The printed and exposed carrier sheet advantageously passes through a heated zone with low turbulence for this purpose so that the alignment layer will not be faded.
Da die Belichtung für die Photoisomerisierung an Luft erfolgt, wird durch die Sauerstoffinhibierung die Polymerisation der Ausrichtungsschicht 64 im Teilbereich 68 verhindert. Die Polymerisation der Ausrichtungsschicht 64 wird vielmehr erst in einem weiteren Schritt durch UV-Bestrahlung der gesamten Ausrichtungsschicht in einer Schutzgasatmosphäre (beispielsweise Ar, N2 oder CO2) ausgelöst. Die unterschiedlichen Helixstrukturen in den bestrahlten und nicht bestrahlen Bereichen werden durch die Vernetzung der Ausrichtungsschicht dauerhaft fixiert.Since the exposure for the photoisomerization is carried out in air, the oxygen inhibition prevents the polymerization of the
Nun kann, wie beim oben beschriebenen ersten Erfindungsaspekt, eine Motivschicht 72 aus nematischen Flüssigkristallen vollflächig oder in Form eines weiteren Motivs auf die Ausrichtungsschicht 64 aufgedruckt werden. Auch bei dieser Erfindungsvariante ordnen sich die nematischen Flüssigkristalle mit ihrer Vorzugsrichtung entsprechend den Vorgaben der Ausrichtungsschicht 64 an, so dass Motivbereiche 74 und 76 mit unterschiedlicher Orientierung der nematischen Flüssigkristalle entstehen, wie in
Anstatt die Photoisomerisierung und die Polymerisation in unterschiedlichen Atmosphären durchzuführen, ist es in einem alternativen Herstellungsverfahren auch möglich, den für die Polymerisation verantwortlichen Photoinitiator und die photoisomerisierbare Substanz so aufeinander abzustimmen, dass Photoisomerisierung und Polymerisation bei unterschiedlichen Wellenlängen durchgeführt werden können. Dann kann etwa die Photoisomerisierung des ersten Schritts durch Einsatz einer schmalbandigen Strahlungsquelle, wie etwa einer Laserquelle, UV-LEDs, oder herkömmliche Strahler in Verbindung mit schmalbandigen Filtern bewirkt werden, ohne dass durch die außerhalb der Absorptionsbande des Photoinitiators liegende Bestrahlung eine Polymerisation ausgelöst wird. Diese kann anschließend in einem zweiten Schritt konventionell mit einem gewöhnlichen UV-Strahler erfolgen.Instead of carrying out the photoisomerization and the polymerization in different atmospheres, it is also possible in an alternative production method to match the photoinitiator responsible for the polymerization and the photoisomerizable substance so that photoisomerization and polymerization at different wavelengths can be carried out. Then, for example, the photoisomerization of the first step can be effected by using a narrow band radiation source, such as a laser source, UV LEDs, or conventional radiators in conjunction with narrow band filters, without causing polymerization by the radiation lying outside the absorption band of the photoinitiator. This can then be done conventionally in a second step with a conventional UV emitter.
In einer weiteren Verfahrensvariante kann die Photoisomerisierung auch vor dem Lösungsmitteltrocknen erfolgen, so dass nur eine beheizte Trocknerstrecke erforderlich ist. Bei dieser Variante erfolgt die Vernetzung der Ausrichtungsschicht 64 dann nach dem Durchlaufen des Lösungsmitteltrockners. In a further process variant, the photoisomerization can also take place before the solvent drying, so that only a heated dryer section is required. In this variant, the crosslinking of the
Claims (15)
- A security element (20) for security papers, value documents and the like, having- a substrate foil (22) that is provided, at least in a sub-region, with an alignment layer (24) having a negligible optical effect, and- on the basis of a liquid crystal material, an aligned motif layer (30) that is arranged on the alignment layer (24) and that exhibits at least two motif-forming regions (32, 34) having a differing orientation of the liquid crystal material,
characterized in that- the alignment layer (24) is formed from a cholesteric liquid crystal material, and the layer thickness of the alignment layer (24) is chosen such that its optical effect is negligible, and in that- the differing orientation of the motif layer regions (32, 34) is effected by a differing effective height of the helical structure of the cholesteric liquid crystal material of the alignment layer (24). - The security element according to claim 1, characterized in that the differing effective height of the helical structure of the cholesteric liquid crystal material of the alignment layer is produced by regions having differently sized layer thicknesses.
- The security element according to claim 1 or 2, characterized in that the differing effective height of the helical structure of the cholesteric liquid crystal material of the alignment layer is produced by a differing pitch of the helical structure.
- The security element according to claim 3, characterized in that the alignment layer includes a photoisomerized substance, the differing pitch of the helical structure of the cholesteric liquid crystal material of the alignment layer being produced by a selective photoisomerization of the photoisomerizable substance in some regions.
- The security element according to claim 3, characterized in that the differing pitch of the helical structure of the cholesteric liquid crystal material of the alignment layer is produced by a selective heating of the cholesteric liquid crystal material in some regions before or upon crosslinking of the alignment layer.
- The security element according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the motif layer is formed on the basis of a nematic liquid crystal material.
- The security element according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the layer thickness of the alignment layer is always less than 5 times the pitch, especially always less than 2 times the pitch of the helical structure of the cholesteric liquid crystal material.
- The security element according to one of claims 1 to 7, characterized in that the motif layer is applied to the alignment layer contiguously or in the form of a second motif.
- The security element according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that one or more further layers are provided that serve to protect the security element or one of its sub-layers, to improve the adhesion of individual layers or to further increase the counterfeit security, the at least one further layer preferably being a reflective layer, a diffraction-optically effective layer, a layer displaying a color-shift effect or a machine-readable layer.
- A method for manufacturing a security element (20) for security papers, value documents and the like, in which- a substrate foil (22) is provided and, at least in a sub-region, is provided with an alignment layer (24) having a negligible optical effect,- to the alignment layer (24) is applied, on the basis of a liquid crystal material, an aligned motif layer (30) that exhibits at least two motif-forming regions (32, 34) having a differing orientation of the liquid crystal material,
characterized in that- as the alignment layer (24), a layer composed of a cholesteric liquid crystal material is applied in a layer thickness, in that the optical effect of the alignment layer (24) is negligible, and in that- the differing orientation of the motif layer regions (32, 34) is effected by a differing effective height of the helical structure of the cholesteric liquid crystal material of the alignment layer (24). - The method according to claim 10, characterized in that the alignment layer and/or the motif layer is imprinted and in that, after application, the alignment layer and/ or the motif layer is crosslinked preferably by UV radiation or electron beam.
- The method according to at least one of claims 10 to 11, characterized in that the alignment layer is applied in differently sized layer thicknesses in some regions to produce the differing effective height of the helical structure of the cholesteric liquid crystal material.
- The method according to at least one of claims 10 to 12, characterized in that, as the alignment layer, a layer having a photoisomerizable substance is applied and, particularly preferably, before the crosslinking of the alignment layer, the substrate foil having the applied alignment layer is impinged on in sub-regions with UV radiation to isomerize the photoisomerizable substance in these sub-regions.
- A security paper for manufacturing value documents or the like that is furnished with a security element (20) according to at least one of claims 1 to 9.
- A data carrier, especially a value document, such as a banknote, identification card or the like, that is furnished with a security element (20) according to one of claims 1 to 9.
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