Die Erfindung betrifft ein Flächenmuster und ein Verfahren der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 8 genannten Art.
Solche Flächenmuster weisen in der Flächenform strukturlose, optisch diffraktive Bildelemente auf, die in ihrer Gesamtheit ein Muster bilden, und dienen als Sicherheitselemente zur Beglaubigung der Echtheit eines Gegenstandes.
Flächenmuster sind aus der europäischen Patentanmeldung EP 537 439 A1 bekannt, welche allerdings einen Bildaufbau aus visuell erkennbaren, geometrischen Formen mit optisch diffraktiven Reliefstrukturen aufweisen. Die in der europäischen Patentanmeldung EP 375 833 A1 beschriebenen Flächenmuster sind aus strukturlosen Bildelementen aufgebaut. Allen Flächenmustern mit Beugungsgittern ist die Eigenschaft gemeinsam, dass die Flächenmuster je nach Betrachtungsrichtung ein unterschiedliches, sich durch seine Lichtintensität von der Umgebung abhebendes Muster erkennen lassen.
Aus der britischen Anmeldung GB-A 2 136 352 ist ein Verfahren zur Herstellung eines semitransparenten, optischen Sicherheitselements bekannt. Nach dem Prägen von Reliefstrukturen in eine Oberfläche einer Kunststofffolie und dem vollflächigen Metallisieren der geprägten Oberfläche werden Teile der Metallschicht mit einem Schutzlack überzogen und mit einem Ätzmittel die ungeschützten Teile der Metallschicht entfernt. Die Teilflächen des Sicherheitselements ohne Metallschicht sind transparent, während in den übrigen Teilen die Metallschicht auf den Reliefstrukturen einfallendes Licht beugt und reflektiert.
Ausgehend von einem Zwischenprodukt, das eine Kunststofffolie mit eingeprägten und vollflächig metallisierten Reliefstrukturen ist, beschreibt die europäische Patentanmeldung EP 758 587 A1 das direkte drucktechnische Auftragen des Ätzmittels auf die Metallschicht in vorbestimmten Flächen. Das Ätzmittel entfernt die reflektierende Metallschicht in diesen Flächen, die dadurch transparent werden und nicht mehr fähig sind, Licht zu beugen. Auf den nicht mit dem Ätzmittel behandelten Flächen bleibt das Vermögen erhalten, Licht an den Reliefstrukturen zu beugen oder an glatten Flächen zu spiegeln. Schliesslich wird die Kunststofffolie mit einem transparenten Schutzlack vollflächig so überzogen, dass die Teile der Reflexionsschicht im Kunststofflaminat des Sicherheitselements eingebettet sind.
Die europäische Patentanmeldung EP 201 323 A2 enthält eine Zusammenstellung von allen bekannten Materialien, die für die Herstellung von Kunststofflaminaten mit beugungsoptischen Reliefstrukturen geeignet sind. Die Angaben umfassen insbesondere auch den Brechungsindex.
Die Sicherheitselemente der genannten Art sind kostengünstig nur in grossen Stückzahlen herzustellen, für Unikate oder Kleinserien ist der Aufwand prohibitiv.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitselement mit einem teilmetallisierten Flächenmuster zu schaffen, das auch für Unikate in der Herstellung kostengünstig ist.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 8 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen dargestellt und näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 ein Zwischenprodukt,
Fig. 2 eine Anordnung von Transparentflächen und Bildelementen mit Reliefstrukturen,
Fig. 3 ein Sicherheitselement im Querschnitt,
Fig. 4 eine Vorrichtung zum Ätzen von Mustern,
Fig. 5 die Erzeugung eines Musters,
Fig. 6 eine Sicherheitsmarke und
Fig. 7 ein Flächenmuster.
Die Fig. 1 zeigt in einem vergrösserten Ausschnitt eine mit einer transparenten Lackschicht 1 beschichtete bandförmige Trägerfolie 2. Die freie Oberfläche der Lackschicht 1 ist mit einer Reflexionsschicht 3 überzogen. Die Lackschicht 1 und die Trägerfolie 2 können eine Zwischenschicht 5 einschliessen. Die Trägerfolie 2 verleiht den aufgetragenen Schichten eines Laminats 4 die für die Ausführung der weiteren Herstellungsschritte notwendige mechanische Festigkeit. Im Handel sind solche beschichtete Trägerfolien 2 als Rollen in verschiedenen Breiten mit oder ohne Reflexionsschicht 3 erhältlich, die als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Flächenmustern dienen können.
Die Trägerfolie 2, beispielsweise ein 10 bis 50 Mikrometer dickes Polyesterband, wird zunächst einseitig mit der Zwischenschicht 5 aus einer wachsartigen Substanz von 0,1 bis 0,4 Mikrometer Dicke beschichtet. Die Zwischenschicht 5 wird anschliessend mit wenigstens einer Lackschicht 1 von einer Dicke im Bereich von 1 bis 5 Mikrometern überzogen. Mit Vorteil wird ein Lack auf Acrylbasis verwendet. Wie weiter unten ausgeführt ist, ermöglicht eine solche Zwischenschicht 5 eine leichtes Ablösen der Trägerfolie 2 von der Lackschicht 1.
Für den Schichtaufbau des Laminats 4 sind viele Varianten bekannt. Soll beispielsweise die Trägerfolie 2 als transparenter Schutz mit der Lackschicht 1 fest verbunden bleiben, ist die wachsartige Substanz der Zwischenschicht 5 durch einen transparenten Haftvermittler ersetzt, der zum Beispiel ein aus Polyurethan aufgebauter Lack sein kann. Bei guter Haftung der Lackschicht 1 auf der Trägerfolie 2 kann die Zwischenschicht 5 auch weggelassen werden. Bei Ausweis- und Wertkarten kann die Trägerfolie 2 als Kartensubstrat dienen, dessen Dicke typisch im Bereich 0,1 mm bis 1 mm liegt. Die Trägerfolie 2 selbst kann als Schichtverbund ausgeführt sein, um eine gute Formstabilität der Karte zu erreichen.
In die Lackschicht 1 sind mikroskopisch feine, beugungsoptisch wirksame Reliefstrukturen 6 mit Höhenunterschieden bis zu einem Mikrometer abgeformt. Die Reflexionsschicht 3 weist eine Dicke im Bereich von 10 bis 100 nm auf, die vor oder nach dem Abformen der Reliefstrukturen 6 aufgebracht werden kann. Für die Reflexionsschicht 3 eignen sich beispielsweise chemisch oder thermisch durch Aufdampfen abgeschiedene Schichten aus Aluminium, Chrom, Tellur, Kupfer usw. Unter dem Begriff Reliefstruktur 6 sind abformbare Beugungsgitter aller Art, diffus streuende Mattstrukturen und auch hochglänzende, spiegelnde Oberflächen zu verstehen.
Beispielsweise sind in der Zeichnung der Fig. 1 drei sich voneinander unterscheidende Reliefstrukturen 6 in parallelen Streifen 7, 8 und 9 abgeformt, wie durch das zeichnerische Mittel der Schraffur angedeutet wird. Jeder Streifen 7, 8 oder 9 weist gleiche Abmessungen auf und ist mit Vorteil quer bzw. längs zur Bandlaufrichtung 10 angeordnet. Die Streifen 7, 8 und 9 wiederholen sich zyklisch (7, 8, 9; 7, 8, 9; 7, 8, 9; usw.) längs bzw. quer zur Bandlaufrichtung 10 und bilden Streifenzyklen 11. Die Streifen 7 und 8, 8 und 9 sowie 9 und 7 können sich paarweise mit ihrer Längsseite berühren oder sind durch einen schmalen Zwischenraum getrennt. Das so erhaltene Zwischenprodukt ist für ein erstes Fertigungsverfahren wiederum auf Rollen gewickelt zwischengelagert, bis es zu den letzten Verarbeitungsschritten zur Herstellung der beugungsoptisch aktiven Flächenmuster benötigt wird.
Für ein zweites Fertigungsverfahren wird nach dem Abformen der Reliefstrukturen 6 ein transparenter oder in einem vorbestimmten Spektralbereich absorbierender Decklack, z.B. auf Acrylbasis, einige Mikrometer dick als Deckschicht 12 auf die Reflexionsschicht 3 aufgetragen und die Reliefstrukturen 6 ausgeebnet, um sie vor mechanischen Beschädigungen zu schützen. Das so erhaltene Zwischenprodukt für das zweite Fertigungsverfahren der Flächenmuster wird wiederum auf Rollen gewickelt zwischengelagert.
Das Harz der Deckschicht 12 kann als Heisskleber formuliert sein, der ein Aufkleben eines aus dem Laminat 4 abgetrennten Abschnitts auf die Oberfläche eines zu schützenden oder die Echtheit zu beglaubigenden Gegenstands ermöglicht. Der Abschnitt dient somit als optisches Sicherheitselement.
Die Fig. 2 zeigt ein einfaches Beispiel mit nur zwei Streifen 8 und 9, die den Streifenzyklus 11 bilden und sich durch zwei verschiedene Reliefstrukturen 6 (Fig. 1) unterscheiden. Das Flächenmuster des beispielhaft gezeigten Sicherheitselementes umfasst zwei ineinander verschachtelte Muster, die aus kleinen strukturlosen Bildelementen 13 bzw. 14, so genannte Pixel zusammengesetzt sind. Die Flächen der Bildelemente 13 und 14 sind als Rechtecke gezeichnet und mit dem zeichnerischen Mittel des Schraffierens unterschieden. Die Bildelemente 13 liegen alle auf den parallelen Streifen 8 mit der einen Reliefstruktur 6 und bilden ein erstes Muster, den Buchstaben "B". Die Bildelemente 14 sind auf den parallelen Streifen 9 mit der anderen Reliefstruktur 6 angeordnet und fügen sich zum zweiten Muster, dem Buchstaben "A", zusammen.
In Wirklichkeit sind die Flächen der Bildelemente 13, 14 nicht auf Rechtecke beschränkt und nicht mit Linien berandet, wie dies aus der Zeichnung zu erwarten wäre. In den von den beiden Mustern belegten Flächen sind die Reliefstrukturen 6 von der Reflexionsschicht 3 bedeckt. Mittels einer Lupe kann beobachtet werden, dass die Flächen der Bildelemente 13, 14 nur durch das Vorhandensein der Reflexionsschicht 3 (Fig. 1) und durch die Reliefstruktur 6 definiert sind und beliebig geformt sein können. Ebenso sind die Reliefstrukturen 6 mikroskopisch feine, lichtbeugende optische Gitter und keine drucktechnisch erzeugten Schraffuren. Auf die als Gitter ausgebildeten Reliefstrukturen 6 der Bildelemente 13, 14 einfallendes Licht wird, entsprechend den Gitterparametern (Spatialfrequenz, Relieftiefe, Orientierung in der Gitterebene Azimut theta Ü und Profilform) reflektierend gebeugt.
Die Gesamtheit der Bildelemente 13 bzw. 14 erzeugt wegen der Interferenz des am zugeordneten Gitter gebeugten Lichtes ein brilliantes Farbmuster, das sich für den Beobachter von der Umgebung markant abhebt, sobald das gebeugte Licht einer der Beugungsordnungen des entsprechenden Gitters der Bildelemente 13 bzw. 14 in das Auge des Beobachters fällt.
Ausserhalb der von den Bildelementen 13 und 14 der beiden Muster eingenommenen Flächen fehlt die Reflexionsschicht 3 auf Reliefstruktur 6, d.h. diese Flächen bilden aus ganzen Pixeleinheiten 15 zusammengesetzte, von der Art des Decklacks der Deckschicht 12 abhängige Farb- oder Transparentflächen. Bei der Verwendung eines transparenten Decklacks sind derartige Flächenmuster semitransparent, da die Gesamtheit der Transparentflächen, die sich fast gleichmässig über das Flächenmuster verteilen, meist mehr als die Hälfte des Flächenmusters umfassen. Für einen Beobachter sind hinter dem Sicherheitselement angeordnete Strukturen durch die Transparentflächen hindurch erkennbar. Die Strukturen sind in der Regel grösser als das Flächenmuster und umfassen auch Gebiete innerhalb der Muster.
Die beleuchteten optischen Gitter des Flächenmusters des Sicherheitselements erzeugen ihre Muster nur in der ihnen durch die Gitterparameter der Reliefstruktur 6 der Bildelemente 13 bzw. 14 vorbestimmten Richtung. Je nach der Beleuchtungs- und Betrachtungsbedingung erkennt der Beobachter entweder das erste Muster "A" oder das zweite Muster "B" auf dem Sicherheitselement. Ausserhalb dieser Betrachtungsrichtungen erscheint das Sicherheitselement im Wesentlichen transparent, wobei die Transparentflächen von den metallisch schimmernden Teilflächen der Bildelemente 13 und 14 getrennt sind.
Aus Gründen der zeichnerischen Darstellung sind in der Fig. 2 die beiden Muster "A" und "B" stark vergrössert. In Wirklichkeit weist der Streifenzyklus 11, bestehend aus zwei oder mehr verschiedenen Streifen 7 (Fig. 1) bis 9 eine Höhe h von weniger als 0,5 mm auf. Im Beispiel der Fig. 2 weist der Streifenzyklus 11 nur die zwei Streifen 8 und 9 auf, wobei die Breite der Streifen 8 und 9 weniger als 0,3 mm beträgt. Die Abmessung der Bildelemente 13, 14 in Längsrichtung der Streifen 8 und 9 ist gleich der Breite B der Streifen 8 und 9 oder ein ganzzahliges Vielfaches davon. Die Höhe des Buchstabens "A" im Beispiel der Fig. 2 wäre rund 4 mm. In der normalen Sehdistanz sind solche Bildelemente 13 bzw. 14 visuell nicht mehr getrennt wahrnehmbar und verschmelzen zu dem unter der Betrachtungsrichtung sichtbaren ersten bzw. zweiten Muster.
Für jedes Muster werden Bildelemente 13 bzw. 14 wenigstens einen der Streifen 7 bis 9 in jedem Streifenzyklus 11 benötigt. Die Anzahl N der unter verschiedenen Blickrichtungen sichtbaren Muster ist daher höchstens gleich der Anzahl M der Streifen 7 bis 9. Die Anzahl M ist einerseits durch das Abformen und die Wirksamkeit des Gitters begrenzt, wobei die Streifen 7 bis 9 eine minimale Breite von etwa 20 mu m aufweisen müssen, und andererseits ist die Genauigkeit entscheidend, mit der die schmalen Streifen 7 bis 9 bei den nachstehend beschriebenen Fertigungsverfahren lokalisiert werden können.
Im Gegensatz zu den bekannten zweidimensionalen Flächenmustern mit optischen Beugungsgittern liegen die gleichzeitig sichtbaren Bildelemente 13 bzw. 14 auf einem der parallelen Streifen 7 bis 9, weil zur Erzeugung der sichtbaren Muster lediglich die Reflektivität des Materials in der Reflexionsschicht 3 in den für die Muster nicht benötigten Transparentflächen vermindert wird.
Das Zerstören der hohen Reflektivität des Materials in der Reflexionsschicht 3 erfolgt in einem ersten Fertigungsverfahren durch das vollständige chemische oder thermische Entfernen der freiliegenden Reflexionsschicht 3 in den für Farb- oder Transparentflächen vorbestimmten Pixelelementen 15. In einem andern Fertigungsverfahren wird durch die Lackschicht 1 hindurch die innere Struktur des reflektiven Materials zwischen der Lackschicht 1 und der Deckschicht 12 in den Pixelelementen 15 mittels thermischer Energie so verändert, dass die Farb- oder Transparentflächen entstehen.
Anhand der Fig. 3 und 4 ist das erste Fertigungsverfahren beschrieben. Mittels eines Druckverfahrens werden in der Fig. 3 die für die Muster benötigten Bildelemente 13 bzw. 14 (Fig. 1) mit der Reliefstruktur 6 eines jeden Streifens 7 (Fig. 1) bis 9 (Fig. 1) zunächst mit einem Schutzlack 16 abgedeckt. Nach dem Trocknen des Schutzlacks 16 wird ein Ätzmittel aufgesprayt, das die freiliegende Reflexionsschicht 3 in den nicht abgedeckten, für die Muster nicht benötigten Pixeleinheiten 15 angreift und entfernt. An den mit Schutzlack 16 geschützten Stellen bleibt die Reflexionsschicht 3 erhalten.
Wegen der geringen Dicke der Reflexionsschicht 3 (weniger als 100 nm) erfolgt dieser Vorgang mit so grosser Geschwindigkeit, dass unmittelbar nach dem Auftragen das Ätzmittel wieder entfernt und auf die getrocknete Oberfläche der Decklack über die Flächen mit dem Schutzlack 16 und die von der Reflexionsschicht 3 freien Pixeleinheiten 15 aufgetragen werden kann. In den Pixeleinheiten 15 verbindet sich die Deckschicht 12 mit dem Material der Lackschicht 1. Die optisch aktive Grenzschicht zwischen der Lackschicht 1 und der Deckschicht 12 verschwindet völlig, wenn das Material der Lackschicht 1 und der Deckschicht 12 fast denselben Brechungsindex aufweisen. Damit bleiben auch die Beugungseffekte an der nicht mit der Reflexionsschicht 3 bedeckten Reliefstruktur 6 für das unbewaffnete Auge praktisch unsichtbar.
In der Fig. 3 ist daher die Grenzschicht mit einer gestrichelten Linie eingezeichnet.
Nach der eingangs erwähnten europäischen Patentanmeldung EP 758 587 A1 kann das Ätzmittel auch direkt auf die Pixeleinheiten 15 aufgedruckt werden, in denen die Reflexionsschicht 3 entfernt werden soll. Ein Aufdrucken und Trocknen des Schutzlacks 16 erübrigt sich. Unmittelbar nach dem selektiven Auftrag des Ätzmittels erfolgt wie oben nach einem Reinigungsschritt der Auftrag des Decklacks für die Deckschicht 12.
Die beiden beschriebenen Beispiele der ersten Fertigungsmethode verwenden mit Vorteil einen in der Fig. 4 gezeigten, mit einem handelsüblichen Personalcomputer 17 verbundenen Tintenstrahldrucker, wobei dessen Druckkopf 18 und der Vorschub des Laminats 4 sehr leicht mittels des Personalcomputers 17 gesteuert werden können. Die Auflösung dieser Tintenstrahldrucker beträgt heute 720 Punkte pro Inch oder fast 30 Punkte pro Millimeter mit einem Durchmesser der einzelnen Punkte von etwa 0,04 mm. Damit sind Streifenzyklen 11 (Fig. 1) mit zehn verschiedenen Streifen 7 (Fig. 1) bis 9 (Fig. 1) von 0,05 mm Breite herstellbar, ohne die Höhe h (Fig. 2) von 0,5 mm zu überschreiten. Erreicht die Höhe h einen Wert über 0,5 mm, wird der Raster der Bildelemente 13, 14 zu grob und für den Beobachter sichtbar. Aus künstlerischen Erwägungen könnten solche groben Raster zur Anwendung gelangen.
Unterscheiden sich die Reliefstrukturen 6 in den Streifen 7 bis 9 des Laminats 4 nur im Azimut theta , so sind je nach Orientierung des Laminats 4 in seiner Ebene nur die der Streifen 7 bis 9 sichtbar, deren Reliefstruktur 6 im Wesentlichen quer zur Blickrichtung orientiert ist. Zwei oder mehr der Streifen 7 bis 9 des Streifenzyklus 11 können Reliefstrukturen 6 mit dem gleichen Azimut theta aufweisen und sich in andern Gitterparametern unterscheiden. Beispielsweise sind die monochromatisch beleuchteten Bildelemente 13, 14 dieser Streifen 7 bis 9 nacheinander beim Kippen um eine Achse senkrecht zur Blickrichtung sichtbar, wenn die Reliefstruktur 6 der Bildelemente 13, 14 nur verschiedene Spatialfrequenzen besitzen.
Das Laminat 4 wird von einer Vorratsrolle 19 abgerollt und im Kontakt mit der Trägerfolie 2 (Fig. 1) glatt über einen Gegenzylinder 20 des Tintenstrahldruckers und wenigstens einer zusätzlichen Umlenkrolle 21 zur Produktrolle 22 geführt und dort wieder aufgerollt. Damit das Laminat 4 mit seinem Streifenzyklus 11 mit dem Druckkopf 18 synchronisiert werden kann, ist ein optischer Streifendetektor 23 so angeordnet, dass beim Vorbeilaufen des Laminats 4 der Streifendetektor 23 die Abfolge der Streifen 7 bis 9 im Streifenzyklus 11 und der Streifenzyklen 11 optisch erkennen kann und entsprechende Synchronisiersignale an den Personalcomputer 17 senden kann, z.B. über eine den Personalcomputer 17 mit dem Streifendetektor 23 verbindende Leitung 24.
Ohne diese Synchronisierung des Vorschubs des Laminatbands mit der Position des Druckkopfs 18 kann das Flächenmuster der Bildelemente 13 (Fig. 2), 14 (Fig. 2) nicht mit der erforderlichen Genauigkeit auf das Laminat 4 übertragen werden. Als Streifendetektoren 23 eignen sich aus der europäischen Anmeldung EP 366 858 A1 bekannte Einrichtungen und die in der Anmeldung EP 392 085 A1 beschriebenen Spurdetektoren.
In einer ersten Ausführung überträgt der vom Personalcomputer 17 gesteuerte Druckkopf 18 in seinem Schreibstrahl 25 Tröpfchen des Schutzlacks 16 (Fig. 3) auf die vorbestimmten Stellen der Reflexionsschicht 3 (Fig. 3). Das Laminat 4 mit dem auf den Bildelementen 13 und 14 gedruckten Schutzlack 16 wird, beispielsweise mit ultraviolettem Licht 26, in einer ersten Trockenstation 27 ausgehärtet. Anschliessend wird mit der Sprühvorrichtung 28 das Ätzmittel aufgetragen, wobei die ungeschützte, freiliegende Reflexionsschicht 3 aufgelöst wird. Das Laminat 4 durchläuft nun eine Waschstation 29, um das Ätzmittel zu entfernen. Ein Gebläse 30 trocknet danach die Oberfläche des Laminats 4 mittels Warmluft. Die Reliefstruktur 6 erhält einen Auftrag des Decklacks mittels eines an sich bekannten Druckwalzensystems 31.
Nach dem Durchlaufen einer weiteren Trockenstation 32 wird das Laminat 4 auf der Produktrolle 22 aufgerollt.
Selbstverständlich kann das Laminat 4 unmittelbar nach der Trockenstation 27 aufgerollt werden und die folgenden Arbeitsschritte Ätzen, Waschen und Aufbringen des Decklacks zu einem späteren Zeitpunkt mit anderen Durchlaufgeschwindigkeiten nachgeholt werden.
Wird mit dem Druckkopf 18 direkt das Ätzmittel in die nicht den Bildelementen 13, 14 zugehörenden Pixeleinheiten 15 (Fig. 3) aufgetragen, vereinfacht sich die Einrichtung in der Fig. 4, da die Trockenstation 27 und die Sprühvorrichtung 28 nicht benötigt werden.
Als dritte Variante des ersten Fertigungsverfahrens wird der Druckkopf 18 mit einem Laser vertauscht, dessen intensiver auf das Laminat 4 fokussierter Strahl durch die Mechanik des Tintenstrahldruckers in den Streifen 7 oder 8 oder 9 quer über das Band des Laminats 4 hin- und hergeführt wird. Die Intensität des Laserlichts ist entsprechend des auf dem Laminat 4 zu erzeugenden Flächenmusters derart moduliert, dass die Intensität in den Bildelementen 13, 14 gering ist und die Reflexionsschicht 3 nicht beeinflusst und dass die Intensität in den Pixeleinheiten 15 ausserhalb der Bildelemente 13, 14 so hoch ist, dass das Material der Reflexionsschicht 3 verdampft und dadurch vollständig entfernt wird.
Mittels des Druckwalzensystems 31 wird anschliessend der Lack der Deckschicht 12 (Fig. 1) aufgebracht, in der Trockenstation 32 getrocknet und das Laminat 4 auf der Produktrolle 22 aufgerollt.
Das langsame Fertigungsverfahren weist den Vorteil auf, dass mit dem gleichen Vormaterial jedes Flächenmuster im Laminat 4 individuell gestaltet werden kann, da der Personalcomputer 17 das Entfernen der Reflexionsschicht 3 in jeder Pixeleinheit 15 steuert.
Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird durch das zweite Fertigungsverfahren ermöglicht. In der Fig. 5 ist eine aus dem Laminat 4 (Fig. 1) geschnittene Sicherheitsmarke 33 auf eine ebene Oberfläche 34 eines zu sichernden Substrats 35 aufgeklebt. Die Sicherheitsmarke 33 ist zunächst ein Abschnitt des Laminats 4, dessen Reflexionsschicht 3 bereits im Zwischenprodukt noch vor der Ausgestaltung der Bildelemente ganzflächig mit der Deckschicht 12 überzogen worden ist. Mit der Deckschicht 12 ist die Sicherheitsmarke 33 mit der Oberfläche 34 verbunden und anschliessend die Trägerfolie 2 (Fig. 1) entfernt worden.
Weil die parallelen Streifen 7 (Fig. 1) der aufeinander folgenden Streifenzyklen 11 (Fig. 1) gleiche Gitterparameter in den Reliefstrukturen 6 aufweisen und in einem Abstand von nur etwa 0,45 mm angeordnet sind, vermag das Auge die stark leuchtenden Streifen 7 nicht getrennt wahrzunehmen. Das völlig flache Laminat 4 der Sicherheitsmarke 33 kann dem Beobachter als einheitlich leuchtende Farbfläche erscheinen. Wird die Beobachtungsrichtung durch Drehen oder Kippen des Laminats 4 geändert, sind andere Farben sichtbar oder die Oberfläche des Laminats 4 ist unauffällig und metallisch schimmernd. Solcherart markierte Substrate 35 sind zu einem späteren Zeitpunkt individualisierbar, d.h. die einzelne Sicherheitsmarke 33 erhält das ihr eigene Flächenmuster.
Die dazu notwendige Einrichtung richtet den mit einem optischen Element 36 fokussierten Lichtstrahl 37 eines Farbstofflasers auf die Pixeleinheit 15 aus, sodass die Lackschicht 1 durchstrahlt und die Reflexionsschicht 3 lokal im Brennpunkt des optischen Elements 36 aufgeheizt wird, bis das Material der Reflexionsschicht 3 in der Pixeleinheit 15 aufschmilzt oder verdampft und beim Abkühlen mikroskopisch kleine Sphäroide anstelle der gleichmässigen optisch hochwertigen Reflexionsschicht 3 bildet. An diesen Stellen wird die Sicherheitsmarke 33 wegen des Fehlens der Reflexionsschicht 3 durchsichtig, d.h. die Transparentflächen entstehen. Von der Reflexionsschicht 3 bleibt höchstens ein schwacher Grauschleier visuell sichtbar. Gleichzeitig verbindet sich das Material der Lackschicht 1 mit dem transparenten Material der Deckschicht 12 in einem dem Verschweissen ähnlichen Vorgang.
Mittels des vom Personalcomputer 17 (Fig. 3) gesteuerten Lichtstrahls 37 können die Pixeleinheiten 15 der Transparentflächen individuell in die Sicherheitsmarke 33 eingeschrieben werden. Der Lichtstrahl 37 tastet zunächst die Reliefstruktur 6 mit geringer Lichtleistung ab und stellt die Ausrichtung der Streifenzyklen 11 (Fig. 1) sowie die Lage der einzelnen Streifen 7 (Fig. 1) bis 9 (Fig. 1) im Streifenzyklus 11 fest. Anschliessend steuert der Lichtstrahl 37 die Pixeleinheiten 15 der Transparentflächen an und zerstört bei hoher Lichtleistung die Reflexionsschicht 3. Übrig bleiben die Teilflächen der Reflexionsschicht 3 in den vom Flächenmuster vorbestimmten Bildelemente 13, 14.
Da die Referenz der aufeinander folgenden Streifen 7 bis 9 und der Streifenzyklen 11 zerstört ist, können nur mit grossem Aufwand einzelne Bildelemente 13, 14 zusätzlich entfernt werden, um das Flächenmuster zu verändern.
Die Fig. 6 zeigt beispielhaft die Sicherheitsmarke 33, die als Abschnitt aus dem Vorprodukt für das zweite Fertigungsverfahren auf dem Substrat 35 aufgeklebt ist. Das zu erzeugende Flächenmuster basiert auf dem Streifenzyklus 11 (Fig. 1) mit den drei Streifen 7, 8 und 9 (Fig. 1), deren Reliefstrukturen 6 (Fig. 1) sich lediglich durch das Azimut theta unterscheiden. Bevor die Sicherheitsmarke 33 individualisiert wird, zeigt die unter der Richtung 39 mit polychromatischem Licht beleuchtete Sicherheitsmarke 33 dem Auge 40 des Beobachters unter der Richtung 41 der Betrachtung ein diesen Bedingungen gemässes, einheitliches Aussehen, z.B. mit einer intensiven Farbe oder wie eine metallisch schimmernde, Fläche, falls kein gebeugtes reflektiertes Licht in das Auge 40 fällt.
Beim Drehen um eine zum Flächenmuster senkrechte Achse Z kann sich die intensive Farbe mit der metallisch schimmernden, matten Farbe abwechseln, während sich beim Kippen um eine zur Achse Z senkrechte Achse die Farbe ändert, bevor ein Wechsel zum metallisch schimmernden, matten Aussehen erfolgt.
Durch das Individualisieren werden die Pixelelemente 15 des Flächenmusters der Sicherheitsmarke 33 erzeugt, wobei in den Pixelelementen 15 die Reflektivität der Reflexionsschicht 3 (Fig. 5) zerstört wird. In den Bildelementen 13, 14 bleibt die Reflektivität erhalten. Infolge dieses Verfahrens sind die Bildelemente 13 bzw. 14 mit den gleichen Reliefstrukturen 6 (Fig. 5) auf den parallelen Streifen 7 bzw. 8 angeordnet. Unter der vorbestimmen Betrachtungsbedingung sind für das Auge 40 alle Bildelemente 13 des ersten Musters mit den Reliefstrukturen 6 des Azimuts theta 1 auf allen parallelen Streifen 7 gleichzeitig sichtbar.
Beim Drehen der Sicherheitsmarke 33 um die Achse Z erscheint das zweite Muster der Bildelemente 14 mit den Reliefstrukturen 6 des Azimuts theta 2 auf den parallelen Streifen 8 nach einem Drehwinkel alpha , der gleich der Differenz der beiden Azimute ist, also alpha = theta 1- theta 2.
Das Flächenmuster der Fig. 7 umfasst drei einfache Muster, die je aus einem unterschiedlich orientierten Rechteckrahmen 42 bzw. 43 bzw. 44 bestehen. Im hier gezeigten Beispiel fallen die Mittelpunkte der ineinander verschachtelten Rechteckrahmen 42 bis 44 zusammen. Der Rechteckrahmen 42 bzw. 43 bzw. 44 jedes Musters ist aus den den Mustern zugeordneten Bildelementen 13 (Fig. 6) bzw. 14 (Fig. 6) bzw. hier nicht gezeigten dritten Bildelementen gebildet. In der Darstellung der Fig. 7 sind die Rechteckrahmen 42 bis 44 als einfache Linien gezeichnet, obwohl sie aus den Bildelementen 13 bzw. 14 zusammengesetzt sind und beispielsweise eine Breite von 1,5 mm aufweisen. Nach dem Individualisieren ist die Sicherheitsmarke 33, ausser in den von den Bildelementen 13, 14 der Rechteckrahmen 42 bis 44 beanspruchten Flächen, transparent.
Wird bei gleichen Beleuchtungsbedingungen das Substrat 35 in seiner Ebene 34 um die Achse Z in der Richtung des Azimuts theta gedreht, leuchtet für den Beobachter nacheinander einer der drei Rechteckrahmen 42 bis 44 in einer Farbe hell auf. Drehen und Kippen verändern zusätzlich noch die Farbe des gerade sichtbaren Rechteckrahmens, falls weisses Licht auf die Sicherheitsmarke 33 fällt. Dieser kinematische Effekt ist der gleiche wie der im europäischen Patent EP 105 099 B1 beschriebene.
Gemäss Fig. 5 sind durch die Transparentflächen der Pixelelemente 15 hindurch Strukturen 38 auf der Oberfläche 34, wie Druckbilder oder Buchstaben usw., erkennbar, und zwar besonders gut, wenn die Reflexionsstrukturen 6 dunkel erscheinen, da kein gebeugtes Licht in das Auge 40 (Fig. 6) des Beobachters fällt. Ist hingegen die Deckschicht 12 oder die Oberfläche 34 farbig absorbierend, sind die Muster des beleuchteten Flächenmusters vor diesem Hintergrund sichtbar.
Unterscheiden sich die M verschiedenen Reliefstrukturen 6 in mehr als nur einem der Gitterparameter, sind weitere Flächenmuster herstellbar, deren Erscheinungsbild durch das Beugungsverhalten der Bildelemente 13, 14 bestimmt ist.
Mit Vorteil wird das Zwischenprodukt des zweiten Fertigungsverfahren, wie in der Fig. 1 gezeigt, längsweise in Streifen in Bänder 45 geschnitten und aufgerollt. Die Breite der Bänder 45 entspricht der Breite der Sicherheitsmarke 33 (Fig. 5).
The invention relates to a surface pattern and a method of the type mentioned in the preamble of claims 1 and 8.
Such surface patterns have structurally unstructured, optically diffractive picture elements, which form a pattern in their entirety, and serve as security elements for certifying the authenticity of an object.
Surface patterns are known from European patent application EP 537 439 A1, which, however, have an image structure made up of visually recognizable, geometric shapes with optically diffractive relief structures. The surface patterns described in the European patent application EP 375 833 A1 are made up of structureless picture elements. A common feature of all surface patterns with diffraction gratings is that, depending on the viewing direction, the surface patterns can recognize a different pattern, which can be distinguished from the surroundings by its light intensity.
A method for producing a semi-transparent, optical security element is known from British application GB-A 2 136 352. After embossing relief structures in a surface of a plastic film and metallizing the entire surface of the embossed surface, parts of the metal layer are coated with a protective lacquer and the unprotected parts of the metal layer are removed with an etchant. The partial areas of the security element without a metal layer are transparent, while in the remaining parts the metal layer on the relief structures diffracts and reflects.
Starting from an intermediate product, which is a plastic film with embossed and fully metallized relief structures, the European patent application EP 758 587 A1 describes the direct printing application of the etchant to the metal layer in predetermined areas. The etchant removes the reflective metal layer in these areas, which thereby become transparent and are no longer able to diffract light. On the surfaces not treated with the etchant, the ability to bend light on the relief structures or to reflect on smooth surfaces is retained. Finally, the entire surface of the plastic film is covered with a transparent protective lacquer so that the parts of the reflective layer are embedded in the plastic laminate of the security element.
The European patent application EP 201 323 A2 contains a compilation of all known materials that are suitable for the production of plastic laminates with diffraction-optical relief structures. In particular, the information also includes the refractive index.
The security elements of the type mentioned can only be produced inexpensively in large numbers; the effort is prohibitive for one-offs or small series.
The invention has for its object to provide a security element with a partially metallized surface pattern, which is also inexpensive to manufacture unique.
According to the invention, the stated object is achieved by the features specified in the characterizing part of claims 1 and 8. Advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims.
Embodiments of the invention are illustrated by the drawings and described in more detail.
Show it
1 shows an intermediate product,
2 shows an arrangement of transparent surfaces and picture elements with relief structures,
3 shows a security element in cross section,
4 shows a device for etching patterns,
5 shows the generation of a pattern,
Fig. 6 is a security mark and
7 shows a surface pattern.
1 shows in an enlarged detail a band-shaped carrier film 2 coated with a transparent lacquer layer 1. The free surface of the lacquer layer 1 is covered with a reflection layer 3. The lacquer layer 1 and the carrier film 2 can include an intermediate layer 5. The carrier film 2 gives the applied layers of a laminate 4 the mechanical strength necessary for the execution of the further production steps. Such coated carrier foils 2 are commercially available as rolls in various widths with or without a reflective layer 3, which can serve as a starting material for the production of surface patterns.
The carrier film 2, for example a 10 to 50 micron thick polyester tape, is first coated on one side with the intermediate layer 5 made of a wax-like substance of 0.1 to 0.4 micron thickness. The intermediate layer 5 is then coated with at least one lacquer layer 1 with a thickness in the range from 1 to 5 micrometers. An acrylic-based varnish is advantageously used. As explained further below, such an intermediate layer 5 enables the carrier film 2 to be easily detached from the lacquer layer 1.
Many variants are known for the layer structure of the laminate 4. If, for example, the carrier film 2 is to remain firmly connected to the lacquer layer 1 as transparent protection, the wax-like substance of the intermediate layer 5 is replaced by a transparent adhesion promoter, which can be a lacquer composed of polyurethane, for example. If the lacquer layer 1 adheres well to the carrier film 2, the intermediate layer 5 can also be omitted. In the case of identity cards and prepaid cards, the carrier film 2 can serve as a card substrate, the thickness of which is typically in the range from 0.1 mm to 1 mm. The carrier film 2 itself can be designed as a layer composite in order to achieve good dimensional stability of the card.
Microscopic fine, diffraction-optically effective relief structures 6 with height differences of up to one micrometer are molded into the lacquer layer 1. The reflection layer 3 has a thickness in the range from 10 to 100 nm, which can be applied before or after the relief structures 6 are molded. Layers made of aluminum, chromium, tellurium, copper, etc., which are deposited chemically or thermally by vapor deposition, are suitable for the reflective layer 3.
For example, in the drawing in FIG. 1, three relief structures 6 which differ from one another are molded in parallel strips 7, 8 and 9, as indicated by the hatching in the drawing. Each strip 7, 8 or 9 has the same dimensions and is advantageously arranged transversely or longitudinally to the tape running direction 10. The strips 7, 8 and 9 repeat themselves cyclically (7, 8, 9; 7, 8, 9; 7, 8, 9; etc.) along or across the strip running direction 10 and form strip cycles 11. The strips 7 and 8, 8 and 9 and 9 and 7 can touch in pairs with their long side or are separated by a narrow space. The intermediate product obtained in this way is in turn stored temporarily on rolls for a first production process until it is required for the last processing steps for producing the diffraction-active surface patterns.
For a second manufacturing process, after the relief structures 6 have been molded, a transparent topcoat or absorbent in a predetermined spectral range, e.g. acrylic-based, applied a few micrometers thick as a cover layer 12 to the reflection layer 3 and the relief structures 6 leveled out to protect them from mechanical damage. The intermediate product thus obtained for the second manufacturing process of the surface pattern is in turn stored temporarily on rolls.
The resin of the cover layer 12 can be formulated as a hot glue, which enables a section separated from the laminate 4 to be glued to the surface of an object to be protected or to be authenticated. The section thus serves as an optical security element.
FIG. 2 shows a simple example with only two strips 8 and 9, which form the strip cycle 11 and differ in two different relief structures 6 (FIG. 1). The surface pattern of the security element shown as an example comprises two nested patterns which are composed of small structureless picture elements 13 and 14, so-called pixels. The areas of the picture elements 13 and 14 are drawn as rectangles and differentiated by means of hatching. The picture elements 13 all lie on the parallel strips 8 with the one relief structure 6 and form a first pattern, the letter "B". The picture elements 14 are arranged on the parallel strips 9 with the other relief structure 6 and join together to form the second pattern, the letter "A".
In reality, the areas of the picture elements 13, 14 are not limited to rectangles and are not bordered with lines, as would be expected from the drawing. In the areas occupied by the two patterns, the relief structures 6 are covered by the reflection layer 3. Using a magnifying glass it can be observed that the surfaces of the picture elements 13, 14 are only defined by the presence of the reflection layer 3 (FIG. 1) and by the relief structure 6 and can be of any shape. The relief structures 6 are likewise microscopic, light-diffractive optical gratings and are not hatchings produced by printing technology. Light incident on the relief structures 6 of the picture elements 13, 14, designed as a grating, is reflectively diffracted according to the grating parameters (spatial frequency, relief depth, orientation in the grating plane azimuth theta Ü and profile shape).
Due to the interference of the light diffracted at the assigned grating, the entirety of the picture elements 13 and 14 produces a brilliant color pattern which stands out from the surroundings for the observer as soon as the diffracted light is one of the diffraction orders of the corresponding grating of the picture elements 13 and 14 in the observer's eye falls.
Outside the areas occupied by the picture elements 13 and 14 of the two patterns, the reflection layer 3 on the relief structure 6 is missing, i.e. these areas form color or transparent areas composed of entire pixel units 15, depending on the type of top coat of the top layer 12. When using a transparent topcoat, such surface patterns are semi-transparent, since the entirety of the transparent surfaces, which are distributed almost uniformly over the surface pattern, usually comprise more than half of the surface pattern. For an observer, structures arranged behind the security element can be seen through the transparent surfaces. The structures are usually larger than the surface pattern and also include areas within the pattern.
The illuminated optical grids of the surface pattern of the security element generate their patterns only in the direction predetermined by the grating parameters of the relief structure 6 of the picture elements 13 and 14. Depending on the lighting and viewing conditions, the observer recognizes either the first pattern "A" or the second pattern "B" on the security element. Outside of these viewing directions, the security element appears essentially transparent, the transparent areas being separated from the shimmering metallic partial areas of the picture elements 13 and 14.
For the sake of the drawing, the two patterns "A" and "B" are greatly enlarged in FIG. 2. In reality, the strip cycle 11, consisting of two or more different strips 7 (FIG. 1) to 9, has a height h of less than 0.5 mm. In the example of FIG. 2, the strip cycle 11 has only the two strips 8 and 9, the width of the strips 8 and 9 being less than 0.3 mm. The dimension of the picture elements 13, 14 in the longitudinal direction of the strips 8 and 9 is equal to the width B of the strips 8 and 9 or an integral multiple thereof. The height of the letter "A" in the example in FIG. 2 would be around 4 mm. In the normal visual distance, such picture elements 13 and 14 can no longer be perceived separately and merge to form the first or second pattern visible under the viewing direction.
For each pattern, picture elements 13 or 14 require at least one of the strips 7 to 9 in each strip cycle 11. The number N of patterns visible from different viewing directions is therefore at most equal to the number M of strips 7 to 9. The number M is limited, on the one hand, by the molding and the effectiveness of the grid, strips 7 to 9 having a minimum width of approximately 20 μm m, and on the other hand, the accuracy with which the narrow strips 7 to 9 can be localized in the manufacturing processes described below is decisive.
In contrast to the known two-dimensional surface patterns with optical diffraction gratings, the simultaneously visible image elements 13 and 14 lie on one of the parallel strips 7 to 9, because to generate the visible patterns, only the reflectivity of the material in the reflection layer 3 is not required for the patterns Transparent areas is reduced.
The destruction of the high reflectivity of the material in the reflection layer 3 takes place in a first production process by the complete chemical or thermal removal of the exposed reflection layer 3 in the pixel elements 15 predetermined for color or transparent surfaces. In another production process, the inner layer is passed through the lacquer layer 1 The structure of the reflective material between the lacquer layer 1 and the cover layer 12 in the pixel elements 15 is changed by means of thermal energy in such a way that the colored or transparent areas are created.
3 and 4, the first manufacturing method is described. 3, the image elements 13 and 14 (FIG. 1) with the relief structure 6 of each strip 7 (FIG. 1) to 9 (FIG. 1) required for the pattern are initially covered with a protective lacquer 16 . After the protective lacquer 16 has dried, an etchant is sprayed on, which attacks and removes the exposed reflection layer 3 in the uncovered pixel units 15 which are not required for the patterns. The reflection layer 3 is retained at the points protected with protective lacquer 16.
Because of the small thickness of the reflection layer 3 (less than 100 nm), this process takes place at such a high speed that the etchant is removed again immediately after application and onto the dried surface of the top coat over the surfaces with the protective lacquer 16 and that of the reflection layer 3 free pixel units 15 can be applied. In the pixel units 15, the top layer 12 connects to the material of the lacquer layer 1. The optically active boundary layer between the lacquer layer 1 and the top layer 12 disappears completely when the material of the lacquer layer 1 and the top layer 12 have almost the same refractive index. The diffraction effects on the relief structure 6 not covered with the reflection layer 3 thus remain practically invisible to the unarmed eye.
3 therefore shows the boundary layer with a dashed line.
According to the European patent application EP 758 587 A1 mentioned at the outset, the etchant can also be printed directly onto the pixel units 15 in which the reflection layer 3 is to be removed. Printing and drying of the protective lacquer 16 is unnecessary. Immediately after the selective application of the etchant, the topcoat for the top layer 12 is applied as above after a cleaning step.
The two described examples of the first production method advantageously use an ink jet printer shown in FIG. 4 and connected to a commercially available personal computer 17, the print head 18 and the feed of the laminate 4 being very easily controlled by means of the personal computer 17. The resolution of these inkjet printers today is 720 dots per inch or almost 30 dots per millimeter with a diameter of the individual dots of approximately 0.04 mm. Strip cycles 11 (FIG. 1) with ten different strips 7 (FIG. 1) to 9 (FIG. 1) of 0.05 mm width can thus be produced without exceeding the height h (FIG. 2) of 0.5 mm . If the height h reaches a value of more than 0.5 mm, the grid of the picture elements 13, 14 becomes too coarse and visible to the observer. Such rough grids could be used for artistic reasons.
If the relief structures 6 in the strips 7 to 9 of the laminate 4 differ only in azimuth theta, then depending on the orientation of the laminate 4, only those of the strips 7 to 9 are visible in its plane, the relief structure 6 of which is oriented essentially transversely to the viewing direction. Two or more of the strips 7 to 9 of the strip cycle 11 can have relief structures 6 with the same azimuth theta and differ in different lattice parameters. For example, the monochromatically illuminated picture elements 13, 14 of these strips 7 to 9 are visible one after the other when tilted about an axis perpendicular to the viewing direction if the relief structure 6 of the picture elements 13, 14 only have different spatial frequencies.
The laminate 4 is unrolled from a supply roll 19 and, in contact with the carrier film 2 (FIG. 1), is smoothly guided over a counter cylinder 20 of the inkjet printer and at least one additional deflecting roll 21 to the product roll 22 and rolled up there again. So that the laminate 4 with its stripe cycle 11 can be synchronized with the print head 18, an optical stripe detector 23 is arranged such that the stripe detector 23 can visually recognize the sequence of the stripes 7 to 9 in the stripe cycle 11 and the stripe cycles 11 as the laminate 4 passes by and can send corresponding synchronization signals to the personal computer 17, for example via a line 24 connecting the personal computer 17 to the strip detector 23.
Without this synchronization of the advance of the laminate ribbon with the position of the print head 18, the surface pattern of the picture elements 13 (FIG. 2), 14 (FIG. 2) cannot be transferred to the laminate 4 with the required accuracy. Devices known from the European application EP 366 858 A1 and the track detectors described in the application EP 392 085 A1 are suitable as strip detectors 23.
In a first embodiment, the print head 18 controlled by the personal computer 17 transmits droplets of the protective lacquer 16 (FIG. 3) in its write beam 25 to the predetermined locations of the reflection layer 3 (FIG. 3). The laminate 4 with the protective lacquer 16 printed on the picture elements 13 and 14 is cured in a first drying station 27, for example with ultraviolet light 26. The etchant is then applied with the spray device 28, the unprotected, exposed reflection layer 3 being dissolved. The laminate 4 now passes through a washing station 29 in order to remove the etchant. A blower 30 then dries the surface of the laminate 4 using warm air. The relief structure 6 receives an application of the topcoat by means of a printing roller system 31 known per se.
After passing through a further drying station 32, the laminate 4 is rolled up on the product roll 22.
Of course, the laminate 4 can be rolled up immediately after the drying station 27 and the subsequent steps of etching, washing and applying the topcoat can be made up at a later point in time at different throughput speeds.
If the etching agent is applied directly to the pixel units 15 (FIG. 3) not belonging to the picture elements 13, 14 with the printhead 18, the device in FIG. 4 is simplified since the drying station 27 and the spraying device 28 are not required.
As a third variant of the first manufacturing method, the printhead 18 is exchanged with a laser, the beam of which is focused more intensively on the laminate 4 and is guided back and forth across the band of the laminate 4 by the mechanics of the inkjet printer in the strips 7 or 8 or 9. The intensity of the laser light is modulated in accordance with the surface pattern to be produced on the laminate 4 in such a way that the intensity in the picture elements 13, 14 is low and does not influence the reflection layer 3 and that the intensity in the pixel units 15 outside the picture elements 13, 14 is so high is that the material of the reflection layer 3 evaporates and is thereby completely removed.
The varnish of the top layer 12 (FIG. 1) is then applied by means of the pressure roller system 31, dried in the drying station 32 and the laminate 4 is rolled up on the product roll 22.
The slow manufacturing process has the advantage that each surface pattern in the laminate 4 can be individually designed with the same starting material, since the personal computer 17 controls the removal of the reflection layer 3 in each pixel unit 15.
A further, advantageous embodiment of the invention is made possible by the second manufacturing method. In FIG. 5, a security mark 33 cut from the laminate 4 (FIG. 1) is glued to a flat surface 34 of a substrate 35 to be secured. The security mark 33 is initially a section of the laminate 4, the reflective layer 3 of which has already been covered over the entire surface with the cover layer 12 in the intermediate product even before the design of the image elements. The security mark 33 is connected to the surface 34 by the cover layer 12 and the carrier film 2 (FIG. 1) is then removed.
Because the parallel stripes 7 (FIG. 1) of the successive stripe cycles 11 (FIG. 1) have the same lattice parameters in the relief structures 6 and are arranged at a distance of only about 0.45 mm, the eye cannot see the highly luminous stripes 7 perceive separately. The completely flat laminate 4 of the security mark 33 can appear to the observer as a uniformly illuminated color surface. If the direction of observation is changed by rotating or tilting the laminate 4, other colors are visible or the surface of the laminate 4 is inconspicuous and has a metallic shimmer. Substrates 35 marked in this way can be individualized at a later time, i.e. the individual security mark 33 receives its own surface pattern.
The device required for this aligns the light beam 37 of a dye laser focused with an optical element 36 onto the pixel unit 15, so that the lacquer layer 1 shines through and the reflection layer 3 is locally heated at the focal point of the optical element 36 until the material of the reflection layer 3 in the pixel unit 15 melts or evaporates and forms microscopic spheroids when cooling instead of the uniform, optically high-quality reflection layer 3. At these points, the security mark 33 becomes transparent due to the absence of the reflective layer 3, i.e. the transparent areas are created. At most, a faint gray haze remains visually visible from the reflection layer 3. At the same time, the material of the lacquer layer 1 combines with the transparent material of the cover layer 12 in a process similar to welding.
By means of the light beam 37 controlled by the personal computer 17 (FIG. 3), the pixel units 15 of the transparent areas can be individually written into the security mark 33. The light beam 37 first scans the relief structure 6 with low light output and determines the alignment of the stripe cycles 11 (FIG. 1) and the position of the individual stripes 7 (FIG. 1) to 9 (FIG. 1) in the stripe cycle 11. The light beam 37 then drives the pixel units 15 of the transparent surfaces and destroys the reflection layer 3 at high light output. The partial surfaces of the reflection layer 3 remain in the picture elements 13, 14 predetermined by the surface pattern.
Since the reference of the successive strips 7 to 9 and the strip cycles 11 has been destroyed, individual image elements 13, 14 can only be removed with great effort in order to change the surface pattern.
FIG. 6 shows an example of the security mark 33, which is stuck on the substrate 35 as a section from the preliminary product for the second production method. The surface pattern to be generated is based on the stripe cycle 11 (FIG. 1) with the three stripes 7, 8 and 9 (FIG. 1), the relief structures 6 (FIG. 1) of which differ only in the azimuth theta. Before the security tag 33 is individualized, the security tag 33 illuminated with polychromatic light in the direction 39 shows the observer's eye 40 a uniform appearance in accordance with these conditions, e.g. with an intense color or like a metallic shimmering surface if no diffracted reflected light falls into the eye 40.
When turning around an axis Z perpendicular to the surface pattern, the intense color can alternate with the metallic shimmering, matt color, while when tilting around an axis perpendicular to the Z axis, the color changes before changing to the metallic shimmering, matt appearance.
The individualization creates the pixel elements 15 of the surface pattern of the security mark 33, the reflectivity of the reflection layer 3 (FIG. 5) being destroyed in the pixel elements 15. The reflectivity is retained in the picture elements 13, 14. As a result of this method, the picture elements 13 and 14 with the same relief structures 6 (FIG. 5) are arranged on the parallel strips 7 and 8, respectively. Under the predetermined viewing condition, all the picture elements 13 of the first pattern with the relief structures 6 of the azimuth theta 1 on all parallel strips 7 are visible to the eye 40 at the same time.
When the security mark 33 is rotated about the axis Z, the second pattern of the image elements 14 with the relief structures 6 of the azimuth theta 2 appears on the parallel strip 8 after an angle of rotation alpha which is equal to the difference between the two azimuths, ie alpha = theta 1- theta 2nd
7 comprises three simple patterns, each consisting of a differently oriented rectangular frame 42 or 43 or 44. In the example shown here, the centers of the nested rectangular frames 42 to 44 coincide. The rectangular frame 42 or 43 or 44 of each pattern is formed from the picture elements 13 (FIG. 6) or 14 (FIG. 6) assigned to the patterns or third picture elements not shown here. 7, the rectangular frames 42 to 44 are drawn as simple lines, although they are composed of the picture elements 13 and 14 and have a width of 1.5 mm, for example. After the individualization, the security mark 33 is transparent, except in the areas claimed by the picture elements 13, 14 of the rectangular frames 42 to 44.
If the substrate 35 is rotated in its plane 34 about the axis Z in the direction of the azimuth theta under the same lighting conditions, one of the three rectangular frames 42 to 44 one after the other lights up brightly in one color for the observer. Rotating and tilting also change the color of the currently visible rectangular frame if white light falls on the security mark 33. This kinematic effect is the same as that described in European patent EP 105 099 B1.
5, structures 38 on the surface 34, such as printed images or letters, etc., can be seen through the transparent surfaces of the pixel elements 15, particularly well if the reflection structures 6 appear dark, since no diffracted light enters the eye 40 (FIG 6) the observer falls. If, on the other hand, the cover layer 12 or the surface 34 is color-absorbent, the patterns of the illuminated surface pattern are visible against this background.
If the M different relief structures 6 differ in more than just one of the grating parameters, further surface patterns can be produced, the appearance of which is determined by the diffraction behavior of the picture elements 13, 14.
The intermediate product of the second manufacturing process, as shown in FIG. 1, is advantageously cut lengthwise into strips in strips 45 and rolled up. The width of the bands 45 corresponds to the width of the security mark 33 (FIG. 5).