CN104602920A - 具有色效应产生结构的防伪元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于有价物体的防伪元件，所述防伪元件具有平坦的透明主体，具有前侧和后侧，中心平面(M)位于所述前侧和所述后侧之间；构造在所述主体上的第一区域(I)和构造在所述主体上的第二区域(II)，所述区域编码出图案(21，22)，其中，所述主体在所述第一区域中具有基础元件结构(G)，在俯视所述主体时，所述基础元件结构从前后两侧传递出不同的彩色印记，其中，所述主体在所述第二区域中同样具有基础元件结构(G)，但是该基础元件结构处于关于所述中心平面(M)镜像的形式，结果，在俯视观看两侧时，第一和第二区域(I，II)显示出图案(21，22)，而所述图案(21，22)在透视时不可检测。

Description

具有色效应产生结构的防伪元件
技术领域
本发明涉及一种用于有价对象的防伪元件，所述元件具有平坦的透明主体、构造在主体上的第一区域和构造在主体上的第二区域，透明主体具有前侧和后侧，中心平面位于前侧和后侧之间，第一区域和第二区域编码出图案，所述主体在第一区域中具有基底元件结构，在俯视主体时，基底元件结构传递与前后侧不同的彩色印记。
背景技术
例如从DE102009012299 A1、DE 102009012300 A1或DE102009056933 A1中已知具有周期线光栅的有价文件的防伪元件。当光栅关于光栅轮廓设计成在可见波长区域中发生共振效应时，防伪元件在亚波长区域中可具有颜色过滤属性。这种颜色过滤属性已知为反射和透射亚波长结构。所述结构对入射光线的反射或透射有十分强烈的偏振影响。颜色相对强烈地取决于这种亚波长光栅的反射或透射中的角度。然而，当入射光非偏振时，对于所述光栅，色饱和度明显减弱。
已知具有亚波长结构的线光栅，亚波长结构具有角度依赖、颜色过滤属性。线光栅具有由介质材料制成的矩形轮廓。水平表面由高折射介质覆盖。该结构之上同样安置介质材料，光栅结构的折射率和盖材料的折射率优选地是相同的。结果，形成由两个光栅构成的光学活性结构，两个光栅由高折射材料制成，由最初矩形轮廓的高度隔开。形成线光栅的光栅脊由例如ZnS制成。随之产生有反射时的色对比度，但是在透射情况下，不同角度的色调变化不易感知到。因此，该结构仅用作反射时的防伪特征，为此，必须构造在吸收基底上。
科学文献中描述了二维周期孔结构，其在亚波长区域中具有入射光的过滤属性。就此而论，参考下列文献来源：T.W:Ebbesen et al.,"Extraordinary optical transmission through sub-wavelength hole arrays",Nature,667-669(1998)；L.Martin-Moreno et al.,"Theory of extraordinary opticaltransmission through subwavelength hole arrays",Phys.Rev.Lett.86(6),1114-1117(2001)；W.L.Barnes et al.,"Surface plasmon subwavelength optics",Nature,Vol 424,Issue 6950,pp.824-830(2003)；J.Bravo-Abad et al.,"Howlight emerges from an illuminated array of subwavelength holes",Nature Physics1,120-123(2006)；H.S.Lee et al.,"Color filter based on a subwavelengthpatterned metal grating",Opt.Express 15,15457-15463(2007)；C.-P.Huang etal.,"Dual effect of surface plasmons in light transmission through perforatedmetal films",Phys.Rev.B 75,245421(2007)。这种所谓的孔阵列由薄的不透明金属膜构成。
DE 102007016394 A1提出了使用这种结构作为有价文件中的防伪元件，以鉴别真伪。
另外，已知允许在比较大的视角范围内以高的色饱和度颜色过滤原色(红、黄、蓝)的二维周期光栅。出版物B.-H.Cheong et al.,"High angulartolerant color filter using subwavelength grating",Appl.Phys.Lett.94,213104(2009)描述了一种具有立方形隆起的光栅，其具有显著的带通过滤器物性。隆起由非晶硅制成，并位于玻璃基板上。这种光栅的重复方法在出版物E.-H.Cho et al.,"Two-dimensional photonic crystal color filter development",Opt.Express 17,8621-8629(2009)和E.-H.Cho et al.,"Nanoimprinted photoniccrystal color filters for solar-powered reflective displays",Opt.Express 18,27712-27722(2010)中提出。
现有技术还包括WO 2003/070482 A1、WO 2011/032665 A1、WO2011/082761 A1、WO 2011/066992 A1、EP 2228671 A1。出版物R.J.Potton,"Reciprocity in optics",Rep.Prog.Phys.67,717(2004)；R.Petit,"Electromagnetic theory of gratings",Vol 22of Topics in current physics,Springer-Verlag(1980)说明了光学中的互易性(reciprocity)原理，尤其用于光栅的互易性原理。
现有技术的光栅结构可用于保护有价文件的防伪元件，因为它们在俯视时提供不能被常规复制方法再现的色效应(color effect)。为此，色效应的角度依赖性尤其是有利的。
发明内容
本发明基于发展一开始所述类型的防伪元件，以进一步增加防伪安全性。
在第一变型例中，该目的通过一种用于有价对象的防伪元件来实现，该防伪元件具有：平坦的透明主体，具有前侧和后侧，中心平面位于前侧和后侧之间；构造在主体上的第一区域和构造在主体上的第二区域，第一区域和第二区域编码出图案，其中，所述主体在第一区域中具有基底元件，在俯视所述主体时，所述基底元件从前后两侧传递出不同的彩色印记，其中，主体在第二区域中同样具有基底元件，但是该基底元件处于关于中心平面镜像的形式，导致在俯视时，第一和第二区域从两侧显示出图案，而该图案在透视时不可识别。
在第二变型例中，该目的通过一种用于有价对象的防伪元件来实现，该防伪元件具有：平坦的透明主体，具有前侧和后侧；构造在主体上的第一区域和构造在主体上的第二区域，第一区域和第二区域编码出图案，其中，所述主体具有光栅基底结构，其从前侧填充有第一层，从后侧填充有第二层，并在俯视时，传递与前后侧不同的彩色印记，
-其中，光栅基底结构在第一和第二区域中是相同的，在第一区域中，第一层具有第一折射率，第二层具有第二折射率；
-并且，在第二区域中，第一层具有第二折射率，第二层具有第一折射率，导致在俯视时，第一和第二区域从两侧显示出图案，但是图案在透视时不可识别。
本发明在两个变型例中提供了在反射时从前后两侧显示出彩色图案的防伪元件。然而，所述图案在透视时甚至对不同观看角度完全消失。防伪元件允许图案的精细设计，并可由标准压印方法制造。在下文中，除非明确说明针对两个变型例之一，下列说明等同地应用于两个变型例。
本发明以令人惊讶的方式利用普遍有效的光路互易性规则。对于穿过媒介的光路的透射，因此在哪个方向上穿过不同层是无关的。由于基底元件结构在第一和第二区域中是相同的，而不管存在的层或结构如何，所以防伪元件在透射模式下不具有图案。然而，由于在第一和第二区域中，基底结构在第一变型例中关于中心平面相对彼此反转，层的顺序在第二变型例中相对彼此反转，所以在俯视时，对于两个区域，从前侧或后侧得到不同颜色的印记，其编码出图案。
基底元件结构可以不同方式实现。因此，在第一变型例中，可通过在覆盖表面上具有不同干涉层的基板来实现基底元件结构。基底元件结构还可由第一变型例的光栅基底结构来实现。当在第一变型例的下列描述中提及光栅基底结构时，其应仅以示例的方式理解。
关于光栅基底结构，防伪元件的效应不仅限于周期结构。还可使用准统计结构，只要这种结构从前后两侧传递不同颜色的印记即可，对于两个变型例，为了本发明的目的，这种结构同样构成光栅基底结构。
在第一变型例中，对于第二区域，基底元件结构关于中心平面的镜像互换前后两侧。因此，在俯视时，第一和第二区域前侧和后侧均不同。由于在透视时，在第一和第二区域中穿过相同层，并且所述通道的顺序因互易性的物理原理而与透视无关，所以第一和第二区域在透射光下不会不同。
从本身已知的基底元件结构开始，例如光栅结构，本发明在两个变型例中提供了这种的防伪元件，该防伪元件在俯视时显示出图案，在透视时该图案消失。这种效应不能被常规复制方法模仿，从而赋予防伪元件高防伪安全性。
在俯视时从前后两侧传递不同颜色印记的光栅基底结构可尤其简单地通过关于光栅平面不对称的光栅基底结构制造。
在第一变型例中，光栅基底结构关于中心平面的镜像则对应于反转光栅结构的产生。在第一变型例的该实施例中，第一和第二区域可由此由用于第一区域的光栅结构以及第二区域的光栅的反转或负面形式表征。
对于第二区域，镜像操作当然导致第一和第二区域之间的边界上的不连续性。因此，可选地在第一和第二区域之间提供过渡区，该过渡区小于光栅周期，在该过渡区中，第一区域的光栅基底结构进入第二区域的镜像形式中。
特别地，俯视时良好的色效应源于不明显大于波长的光栅结构。因此，优选地，光栅基底结构具有100nm至1000nm的光栅周期。特别地，通过亚波长光栅显示出良好的色效应，使得介于200nm和500nm之间的光栅周期是优选的。当单独光栅元件小于光区域的波长时，为了本发明的目的，光栅是亚波长光栅。
防伪元件更清楚地显露图案，在俯视时从前后两侧的色效应越不同，因为在第一变型例中，基底元件结构的前后两侧关于第一区域在第二区域中互换，以产生图案。那么，在光栅基底结构中获得前视图和后视图之间特别明显的差别，光栅基底结构由薄金属层、半金属层或具有部分吸引效应的高折射层覆盖。
不对称光栅基底结构的示例是轮廓为梯形或三角形的光栅元件。
第一和第二区域又可进一步图案化。这可尤其简单地通过二维周期性的光栅基底结构来获得。这种结构还尤其是防伪的，因为难以用伪造者可用的常用工具制造。
这还适用于具有立方形隆起和凹陷的光栅基底结构。
优选地，2D周期实施例中的光栅基底结构具有连续的高折射(尤其为金属)底层以及位于底层上方的单独高折射(尤其为金属)表面元件的二维规则图形，底层限定出光栅平面，单独高折射表面元件分别平行于光栅平面延伸，并分别与底层通过中间介质或中间层而分隔开一大于底层和表面元件的厚度的距离。可选地，规则图形在平行于光栅平面延伸的至少两个方向上具有介于100nm和800nm之间、优选介于200nm和500nm之间的周期。
优选地，光栅结构在2D周期实施例中还提供了高折射底层以及布置在底层上方的高折射表面元件。底层和表面元件的高折射属性通过合适地选择材料来获得。除了金属作为材料，可尤其考虑硅或一氧化硅。在该描述中，术语“金属”应理解为等同于“高折射”，除非明确说明。
对于该实施例的效应重要的是，连续的金属层具有布置在其上方的、以图形布置的非连续表面元件。当具有垂直肋轮廓的二维周期光栅是垂直金属蒸发涂覆的时，非闭合的金属膜出现在光栅顶侧的高地(plateaus)上。在下部光栅表面(底层)上形成连续的金属膜。轮廓的隆起仅在高地上由金属覆盖。
非蒸发涂覆的光栅结构可选地由介质材料构成，该介质材料具有例如约1.5的折射率。塑料箔例如PET箔特别适于用作基板。实际基础结构例如以塑料、优选地以UV漆构造。在蒸发涂覆之后，该结构最终由UV漆填充，并用盖箔覆盖。因此，存在这样的层构造，其中，顶侧和底侧具有若干相同的折射率。
另外，涂覆不仅限于简单的金属层。多层，尤其是三层也是可设想的。已知的是，多个涂覆的一维周期光栅使得在反射和透射时经由形成法布里-珀罗共振器进行过滤的强力的滤色器成为可能。在三层中，下列层是特别优选的：两个半透明的金属层，具有中间介质分隔层，或者两个高折射层，具有中间低折射层。对于金属层，考虑下列材料：Al、Ag、Pt、Pd、Au、Cu、Cr和其合金。合适的高折射层是例如ZnS、ZnO、TiO2、ZnSe、SiO、Ta2O5或硅。作为低折射层，可以使用SiO2、Al2O3或MgF2。
在特别有利的制造方法中，介质首先恰当地图案化，作为基础结构，然后被涂覆。那么，底层在位于每个表面元件下方的区域中具有开口。这同时是有利的，因为光学效应还在透射时形成。
优选地，光栅嵌入折射率与形成基础结构并将底层与表面元件分开的介质相同的嵌入介质中。折射率例如可介于1.4和1.6之间。
已发现，光栅基底结构的色效应可由图形的周期性影响。这可用于生产彩色符号或图像。为此，表面填充因子和/或表面元件与底层之间的距离可局部地改变。特别地，可以相同的尺寸设计一组多个表面元件，使得产生期望的色效应。然后，该组形成子像素。多个子像素经由对应的几何设计以不同颜色属性设计，并组合为像素。这允许彩色图像表示。不同颜色可经由光栅的一个或多个参数(表面元件在两个空间方向上的距离以及表面元件与底层的距离)的对应局部变化而变化。
经由基本颜色(例如RGB颜色)的逐像素颜色混合，在子像素区域中，可产生真彩色图像。这种结构优于常规印刷技术的优点是，在此可执行微米级的十分精细的图案化。
适于第一变型例并不使用光栅的基底元件结构是具有布置在其覆盖表面上的不同干涉层的基板。这种基板可通过恰当地图案化前后两侧而简单地形成为防伪元件。惟一重要的是，对于干涉构造，在第一和第二覆盖侧上的反射行为不同。这通过基底元件结构关于中心平面不对称来获得，因为覆盖表面上的层的厚度或材料组成或两者不同。层构造因此在第一区域中关于第二区域镜像。
区域不同的图案化可利用常规方法实现，例如冲刷方法或激光去金属化。
对于所述层，考虑大量干涉层，它们在基板上的反射属性不同。因此，色移层系统是合适的。另外，可采用不透明的层材料，它们部分以穿孔形式存在，以获得所需的透射。
使用穿孔层的优点是，基板的前后两侧上的层可首先未图案化得施加，然后仅在它们的穿孔方面进行不同地处理，以形成第一和第二区域。穿孔可例如使用脉冲激光束等实施。
为了在透射时获得色效应，染色基板。
如果不同折射率存在于光栅基底结构的边界表面上，并且半空间位于上方或下方，则光路的互易性的上述效应也适用。本发明的第二变型例利用该情况，从而采用在第一和第二区域中基本相同的光栅基底结构。那么，不同色效应仅起因于设置在第一区域中的层顺序，即位于光栅基底结构上方和光栅基底结构下方的层顺序，而在第二区域中颠倒过来。位于第一区域中的光栅基底结构上方的层材料布置在第二区域中的光栅基底结构的下方，反之亦然。
防伪元件可用于有价文件。特别地，其可结合进安全线、撕裂线、安全带、安全条、片或标签中。特别地，防伪元件可横跨有价文件的透明区域中凹槽。
特别地，对于还可具有另外鉴别特征的有价文件，防伪元件可以是不适于流通的前体的一部分。一方面，有价文件应理解为具有防伪元件的文件。另一方面，有价文件还可以是具有防伪元件以使有价文件具有不可复制的鉴别特征的其它文件或物体，以可以进行真实性测试，并防止非期望的复制。芯片卡或安全卡比如银行卡或信用卡或身份证是有价文件的其它示例。
应明白，在不超出本发明的范围的情况下，上面提及的特征以及下文解释的特征不仅可以所述组合使用，而且可以其它组合或单独地使用。
附图说明
在下文中，参考附图以示例的形式更详细地说明本发明，附图也公开了对本发明而言重要的特征。附图中：
图1a-d示出防伪元件从前侧(图1a)、后侧(图1b)、透射(图1c)和作为截面表示(图1d)的不同视图；
图2是穿过图1的防伪元件20的设计的截面图，根据本发明的第一变型例，该防伪元件由光栅基底结构构成，并具有两个区域；
图3-5示出对于根据第一变型例的光栅基底结构的另外实施例，与图2类似的截面图；
图6示出具有根据本发明第一变型例的光栅基底结构的另一实施例的防伪元件的示意性透视图；
图7示出穿过图6的防伪元件的截面图；
图8示出图6的光栅基底结构的另一实施例的示意性透视图；
图9示出图8的光栅基底结构的发展例；
图10示出图9的光栅基底结构的修改例；
图11-12示出说明根据第一变型例的光栅基底结构如何工作的示意图；
图13-17示出与不同光栅基底结构的过滤属性相关的图表；
图18示出产生在所述区域之一内的图像的示意图；
图19是穿过图1的防伪元件20的设计的截面图，该防伪元件由具有干涉层构造的基底元件结构构成；
图20-22是图19的设计的修改例；以及
图23是图4的设计的修改例，以实现本发明的第二变型例。
具体实施方式
图1示出防伪元件20的不同示图，该防伪元件用于有价物体的鉴别或防止复制有价物体，有价物体例如为诸如钞票等的有价文件。防伪元件20提供了一个且相同图案在俯视时从前后两侧观看的不同示图，该图案在透视时消失。
图1包含示出不同示图的四个子图。图1a示出防伪元件20从前侧观看的视图。可看出，星形图案在背景21下呈现出来。前景22形成图案，例如星星。不同的阴影示出，前景22和背景21在俯视时颜色不同和/或在倾斜时颜色不同和/或反射亮度不同。从前侧观看时，前景22，即星星在反射时例如以与背景21不同的颜色和亮度呈现。当从后侧观看防伪元件20时，如图1b所示，获得前景22和背景21的颜色印记和亮度印记的转换。在后侧观看时，前景22在前侧时具有的颜色和亮度呈现给背景21。这相应地适用于前侧时的背景21和后侧时的前景22。
然而，在透视时(图1c)，图案完全消失，即使对于不同视角也如此，因为星星和背景的颜色是相同的。在图1c中，仅绘出星星的轮廓以说明该效应。然而，其不会消失，因为在透射光下，前景22和背景21的颜色和亮度是相同的。
防伪元件20的效应决不限于反射时的双色图案。还可设计反射时的多色(例如四色)图案。所述图案在透射时以两种颜色呈现。总体上，认为的是，反射时的n色图案经由防伪元件20的对应设计(在下文中说明)呈现，但是在透射时仅作为n/2色的结构。
特别优选地，俯视/透视效应可与钞票或其它有价文件的透明窗一起使用。颜色属性不易被简单的手段模仿，但是可通过肉眼在没有辅助手段的情况下感知到。
另外，可通过机器(例如，钞票处理或计数机)测试透视属性，尤其是图案的消失。该测试可使用透射传感器来完成，透射传感器装配有多色光源，例如白光光源，并以空间解析方式捕获不同波长或不同波长区域的透射。简化的变型例也是可设想的，其中，针对波长测试透射，或者作为白光整数值测试透射。如此，可简单地测试在透射时是否没有识别出图案，这并不是常规印刷方法下的情况，常规印刷方法用于模仿俯视时的色效应。防伪元件20当然还可与其它结构组合，比如全息图等。
图1d示出穿过图1a至c的防伪元件20的示意截面图。可看出，防伪元件20全部由基底元件结构G构成，基底元件结构在图案21的区域中关于位于防伪元件20的覆盖表面之间的中心平面M反转。所述反转可以是关于中心平面M的完全镜像。然而，本发明还可仅涉及基底元件结构G的某些参数，例如一系列折射率。在下文中，会在第一变型例中说明完全反转或镜像。第二变型例涉及折射率的反转。
反转由前景22区域中的不同阴影示出。在镜像的情况下，其具有的结果是，在背景21的区域中，基底元件结构G的第一覆盖侧25位于图1d的表示上方，而第二覆盖侧26位于下方。在前景22的区域中，该关系是精确反转的，即第二覆盖侧26位于上方，第一覆盖侧25位于下方。在两个变型例中，在每个俯视图中，基底结构G具有的反射属性在前景22的区域中关于背景21反转。由于互易性原则，透射属性保持不变。
防伪元件20经由局部反转的基底元件结构G产生色效应，基底元件结构在俯视时从前后两侧显示出不同的色效应。这种基底元件结构G以许多形式由本领域技术人员已知。在下文中，会说明其不同的变型。
相对于前后两侧之间的中心平面M(大致相当于图1中的绘画平面)，基底元件结构G在第一变型例中在前景22和后景21之间反转。换言之，背景21和前景22中的结构在结构上相同，但是取向不同。在前景22中，基底元件结构关于中心平面M镜像。
基底元件结构G在其覆盖表面25、26上具有不同的反射属性。因此，图1a和1b视图中的不同效应可采用这些术语如下描述，所述描述假定镜像的示例(第一变型例)。其等同地实际总体上适用于对反射行为而言重要的属性反转原理：
在图1a中，对于背景21，可看见基底元件结构G的第一覆盖侧25。在前景22的区域中，即星星的区域中，另一方面，可看见基底元件结构G的第二覆盖侧26，其除了取向之外没有发生变化。在从后侧的俯视图中(图1b)，该关系反转。因此，对于背景21，可看见第二覆盖侧26，对于前景22，可看见第一覆盖侧25。基底元件结构G在整个防伪元件20中是相同的，除了取向发生改变。相对于背景21，其仅在前景22中关于中心平面M镜像，使得图案由区域I和II形成，其中，在俯视时，从前侧，第一覆盖侧25对于背景21可见，第二覆盖侧26对于前景22可见。由于基底元件结构G在第一和第二覆盖侧25、26上的不同反射属性，获得了图案的清晰识别性。
图2示出对于基底元件结构G的第一实施例，穿过图1的防伪元件20的示意性截面图。并排示出由虚线隔开的第一区域I(例如对应于背景21)和第二区域II(例如对应于前景22)。基底元件结构G在此实现为光栅基底结构1。在两个区域I和II中，光栅基底结构1是相同的，除了过滤区域，过滤区域在说明书的上述总体部分中已经提及，并且在下文中进一步说明。
在该实施例中，光栅基底结构1由规则的光栅脊23和光栅槽24组成。在根据图2的示例性实施例中，光栅脊23是三角形的，光栅槽24同样的三角形的。为了便于制造，光栅槽24由折射率与光栅脊23不同的材料填充。然而，所述填充不是必需的。光栅基底结构1布置在区域I中，使得第一覆盖侧25在图2的示图中位于上方，第二覆盖侧26位于下方。在区域II中，光栅基底结构1对准，以反转，即关于中心平面M镜像，中心平面在此是光栅平面。结果，在区域II中，第一覆盖侧25在图2的示图中位于下方，第二覆盖侧26位于上方。
光栅基底结构1以反射辐射R1反射入射在第一覆盖侧25上的辐射，以反射辐射R2反射入射在第二覆盖侧26上的辐射。由于在光栅基底结构1中，反射属性在第一和第二覆盖侧上不同，所以反射辐射R1和R2在区域I和II中也不同。因此，由前景22和背景21构成的图案变得可见。
另一方面，在透射光模式下，透射辐射T在区域I和II中不会不同，因为在两个区域中，穿过相同的结构，并且由于光路互易性规律，通过的顺序是无关的。
基底元件结构G的重要属性是，其反射属性相对于第一和第二覆盖侧是不对称的。在光栅情况下，这通过光栅基底结构1获得，光栅基底结构1同样相对于光栅中心平面不对称。这是图1的情况。
从可制造性角度看，优选地使用不对称光栅基底结构1用于防伪元件20，因为这种结构可简单地由压印方法复制。因此，具有光栅脊23和光栅槽24的浮凸光栅(relief grating)是优选合适的，浮凸光栅关于光栅中心平面不对称，并且表面由例如金属气相涂覆。图3以与图2类似的示图示出这种矩形光栅。在区域II中，区域I的镜像轮廓再次呈现。光栅在区域I和II中具有不同的反射属性，但是具有相同的透射属性。相对于光栅中心平面，不对称的光栅轮廓优选地由矩形光栅形成，矩形光栅具有明显偏离0.5的填充因子。在精确0.5值处，区域I和II之间的反转或镜像是不可能的。
通过压印方法更简单地制造梯形轮廓，如图4示意性示出。在这种光栅的情况下，还如图4所示，在定向气相涂覆或沉积时，还可用薄层(例如薄金属膜)覆盖肋。尽管这样，对于区域I和II，透射T保持相同。在于这种轮廓形式上倾斜角沉积的情况下，该相同还适用。
图5最后示出光栅基底结构1的一般情况，其相对于光栅中心平面不对称，并在区域I和II中具有相互镜像布置。
光栅基底结构1可一维地构造。然而，二维周期光栅的优点是，可以形成填充因子的基本较强不对称性，这招致第一覆盖侧25和第二覆盖侧26上的反射之间的甚至更清楚差别。前景和背景之间的图案的特别良好的对比是结果。图6示意性地示出这种二维周期光栅，下文中参考图8至19更紧密地说明其基本原理。
在从上侧观看时，在不利条件下会干扰地发生镜像或镜面反射。所述光栅基底结构在反射时的颜色属性可通过额外施加的散射箔改善，如图4示出。其中，光栅基底结构1嵌入载体2中，载体在其覆盖表面上具有反射减弱属性，例如经由合适的散射箔。优选地，这种散射箔具有例如位于5°和20°之间的比较小的角偏差。该散射效应还可通过UV漆或覆盖箔或载体2中的颗粒获得。假设载体2或施加在其上的层或箔的散射行为在两个覆盖侧上是大致相同的，均匀的透射实际上不受光散射的损害。
在防伪元件20中，光栅基底结构1在区域I和II中是相同的，除了在区域之一中反转或镜像。这导致在区域I和II之间的边界处有过渡区域，在过渡区域，光栅基底结构1延伸进其镜像形式。所述过渡在图2b至7中由虚线示出。过渡区域(基底结构1延伸进其反转即镜像形式)具有在光栅结构的周期区域中的延伸部，由于所采用的结构尺寸(1000nm或更小的周期)，其不能由肉眼感知到。
参考图8至19，在下文中更紧密地说明图6的二维周期光栅结构。附图在此仅涉及光栅基底结构，即区域I或II中的构造。
图8示出光栅基底结构1，其可用于有价文件中的防伪元件20。光栅基底结构1由载体2制造，载体的轮廓具有垂直肋。该轮廓构造成支柱4的图形6形成在载体2的上侧。载体由介质构造，并由金属层涂覆，金属层沉积在载体2表面的底层3以及支柱4上的涂层5上。由于垂直肋，后者未涂覆。
原则上，光栅基底结构1构造成其在透射光模式下不完全不透明，即在一定程度上保持光透射。因此，金属层的层厚度T相应地选择，材料也是如此。
在图形6中，支柱4在此仅以示例的方式构造为立方体，并且还可以是柱形(未必圆柱形)隆起，支柱以二维周期光栅的形式布置，在光栅基底结构1的光栅平面中沿两个相互垂直方向呈现周期性p1和p2，所述平面由底层3限定。基底平面中的支柱4或隆起的延伸部由s1和s2表示。底层3以及涂层5具有层厚度t。布置在图形6中的涂层5与底层3的上侧经由支柱4的高度h分隔开一距离h-t。轮廓载体2的支柱高度h大于层厚度t，使得金属层中断，涂层5是不连续的。因此，产生由限定出光栅平面的底层3构造的金属结构，涂层5位于孔8上方。涂层5和底层3之间的距离由介质支柱4实现。
周期性p1和p2优选地位于亚波长区域中，即位于100nm和1000nm之间的区域中，优选地位于200nm和500nm之间。填充因子s1/p1和s2/p2位于大于0.5和0.8之间，优选地小于0.7。为了独立于偏振获得颜色过滤，对于两个空间方向，如果可能的话，相同地选择轮廓参数，即p1＝p2，s1＝s2。然而，这是可选的。类似地，在所述示例性实施例中，周期性的方向相互垂直。这也是可选的。轮廓和周期性的空间不对称布置也是可设想的。换言之，图形6不必是笛卡尔图形，如图8所示。另外，支柱4可不对称地设计。
图9示出光栅基底结构1嵌入嵌入介质7中的发展例。其具有与使用相关的优点，因为光栅基底结构1的表面是平滑的。
图10示出光栅基底结构1，其支柱4具有圆柱形构造。该形式特别适合于非偏振光。图8的方形形式或图10的圆形形式的修改(例如经由圆角)同样是可能的。
图11和12示出光栅基底结构1如何工作。图11示出在区域I中，在上侧9上的入射辐射E时的关系。图12示出区域II中的入射。防伪元件以反射辐射R的形式反射入射辐射E，并以透射辐射T透射一部分。区域I和区域II中的照明之间的本质差别在于，在区域I中，入射辐射E首先落在以图形6布置的周期涂层5上。另一方面，在区域II中，底层3中的孔8的图形被直接照明。该差别具有反射行为，尤其关于彩色印记的明确结果。
通过将金属层施加到图形化载体2，底层3具有位于涂层5下方(即在支柱4的区域中)的孔8。光栅基底结构1由此具有在金属层3中的所谓的孔阵列，孔8的布置由图形6限定。当支柱4的肋完全垂直时，孔8的布置和尺寸精确地对应于涂层5。
图8至10的设计的底层3可由多层补充或替代。这同样适用于支柱上的涂层。
为了制造光栅基底结构1及由此的防伪元件20，考虑不同的处理。当具有以图形6布置的隆起(例如支柱4)以及区域I和II的介质载体2首先形成，并随后涂覆时，制造最简单。这可垂直地或通过倾斜角沉积来实现。关键是，涂层5不是连续的，即是单一的。
为了制造载体2，可使用铸造工艺，使得可获得成本效率的大批量生产。
在此描述的防伪元件20经由在零级衍射中具有二维周期性亚波长结构的光栅基底结构获得了其色调。那么颜色提供压印结构(color-givingembossed structure)是尤其颜色强化的，并可关于其它压印防伪结构以精确定位的方式布置，并且在俯视时从比较宽的视角以期望均匀颜色显现。
二维周期光栅的可能参数是：
结构a)-e)铸造在UV漆中的PET箔上，用铝气相涂覆，并随后由PET箔层压。PET箔和UV漆的折射率在可见光下等于约1.56
图13示出结构a)的透射行为和反射行为。第一覆盖侧上的反射响应由R1表示，第二覆盖侧上的反射响应由R2表示，透射辐射由T表示。附图分别示出作为波长的函数的强度I。所用金属为铝，具有40nm的层厚度t。图14示出结构b)的响应，图15示出结构c)的响应，图16示出结构d)的响应。
所述光栅基底结构在反射和透射时显示出不同颜色。第一覆盖侧上的反射与第二覆盖侧上的反射明显不同。这由结构c)(图15)和结构d)(图16)最清楚地表明。图15表明第一覆盖侧上的红色色调，而第二覆盖侧显现蓝色。另一方面，从两侧观看透射为蓝色。然而，图16的结构d)在第一覆盖侧上显现微红，在第二覆盖侧上显现蓝绿色，而透射为绿色。色调的角容限由不同入射角下的反射测量值检查。图17示出对于入射角8°(曲线13)、30°(曲线15)和45°(曲线14)，结构e)的反射。对于该结构，反射最大值在蓝色处，在入射角变化时仅稍微偏移。对于不同的入射角，该结构总是呈现蓝色。
上述取决于轮廓的色调可用于在区域之一内产生彩色符号或图像。图18示出光栅基底结构的具有不同轮廓(pR,sR,hR)、(pG,sG,hG)和(pB,sB,hB)三个部分17、18、19，其显现出红色、绿色和蓝色。这些不同颜色可经由相应地改变一个或多个轮廓参数来引起。
三个部分17、18、19对应于RGB子像素，并一起形成像素16。在每个部分17、18和19中，相应轮廓确保实现相应颜色，即红色、绿色和蓝色。同时，通过选择轮廓，可调节由部分17、18或19形成的相应RGB子像素颜色在像素16中的份额。因此，可给像素16提供期望颜色。经由RGB子像素的部分17、18和19在像素16中实现的三原色由此可形成真彩色图像。这种结构优于常规印刷方法的优点是，微米级的十分精细的图形化是可能的，这尤其在放大布置下是有利的。根据图12的光栅基底结构1允许微图像，其中，光栅轮廓横向地改变。以在微图像中获得颜色或强度对比。在此所述结构优选地适合于此，因为其光学属性是十分角容限的，即在入射角变化时，其颜色几乎不改变。对于显微透镜阵列的组合，该属性是有利的，因为由观看者感知到的光来自具有不同入射角的不同光路。
在区域I和II中，在俯视时，图像则仅在它们的色彩闪变方面不同，而这些差别在透射光下消失。
对于防伪元件20，亚波长光栅优选地适合，即具有光栅元件(例如光栅脊23和光栅槽24)的光栅基底结构1，光栅元件中的至少一个小于光的波长。这种结构的制造通常通过光刻方法来完成。干涉光刻或机械刻划也是可能的。原物(original)最终制造成压印件，随后用压印件压印载体2，原物随后被电处理(galvanically)或使用光敏聚合物(例如Omocers)复制。随后，载体2恰当地涂覆，并在合适的时候具有层压层。
防伪元件20的制造通过组装原物的第一区域与所述原物的印记来完成，防伪元件具有关于光栅平面镜像的光栅基底结构1的区域I和II。压印件也可如此制造。两个区域的复制可例如通过经由掩模曝光由光敏聚合物制成的薄膜随后在另一复制步骤中组装来生产。相应的反转当然也可在原物中提供。
为了压印载体2，可使用连续的压印工艺来压印箔片。为此，通常制造压印辊(embossing cylinder)。
图19示出防伪元件20的另一可能实现形式的示意性截面图。在此，使用基底元件结构G作为干涉构造，其在此实施为三层构造，具有基板27以及两个半透明金属层28和29。在区域I和II中，基底元件结构关于中心平面相互镜像，使得在附图的图示中，在区域I中，第一覆盖侧25位于上方，而在区域II中，第二覆盖侧位于上方。这同样相应地适用于位于下方的两侧。结果，在图19的图像中，对于区域I，第一金属层38位于上方，而对于区域II，位于下方。由于互易性，透射在两个区域中是相同的，而反射属性不同，从而使图案可识别。
应指出，在区域I和II之间的基板27中可看见的步骤实际上不存在。其仅示出基底结构G在区域I和II中的镜像。实际上，基板27延伸通过，仅层28和29改变。这种局部不同的图形可通过冲刷方向或还通过激光去金属化获得。如此，区域II首先掩模化，例如通过气相沉积方法施加区域I的层序列。在下一步骤中，区域I掩模化，气相沉积区域II的层序列。
还可设想的是，所述金属层之一穿孔。该实施例可在图20中看出。在已知的色移层系统中，下层通常表示为不透明反射层。然而，为了获得透射，所述反射层可以部分穿孔的形式存在。半透明金属层38是均匀的，反射镜29穿孔。所述穿孔可使用脉冲激光产生。或者，可使用冲刷方法、金属转移方向或所谓的剥离方法。
图21示出基底元件结构G，其中，层28和29由相同材料制成，并具有相同的厚度。它们仅不同地穿孔，产生不同的反射属性。该变型例的制造是特别简单的，因为单独层可以横向非图案化形式在整个表面上相继地施加。然后，使用脉冲激光执行穿孔。这在两侧是可能的。或者，在已施加一个金属层之后且随后施加另一金属层之后，穿孔可单侧地实现。
图22示出图19的设计的变型例。在此，防伪元件在区域I和II中在其折射率结构方向反转，在几何形状方面不镜像。
图22的防伪元件具有介质33，其在其前后两侧上分别具有金属化34、35。在金属化34上方，施加覆盖层31，在金属化35下方，施加下层32。
覆盖层31具有两个层部分36和38，层部分36位于区域I中，层部分38位于区域II中。类似地，下层32相应地图形化，使得其具有位于区域I中的层部分37和位于区域II中的层部分39。层部分36和39具有相同的折射率n1。类似地，层部分37和38具有相同的折射率n2，折射率n2与折射率n1不同。因此，相同层存在于区域I中，区域II中也如此，但是关于它们的折射率结构反转。这导致即使在平面的半透明金属层构造的情况下，区域I和II中的入射光也相互作用。在区域I中，由层33至35形成的层系统向上与具有折射率n1的层部分36毗接，向下与具有折射率n2的层部分37毗接。在区域II中，折射率从前后两侧互换。这在两个区域中导致不同的反射行为。然而，透射是相同的。
具有不同折射率的边界表面可通过气相沉积或通过印刷不同介质来制造。上面参考其它实施例描述的措施在此均适用于以期望折射率调节横向不同的层部分。
在图22中，覆盖层31和下层32以相同几何形状表面。这不是必需的。因此，覆盖层31实际上可具有与下层32不同的结构或厚度。
图23示出根据设计防伪元件的可能性的设计，该防伪元件表示为一开始提到的第二变型例。在此，如图22，关于折射率结构而不关于几何形状提供反转(如第一变型例)。图23的防伪元件20具有光栅结构30，其具有金属化34。布置在光栅结构30上的覆盖层31填充光栅结构。这同样适用于位于另一侧的下层32。
光栅结构30以示例的方式表示为具有梯形横截面的浮凸光栅。然而，可使用在此所述的所有光栅结构以及关于第一变型例提到的光栅结构。与第一变型例不同，现在其不(仅仅)是在区域I和II中产生不同反射行为的光栅结构30的轮廓形式的变型，而是折射率的改变。覆盖层31在层部分36和38中具有不同的折射率，即折射率n1和n2。在下层32中，折射率严格地反转，使得层部分37具有折射率n2，层部分39具有折射率n1。因此，通过在区域I和II中均匀的光栅结构30获得了不同的反射行为，因为层部分36与金属化37和光栅结构30的组合之间的折射率转换显示出区域I中的前侧上的反射行为，其对应于区域II中的后侧上的反射行为。这相应地适用于区域II的前侧和区域I的后侧。与上述第一变型例不同，在第二变型例中，并不是区域I和II中的几何形状互换，而是折射率的布置互换。
当然，可组合第一变型例和第二变型例的措施，使得通过反转几何形状和通过反转折射率横截面可获得区域I和II之间的从前后两侧的不同反射行为和在透射时不再识别的差别。
原则上，基板27可染色以在透射时产生彩色效应。
部件列表
1 光栅
2 载体
3 底层
4 支柱
5 涂层
6 图形
7 介质
8 孔
9 前侧
10 后侧
11,12 多层构造
13,14,15 曲线
16 像素
17,18,19 部分
20 防伪元件
21 背景
22 前景
23 光栅脊
24 光栅槽
25 第一覆盖侧
26 第二覆盖侧
27 基板
28,29 干涉层
30 光栅结构
31 覆盖层
32 下层
33 介质
34,35 金属化
36-39 层部分
h 支柱高度
G 基底元件结构
M 中心平面
t 涂层厚度
s1 支柱宽度
s2 支柱深度
p1,p2 周期
A 表面法线
E 入射辐射
R 反射辐射
R1 反射辐射
R2 反射辐射
T 透射辐射

Claims (30)

1.一种用于有价对象的防伪元件，具有：
-平坦的透明主体，具有前侧和后侧，中心平面(M)位于所述前侧和所述后侧之间；
-构造在所述主体上的第一区域(I)和构造在所述主体上的第二区域(II)，所述第一区域和所述第二区域编码出图案(21，22)，其中，
-所述主体在所述第一区域中具有基底元件结构(G)，在俯视所述主体时，所述基底元件结构从前后两侧传递出不同的彩色印记，
其特征在于，
-所述主体在所述第二区域中同样具有基底元件结构(G)，但是该基底元件结构处于关于所述中心平面(M)镜像的形式，这导致在俯视时，第一和第二区域(I，II)从两侧显示出图案(21，22)，而所述图案(21，22)在透视时不可识别出。
2.如权利要求1所述的防伪元件，其特征在于，所述基底元件结构(G)具有关于所述中心平面(M)不对称的光栅基底结构(1)。
3.如权利要求2所述的防伪元件，其特征在于，所述光栅基底结构(1)具有梯形或三角形轮廓的光栅元件(23)。
4.如权利要求2或3所述的防伪元件，其特征在于，所述光栅基底结构(1)具有100nm至1000nm、优选200nm至500nm的光栅周期。
5.如权利要求2至4任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述光栅基底元件(1)由薄金属层、半金属层或具有部分吸收效应的高折射层覆盖。
6.如权利要求2至5任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述光栅基底结构(1)是二维周期性的。
7.如权利要求2至6任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述光栅基底结构(1)具有立方形隆起(5)和凹陷(8)。
8.如权利要求6或根据权利要求6和7的组合所述的防伪元件，其特征在于，所述光栅基底结构具有限定出光栅平面的连续的部分吸收底层(3)和位于所述底层(3)上方的单独的部分吸收表面元件(5)的二维规则图形(6)，所述单独的部分吸收表面元件相应地平行于所述光栅平面延伸，并相应地通过中间介质(4)与所述底层(3)分隔开一大于所述底层(3)和所述表面元件(5)的厚度的距离(h)。
9.如权利要求8所述的防伪元件，其特征在于，所述规则图形(6)在平行于所述光栅平面延伸的至少两个方向上具有介于100nm和800nm，优选介于200nm和500nm之间的周期性(p1，p2)。
10.如权利要求8或9所述的防伪元件，其特征在于，所述底层(3)具有位于每个表面元件(5)下方的开口(8)。
11.如权利要求8至10任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述底层(3)和所述表面元件(5)包括含有Al、Ag、Cu、Cr、Si、Zn、Ti、Pt、Pd、Ta或它们合金的材料。
12.如权利要求8至11任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述中间介质(4)在每个表面元件(5)下方构造为支柱，并优选地具有介于1.4和1.6之间的折射率，所述表面元件(5)布置在所述支柱上。
13.如权利要求8至12任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述光栅基底结构(1)嵌入嵌入介质(7)中，所述嵌入介质优选地具有与所述中间介质(4)相同的折射率。
14.如权利要求8至13任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述表面元件(5)的规则图形(6)具有大于0.5至0.85、优选至0.7的表面填充因子。
15.如权利要求8至14任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述表面元件(5)位于所述光栅平面上方的所述距离(h)平行于所述光栅平面变化。
16.如权利要求1所述的防伪元件，其特征在于，所述基底元件结构(G)具有基板(27)和布置在载体的覆盖侧上的两个不同干涉层(28，29)。
17.一种用于有价对象的防伪元件，具有：
-平坦的透明主体，具有前侧和后侧；
-构造在所述主体上的第一区域(I)和构造在所述主体上的第二区域(II)，所述第一区域和所述第二区域编码出图案(21，22)，其中，
-所述主体具有光栅基底结构(30)，所述光栅基底结构从所述前侧由第一层(31)填充，从所述后侧由第二层(32)填充，并在俯视时从前后两侧传递出不同的彩色印记，
其特征在于，
-所述光栅基底结构(30)在第一和第二区域(I，II)中是相同的；以及
-在所述第一区域(I)中，所述第一层(31)具有第一折射率(n1)，所述第二层(32)具有第二折射率(n2)，在所述第二区域(II)中，所述第一层(31)具有第二折射率(n2)，所述第二层(32)具有第一折射率(n1)，这导致在俯视时第一和第二区域(I，II)从两侧显示出所述图案(21，22)，但是所述图案(21，22)在透视时不可识别。
18.如权利要求17所述的防伪元件，其特征在于，所述光栅基底结构(30)关于位于前后两侧之间的中心平面(M)不对称。
19.如权利要求17或18所述的防伪元件，其特征在于，所述光栅基底结构(30)具有梯形或三角形轮廓的光栅元件(23)。
20.如权利要求17至19任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述光栅基底结构(30)具有100nm至1000nm、优选200nm至500nm的光栅周期。
21.如权利要求17至20任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述光栅基底结构(30)由薄金属层、半金属层或具有部分吸收效应的高折射层覆盖。
22.如权利要求17至21任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述光栅基底结构(30)是二维周期性的。
23.如权利要求17至22任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述光栅基底结构(1)具有立方形隆起(5)和凹陷(8)。
24.如权利要求22或如权利要求22和23的组合所述的防伪元件，其特征在于，所述光栅基底结构具有限定出光栅平面的连续的部分吸收底层(3)和位于所述底层(3)上方的单独的部分吸收表面元件(5)的二维规则图形(6)，所述单独的部分吸收表面元件相应地平行于所述光栅平面延伸，并相应地通过中间介质(4)与所述底层(3)分隔开一大于所述底层(3)和所述表面元件(5)的厚度的距离(h)。
25.如权利要求24所述的防伪元件，其特征在于，所述规则图形(6)在平行于所述光栅平面延伸的至少两个方向上具有介于100nm和800nm，优选介于200nm和500nm之间的周期性(p1，p2)。
26.如权利要求24或25所述的防伪元件，其特征在于，所述底层(3)具有位于每个表面元件(5)下方的开口(8)。
27.如权利要求24至26任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述底层(3)和所述表面元件(5)包括含有Al、Ag、Cu、Cr、Si、Zn、Ti、Pt、Pd、Ta或它们合金的材料。
28.如权利要求24至27任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述中间介质(4)在每个表面元件(5)下方构造为支柱，并优选地具有介于1.4和1.6之间的折射率，所述表面元件(5)布置在所述支柱上。
29.如权利要求24至28任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述表面元件(5)的规则图形(6)具有大于0.5至0.85、优选至0.7的表面填充因子。
30.如权利要求24至29任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述表面元件(5)位于所述光栅平面上方的所述距离(h)平行于所述光栅平面变化。
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