CN110520304B - 具有浮雕结构的防伪元件及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生产诸如钞票、支票等的防伪文件的防伪元件(S)，其在背景前显示主题，防伪元件(S)具有浮雕结构(7、10、12‑14、16、17)，该浮雕结构覆盖防伪元件(S)的主题区域(1、4)并在那里提供主题并且覆盖防伪元件(S)的背景区域(2)并在那里提供背景，其中具有轮廓区域(3)，其界定了主题与背景，其也由浮雕结构形成，其中轮廓的浮雕结构(12、14和17)不同于主题区域的浮雕结构(10、13、16a)和背景区域(2)的浮雕结构(7、16b)，从而在一方面轮廓(3)与另一方面主题区域(1、4)和背景区域(2)之间存在亮度和/或颜色对比。

Description

具有浮雕结构的防伪元件及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种用于生产诸如钞票、支票等的防伪文件的防伪元件，其在背景上显示图案，该防伪元件具有浮雕结构，该浮雕结构覆盖防伪元件的图案区域并在那里提供图案并且覆盖防伪元件的背景区域并在那里提供背景。
本发明还涉及一种具有防伪元件的防伪文件。
最后，本发明涉及一种用于防伪元件的生产方法，该防伪元件用于生产诸如钞票、支票等的防伪文件，该防伪元件在背景上显示图案，其中产生浮雕结构，该浮雕结构覆盖防伪元件的图案区域并在那里提供图案，并且其覆盖防伪元件的背景区域并在那里提供背景。
背景技术
钞票的防伪特征包含图案，比如符号、图像或真彩色图像，其被设计成实现特别好的感知水平和防止伪造的安全性。例如，这些图案来自以下出版物：H.Lochbihler,“Colored images generated by metallic sub-wavelength gratings”，Opt.Express，2009年，第17卷，第12189-12196页；WO 2012/156049 A1；EP 1434695 B1；EP 2453269 A1；WO 2013/091858 A9；US 9188716 B2和DE 102014011425 A1。
然而，具有这样的防伪元件的图案需要在不良照明条件下的可感知性方面进行改进。
发明内容
因此，本发明的目的是改进引言中提到的类型的防伪元件、防伪文件及生产过程，从而提高可感知性。同时应该可以进行简单的生产。
本发明在权利要求1、10和11中定义。
用于生产诸如钞票、支票等的防伪文件的防伪元件具有浮雕结构，防伪元件在背景上显示图案，浮雕结构覆盖防伪元件的图案区域并在那里提供图案并且覆盖防伪元件的背景区域并在那里提供背景；另外，提供了轮廓区域，其界定了图案区域与背景区域并且其也由浮雕结构形成，其中轮廓区域的浮雕结构不同于图案区域的浮雕结构和背景区域的浮雕结构，从而在一方面轮廓区域与另一方面图案区域和背景区域之间存在亮度和/或颜色对比。
在用于生产诸如钞票、支票等的防伪文件的防伪元件的方法中，防伪元件在背景上显示图案，产生浮雕结构，该浮雕结构覆盖防伪元件的图案区域并在那里提供图案并且覆盖防伪元件的背景区域并在那里提供背景，并且提供了轮廓区域，其界定了图案区域与背景区域并且其也由浮雕结构形成，其中轮廓区域的浮雕结构不同于图案区域的浮雕结构和背景区域的浮雕结构，从而在一方面轮廓区域与另一方面图案区域和背景区域之间存在亮度和/或颜色对比。
本发明基于以下发现：如果通过高对比轮廓将其与背景划界，则图案更容易识别。为了实现特别好的对比并促进可制造性，轮廓还由浮雕结构限定，该轮廓结构在轮廓区域中与图案区域和背景区域不同，从而在一方面轮廓区域与另一方面图案区域和背景区域之间存在亮度和/或颜色对比。通过这种方法，避免了套准要求，比如在传统的具有高颜色对比的轮廓的印刷中会出现。同时，可以将轮廓设计成使得实现与图案和背景的最大对比，即例如明亮的轮廓也可以容易实现。因此，本发明显著增加了图案对于观察者的可感知性。
例如，通过适当选择浮雕结构的轮廓几何形状，可以实现轮廓区域与图案区域和背景区域之间的对比。浮雕结构通常被涂覆有例如金属或高折射涂层或产生颜色效果的层复合物，比如从WO2008/080499A1中已知。为了产生图案，从现有技术中已知不同的浮雕结构，即利用这些浮雕结构，可以在图案区域和背景区域之间实现对比。从现有技术中，例如已知具有微镜的浮雕结构(参见DE102010049617A1)。这些微镜可以以像素排列，每个像素具有相同定向的微镜。而且，可以使用菲涅耳结构(参见EP1562758B1)，或者也可以与微镜组合使用。对于微镜，从1μm到最大100μm的浮雕高度是已知的，侧向尺寸从不到10μm至100μm以下。用于产生图案的另一已知的浮雕结构是浮雕全息形式的全息光栅。它们包括具有500nm至2μm的光栅周期的金属化浮雕结构，并且布置成使得观察者感知第一衍射级中的图案或真彩色图像。US9188716B1使用后向反射结构形式的浮雕结构来产生彩色图案。为了产生图案或背景，一维或二维亚波长光栅也是已知的，例如来自出版物H.Lochbihler,“Colored images generated by metallic sub-wavelength gratings",Opt.Express，2009年，第17卷，第12189-12196页，或者WO 2012/156049。通过具有不同轮廓参数的浮雕结构的基于像素的布置，可以以零衍射级生成真彩色图像，其也可以用于在背景上生成图案。此外，通过顺序显示特定的浮雕结构，例如微结构，能够在图像中引起运动效果(参见DE102010047250A1)。所有这些不同类型的浮雕结构在本发明的上下文中都可以使用和组合，以产生图案和背景，即在图案区域和背景区域中，并产生轮廓。当然，不同的浮雕结构可分别用于背景区域和图案区域和轮廓。关键点在于，在轮廓区域和图案区域之间以及在轮廓区域和背景区域之间存在用肉眼可感知的光学对比。亚波长结构的另一示例是所谓的蛾眼结构(参见WO2006/026975A2和EP2453269A1)。可以通过将浮雕结构着色或染色来生成彩色图案。
在一延伸中，通过相应地设计浮雕结构，可以为轮廓区域提供结构化。结构化可以意味着轮廓区域的中断和/或包括肉眼无法检测到的微文本或信息。
轮廓区域也可以是复杂图案内的轮廓线。复杂图案由多个图案元素构成，其中一个图案元素被理解为当相对于另一个图案元素光学感知时是背景，使得轮廓区域界定背景区域即复杂图案的一个图案区域与复杂图案的另一个图案区域。在特定实施例中，轮廓区域也可以是非结构化的。
附图说明
下面基于示例并参考附图更详细地描述本发明，附图还可以示出本发明必需的特征。图中示出了：
图1是在背景上具有多个图案的防伪元件的平面图，其中轮廓在背景上界定图案，
图2是具有三个区域I、II和III的防伪元件S的示意性横截面图，三个区域I、II和III对应于图1的防伪元件的图案区域、轮廓区域和背景区域，
图3是类似于图2的图示，其中，其他浮雕结构用于图案区域、背景区域和轮廓区域，以及
图4是与图2和3类似的视图，其中，再次地，其他浮雕结构用于图案区域、背景区域和轮廓区域。
具体实施方式
图1示出了防伪元件S，其在结构化背景上示出了带有年号的蜂鸟作为图案。图案区域1和背景区域2由不同的浮雕结构形成，浮雕结构在反射时形成光学对比，从而可以用肉眼察觉到图案。图案通过窄小轮廓从背景中界定。年号也通过轮廓从背景中凸起。轮廓区域3中的轮廓外形也由浮雕结构产生，浮雕结构被设计成使得它们与图案区域1、4和背景区域2形成对比。这对于观察者显著增加了图案的可感知性。图案区域1、4和背景区域2由浮雕结构形成，浮雕结构例如被金属化并嵌入电介质中。这同样适用于轮廓3。通过适当选择浮雕结构的轮廓几何形状来创建不同区域之间的对比。
图2示出了这种浮雕结构的示例的示意性横截面。这里的范围I对应于图案区域1或4，区域II对应于背景区域2，且区域III对应于轮廓区域3。防伪元件S形成在基底膜5上，其上施加有压纹漆层6，其中引入了浮雕结构，然后将浮雕结构金属化。上漆层8和覆盖膜9完成了防伪元件S，其可以跨越例如钞票的窗口区域。
在全息光栅7、10的实施例中，区域I和区域II都形成有正弦曲线轮廓。全息光栅7和10的设计在由此产生的图像方面不同。对比轮廓区域3由区域III中的亚波长光栅12实现。亚波长光栅12可以是一维或二维周期性的。它相对于全息光栅7和全息光栅10产生对比，并且因此作为轮廓在由背景区域2形成的背景上突出显示由图案区域1、4形成的图案。
图3示出了另一实施例，以说明区域I、II和III中的浮雕结构可以大部分自由选择，只要区域I和II之间存在对比并且在区域III和区域I和II之间产生对比。在图3的实施例中，背景区域2以不同方式形成。一方面，即在一些部分中，它由全息光栅7形成，另一方面，即在其他部分中，由光滑表面15形成。图案区域通过微镜装置13实现。在区域III中，轮廓区域填充有吸收光的蛾眼结构14。
图4示出了轮廓区域实现明亮边界的实施例。这里的区域I和II设计有透射全息光栅，例如从DE102014011425A1中已知的那些。除了第零衍射级0.O.和第一衍射级1.O.，它们在透射中具有额外的效果，即入射辐射E不仅被反射为反射辐射R，如在图2和3的实施例中的情况，而且还作为透射辐射T部分地透射。这意味着透射光图案也是可能的。在区域III中，这与传统的全息光栅组合，其在金属化之后是不透明的。因此，在平面图中获得了在背景区域2上界定图案区域1、4，这导致了明亮的轮廓。图4中的结构还示出了透射中的图案。在该观察方向上，轮廓线即区域III看起来是暗的并增强了该图案的可感知性。透射中的这些对比变化可以通过不透明的轮廓非常普遍地实现。用于此目的的合适的浮雕结构是金属化的，并且具有的轮廓所具有的纵横比即深度与周期的比率小于0.4。具体示例是光滑的金属化表面、微镜阵列、无光泽结构或传统的全息结构等。透射结构尤其可以是从在引言中提到的Lochbihler,Opt.Express出版物中或从WO2012/156049中已知的那些。这种透射结构通常在反射中比具有低纵横比的不透明金属结构看起来更暗，因为透射光分量减少了反射。这些平坦结构如明亮的轮廓因此显著改善了图案在反射中的感知。
当然仅作为示例，图2至4的实施例示出了不同的浮雕结构在区域I至III中的侧向布置。微镜布置、菲涅耳状结构、μ透镜、全息光栅、后向反射结构、一维或二维亚波长光栅或蛾眼结构和微腔的其他组合同样是可能的，其向观看者提供各个区域之间的亮度和/或颜色对比。
还可以在轮廓区域中提供暗结构。这种结构从不同的观察方向(优选全部)看起来是暗的。为此目的，图3中使用的蛾眼结构14是特别合适的。从文献中已知用于产生这种蛾眼结构14的不同方法。作为示例，参考上述WO2006/026975A2或EP1434695B1。这些出版物描述了蒸发的金属随机表面，其形成折射率梯度层并且具有良好的吸收。其中的结构深度优选大于50nm，且相邻高度之间的平均间距小于500nm，因此称为亚波长结构。这种随机表面可以从塑料基底(比如PMMA)采用等离子体蚀刻过程产生。可替代地，也可以使用周期性布置的蛾眼结构。还已知用多层(例如所谓的色移涂层)覆盖的蛾眼结构产生高对比的深色(参见EP2453269A1)。而且，具有平均间距大于500nm的结构在金属化之后可以显示出高吸收效果。这种所谓的微腔优选地具有半球形凹部，其深度与孔尺寸的比率大于0.5，并且彼此相邻布置，例如以六边形或正交地布置。EP1434695B1公开了一种蛾眼结构，其由周期小于420nm的金属化交叉光栅形成。而且，对于光吸收，可以使用二维周期性亚波长光栅，例如在WO2012/156049A1中所述。该光栅也适用于滤色。可以选择光栅的几何参数，使得发生最大的光吸收并且平均反射小于20％，优选小于10％。
背景区域、图案区域和轮廓区域之间的分界可以通过用作滤色器的这种结构来实现。这些不一定是黑色，而且还可以以其他颜色出现，比如红色或蓝色。然而，深色对于图案的可感知性是有利的。这些所述金属亚波长结构在可见光谱范围内显示出增加的光吸收，部分归因于光的共振吸收，这导致反射的色度。由于可见波长范围内的平均吸收总是高于镜面光滑表面比如微镜的平均吸收，因此保证了轮廓区域与图案区域和/或背景区域之间的高对比。可替代地，这些结构也可能从某些方向看起来不暗。例如，轮廓区域也可以由微镜填充，微镜都具有相同的定向，因此仅在一个角度同时明亮地照亮。虽然这具有以下缺点：当从某个角度观察时区域III照亮(不期望地)，因此在该角度下，轮廓区域在某些条件下不会产生图案和背景之间的分界，但是，对于这个缺点，在技术上非常容易实现结构，因为除了微镜之外不需要生产其他结构，特别是没有纳米结构。然后可以仅通过微镜来实现用于背景区域、轮廓区域和图案区域的浮雕结构，其中仅不同区域之间的微镜的定向改变。有利地，选择这些区域中的不期望照亮的角度，使得其例如在该区域中几乎不可察觉，所有镜子可以最大程度地向下定向，使得照亮效果仅在非常倾斜的视角处发生。可替代地，可以选择沿东西方向的倾斜，其中微镜的对准定向成例如在东向极远处定向。
具有低纵横比的浮雕结构适于形成明亮的轮廓。在金属化之后，这种结构在透射中很大程度上是不透明的，并且在反射中对于观察者来说将是明亮的。为此特别合适的是微镜、全息光栅、后向反射结构和平面表面。
如果使用色移涂层，则浮雕结构可以改变轮廓区域中的色移颜色以实现分界。
为了良好的可感知性，轮廓区域的平均亮度小于反射中并且可选地也在透射中的图案区域和背景区域的平均亮度的50％。可替代地，轮廓区域的平均亮度高于反射中并且可选地也在透射中的图案区域和背景区域的平均亮度的20％以上。
在图案区域和背景区域中，优选使用微镜、全息光栅和/或锯齿形光栅，在轮廓区域中，使用亚波长结构(特别是滤色或蛾眼)、全息光栅和/或无光泽结构。
浮雕结构优选地使用光刻方法制造，比如电子束系统或激光写入系统，其例如利用双光子吸收过程工作。可替代地，它可以在两阶段光刻过程中产生。在第一步骤，进行纳米结构化。例如，这通过电子束光刻过程来进行。作为替代，还可以使用激光束干涉方法。非周期性蛾眼结构也可以通过等离子体蚀刻或通过用超短激光脉冲结构化来产生。在随后的步骤中，用光致抗蚀剂使这种结构的原件或副本平整。为此目的合适的方法主要是旋涂或浸涂。然后在光刻步骤中将浮雕结构刻入光致抗蚀剂中，并暴露结构的所需区域。该过程可以通过激光写入器在直接曝光过程中进行。然后可以将所得的原件进行流电复制转移或使用光敏聚合物(例如Ormocere)进行复制转移。以这种方式生产的印模的表面结构然后可以通过分步重复过程在更大的区域上并排复制。通过对该原件进行电印，在表面上进行复制，可以由其制成压花滚筒。最后，该结构可以在连续的卷对卷过程中压印在膜上。纳米压印方法比如在UV固化材料中的热压印或压花在此是合适的。最后，压印膜被金属蒸发。常见的蒸发技术是电子束气相沉积、热蒸发或溅射。作为金属材料，可以使用铝、银、铜、钯、金、铬、镍、铁、钴和/或钨等金属及其合金。在气相沉积之后，任选地将结构层压在覆盖膜9中并用其保护。代替简单的金属涂层，浮雕结构也可以涂覆有多层结构。为此，特别使用所谓的色移涂层，其由半透明金属层、电介质间隔层和位于其下方的金属镜层构成。特别合适的电介质是SiO2、MgF2、Ta2O5、ZnS和聚合物。另一种替代方案是具有高折射率材料的电介质涂层。如果在膜元件上另外需要去金属化区域，则在气相沉积之前，在所需区域上印刷洗色，然后在气相沉积之后将其除去。可替代地，这些区域也可以用激光去金属化或湿化学蚀刻方法制造。
在另一实施例中，图案(例如以线条的形式)具有运动效果。图案区域1、4由一系列微镜产生，并具有“滚动条”效果，比如从DE102010047250A1已知，其中倾斜图案时明亮的光束会上下移动。多个光束的移动可以是相同的或处于相反的方向。这样的图案以轮廓形式明显更容易看到，因为观察者反之可能只看到明亮光反射的“混乱”。轮廓区域使得实际形式对于观察者清晰可见。例如，它可以通过对亚波长结构进行滤色来实现，或者如果需要暗色轮廓，则可以通过蛾眼结构来实现。在特别有利的变型中，微镜可以设置有变色涂层(例如具有序列吸收器、电介质、反射器的三层结构)。特别有利的是，轮廓区域中的浮雕结构改变了该涂层的色印，例如通过使用合适的亚波长结构。因此，不仅可以生成明亮或暗的轮廓线，而且特别地，还可以生成具有除了运动效果内的颜色之外的颜色的轮廓线。
特别是在轮廓区域中使用亚波长结构可以产生的另一效果是更高的透射。具有强透射的金属亚波长光栅与平坦表面、全息光栅或微镜结构形成鲜明对比。特别是当蛾眼结构用于轮廓区域时，后者在从上方观察时看起来是暗的而在横向观察时是亮的(例如当在钞票窗口中使用时)。在变色涂层的情况下(特别是例如还具有两个薄吸收层，因此结构吸收器、电介质、吸收器)和/或当在轮廓区域中使用滤色亚波长结构时，轮廓区域的颜色可能与图案区域的颜色不同，在平面图和横向图之间会产生运动效果。从上方和背面照明时，轮廓区域本身也可以显示不同的颜色。
附图标记列表
1、4 图案区域
2 背景区域
3 轮廓区域
5 基底膜
6 压纹漆层
7 全息结构
8 覆盖层
9 覆盖膜
10 全息结构
12 亚波长光栅
13 微镜结构
14 蛾眼结构
15 光滑区域
16 透射全息光栅
17 不透明全息光栅
S 防伪元件
E 入射辐射
R 反射辐射
T 透射辐射
0.O.零级
1.O.一级
I-III 区域

Claims (14)

1.一种用于生产防伪文件的防伪元件，其在背景上显示图案，其中，所述防伪元件(S)具有浮雕结构(7、10、12、13、14、16、17)，该浮雕结构覆盖防伪元件(S)的图案区域(1、4)并在那里提供图案并且覆盖防伪元件(S)的背景区域(2)并在那里提供背景，其特征在于，提供了轮廓，其界定了图案区域(1、4)与背景区域(2)并且其也由浮雕结构形成，其中，所述轮廓的浮雕结构(12、14、17)不同于图案区域(1、4)的浮雕结构(10、13、16a)和背景区域(2)的浮雕结构(7、16)，从而在一方面轮廓与另一方面图案区域(1、4)和背景区域(2)之间存在亮度和/或颜色对比。
2.如权利要求1所述的防伪元件，其特征在于，所述轮廓的浮雕结构(12、14)具有亚波长光栅。
3.如权利要求2所述的防伪元件，其特征在于，所述图案区域(1、4)和背景区域(2)反之没有亚波长光栅。
4.如权利要求2或3所述的防伪元件，其特征在于，所述轮廓的浮雕结构具有蛾眼结构(14)。
5.根据权利要求4所述的防伪元件，其特征在于，所述图案区域(1、4)和背景区域(2)反之没有蛾眼结构。
6.如权利要求1至3中任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述轮廓的浮雕结构(12、14)具有微腔。
7.如权利要求1至3中任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述轮廓的浮雕结构具有微镜结构。
8.如权利要求1至3中任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述轮廓的浮雕结构具有全息结构。
9.如权利要求1至3中任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述轮廓的浮雕结构具有后向反射结构。
10.如权利要求1至3中任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述轮廓的浮雕结构是金属的、高折射的或涂有产生颜色效果的层复合物。
11.如权利要求1至3中任一项所述的防伪元件，其特征在于，所述轮廓包括用于图案的轮廓线。
12.如权利要求11所述的防伪元件，其特征在于，所述轮廓的结构化包括轮廓中的中断和/或肉眼无法检测或分辨的微文本或信息项。
13.一种具有如权利要求1至12中任一项所述的防伪元件的防伪文件。
14.一种用于防伪文件的防伪元件(S)的生产方法，所述防伪元件在背景上显示图案，其中，产生浮雕结构(7、10、12、13、14、16、17)，该浮雕结构覆盖防伪元件(S)的图案区域(1、4)并在那里提供图案并且覆盖防伪元件(S)的背景区域(2)并在那里提供背景，其特征在于，提供了轮廓，其界定了图案区域(1、4)与背景区域(2)并且其也由浮雕结构形成，其中，所述轮廓的浮雕结构(12、14、17)不同于图案区域(1、4)的浮雕结构(10、13、16a)和背景区域(2)的浮雕结构(7、16b)，从而在一方面轮廓与另一方面图案区域和背景区域(2)之间存在亮度和/或颜色对比。
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