DE10140469B4 - Karte, Dokument oder Banknote mit erhöhter Fälschungssicherheit - Google Patents
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Abstract
– mit einer Kennzeichnung (5), die im nahen Infrarot von 800 nm bis 2500 nm Strahlung absorbierende und emittierende Polymethinfarbstoffe mit folgender allgemeiner Formel umfaßt: wobei n zwischen 0 und 4 liegt und R1 bis R4 die folgenden vier Substituenten sind:
A) R1 stellt H, Cl, Br, oder folgende Aryl- und heterocyclischen Substituenten dar: B) R2 stellt H, Cl, Alkyl- sowie Cycloalkyl-Gruppen oder folgende die Polymethinkette verbrückende Alkyl-Gruppen dar: wobei R1 einen der oben genannten Substituenten und R3 H oder eine Alkyl-Gruppe ist,
C) R3 stellt H oder Alkyl-Gruppen dar und
D) R4 H, Alkyl- oder folgende, die Polymethinkette verbrückende Alkyl-Substituenten: Wobei A1 und A2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und eine der folgenden Gruppen darstellen:
1) 1,3,2-(2H)-Dioxaborine der folgenden Formel wobei R5 H, eine Alkyl-, Cycloalkyl- oder Aryl-Gruppe und R6 H, eine Alkyl- oder Aryl-Gruppe...
Description
- Wertpapiere, Banknoten sowie Karten werden häufig gefälscht. Insbesondere Karten, beispielsweise Ausweiskarten sowie im Falle von Chipkarten, die darauf befindlichen Smartcardprozessoren können in einer Form nachgebaut werden, daß sie eine gewünschte Funktion freischalten, ohne dabei die so ermöglichte Leistung zu verrechnen. Für einen Kartenhersteller ist es daher wichtig, daß sowohl ein solcher Nachbau der Karte als auch der in den Karten eingesetzten Halbleiterchips möglichst erschwert wird. Dazu muß die Analyse des Chipaufbaus möglichst schwierig gestaltet werden. Für ein Terminal, an dem eine Chipkarte benutzt wird, ist es außerdem wichtig, daß die Echtheit dieser Karte beziehungsweise des darin integrierten Prozessors (Chip) erkannt werden kann. Die Daten auf Datenkarten liegen dabei häufig in Form magnetischer Zustände vor, die in einer für die lesende Maschine erkennbaren Weise angeordnet sind. Das Prinzip, in magnetischen Zuständen Informationen zu speichern, liegt vielen gebräuchlichen Ausweiskarten zugrunde.
- Durch geeignete Geräte können die Ausrichtungen der Magnetpole in den datentragenden Karten leicht und nicht nur durch Unbefugte geändert oder kopiert werden. Durch Kopieren der im Muster gespeicherten Information können Unberechtigte eine falsche Berechtigung vortäuschen. Die magnetisch gespeicherte Information läßt sich unter dem Einfluß eines Magnetfeldes häufig auch verändern oder zerstören. So kann beispielsweise die Information auf dem Magnetstreifen schon mit einem Handmagneten gelöscht werden.
- Geräte zum zerstörungsfreien Lesen und Kopieren der auf Datenkarten gespeicherten Daten sind im Handel preisgünstig erhältlich und eröffnen den durchschnittlichen Computerfachmann die Möglichkeit, die Daten auf Datenkarten zu kopieren, nachzumachen oder zu verfälschen. Häufig wird ein zusätzlicher Geheimcode, beispielsweise eine PIN eingesetzt, um dem Lesegerät damit die Echtheit der Karte nachzuweisen.
- Aus der Patentschrift
DE 2745301 C2 ist eine Datenkarte bekannt, bei der Daten mit Hilfe eines im Infraroten fluoreszierenden anorganischen Leuchtstoffs auf der Basis der Seltenerdmetalle Neodym, Ytterbium oder Erbium auf der Karte aufgedruckt sind. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Karte, ein Dokument oder eine Banknote anzugeben, die eine erhöhte Fälschungssicherheit aufweist und deren Kennzeichnung gegen absichtliches oder unabsichtliches Löschen geschützt ist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gegenstand nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
- Erfindungsgemäß sind Karten, Dokumente oder Banknoten mit Kennzeichnungen versehen, die aus Polymethinfarbstoffen bestehen, die im nahen Infrarotbereich (NIR) zwischen 800 nm bis 2500 nm Strahlung absorbieren und emittieren. Unter im nahen Infrarot absorbierenden und emittierenden Polymetinfarbstoffen werden allgemein substituierte oder unsubstituierte Polyene verstanden, die eine ungerade Anzahl von Methingruppen zwischen 5 und 13 aufweisen und die von zwei im allgemeinen koordinativ ungesättigten Atomen oder Atomgruppierungen flankiert werden, die beispielsweise Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel enthalten. Diese Heterocyclen zusammen mit dem Polymethin-Grundkörper stellen das Chromophor dar, das für die jeweiligen Absorptions- und Emissionseigenschaften des NIR-Farbstoffs wesentlich verantwortlich ist.
-
- Wobei n zwischen 0 und 4 liegt.
- Die Substituenten R1 bis R4 an der Polymethinkette stellen folgende Gruppen dar:
- A) Als Substituenten für R1 kommen H, Cl, Br, sowie folgende Aryl-, Heteroaryl- sowie homo- und heterocyclische und Alkyl -Substituenten in Betracht, beispielsweise:
- B) R2 stellt H, Cl, Alkyl- sowie Cycloalkyl-Gruppen dar und die folgenden die Polymethinkette verbrückenden Alkyl-Gruppen:
- B) R3 stellt H sowie Alkyl-Gruppen dar,
- C) R4 stellt H, Alkyl- sowie die folgenden die Polymethinkette verbrückenden Alkyl-Substituenten dar:
- Die Methinkohlenstoffkette wird von zwei Heterocyclen (A1 und A2) flankiert. In Frage kommen für Nahinfrarotfarbstoffe eine Reihe von in der Regel koordinativ ungesättigten Heterocyclen als Substituenten A1 und A2, die unter anderem Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff oder Bor aufweisen.
- Insbesondere sind A1 und A2 aus den folgenden fünf homo- und heterocyclischen Substituenten ausgewählt:
- 1) Möglich sind beispielsweise Dioxaborine der folgenden Formel wobei R5 H, eine Alkyl-, Cycloalkyl- oder Aryl-Gruppe und R6 H, eine Alkyl- oder Aryl-Gruppe darstellen, sowie L1 und L2 gleich oder unabhängig voneinander ein Fluor, ein Alkoholat oder Phenolat, ein Brenzkatechin, ein Carbonsäure- oder Oxalsäurederivat oder ein Naphtalin- 1,8-diol in ihrer deprotonierten Form sein können.
- 2) A1 und A2 können Heterocyclen der folgenden Formel darstellen: wobei X Sauerstoff, Schwefel, Selen oder Tellur sein kann, und R7 bis R9 ein H, eine Alkyl- oder Aryl-Gruppe darstellt.
- 3) A1 und A2 sind auch Heterocyclen der folgenden allgemeinen Formel wobei Y Sauerstoff oder Schwefel darstellt.
- 4) Möglich sind auch Heterocyclen der folgenden Formel
- 5) Eingesetzt werden können auch Azulene mit folgender Strukturformel
- In allen genannten Substituenten stellen R10 bis R11 H, eine Alkyl- oder Aryl-Gruppe und R12 zusätzlich zu diesen genannten Gruppen noch eine Cycloalkyl-Gruppe dar.
- Alle diese NIR-Farbstoffe haben den Vorteil, daß sie in einem Wellenlängenbereich Strahlung absorbieren beziehungsweise emittieren, der von Fälschern nur sehr schwer analysiert wer den kann, da bei Standardspektrometern nur ein Wellenlängenbereich bis etwa 800 nm zuverlässig zugänglich ist, während der Standardinfrarotbereich erst ab etwa 3000 nm zuverlässig analysiert werden kann. Dabei werden die wesentlichen Absorptions- und Emissionscharakteristika der NIR-Farbstoffe hauptsächlich durch die Polymethinkette und die flankierenden Heterocyclen A1 und A2 bestimmt, während die am Polymethingrundkörper befindlichen Substituenten R1 bis R4 und an den Heterocyclen A1 und A2 befindlichen Substituenten R5 bis R12 vor allen für weitere Eigenschaften wie Löslichkeit und Stabilität des NIR-Farbstoffs verantwortlich sind.
- Andererseits sind diese Nahinfrarotfarbstoffe für den Fachmann sehr leicht zu synthetisieren. In der Regel erfolgt die Synthese über eine basenkatalysierte Kondensation eines elektrophilen Methinbildners mit CH-aciden, stickstoff-, sauerstoff- oder schwefelhaltigen Heterocyclen. Synthesen sowie analytische Daten einiger Farbstoffe sind in folgenden Literaturstellen enthalten:
Halik, M.; Doktorarbeit 1998 Universität Halle
Goerlitz, G.; Hartmann, H. Heteroatom Chem., 8, 147 (1997)
Hartmann, H. J. prakt. Chem., 328, 755–762 (1986)
Harfmann, C.; Doktorarbeit Universität München (1996)
Halik, M., Hartmann, H. Chem. Eur. J., 5, 2511–2517 (1999)
Reynolds, G.A., Drexhage, K.H., J. Org. Chem., 42, 855 (1977) - Ein weiterer Vorteil der Farbstoffe besteht darin, daß ein Fachmann in der Lage ist, mit Standardinfrarotdioden und – empfängern, wie sie in Fernbedienungen aller Art vorkommen, beispielsweise einen Code auszulesen, der erfindungsgemäß mit den Nahinfrarotfarbstoffen auf dem Trägermedium aufgebracht wurde. Aufgrund der Absorption der Nahinfrarotstrahlung durch die Farbstoffe erscheint die eingedruckte Information dunkel. Gleichzeitig sind diese Farbstoffe im sichtbaren Bereich des Spektrums völlig transparent und daher nicht von Fälschern zu entdecken.
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- Diese Farbstoffe weisen sehr hohe Extinktionskoeffizienten im Nahinfrarotbereich auf (ϵ zirka 100.000 bis 200.000). Dadurch ist es möglich, diese Farbstoffe in einem Anteil von nur etwa 1 bis 2 % Kunststoffen beizumischen, wobei immer noch eine sehr hohe Absorption zu beobachten ist. Derart niedrige Konzentrationen der Farbstoffe sind für Unbefugte völlig unsichtbar und daher besonders schwer zu detektieren und zu analysieren.
- Die angegebenen NIR-Farbstoffe lassen sich mit einer ganzen Reihe von Kunststoffen mischen, zum Beispiel Polyethersulfonen, Polyimiden, Poly-ortho-hydroxamiden, Polybenzoxazolen, Polyacrylaten, Polyamiden, Polycyanuraten, Polyestern und Polystyrolen. Zur Anfärbung der Nahinfrarotfarbstoff-Polymermischungen lassen sich beispielsweise auch im sichtbaren absorbierende Farbstoffe, beispielsweise Azo-, Azomethin- oder Triphenylmetanfarbstoffe hinzufügen.
- Mischungen der Nahinfrarotfarbstoffe mit dem Polymeren Polyimid, Polyethersulfon, Poly-ortho-hydroxamid und Polybenzoxazol zeigen gute thermische Stabilitäten bis über 400°C, wobei der isothermische Masseverlust etwa 0,3 % pro Stunde bei 400°C für 10 Stunden beträgt. Das Chromophor der NIR-Farbstoffe in den Polymerschichten bleibt bei einer Temperatur bis etwa 250°C vollständig erhalten. Die genannten Farbstoffpolymermischungen sind nach dem Polymerisieren gegen eine Reihe von organischen Lösungsmitteln, wie Alkoholen, Kohlenwasserstoffen, Chlorkohlenwasserstoffen, Aceton, Essigsäureethylester und γ-Butyrolacton resistent. Alle anderen Farbstoff-Polymermischungen zeigen Eigenschaften gemäß den Spezifikationen der Polymere, so daß sichergestellt ist, daß die NIR-Farbstoffe die Eigenschaften der Kunststoffe nicht negativ beeinflussen.
- Zur Erhöhung der Fälschungssicherheit der Banknoten, Dokumente oder Karten lassen sich beispielsweise Muster oder Codes auf Papier, im Kunststoffkörper der Karten oder einem sonstigen Trägermedium einprägen. Die Information kann dann beispielsweise mit kommerziellen Fotodioden im Absorptions- oder Remissionsmodus als digitale Information ausgelesen werden. Möglich ist auch, einen wellenlängenspezifischen Filter aus den genannten Nahinfrarotfarbstoffen auf den Karten, Dokumenten oder Banknoten anzubringen, der wellenlängenspezifisch ein Infrarotsignal absorbiert und dadurch die Echtheit der genannten Gegenstände nachweist.
- Möglich ist beispielsweise auch der Einsatz von Kennzeichnungen auf der Basis der Nahinfrarotfarbstoffe in kontaktlosen beziehungsweise kontaktbehafteten Karten, und sogenannten Smartcards, die ein auf der Karte integriertes Halbleiterbauelement (Chip) aufweisen.
- Im folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele noch näher erläutert werden.
-
1 zeigt eine Karte1 mit einem mit NIR-Farbstoffen aufgedruckten Code und ein Nahinfrarotfilter. -
2 zeigt eine beispielhafte Ausführung einer kontaktlosen Smartcard. -
3 zeigt ein auf einer Smartcard befindliches Halbleiterbauelement mit zwei Infrarotdetektoren und ein in der Umhüllung des Halbleiterbauelements vorhandenes NIR-Filter, das die Farbstoffe enthält. - Die Nahinfrarotfarbstoffe lassen sich erfindungsgemäß zum Aufbringen eines im optischen (450 bis 800 nm) beziehungsweise im Standardinfrarotbereich (> 3000 nm) unsichtbaren Codes
5 auf eine Karte1 , wie in1 anhand eines Barcodes gezeigt, verwenden. Der Code kann dabei auf das innere Laminat beziehungsweise auf die Außenseite des Trägers, z.B. der Chipkarte gedruckt werden. Dabei kann der Nahinfrarotfarbstoff beliebig mit anderen Farben beziehungsweise Kunststoffmischungen gemischt werden. Vorteilhafterweise läßt sich ein aus den Farbstoffen bestehendes NIR-Filter15 als zweites Sicherheitsmerkmal auf der Karte1 integrieren. - In
2 ist eine beispielhafte Anwendung der Erfindung bei einer kontaktlosen, ein Halbleiterbauelement enthaltenden Smartcard zu sehen. Dabei ist ein Halbleiterbauelement20 das mit einem Übertragungsmodul25 , beispielsweise einer Spule zur induktiven Daten- und Energieübertragung oder elektrisch leitenden Schichten zur kapazitiven Daten- und Energieübertragung, verbunden ist, in die Karte1 integriert. Die Chipkarte kann dabei als Wellenleiter konzipiert sein, der Infrarotstrahlen leitet. Dazu wird die Chipkarte beispielsweise aus drei Schichten, zwei Deckschichten und einer dazwischen befindlichen Inlay-Schicht aufgebaut, wobei letztere einen größeren Brechungsindex aufweist als die Deckschichten, so daß aufgrund der Totalreflexion an den Deckschichten Wellenleitung in der Inlay-Schicht stattfinden kann. - Das Halbleiterbauelement enthält einen Infrarotemitter
30 , beispielsweise eine Fotodiode und Infrarotsensoren35A und35B , beispielsweise Fototransistoren. Auf der Karte oder alternativ auf zumindest Teilen des Halbleiterbauelements befindet sich darüberhinaus ein Filter15 aus den Nahinfrarotfarbstoffen, der selektiv Infrarotstrahlung absorbieren kann. - Wird beispielsweise durch ein magnetisches Wechselfeld eine Spannung und damit Strom in der Spule induziert, so kann die Fotodiode
30 in dem Halbleiterbauelement Infrarotstrahlung emittieren, wobei diese durch die Karte geleitet und von der Spule reflektiert werden kann (siehe Pfeile in2 ). Der Detektor35A auf dem Halbleiterbauelement detektiert dann die reflektierte Strahlung, während Detektor35B aufgrund des absorbierenden Filters15 kein Signal empfängt. Wird beispielsweise das Halbleiterbauelement von Chip-Piraten gefälscht, ohne daß gleichzeitig die Wellenleitung oder das NIR-Filter nachgebaut werden, empfangen beide Detektoren35A und35B kein Signal mehr, da die Wellenleitung durch die Karte entfällt und zusätzlich der Filter nicht mehr vorhanden ist. Auf diese Art und Weise kann das Vorhandensein von Sicherheitsmerkmalen überprüft werden und bei eventuell negativem Ergebnis beispielsweise der Speicher des Halbleiterbauelements gelöscht werden. Die Variante mit zwei Sicherheitsmerkmalen (Wellenleitung durch Karte und absorbierender Nahinfrarotfilter) erschwert zusätzlich die Analyse durch Chip-Piraten. - Möglich ist auch, nur das aus den NIR-Farbstoffen bestehende Filter oder die Wellenleitung durch die Karte als Sicherheitsmerkmal zu verwenden. Denkbar ist es auch, daß sich das Nahinfrarotfilter nicht auf der Karte, sondern auf dem Halbleiterbauelement befindet oder daß sich der Infrarotemitter nicht auf dem Halbleiterbauelement, sondern in einem Lesegerät befindet und das Lesegerät unter einem geeigneten Winkel einen Infrarotstrahl in die Karte einkoppelt, der dann von den Detektoren
35A und/oder35B detektiert bzw. aufgrund des Filters15 nicht detektiert wird. Eine weitere mögliche Variante besteht darin, daß nicht die Inlay-Schicht, sondern die beiden Deckschichten optisch dichter sind, so daß ein Infrarotsignal, das von einem auf dem Halbleiterbauelement befindlichen Emitter abgestrahlt wird, von einem Detektor empfangen werden kann, wenn das in der Karte vorhandene Nahinfrarotfilter beschädigt ist. - In
3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem sich ein, die Nahinfrarotfarbstoffe enthaltendes Filter15 in der Umhüllung40 befindet, die das Halbleiterbauelement20 mit den Detektoren35A und35B umgibt. Wird ein Infrarotsignal (Pfeile) von außen an die Karte gesandt, so empfängt nur der Detektor35A das Signal, da das Filter15 das Signal absorbiert und somit Detektor35B kein Signal empfängt. Wird das Halbleiterbauelement20 aus der Karte entfernt, so empfangen beide Detektoren ein Signal, wodurch eine Beschädigung der Karte angezeigt werden kann. - Weiterhin ist es möglich, aus Nahinfrarotfarbstoffen bestehende Filter in die elektrisch isolierenden Bereiche des Halbleiterbauelements zu integrieren, die die aktiven Leiterbahnen voneinander abtrennen. Als elektrisch isolierendes Material kommen dabei vor allem die genannten Kunststoffe in Betracht, die sich hervorragend mit den Nahinfrarotfarbstoffen mischen lassen. Es ist auch möglich, die genannten Nahinfrarotfarbstoffe der Passivierungsschicht beizumischen, die das Halbleiterbauelement gegen äußere Einflüsse abschirmt.
- Die Erfindung ist nicht auf die konkret beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen der Erfindung liegen selbstverständlich auch weitere Variationen insbesondere bezüglich der Anordnung und der Anzahl der Detektoren und Emitter auf dem Halbleiterbauelement oder der Karte und der Anordnung des Nahinfrarotfilters.
Claims (9)
- Karte (
1 ), Dokument oder Banknote mit erhöhter Fälschungssicherheit, – mit einer Kennzeichnung (5 ), die im nahen Infrarot von 800 nm bis 2500 nm Strahlung absorbierende und emittierende Polymethinfarbstoffe mit folgender allgemeiner Formel umfaßt: wobei n zwischen 0 und 4 liegt und R1 bis R4 die folgenden vier Substituenten sind: A) R1 stellt H, Cl, Br, oder folgende Aryl- und heterocyclischen Substituenten dar: B) R2 stellt H, Cl, Alkyl- sowie Cycloalkyl-Gruppen oder folgende die Polymethinkette verbrückende Alkyl-Gruppen dar: wobei R1 einen der oben genannten Substituenten und R3 H oder eine Alkyl-Gruppe ist, C) R3 stellt H oder Alkyl-Gruppen dar und D) R4 H, Alkyl- oder folgende, die Polymethinkette verbrückende Alkyl-Substituenten: Wobei A1 und A2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und eine der folgenden Gruppen darstellen: 1) 1,3,2-(2H)-Dioxaborine der folgenden Formel wobei R5 H, eine Alkyl-, Cycloalkyl- oder Aryl-Gruppe und R6 H, eine Alkyl- oder Aryl-Gruppe darstellen, sowie L1 und L2 gleich oder unabhängig voneinander ein Fluor, ein Alkoholat oder Phenolat, ein Brenzkatechin, ein Carbonsäure- oder Oxalsäurederivat oder ein Naphtalin- 1,8-diol in ihrer deprotonierten Form sind, 2) Heterocyclen der folgenden Formel wobei X Sauerstoff, Schwefel, Selen oder Tellur ist, und R7 bis R9 ein H, eine Alkyl- oder Aryl-Gruppe darstellen, 3) Heterozyklen der folgenden Formel mit Y = O, S, 4) Heterozyklen der folgenden Formel, 5) ein Azulen, wobei bei allen oben genannten Substituenten R10 und R11 H, eine Alkyl- oder Aryl-Gruppe darstellen und R12 zusätzlich zu den für R10 und R11 genannten Gruppen noch eine Cycloalkyl-Gruppe darstellt. - Karte (
1 ), Dokument oder Banknote nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – mit wenigstens einem aus den genannten Verbindungen bestehenden Filter (15 ), das so angeordnet ist, daß wellenlängenspezifisch ein Infrarotsignal absorbiert werden kann. - Karte (
1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, – bei dem auf oder in der Karte ein Halbleiterbauelement (20 ) mit einem Übertragungsmodul (25 ) zur induktiven und/oder kapazitiven Energie- und Datenübertragung angeordnet ist. - Karte (
1 ) nach dem vorherigen Anspruch, – bei dem in dem Halbleiterbauelement (20 ) wenigstens ein Infrarot-Emitter (30 ) angeordnet ist, der bei induktiver und/oder kapazitiver Energie- und Datenübertragung ein Infrarotsignal aussendet. - Karte (
1 ) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, – bei dem wenigstens ein Infrarotdetektor (35A oder35B ) auf dem Halbleiterbauelement (20 ) oder der Karte angeordnet ist, – bei dem die Karte (1 ) so ausgeführt ist, daß sie ein Infrarotsignal leitet und/oder reflektiert, so daß es von den Infrarotdetektoren (35A oder35B ) detektiert werden und/oder von dem Filter (15 ) absorbiert werden kann. - Karte (
1 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, – bei dem das Filter (15 ) zumindest teilweise um das Halbleiterbauelement (20 ) herum angeordnet ist. - Karte (
1 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, – bei dem die Karte so ausgeführt ist, daß das in der Karte erzeugte Infrarotsignal aus der Datenkarte ausgekoppelt wird und von einem außerhalb der Datenkarte befindlichen Infrarotdetektor detektiert werden kann. - Karte nach einem der Ansprüche 3 bis 6, – bei dem das Filter (
15 ) in einer elektrisch isolierenden Schicht des Halbleiterbauelements (20 ) angeordnet ist.
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